Kẻ trộm ánh sáng
Những điều tiết lộ đã làm bối rối người sử dụng quang học kể từ khi phát minh ra kính thiên văn đầu tiên của Galileo vào năm 1610 là sự hấp thụ và phản xạ, làm giảm đáng kể lượng ánh sáng có thể sử dụng tới mắt người xem. Mỗi phần tử quang học (thấu kính, lăng kính hoặc gương riêng lẻ) chắc chắn sẽ hấp thụ một phần ánh sáng đi qua nó. Tuy nhiên, điều quan trọng hơn nhiều là thực tế là một tỷ lệ nhỏ ánh sáng bị phản xạ từ mỗi bề mặt không khí tới kính. Đối với quang học không được phủ, "tổn hao phản xạ" này thay đổi từ 4% đến 6% trên mỗi bề mặt, điều này dường như không quá tệ cho đến khi bạn nhận ra rằng các thiết bị quang học hiện đại có từ 10 đến 16 bề mặt như vậy. Kết quả cuối cùng có thể là mất ánh sáng tới 50%, điều này đặc biệt rắc rối trong điều kiện ánh sáng yếu.
Tuy nhiên, nghiêm trọng hơn là thực tế là ánh sáng phản xạ không biến mất mà để lại hình ảnh mờ hơn. Thay vào đó, nó tiếp tục nảy từ bề mặt này sang bề mặt khác bên trong thiết bị, với một số ánh sáng từ phản xạ thứ hai, thứ ba và thứ tư này cuối cùng sẽ đi qua đồng tử thoát ra của thiết bị và đi vào mắt người xem. Ánh sáng tán xạ như vậy được gọi là "ngọn lửa" và được định nghĩa là "ánh sáng không tạo thành hình ảnh, tập trung hoặc khuếch tán, được truyền qua hệ thống quang học". Kết quả là tạo ra hiện tượng chói hoặc mờ che khuất các chi tiết hình ảnh và làm giảm độ tương phản. Trong trường hợp cực đoan, nó thậm chí có thể gây ra hình ảnh ma quái. Một ví dụ điển hình là nếu bạn đang cố gắng chơi trò chơi thủy tinh ở phía râm mát của một sườn núi thấp với ánh nắng chói chang chiếu qua đỉnh và chiếu vào thấu kính vật kính của thiết bị. (Không bao giờ nhìn thẳng vào mặt trời, dù có hoặc không có thấu kính quang học, vì nó có thể gây tổn thương mắt nghiêm trọng.)
Lớp phủ chống phản chiếu một lớp
Giải pháp được chờ đợi từ lâu cho vấn đề mất ánh sáng phản chiếu xuất hiện vào giữa những năm 1930 khi Alexandar Smakula, một kỹ sư của Carl Zeiss, phát triển và được cấp bằng sáng chế cho "Hệ thống phủ thấu kính không phản chiếu Zeiss" (ngày nay được gọi là lớp phủ chống phản chiếu hoặc lớp phủ AR). được báo trước là "sự phát triển quan trọng nhất của thế kỷ trong khoa học quang học." Ngay sau đó, nhu cầu quân sự của Thế chiến thứ hai đã thúc đẩy sự phát triển của lớp phủ, được cả lực lượng Đồng minh và phe Trục sử dụng trong các thiết bị quang học từ kính dã ngoại (ống nhòm) đến kính ngắm bom.
Lý thuyết đằng sau lớp phủ AR (xem hình minh họa bên dưới) là một khái niệm khoa học rất phức tạp. Trong ứng dụng, nó bao gồm một màng trong suốt, thường là magie florua MgF2, dày bằng 1/4 bước sóng ánh sáng (khoảng 6 phần triệu inch), lắng đọng bằng cách bắn phá phân tử trên bề mặt thủy tinh sạch. Việc phát triển một phương pháp áp dụng màng mỏng cực nhỏ như vậy được thực hiện trong buồng chân không là một thắng lợi lớn về mặt công nghệ. Lớp phủ chống phản chiếu một lớp này làm giảm sự mất mát ánh sáng phản chiếu từ khoảng 4% đến 6% đối với các bề mặt không được phủ xuống còn khoảng 1,5 đến 2% đối với các bề mặt được phủ, do đó, tăng khả năng truyền ánh sáng tổng thể cho các dụng cụ được phủ hoàn toàn khoảng 70%. xem xét việc giảm đi kèm hiện tượng lóa làm giảm chất lượng hình ảnh là một cải tiến đáng chú ý.
