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キヤノンサイエンスラボ

レンズコーティング

光学レンズの表面は薄い膜でおおわれています。この膜がコーティングです。
レンズコーティングはレンズの性能を引き出すための重要な技术です。
一般のガラスレンズは入ってくる光のほとんどを透过しますが、それでもレンズの表面反射によって约4%の光が失われてしまいます。レンズには表と里の両面がありますから、1枚のレンズを通过すると8%ほど光量が减ることになります。カメラレンズのように5枚~10枚ものレンズを组み合わせたレンズでは、全体での光の透过率は半分以下となってしまいます。レンズの表面反射を防止して光の透过率を上げるために开発されたのが、レンズコーティングです。レンズ表面に薄い膜をつくることで、より多くの光を透过するレンズとなるのです。

レンズの表面では光が反射する

表面反射によって、レンズの光透过率は低下してしまいます。しかし、表面反射の悪影响はこれだけではありません。レンズの内部反射によって像が二重になったり、后方の光が映りこむといった现象も起こるのです。これがゴーストとフレアです。ゴーストは、レンズの里面で反射した光がレンズ表面から再反射してくることで、正しい像とずれた别の像が生じる现象です。いっぽうのフレアは、レンズ后方からの光がレンズ表面に反射して映りこむ现象です。表面反射によるゴーストやフレアによって、レンズは正しい像を结べなくなってしまうのです。

コーティングで透过率が上がるのは?

レンズにコーティングをするとレンズの表面反射が减少します。表面に余分なコーティングをすれば光が遮られるような気がしますが、実际には光の透过率が高くなっています。これはなぜでしょう?レンズ表面に薄い膜ができると、光は膜表面で一回反射し、さらにレンズ表面で反射することになります。膜表面で反射した光とレンズ表面で反射した光は、膜の厚さだけ位相がずれてしまいます。膜の厚さが光の波长の1/4であれば、その波长の光は膜表面の反射光とレンズ表面の反射光でちょうど打ち消しあうことになります。これによって、光の反射がおさえられるのです。光の干渉现象を利用して、反射を消しているわけです。

多层膜コーティングで透过率は99.9%に

コーティングの材料にはフッ化マグネシウム(惭驳贵2)や水晶が用いられます。「真空蒸着」や「スパッタリング」(プラズマによる蒸着技术)によって、レンズの表面にきわめて薄い均一な膜を形成していきます。ただし、実际の光にはさまざまな波长の光が含まれていますから、一层のコーティングだけですべての波长の反射をおさえることはできません。さまざまの波长の光の反射をおさえるには、复数层のコーティングが必要になってきます。これは高级なレンズに用いられるコーティング「多层膜コーティング」と呼ばれています。现在では10层を超えるコーティング技术が开発され、多层膜コーティングをほどこしたキヤノンの高级レンズでは、紫外线から近赤外线まで広范囲な波长域にわたって99.9%もの光透过率を実现しています。

光を分割するコーティング技术

レンズコーティング技术は光の透过率を上げるためだけでなく、光のフィルターとしても利用されています。波长の短い紫外线だけを反射するようにコーティングしたレンズ(いわゆる鲍痴カットレンズ)は、メガネやサングラスに用いられています。また、特定の波长の光だけ透过させ、他の波长の光は反射してしまうようなコーティングも可能です。ビデオカメラでは光をいったん搁骋叠(レッド?グリーン?ブルー)の叁色に分解してから、それぞれ电気信号に変えて画像を生成しています。この光の叁色分解にも、搁骋叠の各波长だけを透过させるレンズコーティングが利用されています。

ナノテクノロジーを応用したコーティング技术

レンズコーティングにも最先端の技术が使われるようになってきました。
キヤノンが開発した新たな特殊コーティング技術「SWC(Subwavelength Structure Coating)」では、コーティングの構造材料に酸化アルミニウム(Al2O3)を利用し、レンズの表面に、高さ220苍尘という可视光の波长よりも小さいナノサイズのくさび状の构造物を无数に并べることを可能にしました。このナノサイズのコーティングにより、ガラスと空気の间の屈折率を连続的に変化させ、屈折率が大きく异なる境界面をなくすことに成功。反射光の発生をおよそ0.05%にまで抑えることができるようになりました。また、特に入射角が大きな光に対しても、従来のコーティングにはない优れた反射防止効果が発挥されることが実証されています。现在、厂奥颁は、主に広角レンズに採用されている曲率が大きいレンズなどに幅広く採用され、防ぐことが难しかった周辺部での反射光によるフレアやゴーストの発生を大幅に抑えています。