Zanim przejdziemy do szczegółów, kilka słów wstępnych. Światło widzialne, które jest dostrzegane przez ludzkie oko, to promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fali zawierających się w przedziale od 390 do 750 nm (niektórzy ludzie rozróżniają barwy w ciut większym zakresie np. 380–780 nm).

----- R E K L A M A -----

ZASZALEJ NA ŚWIĘTA

Sony 24-70/2.8 FE GM - KOMIS

3799 zł

Sony 600/4 FE GM OSS - KOMIS

47999 zł

Sony 70-200/2.8 FE GM OSS - KOMIS

6298 zł

Fujifilm GFX 50S II (2262 zdj.) - KOMIS

10999 zł

Zakres promieniowania o energiach większych od światła widzialnego (lewa strona na powyższym rysunku), który rozciąga się od 400 do 10 nm nazywamy promieniowaniem ultrafioletowym. Fale o długościach większych od 700–750 nm nazywamy podczerwienią.

Co ciekawe, dobre szkło optyczne, samo w sobie jest bardzo achromatyczne, to znaczy w zakresie widzialnym przepuszcza praktycznie tak samo każdą długość fali. Możemy się o tym łatwo przekonać rzucając okiem na poniższy wykres.

To krzywa przepuszczalności (transmisji) światła przechodzącego przez płaską płytkę szklaną. Jak widać, od granicy ultrafioletu i światła widzialnego, do granicy światła widzialnego i podczerwieni przez płytkę przechodzi około 90% światła. Wykres jest na tyle płaski, że żadnego zabarwienia światła nie widać. Problemem jest coś innego. Płytka szklana to dwie granice powietrze-szkło. Powyższy wykres pokazuje wyraźnie, że na jednej takiej granicy tylko 95% światła przechodzi, a pozostałe 5% jest odbijane. Niby ubytek nie jest duży, ale przecież na razie dyskutujemy o jednym elemencie optycznym. Typowe instrumenty optyczne konstruowane w dzisiejszych czasach zawierają kilka, kilkanaście elementów szklanych i w tym przypadku odbicia światła od granic powietrze-szkło robią się poważnym problemem. Jak dużym? Można łatwo policzyć.

Prosta lornetka, czy prosty obiektyw to około dziesięć granic powietrze-szkło. Np. w typowych i produkowanych od kilkudziesięciu lat lornetkach Porro mamy do czynienia dokładnie z dziesięcioma granicami (achromatyczny obiektyw to dwie granice, rozdzielone pryzmaty Porro to cztery granice, okular Kellnera lub RKE to 4 granice). Uwzględniając fakt, że na jednej granicy tracimy około 5% światła, łatwo policzyć, że przez cały instrument przejdzie tylko 60% światła wpadającego do obiektywów.

To nie wszystko. W dzisiejszych czasach optyka jest dużo bardziej skomplikowana niż kiedyś. Obiektywy zmiennoogniskowe ze stabilizacją optyczną potrafią zawierać ponad 20 soczewek. Najdroższe lornetki mają teraz 3–4 elementowe obiektywy, soczewkę do wewnętrznego ogniskowania, pryzmaty i 5–6 elementowe okulary. W efekcie liczba granic powietrze-szkło może wzrosnąć nawet do około 15. Przez taki instrument przejdzie już tylko 46% światła. Jeden z najbardziej ekstremalnych przykładów to obiektyw Canon EF 70–200 mm f/2.8L IS II USM, który zawiera aż 23 soczewki ustawione w 19 grupach. W jego przypadku mamy aż 38 granic powietrze szkło! Gdyby pozostawić je same sobie, obiektyw dostarczyłby do detektora tylko 14% wpadającego doń światła!

Przez trzysta lat konstruowania i użytkowania optyki, nad tym problemem przechodzono do porządku dziennego. Wyjście z sytuacji, niejako przypadkiem, zostało odkryte dopiero w roku 1935 w fabrykach Zeissa w Niemczech. Okazało się, że nałożenie cienkiej warstwy pewnych substancji na szkło, powoduje że od granic odbija się mniej światła. Bardzo szybko zrozumiano też dlaczego.

