دزدان نور
اسپویلرهایی که از زمان اختراع اولین تلسکوپ گالیله در سال 1610، کاربران اپتیک را به ستوه آورده اند، جذب و انعکاس هستند که به طور چشمگیری میزان نور قابل استفاده را که به چشم بیننده می رسد کاهش می دهد. هر عنصر نوری (عدسی مجزا، منشور یا آینه) ناگزیر مقداری از نوری را که از خود می گذرد جذب می کند. با این حال، بسیار مهمتر این واقعیت است که درصد کمی از نور از هر سطح هوا به شیشه منعکس می شود. برای اپتیک های بدون پوشش، این "افت بازتابی" بین 4 تا 6 درصد در هر سطح متغیر است، که تا زمانی که متوجه شوید ابزارهای نوری مدرن بین 10 تا 16 سطح دارند، چندان بد به نظر نمی رسد. نتیجه خالص می تواند کاهش نور تا 50 درصد باشد که به ویژه در شرایط نور کم دردسرساز است.
با این حال، جدی‌تر این واقعیت است که نور بازتاب‌شده فقط ناپدید نمی‌شود و تصویری کم‌تر از خود به جای می‌گذارد. در عوض، از سطحی به سطح دیگر در داخل ساز می چرخد و مقداری از نور حاصل از این بازتاب های دوم، سوم و چهارم در نهایت از مردمک های خروجی ساز بیرون می آید و به چشم بیننده می رسد. چنین نور پراکنده ای "شعله ور" نامیده می شود و به عنوان "نور غیرتصویرساز، متمرکز یا پراکنده که از طریق سیستم نوری منتقل می شود" تعریف می شود. نتیجه یک تابش خیره کننده یا تیرگی است که جزئیات تصویر را پنهان می کند و کنتراست را کاهش می دهد. در موارد شدید، حتی ممکن است باعث ایجاد تصاویر ارواح شود. یک مثال افراطی می‌تواند این باشد که شما سعی می‌کردید بازی شیشه‌ای را در سمت سایه‌دار یک خط الراس کم با نور خورشید روشن از بالا و به عدسی شیئی ابزار پخش کنید. (هرگز مستقیماً به خورشید نگاه نکنید، چه با اپتیک یا بدون آن، زیرا می تواند باعث آسیب جدی به چشم شود.)
پوشش های ضد انعکاس تک لایه
راه حل مورد انتظار برای مشکل از دست دادن نور انعکاسی در اواسط دهه 1930 زمانی که الکساندار اسماکولا، مهندس کارل زایس، "سیستم پوشش لنز غیر بازتابنده زایس" (که اکنون پوشش های ضد انعکاس یا AR نامیده می شود) را توسعه و ثبت اختراع کرد. به عنوان "مهمترین پیشرفت قرن در علم نوری" اعلام شد. به زودی پس از آن، نیازهای نظامی جنگ جهانی دوم توسعه پوشش را تسریع کرد، که هم توسط نیروهای متفقین و هم نیروهای محور در ابزارهای نوری از عینک‌های صحرایی (دوربین‌چشمی) تا بمب‌انداز استفاده می‌شد.
تئوری پشت پوشش های AR (به تصویر زیر مراجعه کنید) یک مفهوم علمی بسیار پیچیده است. در کاربرد از یک فیلم شفاف، معمولاً از فلوراید منیزیم MgF2، یک چهارم طول موج نور (حدود شش میلیونم اینچ) ضخامت تشکیل شده است که با بمباران مولکولی روی یک سطح شیشه ای تمیز رسوب می کند. توسعه روشی برای اعمال چنین لایه نازکی از نظر میکروسکوپی، که در اتاقک های خلاء انجام می شود، یک پیروزی بزرگ فناوری بود. این پوشش های ضد انعکاس تک لایه اتلاف نور بازتابی را از بین 4 درصد به 6 درصد برای سطوح بدون پوشش به حدود 1.5 تا 2 درصد برای سطوح پوشش داده شده کاهش می دهد، بنابراین، انتقال نور کلی برای ابزارهای کاملاً پوشش داده شده را حدود 70 درصد افزایش می دهد، که: با در نظر گرفتن کاهش همراه در شعله ور شدن تصویر، یک پیشرفت قابل توجه بود.
