Lystyvene
De spoilere, der har forvirret optikbrugere siden opfindelsen af Galileos første teleskop i 1610, er absorption og refleksioner, som dramatisk reducerer mængden af brugbart lys, der når frem til seerens øjne. Hvert optisk element (enkelt linse, prisme eller spejl) absorberer uundgåeligt noget af det lys, der passerer gennem det. Langt mere betydningsfuldt er det dog, at en lille procentdel af lyset reflekteres fra hver luft-til-glas-overflade. For ubelagt optik varierer dette "reflekterende tab" mellem 4 procent og 6 procent pr. overflade, hvilket ikke virker så slemt, før du indser, at moderne optiske instrumenter har alt fra 10 til 16 sådanne overflader. Nettoresultatet kan være et lystab på helt op til 50 procent, hvilket er særligt besværligt under dårlige lysforhold.
Mere alvorligt er det dog, at det reflekterede lys ikke bare forsvinder og efterlader et svagere billede. I stedet bliver den ved med at hoppe rundt fra overflade til overflade inde i instrumentet, hvor noget af lyset fra disse anden, tredje og fjerde refleksioner til sidst kommer ud gennem instrumentets udgangspupiller og ind i beskuerens øjne. Sådant spredt lys kaldes "flare" og defineres som "ikke-billeddannende lys, koncentreret eller diffust, der transmitteres gennem det optiske system." Resultatet er en slørende blænding eller sløring, der slører billeddetaljerne og reducerer kontrasten. I ekstreme tilfælde kan det endda forårsage spøgelsesbilleder. Et ekstremt eksempel ville være, hvis du prøvede at glasspille vildt på den skyggefulde side af en lav højderyg med skarpt sollys, der strømmer over toppen og ind i instrumentets objektivlinse. (Se aldrig direkte mod solen, hverken med eller uden optik, da det kan forårsage alvorlig øjenskade.)
Enkeltlags antirefleksbelægninger
Den længe ventede løsning på problemet med tab af reflekterende lys kom i midten af 1930'erne, da Alexandar Smakula, en Carl Zeiss-ingeniør, udviklede og patenterede "Zeiss ikke-reflekterende linsebelægningssystem" (nu kaldet anti-reflekterende eller AR-belægninger), som blev bebudet som "århundredets vigtigste udvikling inden for optisk videnskab." Snart derefter accelererede de militære behov under Anden Verdenskrig udviklingen af belægningen, som blev brugt af både de allierede og aksestyrker i optiske instrumenter lige fra feltbriller (kikkerter) til bombesigter.
Teorien bag AR-belægninger (se illustrationen nedenfor) er et meget kompliceret videnskabeligt koncept. Ved anvendelse består den af en gennemsigtig film, sædvanligvis af magnesiumfluorid MgF2, en fjerdedel af en bølgelængde af lys (ca. seks milliontedele tomme) tyk, aflejret ved molekylært bombardement på en ren glasoverflade. At udvikle en metode til at påføre en sådan mikroskopisk tynd film, som udføres i vakuumkamre, var en stor teknologisk triumf. Denne enkeltlags antirefleksbelægning reducerede det reflekterende lystab fra mellem 4 procent til 6 procent for ubelagte overflader til omkring 1,5 til 2 procent for coatede overflader, hvilket øgede den samlede lystransmission for fuldt coatede instrumenter på omkring 70 procent, hvilket, i betragtning af den medfølgende reduktion i billednedbrydende flare, var en bemærkelsesværdig forbedring.
Multi-Layer Anti-Reflection Coatings
En stor mangel ved enkeltlagsbelægninger, som stadig er meget udbredt, er, at de kun fungerer perfekt til den specifikke bølgelængde (farve) af lys, hvor tykkelsen af belægningen er lig med en fjerdedel af bølgelængden. Denne mangel førte til sidst til udviklingen af flerlags bredbåndsbelægninger, der effektivt kan reducere reflekterende lystab over en lang række bølgelængder. Dagens bedste flerlagsbelægninger kan reducere tab af reflekterende lys til så lidt som to tiendedele af en procent ved hver luft-til-glas-overflade.
