가벼운 도둑들
1610년 갈릴레오가 최초로 망원경을 발명한 이후로 광학 사용자들을 괴롭히는 스포일러는 흡수와 반사로, 이는 관찰자의 눈에 도달하는 사용 가능한 빛의 양을 극적으로 감소시킵니다. 각 광학 요소(개별 렌즈, 프리즘 또는 거울)는 필연적으로 이를 통과하는 빛의 일부를 흡수합니다. 그러나 훨씬 더 중요한 것은 빛의 작은 비율이 공기와 유리 사이의 각 표면에서 반사된다는 사실입니다. 코팅되지 않은 광학 장치의 경우 이 "반사 손실"은 표면당 4%에서 6% 사이로 다양합니다. 이는 현대 광학 기기에 이러한 표면이 10~16개 있다는 사실을 깨닫기 전까지는 그리 나쁘지 않은 것 같습니다. 결과적으로 최대 50%의 빛 손실이 발생할 수 있으며 이는 특히 저조도 조건에서 문제가 됩니다.
그러나 더 심각한 것은 반사된 빛이 단순히 사라지지 않고 더 어두운 이미지를 남긴다는 점이다. 대신, 두 번째, 세 번째, 네 번째 반사에서 나온 빛의 일부가 결국 도구의 출사 동공을 통해 관찰자의 눈으로 나오면서 악기 내부의 표면에서 표면으로 계속 튕겨 나옵니다. 이러한 산란된 빛을 "플레어"라고 하며 "광학 시스템을 통해 전달되는 집중 또는 확산의 비이미지 형성 빛"으로 정의됩니다. 그 결과 이미지의 세부 사항이 모호해지고 대비가 감소하는 가려진 눈부심이나 흐릿함이 발생합니다. 극단적인 경우 고스트 이미지가 발생할 수도 있습니다. 극단적인 예는 낮은 능선의 그늘진 쪽에서 게임을 유리로 만들고 밝은 햇빛이 위쪽으로 흘러 장비의 대물 렌즈로 들어가려고 하는 경우입니다. (광학 장치가 있든 없든 태양을 직접 바라보지 마십시오. 눈에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.)
단층 반사 방지 코팅
반사광 손실 문제에 대한 오랫동안 기다려온 해결책은 1930년대 중반 Carl Zeiss 엔지니어인 Alexandar Smakula가 "Zeiss 비반사 렌즈 코팅 시스템"(현재 반사 방지 또는 AR 코팅이라고 함)을 개발하고 특허를 취득하면서 나타났습니다. "광학 분야에서 금세기 가장 중요한 발전"으로 평가되었습니다. 그 후 얼마 지나지 않아 제2차 세계 대전의 군사적 요구로 인해 코팅 개발이 가속화되었으며, 이 코팅은 연합군과 추축국 모두 야전 안경(쌍안경)에서 폭탄 조준경에 이르는 광학 기기에 사용되었습니다.
AR 코팅의 기본 이론(아래 그림 참조)은 매우 복잡한 과학적 개념입니다. 응용 분야에서는 일반적으로 빛 파장의 1/4(약 600만분의 1인치) 두께의 불화마그네슘 MgF2로 이루어진 투명한 필름으로 구성되며, 분자 충격에 의해 깨끗한 유리 표면에 증착됩니다. 진공 챔버에서 수행되는 미세하게 얇은 필름을 적용하는 방법을 개발하는 것은 엄청난 기술적 승리였습니다. 이 단일층 반사 방지 코팅은 코팅되지 않은 표면의 경우 4~6%인 반사광 손실을 코팅된 표면의 경우 약 1.5~2%로 줄여서 완전히 코팅된 기구의 전체 광 투과율을 약 70% 증가시켰습니다. 그에 따른 이미지 품질 저하 플레어 감소를 고려하면 눈에 띄는 개선이 있었습니다.
다층 반사 방지 코팅
여전히 널리 사용되는 단일층 코팅의 주요 단점은 코팅 두께가 파장의 1/4과 같은 특정 파장(색상)의 빛에 대해서만 완벽하게 작동한다는 것입니다. 이러한 결함으로 인해 결국 광범위한 파장에 걸쳐 반사광 손실을 효율적으로 줄일 수 있는 다층 광대역 코팅이 개발되었습니다. 오늘날 최고의 다층 코팅은 각 공기-유리 표면에서 반사광 손실을 1%의 2/10까지 줄일 수 있습니다.
