Ljustjuvarna
De spoilers som har förvirrat optikanvändare sedan Galileos första teleskop uppfanns 1610 är absorption och reflektioner, som dramatiskt minskar mängden användbart ljus som når betraktarens ögon. Varje optiskt element (enskild lins, prisma eller spegel) absorberar oundvikligen en del av ljuset som passerar genom det. Mycket viktigare är dock det faktum att en liten andel av ljuset reflekteras från varje luft-till-glasyta. För obelagd optik varierar denna "reflekterande förlust" mellan 4 procent och 6 procent per yta, vilket inte verkar så illa förrän du inser att moderna optiska instrument har allt från 10 till 16 sådana ytor. Nettoresultatet kan bli en ljusförlust på så mycket som 50 procent, vilket är särskilt besvärligt under svaga ljusförhållanden.
Allvarligare är dock det faktum att det reflekterade ljuset inte bara försvinner och lämnar en svagare bild. Istället fortsätter den att studsa runt från yta till yta inuti instrumentet, med en del av ljuset från dessa andra, tredje och fjärde reflektioner som så småningom kommer ut genom instrumentets utgångspupiller och in i betraktarens ögon. Sådant spritt ljus kallas "flare" och definieras som "icke-bildbildande ljus, koncentrerat eller diffust, som överförs genom det optiska systemet." Resultatet är en beslöjande bländning eller grumlighet som döljer bilddetaljer och minskar kontrasten. I extrema fall kan det till och med orsaka spökbilder. Ett extremt exempel skulle vara om du försökte glasa vilt på den skuggiga sidan av en låg ås med starkt solljus som strömmar över toppen och in i instrumentets objektivlins. (Titta aldrig direkt mot solen, varken med eller utan optik, eftersom det kan orsaka allvarliga ögonskador.)
Enkellagers antireflektionsbeläggningar
Den efterlängtade lösningen på problemet med reflekterande ljusförlust kom i mitten av 1930-talet när Alexandar Smakula, en Carl Zeiss-ingenjör, utvecklade och patenterade "Zeiss icke-reflekterande linsbeläggningssystem" (nu kallat antireflekterande eller AR-beläggningar), som utropades som "århundradets viktigaste utveckling inom optisk vetenskap". Strax därefter påskyndade de militära behoven under andra världskriget utvecklingen av beläggningen, som användes av både de allierade och axelstyrkorna i optiska instrument, allt från fältglasögon (kikare) till bombsikter.
Teorin bakom AR-beläggningar (se illustrationen nedan) är ett mycket komplicerat vetenskapligt koncept. Vid användning består den av en genomskinlig film, vanligtvis av magnesiumfluorid MgF2, en fjärdedel av en ljusvåglängd (cirka sex miljondelar av en tum) tjock, avsatt, genom molekylärt bombardement, på en ren glasyta. Att utveckla en metod för att applicera en sådan mikroskopiskt tunn film, som görs i vakuumkammare, var en stor teknisk triumf. Dessa enskiktiga antireflektionsbeläggningar minskade den reflekterande ljusförlusten från mellan 4 procent till 6 procent för obelagda ytor till cirka 1,5 till 2 procent för belagda ytor, vilket ökade den totala ljustransmissionen för helbelagda instrument med cirka 70 procent, vilket, med tanke på den åtföljande minskningen av bildnedbrytande överstrålning, var en anmärkningsvärd förbättring.
Flerskikts antireflektionsbeläggning
En stor brist med enskiktsbeläggningar, som fortfarande används i stor utsträckning, är att de fungerar utmärkt endast för ljusets specifika våglängd (färg) där tjockleken på beläggningen är lika med en fjärdedel av våglängden. Denna brist ledde så småningom till utvecklingen av flerskiktiga bredbandsbeläggningar som effektivt kan reducera reflekterande ljusförlust över ett brett spektrum av våglängder. Dagens bästa flerskiktsbeläggningar kan minska reflekterande ljusförlust till så lite som två tiondelar av en procent vid varje luft-till-glasyta.
