Știința transmiterii lentilelor și a pierderii luminii

Fundamentele transmisiei luminii

Transmisia luminii se referă la proporția de lumină care trece printr-un element de lentilă sau un întreg sistem de lentile. În mod ideal, o lentilă ar transmite 100% din lumina incidentă, dar în realitate, acest lucru este imposibil din cauza diverselor limitări fizice. Cantitatea de lumină pierdută în timpul transmisiei este direct legată de transmisia lentilei, adesea exprimată ca procent.

Mai mulți factori contribuie la pierderea luminii în cadrul unei lentile:

• Reflecție: Are loc la fiecare interfață aer-sticlă ca tranziții luminoase între medii cu indici de refracție diferiți.
• Absorbție: Energia luminii este absorbită de materialul lentilei în sine, transformându-l în căldură.
• Imprăștire: imperfecțiunile din materialul lentilei pot împrăștia lumina, reducând intensitatea și direcționalitatea acesteia.

Reflexie și refracție

Când lumina întâlnește o graniță între două medii cu indici de refracție diferiți, cum ar fi aerul și sticla, ea suferă atât reflexie, cât și refracție. Refracția este îndoirea luminii pe măsură ce trece de la un mediu la altul, care este principiul fundamental din spatele modului în care lentilele concentrează lumina.

Cu toate acestea, o parte a luminii este, de asemenea, reflectată înapoi la interfață. Cantitatea de lumină reflectată depinde de unghiul de incidență și de diferența de indici de refracție dintre cele două medii. Această lumină reflectată nu contribuie la formarea imaginii și este considerată pierdere de lumină.

Minimizarea reflexiei este crucială pentru maximizarea transmisiei obiectivului. Aici intervin acoperirile optice.

Acoperiri optice: Îmbunătățirea transmisiei

Acoperirile optice sunt straturi subțiri de materiale aplicate pe suprafețele lentilelor pentru a reduce reflexia și pentru a crește transmisia. Aceste acoperiri funcționează pe baza principiului interferenței.

Când lumina se reflectă de pe suprafața stratului de acoperire și de pe suprafața de sticlă subiacentă, undele reflectate pot interfera între ele. Selectând cu atenție materialul de acoperire și grosimea, interferența poate fi distructivă, anulând eficient lumina reflectată.

Există diferite tipuri de acoperiri, fiecare cu propriile caracteristici și aplicații:

• Acoperiri cu un singur strat: Cel mai simplu tip, eficient în reducerea reflexiei la o anumită lungime de undă.
• Acoperiri cu mai multe straturi: constau din mai multe straturi de materiale diferite, oferind o reducere mai largă a reflexiei lățimii de bandă și o transmisie îmbunătățită pe o gamă mai largă de lungimi de undă.
• Acoperiri de bandă largă: concepute pentru a minimiza reflexia pe întregul spectru vizibil.

Lentilele moderne folosesc adesea acoperiri de bandă largă cu mai multe straturi pentru a obține rate de transmisie foarte ridicate.

Absorbție și împrăștiere

Pe lângă reflexie, absorbția și împrăștierea contribuie și la pierderea luminii. Absorbția are loc atunci când materialul lentilei însuși absoarbe energia luminii, transformând-o în căldură. Cantitatea de absorbție depinde de proprietățile materialului și de lungimea de undă a luminii.

Imprăștirea are loc atunci când lumina întâlnește imperfecțiuni sau neomogenități în materialul lentilei. Aceste imperfecțiuni pot devia lumina de la calea sa originală, reducând claritatea și contrastul imaginii.

Materialele de înaltă calitate pentru lentile cu absorbție scăzută și imperfecțiuni minime sunt esențiale pentru a minimiza aceste efecte.

Impactul proiectării lentilelor

Designul lentilelor joacă un rol important în transmiterea luminii. Numărul de elemente de lentilă, formele acestora și tipurile de sticlă utilizate influențează toate rata de transmisie generală.

Lentilele cu mai puține elemente au, în general, o transmisie mai mare, deoarece există mai puține interfețe aer-sticlă unde poate apărea reflexia. Cu toate acestea, modelele complexe de lentile necesită adesea mai multe elemente pentru a corecta aberațiile și pentru a obține performanța optică dorită.

Contează și alegerea sticlei. Diferite tipuri de sticlă au indici de refracție și caracteristici de absorbție diferiți. Designerii de lentile selectează cu atenție tipurile de sticlă pentru a optimiza atât performanța optică, cât și transmisia luminii.

T-Stops vs. F-Stops

În timp ce f-stop-urile reprezintă capacitatea teoretică de adunare a luminii a unui obiectiv pe baza distanței focale și a diametrului diafragmei, t-stop-urile (opririle de transmisie) oferă o măsură mai precisă a cantității reale de lumină care trece prin lentilă.

T-stop-urile iau în considerare pierderea de lumină din cauza reflexiei, absorbției și împrăștierii. Un obiectiv cu un stop T de T2.8 transmite mai puțină lumină decât un obiectiv teoretic perfect la f/2.8.

T-stop-urile sunt deosebit de importante în cinematografie, unde expunerea consecventă este crucială pentru o editare fără întreruperi.

Implicații practice

Înțelegerea transmisiei lentilelor și a pierderii de lumină are câteva implicații practice pentru fotografi și videografi:

• Expunere: Cunoașterea caracteristicilor de transmisie ale obiectivului permite setări de expunere mai precise.
• Selecția ISO: pot fi necesare setări ISO mai mari pentru a compensa pierderea de lumină în lentilele cu rate de transmisie mai mici.
• Selectarea lentilelor: Când lumina este limitată, alegerea lentilelor cu transmisie ridicată poate îmbunătăți calitatea imaginii.
• Redarea culorilor: acoperirile pot afecta, de asemenea, redarea culorilor. Straturile de înaltă calitate ajută la menținerea echilibrului precis al culorilor.

Luând în considerare acești factori, fotografi și videografi pot lua decizii informate cu privire la selecția obiectivelor și tehnicile de fotografiere pentru a obține rezultate optime.

În cele din urmă, minimizarea pierderii de lumină prin proiectarea atentă a lentilelor, materiale de înaltă calitate și acoperiri avansate este esențială pentru maximizarea luminozității, contrastului și a calității generale a imaginii.