پوشش های چند لایه ضد انعکاس
نقص عمده پوشش های تک لایه، که هنوز هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، این است که آنها فقط برای طول موج خاص (رنگ) نور که ضخامت پوشش برابر با یک چهارم طول موج است، کاملاً خوب عمل می کنند. این کمبود در نهایت منجر به توسعه پوشش های پهن باند چند لایه شد که قادر به کاهش موثر اتلاف نور بازتابی در طیف گسترده ای از طول موج ها بودند. بهترین پوشش‌های چندلایه امروزی می‌توانند از دست دادن نور بازتابی را تا دو دهم درصد در هر سطح هوا به شیشه کاهش دهند.
معرفی من به پوشش های چندلایه در سال 1971 انجام شد، زمانی که پنتاکس شروع به استفاده از "Super Multicoating" خود روی لنزهای دوربین کرد، جایی که تقریباً هنگام عکاسی از سوژه هایی با نور پس زمینه روشن، تصاویر شعله ور و ارواح را حذف کرد. تولیدکنندگان اپتیک‌های ورزشی کمی کند بودند و تا سال 1979 بود که کارل زایس چندپوش "T*" خود را معرفی کرد که انتقال نور دوربین‌های دوچشمی زایس را تا کمی بیش از 90 درصد افزایش داد و همزمان کنتراست تصویر را بهبود بخشید. دلیل اینکه از اولین پوشش‌های تک لایه تا پوشش‌های پهن باند چند لایه امروزی بسیار طول کشید، این بود که این پوشش‌ها، اگرچه بر اساس همان اصول علمی هستند، اما به طرز باورنکردنی پیچیده هستند و شامل چندین لایه نازک از فلوراید، اکسیدها، دی اکسیدهای مختلف است. و غیره همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، رایانه ها نقش اصلی را در فرمولاسیون و کاربردهای این پوشش ها ایفا می کنند.
اگرچه انتقال نور کلی همچنان اندکی بهبود می‌یابد، بالاترین سطوحی که من در حال حاضر با آن آشنا هستم حدود 92 درصد برای دوربین‌های دوچشمی و 95 درصد برای دوربین‌های تفنگ است که بسیار بالاتر از میانگین چنین ابزارهایی است. دلیل اصلی اینکه چرا دوربین‌های تفنگی تمایل دارند انتقال نور کمی بهتر از دوربین‌های دوچشمی داشته باشند، این است که از لنزهای نصب ساده به جای منشورهای پیچیده برای نصب تصویر استفاده می‌کنند.
به همین ترتیب، دوربین‌های دوچشمی منشوری Porro انتقال نور بهتری نسبت به دوربین‌های دوچشمی منشوری سقفی با کیفیت نوری مشابه دارند. استثناهای قابل توجه دوربین های دوچشمی کارل زایس هستند که از منشورهای سقف Abbe-Koenig به جای منشورهای سقفی پرکاربرد نوع Pechan استفاده می کنند، که دارای یک سطح آینه ای (معمولا آلومینیومی یا نقره ای) هستند که در آن بین 4 تا 6 درصد نور موجود در طول داخلی از بین می رود. انعکاس (در فرآیندی به نام "بازتاب داخلی کل"، منشورهای پوررو و منشورهای سقف Abbe-Koenig در تمام سطوح داخلی خود 100 درصد انعکاس می‌یابند، بدون اینکه هیچ پوششی داشته باشند. پوشش های بازتابنده لایه ای که 99.5 درصد انعکاس را بر روی سطوح آینه ای دارند.
نکته ای که در اینجا وجود دارد این است که نباید در تلاش برای چند درصد بیشتر از انتقال نور زیاده روی کرد. به عنوان مثال، در نظر بگیرید که افزایش 5 درصدی در انتقال نور در یک ابزار نوری با کارایی بالا تقریباً برابر است با افزایش 150 فریم بر ثانیه در سرعت دهانه در یک تفنگ 0.300 مگنومی - شما هرگز تفاوت را متوجه نخواهید شد.
