Optiikan hämäräkäyttö & katsaus parhaisiin hämärätähtäimiin
Hämärämetsästyksestä ja tähtäimistä puhutaan paljonkin, mutta varsinaiset syyt erojen syntymiselle ovat huonommin tunnettuja. Näkemiseen liittyvät ilmiöt ovat monimutkaisia asioita, ei vähiten syystä että ihmisen silmän toiminta liittyy asiaan lähesesti. Tämän artikkelin tarkoitus onkin syventää aihepiirin tietämystä yleisesti, sekä valottaa varsinaisia syitä optiikan optimaaliseen käyttämiseen.
Nyt syksyn edetessä ja iltojen pimentyessä saimme viimenkin viimeisteltyä jo keväällä aloitetun artikkelin. Otimme myös kattauksen parhaita hämäräputkia rinnatusten hiplattavaksi, näistä lausumme näkemyksiä artikkelin loppupuolella.
Tämäkin artikkeli on kirjoitettu kiiressä, eli pahoittelut kirjoitus- ja asiavirheistä jo etukäteen. (muokattu, korjattu ja lisäilty 18.9.21, taas)
Hämäräkatselusta yleisesti
Hämärässä näkeminen ja varsinkin optisten apuvälineiden käyttö on aihe jonka yleiset periaatteet ovat yksinkertaisia: muutamalla oikealla nyrkkisäännöllä pärjää todella pitkälle. Käytännössä ja ihan tarkkaan ottaen silmä ja kaukoputki ovat kuitenkin erittäin monimutkaisia. Kokonaisuutena ja optimaalisen yhteentoimivuuden kannalta vielä enemmänkin sitä. Joitakin yksityiskohtia ja periaatteita on syytä avata tarkemmin koska lopputulemaa ei voi sisästää tietämättä syitä - silmä on hieno instrumentti jonka toimintaperiaatteiden tuntemisesta on suuri hyöty myös optiikoita käytettäessä.
Optiikan hämäräsuorituskyvin ympärillä on paljon mystiikkaa, väärinymmärrystä jopa suoranaista palturia. Eräs hauskimmista myyteistä on jopa valmistajien mainospuheissa vilahteleva kuvaus "light gathering"- siis "valon kerääminen". Yksikään katseluväline ei voi olla pölynimuria muistuttava kvanttitason hiukkasia (photoneita) sisäänsa imevä härveli.
Värit, aallonpituudet ja silmän toiminta
Yksinkertaistetusti, kohteen kuva muodostuu silmälle koska katseltava kohde heijastaa sähkömagneettisen spektrin hiukkasia katselijan suuntaan. Silmällä näkyvän valon (tai lähellä sitä olevan) alueen hiukkasia kutsutaan fotoneiksi. Katselija voi nähdä kohteen ainoastaan näiden heijastumisen vuoksi. Kohteen tehostettuun näkemiseen käytetään myös erilaisia apuvälineitä. Väline voi olla tutka (esim valoalueella toimiva Lidar), lämpökamera, valonvahvistin, edellisten yhdistelmä tai pelkkä silmä. Heijastus näkyy yleensä paremmin yhdellä välineellä kuin toisella- riippuen a) minkä allonpituusalueen säteilyä ympäristöstä on saatavilla ja mitä kohde voi siten heijastaa, b) mitä allonpituusaluetta kohde parhaiten heijastaa (tai kääntäen absorboi = imee itseensä), tai c) mitä aallonpituusaluetta käytettävissä oleva katseluväline pystyy hyödyntämään. Periaate on hyvin yksinkertainen, käytäntö ei niinkään koska tilanteet, välineet ja olosuhteet vaihtelevat.
Missä tahansa katselussa, oleellista on optimoida suoraan silmään tai katseluvälineen kautta silmänpohjaan saapuva heijastuneiden photoneiden määrä - aallonpituus (=väri) jota katseluväline tai silmä pystyy parhaiten tilanteessa hyödyntämään.
