I ladri di luce
Gli spoiler che hanno tormentato gli utenti dell'ottica sin dall'invenzione del primo telescopio di Galileo nel 1610 sono l'assorbimento e le riflessioni, che riducono drasticamente la quantità di luce utilizzabile che raggiunge gli occhi dell'osservatore. Ogni elemento ottico (singola lente, prisma o specchio) assorbe inevitabilmente parte della luce che lo attraversa. Molto più significativo, tuttavia, è il fatto che una piccola percentuale della luce viene riflessa da ciascuna superficie aria-vetro. Per le ottiche non rivestite, questa "perdita riflettente" varia tra il 4% e il 6% per superficie, il che non sembra poi così grave finché non si tiene conto che i moderni strumenti ottici hanno da 10 a 16 superfici di questo tipo. Il risultato netto può essere una perdita di luminosità fino al 50%, il che è particolarmente problematico in condizioni di scarsa illuminazione.
Più grave, tuttavia, è il fatto che la luce riflessa non scompare semplicemente, lasciando un'immagine più fioca. Invece, continua a rimbalzare da una superficie all'altra all'interno dello strumento, con parte della luce proveniente da queste riflessioni seconda, terza e quarta che alla fine esce attraverso le pupille di uscita dello strumento e negli occhi dello spettatore. Tale luce diffusa è chiamata "bagliore" ed è definita come "luce che non forma immagini, concentrata o diffusa, trasmessa attraverso il sistema ottico". Il risultato è un bagliore o un'opacità velante che oscura i dettagli dell'immagine e riduce il contrasto. In casi estremi, potrebbe persino causare immagini fantasma. Un esempio estremo potrebbe essere se si stesse provando a catturare un gioco di vetro sul lato in ombra di una cresta bassa con la luce del sole che scorre sopra e nella lente dell'obiettivo dello strumento. (Non guardare mai direttamente il sole, con o senza ottica, poiché può causare gravi danni agli occhi.)
Rivestimenti antiriflesso a strato singolo
La soluzione tanto attesa al problema della perdita di luce riflettente arrivò a metà degli anni '30 quando Alexandar Smakula, un ingegnere Carl Zeiss, sviluppò e brevettò il "sistema di rivestimento per lenti non riflettenti Zeiss" (ora chiamato rivestimento antiriflesso o AR), che fu annunciato come "lo sviluppo più importante del secolo nella scienza ottica". Subito dopo, le esigenze militari della seconda guerra mondiale accelerarono lo sviluppo del rivestimento, che fu utilizzato sia dalle forze alleate che da quelle dell'Asse in strumenti ottici che andavano dai binocoli ai mirini per bombe.
La teoria alla base dei rivestimenti AR (vedere l'illustrazione sotto) è un concetto scientifico molto complicato. Nell'applicazione è costituito da una pellicola trasparente, solitamente di fluoruro di magnesio MgF2, spessa un quarto di lunghezza d'onda della luce (circa sei milionesimi di pollice), depositata, mediante bombardamento molecolare, su una superficie di vetro pulita. Lo sviluppo di un metodo per applicare una pellicola così microscopica, che viene eseguita in camere a vuoto, è stato un grande trionfo tecnologico. Questi rivestimenti antiriflesso a strato singolo hanno ridotto la perdita di luce riflettente dal 4% al 6% per le superfici non rivestite a circa l'1,5-2% per le superfici rivestite, aumentando così la trasmissione della luce complessiva per gli strumenti completamente rivestiti di circa il 70%, che, considerando la conseguente riduzione del flare che degrada l'immagine, è stato un notevole miglioramento.
Rivestimenti antiriflesso multistrato
Uno dei principali limiti dei rivestimenti monostrato, ancora ampiamente utilizzati, è che funzionano perfettamente solo per la specifica lunghezza d'onda (colore) della luce dove lo spessore del rivestimento è pari a un quarto della lunghezza d'onda. Questa carenza alla fine ha portato allo sviluppo di rivestimenti multistrato a banda larga in grado di ridurre in modo efficiente la perdita di luce riflessa su un’ampia gamma di lunghezze d’onda. I migliori rivestimenti multistrato attuali possono ridurre la perdita di luce riflettente fino a due decimi dell'1% su ciascuna superficie aria-vetro.