Współczynnik załamania n typowego szkła wynosi 1.5–1.8, dla powietrza wynosi on 1.0. Odbicie na granicy powietrze-szkło następuje właśnie dlatego, że owe współczynniki (a więc także gęstość materiału i prędkość rozchodzenia się światła w danym ośrodku) tak mocno się od siebie różnią. Kluczem do sukcesu jest nałożenie na granicę powietrze-szkło cienkiej warstwy substancji (tzw. warstwy antyodbiciowej), której współczynnik załamania jest mniejszy od szkła, ale większy od powietrza. Niezbyt skomplikowane rozważania matematyczno-fizyczne dają prostą receptę na dokładną wartość tego współczynnika – musi on być pierwiastkiem kwadratowym ze współczynnika załamania użytego szkła. W sumie, po nałożeniu substancji, pozornie sytuacja robi się bardziej skomplikowana. Zamiast jednej granicy powietrze szkło, mamy teraz dwie granice: najpierw światło napotyka przeszkodę w postaci granicy powietrze-substancja, a dopiero potem substancja-szkło. Cały urok tego rozwiązania polega na tym, że na każdej z nowych granic skok gęstości jest mniejszy, a przez to ilość odbijanego światła spada do około 1%. W sumie, podczas gdy od jednej granicy powietrze-szkło odbijało się 5% światła, od dwóch granic z nałożoną substancją antyodbiciową odbija się nie więcej niż 2%. Zysk jest więc bardzo wyraźny.

Co więcej, ważny jest nie tylko rodzaj nałożonej substancji, ale także grubość warstwy. Gdy dobierzemy ją odpowiednio, możemy spowodować, że fale odbite od granicy powietrze-substancja i substancja-szkło wygaszą się wzajemnie, bo będą odpowiednio przesunięte w fazie. To kolejna bardzo ważna cecha dobrych warstw antyodbiciowych, bo usuwa z układu optycznego odbijane od granic światło, zwiększając ogólny kontrast obrazu i pozbawiając instrument optyczny niechcianych odblasków.

Na razie problem był opisywany czysto teoretycznie. W praktyce pojawia się pytanie, czy łatwo jest znaleźć substancję, która może posłużyć jako warstwa antyodbiciowa? Najczęściej używane w optyce szkło typu cron ma współczynnik załamania n=1.52, co oznacza, że idealny materiał, z którego chcemy wykonać warstwę antyodbicową powinien mieć współczynnik załamania wynoszący 1.23. Problem w tym, że nie ma takiej substancji stałej. Najbliższą spełnienia naszych warunków i na dodatek prostą substancją jest fluorek magnezu (MgF₂) o współczynniku załamania wynoszącym 1.38. Jest to wartość trochę większa niż wymagane 1.23, przez co fluorek magnezu lepiej sprawdza się jako warstwa antyodbiciowa dla szkła o większym współczynniku załamania (idealnie współdziała ze szkłem o n=1.90). Między innymi to także jest przyczyną, dlaczego transmisje różnych instrumentów optycznych, nawet jeśli na wszystkie granice powietrze-szkło nałożono tę samą substancję, mogą się od siebie znacząco różnić. Na ilość odbijanego od granic światła ma wpływ nie tylko warstwa antyodbiciowa ale także samo szkło.

Przykład współdziałania fluorku magnezu z typowym szkłem jest zaprezentowany na poniższym wykresie.

Rysunek pokazuje jedną ważną rzecz. Skuteczność fluorku magnezu jest najwyższa dla okolic długości fali 500–600 nm i zauważalnie spada dla krańców widma. Niby różnice nie są duże, ale odnoszą się one dla jednej warstwy. Gdy uwzględnimy wiele granic, możliwość padania światła pod różnymi kątami, różne rodzaje szkła i błędy oraz niedoskonałości pojawiające się w produkcji, może okazać się, że transmisja całościowa instrumentu optycznego w barwie żółtej (a więc dla okolic 550–650 nm) będzie o kilkanaście-kilkadziesiąt procent wyższa niż w barwie niebieskiej (okolice 400–480 nm). Tutaj dochodzimy więc do sedna problemu, który tak boleśnie daje się we znaki optyce zza historycznej już Żelaznej Kurtyny.

