बिन बुलाए मेहमान: जब प्रकाश दुष्ट हो जाता है

लेंस निर्माण की दुनिया में, प्रकाश हमारा सबसे अच्छा दोस्त है - जब तक कि ऐसा न हो। चाहे आप उच्च-स्तरीय सुरक्षा प्रणालियों, ऑटोमोटिव एडीएएस, या नाजुक चिकित्सा एंडोस्कोप के लिए लेंस का उत्पादन कर रहे हों, आप संघर्ष को जानते हैं। आप कांच के तत्वों का एक आदर्श सेट डिज़ाइन करते हैं, केवल प्रकाश की एक दुष्ट किरण के लिए जो अंदर उछलती है और "ऑप्टिकल कलाकृतियाँ" बनाती है जिसकी किसी ने माँग नहीं की थी।1

हम इन बिन बुलाए मेहमानों को "फ्लेयर" और "घोस्टिंग" कहते हैं। एक सिनेमाई फिल्म में, थोड़ा भड़कीलापन "कलात्मक" लग सकता है। लेकिन वास्तविक दुनिया में? यह एक आपदा है. सुरक्षा में, एक भटकती हुई हेडलाइट की चमक कैमरे को अंधा कर सकती है, जिससे उसकी लाइसेंस प्लेट छूट सकती है।4 स्वायत्त ड्राइविंग (एडीएएस) में, एक "भूत" प्रकाश को एक एल्गोरिदम द्वारा एक वास्तविक बाधा के रूप में गलत समझा जा सकता है, जिससे एक खतरनाक प्रेत ब्रेक हो सकता है।6 और सर्जरी में, धूमिल, भड़का हुआ एंडोस्कोप दृश्य बर्फ़ीले तूफ़ान में गाड़ी चलाने की कोशिश करने जैसा है - सिवाय इसके कि किसी की जान जोखिम में हो।8

इन "भूतों" को हमारे लेंस से बाहर निकालने के लिए, हमने कोटिंग प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला विकसित की है। लेकिन इससे पहले कि हम इलाज के बारे में बात करें, आइए समस्या का निदान करें।

अपने लेंस में "भूतों" से मिलें

फ़्लेयर और घोस्टिंग को अक्सर एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जाता है, लेकिन उनके व्यक्तित्व और "अपराध दृश्य" अलग-अलग होते हैं।

वेलिंग फ़्लेयर: द हेज़ी "व्हाइट वेइल"

वीलिंग फ्लेयर आपकी छवियों के लिए मूड-किलर की तरह है। ऐसा तब होता है जब एक मजबूत प्रकाश स्रोत फ्रेम के ठीक बाहर होता है, लेकिन इसकी रोशनी अभी भी लेंस में फैलती है और हर जगह बिखर जाती है।1 नतीजा? आपका गहरा काला रंग मटमैले भूरे रंग में बदल जाता है, कंट्रास्ट गायब हो जाता है, और पूरी छवि ऐसी दिखती है जैसे इसे पतले सफेद फीते वाले पर्दे के माध्यम से शूट किया गया हो।3

यह रात्रि दृष्टि सुरक्षा कैमरों या सूर्यास्त में गाड़ी चलाने वाले ऑटोमोटिव लेंस के लिए एक दुःस्वप्न है। उपचार के बिना, एक मानक कांच की सतह लगभग 4% प्रकाश को प्रतिबिंबित करती है।12 10 या 15 तत्वों वाले लेंस में, प्रकाश का "विद्रोह" तेजी से बढ़ता है।

घोस्टिंग: द पॉलीगोनल फैंटम

यदि भड़कना एक "धुंध" है, तो भूत-प्रेत एक "प्रेत" है। ये विशिष्ट, अक्सर प्रकाश के बहुभुज धब्बे होते हैं (लेंस एपर्चर का आकार लेते हुए) जो प्रकाश स्रोत के सममित रूप से विपरीत दिखाई देते हैं।10

भूत-प्रेत का कारण आंतरिक लेंस सतहों के बीच आगे-पीछे उछलती हुई रोशनी है।3 एक जटिल ज़ूम लेंस या कई ग्लास परतों वाले उच्च-आवर्धन मेडिकल स्कोप के लिए, इन "भूतों" को दूर रखना पिनबॉल का उच्च-दाव वाला गेम खेलने जैसा है।

सेंसर/रेड-डॉट फ्लेयर: डिजिटल विशेषता

डिजिटल युग में, हमारे सामने एक नई समस्या है: सेंसर स्वयं एक दर्पण है।1 प्रकाश सीएमओएस/सीसीडी सेंसर से टकराता है, पीछे के लेंस तत्व पर वापस लौटता है, और फिर वापस सेंसर पर परावर्तित हो जाता है।10 यह अक्सर प्रकाश स्रोत के चारों ओर लाल बिंदुओं या चमकीले धब्बों का एक पैटर्न बनाता है - आधुनिक निगरानी में एक आम सिरदर्द।10

