Večslojni premaz se nanaša na nanašanje več zelo tankih plasti optičnih materialov na površine leč. Ti premazi so namenjeni predvsem zmanjšanju odbojev, povečanju prepustnosti svetlobe ter izboljšanju kontrasta, barvne natančnosti in ostrine slike.
Večslojni premaz se uporablja v strelnih daljnogledih, spektivih, merilnikih razdalje, kolimatorjih in optičnih napravah, namenjenih opazovanju. Podobni premazi, vendar zasnovani za različne valovne dolžine, se uporabljajo tudi na germanijevih lečah termovizijskih naprav.
Ni enega samega univerzalnega večslojnega premaza. Število slojev, materiali, debelina in metoda nanašanja se izberejo glede na steklo, površino, spektralno območje in zahtevano zmogljivost.
Zakaj neprevlečena leča odbija svetlobo
Ko svetloba prehaja iz zraka v steklo, del nje preide skozi površino, del pa se odbije. Na običajnem optičnem steklu brez premaza je lahko izguba približno 4 % za vsako površino med zrakom in steklom , čeprav se vrednost spreminja glede na lomni količnik in vpadni kot.
Ena sama leča ima dve površini. Teleskop ali daljnogled vsebuje številne elemente in ima zato lahko veliko površin, skozi katere prehaja svetloba. Če nobena od teh površin ne bi bila prevlečena, bi se izgube seštevale in znaten del svetlobe ne bi dosegel očesa.
Notranji odsevi lahko povzročijo tudi:
- zmanjšanje kontrasta;
- podobe duhov;
- haloji okoli svetlobnih virov;
- bleščanje;
- izguba podrobnosti v sencah;
- kromatske dominante;
- zmanjšana berljivost cilja pri osvetlitvi od zadaj.
Kako deluje antirefleksna obdelava
Antirefleksni premaz je sestavljen iz prozornih plasti, katerih lomni količnik se razlikuje od lomnega količnika stekla. Vsaka plast ima izjemno tanko debelino, primerljivo z valovno dolžino svetlobe.
Valovi, ki se odbijajo od različnih vmesnikov, lahko povzročijo medsebojno destruktivno interferenco. Nekateri odboji se tako izničijo in skozi lečo preide več svetlobe.
Enoslojni premaz je lahko zelo učinkovit pri določeni valovni dolžini, manj pa učinkovit v preostalem vidnem spektru. Z nanosom več slojev z različnimi indeksi in debelinami se lahko antirefleksni učinek razširi na širši pas.
Kaj pomeni večslojno nanašanje premazov?
V komercialnem žargonu večslojni premaz običajno pomeni, da je bila vsaj ena optična površina obdelana z več antirefleksnimi plastmi . Vendar pa sama definicija ne navaja, koliko površin je bilo prevlečenih.
Najpogostejši izrazi so:
- Prevlečeno: vsaj ena površina ima antirefleksno obdelavo;
- Popolnoma prevlečen: vse površine iz zračnega stekla so obdelane, običajno z eno samo plastjo;
- Večslojna prevleka: vsaj ena površina ima večplastno obdelavo;
- Popolnoma večplastno prevlečeno: Vse površine iz zračnega stekla so običajno večplastno prevlečene.
Ti izrazi so komercialne konvencije in ne opisujejo v celoti kakovosti sistema. Dve leči, ki sta deklarirani kot popolnoma večslojno prevlečeni, lahko uporabljata zelo različne materiale, postopke in zasnove.
Struktura večplastnega premaza
Večslojni premaz je lahko sestavljen iz nekaj plasti ali številnih prekrivajočih se nanosov. Vsak material je izbran glede na svoj lomni količnik, prosojnost in združljivost s podlago.
Večplastni projekt mora nadzorovati:
- odbojnost pri različnih valovnih dolžinah;
- celoten prenos;
- barvna nevtralnost;
- obnašanje pri vpadnih kotih;
- oprijem na steklo;
- odpornost na vlago;
- toplotna stabilnost;
- mehanska vzdržljivost.
Število slojev se ne sme obravnavati ločeno. Slabo zasnovan ali nanesen premaz z velikim številom slojev se lahko obnese slabše kot enostavnejši, pravilno optimiziran sistem.
