Злодії світла
Спойлери, які турбували користувачів оптики з моменту винаходу першого телескопа Галілея в 1610 році, — це поглинання та відбиття, які різко зменшують кількість корисного світла, яке досягає очей глядача. Кожен оптичний елемент (окрема лінза, призма або дзеркало) неминуче поглинає частину світла, що проходить через нього. Однак набагато важливішим є той факт, що невеликий відсоток світла відбивається від кожної поверхні повітря-скло. Для оптики без покриття ця «втрата відбиття» коливається від 4 до 6 відсотків на поверхню, що не здається надто поганим, поки ви не зрозумієте, що сучасні оптичні прилади мають від 10 до 16 таких поверхонь. Кінцевим результатом може бути втрата світла на цілих 50 відсотків, що особливо неприємно в умовах слабкого освітлення.
Більш серйозним, однак, є той факт, що відбите світло не просто зникає, залишаючи більш тьмяне зображення. Замість цього він продовжує відскакувати від поверхні до поверхні всередині інструменту, причому частина світла від цих других, третіх і четвертих відображень зрештою виходить через вихідні зіниці інструменту в очі глядача. Таке розсіяне світло називається «спалахом» і визначається як «концентроване або розсіяне світло, що не формує зображення, яке пропускається через оптичну систему». Результатом є завуальований відблиск або розпливчастість, яка затемнює деталі зображення та зменшує контрастність. У крайніх випадках це може навіть спричинити зображення-привиди. Надзвичайним прикладом може бути те, що ви намагаєтеся відобразити дичину на тіньовій стороні низького хребта, коли яскраве сонячне світло падає зверху на об’єктив приладу. (Ніколи не дивіться прямо на сонце з оптикою чи без неї, оскільки це може серйозно пошкодити очі.)
Одношарові антиблікові покриття
Довгоочікуване вирішення проблеми втрати світла, що відбиває, з’явилося в середині 1930-х років, коли Олександр Смакула, інженер Carl Zeiss, розробив і запатентував «невідбиваючу систему покриття лінз Zeiss» (тепер її називають антивідблисковими або AR-покриттями), яка був оголошений як «найважливіший розвиток століття в оптичній науці». Незабаром після цього військові потреби Другої світової війни прискорили розробку покриття, яке використовувалося як союзниками, так і державами Осі в оптичних інструментах, починаючи від біноклів (біноклів) і закінчуючи прицілами для бомб.
Теорія покриття AR (див. ілюстрацію нижче) є дуже складною науковою концепцією. У застосуванні він складається з прозорої плівки, як правило, з фториду магнію MgF2, товщиною в одну чверть довжини світлової хвилі (приблизно шість мільйонних часток дюйма), нанесеної шляхом молекулярного бомбардування на чисту скляну поверхню. Розробка методу нанесення такої мікроскопічно тонкої плівки, що робиться у вакуумних камерах, стала великим технологічним тріумфом. Це одношарове антивідблискове покриття зменшило втрати світла від 4-6 відсотків для поверхонь без покриття до приблизно 1,5-2 відсотків для покритих поверхонь, таким чином підвищивши загальну пропускну здатність приладів з повністю покритим покриттям приблизно на 70 відсотків, що, враховуючи супутнє зменшення відблиску, що погіршує зображення, було значним покращенням.
Багатошарові антиблікові покриття
Основним недоліком одношарових покриттів, які все ще широко використовуються, є те, що вони ідеально працюють лише для певної довжини хвилі (кольору) світла, де товщина покриття дорівнює одній чверті довжини хвилі. Цей недолік зрештою призвів до розробки багатошарових широкосмугових покриттів, здатних ефективно зменшувати втрати відбитого світла в широкому діапазоні довжин хвиль. Найкращі сучасні багатошарові покриття можуть зменшити втрату відбивного світла лише до двох десятих відсотка на кожній поверхні повітря-скло.