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एंटी-रिफ्लेक्टिव (एआर) कोटिंग्स: हस्तक्षेप का "जादू"।

इन कलाकृतियों के खिलाफ हमारा मुख्य हथियार एंटी-रिफ्लेक्टिव (एआर) कोटिंग है। विज्ञान विज्ञान कथा जैसा लगता है: हम प्रकाश की तरंग प्रकृति का उपयोग प्रतिबिंब बनाने के लिए "स्वयं को रद्द" करने के लिए करते हैं।17

"क्वार्टर-वेवलेंथ" ट्रिक

एक बहुत ही विशिष्ट मोटाई के साथ एक सूक्ष्म फिल्म लगाने से - लक्ष्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य का एक-चौथाई - हम एक ऐसी स्थिति बनाते हैं जहां कोटिंग के शीर्ष से परावर्तित होने वाली रोशनी और नीचे के कांच से परावर्तित होने वाली रोशनी 180 डिग्री तक सिंक से बाहर हो जाती है।18 जब वे मिलते हैं, तो वे एक-दूसरे को नष्ट कर देते हैं, और ऊर्जा प्रतिबिंबित होने के बजाय लेंस के माध्यम से "धक्का" देती है।

अंगूठे का मूल नियम है:

मोटाई = तरंगदैर्ध्य / (4 * अपवर्तनांक) 18

सिंगल लेयर बनाम मल्टीलेयर: अधिक बेहतर क्यों है

शुरुआती दिनों में सिंगल-लेयर कोटिंग्स (जैसे मैग्नीशियम फ्लोराइड, एमजीएफ 2) का उपयोग किया जाता था, जो एक रंग (आमतौर पर हरा) के लिए बहुत अच्छा काम करता था लेकिन दूसरों पर विफल रहा। यही कारण है कि सस्ते लेंस में अक्सर बैंगनी या नीला रंग होता है - कोटिंग उन रंगों के लिए काम नहीं करती है।12

आधुनिक पेशेवर लेंस "मल्टीलेयर एआर" का उपयोग करते हैं। विभिन्न सामग्रियों (जैसे टाइटेनियम डाइऑक्साइड, TiO2, और सिलिकॉन डाइऑक्साइड, SiO2) को ढेर करके, हम पूरे इंद्रधनुष में प्रतिबिंबों को 0.5% या 0.1% से भी नीचे रख सकते हैं।17

नैनो-क्रांति: एसडब्ल्यूसी और एएससी

पारंपरिक कोटिंग्स वाइड-एंगल लेंस के साथ संघर्ष करती हैं जहां प्रकाश तीव्र कोणों पर पड़ता है।22 इन "सुडौल" लेंसों के लिए, हमें बड़ी बंदूकों की आवश्यकता है: नैनो-कोटिंग्स।

सबवेवलेंथ स्ट्रक्चर कोटिंग (एसडब्ल्यूसी): पतंगों से सीखना

पतंगों की आंखें विकसित हो गई हैं जो प्रकाश को प्रतिबिंबित नहीं करती हैं - अन्यथा, शिकारी उन्हें रात में देख लेंगे। उनकी आंखें प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से भी छोटे छोटे "नैनो-शंकु" से ढकी होती हैं।12

एसडब्ल्यूसी इसकी नकल करता है। हवा (सूचकांक 1.0) से कांच (सूचकांक 1.5) तक "चट्टान जैसी" छलांग के बजाय, एसडब्ल्यूसी एक "चिकना रैंप" बनाता है। प्रकाश को यह एहसास भी नहीं होता कि वह कांच में प्रवेश कर रहा है, इसलिए वह परावर्तित नहीं होता है।23 यह वाइड-एंगल लेंस के लिए सर्वोत्तम "स्टील्थ" तकनीक है।22

वायु क्षेत्र कोटिंग (एएससी): बुलबुले में प्रकाश फँसाना

एएससी एक परत है जिसमें नैनोस्कोपिक वायु क्षेत्र होते हैं।23 चूँकि हवा में सबसे कम अपवर्तक सूचकांक (1.0) होता है, ये बुलबुले एक "अल्ट्रा-लो इंडेक्स" परत बनाते हैं जो लेंस के केंद्र से टकराने वाले लगभग सभी प्रकाश को अवशोषित कर लेता है।23 यह उन सुरक्षा कैमरों के लिए एकदम सही समाधान है जिन्हें उच्च तीव्रता वाले स्पॉटलाइट से निपटना पड़ता है।

