Крадците на светлина
Спойлерите, които измъчват потребителите на оптика от изобретяването на първия телескоп на Галилей през 1610 г., са абсорбцията и отраженията, които драстично намаляват количеството използваема светлина, което достига до очите на зрителя. Всеки оптичен елемент (отделна леща, призма или огледало) неизбежно поглъща част от светлината, която преминава през него. Много по-важен обаче е фактът, че малък процент от светлината се отразява от всяка повърхност въздух-стъкло. За оптиката без покритие тази „загуба на отразяване“ варира между 4% и 6% на повърхност, което не изглежда много лошо, докато не разберете, че съвременните оптични инструменти имат от 10 до 16 такива повърхности. Крайният резултат може да бъде загуба на светлина до 50 процента, което е особено обезпокоително при условия на слаба светлина.
По-сериозен обаче е фактът, че отразената светлина не изчезва просто, оставяйки по-слабо изображение. Вместо това, тя продължава да подскача от повърхност на повърхност в инструмента, като част от светлината от тези второ, трето и четвърто отражение в крайна сметка излиза през изходните зеници на инструмента и в очите на зрителя. Такава разсеяна светлина се нарича "отблясък" и се определя като "светлина без образуване на изображение, концентрирана или дифузна, която се предава през оптичната система". Резултатът е забулен отблясък или замъгляване, което замъглява детайлите на изображението и намалява контраста. В екстремни случаи може дори да причини призрачни изображения. Екстремен пример би бил, ако се опитвате да остъклите дивеч на сенчестата страна на нисък хребет с ярка слънчева светлина, струяща отгоре и в обектива на инструмента. (Никога не гледайте директно към слънцето, със или без оптика, тъй като може да причини сериозно увреждане на очите.)
Еднослойни антирефлексни покрития
Дългоочакваното решение на проблема със загубата на отразяваща светлина идва в средата на 30-те години на миналия век, когато Александър Смакула, инженер от Carl Zeiss, разработва и патентова „системата за неотражателно покритие на лещите на Zeiss“ (сега наричана антирефлексни или AR покрития), която беше обявен за "най-важното развитие на века в оптичната наука". Скоро след това военните нужди на Втората световна война ускоряват развитието на покритието, което се използва както от съюзническите сили, така и от силите на Оста в оптични инструменти, вариращи от бинокли (бинокли) до мерници за бомби.
Теорията зад AR покритията (вижте илюстрацията по-долу) е много сложна научна концепция. При приложение се състои от прозрачен филм, обикновено от магнезиев флуорид MgF2, с дебелина една четвърт от дължината на вълната на светлината (около шест милионни от инча), отложен чрез молекулярно бомбардиране върху чиста стъклена повърхност. Разработването на метод за прилагане на такъв микроскопично тънък филм, който се извършва във вакуумни камери, беше голям технологичен триумф. Това еднослойно антирефлексно покритие намалява загубата на отразяваща светлина от между 4% и 6% за повърхности без покритие до около 1,5 до 2% за повърхности с покритие, като по този начин увеличава общото предаване на светлина за напълно покрити инструменти с около 70%, което, като се има предвид съпътстващото намаляване на отблясъците, влошаващи изображението, беше забележително подобрение.
Многослойни антирефлексни покрития
Основен недостатък на еднослойните покрития, които все още се използват широко, е, че те работят перфектно само за определена дължина на вълната (цвят) на светлината, където дебелината на покритието е равна на една четвърт от дължината на вълната. Този дефицит в крайна сметка доведе до разработването на многослойни широколентови покрития, способни ефективно да намалят загубата на отразяваща светлина в широк диапазон от дължини на вълните. Днешните най-добри многослойни покрития могат да намалят загубата на отразяваща светлина до две десети от един процент на всяка повърхност въздух-стъкло.