Min introduktion till flerskiktsbeläggningar kom 1971 när Pentax började använda sin "Super Multicoating" på kameralinser, där den nästan eliminerade utblossande bilder och spökbilder när man fotograferade motiv med starkt motljus. Tillverkarna av sportoptik var lite långsamma på vägen, och det var inte förrän 1979 som Carl Zeiss introducerade sin "T*" Multicoating, som ökade ljustransmissionen hos Zeiss-kikaren till drygt 90 procent, samtidigt som bildkontrasten förbättrades. Anledningen till att det tog så lång tid att komma från de första enskiktsbeläggningarna till dagens flerskiktiga bredbandsbeläggningar var för att de senare, fastän de bygger på samma vetenskapliga principer, är otroligt komplicerade och involverar flera tunna skikt av olika fluorider, oxider, dioxider, etc. Som du kan förvänta dig spelar datorer en stor roll i formuleringen och tillämpningen av sådana beläggningar.
Även om den totala ljustransmissionen fortsätter att förbättras något, är de högsta nivåerna som jag för närvarande känner till cirka 92 procent för kikare och 95 procent för kikarsikte, vilket är långt över genomsnitten för sådana instrument. Den främsta anledningen till att kikarsikten tenderar att ha något bättre ljustransmission än kikare är att de använder enkla erektorlinser snarare än komplicerade prismor för bilduppställning.
Likaså tenderar Porro prismakikare att ha bättre ljusgenomsläpplighet än takprismakikare av liknande optisk kvalitet. Anmärkningsvärda undantag är Carl Zeiss-kikaren som använder Abbe-Koenig takprismor istället för de allmänt använda takprismorna av Pechan-typ, som har en spegelvänd (vanligtvis aluminiserad eller försilvrad) yta där mellan 4 och 6 procent av det tillgängliga ljuset går förlorat under internt ljus. reflexion. (I en process som kallas "total intern reflektion" får Porro-prismor och Abbe-Koenig takprismor 100 procent reflektion på alla sina invändiga ytor, utan att ha några beläggningar.) Vissa ledande tillverkares lösning på Pechan-prismaproblemet är speciella multi- lager reflekterande beläggningar som får 99,5 procent reflektion på de spegelvända ytorna.
Förbehållet här är att man inte ska ryckas med i sin strävan efter några extra procentenheter av ljustransmission. Tänk till exempel att en ökning på 5 procent i ljustransmission i ett högpresterande optiskt instrument är ungefär lika med en ökning på 150 fps i mynningshastigheten i ett 0,300 magnum gevär - du kommer aldrig att märka skillnaden.
Kommer 100 procent ljustransmission någonsin att uppnås inom sportoptik? Man ska aldrig säga "aldrig", men förutom att modifiera fysikens lagar är svaret nästan säkert nej!
Beläggning Färger
Många tror att kvaliteten på AR-beläggningar kan bestämmas av färgen på ljuset som reflekteras från ytorna. Kanske, men för att göra det med någon säkerhet krävs stor expertis. Färgen som ses är inte färgen på själva beläggningsmaterialet, som är färglöst, utan den reflekterande färgen eller de kombinerade reflekterande färgerna för ljusets våglängder för vilka beläggningen är minst effektiv. Till exempel kommer en beläggning som är mest effektiv i de röda och blå våglängderna att producera en grön reflektion. Omvänt, om beläggningen är mest effektiv i de gröna våglängderna, kommer reflektionen att vara en kombination av rött och blått, såsom magenta. Reflexerna som kommer från enskiktsbeläggningar av magnesiumfluorid sträcker sig vanligtvis från ljusblått till mörklila. Medan färgerna som reflekteras från de senaste flerskiktsbeläggningarna kan vara nästan vilken färg som helst i regnbågen, med olika färger som visas på olika optiska ytor i hela systemet, indikerar en klar vit (färglös) reflektion vanligtvis en obelagd yta.
Även om det är ovetenskapligt, är följande gör-det-själv-test för att utvärdera AR-beläggningar både lärorikt och informativt. Det enda verktyget som behövs är en liten ficklampa eller, om det saknas, en taklampa. Tricket är att lysa in ljuset i instrumentets objektivlins så att när du tittar längs strålen kan du se bilder av ljuset som reflekteras från de olika luft-till-glas-ytorna i instrumentet. (Obs: Reflektion kommer från både när- och bortsidan av linser och prismor.) Nu, baserat på ovanstående information, angående färg, kommer du att få en uppfattning om vilka typer av beläggningar som används och, ännu viktigare, om några ytorna är obelagda.