Silmänpohjassa on kahden tyyppisiä valoon reagoivia soluja, photoreseptoreita: Tappisoluja (rods) ja sauvasoluja (cones). Kun valoa on käytettävissä runsaasti, kuvan muodostamisesta vastaavat värejä näkevät tappisolut. Tappisolut kykenevät paljon tarkempaan resoluutioon ja ovat myös kuvan muutoksille (=liikkeelle) herkimpiä. Tästä johtuen, tarpeeksi hämärässä värejä ei voi nähdä ollenkaan. Monesta muusta nisäkkäästä poiketen ihmisen silmä näkee punaisen ja sinisen lisäksi myös vihreät sävyt sekä näiden yhdistelminä miljoonia eri värisävyeroja. Vihreän näkemisen syyksi epäillään evoluutiota ja ihmisen kasvissyöntitaustaa. Raakojen kasvien tunnistamisesta on hyötyä.
Kun valoa on käytettävissä erittäin vähän, kuvan muodostamisesta vastaavat resoluutioltaan paljon epätarkemmat mutta valolle valtavan paljon herkemmät sauvasolut. Sauvasoluja on määrällisesti silmässä n. 10x tappisoluja enemmän: pyöreästi 100 miljoonaa kappaletta. Yksittäisen hämäräsauvasolun halkaisija on 0.002mm ja pituus 0.1mm. Väri-tappisolun halkaisija on 0.006mm, kooltaan hauskan loogisesti tasan kolminkertainen - se reagoi yhden värin sijasta kolmeen eri väriin. Yksittäinen hämäränäkemisestä vastaava sauvasolu voi reagoida jopa yksittäiseen photoniin- on valolle n. 100x herkempi kuin päiväajan värinäöstä vastaava tappisolu.
Yhteensä tappi- ja sauvasolut peittävät n. 65% koko silmänpohjasta- niin että värinäöstä vastaavat tappisolut keskittyvät silmänpohjan (näkökentän) keskialueelle, tappisolut tämän alueen ulkopuolelle. Tästä johtuu myös se että hämärässä ja näkemisen rajamailla, kohdetta hieman sivuun katsomalla sen voi joskus nähdä aavistuksen paremmin: ikäänkuin syrjäsilmällä luuraamalla. Toinen sauva- ja tappisoluihin liittyvä vanha ja hyvin tunnettu niksi on punaisen valon käyttäminen pimeässä. Valoherkät sauvasolut eivät reagoi punaiseen valoon ollenkaan - eikä punainen valo siten pilaa silmän totutusta hämärään. Silmän täydellinen mukautuminen pimeään voi viedä 15-30min. Jos henkilö on viettänyt erityisen kirkkaassa ympäristössä viikkoja, voi silmän täydellinen palautuminen pimeään viedä jopa useita päiviä.
Kaiken kaikkiaan, silmä - vanha kunnon "Eyeball Mk1" - on hämmästyttävä väline. Se kykenee skaalaamaan 10 miljardin (!) yksikön eron absoluttisena kirkkauden muutoksena käyttökelpoiseksi kuvaksi, fyysisenä silmään saapuviden photoneiden määräerona laskettuna. Jahtikavereiden purkat saakin pysäytettyä esim toteamalla että kytiskopissa käytettiin kahta neuroverkkoon kykettyä biomekaanista kvanttihiukkasvastaanotinta- teknisesti ottaen termi on silmille oikea.
Silmä ja siten koettu näköaistimus ei kuitenkaan reagoi valomäärän muutokseen lineaarisesti vaan logaritmisesti: absoluuttisen määrämuutoksen valointensiteetissä on oltava suhteellisen iso että muutoksen voi nähdä tai aistia. Käytännössä eron suuruusluokan on oltava 1% tai enemmän- tämä prosenttiluku on suoraan sama kuin optiikassa ilmoitettu valonläpäisyprosentti.
Kuva: Tappi (cones) ja sauvasolujen (rods) herkkyydet vs aallonpituus. Solujen keskinäinen herkkyys ei ole mittakaavassa.
Kuva: Vertailuna Schmidt & Bender Polar T96- esitteestä napattu valonläpäisymittaus. Huomioi graafin yläosassa olevat "aurinko" ja "auringonlasku" -symbolit. Liittyvät aallonpituuksiin ja linssipinnotteiden optimointiin. Niistä lisää alempana.
.
