Легкие воры
Спойлеры, которые сбивают с толку пользователей оптики с момента изобретения Галилеем первого телескопа в 1610 году, — это поглощение и отражения, которые резко уменьшают количество полезного света, попадающего в глаза зрителя. Каждый оптический элемент (индивидуальная линза, призма или зеркало) неизбежно поглощает часть проходящего через него света. Однако гораздо более важным является тот факт, что небольшой процент света отражается от каждой поверхности воздух-стекло. Для оптики без покрытия эти «потери на отражение» варьируются от 4 до 6 процентов на поверхность, что не кажется таким уж плохим, пока вы не поймете, что современные оптические инструменты имеют от 10 до 16 таких поверхностей. Конечным результатом может стать потеря света до 50 процентов, что особенно неприятно в условиях низкой освещенности.
Однако более серьезным является тот факт, что отраженный свет не просто исчезает, оставляя более тусклое изображение. Вместо этого он продолжает прыгать с поверхности на поверхность внутри инструмента, при этом часть света от этих второго, третьего и четвертого отражений в конечном итоге выходит через выходные зрачки инструмента и попадает в глаза зрителя. Такой рассеянный свет называется «бликом» и определяется как «свет, не образующий изображения, концентрированный или рассеянный, который передается через оптическую систему». В результате возникают блики или дымка, которая затемняет детали изображения и снижает контраст. В крайних случаях это может даже вызвать появление призрачных изображений. Крайним примером может быть ситуация, когда вы пытаетесь наблюдать за стеклянной игрой на тенистой стороне невысокого хребта, когда яркий солнечный свет струится сверху и попадает в объектив инструмента. (Никогда не смотрите прямо на солнце ни с оптикой, ни без нее, так как это может привести к серьезному повреждению глаз.)
Однослойные антибликовые покрытия
Долгожданное решение проблемы потери отражающего света появилось в середине 1930-х годов, когда Александр Смакула, инженер Carl Zeiss, разработал и запатентовал «систему неотражающего покрытия линз Zeiss» (теперь называемую просветляющим или AR-покрытием), которая был провозглашен «самым важным достижением века в оптической науке». Вскоре после этого военные нужды Второй мировой войны ускорили разработку покрытия, которое использовалось как союзниками, так и силами Оси в оптических инструментах, начиная от полевых биноклей (биноклей) и заканчивая бомбовыми прицелами.
Теория просветляющих покрытий (см. иллюстрацию ниже) — очень сложная научная концепция. При применении он состоит из прозрачной пленки, обычно из фторида магния MgF2, толщиной в одну четверть длины волны света (около шести миллионных дюйма), нанесенной путем молекулярной бомбардировки на чистую стеклянную поверхность. Разработка метода нанесения такой микроскопически тонкой пленки в вакуумных камерах стала большим технологическим триумфом. Эти однослойные просветляющие покрытия снизили потери света на отражение с 4–6 процентов для поверхностей без покрытия до примерно 1,5–2 процентов для поверхностей с покрытием, тем самым увеличивая общее пропускание света для инструментов с полным покрытием примерно на 70 процентов, что, учитывая сопутствующее уменьшение бликов, ухудшающих качество изображения, это было значительным улучшением.
Многослойные антибликовые покрытия
Основным недостатком однослойных покрытий, которые до сих пор широко используются, является то, что они отлично работают только для определенной длины волны (цвета) света, где толщина покрытия равна одной четверти длины волны. Этот недостаток в конечном итоге привел к разработке многослойных широкополосных покрытий, способных эффективно снижать потери света на отражение в широком диапазоне длин волн. Лучшие на сегодняшний день многослойные покрытия могут снизить потери отраженного света до двух десятых процента на каждой поверхности воздух-стекло.