Andra typer av beläggningar
I brist på utrymme för djupgående täckning av de andra typerna av optiska beläggningar erbjuder jag följande korta sammanfattningar.
Faskorrigerande (P) beläggningar:Utvecklad av Carl Zeiss (vem mer?) och introducerades som "P-coating" 1988, faskorrigeringsbeläggning är andra i betydelse bara för antireflexbeläggning i takprismainstrument. Problemet (som inte finns i Porro-prismor) är att ljusvågor som reflekteras från motsatta takytor blir elliptiskt polariserade för att vara en halv våglängd ur fas med varandra. Detta resulterar i destruktiv interferens och en efterföljande försämring av bildkvaliteten. P-beläggningarna korrigerar problemet genom att eliminera de destruktiva fasförskjutningarna.
Reflekterande beläggningar:Dessa spegelliknande beläggningar - som ofta har sin effektivitet tack vare konstruktiv interferens - används oftare inom sportoptik än man kan tro. Exempel inkluderar: de flesta laseravståndsmätare och de få kikarsikten som använder stråldelare; rödprickssikte där en våglängdsspecifik beläggning används för att reflektera bilden av pricken tillbaka till skyttens öga; och, som tidigare diskuterats, i takprismainstrument med Pechan-prismor.
Hydrofoba (vattenavvisande) beläggningar:Arketypen för vattenavvisande beläggning är Bushnells Rainguard-beläggning som avger vatten och motstår yttre imma. Jag testade utförligt Rainguard-beläggning i kallt klimat där oavsiktlig andning på ett kikarsiktets okularlins skulle ha skymt ens sikt över målet. Resultaten var att även när jag avsiktligt andades på både objektivet och okularlinsen och fick dem att antingen imma eller frosta över, kunde jag fortfarande se mål tillräckligt bra för att skjuta.
Nötningsbeständiga beläggningar:En ihållande brist med vissa antireflexbeläggningar är att de tenderar att vara mjuka och därför lätt repar sig. Tack och lov förbättrar dagens "tuffa" beläggningar, även om de fortfarande inte används universellt, avsevärt hållbarheten hos utomhusoptik, allt från glasögon till kikarsikte. Den överlägset tuffaste beläggningen som jag har testat är på de T-pläterade externa linsytorna på Burris Black Diamond 30 mm Titanium kikarsikte. Jag kunde inte repa den, inte ens med skäreggen på en knivskarp fickkniv. Det senare rekommenderas inte.
Beläggningsbeteckningar
Följande termer används ofta av optiktillverkare för att beskriva i vilken utsträckning deras instrument är skyddade av AR-beläggningar.
Belagd optik (C) betyder att en eller flera ytor på en eller flera linser har belagts.
Fullbelagd (FC) innebär att alla luft-till-glas-ytor har fått minst ett enda lager antireflexbeläggning, vilket är bra.
Multicoated (MC) innebär att en eller flera ytor på en eller flera linser har fått en AR-beläggning bestående av två eller flera lager. När den används av välrenommerade tillverkare, innebär denna beteckning vanligtvis att en eller båda av de yttre linsytorna är flerskiktade och att de invändiga ytorna förmodligen har enskiktsbeläggning.
Fully multicoated (FMC) innebär att alla luft-till-glas-ytor ska ha fått flerskikts antireflexbeläggning, vilket är bäst.
Tyvärr skapas inte alla AR-beläggningar av en viss typ lika, och vissa kan till och med vara falska. Underbara som de är att se, är jag mycket skeptisk till värdet av de så kallade "ruby" beläggningarna, som reflekterar en bländande mängd rött ljus, vilket gör att föremål som ses ser hemskt gröna ut. När ledande tillverkare, som Carl Zeiss, Leica, Nikon och Swarovski, börjar använda rubin eller andra offbeat-beläggningar kommer jag att börja tro på dem. Den första försvarslinjen mot sämre och falska beläggningar är att köpa från en tillverkare med en bevisad meritlista för ärlighet. Det betyder inte att även de bästa företagen är över att hypa sin egen beläggning. Det är oftast reklamfolket som rycks med.