Nie chcemy być gołosłowni, więc posłużymy się konkretnymi przykładami. Weźmy jedną z najbardziej popularnych lornetek radzieckich i rosyjskich czyli model BPC5 8×30, który nawet dzisiaj można, w idealnym stanie, kupić na różnego rodzaju aukcjach internetowych. Lornetka ta jest ceniona za dobrą jakość wykonania, lekkość i poręczność oraz za przyzwoitą optykę oferowaną w dobrej cenie. Wystarczy jednak przez nią spojrzeć, żeby przekonać się, że obraz jest dość ciemny, a przede wszystkim mocno zażółcony. Wszystko staje się jasne, gdy spojrzymy na wykres transmisji tego modelu.

Najwięcej światła, ale tylko około 70%, lornetka przepuszcza dla okolic 600 nm, a więc właśnie dla światła żółtego. Światła czerwonego przechodzi niewiele mniej. Problem jest jednak to co dzieje się dla najkrótszych długości fali. Transmisja, dla światła fioletowego sięga ledwie 20–30%, a dla światła niebieskiego dochodzi do niespełna 50%. Kilkadziesiąt procent różnicy pomiędzy barwą żółtą i niebieską powoduje dokładnie to, co widzimy – pieruńsko żółty obraz.

Produkcja lornetek w Związku Radzieckim była masowa. Miało być szybko, tanio i dużo, a kontrola jakości była przeciętna (choć i tak o niebo lepsza niż obecnie, w niektórych fabrykach na Dalekim Wschodzie). To sugeruje, że dbając bardziej o proces produkcji i lepiej projektując optykę oraz warstwy, nawet kilkadziesiąt lat temu, dało się uzyskać lepsze wyniki. Nie omieszkaliśmy się tego sprawdzić. Jako kolejny cel wybraliśmy produkowaną od lat 70-tych XX wieku w zasadzie do teraz, polską lornetkę wojskową PZO LP7×45. Od początku swojego istnienia na rynku jest ona wyposażona w jednowarstwowe powłoki z fluorku magnezu.

Obraz dawany przez tę lornetkę jest także bardzo żółty – niektórzy mogą odnieść wrażenie, że nawet bardziej żółty niż w BPC. Przyczyna leży w równie słabym jak w rosyjskiej optyce zachowaniu dla najkrótszych długości fal i maksimum transmisji wypadającym w zasadzie na granicy światła widzialnego i podczerwieni. Na obronę PZO można dodać tylko to, że ogólny (uśredniony) poziom transmisji jest wyższy niż w BPC5 8×30.

Za najlepszą optykę z krajów bloku wschodniego uznaje się produkty z Jeny. Po 1945 roku cała optyka tam produkowana była pokrywana niebieskawą i jednowarstwową powłoką Zeiss T, którą w 1978 roku zmieniono na powłoki wielowarstwowe o charakterystycznym pomarańczowo-żółtawym zabarwieniu (T3M). Na potrzeby naszego artykułu przetestowaliśmy transmisję w świetnie zachowanym modelu Carl Zeiss Binoctem 7×50, który wyprodukowano w roku 1961. Posiadał on więc starsze powłoki jednowarstwowe.

Mamy tutaj do czynienia z powłokami tego samego typu, co w optyce rosyjskiej i polskiej, ale jak widać wyniki są zauważalnie lepsze. Transmisja nie dociera, co prawda, do 80%, ale jej wykres jest bardziej płaski, a zachowanie w niebieskiej części widma, choć dalekie od ideału, zauważalnie lepsze niż w BPC czy PZO. W efekcie, choć obraz w lornetkach Carl Zeiss Jena jest, jak na dzisiejsze standardy, mocno zażółcony, i tak jest on lepszy od tego, co widać w modelach pochodzących z fabryk w Rosji i w Polsce.

