لصوص الضوء
إن المفسدات التي أربكت مستخدمي البصريات منذ اختراع أول تلسكوب لجاليليو في عام 1610 هي الامتصاص والانعكاسات، مما يقلل بشكل كبير من كمية الضوء القابل للاستخدام الذي يصل إلى عيون المشاهد. كل عنصر بصري (عدسة فردية، منشور أو مرآة) يمتص حتما بعض الضوء الذي يمر عبره. لكن الأمر الأكثر أهمية هو حقيقة أن نسبة صغيرة من الضوء تنعكس من كل سطح من الهواء إلى الزجاج. بالنسبة للبصريات غير المطلية، تتراوح هذه "الخسارة الانعكاسية" بين 4 بالمائة و6 بالمائة لكل سطح، وهو ما لا يبدو سيئًا للغاية حتى تدرك أن الأجهزة البصرية الحديثة تحتوي على ما بين 10 إلى 16 سطحًا من هذا النوع. يمكن أن تكون النتيجة الصافية خسارة طفيفة تصل إلى 50 بالمائة، وهو أمر مزعج بشكل خاص في ظروف الإضاءة المنخفضة.
لكن الأمر الأكثر خطورة هو حقيقة أن الضوء المنعكس لا يختفي فحسب، بل يترك صورة باهتة. وبدلاً من ذلك، يستمر في الارتداد من سطح إلى سطح داخل الجهاز، مع خروج بعض الضوء من هذه الانعكاسات الثانية والثالثة والرابعة في نهاية المطاف من خلال بؤبؤ مخرج الأداة إلى عيون المشاهد. ويسمى هذا الضوء المبعثر "التوهج"، ويتم تعريفه على أنه "الضوء غير المشكل للصورة، المركز أو المنتشر، الذي ينتقل عبر النظام البصري". والنتيجة هي وهج حجب أو ضبابية تحجب تفاصيل الصورة وتقلل من التباين. وفي الحالات القصوى، قد يؤدي ذلك إلى ظهور صور شبحية. من الأمثلة المتطرفة على ذلك ما إذا كنت تحاول تصوير اللعبة على الجانب المظلل من سلسلة منخفضة مع تدفق ضوء الشمس الساطع فوق الجزء العلوي وفي العدسة الموضوعية للجهاز. (لا تنظر أبدًا إلى الشمس مباشرة، سواء باستخدام العدسات أو بدونها، لأن ذلك يمكن أن يسبب ضررًا خطيرًا للعين).
طلاءات مضادة للانعكاس بطبقة واحدة
جاء الحل الذي طال انتظاره لمشكلة فقدان الضوء العاكس في منتصف ثلاثينيات القرن العشرين عندما قام ألكساندر سمكولا، وهو مهندس من كارل زايس، بتطوير وحصل على براءة اختراع "نظام طلاء عدسة زايس غير العاكس" (يُسمى الآن طلاء مضاد للانعكاس أو طلاء AR)، والذي تم الإعلان عنه باعتباره "أهم تطور في القرن في العلوم البصرية". بعد ذلك بوقت قصير، أدت الاحتياجات العسكرية للحرب العالمية الثانية إلى تسريع تطوير الطلاء، الذي استخدمته كل من قوات الحلفاء وقوات المحور في الأدوات البصرية التي تتراوح من النظارات الميدانية (المناظير) إلى منظار القنابل.
النظرية وراء طلاءات AR (انظر الرسم التوضيحي أدناه) هي مفهوم علمي معقد للغاية. يتكون في التطبيق من طبقة شفافة، عادةً ما تكون من فلوريد المغنيسيوم MgF2، ويبلغ سُمكها ربع الطول الموجي للضوء (حوالي ستة أجزاء من المليون من البوصة)، ويتم ترسيبها، عن طريق القصف الجزيئي، على سطح زجاجي نظيف. إن تطوير طريقة لتطبيق مثل هذه الأغشية الرقيقة مجهريا، والتي يتم إجراؤها في غرف مفرغة، كان بمثابة انتصار تكنولوجي عظيم. أدت هذه الطلاءات المضادة للانعكاس ذات الطبقة الواحدة إلى تقليل فقدان الضوء العاكس من ما بين 4 بالمائة إلى 6 بالمائة للأسطح غير المطلية إلى حوالي 1.5 إلى 2 بالمائة للأسطح المطلية، وبالتالي زيادة انتقال الضوء الإجمالي للأدوات المطلية بالكامل بحوالي 70 بالمائة، والتي، مع الأخذ في الاعتبار الانخفاض المصاحب في التوهج الذي يؤدي إلى تدهور الصورة، كان هناك تحسن ملحوظ.