Въведението ми в многослойните покрития дойде през 1971 г., когато Pentax започна да използва своето "Super Multicoating" върху лещите на фотоапарата, където почти елиминира отблясъците и призрачните изображения при снимане на ярко осветени отзад обекти. Производителите на спортна оптика малко се забавиха и едва през 1979 г. Carl Zeiss представи своето многослойно покритие "T*", което увеличи пропускането на светлина на биноклите Zeiss до малко над 90 процента, като същевременно подобри контраста на изображението. Причината, поради която отне толкова много време да се стигне от първите еднослойни покрития до днешните многослойни широколентови покрития, беше, че последните, макар и базирани на същите научни принципи, са невероятно сложни, включващи няколко тънки слоя от различни флуориди, оксиди, диоксиди, и т.н. Както можете да очаквате, компютрите играят основна роля във формулите и приложенията на такива покрития.
Въпреки че общото предаване на светлина продължава леко да се подобрява, най-високите нива, с които съм запознат в момента, са около 92 процента за бинокли и 95 процента за оптически мерници, които са доста над средните стойности за такива инструменти. Основната причина, поради която оптическите мерници са склонни да имат малко по-добро предаване на светлина от биноклите, е, че те използват прости еректорни лещи, а не сложни призми за изправяне на изображението.
По същия начин бинокълът с призма на Поро обикновено има по-добро предаване на светлина от бинокъла с покривна призма с подобно оптично качество. Забележителни изключения са бинокълите Carl Zeiss, които използват покривни призми Abbe-Koenig вместо широко използваните покривни призми тип Pechan, които имат една огледална (обикновено алуминизирана или посребрена) повърхност, където между 4 и 6 процента от наличната светлина се губи по време на вътрешна отражение. (В процес, наречен „пълно вътрешно отражение“, призмите на Поро и покривните призми на Абе-Кьониг получават 100 процента отражение върху всичките си вътрешни повърхности, без да имат никакви покрития.) Някои решения на водещи производители за проблема с призмата на Печан са специални мулти- слой отразяващи покрития, които получават 99,5 процента отражение върху огледалните повърхности.
Уговорката тук е, че човек не трябва да се увлича твърде много в търсенето на няколко допълнителни процентни пункта пропускливост на светлина. Помислете, например, че 5-процентното увеличение на пропускането на светлина в оптичен инструмент с висока производителност е приблизително равно на 150 кадъра в секунда увеличение на дулната скорост в пушка .300 magnum - никога няма да забележите разликата.
Ще бъде ли постигнато 100 процента светлинно предаване някога в спортната оптика? Човек никога не трябва да казва "никога", но, освен промяната на законите на физиката, отговорът почти сигурно е не!
Цветове на покритието
Мнозина вярват, че качеството на AR покритията може да се определи от цвета на светлината, отразена от повърхностите. Може би, но за да се направи това с някаква сигурност, са необходими значителни експертни познания. Вижданият цвят не е този на самия покривен материал, който е безцветен, а отразяващият цвят или комбинираните отразяващи цветове на дължините на вълните на светлината, за които покритието е най-малко ефективно. Например, покритие, което е най-ефективно в червените и сините дължини на вълните, ще произведе зелено отражение. Обратно, ако покритието е най-ефективно в зелените дължини на вълната, отражението ще бъде комбинация от червено и синьо, като магента. Отраженията, идващи от еднослойни покрития от магнезиев флуорид, обикновено варират от бледо синьо до тъмно лилаво. Докато цветовете, отразяващи се от най-новите многослойни покрития, могат да бъдат почти всеки цвят на дъгата, с различни цветове, показващи се на различни оптични повърхности в цялата система, ярко бяло (безцветно) отражение обикновено показва повърхност без покритие.
Макар и ненаучен, следният тест „направи си сам“ за оценка на AR покрития е едновременно образователен и информативен. Единственият необходим инструмент е малко фенерче или, при липса на такова, лампа над главата. Номерът е да насочите светлината към лещата на обектива на инструмента, така че когато гледате по дължината на лъча, да можете да видите изображения на светлината, отразяваща се от различните повърхности въздух-стъкло в инструмента. (Забележка: Отражението ще идва както от близката, така и от далечната страна на лещите и призмите.) Сега, въз основа на горната информация относно цвета, ще получите известна представа относно видовете използвани покрития и, което е по-важно, дали някои повърхностите са без покритие.