Vakuumsko nanašanje
Premazi se običajno nanašajo v vakuumskih komorah. Material se upari ali pretvori v energijske delce, ki se odlagajo na lečo in tvorijo izjemno tanke filme.
Tehnologije, ki jih je mogoče uporabiti, vključujejo:
- termično izhlapevanje;
- izhlapevanje z elektronskim žarkom;
- naprševanje;
- nanašanje z ionsko pomočjo;
- plazemski procesi;
- lastniške tehnologije, ki so jih razvili proizvajalci.
Asistirano nanašanje omogoča kompaktne, enakomerne in dobro oprijete plasti. Debelino in sestavo je treba nadzorovati z veliko natančnostjo, saj lahko že minimalne spremembe spremenijo optični odziv.
Prepustnost svetlobe
Prepustnost izraža odstotek svetlobe, ki prehaja skozi sistem. Pomembno je razlikovati med:
- prenos na eno samo površino;
- prenos leče;
- prenos celotnega instrumenta;
- prenos pri določeni valovni dolžini;
- povprečna prepustnost čez celoten vidni spekter.
Zelo visok odstotek na eni sami površini ne predstavlja samodejno celotne zmogljivosti daljnogleda. Svetloba mora preiti skozi vse leče, morebitne prizme, mrežico in druge elemente sistema.
Za primerjavo dveh leč je treba preveriti, ali so bile deklarirane vrednosti pridobljene z uporabo enakovrednih meril.
Zmanjšanje kontrasta in odboja
Prednost večslojnega premaza ni le povečana svetlost. Z zmanjšanjem razpršene svetlobe lahko obdelava izboljša kontrast in olajša branje drobnih podrobnosti.
Ta učinek je še posebej pomemben:
- ob zori in mraku;
- pri opazovanju proti svetlobi;
- v gozdu z izmeničnimi območji svetlobe in sence;
- s soncem nizko na obzorju;
- ko so odsevi na vodi ali snegu;
- pri opazovanju divjih živali s dlako, ki ni v velikem kontrastu z ozadjem.
Objektiv z visoko prepustnostjo, vendar slabim nadzorom razpršene svetlobe, lahko ustvari svetlo, a motno sliko. Kakovost je zato odvisna od ravnovesja med prepustnostjo, kontrastom, korekcijo aberacij in notranjim nadzorom odseva.
Zvestoba barv
Obdelava mora uravnoteženo prikazati različne komponente vidnega spektra. Če so nekatere valovne dolžine bolj oslabljene kot druge, lahko slika dobi rumen, zelen, moder ali rdečkast odtenek.
V nekaterih sistemih je profil prenosa namerno optimiziran za povečanje kontrasta pod določenimi pogoji. To ne pomeni nujno, da so barve popolnoma nevtralne.
Zvestoba barv je še posebej pomembna pri opazovalnih daljnogledih, medtem ko je pri strelnem daljnogledu lahko prednostna naloga sposobnost hitrega razlikovanja cilja od ozadja.
Barva odsevov na leči
Večplastno prevlečene leče lahko kažejo zelene, modre, vijolične, jantarne ali rdečkaste odseve. To je del svetlobe, ki ga premaz še naprej odbija.
Vidna barva nam ne omogoča ugotovitve:
- koliko plasti je prisotnih;
- koliko svetlobe se prenese;
- ali so vse površine obdelane;
- odpornost premaza;
- splošna kakovost optike.
Zelo intenziven in opazen odboj ne pomeni nujno vrhunske zmogljivosti. Učinkovita obdelava lahko povzroči relativno šibke odboje, ki se razlikujejo glede na kot gledanja.
Večslojni premaz v strelnih daljnogledih
Pri strelnem daljnogledu večslojna prevleka vključuje elemente objektiva, povečavo, notranje leče in okular. Kakovost prevleke pomaga ohranjati kontrast in berljivost mrežice v težkih svetlobnih pogojih.