Min introduktion til flerlagsbelægninger kom i 1971, da Pentax begyndte at bruge sin "Super Multicoating" på kameralinser, hvor den næsten eliminerede flare og spøgelsesbilleder ved fotografering af motiver i stærkt modlys. Sportsoptikproducenter var lidt langsomme med at komme med på vognen, og det var først i 1979, at Carl Zeiss introducerede sin "T*" Multicoating, som øgede lystransmissionen af Zeiss-kikkerter til lidt over 90 procent, og samtidig forbedrede billedkontrasten. Grunden til, at det tog så lang tid at komme fra de første enkeltlagsbelægninger til nutidens flerlags bredbåndsbelægninger, var, at sidstnævnte, selvom de er baseret på de samme videnskabelige principper, er utroligt komplicerede, og involverer flere tynde lag af forskellige fluorider, oxider, dioxider, osv. Som du kunne forvente, spiller computere en stor rolle i formuleringen og anvendelsen af sådanne belægninger.
Selvom den generelle lystransmission fortsætter med at forbedre sig lidt, er de højeste niveauer, som jeg i øjeblikket er bekendt med, omkring 92 procent for kikkerter og 95 procent for riffelkikkert, hvilket er et godt stykke over gennemsnittet for sådanne instrumenter. Den primære årsag til, at kikkerter har en tendens til at have lidt bedre lystransmissioner end kikkerter, er, fordi de bruger simple erektorlinser frem for komplicerede prismer til billedopstilling.
Ligeledes har Porro prismekikkerter en tendens til at have bedre lystransmission end tagprismekikkerter af tilsvarende optisk kvalitet. Bemærkelsesværdige undtagelser er Carl Zeiss-kikkerten, der bruger Abbe-Koenig tagprismer i stedet for de udbredte tagprismer af Pechan-typen, som har en spejlet (normalt aluminiseret eller forsølvet) overflade, hvor mellem 4 og 6 procent af det tilgængelige lys går tabt under indvendigt lys. afspejling. (I en proces kaldet "total intern refleksion" får Porro-prismer og Abbe-Koenig tagprismer 100 procent refleksion på alle deres indre overflader uden at have nogen belægninger.) Nogle førende producenters løsning på Pechan-prismeproblemet er specielle multi- lag reflekterende belægninger, der får 99,5 procent refleksion på de spejlede overflader.
Forbeholdet her er, at man ikke skal lade sig for rive med i deres søgen efter et par ekstra procentpoint af lystransmission. Tænk for eksempel på, at en 5 procents gevinst i lystransmission i et højtydende optisk instrument er nogenlunde lig med en forstærkning på 150 fps i mundingshastigheden i en 0,300 magnum riffel - du vil aldrig bemærke forskellen.
Vil der nogensinde blive opnået 100 procent lystransmission i sportsoptik? Man bør aldrig sige "aldrig", men bortset fra at ændre fysikkens love, er svaret næsten helt sikkert nej!
Coating farver
Mange tror, at kvaliteten af AR-belægninger kan bestemmes af farven på lyset, der reflekteres fra overfladerne. Måske, men at gøre det med enhver sikkerhed kræver betydelig ekspertise. Farven, der ses, er ikke selve belægningsmaterialet, som er farveløst, men den reflekterende farve eller kombinerede reflekterende farver af de lysbølgelængder, for hvilke belægningen er mindst effektiv. For eksempel vil en belægning, der er mest effektiv i de røde og blå bølgelængder, producere en grøn refleksion. Omvendt, hvis belægningen er mest effektiv i de grønne bølgelængder, vil refleksionen være en kombination af rød og blå, såsom magenta. Refleksionerne fra enkeltlagsbelægninger af magnesiumfluorid spænder normalt fra lyseblå til mørkelilla. Mens farverne, der reflekteres fra de seneste flerlagsbelægninger, kan være næsten enhver regnbuefarve, med forskellige farver, der vises på forskellige optiske overflader i hele systemet, indikerer en lys hvid (farveløs) refleksion normalt en ubelagt overflade.
Selvom den er uvidenskabelig, er den følgende gør-det-selv-test til evaluering af AR-belægninger både lærerig og informativ. Det eneste værktøj, der er brug for, er en lille lommelygte eller, hvis det mangler, et overheadlys. Tricket er at skinne lyset ind i instrumentets objektivlinse, så du, når du kigger langs strålen, kan se billeder af lyset, der reflekteres fra de forskellige luft-til-glas-overflader i instrumentet. (Bemærk: Refleksion vil komme fra både den nære og fjerne side af linser og prismer.) Nu, baseret på ovenstående information, med hensyn til farve, vil du få en ide om, hvilke typer belægninger der anvendes og, endnu vigtigere, om nogle overflader er ubelagte.
