Tìm hiểu các lớp bao phủ trên thấu kính

    Một ống kính được cấu tạo bởi nhiều thấu kính. Cấu tạo và chất lượng của các thấu kính khác nhau. Ngày nay, chất lượng của các thấu kính không còn được quyết định nhiều bởi chất liệu làm nên nó hay sự trong suốt của nó, mà chủ yếu và quan trọng hơn cả là lớp phủ lên bề mặt nó.

    Ngay cả những thấu kính được coi là trong suốt nhất, khi được chiếu sáng, cũng có một phần ánh sáng tới bị phản xạ trở lại. Một ống kính hiện đại, được cấu tạo bởi nhiều thấu kính, vì thế, trên con đường đi đến bộ cảm biến (sensor), một chùm tia sáng sẽ phải đi qua rất nhiều bề mặt của các thấu kính. Lượng sáng thực tế đến được cảm biến sẽ bị giảm đi. Ngoài ra, ánh sáng phản xạ còn gây ra các hiệu ứng bất lợi, như hiện tượng tán sắc, làm sai lệch chùm ánh sáng đến bộ cảm biến dẫn tới giảm đáng kể chất lượng hình ảnh.

Mục đích của các nhà sản xuất ống kính là làm sao cho phần ánh sáng phản xạ trước một thấu kính càng ít càng tốt. Cách tiện lợi và thông dụng nhất là tạo các lớp phủ tốt nhất lên bề mặt của thấu kính. Nghĩa là làm cho các thấu kính "tốt hơn". Có rất nhiều phương pháp phủ bề mặt thấu kính, chúng phụ thuộc chủ yếu vào sự phức tạp và công phu của kỹ thuật, do đó cũng làm cho các ống kính đắt rẻ khác nhau đáng kể. Chúng tôi chỉ xin được trình bày một cách rất ngắn gọn và đơn giản hóa lý thuyết chung của một vài phương pháp này.

1. Phủ đơn giản, phủ một lớp

   Khi ánh sáng chiếu vào một thấu kính, có nghĩa là ánh sáng đang đi từ môi trường quang học loãng (không khí) sang môi trường quang học đặc (kính). Sự thay đổi môi trường này được biểu thị bằng chỉ số khúc xạ của từng vật chất. Ví dụ, nếu coi môi trường chân không có chỉ số khúc xạ bằng 1, thì với không khí, nó sẽ vào khoảng 1. Dựa vào đó, người ta thấy, các loại kính quang học có chỉ số khúc xạ từ 1,4 đến 2.
   Một lớp phủ đơn giản nhất đã được người ta nhắc đến từ năm 1886, khi phát hiện ra rằng, ánh sáng chiếu trực tiếp đến thấu kính, phản xạ nhiều hơn khi qua một lớp phủ đơn giản. Bằng những phép đo chuyên dụng, ánh sáng chiếu trực tiếp, vuông góc, qua lớp không khí (n=1), đến lớp kính (n=1,5) cho lượng sáng phản xạ là 4%, còn ánh sáng đến từ lớp không khí (n=1), qua lớp phủ bề mặt  vào thấu kính (n=1,22), có lượng sáng phản xạ là 2%. (Hình-01).

2. Lớp giao thoa

   Chúng ta đều biết, ánh sáng tồn tại dưới dạng hạt và sóng. Nghĩa là có thể miêu tả ánh sáng dưới dạng sóng lan tỏa theo hướng chiếu sáng. Nếu hai chùm tia sáng lan tỏa song song và tới nhau, chúng sẽ giao thoa và có thể làm cho nhau mạnh lên hoặc triệt tiêu nhau. Chúng bị triệt tiêu khi đáy sóng của tia sáng này trùng khít với đỉnh sóng của tia sáng kia. 
   Lớp phủ trên bề mặt thấu kính sẽ tạo ra bước sóng đúng bằng 1/4 bước sóng của tia sáng trên, để ánh sáng từ lớp không khí vào lớp phủ và rồi mới từ lớp phủ vào lớp kính không có đáy sóng trùng lên nhau, và như vậy, làm cho hiện tượng triệt tiêu lẫn nhau bị xóa bỏ, nói cách khác,  phần lớn ánh sáng sẽ đến được với bộ cảm biến. (Hình-02)

    Tuy nhiên, đó là lý thuyết, và cũng chỉ sẩy ra được với một bước sóng (đơn sắc) được chiếu vuông góc. Trên thực tế, ánh sáng mà ta nhìn thấy được là ánh sáng đa sắc, có dải màu với những bước sóng vào khoảng từ 380 nm đến 730 nm, và đến với nhiều góc độ khác nhau.
   Vì thế, ống kính hiện đại được phủ một cách phức tạp với nhiều lớp (Multi-Coalting), có tác dụng trên nhiều bước sóng làm giảm lượng sáng phản xạ. Có rất nhiều lớp được tính toán kỹ càng khi phủ lên thấu kính để chúng hỗ trợ nhau và lượng sáng dẫn tuyền cho phép đạt đến 99,9%. Tất nhiên những thấu kính này được sản xuất trong những điều kiện rất phức tạp và công phu, đồng nghĩa với việc giá thành không hề thấp. Không phải trong một ống kính, tất cả các thấu kính đều được phủ và có chất lượng như nhau, mà thông thường chỉ có các thấu kính ở đầu và cuối ống kính. Chúng được đánh dấu riêng, ví dụ như hãng Nikon gọi là các thấu kính ED.