Tähtäimen orjallinen optimointi silmän sauvasolujen herkimmälle toiminta-alueelle ei kuitenkaan ole koko totuus koska saman tähtäimen on toimittava hyvin kaikissa valo-olosuhteissa. Myös syystä että käytettävissä olevan ja siten kohteesta heijastuvan valon värisävy muuttuu päivän, auringonlaskun, hämärän ja pimeän aikana lyhyempien aallonpituuksien suuntaan- sinistä väriä kohti. Ilmiö johtuu siitä että auringonvalo läpäisee värejä hajoittavan prisman tavoin toimivaa ilmakehää eri kulmassa eri määrän- loivemmassa kulmassa enemmän. Auringon painuessa horisontin tasan tasolle ja edelleen sen alapuolelle, eri aallonpituudet (=värit) korostuvat ennen varsinaista täyspimeyttä. Auringon ollessa n. 4 astetta horisontin alapuolella, valonväri siirtyy violetin ja sinisen suuntaan lyhyemmille aallonpituuksille, juurikin alueelle jossa silmän epätarkemmat mutta paljon valoherkemmät sauvasolut toimivat parhaiten. Sauvasolut toimivat tehokkaimmin n. 480..520nm aallonpituusalueella- ollen hyvä kompromissi tähtien- ja kuunvalon aallonpituuksien välimaastossa. Evoluutio!
Kuva: Auringonlaskun vaiheet ja värisävyt ennen täyspimeyttä
Kuva: Aurigon laskuajan ja täydellisen pimeyden (aurinko enemmän kuin 18 astetta horisontin alapuolella) välinen aika punaisella, Suomen Kalajoella sijaitsevan Homosaaren tarkalla leveyspiirikoordinatilla katsottuna. Syyskuussa tämä hetki taustavalon värien vaihteluineen kestää n. 45 minuuttia, joulukuussa n. 1h 10min ja helmikussa n. 55 minuuttia. Kummallinen "hyppäys" johtuu kesä- ja talviaikoihin siirtymisestä.
Katseltavan kohteen tyyppi vaikuttaa näkemiseen koska eriväriset kohteet imevät tai heijastavat valon eri allonpituuksia hieman eri tavoin. Ihan tarkkaan ottaen, myös samanväristen mutta eri materiaalia olevien kohteiden heijastusvoimakkuuksissa on eroa. Katseluympäristöllä on oma vaikuksensa näkemiseen yhtä lailla, koska osa kohteesta katselusuuntaan heijastuvasta valosta on peräisin muista heijastuksista, ei alkuperäisestä valolähteestä. Esimerkiksi, ympäristössä oleva lumi on "vahvistin" ja potentiaalisesti syksykäyttöön tehtyjä hämärätestejä vääristävä materiaali- koska lumi heijastaa koko näkyvän spektrin valon erittäin hyvin. Rakennukset, maa, ruohikko, heinikko, puut tai kivet puolestaan "syövät" valoa, allonpituusalueita valikoivasti ja kaikki keskenään hieman eri tavoilla.
Kohteen näkeminen ylipäätään- tai se minkä värisenä kohde näkyy silmälle- ei tarkkaan ottaen liity kohteen todelliseen väriin vaan siihen mitä värejä se saapuvasta valosta valikoivasti absorboi tai heijastaa. Punaiselta vaikuttava kohde tosiasaissa imee itseensä sinisen ja vihreän, heijastaen valkoisesta sekavalosta vain punaiset allonpituudet ulospäin. Valkoinen sekaväri sisältää kaikkia valon värejä, mutta esim auringonlaskun aikaan tilanne muuttuu. Musta kohde absorboi kaikkia kolmea perusväriä, myös lämpenee eniten auringonvalon vaikutuksesta koska kappaleeseen imeytynyt valon energiamäärä on suurin. Valkoinen väri, kuten lumi, heijastaa kaikkia silmälle näkyviä värejä välillä n. 400-700nm. On siksi silmälle valkoinen ja myös kirkkain. Sivuhuomautuksena, samojen periaatteiden vuoksi myös avaruussukkulan nokka ja pohja ovat mustia, yläosa valkoinen: kyseessä on lämpötilojen hallinta, absorboinnin ja heijastamisen optimointi ilmakehään palaamisen aikana. Valkoinen väri ehkäisee plasmasta syntyvän infrapunakuumuuden imeytymistä sukkulan lämpösuojaamattomaan yläosaan. Musta lämpötilillä pinnoitettu pohja vastaavasti imee infrasäteilyn energiaa mahdollisimman hyvin.