Splošna uspešnost je odvisna tudi od:
- premer leče;
- izstopna zenica;
- izbrana povečava;
- kakovost stekla;
- korekcija aberacij;
- notranje diafragme;
- črnjenje površin;
- geometrija cevi;
- kakovost rešetke.
Odličen objektiv ne more v celoti nadomestiti slabega antirefleksnega premaza, tako kot odličen večslojni premaz ne more popraviti slabe optične zasnove.
Večslojni premaz v daljnogledih
Daljnogledi imajo številne optične površine in imajo lahko veliko koristi od celovitih premazov. Poleg leč je treba upoštevati tudi prizme.
Pri modelih s strešnimi prizmami so lahko prisotni različni premazi:
- antirefleksne obdelave: povečati prenos na površinah iz zraka in stekla;
- fazna korekcija: izboljša kontrast in ločljivost z kompenzacijo faznih premikov, ki jih povzroča prizma;
- odsevni premazi: povečajo učinkovitost površin, ki morajo odbijati svetlobo;
- dielektrične plasti: omogočajo visoko odbojnost v širokem spektralnem območju.
Ti premazi opravljajo različne funkcije. Izraz "popolnoma večslojni premaz", ko se nanaša na leče, ne zagotavlja samodejno prisotnosti fazne korekcije ali dielektričnih premazov na prizmah.
Hidrofobne in oleofobne obdelave
Zunanje površine lahko prejmejo dodatne premaze, namenjene odbijanju vode, maščobe in umazanije. Ti premazi nimajo enake funkcije kot antirefleksni večslojni premaz, čeprav jih je mogoče integrirati v isti sistem.
Hidrofobni premaz lahko:
- spodbujajo pretok vodnih kapljic;
- zmanjšati oprijem umazanije;
- olajšajte čiščenje;
- omejiti odvzem prstnih odtisov;
- zaščititi spodnje optične plasti.
Vendar pa ne zagotavlja popolnoma ostre slike v močnem dežju in ni nadomestilo za ustrezno zaščito objektiva.
Obdelava proti praskam
Nekateri sistemi vključujejo zunanjo plast, ki je bolj odporna proti obrabi. Vendar noben premaz ne zagotavlja, da je leča popolnoma odporna na praske.
Pesek in delci mineralnega prahu so lahko trši od površinske plasti. Drgnjenje s krpo lahko povzroči trajne mikropraske.
Deklarirano odpornost je treba razlikovati tudi od trdote osnovnega stekla. Tanka prevleka lahko zaščiti pred rahlimi odrgninami, ne pa pred udarci ali stikom z ostrimi predmeti.
Večslojni premazi v termični optiki
Termovizijske leče imajo tudi večplastne antirefleksne premaze, vendar so te zasnovane za druge pasove kot vidno svetlobo.
Germanijeva leča, namenjena za LWIR senzor, mora prepuščati predvsem sevanje v območju približno od 8 do 14 mikrometrov . Materiali in debeline prevleke se zato razlikujejo od tistih, ki se uporabljajo pri daljnogledih ali dnevnih opazovalnih teleskopih.
Vidna barva obdelave, ki se uporablja za germanij, ne kaže neposredno na njegovo učinkovitost v infrardečem spektru.
Večslojni premaz v laserskih daljinomerih
Daljinomer mora prepuščati tako svetlobo, ki se uporablja za opazovanje, kot tudi lasersko valovno dolžino. Obdelava je zato zasnovana tako, da opravlja obe funkciji.
Nizka prepustnost v laserskem pasu lahko zmanjša količino energije, ki doseže cilj ali se vrne v senzor, kar vpliva na uporabni doseg in sposobnost merjenja slabo odbojnih površin.
Večslojni premaz in vid v mraku
Med mrakom se količina razpoložljive svetlobe zmanjša in barvna občutljivost očesa se spremeni. Dober večslojni premaz pomaga ohranjati svetlobo in kontrast, vendar ne more ustvariti dodatne svetlosti.
Učinkovitost je odvisna od kombinacije:
- prenos celotnega sistema;
- premer leče;
- povečanje;
- izstopna zenica;
- notranji kontrast;
- kakovost uporabnikovega očesa;
- vremenske razmere.
