A szemüveglencsék antireflex rétegének jelentősége a gyakorlatban (1. rész)

Napjainkban a reflexiócsökkentő (anti-reflex, AR) rétegek egyre nagyobb szerepet kapnak a szemüvegoptikában is, mivel alkalmazásukkal a szemüveg optikai és kozmetikai minősége jelentősen javítható.
Az irodalmi adatok szerint jelenleg pl. Észak-Európában a szemüveglencsék 80%-át látják el antireflexiós bevonattal.

antireflex réteg jelentőségeAntireflexiós réteg nélkül                   Antireflexiós réteggel

A reflexió hátrányai

Két közeg határfelületéhez érve a fény egy része átlép az elsőből a másodikba, más része visszaverődik a felületről. A visszavert fény mennyisége a két anyag optikai törésmutatójától függ. Ha az első, belépő közeg törésmutatója no, a kilépőé pedig ns, akkor merőleges beesés esetén az R reflexióképesség a Fresnel képlettel számolható ki:

R=(n0-ns)2 /(n0+ns)2 =(1– ns / n0)2 /(1+ ns / n0)2

A képletből látható, hogy a felület csillogása a belépő közeg és a szubsztrátum törésmutatójának arányától függ – ha nincs törésmutató-eltérés, akkor még egyébként különböző anyagok esetén sincs reflexió. A gyémánt viszont azért csillog olyan szépen, mert törésmutatója 2,4, ezért reflexióképessége 17%-os.
A normál szemüvegoptikai koronaüvegből készült lencsén a ráeső fény 91,6 %-a halad át, így a reflexiós fényveszteség 8,4 %.
A reflexió csökkentésére tehát szükség van. De milyen problémát okozhat a mindössze két optikai felületet tartalmazó szemüveglencse reflexiója? A gyártás során gondosan „tükörsimára” polírozott lencsefelület csillogása a következő hátrányokkal jár:

1. A fényvisszaverődés kontrasztcsökkentő.
2. A szembe tükrözött sugarak káprázást okozhatnak.
3. A reflektált sugarak zavaró szellemképet hozhatnak létre.
4. A csillogás miatt nem látjuk beszélgető partnerünk szemét.

Szemünk a kontraszthatás segítségével látja a környezetében lévő tárgyakat, azaz a fényvisszaverő képességük közötti különbséget érzékeli. Ha ez kicsi, akkor igen nehéz a tárgyakat megkülönböztetni.
A kontrasztot a nézett tárgy és a környezete megvilágításának arányával fejezik ki. Ha egy tárgy fénysűrűsége (a visszavert fényteljesítmény, „fényesség”) Bt, a környezetéé pedig Bk, akkor a kontraszt:

K= (Bt – Bk) / Bk

Vizsgáljuk meg most az alábbi példát:

AR bevonatEgy gépkocsi éjszaka, távolsági fényszóróját használva, 80km/h sebességgel halad. A fényszórónak előírás szerint 100m-en legalább 1 lux megvilágítási erősséget kell biztosítania. Jó úton, intenzív fékezés esetén a féktávolság 80km/h sebességnél 57m. Mivel a megvilágítás erőssége a távolság négyzetével arányosan csökken, ezen a távolságon a megvilágítás 3.078 lux.
Ha a visszasugárzó háttér (az úttest) és a tárgy (mondjuk egy ember) tökéletes Lambert sugárzó lenne, akkor a felfogott fényenergiát maradéktalanul visszaverné, azaz a ráeső minden 1 lux megvilágítási erősségre 0.314 mL fénysűrűséggel válaszolna. Természetesen a fénynek csak egy része verődik vissza. Irodalmi adatok szerint az úttest fényvisszaverése a burkolat színe és minősége szerint 8-30% között van – az aszfaltúté pl. 5-10%. Az úttesten előforduló akadályok fényvisszaverő képessége 2-18%-ra tehető. Ha az átlagokat vesszük, azaz 7,5%-ot az ember és 10%-ot az úttest esetére), akkor 0.0725mL ls 0.0966mL fényenergia verődik vissza, így a fenti képlet alapján a kontraszt 33.2%-kal egyenlő, ilyen feltételek mellett még kb. 8 ívperc nagyságú tárgyakat érzékelhetünk, ami a jobboldali függőleges tengely alapján a féktávolságnál kb. 15cm-es tárgynagyságnak felel meg.
Tegyük fel, hogy egy követő gépkocsi 4lux-szal világítja meg az előtte haladó vezető szemüvegének homorú felületét (ez 50m követési távolságnak felel meg távolsági- és kb.14m-nek rosszul beállított tompított fényszóró használata esetén). A szemüveglencse anyagától függően ekkor a fény különböző százaléka verődhet vissza a vezető szemébe. 1.802-es törésmutatónál a kontraszt már csak 10% körüli, azaz egy 165cm-nél alacsonyabb embernek már nem sok esélye van arra, hogy a vezető észrevegye.

A szellemképek

A fényvisszaverődés szempontjából a lencse felületi homorú illetve domború tükörként viselkednek. A beeső fény számára a felület domború tükör, a szem felől jövő fény viszont homorú tükörrel találkozik. Természetesen maga a szaruhártya is részt vehet a visszaverési folyamatban, 1.376-os törésmutatója miatt reflexiója 2,5% körüli.
A reflektáló felületek tükörrendszert alkotnak, amely az optikai távolsági törvényeknek megfelelően úgynevezett „szellemképet” hoz létre. Ezek száma elméletileg végtelen, azonban mivel a visszaverődések és törések számának növekedésével a képek fényessége egyre inkább csökken, elegendő az alábbi öt szellemkép megjelenésével számolni:

1. Egy reflexióból (a lencse homorú oldala) származó kép. Erőssége 1,523-as törésmutató esetén 4,3%.
2. Egy reflexióból és két törés által létrehozott kép. Erőssége 100×0, 957×0, 043×0,975, azaz 03,9%.
3. Két reflexióból (mindkettő a lencse felületein történik) és két törésből származó kép. Erőssége 0,17%.
4. Két reflexió (az egyik a homorú lencse felületein, a másik a szaruhártyán történik) és két törés által létrehozott kép. Erőssége 0,098%.
5. Két reflexióból (az egyik a lencse domború felületén, a másik a szaruhártyán történik) és három törésből származó kép. Erőssége 0,09%.

Alá kell húzni, hogy a szellemképek észlelésének valószínűsége elsősorban a megvilágítás függvénye. Erős megvilágításnál a 4., 5. pontban leírt szellemkép is jelentkezik, sőt a többszörös visszaverődésből és törésből származó képek is feltűnhetnek, természetesen a törésmutatóval együtt növekvő valószínűséggel.
A szellemképek méretüktől, elhelyezkedésüktől függően a látást zavarják, csökkenthetik a kontrasztot és a fej mozgatásakor a nézett tárgytól rendszerint eltérő sebességgel mozogva rendkívül zavaróak lehetnek.
Elképzelhető olyan eset is, amikor távoli fényforrásból (Nap vagy a mögöttünk haladó gépkocsi) érkező nagy teljesítményű párhuzamos fénysugarak a lencséről visszatükröződve a recehártyán fókuszálódnak és kellemetlen vakítást okoznak.

A cikk folytatása: A szemüveglencsék antireflex rétegének jelentősége a gyakorlatban 2. rész

Egy hozzászólás érkezett erre a cikkre: A szemüveglencsék antireflex rétegének jelentősége a gyakorlatban (1. rész)

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

Zalka Optika Székesfehérvár





Szemüvegtisztító Spray