Täsmälleen sama heijastus-absorbointiperiaate pätee myös silmän näköalueen ulkopuolella olevalla alueella. Tietyillä materiaaleilla on taipumus "loistaa" valonvahvistimien käyttämällä NIR (near infrared)- alueella erityisen hyvin.
Kun infrapunakaistaa siirrytään vielä edemmäksi lämpökameroiden toiminta-alueelle, vastaava heijastus-absorbointiperiaate on nimeltään emissiivisyys. Emissiivisyys kuvaa kappaleen pinnan kykyä heijastaa (tai säteillä) aallonpituuksia näköalueen ja valonvahvistimien toiminta-alueen yläpuolella, n. 15000nm asti. Edelleen, Stealth- lentokonetekniikassa pyritään estämään paitsi lämpösäteilyn näkyminen, myös mikroaaltoalueen tutkasäteilyn (n.10 000 000-50 000 000 nm) heijastuminen lentokoneen pinnasta takaisin lähettävän tutkan suuntaan. Tarkka toteustapa on salainen, mutta liittyy geometristen muodon optimointiin sekä lentokoneen pintaan. RAM -pinnotteissa olevat mikroskooppisen pienet ferriittipallot absorboivat k.o. allonpituusalueen energiaa erityisen hyvin, muuttaen takaisinheijastumaa lämmöksi.
Kuva: Cerakoten NIR- suojapinnoite. Vasemmalla oleva ase on pinnoittamatonta anodisoitua alumiinia, päivänvalossa silmälle musta. Oikeanpuoleinen ase on maalattu 700-900nm NIR- alueen heijastuksia vähentävällä pinnoitteella. 700-900nm on alue jolle fotokatodiin ja mikrokanavaputkeen perustuvat tyypilliset valonvahvistimet ovat herkimpiä
Tähtäimen tekniikka
Hyvän hämärätähtäimen tulee toimia laajalla allonpituusalueella, mieluiten lyhyempiä 450...550nm aallonpituuksia painottaen. Tämä vaikuttaa linssimateriaaleihin ja varsinkin linssien monikerrospinnotteisiin, yksittäinen pinnoitekerros voi estää vain hyvin kapean aallonpituuskaistan takaisinheijastumisen. Ongelma minimoidaan hyvin suunnitellulla optisella kokonaisuudella: tarkkaan valikoiduilla linssimateriaaleilla ja optimoiduilla lisäpinnotteilla jotka maksavat rahaa ja ovat jokaisen valmistajan tarkimmin varjeltuja salaisuuksia. Parhaaseen tulokseen pääsemiseksi, jokainen optiikan sisällä oleva ilma-lasi rajapinta tulee pinnoittaa samalla tavalla. Optisten lainalaisuuksien seurauksena yhdenkin linssipinnan huono läpäisy romahduttaa tähtäimen kokonaisvalonläpäisyn.
Hämärässä näkeminen on yleensä pienestä kiinni ja pienikin etu voi olla rakaiseva, peukalosääntö joka on pätenyt aina. Tämä ymmärrettiin jo maailmansodan alla: Carl Zeiss keksi menetelmän ensimäisten linssipinnoitteiden valmistamiseksi 1935, pinnoitteet otettiin käyttöön Kriegsmarinen aluksissa heti. Pienelläkin edulla voi olla sotatoimissa iso vaikutus, kirjaimellisti ero elämän ja kuoleman välillä. Ilmeisesti myös Japanilla oli, 1900-1930 Itävällasta ja Saksasta saadun opin ja edistyneen oman valmistuksen seurauksena pinnoitettuja kiikarilinssejä jo sodan aikana. Ensimmäinen pinnoitettu kameralinssi valmistettiin vasta 1946 Minoltan toimesta, mutta yhteistyö oli läheistä sodankin aikana. Japanilaiset optiikkavalmistajat ostivat n. 100000kg optista raakalasia vuosina 1938-1945 Saksalaiselta Schottlilta, yritykseltä (Schott AG) joka on edelleenkin raakalasin valmistuksen edelläkäviöitä. Tekee nykyään myös Zeiss HT- ja V8- sarjan "High Transmission" raakalasin Zeissille. Myös USA:ssa testailtiin pinnoitusmenetelmiä (Eastman Kodak) jo 30- luvun puolella, mutta muuten amerikkalainen kiikarisuunnittelu laahasi pahasti perässä. Suurissa määrissä tuotetut amerikkalaiset WWII kiikarit olivat lähinnä kopioita sotasaaliina saaduista Japanilaiskiikareista.