Lớp phủ chống phản chiếu nhiều lớp
Một thiếu sót lớn của lớp phủ một lớp, vẫn được sử dụng rộng rãi, là chúng chỉ hoạt động hoàn hảo đối với bước sóng (màu sắc) cụ thể của ánh sáng trong đó độ dày của lớp phủ bằng 1/4 bước sóng. Sự thiếu hụt này cuối cùng đã dẫn đến sự phát triển của lớp phủ băng thông rộng nhiều lớp có khả năng giảm hiệu quả sự mất mát ánh sáng phản xạ trên một phạm vi bước sóng rộng. Lớp phủ nhiều lớp tốt nhất hiện nay có thể giảm sự mất mát ánh sáng phản chiếu xuống chỉ bằng 2/10 của 1% ở mỗi bề mặt không khí với kính.
Tôi bắt đầu làm quen với lớp phủ nhiều lớp vào năm 1971 khi Pentax bắt đầu sử dụng tính năng "Siêu đa lớp" trên ống kính máy ảnh, tính năng này gần như loại bỏ hiện tượng lóa và bóng ma khi chụp các đối tượng có ánh sáng ngược sáng. Các nhà sản xuất quang học thể thao hơi chậm bắt đầu xu hướng và phải đến năm 1979, Carl Zeiss mới giới thiệu Lớp phủ đa lớp "T*", giúp tăng khả năng truyền ánh sáng của ống nhòm Zeiss lên hơn 90% một chút, đồng thời cải thiện độ tương phản hình ảnh. Lý do phải mất quá nhiều thời gian để chuyển từ lớp phủ một lớp đầu tiên sang lớp phủ băng thông rộng nhiều lớp ngày nay là vì lớp phủ sau, mặc dù dựa trên các nguyên tắc khoa học giống nhau, nhưng cực kỳ phức tạp, liên quan đến nhiều lớp mỏng florua, oxit, dioxit khác nhau, v.v... Như bạn có thể mong đợi, máy tính đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các công thức và ứng dụng của các lớp phủ như vậy.
Mặc dù khả năng truyền ánh sáng tổng thể tiếp tục được cải thiện đôi chút, nhưng mức cao nhất mà tôi quen thuộc hiện nay là khoảng 92% đối với ống nhòm và 95% đối với kính ngắm súng trường, cao hơn nhiều so với mức trung bình của các thiết bị như vậy. Lý do chính tại sao ống ngắm súng trường có xu hướng truyền ánh sáng tốt hơn một chút so với ống nhòm là vì chúng sử dụng thấu kính dựng đơn giản thay vì lăng kính phức tạp để dựng hình ảnh.
Tương tự như vậy, ống nhòm lăng kính porro có xu hướng truyền ánh sáng tốt hơn ống nhòm lăng kính mái có chất lượng quang học tương tự. Các trường hợp ngoại lệ đáng chú ý là ống nhòm Carl Zeiss sử dụng lăng kính mái Abbe-Koenig thay vì lăng kính mái kiểu Pechan được sử dụng rộng rãi, có một bề mặt được tráng gương (thường được tráng nhôm hoặc bạc), trong đó từ 4 đến 6 phần trăm ánh sáng khả dụng bị mất trong quá trình hoạt động bên trong. sự phản xạ. (Trong một quá trình được gọi là "phản xạ toàn phần", lăng kính Porro và lăng kính mái Abbe-Koenig nhận được 100 phần trăm phản xạ trên tất cả các bề mặt bên trong của chúng mà không có bất kỳ lớp phủ nào.) Giải pháp của một số nhà sản xuất hàng đầu cho vấn đề lăng kính Pechan là đa lăng kính đặc biệt. lớp phủ phản chiếu có khả năng phản chiếu 99,5 phần trăm trên các bề mặt được tráng gương.