다층 코팅에 대한 소개는 펜탁스가 카메라 렌즈에 "슈퍼 멀티 코팅"을 사용하기 시작한 1971년에 이루어졌습니다. 이 기술은 역광이 밝은 피사체를 촬영할 때 플레어 현상과 고스트 이미지를 거의 제거했습니다. 스포츠 광학 제조업체들은 이러한 추세에 편승하는 데 약간 느렸으며, 1979년이 되어서야 Carl Zeiss가 "T*" 멀티코팅을 출시했습니다. 이 코팅은 Zeiss 쌍안경의 빛 투과율을 90% 이상으로 높이는 동시에 이미지 대비를 향상시켰습니다. 최초의 단일층 코팅에서 오늘날의 다층 광대역 코팅까지 오랜 시간이 걸린 이유는 후자가 동일한 과학적 원리에 기초하더라도 다양한 불화물, 산화물, 이산화물의 여러 얇은 층을 포함하여 엄청나게 복잡하기 때문입니다. 등등. 예상할 수 있듯이 컴퓨터는 이러한 코팅의 공식화 및 적용에 중요한 역할을 합니다.
전반적인 빛 투과율은 계속해서 조금씩 향상되고 있지만 현재 제가 알고 있는 최고 수준은 쌍안경의 경우 약 92%, 소총 조준경의 경우 95%로 해당 장비의 평균보다 훨씬 높습니다. 소총 조준경이 쌍안경보다 빛 투과율이 약간 더 좋은 주된 이유는 이미지 정립을 위해 복잡한 프리즘이 아닌 간단한 정립형 렌즈를 사용하기 때문입니다.
마찬가지로, 포로 프리즘 쌍안경은 비슷한 광학 품질의 루프 프리즘 쌍안경보다 빛 투과율이 더 좋은 경향이 있습니다. 주목할만한 예외는 널리 사용되는 Pechan 유형 지붕 프리즘 대신 Abbe-Koenig 지붕 프리즘을 사용하는 Carl Zeiss 쌍안경입니다. 이 쌍안경은 내부에서 사용 가능한 빛의 4~6%가 손실되는 거울형(보통 알루미늄 도금 또는 은도금) 표면을 갖고 있습니다. 반사. ("내부 전반사"라는 프로세스에서 Porro 프리즘과 Abbe-Koenig 지붕 프리즘은 코팅 없이 모든 내부 표면에서 100% 반사를 얻습니다.) Pechan-프리즘 문제에 대한 일부 주요 제조업체의 솔루션은 특수한 다중 반사입니다. 거울 표면에 99.5% 반사되는 층 반사 코팅입니다.
여기서 주의할 점은 빛 투과율의 몇 퍼센트를 추가로 추구하는 데 너무 열중해서는 안 된다는 것입니다. 예를 들어, 고성능 광학 기기의 빛 투과율이 5% 증가하면 .300 매그넘 소총의 총구 속도가 150fps 증가하는 것과 대략 동일하다고 생각하면 차이를 전혀 느끼지 못할 것입니다.
스포츠 광학 분야에서 100% 빛 투과율을 달성할 수 있을까요? 결코 "절대로"라고 말해서는 안 되지만, 물리 법칙을 수정하는 것 외에 대답은 거의 확실히 "아니오"입니다!
코팅 색상
많은 사람들은 AR 코팅의 품질이 표면에서 반사되는 빛의 색상에 의해 결정될 수 있다고 믿습니다. 그럴 수도 있겠지만, 확실히 그렇게 하려면 상당한 전문 지식이 필요합니다. 보이는 색상은 무색인 코팅 재료 자체의 색상이 아니라 코팅이 가장 효과적이지 않은 빛 파장의 반사 색상 또는 조합된 반사 색상입니다. 예를 들어, 빨간색과 파란색 파장에서 가장 효과적인 코팅은 녹색 반사를 생성합니다. 반대로, 코팅이 녹색 파장에서 가장 효과적이라면 반사는 마젠타색과 같이 빨간색과 파란색의 조합이 될 것입니다. 불화마그네슘의 단일층 코팅에서 나오는 반사는 일반적으로 연한 파란색에서 진한 보라색까지 다양합니다. 최신 다층 코팅에서 반사되는 색상은 무지개의 거의 모든 색상일 수 있으며 시스템 전체의 다양한 광학 표면에 다양한 색상이 표시되지만 밝은 흰색(무색) 반사는 일반적으로 코팅되지 않은 표면을 나타냅니다.
비과학적인 AR 코팅 평가를 위한 다음 DIY 테스트는 교육적이고 유익합니다. 필요한 유일한 도구는 작은 손전등이거나 그것이 부족할 경우 머리 위 조명입니다. 비결은 장비의 대물 렌즈에 빛을 비추어 빔을 따라 볼 때 장비 내의 다양한 공기 대 유리 표면에 반사되는 빛의 이미지를 볼 수 있도록 하는 것입니다. (참고: 반사는 렌즈와 프리즘의 가까운 쪽과 먼 쪽 모두에서 발생합니다.) 이제 위의 색상 정보를 바탕으로 사용된 코팅 유형과 더 중요하게는 코팅 유형에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 표면은 코팅되지 않았습니다.
