La luminosità nei cannocchiali da fucile
Quando si parla di cannocchiali, tra i termini più citati appare “luminosità”, ma c’è spesso confusione in merito a cosa determini la luminosità nelle ottiche da fucile
(Foto: Bruno Circi)
Fotografie di: Marco Dell'Acqua
La luminosità è una misura di quanto “chiara” appaia l’immagine di un’ottica per fucile o un binocolo, ma c’è spesso confusione sui fattori che influenzano tale caratteristica e su quali di queste dipendano dalla qualità dell’ottica e quali dipendano invece da ineludibili leggi della fisica. Per brevità d’esposizione, parlerò delle ottiche da fucile, ma quanto qui esposto si applica a tutte le ottiche, inclusi binocoli, cannocchiali da spotting eccetera.
La luminosità dipende sostanzialmente da due fattori principali:
- La pupilla d’uscita
- La qualità dei trattamenti antiriflesso.
La pupilla d’uscita è l’immagine che viene proiettata dall’ottica nell’occhio del tiratore.
La pupilla d’uscita è facile da vedere: è il “pallino” luminoso nella lente altrimenti scura dell’oculare se lo osservate da una certa distanza.
Più grande la pupilla d’uscita, più luminosa l’immagine apparirà, ma solo fino a un certo punto: la pupilla dell’occhio umano, infatti, varia in dimensioni da un minimo di circa 2 mm a un massimo di circa 8 mm per soggetti giovani. Più invecchiamo, meno la pupilla diventa capace di dilatarsi, così che per una persona di 40-45 anni può non superare i 5-6 mm.
LA PUPILLA D'USCITA
I trattamenti sulla lente dell'oculare di questa ottica Sightmark 1-10x25 evidenziati dal riflesso verde della fonte di luce
In termini di luminosità questo significa che se la pupilla d’uscita è più piccola della pupilla del vostro occhio, l’immagine nell’ottica risulterà scura, dato che questo diventa un collo di bottiglia per la luce trasmessa.
Man mano che la pupilla d’uscita si ingrandisce, l’immagine apparirà sempre più luminosa, ma quando la pupilla d’uscita diventa più grande di quella dell’occhio, è quest’ultima a diventare il collo di bottiglia, e l’immagine non apparirà più luminosa di quanto sia; può offrire altri vantaggi, come una maggior tolleranza nel posizionamento della testa dietro l’ottica, per esempio, che risulta utile in certe condizioni di tiro come quelle a distanza medio-corta in situazioni tattiche, di caccia o di tiro dinamico sportivo, ma nient’altro.
Sfortunatamente, non possiamo avere una pupilla d’uscita di qualsiasi diametro perché questa è determinata dalle leggi della fisica e, specificamente, dalla formula Pu=D/i, ossia pupilla d’uscita uguale diametro della lente anteriore diviso per l’ingrandimento. Questa è la ragione per cui questi valori sono sempre chiaramente espressi nella denominazione di un’ottica, per esempio “1-4x25” o “3-18x50”: i primi due numeri sono gli estremi del campo di ingrandimento di cui l’ottica è capace, mentre l’ultimo è il diametro dell’obiettivo.
La pupilla d'uscita al minimo ingrandimento su un Sightmark 3-18x50.
La pupilla d'uscita (il solo puntino centrale) sulla stessa ottica a massimo ingrandimento
Un’ottica LPVO priva di campana dell’obiettivo: i 24 mm di diametro dell'obiettivo sono più che sufficienti a garantire un’eccellente luminosità
Quindi, un’ottica da 1-4x25 avrà una pupilla d’uscita da 25 mm a 1x, che risulta molto comoda per l’uso come punto rosso, dato che tollera molta approssimazione nel posizionamento della testa dietro l’ottica (anche se non quanta ne accetti un vero punto rosso) mentre ha una pupilla d’uscita di 6.2 mm al massimo ingrandimento di 4x: comunque sufficiente nella gran parte delle situazioni anche di luce ridotta. Questo è il motivo per cui nelle LPVO (Low Power Variable Optics, ottiche variabili a basso ingrandimento) abbiamo solo il tubo, e non una campana dell’obiettivo di maggior diametro: perché una pupilla d’uscita da 6.25 mm è più che sufficiente per la maggior parte delle situazioni. Realizzare un obiettivo di dimensioni maggiori renderebbe l’ottica solo più ingombrante e pesante senza aggiungere significativi vantaggi.
Nel caso della seconda ottica nel nostro esempio, a 3x l’ottica avrà una pupilla d’uscita da 16 mm, di nuovo utile per esempio in tiri di stoccata in situazioni di caccia, mentre a 18x la pupilla d’uscita è ancora di di 2,8 mm: un diametro comunque ben utilizzabile in condizioni di luce buona, ma che apparirà scura in luce crepuscolare.
Da questo non si scappa, non importa quale sia la qualità dell’ottica: una pupilla da 2,8 mm apparirà comunque scura in condizioni crepuscolari in quanto la pupilla del nostro occhio è completamente dilatata alla ricerca di più luce, e molto più grande della pupilla d’uscita dell’ottica.
Con il suo obiettivo da 60 mm questo Sightmark Latitude 8-32x60 è certo molto luminoso, ma gli ingombri sono davvero importanti
(Foto: Bruno Circi)
Per ingrandire questa pupilla d’uscita ci sono solo due vie: la prima è prendere un’ottica con un obiettivo di maggior diametro, per esempio un 60 mmm, che ci darebbe una pupilla d’uscita da 3.3 mm, ma questo comporterebbe un’ottica più pesante, ingombrante e costosa. La seconda via consiste nel ridurre l’ingrandimento: a 8x quella stessa ottica avrebbe la stessa pupilla d’uscita da 6,25mm che abbiamo visto sull’1-4x25, che ci darebbe più o meno la massima trasmissione di luce che l’occhio può sfruttare (tranne per gli occhi più giovani).