طلاءات متعددة الطبقات مضادة للانعكاس
أحد العيوب الرئيسية في الطلاءات أحادية الطبقة، والتي لا تزال تستخدم على نطاق واسع، هو أنها تعمل بشكل جيد فقط مع الطول الموجي (اللون) المحدد للضوء حيث يساوي سمك الطلاء ربع الطول الموجي. أدى هذا النقص في النهاية إلى تطوير طبقات متعددة من طبقات النطاق العريض قادرة على تقليل فقدان الضوء العاكس بكفاءة عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية. يمكن لأفضل الطلاءات متعددة الطبقات المتوفرة اليوم أن تقلل من فقدان الضوء العاكس إلى أقل من عشرين من واحد بالمائة عند كل سطح من الهواء إلى الزجاج.
جاءت مقدمتي للطلاءات متعددة الطبقات في عام 1971 عندما بدأت شركة Pentax في استخدام "Super Multicoating" على عدسات الكاميرا، حيث تخلصت تقريبًا من الصور المتوهجة والأشباح عند تصوير موضوعات ذات إضاءة خلفية ساطعة. كان مصنعو البصريات الرياضية بطيئين بعض الشيء في الانضمام إلى العربة، ولم يكن الأمر كذلك حتى عام 1979 عندما قدم كارل زايس طلاءه المتعدد "T*"، والذي عزز انتقال الضوء من مناظير زايس إلى ما يزيد قليلاً عن 90 بالمائة، مع تحسين تباين الصورة في الوقت نفسه. السبب وراء استغراق وقت طويل للانتقال من أول طبقات الطلاء أحادية الطبقة إلى طبقات النطاق العريض متعددة الطبقات اليوم هو أن الأخيرة، على الرغم من أنها تعتمد على نفس المبادئ العلمية، معقدة بشكل لا يصدق، وتتضمن عدة طبقات رقيقة من مختلف الفلوريدات والأكاسيد وثاني أكسيد إلخ. كما قد تتوقع، تلعب أجهزة الكمبيوتر أدوارًا رئيسية في تركيبات وتطبيقات هذه الطلاءات.
على الرغم من استمرار تحسن انتقال الضوء بشكل طفيف، فإن أعلى المستويات التي أعرفها حاليًا تبلغ حوالي 92 بالمائة للمنظار و95 بالمائة لمناظير البنادق، وهي أعلى بكثير من المتوسطات لمثل هذه الأدوات. السبب الرئيسي وراء ميل مناظير البنادق إلى الحصول على نقل ضوئي أفضل قليلاً من المناظير هو أنها تستخدم عدسات تركيب بسيطة بدلاً من المنشورات المعقدة لتركيب الصورة.
وبالمثل، تميل مناظير منشورية بورو إلى نقل الضوء بشكل أفضل من مناظير منشورية السقف ذات الجودة البصرية المماثلة. الاستثناءات الملحوظة هي مناظير Carl Zeiss التي تستخدم مناشير السقف Abbe-Koenig بدلاً من مناشير السقف من نوع Pechan المستخدمة على نطاق واسع، والتي تحتوي على سطح عاكس (عادةً ما يكون مطليًا بالألمنيوم أو الفضة) حيث يتم فقد ما بين 4 و6 بالمائة من الضوء المتاح أثناء التشغيل الداخلي. انعكاس. (في عملية تسمى "الانعكاس الداخلي الكلي"، تحصل منشورات بورو ومنشورات سقف آبي-كونيج على انعكاس بنسبة 100 بالمائة على جميع أسطحها الداخلية، دون الحاجة إلى أي طلاءات.) حلول بعض الشركات الرائدة لمشكلة منشورات بيتشان هي استخدامات خاصة متعددة طبقة من الطلاءات العاكسة التي تحصل على انعكاس بنسبة 99.5 بالمائة على الأسطح العاكسة.