Andre typer belægninger
I mangel af plads til dybdegående dækning af de andre typer optiske belægninger tilbyder jeg følgende korte resuméer.
Fasekorrektion (P) belægninger:Udviklet af Carl Zeiss (hvem ellers?) og introduceret som "P-coating" i 1988, er fasekorrektionsbelægning kun næstbedste i forhold til antirefleksbelægning i tagprismeinstrumenter. Problemet (ikke-eksisterende i Porro-prismer) er, at lysbølger, der reflekteres fra modsatte tagflader, bliver elliptisk polariseret, så de er en halv bølgelængde ude af fase med hinanden. Dette resulterer i ødelæggende interferens og en efterfølgende forringelse af billedkvaliteten. P-belægningerne løser problemet ved at eliminere de destruktive faseskift.
Refleksbelægninger:Disse spejllignende belægninger - som ofte skylder deres effektivitet til konstruktiv interferens - bruges oftere i sportsoptik, end man skulle tro. Eksempler inkluderer: de fleste laserafstandsmålere og de få kikkerter, der anvender strålesplittere; røde priksigter, hvor en bølgelængdespecifik belægning bruges til at reflektere billedet af prikken tilbage til skyttens øje; og, som tidligere diskuteret, i tagprismeinstrumenter med Pechan-prismer.
Hydrofobe (vandafvisende) belægninger:Arketypen for vandafvisende belægning er Bushnells Rainguard-belægning, der afgiver vand og modstår udvendig dug. Jeg har grundigt testet Rainguard-belægning i kolde klimaer, hvor utilsigtet vejrtrækning på et kikkerts okularlinse ville have sløret ens udsyn til målet. Resultaterne var, at selv når jeg med vilje trak vejret på både objektivet og okularlinserne, hvilket fik dem til enten at dugge eller frost, kunne jeg stadig se mål godt nok til at skyde.
Slidbestandige belægninger:En vedvarende mangel ved nogle antirefleksbelægninger er, at de har tendens til at være bløde og derfor let ridser. Heldigvis forbedrer nutidens "hårde" belægninger, selvom de stadig ikke anvendes universelt, i høj grad holdbarheden af udendørs optik lige fra briller til riffelkikkert. Den langt hårdeste belægning, som jeg har testet, er på de T-belagte udvendige linseoverflader på Burris' Black Diamond 30 mm Titanium riffelsigter. Jeg kunne ikke ridse den, selv med spidsen af en knivskarp lommekniv. Sidstnævnte anbefales ikke.
Belægningsbetegnelser
Følgende udtryk bruges ofte af optikproducenter til at beskrive, i hvilket omfang deres instrumenter er beskyttet af AR-belægninger.
Coated optik (C) betyder, at en eller flere overflader på en eller flere linser er blevet coatet.
Fuldt coatet (FC) betyder, at alle luft-til-glas overflader har fået mindst et enkelt lag antirefleksbelægning, hvilket er godt.
Multicoated (MC) betyder, at en eller flere overflader på en eller flere linser har fået en AR-belægning bestående af to eller flere lag. Når den bruges af anerkendte producenter, indebærer denne betegnelse normalt, at den ene eller begge af de udvendige linseoverflader er multicoated, og at de indvendige overflader sandsynligvis har enkeltlagsbelægninger.
Fuldt multicoated (FMC) betyder, at alle luft-til-glas overflader skal have fået flerlags antirefleksbelægning, hvilket er bedst.
Desværre er ikke alle AR-belægninger af en given type skabt lige, og nogle kan endda være falske. Dejlige som de er at se, er jeg meget skeptisk i forhold til værdien af de såkaldte "ruby" belægninger, som reflekterer en blændende mængde rødt lys, hvilket får sete objekter til at se uhyggeligt grønne ud. Når førende producenter, såsom Carl Zeiss, Leica, Nikon og Swarovski, begynder at bruge rubin eller andre offbeat belægninger, vil jeg begynde at tro på dem. Den første forsvarslinje mod ringere og falske belægninger er at købe fra en producent med en dokumenteret track record for ærlighed. Det betyder ikke, at selv de bedste virksomheder er over at hype deres proprietære belægning. Det er normalt reklamefolkene, der lader sig rive med.