Pencuri Cahaya
Perosak yang telah membingungkan pengguna optik sejak penciptaan teleskop pertama Galileo pada tahun 1610 ialah penyerapan dan pantulan, yang secara mendadak mengurangkan jumlah cahaya yang boleh digunakan yang sampai ke mata penonton. Setiap elemen optik (kanta individu, prisma atau cermin) pasti menyerap sebahagian cahaya yang melaluinya. Walau bagaimanapun, jauh lebih penting ialah hakikat bahawa peratusan kecil cahaya dipantulkan dari setiap permukaan udara-ke-kaca. Untuk optik tidak bersalut, "kehilangan reflektif" ini berbeza antara 4 peratus dan 6 peratus setiap permukaan, yang kelihatan tidak terlalu buruk sehingga anda menyedari bahawa instrumen optik moden mempunyai antara 10 hingga 16 permukaan sedemikian. Hasil bersih boleh menjadi kerugian ringan sebanyak 50 peratus, yang amat menyusahkan dalam keadaan cahaya malap.
Walau bagaimanapun, lebih serius ialah hakikat bahawa cahaya yang dipantulkan tidak hilang begitu sahaja, meninggalkan imej yang lebih malap. Sebaliknya, ia terus melantun dari permukaan ke permukaan di dalam instrumen, dengan beberapa cahaya dari pantulan kedua, ketiga dan keempat ini akhirnya keluar melalui murid keluar instrumen dan ke mata penonton. Cahaya berselerak sedemikian dipanggil "suar," dan ditakrifkan sebagai "cahaya tidak membentuk imej, tertumpu atau meresap, yang dihantar melalui sistem optik." Hasilnya ialah silau atau kekaburan yang menutupi perincian imej dan mengurangkan kontras. Dalam kes yang melampau, ia juga boleh menyebabkan imej hantu. Satu contoh yang melampau adalah jika anda cuba membuat permainan kaca di bahagian teduh rabung rendah dengan cahaya matahari yang terang mengalir di atas dan ke dalam kanta objektif instrumen. (Jangan sekali-kali melihat terus ke matahari, sama ada dengan atau tanpa optik, kerana ia boleh menyebabkan kerosakan mata yang serius.)
Salutan Anti-Refleksi Satu Lapisan
Penyelesaian yang lama ditunggu-tunggu untuk masalah kehilangan cahaya reflektif datang pada pertengahan 1930-an apabila Alexandar Smakula, seorang jurutera Carl Zeiss, membangunkan dan mematenkan "sistem salutan kanta tidak memantulkan Zeiss" (kini dipanggil anti-pantulan atau salutan AR), yang telah digembar-gemburkan sebagai "perkembangan terpenting abad ini dalam sains optik." Tidak lama selepas itu keperluan ketenteraan Perang Dunia II mempercepatkan pembangunan salutan, yang digunakan oleh kedua-dua pasukan Bersekutu dan Axis dalam instrumen optik dari kaca mata lapangan (teropong) kepada pengebom.
Teori di sebalik salutan AR (lihat ilustrasi di bawah) adalah konsep saintifik yang sangat rumit. Dalam penggunaan, ia terdiri daripada filem lutsinar, biasanya magnesium fluorida MgF2, satu perempat daripada panjang gelombang cahaya (kira-kira enam persejuta inci) tebal, dimendapkan, oleh pengeboman molekul, pada permukaan kaca yang bersih. Membangunkan kaedah untuk menggunakan filem nipis mikroskopik sedemikian, yang dilakukan dalam ruang vakum, adalah kejayaan teknologi yang hebat. Salutan anti-pantulan satu lapisan ini mengurangkan kehilangan cahaya reflektif daripada antara 4 peratus hingga 6 peratus untuk permukaan tidak bersalut kepada kira-kira 1.5 hingga 2 peratus untuk permukaan bersalut, dengan itu, meningkatkan transmisi cahaya keseluruhan untuk instrumen bersalut penuh kira-kira 70 peratus, yang, memandangkan pengurangan yang disertakan dalam suar yang merendahkan imej, adalah peningkatan yang luar biasa.
Salutan Anti-Refleksi Berbilang Lapisan
Kelemahan utama salutan satu lapisan, yang masih digunakan secara meluas, ialah ia berfungsi dengan baik hanya untuk panjang gelombang tertentu (warna) cahaya di mana ketebalan salutan adalah sama dengan satu perempat daripada panjang gelombang. Kekurangan ini akhirnya membawa kepada pembangunan salutan jalur lebar berbilang lapisan yang mampu mengurangkan kehilangan cahaya reflektif dengan cekap pada julat panjang gelombang yang luas. Salutan berbilang lapisan terbaik hari ini boleh mengurangkan kehilangan cahaya reflektif kepada sekurang-kurangnya dua persepuluh satu peratus pada setiap permukaan udara-ke-kaca.