Lưu ý ở đây là người ta không nên quá mải mê tìm kiếm thêm một vài điểm phần trăm truyền ánh sáng. Ví dụ, hãy xem xét rằng mức tăng 5 phần trăm trong khả năng truyền ánh sáng trong một thiết bị quang học hiệu suất cao gần bằng mức tăng 150 khung hình / giây ở vận tốc đầu nòng trong một khẩu súng trường cỡ nòng 300 - bạn sẽ không bao giờ nhận thấy sự khác biệt.
Liệu có thể đạt được khả năng truyền ánh sáng 100% trong quang học thể thao không? Người ta không bao giờ nên nói "không bao giờ", nhưng ngoài việc sửa đổi các định luật vật lý, câu trả lời gần như chắc chắn là không!
Màu sơn
Nhiều người tin rằng chất lượng của lớp phủ AR có thể được xác định bằng màu sắc của ánh sáng phản chiếu từ các bề mặt. Có lẽ vậy, nhưng để làm được điều đó một cách chắc chắn thì đòi hỏi phải có chuyên môn đáng kể. Màu sắc nhìn thấy không phải là màu của vật liệu phủ, vốn không màu, mà là màu phản chiếu hoặc các màu phản chiếu kết hợp của các bước sóng ánh sáng mà lớp phủ kém hiệu quả nhất. Ví dụ, lớp phủ có hiệu quả nhất ở bước sóng đỏ và xanh lam sẽ tạo ra phản xạ màu xanh lục. Ngược lại, nếu lớp phủ có hiệu quả nhất ở bước sóng xanh lục, sự phản xạ sẽ có sự kết hợp giữa màu đỏ và xanh lam, chẳng hạn như màu đỏ tươi. Sự phản xạ từ lớp phủ magie florua một lớp thường có màu từ xanh nhạt đến tím đậm. Mặc dù màu sắc phản chiếu từ lớp phủ nhiều lớp mới nhất có thể gần như là bất kỳ màu nào của cầu vồng, với các màu khác nhau hiển thị trên các bề mặt quang học khác nhau trong toàn hệ thống, phản xạ màu trắng sáng (không màu) thường biểu thị bề mặt không được phủ.
Mặc dù không khoa học nhưng bài kiểm tra tự thực hiện sau đây để đánh giá lớp phủ AR vừa mang tính giáo dục vừa mang tính thông tin. Công cụ duy nhất cần có là một chiếc đèn pin nhỏ hoặc nếu thiếu nó thì một chiếc đèn chiếu sáng trên cao. Bí quyết là chiếu ánh sáng vào vật kính của thiết bị để khi nhìn dọc theo chùm tia, bạn có thể thấy hình ảnh của ánh sáng phản chiếu trên các bề mặt không khí tới kính khác nhau bên trong thiết bị. (Lưu ý: Sự phản chiếu sẽ đến từ cả hai phía gần và xa của thấu kính và lăng kính.) Bây giờ, dựa trên thông tin trên, về màu sắc, bạn sẽ có một số ý tưởng liên quan đến các loại lớp phủ được sử dụng và quan trọng hơn là liệu một số lớp phủ có bề mặt không được phủ.
Các loại sơn phủ khác
Thiếu không gian để trình bày chuyên sâu về các loại lớp phủ quang học khác, tôi đưa ra những tóm tắt ngắn gọn sau đây.
Lớp phủ hiệu chỉnh pha (P):Được phát triển bởi Carl Zeiss (còn ai nữa?) và được giới thiệu là "lớp phủ P" vào năm 1988, lớp phủ hiệu chỉnh pha có tầm quan trọng thứ hai chỉ sau lớp phủ chống phản xạ trong các thiết bị lăng kính mái. Vấn đề (không tồn tại trong lăng kính Porro) là sóng ánh sáng phản xạ từ các bề mặt mái đối diện sẽ bị phân cực hình elip sao cho lệch pha nhau một nửa bước sóng. Điều này dẫn đến hiện tượng nhiễu có tính hủy diệt và làm giảm chất lượng hình ảnh sau đó. Lớp phủ P khắc phục vấn đề bằng cách loại bỏ sự dịch chuyển pha phá hủy.