Aby mieć dobrą ocenę sytuacji dotyczącej powłok jednowarstwowych, wypadałoby jeszcze pokazać wyniki dla lornetki wyprodukowanej przez któregoś z najlepszych producentów na rynku. Do takich niewątpliwie zalicza się firma Leica (kilkadziesiąt lat temu nazywająca się jeszcze Leitz). Mieliśmy okazję przyjrzeć się dokładniej modelowi Leitz Marseptit 7×50, który pochodzi z przełomu lat 50-tych i 60-tych XX wieku. Wykres jego transmisji jest zaprezentowany poniżej.

Gdy po raz pierwszy miałem okazję spoglądać przez tę lornetkę, byłem mile zaskoczony odwzorowaniem bieli. Przyzwyczajony do tego, co pokazują jednowarstwowe powłoki lornetek bloku wschodniego, myślałem, że zobaczę mniej więcej takie odwzorowanie bieli jak u instrumentów Carl Zeiss Jena. W przypadku Leitza zachowanie było jednak wyraźnie lepsze i łatwo to zrozumieć spoglądając na wykres transmisji.

Jak na dzisiejsze standardy w klasie lornetek Porro, transmisja ogólna nie rzuca na kolana, bo sięga maksymalnie poziomu 81–82%. Tyle, że wynosi ona mniej więcej tyle samo dla światła żółtego i czerwonego, a dla niebieskiego dochodzi do około 70%. Różnica na poziomie 10–15% pomiędzy światłem żółto-zielonym a niebieskim nie gwarantuje idealnego odwzorowania kolorów, ale pozwala pozbyć się mocnego i denerwującego zażółcenia. Gdy obok Leitza nie mamy do bezpośredniego porównania żadnej współczesnej lornetki z wzorowym odwzorowaniem bieli, możemy nawet odnieść wrażenie, że obraz Leitza jest czysty i biały.

Początek lat 70-tych XX wieku to rewolucja zapoczątkowana przez firmę Pentax, związana z zastosowaniem powłok wielowarstwowych. Ich idea polega na tym, że zamiast nakładać jedną powłokę o konkretnej grubości, można nakładać ich więcej, stosując różną grubość i różne materiały. Co więcej, powłoki nakładane na różne soczewki mogą być różne, tak aby w całym instrumencie optycznym jak najlepiej ze sobą współdziałać. Jako przykład działania dobrych powłok wielowarstwowych, możemy pokazać wykres transmisji obiektywu Pentax smc DA 40 mm f/2.8 Limited.

Transmisja dochodząca do 97–98% w dużej części widma, przy 8 granicach powietrze-szkło, oznacza, że na jednej granicy tracimy tylko 0.2–0.3%. Tak duża jest skuteczność powłok wyprodukowanych przez najlepszych producentów na rynku. W najlepszych instrumentach najlepszych marek potrafi ona nieznacznie schodzić nawet poniżej poziomu 0.2%.

W bloku wschodnim powłoki wielowarstwowe pojawiły się dopiero w roku 1978 w Jenie. Czy były one tak dobre jak powłoki SMC Pentaksa? Na to pytanie pozwoli nam odpowiedzieć wykres transmisji lornetki Carl Zeiss Jena Jenoptem 7×50 pochodzącej z końca lat 80-tych XX wieku.

Jak widać, maksymalna transmisja uległa zwiększeniu, bo dla światła żółto-zielonego sięga teraz około 85%. Odbyło się to trochę kosztem transmisji w podczerwieni, ale to dobra zamiana, bo przecież podczerwieni nasze oczy nie rejestrują. W porównaniu do powłok jednowarstwowych z Jeny, mamy też zauważalnie lepsze zachowanie w świetle niebieskim. Problem żółtego obrazu jednak pozostał. Wzrosła bowiem transmisja w centrum zakresu widzialnego, wzrosła transmisja w świetle niebieskim oraz fioletowym, ale różnica pomiędzy nimi nadal utrzymuje się na poziomie 20%, a to za dużo, aby odwzorowanie kolorów było prawidłowe.