التحذير هنا هو أنه لا ينبغي للمرء أن يبالغ في سعيه للحصول على بضع نقاط مئوية إضافية من انتقال الضوء. ضع في اعتبارك، على سبيل المثال، أن زيادة بنسبة 5 بالمائة في نقل الضوء في أداة بصرية عالية الأداء تساوي تقريبًا زيادة قدرها 150 إطارًا في الثانية في سرعة الفوهة لبندقية .300 ماغنوم - ولن تلاحظ الفرق أبدًا.
هل سيتم تحقيق نقل الضوء بنسبة 100 بالمائة في البصريات الرياضية؟ لا ينبغي للمرء أن يقول "أبدًا"، ولكن بصرف النظر عن تعديل قوانين الفيزياء، فإن الإجابة يكاد يكون من المؤكد أنها لا!
ألوان الطلاء
يعتقد الكثيرون أن جودة الطلاءات AR يمكن تحديدها من خلال لون الضوء المنعكس من الأسطح. ربما، ولكن القيام بذلك بكل يقين يتطلب خبرة كبيرة. اللون المرئي ليس لون مادة الطلاء نفسها، وهي عديمة اللون، ولكن اللون العاكس أو الألوان العاكسة المجمعة للأطوال الموجية للضوء التي يكون الطلاء أقل فعالية لها. على سبيل المثال، الطلاء الأكثر فعالية في الأطوال الموجية الحمراء والزرقاء سوف ينتج انعكاسًا أخضر. على العكس من ذلك، إذا كان الطلاء أكثر فعالية في الأطوال الموجية الخضراء، فسيكون الانعكاس عبارة عن مزيج من اللونين الأحمر والأزرق، مثل اللون الأرجواني. تتراوح الانعكاسات القادمة من طبقات طبقة واحدة من فلوريد المغنيسيوم عادة من اللون الأزرق الفاتح إلى اللون الأرجواني الداكن. في حين أن الألوان المنعكسة من أحدث الطلاءات متعددة الطبقات يمكن أن تكون تقريبًا أي لون من ألوان قوس قزح، مع ظهور ألوان مختلفة على الأسطح البصرية المختلفة في جميع أنحاء النظام، فإن الانعكاس الأبيض الساطع (عديم اللون) يشير عادةً إلى سطح غير مطلي.
على الرغم من أنه غير علمي، فإن الاختبار التالي الذي يمكنك إجراؤه بنفسك لتقييم طلاءات AR هو اختبار تعليمي وغني بالمعلومات. الأداة الوحيدة المطلوبة هي مصباح يدوي صغير، أو في حالة عدم وجوده، مصباح علوي. تكمن الحيلة في تسليط الضوء على العدسة الشيئية للجهاز بحيث يمكنك عند النظر على طول الشعاع رؤية صور الضوء المنعكس عن الأسطح المختلفة من الهواء إلى الزجاج داخل الجهاز. (ملاحظة: سيأتي الانعكاس من الجانبين القريب والبعيد للعدسات والمنشورات.) الآن، استنادًا إلى المعلومات المذكورة أعلاه، فيما يتعلق بالألوان، ستحصل على فكرة عن أنواع الطلاءات المستخدمة، والأهم من ذلك، ما إذا كانت بعض الطلاءات تستخدم أم لا. الأسطح غير مطلية.
أنواع أخرى من الطلاءات
نظرًا لعدم وجود مساحة للتغطية المتعمقة للأنواع الأخرى من الطلاءات البصرية، أقدم الملخصات الموجزة التالية.
طلاءات تصحيح الطور (P):تم تطويره بواسطة Carl Zeiss (من غيره؟) وتم تقديمه باسم "P-coating" في عام 1988، ويأتي طلاء تصحيح الطور في المرتبة الثانية من حيث الأهمية بعد الطلاء المضاد للانعكاس في أدوات منشور السقف. تكمن المشكلة (غير الموجودة في منشورات بورو) في أن موجات الضوء المنعكسة عن أسطح الأسطح المتقابلة تصبح مستقطبة إهليلجيًا بحيث تكون خارج الطور بمقدار نصف طول موجي مع بعضها البعض. ويؤدي هذا إلى تداخل مدمر وتدهور لاحق في جودة الصورة. تعمل الطلاءات P على تصحيح المشكلة من خلال القضاء على تحولات الطور المدمرة.