Lớp phủ phản chiếu:Những lớp phủ giống như gương này - thường có hiệu quả nhờ sự giao thoa mang tính xây dựng - được sử dụng thường xuyên hơn trong quang học thể thao hơn người ta có thể nghĩ. Các ví dụ bao gồm: hầu hết các máy đo khoảng cách bằng laser và một số ít máy ngắm súng trường sử dụng bộ tách chùm; điểm ngắm chấm đỏ trong đó lớp phủ dành riêng cho bước sóng được sử dụng để phản chiếu hình ảnh của chấm trở lại mắt người bắn; và, như đã thảo luận trước đây, trong các thiết bị lăng kính mái với lăng kính Pechan.
Lớp phủ kỵ nước (không thấm nước):Nguyên mẫu của lớp phủ chống thấm nước là lớp phủ Rainguard của Bushnell có tác dụng ngăn nước và chống sương mù bên ngoài. Tôi đã thử nghiệm rộng rãi lớp phủ Rainguard ở vùng khí hậu lạnh, nơi việc vô tình thở vào thấu kính thị kính của ống soi sẽ che khuất tầm nhìn của một người về mục tiêu. Kết quả là, ngay cả khi tôi cố tình thở vào cả vật kính và thấu kính thị kính khiến chúng bị sương mù hoặc đóng băng, tôi vẫn có thể nhìn rõ mục tiêu để bắn.
Lớp phủ chống mài mòn:Một nhược điểm dai dẳng của một số lớp phủ chống phản chiếu là chúng có xu hướng mềm và do đó dễ bị trầy xước. Rất may, lớp phủ "cứng" ngày nay, mặc dù vẫn chưa được sử dụng phổ biến, đang cải thiện đáng kể độ bền của các thiết bị quang học ngoài trời, từ kính đeo mắt đến kính ngắm súng trường. Cho đến nay, lớp phủ cứng nhất mà tôi đã thử nghiệm là trên bề mặt thấu kính bên ngoài được mạ T của ống ngắm súng trường Titan 30 mm Black Diamond của Burris. Tôi không thể làm xước nó, ngay cả với lưỡi dao bỏ túi sắc như dao cạo. Cái sau không được khuyến khích.
Chỉ định lớp phủ
Các thuật ngữ sau đây thường được các nhà sản xuất quang học sử dụng để mô tả mức độ mà thiết bị của họ được bảo vệ bởi lớp phủ AR.
Quang học được phủ (C) có nghĩa là một hoặc nhiều bề mặt của một hoặc nhiều thấu kính đã được phủ.
Được phủ hoàn toàn (FC) có nghĩa là tất cả các bề mặt không khí tới kính đều nhận được ít nhất một lớp phủ chống phản chiếu, điều này là tốt.
Multicoated (MC) có nghĩa là một hoặc nhiều bề mặt của một hoặc nhiều thấu kính đã nhận được lớp phủ AR bao gồm hai lớp trở lên. Khi được sử dụng bởi các nhà sản xuất có uy tín, ký hiệu này thường ngụ ý rằng một hoặc cả hai bề mặt thấu kính bên ngoài được phủ nhiều lớp và các bề mặt bên trong có thể có lớp phủ một lớp.
Lớp phủ đa lớp hoàn toàn (FMC) có nghĩa là tất cả các bề mặt từ không khí đến kính phải được phủ lớp phủ chống phản chiếu nhiều lớp, đó là điều tốt nhất.
Thật không may, không phải tất cả các lớp phủ AR thuộc một loại nhất định đều được tạo ra như nhau và một số thậm chí có thể là giả. Dù đáng yêu nhưng tôi rất nghi ngờ về giá trị của lớp phủ được gọi là "hồng ngọc", phản chiếu một lượng ánh sáng đỏ chói lóa, khiến các vật thể nhìn thấy có màu xanh lá cây khủng khiếp. Khi các nhà sản xuất hàng đầu, chẳng hạn như Carl Zeiss, Leica, Nikon và Swarovski, bắt đầu sử dụng hồng ngọc hoặc các lớp phủ khác lạ khác, tôi sẽ bắt đầu tin tưởng vào chúng. Tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại lớp phủ kém chất lượng và giả mạo là mua từ nhà sản xuất có thành tích đã được chứng minh về tính trung thực. Điều đó không có nghĩa là ngay cả những công ty tốt nhất cũng không quá cường điệu về lớp phủ độc quyền của họ. Thông thường, những người làm quảng cáo mới là người bị cuốn theo.