Puhdas valonläpäisy ei kuitenkaan voi olla ainoa linssilasimateriaalien valintaan vaikuttava asia. Optisella lasilla on loputtomasti muitakin toimivaan kokonaisuuteen vaikuttavia ominaisuuksia, siksi optisia lasilaatuja on satoja erilaisia. Esimerkiksi: refraktioideksi, Abbe-luku, lämpölaajeneminen, lämpölaajenemisen lineaarisuus ja sen vaikutus refraktioindeksiin, lasin tiheys/paino, mekaaninen kestävyys jne jne. Kaiken on toimittava yhteen lopullisessa kokoonpanossa. Kokonaisuuden optimointi loputtomine muuttujineen on niin monimutkaista että jopa nykyisen tietokonesuunnittelun ja optisen simuloinnin aikana suunnittelijan tuntuma ja kokemus on edelleen korvaamattoman tärkeää. Pääsuunnittelijat ovatkin usein titteleiltään tohtoreita ja professoreja. Erään vertauksen mukaan optinen suunnittelija on kuin kokki: hyvä kokki valmistaa maistuvan annoksen myös halvemmista raaka-aineista. Tällä on erittäin vinha perä, vaikkakaan esim linssipinnoitteen tuomaa hyötyä valonläpäisyyn ei voi korvata millään tunnetulla poppaskonstilla.
Hämärätähtäimen valinnassa valintaa hankaloittaa teknisten tietojen vertailussa myös se että ilmoitetut / mitatut valonläpäisyprosenttiluvut voivat olla harhaanjohtavia: absoluuttisen prosenttiarvon laskentatapa ei välttämättä perustu tarkkaan sovittuun standardiin- jos edes valmistaja on sitä oikeasti mitannut: halpatuotannossa sattuu ja tapahtuu. Ja vaikka arvo olisikin mitattu ja standardi sama, valonläpäisy on vain yksi koettuun ja nähtyyn kuvanlaatuun vaikuttava asia; Kaksi tähtäintä identtisellä todellisella läpäisyllä eivät ole välttämättä todelliselta hämäräsuorityskyvyltään samoja. Vastaavaa spesifikaatioiden hienovaraista parantelua muuten käytetään myös lämpökamerasensoreiden ilmoitetuissa herkkyyksissä. Painotetuilla mittaus- ja laskentatavoilla voi vaikuttaa "mainosarvoihin", paljonkin.
Yleisesti ottaen, Saksalaiset ja Itävaltalaiset premiumit ovat keskenään vertailukelpoisia kohtuullisen hyvin koska ilmoitettu kokonaisprosenttiluku-keskiarvo sisältää myös hämärässä tarvittavaa, tyypillisesti tähtäimissä läpäisyarvoltaan huonompaa 450..500nm värialuetta. Jos läpäisy ilmoitetaan ilman lyhyempien aallonpituuksien huomiomista ja painotusta, voi ilmoitettu lukuarvo olla jopa useita prosentteja suurempi. Silti, todellista lopullista suorituskykyä ei voi sanoa samalla tavallakaan lasketuista prosenttiluvuista varmaksi- yleensä arvo kuitenkin antaa asiasta erittäin hyvin suuntaa.
Steiner - Saksan Bayerothin tehtaan valonläpäisymittaushuone.