Tako imenovani faktor somraka je geometrijska vrednost, izračunana iz povečave in premera leče. Ne upošteva kakovosti stekla, prepustnosti ali učinkovitosti premazov.
Odpornost na vlago in temperaturne spremembe
Lovska optika se uporablja v dežju, snegu, mrazu in močnih temperaturnih nihanjih. Premaz se mora oprijeti stekla in ohraniti svoje lastnosti skozi čas.
Kakovosten večslojni premaz je zasnovan in preizkušen tako, da je odporen na:
- vlažnost;
- toplotni cikli;
- kondenzacija;
- večkratno čiščenje;
- izpostavljenost sončni svetlobi;
- zmerne odrgnine;
- onesnaženje z olji in organskimi ostanki.
Vodotesnost in notranje polnjenje s suhim plinom preprečujeta rosenje v notranjosti instrumenta, vendar sta to lastnosti, ločene od prevleke leče.
Kako očistiti večslojno prevlečeno lečo
Čiščenje je treba izvajati tako, da se izognete vlečenju abrazivnih delcev na površino.
Splošni postopek vključuje:
- odstranite prah z zračno črpalko;
- po potrebi uporabite zelo mehko optično ščetko;
- nanesite posebno tekočino za leče na krpo in ne neposredno na optiko;
- nežno obrišite s čisto krpo iz mikrovlaken;
- izogibajte se silovitim gibom in prekomernemu pritisku;
- Preden namestite pokrovčke leč, pustite, da se površina posuši.
Ne uporabljajte navadnega papirja, umazanih krp, čistil za gospodinjstvo, agresivnih topil ali abrazivnih izdelkov. Že ponavljajoč se stik s prsti lahko pusti mastne ostanke, ki jih je težko odstraniti.
Kako oceniti večslojno premazovanje
Potrošniki le redko lahko neposredno analizirajo sestavo premaza. Lahko pa ocenijo splošno obnašanje leče z opazovanjem:
- kontrast osvetlitve ozadja;
- prisotnost slik duhov;
- barvna zvestoba;
- berljivost podrobnosti v sencah;
- enakomernost slike;
- kakovost na robovih igrišča;
- enostavnost čiščenja;
- odpornost na zdravljenje skozi čas.
Šibkost ali barva čelnega refleksa nista zadostni za razvrstitev optičnega daljnogleda. Ocenjevanje je treba izvesti v resničnih pogojih, po možnosti s primerjavo instrumentov s podobno povečavo in premerom.
Prednosti večslojnega premaza
- povečana prepustnost svetlobe;
- zmanjšanje notranjih refleksov;
- izboljšanje kontrasta;
- zmanjšano podvajanje;
- boljša berljivost glede na svetlobo;
- možno povečanje barvne natančnosti;
- vrhunska zmogljivost v mraku;
- možnost integracije hidrofobne in proti praskam odporne zaščite.
Omejitve in vidiki, ki jih je treba upoštevati
- Izraz večslojni premaz ne označuje samodejno vseh obdelanih površin;
- ni enotnega komercialnega standarda za apoene;
- samo število plasti ne določa kakovosti;
- barva odsevov ne meri prenosa;
- tretmaji se lahko poškodujejo zaradi nepravilnega čiščenja;
- premaz ne popravlja optičnih napak v zasnovi;
- prenos se mora nanašati na celoten sistem;
- Vidni in infrardeči premazi niso zamenljivi.
Končne misli
Večslojni premaz je eden ključnih elementov kakovosti spektiva, daljnogleda ali daljinomera. Z zmanjšanjem svetlobe, ki se odbija od številnih notranjih površin, se poveča prenos svetlobe, kontrast in berljivost slike.
Vendar pa sama prisotnost besede "večkrat prevlečen" ni dovolj za presojo instrumenta. Upoštevati je treba, koliko površin je obdelanih, učinkovitost v celotnem spektru, odpornost prevleke in splošno kakovost optične zasnove.
Dobro zasnovan večslojni premaz deluje usklajeno s steklom, prizmami, zaslonkami in geometrijo leče. Prav ta integracija, bolj kot navedeno število plasti ali barva odsevov, določa dejansko delovanje optike v lovskih pogojih.