3. Lớp phủ Nano

    Một phương pháp mới để tối ưu hóa sự truyền sáng, hạn chế tối đa sự phản xạ của ánh sáng trên bề mặt thấu kính là phủ lên thấu kính một lớp vật liệu nano, phủ nano. Dưới những cái tên khác nhau, hai nhà sản xuất máy ảnh dẫn đầu hiện nay là Canon và Nikon đều có một kỹ thuật tương tự. Thuật ngữ Nano dùng để chỉ vật liệu có kích thước trên quy mô nano (nm: nano mét), 1nm = 10-9 m. Khi vật liệu ở kích thước này, chúng sẽ có những đặc tính khác thường. Người ta ứng dụng đặc tính đó trong rất nhiều ngành khoa học cũng như trong sản xuất vật liệu, được gọi là công nghệ nano. 
   Trong khi với lớp phủ "kinh điển", người ta tạo ra những bề mặt nhẵn thín, thì ứng dụng công nghệ nano lại làm cho bề mặt "xù" lên với những vật chất đặc biệt và tinh xảo. 
   Canon gọi kỹ thuật này là SWC (Subwavelenght Structure Coating). Đó là kỹ thuật sử dụng một lớp oxit nhôm, gắn dưới dạng một lớp răng cưa tinh xảo lên bề mặt của thấu kính. Những răng cưa này rất nhỏ, chỉ vào khoảng 220nm (nghĩa là còn nhỏ hơn cả bước sóng ánh sáng nhìn thấy). Qua lớp răng cưa này, ánh sáng từ môi trường không khí vào môi trường thủy tinh sẽ được "chuyển bậc" dần, làm giảm đáng kể hiện tượng phản xạ. (Hình-03)

   Nikon gọi kỹ thuật nano của mình là "Nano Crystal Coat". Được ký hiệu bằng chữ "N" trên ống kính. Nikon dùng những hạt có kích thước nano phủ lên bề mặt thấu kính. Vì là những hạt nhỏ này không phải là một khối đồng nhất, nên cũng tạo ra được một hiệu ứng tương tự như SWC của Canon. (Hinh-04)
   Trong cả hai kỹ thuật, lượng ánh sáng truyền qua sẽ được điều hòa tốt hơn. Theo các nhà sản xuất, với công nghệ nano này, có thể làm giảm đến 1/2 lượng sáng phản xạ so với việc phủ nhiều lớp kinh điển. Phủ nano còn phát huy được tính ưu việt ngay cả với góc chiếu sáng rộng, nghĩa là rất có lợi cho các thấu kính có đường kính bé.

4. Lớp phủ phía sau ống kính

   Một ống kính hiện đại được cấu tạo bởi nhiều thấu kính và nhiều nhóm thấu kính. Không phải thấu kính hay nhóm thấu kính nào cũng được chế tạo công phu và có chất lượng cao như nhau. Người ta biết rằng phim có khả năng hấp thụ nhiều ánh sáng hơn sensor. Các Sensor khác nhau  hấp thụ ánh sáng khác nhau, tùy theo phần nhạy sáng trên sensor chiếm bao nhiêu phần so với diện tích chung. Chính vì vậy, việc phủ thấu kính phía sau của ống kính, đặc biệt là trong nhiếp ảnh KTS, là rất quan trọng, để làm giảm sự phản xạ và tán sắc của ánh sáng, những yếu tố làm giảm đáng kể chất lượng hình ảnh.
Người sử dụng ống kính nên có ý thức, coi thấu kính phía sau cũng quan trọng như phía trước, đặc biệt là khi vệ sinh bề mặt thấu kính, vì nó cũng được phủ tương tự như thấu kính phía trước.

Thông tin bên lề
- Máy càng hiện đại, càng cần những ống kính hiện đại, chứ không phải máy đã tốt rồi thì không cần phải mua ống kính đắt tiền nữa. Có khi ống kính thường lắp vào máy thường chụp đẹp hơn là lắp vào máy hiện đại.
- Thân máy ảnh có con chip full-frame sẽ kén ống kính hơn, vì với con chip lớn như vậy, nó sẽ dễ dẫn đến hiện tượng quang sai và thị sai (lỗi ở rìa ảnh) nếu không được sử dụng với những ống kính hiện đại thích hợp.
- Một ống kính đắt tiền chỉ thật sự được phát huy tác dụng nếu bạn sử dụng với một kính lọc tốt (nếu muốn lắp kính lọc), vì ánh sáng sẽ đi qua kính lọc đã rồi mới vào ống kính. Nếu không thật phí tiền bỏ ra mua ống kính tốt. Kính lọc tốt, ví dụ kính lọc UV của B+W (Hãng Schneiderkreuznach, CHLB Đức), giá khoảng 70 USD, tùy theo đường kính, kính lọc.

Thành Long

Nguồn: Sưu tầm