Мое знакомство с многослойными покрытиями произошло в 1971 году, когда компания Pentax начала использовать свое «супермногослойное покрытие» на объективах фотоаппаратов, которое практически устранило блики и призрачные изображения при фотографировании объектов с ярким контровым освещением. Производители спортивной оптики немного медленно вступали в моду, и только в 1979 году Carl Zeiss представил свое многослойное покрытие «T*», которое увеличило светопропускание биноклей Zeiss до чуть более 90 процентов, одновременно улучшая контрастность изображения. Причина, по которой путь от первых однослойных покрытий до современных многослойных широкополосных покрытий занял так много времени, заключалась в том, что последние, хотя и основаны на тех же научных принципах, невероятно сложны и включают несколько тонких слоев различных фторидов, оксидов, диоксидов, и т. д. Как и следовало ожидать, компьютеры играют важную роль в разработке и применении таких покрытий.
Хотя общее светопропускание продолжает немного улучшаться, самые высокие уровни, с которыми я сейчас знаком, составляют около 92 процентов для биноклей и 95 процентов для оптических прицелов, что значительно выше средних значений для таких инструментов. Основная причина, по которой оптические прицелы, как правило, имеют немного лучшее светопропускание, чем бинокли, заключается в том, что для построения изображения в них используются простые линзы, а не сложные призмы.
Аналогичным образом, бинокли с призмой Порро, как правило, имеют лучшее светопропускание, чем бинокли с призмой с крышей аналогичного оптического качества. Заметным исключением являются бинокли Carl Zeiss, в которых используются крыши-призмы Аббе-Кенига вместо широко используемых крышевых призм типа Печана, которые имеют одну зеркальную (обычно алюминизированную или посеребренную) поверхность, где от 4 до 6 процентов доступного света теряется во время внутреннего освещения. отражение. (В процессе, называемом «полное внутреннее отражение», призмы Порро и руф-призмы Аббе-Кёнига получают 100-процентное отражение на всех своих внутренних поверхностях без каких-либо покрытий.) Некоторые ведущие производители решают проблему призмы Пешана специальными мульти-призмами. многослойные отражающие покрытия, которые отражают 99,5 процентов зеркальных поверхностей.
Предостережение здесь в том, что не следует слишком увлекаться в поисках нескольких дополнительных процентных пунктов светопропускания. Предположим, например, что увеличение светопропускания на 5 процентов в высокопроизводительном оптическом приборе примерно равно увеличению начальной скорости на 150 кадров в секунду в винтовке .300 Magnum — вы никогда не заметите разницы.
Будет ли когда-нибудь достигнута 100-процентная светопроницаемость в спортивной оптике? Никогда не следует говорить «никогда», но, если не считать изменения законов физики, ответ почти наверняка будет отрицательным!
Цвета покрытия
Многие считают, что качество AR-покрытий можно определить по цвету света, отраженного от поверхностей. Возможно, но чтобы сделать это с какой-либо уверенностью, требуется значительный опыт. Видимый цвет - это не цвет самого материала покрытия, который бесцветен, а отражающий цвет или комбинированные отражающие цвета тех длин волн света, для которых покрытие наименее эффективно. Например, покрытие, которое наиболее эффективно в красном и синем диапазоне волн, будет давать зеленое отражение. И наоборот, если покрытие наиболее эффективно в зеленых длинах волн, отражение будет представлять собой комбинацию красного и синего, например пурпурного. Отражения от однослойных покрытий фторида магния обычно варьируются от бледно-голубого до темно-фиолетового. Хотя цвета, отражаемые новейшими многослойными покрытиями, могут быть практически любого цвета радуги, причем разные цвета проявляются на различных оптических поверхностях всей системы, ярко-белое (бесцветное) отражение обычно указывает на поверхность без покрытия.
Следующий тест для оценки просветляющих покрытий, выполненный своими руками, хотя и ненаучен, но является одновременно образовательным и информативным. Единственный необходимый инструмент — небольшой фонарик или, при его отсутствии, верхний свет. Хитрость заключается в том, чтобы направить свет в объектив прибора так, чтобы, глядя вдоль луча, вы могли видеть изображения света, отражающегося от различных поверхностей типа «воздух-стекло» внутри прибора. (Примечание: отражение будет происходить как с ближней, так и с дальней стороны линз и призм.) Теперь, основываясь на приведенной выше информации о цвете, вы получите некоторое представление о типах используемых покрытий и, что более важно, о том, есть ли поверхности не имеют покрытия.