آیا هرگز در اپتیک ورزشی 100 درصد انتقال نور حاصل خواهد شد؟ هرگز نباید گفت «هرگز»، اما، جدای از اصلاح قوانین فیزیک، پاسخ تقریباً به طور قطع منفی است!
رنگ های پوشش
بسیاری بر این باورند که کیفیت پوشش های AR را می توان با رنگ نور منعکس شده از سطوح تعیین کرد. شاید، اما انجام این کار با قطعیت نیاز به تخصص قابل توجهی دارد. رنگی که دیده می‌شود، رنگ خود ماده پوشش نیست، که بی‌رنگ است، بلکه رنگ بازتابنده یا رنگ‌های بازتابنده ترکیبی طول موج‌های نور است که پوشش کمترین تأثیر را برای آن دارد. به عنوان مثال، پوششی که در طول موج های قرمز و آبی مؤثرتر است، بازتاب سبز ایجاد می کند. برعکس، اگر پوشش در طول موج های سبز بیشترین تاثیر را داشته باشد، بازتاب ترکیبی از قرمز و آبی مانند سرخابی خواهد بود. انعکاس هایی که از پوشش های تک لایه فلوراید منیزیم می آیند معمولاً از آبی کم رنگ تا بنفش تیره متغیر است. در حالی که رنگ‌هایی که از آخرین پوشش‌های چندلایه منعکس می‌شوند، می‌توانند تقریباً هر رنگی از رنگین کمان باشند، با رنگ‌های مختلف روی سطوح مختلف نوری در سراسر سیستم، بازتاب سفید روشن (بی رنگ) معمولاً سطح بدون پوشش را نشان می‌دهد.
اگرچه غیرعلمی است، اما تست زیر برای ارزیابی پوشش‌های AR برای خودتان انجام دهید هم آموزشی و هم آموزنده است. تنها ابزار مورد نیاز یک چراغ قوه کوچک یا در صورت کمبود آن، یک چراغ بالای سر است. ترفند این است که نور را به عدسی شیئی ساز بتابانید، به طوری که هنگام نگاه کردن به پرتو، بتوانید تصاویری از نور را که از سطوح مختلف هوا به شیشه در دستگاه منعکس می شود، مشاهده کنید. (توجه: انعکاس از هر دو طرف دور و نزدیک عدسی ها و منشورها خواهد بود.) اکنون، بر اساس اطلاعات فوق، در مورد رنگ، در مورد انواع پوشش های استفاده شده و مهمتر از آن، اینکه آیا برخی از آنها سطوح بدون پوشش هستند.
انواع دیگر پوشش ها
با کمبود فضا برای پوشش عمیق سایر انواع پوشش های نوری، خلاصه های کوتاه زیر را ارائه می کنم.
پوشش های اصلاح فاز (P):روکش تصحیح فاز که توسط کارل زایس (چه کسی دیگر؟) توسعه یافت و در سال 1988 به عنوان "پوشش P" معرفی شد، پس از پوشش ضد انعکاس در ابزارهای منشور سقف، از نظر اهمیت در رتبه دوم قرار دارد. مشکل (که در منشورهای پوررو وجود ندارد) این است که امواج نوری که از سطوح سقف مخالف منعکس می‌شوند، به‌طور بیضی قطبی می‌شوند تا یک دوم طول موج با یکدیگر خارج از فاز باشند. این منجر به تداخل مخرب و در نتیجه بدتر شدن کیفیت تصویر می شود. پوشش های P با حذف تغییرات فاز مخرب، مشکل را اصلاح می کنند.