Można tutaj jeszcze postawić pytanie, czy z optyki ze wschodnich Niemiec da się wyciągnąć coś więcej? Okazuje się, że łatwo na nie odpowiedzieć. Po połączeniu Niemiec, fabryka w Jenie nie mogła już używać nazwy Zeiss i została przejęta przez firmę Analytik Jena, która na samym początku produkowała dokładnie te same lornetki, które wcześniej opuszczały fabrykę tylko pod nazwą Docter. Pierwsze zmiany w optyce, jakie się pojawiły, dotyczyły właśnie powłok, bo te wprowadzone w niemieckich zakładach w roku 1978 uznano za słabe.

Z czasem, w lornetkach Docter zaczęły się pojawiać większe zmiany – lekkiej komplikacji uległa optyka, a lornetki zyskały solidną i gumowaną obudowę. Ich ogólna konstrukcja pozostała jednak bardzo podobna, więc łatwo ją porównać z tym, co widzieliśmy dla Jenoptema 7×50. Bezpośrednie porównanie umożliwi nam poniższy wykres, który prezentuje transmisję dla współcześnie produkowanego modelu Docter Nobilem 7×50 B/GA.

Tutaj sytuacja jest już znacznie lepsza. Dla światła żółtego i zielonego transmisja sięga bardzo wysokiego poziomu 94%. Wyraźnie fioletowy odcień powłok Nobilema 7×50 wskazuje, że tutaj transmisja będzie najmniejsza i faktycznie taka jest – dla światła niebieskiego sięga 80%, a dla światła fioletowego około 70%. Co ciekawe, zauważalnie lepszy wynik w tej kategorii otrzymaliśmy dla Nobilema 8×56, czyli większego brata omawianego tutaj modelu. Docter 7×50 miał wyraźnie lśniącą powłokę na pryzmatach, wskazującą, że w tym przypadku coś nie do końca wyszło. Takiej przypadłości nie zaobserwowaliśmy u modelu 8×56, przez co jego transmisja jest jeszcze wyższa.

Chcąc jednak nadal poruszać się w klasie lornetek Porro o parametrach 7×50, możemy poszukać jeszcze choć jednego przykładu współczesnego produktu z najwyższej półki jakościowo-cenowej. Znanym niemieckim producentem, który wciąż produkuje sporo lornetek Porro jest Steiner. Poniżej możemy więc podziwiać wykres transmisji modelu Steiner Commander 7×50 XP.

Maksymalna transmisja ociera się o poziom 95%, a więc w granicach błędów pomiarowych jest taka sama jak u Doctera. Ogólnie rzecz biorąc, to jednak Steiner wypada lepiej, a to za sprawą wyraźnie lepszego zachowania w krótszych długościach fali. W tej lornetce, nawet dla światła niebieskiego, transmisja dochodzi do wysokiego poziomu 90%, a dla światła fioletowego jest tylko kilka procent niższa. Powłoki Steinera, nie pierwszy już raz, pokazują tutaj swoją bardzo wysoką klasę.

Sporo lornetek typu 7×50 przewinęło się już przez ten artykuł. Dla kompletności i niejako ostrzeżenia omówimy jeszcze jedną. W latach 50-tych i 60-tych z fabryk PZO wychodził model PZO LP7×50 – poprzednik wcześniej już omawianej LP7×45. Tak się składa, że wykresem transmisji modelu 7×50 także dysponujemy i jest on zaprezentowany poniżej.

Jest on jednym z gorszych wykresów transmisji jaki mieliśmy okazję oglądać. W centrum zakresu widzialnego lornetka nie przepuszcza nawet 60% światła, a maksimum swoich możliwości osiąga dla granicy zakresu widzialnego i podczerwieni. Czy powłoki produkowane pół wieku temu w zakładach PZO były tak słabej jakości? Okazuje się, że nie. Model LP7×50, który trafił w nasze ręce jest zachowany idealnie. Tyle, że dokładna inspekcja pryzmatów lornetki wskazuje słabiutki ale zauważalny nalot, najprawdopodobniej pleśniowy. To dość częsta bolączka starej optyki. Kupując stary sprzęt na aukcjach internetowych, zarówno sprzedający, jak i kupujący mogą nie być świadomi znacznego pogorszenia własności optycznych sprzętu na skutek różnego rodzaju nalotów na optyce. Niech powyższy wykres będzie więc przestrogą.