Други видове покрития
Поради липса на място за задълбочено отразяване на другите видове оптични покрития, предлагам следните кратки резюмета.
Покрития с фазова корекция (P):Разработено от Carl Zeiss (кой друг?) и въведено като "P-покритие" през 1988 г., покритието за фазова корекция е второ по важност след антирефлексното покритие в инструментите с покривна призма. Проблемът (несъществуващ в призмите на Поро) е, че светлинните вълни, отразяващи се от противоположните покривни повърхности, стават елиптично поляризирани, така че да са на половината дължина на вълната извън фазата една спрямо друга. Това води до разрушителна намеса и последващо влошаване на качеството на изображението. P-покритията коригират проблема, като елиминират разрушителните фазови отмествания.
Отразяващи покрития:Тези огледални покрития - които често дължат своята ефективност на конструктивна намеса - се използват по-често в спортната оптика, отколкото може да се предположи. Примерите включват: повечето лазерни далекомери и малкото мерници, които използват разделители на лъчи; мерници с червени точки, при които се използва специфично за дължината на вълната покритие за отразяване на образа на точката обратно към окото на стрелеца; и, както беше обсъдено по-рано, в инструменти с покривна призма с призми на Pechan.
Хидрофобни (водоотблъскващи) покрития:Архетипът за водоотблъскващо покритие е покритието Rainguard на Bushnell, което отделя вода и е устойчиво на външно замъгляване. Тествах обстойно покритието Rainguard в студен климат, където по невнимание дишането върху лещата на окуляра на мерника би затъмнило гледката на целта. Резултатите бяха, че дори когато умишлено вдишвах лещите на обектива и окуляра, причинявайки им замъгляване или замръзване, все още виждах целите достатъчно добре, за да стрелям.
Абразивоустойчиви покрития:Постоянният недостатък на някои антирефлексни покрития е, че те обикновено са меки и следователно лесно се надраскат. За щастие, днешните "твърди" покрития, макар и все още да не се използват универсално, значително подобряват издръжливостта на външната оптика, варираща от очила до оптични мерници. Най-твърдото покритие, което досега съм тествал, е върху външните повърхности на лещите с T-пластиран 30-милиметров титанов оптически мерник на Burris. Не можах да го издраскам дори с острие на остър като бръснач джобен нож. Последното не се препоръчва.
Обозначения на покритието
Следните термини често се използват от производителите на оптика, за да опишат степента, до която техните инструменти са защитени от AR покрития.
Оптика с покритие (C) означава, че една или повече повърхности на една или повече лещи са покрити.
Пълно покритие (FC) означава, че всички повърхности въздух-стъкло са получили поне един слой антирефлексно покритие, което е добре.
Многослойно (MC) означава, че една или повече повърхности на една или повече лещи са получили AR покритие, състоящо се от два или повече слоя. Когато се използва от реномирани производители, това обозначение обикновено означава, че едната или и двете външни повърхности на лещите са с многослойно покритие и че вътрешните повърхности вероятно имат еднослойни покрития.
Пълно многослойно покритие (FMC) означава, че всички повърхности въздух-стъкло трябва да са получили многослойни антирефлексни покрития, което е най-доброто.
За съжаление, не всички AR покрития от даден тип са създадени еднакви, а някои може дори да са фалшиви. Колкото и да са прекрасни за гледане, аз съм много скептичен по отношение на стойността на така наречените "рубинени" покрития, които отразяват ослепително количество червена светлина, карайки наблюдаваните обекти да изглеждат ужасно зелени. Когато водещи производители, като Carl Zeiss, Leica, Nikon и Swarovski, започнат да използват рубинени или други необичайни покрития, ще започна да вярвам в тях. Първата линия на защита срещу некачествени и фалшиви покрития е да купувате от производител с доказан опит в честността. Това не означава, че дори най-добрите компании не рекламират своето собствено покритие. Обикновено рекламните хора се увличат.