پوشش های بازتابی:این پوشش‌های آینه‌مانند - که اغلب اثربخشی خود را مدیون تداخل سازنده هستند - بیشتر از آنچه تصور می‌شود در اپتیک ورزشی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد: اکثر فاصله یاب های لیزری و تعداد کمی از تفنگ های تفنگ که از پرتو شکاف استفاده می کنند. مناظر نقطه قرمز که در آن از یک پوشش مخصوص طول موج برای انعکاس تصویر نقطه به چشم تیرانداز استفاده می شود. و همانطور که قبلا بحث شد، در سازهای منشور سقف با منشورهای پچان.
پوشش های آب گریز (آب گریز):نمونه اولیه برای پوشش ضد آب، پوشش Rainguard Bushnell است که آب را می ریزد و در برابر مه زدگی خارجی مقاومت می کند. من به طور گسترده پوشش Rainguard را در آب و هوای سرد آزمایش کردم که در آن تنفس ناخواسته روی لنز چشمی اسکوپ، دید فرد را نسبت به هدف مخفی می کرد. نتایج این بود که، حتی زمانی که من عمداً روی هر دو لنز عینی و چشمی نفس می‌کشیدم که باعث مه یا یخ زدگی آنها می‌شد، همچنان می‌توانستم اهداف را به اندازه کافی برای شلیک ببینم.
پوشش های مقاوم در برابر سایش:نقصی که در برخی از پوشش های ضد انعکاس وجود دارد این است که نرم هستند و بنابراین به راحتی خراشیده می شوند. خوشبختانه، پوشش‌های «سخت» امروزی، اگرچه هنوز به طور جهانی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، دوام اپتیک‌های فضای باز را از عینک‌ها گرفته تا دوربین‌های تفنگ را تا حد زیادی بهبود می‌بخشند. سخت‌ترین پوششی که تاکنون آزمایش کرده‌ام، روی سطوح لنز خارجی T-Plated تفنگ‌های تیتانیوم 30 میلی‌متری بلک الماس Burris است. حتی با لبه برش یک چاقوی جیبی تیز نمی توانستم آن را خراش دهم. دومی توصیه نمی شود.
نامگذاری پوشش
عبارات زیر اغلب توسط سازندگان اپتیک برای توصیف میزان محافظت از ابزار آنها توسط پوشش های AR استفاده می شود.
اپتیک پوشش داده شده (C) به این معنی است که یک یا چند سطح از یک یا چند لنز پوشش داده شده است.
پوشش کامل (FC) به این معنی است که تمام سطوح هوا به شیشه حداقل یک لایه پوشش ضد انعکاس دریافت کرده اند که خوب است.
Multicoated (MC) به این معنی است که یک یا چند سطح از یک یا چند لنز یک پوشش AR متشکل از دو یا چند لایه دریافت کرده اند. هنگامی که توسط سازندگان معتبر استفاده می شود، این نام معمولاً به این معنی است که یک یا هر دو سطح خارجی لنز چند لایه هستند و سطوح داخلی احتمالاً دارای پوشش های تک لایه هستند.
کاملا چند لایه (FMC) به این معنی است که تمام سطوح هوا به شیشه باید پوشش های ضد انعکاس چند لایه داشته باشند که بهترین کار است.
متأسفانه، همه پوشش‌های AR از یک نوع معین یکسان ایجاد نمی‌شوند و برخی حتی ممکن است جعلی باشند. همانطور که می بینید دوست داشتنی است، من در مورد ارزش پوشش های به اصطلاح "یاقوت" که مقدار خیره کننده ای از نور قرمز را منعکس می کند و اشیاء مشاهده شده را سبز وحشتناک به نظر می رسد بسیار شک دارم. زمانی که تولیدکنندگان برجسته مانند کارل زایس، لایکا، نیکون و سواروفسکی شروع به استفاده از یاقوت یا سایر پوشش های نامتعارف کنند، من شروع به باور آنها خواهم کرد. اولین خط دفاعی در برابر پوشش‌های نامرغوب و جعلی، خرید از یک تولیدکننده با سابقه اثبات شده صداقت است. این بدان معنا نیست که حتی بهترین شرکت ها نیز از پوشش اختصاصی خود فراتر می روند. معمولاً این افراد تبلیغاتی هستند که فریفته می شوند.