Я познайомився з багатошаровими покриттями в 1971 році, коли компанія Pentax почала використовувати на об’єктивах фотоапарата своє «супер багатошарове покриття», де воно майже усунуло відблиски та зображення-привиди під час фотографування об’єктів з яскравим контрзам. Виробники спортивної оптики дещо повільно переходили до цього, і лише в 1979 році компанія Carl Zeiss представила багатопокриття «T*», яке підвищило світлопроникність біноклів Zeiss до трохи більше ніж 90 відсотків, одночасно покращуючи контрастність зображення. Причина, чому знадобилося так багато часу, щоб перейти від перших одношарових покриттів до сучасних багатошарових широкосмугових покриттів, полягала в тому, що останні, хоч і засновані на тих же наукових принципах, є неймовірно складними, включаючи кілька тонких шарів різних фторидів, оксидів, діоксидів, і т. д. Як і можна було очікувати, комп’ютери відіграють важливу роль у складанні та застосуванні таких покриттів.
Хоча загальна пропускна здатність світла продовжує дещо покращуватися, найвищі рівні, з якими я зараз знайомий, становлять приблизно 92 відсотки для біноклів і 95 відсотків для прицілів, що значно перевищує середні показники для таких інструментів. Основна причина, чому оптичні приціли, як правило, мають трохи кращу пропускну здатність світла, ніж біноклі, полягає в тому, що вони використовують прості лінзи, а не складні призми для зведення зображення.
Подібним чином, біноклі з призмою Порро, як правило, мають кращу пропускну здатність світла, ніж біноклі з призмою з дахом аналогічної оптичної якості. Помітним винятком є бінокль Carl Zeiss, у якому використовуються дахові призми Аббе-Кеніга замість широко використовуваних дахових призм типу Печан, які мають одну дзеркальну (зазвичай алюмінізовану або посріблену) поверхню, де під час внутрішнього освітлення втрачається від 4 до 6 відсотків доступного світла. рефлексія. (У процесі, який називається «повне внутрішнє відображення», призми Порро та дахові призми Аббе-Кеніга отримують 100-відсоткове відображення на всіх своїх внутрішніх поверхнях без будь-яких покриттів.) Деякі провідні виробники розв’язують проблему призми Печана — це спеціальні мульти- шарові відбиваючі покриття, що забезпечують 99,5-відсоткове відображення на дзеркальних поверхнях.
Застереження тут полягає в тому, що не слід надто захоплюватися пошуками кількох додаткових процентних пунктів пропускання світла. Візьміть до уваги, наприклад, що 5-відсотковий приріст пропускання світла у високопродуктивному оптичному інструменті приблизно дорівнює приросту дульної швидкості 150 кадрів в секунду у гвинтівки калібру .300 Magnum — ви ніколи не помітите різниці.
Чи буде коли-небудь досягнуто 100-відсоткове світлопропускання в спортивній оптиці? Ніколи не варто говорити «ніколи», але, окрім зміни законів фізики, відповідь майже напевно — ні!
Кольори покриття
Багато хто вважає, що якість AR-покриттів можна визначити за кольором світла, відбитого від поверхонь. Можливо, але щоб зробити це з упевненістю, потрібен значний досвід. Побачений колір не є кольором самого матеріалу покриття, який є безбарвним, а відбиваючим кольором або комбінованими відбиваючими кольорами довжин хвиль світла, для яких покриття є найменш ефективним. Наприклад, покриття, яке є найбільш ефективним у червоному та синьому довжинах хвиль, вироблятиме зелене відображення. І навпаки, якщо покриття є найефективнішим у зелених довжинах хвиль, відображення буде деякою комбінацією червоного та синього, наприклад пурпуровим. Відблиски від одношарового покриття фториду магнію зазвичай коливаються від блідо-блакитного до темно-фіолетового. Хоча кольори, що відбиваються від останніх багатошарових покриттів, можуть бути майже будь-якими кольорами веселки, з різними кольорами, що відображаються на різних оптичних поверхнях у всій системі, яскраве біле (безбарвне) відображення зазвичай вказує на поверхню без покриття.
Незважаючи на те, що наведений нижче саморобний тест для оцінки покриттів AR є ненауковим, він є освітнім та інформативним. Єдиний потрібний інструмент – невеликий ліхтарик або, якщо його немає, верхнє освітлення. Хитрість полягає в тому, щоб просвітити світло в об’єктив приладу так, щоб, дивлячись уздовж променя, ви могли бачити зображення світла, що відбивається від різних поверхонь повітря-скло всередині приладу. (Примітка: відбивання відбуватиметься як від ближньої, так і від дальньої сторони лінз і призм.) Тепер, ґрунтуючись на наведеній вище інформації щодо кольору, ви отримаєте деяке уявлення про типи використовуваних покриттів і, що більш важливо, чи є деякі поверхні без покриття.
