Свет, попадая на оптическую поверхность, претерпевает отражение. В зависимости от показателя преломления материала коэффициент отражения составляет 3,5 - 8%. Причем стекла с большим показателем преломления характеризуются, соответственно, и большей отражательной способностью.
Потери света на отражение от любой оптической поверхности R определяют по формуле R = ((n1 - n0)/(n1 + n0))², где n0 - показатель преломления оптического материала, n1 - показатель преломления воздуха.
Известно, что для объектива, имеющего восемь поверхностей и коэффициент отражения каждой поверхности, равный 5%, суммарное светопропускание составит лишь 0,66, а для объектива с переменным фокусным расстоянием, имеющим нередко до 20 поверхностей,- только 0,36.
Отраженный рассеянный свет накладывается на фотографическое изображение, снижая светосилу, контраст, насыщенность, проработку черных тонов, отдельных деталей объекта, искажает цветопередачу, . вызывает паразитное изображение апертурной диафрагмы, блики, ореол отражения, повторное отражение от поверхностей ярких предметов на объекте съемки.
В 30-х гг. для устранения вышеуказанных недостатков было разработано однослойное покрытие оптических поверхностей объектива, называемое просветлением. В основу просветления положена зависимость между коэффициентом отражения и показателем преломления сред, на границе которых происходит отражение, а также использовано явление интерференции света в той его части, когда при наложении происходит гашение волн, отраженных от границ «воздух - покрытие», т. е. впадина одной волны совпадает с гребнем другой. Появились так называемые «голубое», а затем «янтарное» просветления, рассчитанные для узких областей длин волн видимой части спектра (360 - 680 нм). Например, первое из них - для длины волны, равной 555 нм (рис. 59). Цвет поверхности объектива объясняется тем, что просветляемые поверхности (вследствие интерференции) давали минимальное отражение голубого и красного цвета.
Рис. 59. Отражение света в зависимости от типа просветления оптической поверхности линзы: 1 - голубое, 2 - фуксиновое, 3 - многослойное покрытие, 4 - янтарное
Просветляющий материал представляет собой тончайший слой, оптическая толщина которого кратна 1/4 длины волны света, проходящего через объектив. Было установлено, что данное значение создает необходимое соотношение фаз отраженных длин волн. Под оптической толщиной подразумевается произведение показателя преломления стекла линзы n0 на толщину наносимого слоя, причем показатель преломления наносимого материала должен быть равен √n0.
Применение однослойного просветляющего покрытия позволило уменьшить коэффициент отражения на каждой поверхности в среднем до 1% и тем самым повысить коэффициент пропускания до 0,8. В этом случае потери света на отражение рассчитывают по формуле R = ((n1 - n)/(n1 + n)) + ((n - n0)/(n + n0)), где n - показатель преломления материала просветляющего слоя.
Рис. 60. Эффект действия различного количества слоев ахроматического покрытия оптической поверхности (для одной линзы)
Дальнейшее развитие объективостроения и связанное с ним увеличение количества линз и компонентов, необходимость повышения светотехнических характеристик привели к разработке и внедрению многослойного покрытия (рис. 60).
Принято считать, что впервые многослойное покрытие было нанесено на объективе в 1971 г. и известно под названием «МС», что представляет собой аббревиатуру английских слов «Multi-Coating» (многослойное покрытие).
В 1972 г. фирмой «Асахи Оптикал Компани Лтд» было внедрено семислойное покрытие SMC («Super Multi-Coating»), что позволило довести коэффициент пропускания семилинзового объектива до 0,976. Примечательно, что коэффициент пропускания этого объектива без просветления был 0,418, с однослойным покрытием - 0,814. Нанесение ахроматических просветляющих покрытий производится физическим методом посредством испарения в вакууме тугоплавких окислов, фторидов или сульфидов. Материал слоя подбирается, исходя из материала оптической детали. Так, например, для стекла с низким показателем преломления используется MgF2, с высоким - ZrO2. Оптические толщины и показатели преломления находят по спектральным кривым отражения. Наибольший эффект дают неоднородные пленки, показатель преломления которых плавно изменяется от значения показателя преломления материала линзы до значения показателя преломления окружающей среды.
Как правило, наносят три-пять слоев. Причем показатели преломления и оптические толщины слоев варьируются. Известны объективы с 7 - 11-слойным покрытием. Причем слои наносятся даже на склеиваемые поверхности. Изменением количества слоев, их порядка, «оптической толщины», показателя преломления каждого слоя можно довести коэффициент пропускания до 0,99.
Установлено, что применение многослойного покрытия позволяет повысить поверхностную прочность и долговечность оптических деталей, уменьшить светорассеяние объектива на 25-30%, увеличить пропускание на 10-15%, улучшить цвето-передачу за счет исправления спектрального пропускания, т. е. получить необходимую формулу цветности. Известно, что для объектива 2/55, имеющего 8 оптических поверхностей, граничащих с воздухом, формула цветности имеет вид: 6,3 - 0 - 0 (без покрытия), 11,5 - 0 - 1,1 (однослойное), 8,5 - 0 - ( - 0,5) (многослойное).
Многослойное покрытие применяют также и для других оптических деталей: зеркала, фокусирующего экрана, пентапризмы, светофильтра.