Другие типы покрытий
Не имея возможности подробно рассказать о других типах оптических покрытий, предлагаю следующие краткие обзоры.
Фазокорректирующие (П) покрытия:Разработанное Carl Zeiss (кем еще?) и представленное как «P-покрытие» в 1988 году, фазокоррекционное покрытие уступает по важности только просветляющему покрытию в приборах с руф-призмами. Проблема (отсутствующая в призмах Порро) заключается в том, что световые волны, отражаясь от противоположных поверхностей крыши, становятся эллиптически поляризованными, так что они сдвинуты по фазе друг с другом на половину длины волны. Это приводит к деструктивным помехам и последующему ухудшению качества изображения. P-покрытия решают проблему, устраняя деструктивные фазовые сдвиги.
Отражающие покрытия:Эти зеркальные покрытия, которые часто обязаны своей эффективностью конструктивной интерференции, используются в спортивной оптике чаще, чем можно было бы подумать. Примеры включают в себя: большинство лазерных дальномеров и несколько оптических прицелов, в которых используются светоделители; прицелы с красной точкой, в которых используется покрытие, зависящее от длины волны, для отражения изображения точки обратно в глаз стрелка; и, как обсуждалось ранее, в приборах с руф-призмами и призмами Печана.
Гидрофобные (водоотталкивающие) покрытия:Образцом водоотталкивающего покрытия является покрытие Rainguard от Bushnell, которое отводит воду и противостоит внешнему запотеванию. Я тщательно тестировал покрытие Rainguard в холодном климате, где случайное дыхание на линзу окуляра прицела могло бы затруднить обзор цели. В результате, даже когда я намеренно дышал на линзы объектива и окуляра, вызывая их запотевание или замерзание, я все равно мог видеть цели достаточно хорошо, чтобы стрелять.
Устойчивые к истиранию покрытия:Постоянным недостатком некоторых просветляющих покрытий является то, что они мягкие и поэтому легко царапаются. К счастью, сегодняшние «прочные» покрытия, хотя и не используются повсеместно, значительно повышают долговечность уличной оптики — от очков до оптических прицелов. Самое прочное покрытие, которое я когда-либо тестировал, приходится на Т-образные внешние поверхности линз титановых оптических прицелов Burris Black Diamond диаметром 30 мм. Я не мог поцарапать его даже острием острого как бритва карманного ножа. Последнее не рекомендуется.
Обозначения покрытия
Следующие термины часто используются производителями оптики для описания степени защиты их инструментов просветляющими покрытиями.
Оптика с покрытием (C) означает, что одна или несколько поверхностей одной или нескольких линз имеют просветление.
Полное покрытие (FC) означает, что все поверхности воздух-стекло имеют как минимум один слой антибликового покрытия, что является хорошим показателем.
Многослойное покрытие (MC) означает, что одна или несколько поверхностей одной или нескольких линз получили противоотражающее покрытие, состоящее из двух или более слоев. При использовании авторитетными производителями это обозначение обычно подразумевает, что одна или обе внешние поверхности линзы имеют многослойное покрытие, а внутренние поверхности, вероятно, имеют однослойное покрытие.
Полностью многослойное покрытие (FMC) означает, что все поверхности воздух-стекло должны иметь многослойное просветляющее покрытие, что является наилучшим вариантом.
К сожалению, не все просветляющие покрытия одного типа одинаковы, а некоторые могут даже быть поддельными. Какими бы красивыми они ни были, я очень скептически отношусь к ценности так называемых «рубиновых» покрытий, которые отражают ослепительное количество красного света, заставляя наблюдаемые объекты казаться ужасно зелеными. Когда ведущие производители, такие как Carl Zeiss, Leica, Nikon и Swarovski, начнут использовать рубиновые или другие необычные покрытия, я начну в них верить. Первая линия защиты от некачественных и поддельных покрытий — это покупать продукцию у производителя, который зарекомендовал себя как честный. Это не значит, что даже лучшие компании не любят рекламировать свои фирменные покрытия. Обычно увлекаются рекламщики.