Pengenalan saya kepada salutan berbilang lapisan datang pada tahun 1971 apabila Pentax mula menggunakan "Super Multicoating" pada kanta kamera, di mana ia hampir menghapuskan imej yang menyala dan hantu apabila mengambil gambar subjek dengan cahaya latar yang terang. Pengeluar optik sukan agak lambat memasuki kereta muzik, dan hanya pada tahun 1979 Carl Zeiss memperkenalkan Multicoating "T*", yang meningkatkan transmisi cahaya teropong Zeiss kepada lebih sedikit 90 peratus, sambil meningkatkan kontras imej secara serentak. Sebab ia mengambil masa yang lama untuk mendapatkan daripada salutan satu lapisan pertama kepada salutan jalur lebar berbilang lapisan hari ini adalah kerana yang terakhir, walaupun berdasarkan prinsip saintifik yang sama, adalah sangat rumit, melibatkan beberapa lapisan nipis pelbagai fluorida, oksida, dioksida, dll. Seperti yang anda jangkakan, komputer memainkan peranan utama dalam perumusan dan aplikasi salutan tersebut.
Walaupun transmisi cahaya keseluruhan terus meningkat sedikit, tahap tertinggi yang saya kenali pada masa ini ialah kira-kira 92 peratus untuk teropong dan 95 peratus untuk rifleskop, yang jauh melebihi purata untuk instrumen tersebut. Sebab utama mengapa rifleskop cenderung mempunyai transmisi cahaya yang lebih baik sedikit daripada teropong adalah kerana ia menggunakan kanta erektor ringkas dan bukannya prisma rumit untuk pendirian imej.
Begitu juga, teropong prisma Porro cenderung mempunyai transmisi cahaya yang lebih baik daripada teropong prisma bumbung dengan kualiti optik yang serupa. Pengecualian yang ketara ialah teropong Carl Zeiss yang menggunakan prisma bumbung Abbe-Koenig dan bukannya prisma bumbung jenis Pechan yang digunakan secara meluas, yang mempunyai satu permukaan bercermin (biasanya alumin atau perak) di mana antara 4 dan 6 peratus cahaya yang tersedia hilang semasa bahagian dalam. refleksi. (Dalam proses yang dipanggil "total pantulan dalaman", prisma Porro dan prisma bumbung Abbe-Koenig mendapat pantulan 100 peratus pada semua permukaan dalamannya, tanpa mempunyai sebarang salutan.) Beberapa penyelesaian pengeluar terkemuka untuk masalah Pechan-prisma adalah berbilang khas lapisan pemantulan lapisan yang mendapat pantulan 99.5 peratus pada permukaan cermin.
Kaveat di sini ialah seseorang itu tidak boleh terlalu terbawa-bawa dalam usaha mereka untuk mendapatkan beberapa mata peratusan tambahan penghantaran cahaya. Pertimbangkan, sebagai contoh, peningkatan 5 peratus dalam penghantaran cahaya dalam instrumen optik berprestasi tinggi adalah kira-kira sama dengan keuntungan 150 fps dalam halaju muncung dalam senapang .300 magnum-anda tidak akan dapat melihat perbezaannya.
Adakah penghantaran cahaya 100 peratus akan dicapai dalam optik sukan? Seseorang tidak sepatutnya berkata "tidak pernah," tetapi, selain daripada mengubah suai undang-undang fizik, jawapannya hampir pasti tidak!
Warna Salutan
Ramai yang percaya bahawa kualiti salutan AR boleh ditentukan oleh warna cahaya yang dipantulkan dari permukaan. Mungkin, tetapi untuk melakukannya dengan pasti memerlukan kepakaran yang besar. Warna yang dilihat bukanlah daripada bahan salutan itu sendiri, yang tidak berwarna, tetapi warna pantulan atau gabungan warna pantulan bagi panjang gelombang cahaya yang salutan itu kurang berkesan. Sebagai contoh, salutan yang paling berkesan dalam panjang gelombang merah dan biru akan menghasilkan pantulan hijau. Sebaliknya, jika salutan paling berkesan dalam panjang gelombang hijau, pantulan akan menjadi beberapa kombinasi merah dan biru, seperti magenta. Pantulan yang datang daripada salutan satu lapisan magnesium fluorida biasanya terdiri daripada biru pucat kepada ungu gelap. Walaupun warna yang mencerminkan daripada salutan berbilang lapisan terkini boleh menjadi hampir semua warna pelangi, dengan warna yang berbeza ditunjukkan pada pelbagai permukaan optik di seluruh sistem, pantulan putih terang (tidak berwarna) biasanya menunjukkan permukaan yang tidak bersalut.
Walaupun tidak saintifik, ujian do-it-yourself berikut untuk menilai salutan AR adalah pendidikan dan bermaklumat. Satu-satunya alat yang diperlukan ialah lampu suluh kecil atau, kekurangan itu, lampu atas. Caranya ialah dengan memancarkan cahaya ke dalam kanta objektif instrumen supaya apabila melihat sepanjang pancaran anda boleh melihat imej cahaya yang memantulkan pelbagai permukaan udara-ke-kaca dalam instrumen. (Nota: Pantulan akan datang dari kedua-dua sisi dekat dan jauh kanta dan prisma.) Kini, berdasarkan maklumat di atas, mengenai warna, anda akan mendapat beberapa idea mengenai jenis salutan yang digunakan dan, yang lebih penting, sama ada beberapa permukaan tidak bersalut.