Tähtäinoptiikan optimointi silmälle
Kuten yllä todettua, silmä on herkkä biomekaaninen instrumentti. Silmän sisälle ja lopulta silmänpohjan reseptoreille pääsevän valon määrää säädellään automaattisesti sopivaksi iiriksellä, silmän pupillikokoa muuttamalla. Mikäli valoa on yli tarpeen, iiriksen mikroskooppisen pienet lihakset rentoutuvat ja pienentävät pupillin minimissään n. 2..3mm halkaisijaan. Koska hämärässä valoa tarvitaan enemmän ja kaikki silmäpohjan reseptorit tarvitaan käyttöön, pupilli laajentuu suurimmillaan 7..8mm halkaisijaan - maksimoiden samalla silmänpohjan reuna-alueille keskittyvien valoherkkien sauvasolujen vastaanottaman valomäärän. Pupillin "liikevara" on yksilökohtainen asia, ikä vaikuttaa paljon. Iän karttuessa ja silmälihasten(kin) rappeutuessa, pupilli ei voi avautua alkuperäiseen maksimihalkaisijaansa eikä reagoi valomäärämuutoksiin nopeasti. Seurauksena hämärässä näkeminen heikentyy koska silmäpohjan (sauva)soluja on käytössä huomattavasti vähemmän.
Valon reitillä kohti silmänpohjaa on myös saapuvan kuvan tarkennuksesta vastaava linssi. Linssi mukautuu katseluetäisyyteen automaattisesti, tarkentaen kuvan silmänpohjaan oikein. Sekin menettää kimmoisuuttaan ja liikevaraansa jo n. 40 ikävuodesta alkaen. Hämärässä, kuten kaikissa muissakin katselutilanteissa- on erittäin tärkeää säätää tähtäin oikealla tavalla. Oikein säädetty tähtäimen dioptriakorjaus mahdollistaa päiväajan katselun silmälihas (sädelihas) rentoutuneena. Oikein tehdyn diopteriasäädön jälkeen silmäpohjaan saapuva kuva on tarkasti oikeassa fokuksessa ilman silmän linssin geometristä korjaamista lihaksilla. Muussa tapauksessa, tähtäin (tai kiikarit) väärin säädettynä, jatkuvaa ylimääräistä tarkennustyötä tekevä silmä väsyy vaikeuttaen katselua. Seurauksena jopa päänsärky pitkän katselun jälkeen. Silmälaseja ei kannata lähtökohtaisesti kiikaritähtäimien kanssa (varsinkaan hämärässä) käyttää vaan tehdä diopteriakorjaus oikeaksi tähtäintä säätämällä. Silmälasien linssipinnotteita ei tietääksemme optimoida hämäräkäyttöön, eli menetettyä kokonaisvalonläpäisyä tähtäimen kanssa parina saattaa tulla jopa useita prosentteja. Jos silmälaseilla korjataan samalla muita asiota, esim hajataittoa, sitten tilanne voi olla eri.
Kiikaritähtäimen okulaarista silmää kohti lähtevän valokimpun halkaisija on riippuvainen suurennoksen ja objektiivikoon suhteesta, eikä tämä riipu tähtäin- tai katseluoptiikan valmistajasta tai tarkasta tyypistä. Tyypillisellä ihmisellä pupilli laajenee hämärässä maksimissan n. 7mm halkaisijaan. Arvosta voidaan puolestaan laskea tarkka suurennos jota kiikaritähtäimessä (tai katselukiikareissa) kannattaa hämärässä käyttää. 56mm objektiivillä ihanteellinen hämäräsuurennos on 8x, koska 56/8=7mm. Käytännössä pupilleissa on kuitenkin yksilökohtaisia eroja. Varsinkin ikääntynyt henkilö näkee hämärässä paremmin hiukan suuremmalla suurennoksella- koska pupilli ei enää laajene 7mm halkaisijaan, rappeutuminen alkaa jo teini-iän jälkeen ja vaihtelee suuresti. Kääntäen ajateltuna, säädettäväsuurennoksista kaukoputkea voi käyttää pupillikoon mittalaitteena. Jos henkilö näkee 56mm objektiivisella tähtäimellä parhaiten hämärässä suurennoksella 10x, voidaan todeta että pupilli laajenee maksimissaan n. 5.6mm halkaisijaan- koska 56/10 = 5.6mm. 5...6mm pupillin maksimihalkaisija on tyypillinen keskiarvo 55-60v iässä.