다른 유형의 코팅
다른 유형의 광학 코팅을 심층적으로 다루기에는 공간이 부족하여 다음과 같이 간략하게 요약하겠습니다.
위상차 보정(P) 코팅:Carl Zeiss(다른 사람?)가 개발하여 1988년에 "P 코팅"으로 소개된 위상 교정 코팅은 루프 프리즘 장비의 반사 방지 코팅 다음으로 중요합니다. 문제(포로 프리즘에는 존재하지 않음)는 반대편 지붕 표면에서 반사되는 광파가 서로 위상이 1/2 파장이 되도록 타원 편광이 된다는 것입니다. 이로 인해 상쇄 간섭이 발생하고 그에 따른 이미지 품질 저하가 발생합니다. P 코팅은 파괴적인 위상 변화를 제거하여 문제를 해결합니다.
반사 코팅:보강 간섭으로 인해 효율성이 높아지는 이러한 거울 같은 코팅은 생각보다 스포츠 광학 분야에서 더 자주 사용됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다: 대부분의 레이저 거리 측정기와 빔 스플리터를 사용하는 소수의 소총 조준경; 사수의 눈에 점의 이미지를 다시 반사하기 위해 파장별 코팅이 사용되는 빨간 점 조준기; 그리고 이전에 논의한 바와 같이 Pechan 프리즘을 갖춘 지붕 프리즘 장비에서도 마찬가지입니다.
소수성(발수성) 코팅:발수 코팅의 원형은 물을 흘리고 외부 김서림에 저항하는 Bushnell의 Rainguard 코팅입니다. 나는 스코프의 접안렌즈 렌즈에 무심코 숨을 불어넣으면 목표물의 시야가 가려지는 추운 기후에서 Rainguard 코팅을 광범위하게 테스트했습니다. 그 결과, 대물 렌즈와 접안 렌즈에 의도적으로 숨을 불어넣어 안개나 서리가 낀 경우에도 촬영할 수 있을 만큼 대상을 잘 볼 수 있었습니다.
내마모성 코팅:일부 반사 방지 코팅의 지속적인 단점은 부드러워서 쉽게 긁히는 경향이 있다는 것입니다. 다행스럽게도 오늘날의 "강인한" 코팅은 아직 보편적으로 사용되지는 않지만 안경부터 소총 조준경에 이르는 실외 광학 장치의 내구성을 크게 향상시키고 있습니다. 지금까지 제가 테스트한 코팅 중 가장 견고한 코팅은 Burris의 Black Diamond 30mm 티타늄 라이플총 조준경의 T 도금 외부 렌즈 표면이었습니다. 면도날처럼 날카로운 주머니칼로 긁어도 긁을 수 없었습니다. 후자는 권장되지 않습니다.
코팅 명칭
다음 용어는 광학 제조업체에서 AR 코팅으로 장비를 보호하는 정도를 설명하기 위해 자주 사용됩니다.
코팅된 광학 장치(C)는 하나 이상의 렌즈의 하나 이상의 표면이 코팅되었음을 의미합니다.
완전 코팅(FC)은 공기와 유리 사이의 모든 표면에 반사 방지 코팅이 최소한 한 겹 이상 코팅되어 있음을 의미합니다.
멀티 코팅(MC)은 하나 이상의 렌즈의 하나 이상의 표면이 두 개 이상의 레이어로 구성된 AR 코팅을 받았다는 것을 의미합니다. 평판이 좋은 제조업체에서 사용하는 경우 이 명칭은 일반적으로 외부 렌즈 표면 중 하나 또는 둘 다 다중 코팅되어 있고 내부 표면은 아마도 단일 레이어 코팅되어 있음을 의미합니다.
완전 다중 코팅(FMC)은 모든 공기-유리 표면이 다층 반사 방지 코팅을 받아야 함을 의미하며, 이는 가장 좋습니다.
불행하게도 특정 유형의 모든 AR 코팅이 동일하게 생성되는 것은 아니며 일부는 가짜일 수도 있습니다. 보기에도 아름답기는 하지만 눈부신 양의 붉은 빛을 반사하여 보이는 물체를 무시무시한 녹색으로 보이게 만드는 소위 "루비" 코팅의 가치에 대해 나는 매우 회의적입니다. Carl Zeiss, Leica, Nikon 및 Swarovski와 같은 선도적인 제조업체가 루비 또는 기타 색다른 코팅을 사용하기 시작하면 나는 그것을 믿기 시작할 것입니다. 열악하고 가짜 코팅에 대한 첫 번째 방어선은 정직성에 대한 입증된 기록을 가진 제조업체로부터 구입하는 것입니다. 그렇다고 해서 최고의 회사들조차 자신들의 독점 코팅을 과장하고 있다는 말은 아닙니다. 보통 광고하는 사람들이 쫓겨납니다.