Da questo punto di vista, è un errore piuttosto comune l’usare più ingrandimento del necessario nell’illusione che renda il tiro più facile. I tiratori esperti e gli sniper militari, di contro, solitamente stanno nella gamma medio-bassa di ingrandimenti delle loro ottiche, persino nel tiro a lunga distanza, in quanto consente di spremere il massimo dall’ottica, anche in termini di luminosità.
Se avete un’età sopra i 40 anni, preoccuparsi di avere una pupilla d’uscita sopra i 5-6 mm per avere un’immagine più luminosa è abbastanza futile.
Si possono invece utilizzare più ingrandimenti senza sacrificare la luminosità percepita in condizioni crepuscolari, a patto che il diametro dell’obiettivo lo consenta. Se le lenti dell’ottica lasciassero passare tutta la luce catturata dall’obiettivo, questo esaurirebbe tutto quel che c’è da dire sulla luminosità delle ottiche. Sfortunatamente la realtà è molto diversa.
I rivestimenti delle lenti comprendono non solo strati antiriflesso, ma anche antigraffio, antistatici e idrorepellenti, che contribuiscono alla qualità complessiva dell'ottica in altri modi
Le ottiche di una volta, come questa PU sovietica, non avevano trattamenti superficiali, da cui i bassi ingrandimenti e le poche lenti per conservare luminosità
I TRATTAMENTI ANTIRIFLESSO
Ciascuna coppia di archi verdi mostra il riflesso della luce di ripresa macro su ciascuna lente. Ce ne sono davvero molte! È anche possibile intravedere il reticolo
Idealmente una lente trasparente lascia passare tutta la luce che la colpisce, ma, nel mondo reale, non tutta la luce catturata dall’obiettivo arriva alla pupilla d’uscita. Il vetro ottico, di per sé, a causa di riflessi perde circa il 4% della luce che lo colpisce per ogni superficie: questo significa che una singola lente, con due superfici, causa una perdita di luce dell’8%.
Un’ottica con lenti non trattate può lasciar passare di fatto una percentuale della luce inizialmente raccolta pari ad appena il 20-50%, a seconda del numero di lenti nell’ottica stessa (questo è uno dei motivi per cui gli antichi cannocchiali marittimi notturni presentavano un’immagine capovolta: per risparmiare lenti e avere maggior luminosità non si usava il gruppo erettore che riportava dritta l’immagine).
Qui è dove entrano in gioco i trattamenti antiriflesso. I trattamenti antiriflesso sono strati sottilissimi di materiale dielettrico ottenuti per deposizione fisica di vapore (PVD – Physical Vapor Deposition) sulla superficie delle lenti, che danno a queste i classici riflessi dalle tinte verdi o violette.
Questi trattamenti possono ridurre la perdita dell’8% prima citata a valori che vanno dall’1% a frazioni di punto percentuale per ogni lente, così che ora quella stessa ottica lascia passare dall’85% al 97% della luce che raccoglie! Questo è il motivo per cui i trattamenti antiriflesso sono così importanti.
Oggi non serve spendere migliaia di euro per avere ottiche con doti di luminosità di altissimo livello
(Foto: Bruno Circi)
Fino a qualche decennio fa erano anche incredibilmente costosi ma, di nuovo, la tecnologia moderna ha reso accessibili caratteristiche un tempo riservate alle ottiche nella fascia più alta di prezzo, e processi che erano segreti industriali gelosamente custoditi da costosissimi brevetti internazionali sono oggi di pubblico dominio.
Ciò non vuol dire che i produttori di ottiche non abbiano procedimenti segreti, nel loro sforzo per spremere ogni minima frazione percentuale di luminosità dalle loro ottiche, e guadagnare così un vantaggio sulla concorrenza, né che le ottiche siano tutte uguali, ma il divario in termini di luminosità tra le ottiche accessibili e quelle di livello più eccelso si è oggi considerevolmente ridotto.
La battaglia sui trattamenti antiriflesso è oggi principalmente combattuta in termini di resa dei colori più fedele, di resistenza ai graffi, di protezione dai raggi UV e IR per l’occhio del tiratore, anche se va detto che la differenza tra un’ottica top di gamma e una più accessibile è comunque percettibile, in quanto l’uso di un numero maggiore di lenti in ottiche di alto livello, per eliminare qualsiasi minima aberrazione e ottenere un’immagine più definita a ogni ingrandimento, rende più significativo ogni minimo incremento di trasmissione della luce.
RIASSUMENDO
La luminosità di un’ottica dipende da due fattori: il primo è la pupilla d’uscita, che è determinata da leggi fisiche ineluttabili; il secondo sono i trattamenti antiriflesso, ed è lì che l’abilità del produttore entra in gioco.
Tenete presente che la legge dei guadagni decrescenti fa sì che, più la qualità dei trattamenti antiriflesso migliora, maggiore diventa lo sforzo necessario a ottenere miglioramenti sempre più piccoli, e la differenza tra un’ottica da qualche centinaio di euro e una da qualche migliaio in termini strettamente di luminosità (ci sono altre differenze significative che esulano dallo scopo di questo articolo) non è più quella di un tempo.
In sostanza, a meno che non siate molto giovani, dobbiate usare l’ottica in condizioni crepuscolari molto spesso, e abbiate bisogno di livelli di ingrandimento considerevoli, è alquanto improbabile che arriviate ai limiti delle doti di luminosità offerte dalla maggior parte delle ottiche moderne.