الطلاءات الانعكاسية:تُستخدم هذه الطلاءات الشبيهة بالمرآة - والتي غالبًا ما تدين بفعاليتها للتداخل البناء - في البصريات الرياضية أكثر مما قد يعتقده المرء. تشمل الأمثلة: معظم أجهزة تحديد المدى بالليزر وعدد قليل من مناظير البنادق التي تستخدم مقسمات الشعاع؛ مشاهد النقطة الحمراء حيث يتم استخدام طلاء خاص بالطول الموجي ليعكس صورة النقطة إلى عين مطلق النار؛ وكما نوقش سابقًا، في أدوات منشور السقف باستخدام منشور Pechan.
الطلاءات الكارهة للماء (طاردة للماء):النموذج الأصلي للطلاء المقاوم للماء هو طلاء Rainguard من Bushnell الذي يتخلص من الماء ويقاوم الضباب الخارجي. لقد اختبرت طلاء Rainguard على نطاق واسع في المناخات الباردة حيث كان من الممكن أن يؤدي التنفس عن غير قصد على العدسة العينية للمنظار إلى حجب رؤية الهدف. وكانت النتائج أنه حتى عندما قمت بالتنفس عمدًا على كل من العدسات الشيئية والعدسة العينية مما أدى إلى ضبابها أو صقيعها، كان لا يزال بإمكاني رؤية الأهداف جيدًا بما يكفي لإطلاق النار.
الطلاءات المقاومة للتآكل:العيب المستمر في بعض الطلاءات المضادة للانعكاس هو أنها تميل إلى أن تكون ناعمة وبالتالي قابلة للخدش بسهولة. ولحسن الحظ، فإن الطلاءات "القاسية" الموجودة اليوم، رغم أنها لا تزال غير مستخدمة عالميًا، تعمل بشكل كبير على تحسين متانة البصريات الخارجية التي تتراوح من النظارات إلى مناظير البنادق. أصعب طلاء قمت باختباره حتى الآن هو على أسطح العدسات الخارجية المطلية بـ T من مناظير Burris Black Diamond مقاس 30 مم من التيتانيوم. لم أتمكن من خدشها، حتى مع حافة سكين الجيب الحادة. لا ينصح بهذا الأخير.
تسميات الطلاء
غالبًا ما تستخدم الشركات المصنعة للبصريات المصطلحات التالية لوصف مدى حماية أدواتها بواسطة طلاءات AR.
البصريات المطلية (C) تعني أنه تم طلاء سطح واحد أو أكثر لعدسة واحدة أو أكثر.
المغلفة بالكامل (FC) تعني أن جميع الأسطح المغطاة بالهواء والزجاج قد تلقت على الأقل طبقة واحدة من الطلاء المضاد للانعكاس، وهو أمر جيد.
متعدد الطبقات (MC) يعني أن سطحًا واحدًا أو أكثر من عدسة واحدة أو أكثر قد تلقى طلاء AR يتكون من طبقتين أو أكثر. عند استخدامه من قبل الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة، فإن هذا التصنيف يعني عادةً أن أحد سطحي العدسة الخارجيين أو كليهما متعدد الطبقات وأن الأسطح الداخلية ربما تحتوي على طبقات أحادية الطبقة.
يعني الطلاء المتعدد بالكامل (FMC) أن جميع الأسطح المغطاة بالهواء والزجاج يجب أن تتلقى طلاءات متعددة الطبقات مضادة للانعكاس، وهو الأفضل.
لسوء الحظ، لا يتم إنشاء جميع طبقات AR من نوع معين بشكل متساوٍ، وقد يكون بعضها مزيفًا. على الرغم من أنها جميلة المظهر، إلا أنني متشكك جدًا فيما يتعلق بقيمة ما يسمى بالطبقات "الياقوتية"، والتي تعكس كمية مبهرة من الضوء الأحمر، مما يجعل الأشياء التي يتم مشاهدتها تبدو خضراء مروعة. عندما تبدأ الشركات المصنعة الرائدة، مثل Carl Zeiss وLeica وNikon وSwarovski، في استخدام الياقوت أو غيرها من الطلاءات غير التقليدية، سأبدأ في الإيمان بها. خط الدفاع الأول ضد الطلاءات الرديئة والزائفة هو الشراء من شركة مصنعة تتمتع بسجل حافل بالأمانة. هذا لا يعني أنه حتى أفضل الشركات تتجاوز المبالغة في المبالغة في طلاءها الخاص. عادة ما يكون الأشخاص الذين يقومون بالإعلان هم من يبتعدون.