La mia introduzione ai rivestimenti multistrato avvenne nel 1971, quando Pentax iniziò a utilizzare il suo "Super Multicoating" sugli obiettivi delle fotocamere, dove quasi eliminò i bagliori e le immagini fantasma quando fotografavo soggetti fortemente retroilluminati. I produttori di ottica sportiva furono un po' lenti a salire sul carro, e fu solo nel 1979 che Carl Zeiss introdusse il suo rivestimento multistrato "T*", che aumentò la trasmissione della luce dei binocoli Zeiss a poco più del 90%, migliorando contemporaneamente il contrasto dell'immagine. Il motivo per cui ci è voluto così tanto tempo per passare dai primi rivestimenti monostrato agli attuali rivestimenti multistrato a banda larga è perché questi ultimi, sebbene basati sugli stessi principi scientifici, sono incredibilmente complicati e coinvolgono diversi strati sottili di vari fluoruri, ossidi, diossidi, ecc. Come ci si potrebbe aspettare, i computer svolgono un ruolo importante nelle formulazioni e nelle applicazioni di tali rivestimenti.
Sebbene la trasmissione della luce complessiva continui a migliorare leggermente, i livelli più alti con cui ho familiarità sono circa il 92% per i binocoli e il 95% per i cannocchiali da puntamento, che sono ben al di sopra della media per tali strumenti. Il motivo principale per cui i cannocchiali da puntamento tendono ad avere una trasmissione della luce leggermente migliore rispetto ai binocoli è perché utilizzano semplici lenti erettori anziché complicati prismi per il montaggio dell'immagine.
Allo stesso modo, i binocoli con prismi di Porro tendono ad avere una migliore trasmissione della luce rispetto ai binocoli con prismi a tetto di qualità ottica simile. Eccezioni degne di nota sono i binocoli Carl Zeiss che utilizzano prismi a tetto Abbe-Koenig invece dei prismi a tetto di tipo Pechan ampiamente utilizzati, che hanno una superficie specchiata (solitamente alluminata o argentata) dove tra il 4 e il 6% della luce disponibile viene persa durante le operazioni interne. riflessione. (In un processo chiamato "riflessione interna totale", i prismi di Porro e i prismi a tetto di Abbe-Koenig ottengono una riflessione del 100% su tutte le loro superfici interne, senza avere alcun rivestimento.) La soluzione di alcuni produttori leader al problema del prisma Pechan sono speciali multi-riflessione. rivestimenti riflettenti a strati che ottengono una riflessione del 99,5% sulle superfici a specchio.
L'avvertenza qui è che non bisogna lasciarsi trasportare troppo dalla ricerca di qualche punto percentuale in più di trasmissione della luce. Considera, ad esempio, che un aumento del 5% nella trasmissione della luce in uno strumento ottico ad alte prestazioni è all'incirca uguale a un aumento di 150 fps nella velocità della volata in un fucile .300 magnum: non noterai mai la differenza.
Nelle ottiche sportive sarà mai possibile raggiungere una trasmissione della luce del 100%? Non si dovrebbe mai dire “mai”, ma, a parte modificare le leggi della fisica, la risposta è quasi sicuramente no!
Colori del rivestimento
Molti credono che la qualità dei rivestimenti AR possa essere determinata dal colore della luce riflessa dalle superfici. Forse, ma per farlo con certezza è necessaria una notevole esperienza. Il colore visto non è quello del materiale di rivestimento stesso, che è incolore, ma il colore riflettente o i colori riflettenti combinati delle lunghezze d'onda della luce per le quali il rivestimento è meno efficace. Ad esempio, un rivestimento più efficace nelle lunghezze d'onda rossa e blu produrrà un riflesso verde. Al contrario, se il rivestimento è più efficace nelle lunghezze d'onda verdi, il riflesso sarà una combinazione di rosso e blu, come il magenta. I riflessi provenienti dai rivestimenti monostrato di fluoruro di magnesio vanno solitamente dal blu pallido al viola scuro. Mentre i colori riflessi dai più recenti rivestimenti multistrato possono essere quasi tutti i colori dell'arcobaleno, con colori diversi visualizzati su varie superfici ottiche in tutto il sistema, un riflesso bianco brillante (incolore) indica solitamente una superficie non rivestita.
Sebbene non scientifico, il seguente test fai-da-te per valutare i rivestimenti AR è sia educativo che informativo. L'unico strumento necessario è una piccola torcia elettrica o, in mancanza, una plafoniera. Il trucco sta nel far penetrare la luce nella lente dell'obiettivo dello strumento in modo che, guardando lungo il raggio, si possano vedere le immagini della luce riflessa dalle varie superfici aria-vetro all'interno dello strumento. (Nota: la riflessione proverrà sia dal lato vicino che da quello lontano delle lenti e dei prismi.) Ora, in base alle informazioni di cui sopra, per quanto riguarda il colore, avrai un'idea riguardo ai tipi di rivestimenti utilizzati e, cosa più importante, se alcuni le superfici non sono rivestite.