18

ऑटोमोटिव लेंस: सुरक्षा दांव

ऑटोमोटिव लेंस निर्माताओं के लिए, त्रुटि की कोई गुंजाइश नहीं है। ADAS कैमरा कार की "आंखें" है। एक वास्तविक कार के बगल में दिखाई देने वाली एक भूतिया रोशनी कार के कंप्यूटर को दूरियों की गलत गणना करने में धोखा दे सकती है।6

इसके अलावा, ये लेंस नरक में रहते हैं। उन्हें -40 डिग्री सेल्सियस से 85 डिग्री सेल्सियस तक जीवित रहना पड़ता है और कार की धुलाई और बजरी का सामना करना पड़ता है।28 इसके लिए, हम अनुशंसा करते हैं:

1. 

आयन बीम स्पटरिंग (आईबीएस): इससे एक कोटिंग इतनी सघन हो जाती है कि यह कवच की तरह काम करती है, नमी को अंदर जाने से रोकती है और अत्यधिक गर्मी में कोटिंग को निकलने से रोकती है।17

2. 

3. 

हार्ड कोटिंग्स (डीएलसी): यह सुनिश्चित करने के लिए कि सड़क के मलबे से लेंस पर खरोंच न आए, "डायमंड-लाइक कार्बन" परतें जोड़ना।31

4. 

मेडिकल एंडोस्कोप: कोहरे पर युद्ध

सर्जरी में, दुश्मन सिर्फ भड़कना नहीं है - यह कोहरा है। जब कमरे के तापमान का दायरा गर्म, आर्द्र शरीर में प्रवेश करता है, तो यह तुरंत कोहरा हो जाता है।

"50 मिलीसेकंड" नियम

सर्जन वास्तविक समय के वीडियो पर भरोसा करते हैं। यदि कोई स्कोप धूमिल हो जाता है या "व्हाइट-आउट" चमक पैदा करता है, तो यह दृश्य अंतराल या विकृति पैदा करता है। अध्ययनों से पता चलता है कि 50 एमएस की देरी भी एक सर्जन के हाथ-आँख के समन्वय को ख़राब कर सकती है।32

समाधान?सुपर-हाइड्रोफिलिक कोटिंग्स.33 "जल-भयभीत" (हाइड्रोफोबिक) कोटिंग्स के विपरीत, जो पानी को जमा कर देती हैं (जो बिखरने/भड़कने का कारण बनती हैं), सुपर-हाइड्रोफिलिक कोटिंग्स एक सूक्ष्म स्पंज की तरह काम करती हैं। वे पानी को बिल्कुल सपाट, पारदर्शी चादर में फैला देते हैं।33 कोहरा अनिवार्य रूप से एक स्पष्ट खिड़की बन जाता है!

रखरखाव: फ़िंगरप्रिंट से अपने "जादू" को ख़त्म न करें

यहां तक ​​कि दुनिया की सबसे अच्छी एसडब्ल्यूसी नैनो-कोटिंग भी एक तैलीय अंगूठे के निशान से बर्बाद हो सकती है। तेलों में एक उच्च अपवर्तक सूचकांक होता है जो नैनो-संरचनाओं को "भरता है", प्रभावी रूप से आपकी महंगी कोटिंग को वापस प्रतिबिंबित ग्लास के टुकड़े में बदल देता है।25

यही कारण है किफ्लोरीन (एएफ) कोटिंग सबसे बाहरी तत्व के लिए महत्वपूर्ण है। यह एक "नॉन-स्टिक" सतह बनाता है जो तेल और उंगलियों के निशान को दूर करता है, जिससे उन्हें नीचे की नाजुक एआर परतों को खरोंच किए बिना मिटाया जा सकता है।23

अंतिम विचार: प्रकाश और छाया को संतुलित करना

भड़कना और भूत-प्रेत "दोष" नहीं हैं - वे सिर्फ भौतिकी हैं जो हमारे साथ मज़ाक कर रहे हैं। पारंपरिक मल्टीलेयर एआर को नैनो-संरचनाओं और विशेष सुरक्षात्मक कोटिंग्स के साथ जोड़कर, हम किसी भी एप्लिकेशन के लिए सही "आंख" तैयार कर सकते हैं।

आख़िरकार, एक लेंस निर्माता के रूप में, आपका काम केवल ग्लास बनाना नहीं है। यह स्पष्टता प्रदान करने के बारे में है जहां यह सबसे अधिक मायने रखता है: सड़कों पर सुरक्षा, ऑपरेटिंग रूम में सटीकता, और रात में सतर्कता।

ऑप्टिक्स का भविष्य उज्ज्वल है - और सही कोटिंग्स के साथ, यह अंततः भड़क-मुक्त हो जाएगा।