Powoli zbliżamy się do końca tego artykułu. Zakończymy go akcentem optymistycznym. Jeszcze kilkanaście lat temu powłoki wielowarstwowe o najwyższej skuteczności były zagwarantowane tylko w sprzęcie najwyższej klasy, produkowanym przez dosłownie kilku najbardziej znanych producentów. W ostatnich latach sytuacja ta uległa znaczącej zmianie. Doskonałym przykładem jest tutaj choćby koreański Samyang. Jako dowód wysokiej klasy powłok antyodbiciowych produkowanych przez tę firmę, niech posłuży wykres transmisji obiektywu Samyang 85 mm f/1.4 Aspherical IF.

Przyznam się szczerze, że przecierałem oczy ze zdumienia, gdy po raz pierwszy zobaczyłem ten wykres. Przede wszystkim obiektyw bardzo dobrze zachowuje się w paśmie niebieskim. Transmisja przekracza 90% już dla 420 nm, co zdarza się bardzo rzadko. Gdy przechodzimy do środka zakresu widzialnego, jest jeszcze lepiej. Dla okolic 500 nm transmisja sięga nawet 98%! Co to oznacza? Wniosek jest bardzo ważny, bo wartość ta mówi nam, iż na jednej granicy ośrodków tani, produkowany w Korei Samyang, traci niespełna 0.2% światła! Technologia kosmiczna zawitała pod strzechy! Coś, co było jeszcze niedawno dostępne tylko u najlepszych za duże pieniądze, dostajemy teraz w tańszych obiektywach.

Na Samyangu sprawa się nie kończy. Jako kolejny przykład można podać japońską Sigmę. Jeszcze 10–15 lat temu firma ta była postrzegana jako producent przeciętnych obiektywów, które mogły konkurować na rynku tylko ceną. Obecnie, jest zupełnie inaczej. Wprowadzone niedawno na rynek obiektywy takie jak Sigma 50 mm f/1.4 EX DG HSM czy Sigma 85 mm f/1.4 EX DG HSM okazują się lepsze optycznie niż odpowiednie produkty Canona, Nikona, Pentaksa czy nawet Zeissa.

Do mitów można też włożyć powtarzane, od czasu do czasu, na różnego rodzaju forach spekulacje o tym, jak to firmowe szkła idealnie oddają kolory, a Sigmy, Tamrony czy Tokiny wyraźnie je zażółcają. Dowód? Proszę bardzo.

Powyższy wykres to krzywe transmisji dwóch obiektywów 24–70 mm f/2.8 w wykonaniu Nikona i Sigmy. To Sigma w tej parze jest obiektywem bardziej skomplikowanym optycznie, a więc to ona miała trudniejsze zadanie. Pomimo tego, w znacznej części zakresu widzialnego, to ona przepuszcza więcej światła. Oba obiektywy nie oddają kolorów idealnie, bo obie krzywe są lekko nachylone, z najwyższą transmisją w świetle czerwonym, a najniższą w fioletowym i niebieskim. Tyle, że nachylenie w obu przypadkach jest bardzo podobne, więc jeśli Sigma zażółca obraz, to w stopniu dokładnie takim samym jak renomowany Nikkor, który będąc mniej skomplikowany optycznie, jest przy tym droższy.

Nie wahamy się więc stwierdzić jednoznacznie, że przyszło nowe. Najlepsze technologie w optyce nie są już dostępne tylko dla wybranych i za największe pieniądze. Liczba firm, które są w stanie wyprodukować wysokiej klasy optykę, w ostatnich latach, znacznie się poszerzyła. Nas jako klientów taki obrót sytuacji powinien cieszyć, bo większa konkurencja to przecież niższe ceny i większa dbałość o klienta.