Altri tipi di rivestimenti
Mancando spazio per una trattazione approfondita degli altri tipi di rivestimenti ottici, offro i seguenti brevi riassunti.
Rivestimenti a correzione di fase (P):Sviluppato da Carl Zeiss (chi altri?) e introdotto come "rivestimento P" nel 1988, il rivestimento a correzione di fase è secondo per importanza solo al rivestimento antiriflesso negli strumenti con prismi a tetto. Il problema (inesistente nei prismi di Porro) è che le onde luminose che si riflettono sulle superfici opposte del tetto diventano polarizzate ellitticamente in modo da essere sfasate l'una rispetto all'altra per metà della lunghezza d'onda. Ciò provoca interferenze distruttive e un conseguente deterioramento della qualità dell'immagine. I rivestimenti P correggono il problema eliminando gli sfasamenti distruttivi.
Rivestimenti riflettenti:Questi rivestimenti a specchio, che spesso devono la loro efficacia a interferenze costruttive, vengono utilizzati nell'ottica sportiva più spesso di quanto si possa pensare. Gli esempi includono: la maggior parte dei telemetri laser e i pochi cannocchiali da puntamento che utilizzano divisori di fascio; mirini a punto rosso in cui viene utilizzato un rivestimento specifico per la lunghezza d'onda per riflettere l'immagine del punto verso l'occhio del tiratore; e, come discusso in precedenza, negli strumenti con prismi a tetto con prismi Pechan.
Rivestimenti idrofobici (idrorepellenti):L'archetipo del rivestimento idrorepellente è il rivestimento Rainguard di Bushnell che respinge l'acqua e resiste all'appannamento esterno. Ho ampiamente testato il rivestimento Rainguard in climi freddi dove respirare inavvertitamente sulla lente dell'oculare di un telescopio avrebbe oscurato la visione del bersaglio. I risultati sono stati che, anche quando ho intenzionalmente respirato sia sulle lenti dell'obiettivo che su quelle dell'oculare provocandone l'appannamento o il congelamento, potevo comunque vedere i bersagli abbastanza bene da poter sparare.
Rivestimenti resistenti all'abrasione:Un difetto persistente di alcuni rivestimenti antiriflesso è che tendono ad essere morbidi e, quindi, a graffiarsi facilmente. Per fortuna, i rivestimenti "resistenti" di oggi, sebbene non ancora universalmente utilizzati, stanno migliorando notevolmente la durata delle ottiche per esterni, dagli occhiali ai cannocchiali da puntamento. Il rivestimento di gran lunga più resistente che ho testato si trova sulle superfici esterne delle lenti placcate a T dei cannocchiali da mira in titanio Black Diamond da 30 mm di Burris. Non potevo graffiarlo, nemmeno con la lama di un coltellino affilato come un rasoio. Quest'ultimo non è raccomandato.
Designazioni dei rivestimenti
I seguenti termini vengono spesso utilizzati dai produttori di ottica per descrivere la misura in cui i loro strumenti sono protetti dai rivestimenti AR.
Ottica rivestita (C) significa che una o più superfici di una o più lenti sono state rivestite.
Completamente rivestito (FC) significa che tutte le superfici aria-vetro hanno ricevuto almeno un singolo strato di rivestimento antiriflesso, il che è positivo.
Multistrato (MC) significa che una o più superfici di una o più lenti hanno ricevuto un rivestimento AR costituito da due o più strati. Se utilizzata da produttori rispettabili, questa designazione implica solitamente che una o entrambe le superfici esterne delle lenti siano multistrato e che le superfici interne abbiano probabilmente rivestimenti a strato singolo.
Completamente multistrato (FMC) significa che tutte le superfici aria-vetro dovrebbero aver ricevuto rivestimenti antiriflesso multistrato, che è la soluzione migliore.
Sfortunatamente, non tutti i rivestimenti AR di un dato tipo sono uguali e alcuni potrebbero addirittura essere fasulli. Per quanto belli da vedere, sono molto scettico riguardo al valore dei cosiddetti rivestimenti "rubino", che riflettono una quantità abbagliante di luce rossa, facendo apparire gli oggetti osservati di un verde spaventoso. Quando i principali produttori, come Carl Zeiss, Leica, Nikon e Swarovski, inizieranno a utilizzare rubini o altri rivestimenti insoliti, inizierò a credere in loro. La prima linea di difesa contro rivestimenti scadenti e fasulli è acquistare da un produttore con una comprovata esperienza di onestà. Ciò non vuol dire che anche le migliori aziende non mettono in risalto il proprio rivestimento brevettato. Di solito sono i pubblicitari a lasciarsi trasportare.