Інші види покриттів
Не маючи місця для детального висвітлення інших типів оптичних покриттів, я пропоную такі короткі підсумки.
Покриття фазової корекції (P):Розроблене Carl Zeiss (ким ще?) і представлене як "P-покриття" в 1988 році, покриття фазової корекції є другим за важливістю після антиблікового покриття в інструментах з даховою призмою. Проблема (яка не існує в призмах Порро) полягає в тому, що світлові хвилі, відбиваючись від протилежних поверхонь даху, стають еліптично поляризованими, таким чином, вони на половину довжини хвилі відрізняються по фазі одна від одної. Це призводить до руйнівних перешкод і подальшого погіршення якості зображення. Р-покриття вирішують проблему, усуваючи руйнівні фазові зсуви.
Відбиваючі покриття:Ці дзеркальні покриття, які часто завдячують своєю ефективністю конструктивному втручанню, використовуються в спортивній оптиці частіше, ніж можна було б подумати. Приклади включають: більшість лазерних далекомірів і кілька оптичних прицілів, які використовують дільники променя; приціли з червоною точкою, де використовується покриття, що залежить від довжини хвилі, щоб відобразити зображення точки назад в око стрільця; і, як обговорювалося раніше, в інструментах з призмою даху з призмами Печана.
Гідрофобні (водовідштовхувальні) покриття:Архетипом водовідштовхувального покриття є покриття Rainguard компанії Bushnell, яке пропускає воду та протистоїть зовнішньому запотіванню. Я ретельно тестував покриття Rainguard у холодному кліматі, де ненавмисне дихання на лінзу окуляра прицілу закривало б огляд цілі. Результати полягали в тому, що, навіть коли я навмисно дихав як на лінзи об’єктива, так і на окуляр, спричиняючи їх або запотівання, або іній, я все одно міг бачити цілі достатньо добре, щоб стріляти.
Стійкі до стирання покриття:Постійним недоліком деяких антиблікових покриттів є те, що вони мають тенденцію бути м’якими і, отже, легко дряпатися. На щастя, сучасні «міцні» покриття, хоча й досі не використовуються повсюдно, значно підвищують довговічність зовнішньої оптики, починаючи від окулярів і закінчуючи прицілами. Безумовно, найміцніше покриття, яке я тестував, на зовнішніх поверхнях лінз із Т-покриттям 30-мм титанових прицілів Burris Black Diamond. Я не міг подряпати його, навіть лезом гострого, як бритва, кишенькового ножа. Останнє не рекомендується.
Позначення покриття
Наступні терміни часто використовуються виробниками оптики, щоб описати ступінь захисту їхніх інструментів покриттям AR.
Оптика з покриттям (C) означає, що одна або кілька поверхонь однієї або кількох лінз покриті.
Повне покриття (FC) означає, що всі поверхні типу "повітря-скло" мають принаймні один шар антивідблиску, що добре.
Багатошарове покриття (MC) означає, що одна або кілька поверхонь однієї або кількох лінз отримали AR-покриття, що складається з двох або більше шарів. Якщо використовується авторитетними виробниками, це позначення зазвичай означає, що одна або обидві зовнішні поверхні лінз мають багатошарове покриття, а внутрішні поверхні, ймовірно, мають одношарове покриття.
Повне багатошарове покриття (FMC) означає, що всі поверхні типу "повітря-скло" повинні мати багатошарове покриття проти відблиску, що є найкращим.
На жаль, не всі AR-покриття певного типу однакові, а деякі навіть можуть бути фальшивими. Незважаючи на те, що вони чудові на вигляд, я дуже скептично ставлюся до цінності так званих «рубінових» покриттів, які відбивають сліпучу кількість червоного світла, через що об’єкти, які спостерігаються, виглядають жахливо зеленими. Коли провідні виробники, такі як Carl Zeiss, Leica, Nikon і Swarovski, почнуть використовувати рубінове або інше незвичайне покриття, я почну в них вірити. Перша лінія захисту від неякісних і фіктивних покриттів — це купувати у виробника з перевіреним досвідом чесності. Це не означає, що навіть найкращі компанії більше не рекламують своє фірмове покриття. Зазвичай захоплюються рекламники.