Lain-lain Jenis Salutan
Kekurangan ruang untuk liputan mendalam bagi jenis salutan optik yang lain, saya menawarkan ringkasan ringkas berikut.
Salutan pembetulan fasa (P):Dibangunkan oleh Carl Zeiss (siapa lagi?) dan diperkenalkan sebagai "P-salutan" pada tahun 1988, salutan pembetulan fasa adalah yang kedua penting selepas salutan anti-pantulan dalam instrumen prisma bumbung. Masalahnya (tidak wujud dalam prisma Porro) ialah gelombang cahaya yang memantulkan permukaan bumbung bertentangan menjadi terkutub elips supaya menjadi satu setengah panjang gelombang daripada fasa antara satu sama lain. Ini mengakibatkan gangguan yang merosakkan dan seterusnya kemerosotan kualiti imej. Salutan P membetulkan masalah dengan menghapuskan anjakan fasa yang merosakkan.
Salutan pantulan:Salutan seperti cermin ini-yang sering berhutang keberkesanannya kepada gangguan yang membina-digunakan lebih kerap dalam optik sukan daripada yang difikirkan. Contohnya termasuk: kebanyakan pencari jarak laser dan beberapa riflescopes yang menggunakan beamsplitters; pemandangan titik merah di mana salutan khusus panjang gelombang digunakan untuk mencerminkan imej titik kembali ke mata penembak; dan, seperti yang dibincangkan sebelum ini, dalam instrumen prisma bumbung dengan prisma Pechan.
Salutan hidrofobik (penghalau air):Jenis dasar untuk salutan kalis air ialah salutan Rainguard Bushnell yang menumpahkan air dan menahan pengabusan luaran. Saya telah menguji salutan Rainguard secara meluas dalam iklim sejuk yang secara tidak sengaja bernafas pada kanta kanta mata skop akan mengaburkan pandangan seseorang terhadap sasaran. Hasilnya ialah, walaupun saya sengaja menghirup kedua-dua kanta objektif dan kanta mata menyebabkan mereka sama ada kabus atau beku, saya masih boleh melihat sasaran dengan cukup baik untuk menembak.
Salutan tahan lelasan:Kelemahan yang berterusan dengan beberapa salutan anti-pantulan ialah ia cenderung lembut dan, oleh itu, mudah tercalar. Syukurlah, salutan "keras" hari ini, walaupun masih tidak digunakan secara universal, meningkatkan daya tahan optik luar dari cermin mata hingga rifleskop. Salutan paling sukar, setakat ini, yang telah saya uji adalah pada permukaan kanta luaran Bersadur-T bagi rifleskop Titanium Black Diamond 30 mm Burris. Saya tidak dapat menggarunya, walaupun dengan mata pisau poket yang tajam. Yang terakhir tidak disyorkan.
Jawatan Pelapisan
Istilah berikut sering digunakan oleh pengeluar optik untuk menerangkan sejauh mana instrumen mereka dilindungi oleh salutan AR.
Optik bersalut (C) bermaksud bahawa satu atau lebih permukaan satu atau lebih kanta telah bersalut.
Bersalut penuh (FC) bermakna semua permukaan udara-ke-kaca telah menerima sekurang-kurangnya satu lapisan salutan anti-pantulan, yang bagus.
Bersalut Berbilang (MC) bermaksud bahawa satu atau lebih permukaan satu atau lebih kanta telah menerima salutan AR yang terdiri daripada dua atau lebih lapisan. Apabila digunakan oleh pengeluar terkemuka, sebutan ini biasanya membayangkan bahawa satu atau kedua-dua permukaan kanta luar bersalut berbilang dan permukaan dalaman mungkin mempunyai salutan satu lapisan.
Bersalut penuh (FMC) bermakna semua permukaan udara-ke-kaca sepatutnya menerima salutan anti-pantulan berbilang lapisan, yang terbaik.
Malangnya, tidak semua salutan AR bagi jenis tertentu dicipta sama, malah sesetengahnya mungkin palsu. Walaupun indah untuk dilihat, saya sangat ragu-ragu mengenai nilai salutan yang dipanggil "delima", yang memantulkan jumlah cahaya merah yang mempesonakan, menjadikan objek yang dilihat kelihatan hijau mengerikan. Apabila pengeluar terkemuka, seperti Carl Zeiss, Leica, Nikon dan Swarovski, mula menggunakan salutan delima atau salutan luar biasa lain, saya akan mula mempercayainya. Barisan pertama pertahanan terhadap lapisan inferior dan palsu adalah dengan membeli daripada pengilang dengan rekod prestasi yang terbukti untuk kejujuran. Itu tidak bermakna bahawa syarikat terbaik pun berada di atas kelebihan salutan proprietari mereka. Selalunya orang pengiklanlah yang terbawa-bawa.