Yksinkertaisesta lainalaisuudesta seuraa siis se että isomman objektiivin kanssa voi käyttää suurempaa suurennosta hämäräsuorituskyvyn kärsimättä, kaikki tähtäimestä ulostuleva valo siirretään koko silmänpohjan alueelle, niin paljon kuin henkilön pupillokoko sallii. Ääriesimerkkinä tähtäimistä edesmennyt ja alkuperäinen "Mörkö", Zeiss Victory Diavari 6-24x72. 72mm objektiivin ansioista ihanteellinen hämäräsuurennos 7mm pupillikoolla oli yli 10x. Tästä oli etua koska isommasta kuvasta voi nähdä vaikeammin havaittavat yksityiskohdat hiukan paremmin, "Mörkö" oli yksi tähtäimistä jolla käytännössä näki paremmin kuin nimellisestä valonläpäisyarvosta olisi voinut olettaa. Isompi objektiivi vaikuttaa myös suoraan tähtäimen tuottamaan maksimiresoluutioon. Teoreettinen etu 56mm objektiiviseen verrattuna on n. 10-15%, katseltavan kohteen väristä riippuen. Resoluution ja kontrastin ollessa saman kolikon eri puolet, vaikuttaa parempi resoluutio myös käytännön hämäränäkemiseen positiivisellä tavalla.
Pari vuosikymmentä takaperin hyvän hämärätähtäimen oli aina oltava kiinteäsuurenteinen, kaikilla valmistajilla tarjosivat sellaisa. Kiinteän suurennos perustui nimenomaan objektiivikokoon. Kaikki mallit perustuivat 7mm pupillikokoon: 6x42, 7x50, 8x56 jne. Kiinteäsuurenteisen käyttämiselle oli tekninen peruste: silloisista linssipinnoitteista johtuen tähtäimen kokonaisvalonläpäisy pomppasi parin linssin poisjättämisellä jopa useita prosentteja. Nykyisissä tähtäimissä ero kokonaisläpäisyyn olisi marginaalinen ja käytännössä lähes mahdoton aistia, suuruusluokka puolen prosentin paikkeilla. Kiinteäsuurennoksisilla menetetään samalla zoomilla säädettävän "pupillikoon räätälöinnin" etu- eli todellisuudessa keskivertopertille nykyaikainen premiumvariaabeli on käytännössä aina perinteistä kiinteää parempi hämärässä. Vaihtokauppa on erittäin huono jos tähtäimen 0.5% valonläpäisyparannuksen vuoksi menetetään 20% silmän valoherkistä sauvasoluista ei-optimin pupillikoon kautta. Kiinteäsuurenteisella on edelleenkin muita etuja mutta ne eivät liity suoraan hämäränäkemiseen.
Ylempänä mainitty simppeli laskukaava on yleispätevä -mutta ei huomioi esim valmistajan tekemää virhettä suurennosmerkintöjen paikkansapitävyydessä. Variaabelitähtäimet eivät myöskään käytä pienimmillä suurennoksilla koko objektiivipinta-alaa hyväksi eikä kaava siten päde kaikkiin tilanteisiin. Tähtäimen pupillikoko ei siis kasva lineaarisesti suoraan suurennosta pienennettäessä laskennalliseen 15-20mm kokoon asti- vaan on suurimmillaan yleensä n. 10-15mm.
Samat silmän ja optiikan toimintaperiaatteet pätevät myös päiväkäytössä, pupilli/silmä vs tähtäimen kuvan kirkkaus vaihtelee ja voi olla rajoittava tekijä. Hurjimmat 56mm objektiiviset tähtäimet käyttävät jopa 80x suurennosta. 80x 56mm objektiivillä tarkoittaa tähtäimen silmäpäästä ulostulevan valokimpun kokona n. 0.7mm halkaisijaa, 65%...75% alle täysin rentoutuneen silmän ja pienimmilleen supistuneen pupillin koon. Seurauksena silmänpohjan reseptorimäärä vähenee: kuva himmenee ja yksityiskohtien näkeminen saattaa hankaloitua jopa päivänvalossa. Laadukkaan kuvan tuottaminen isolle suurennokselle on monilla muillakin tavoilla erittäin haastavaa kompaktiin tähtäinkoon puitteissa- mutta se ei liity aiheeseen suoraan.
Samat yleiset lainalaisuudet pätevät myös katselukiikareihin ja katselukaukoputkiin. Myös katselukiikareissa 8x56 on hämäräkäytössä vakiintunut standardi, täsmälleen samoista pupillikokosyistä. Kiikareiden kanssa hämäräkatselukokemus on kutenkin mutkikkaampi koska aivot osaavat hyödyntää kahden silmän yhtäaikaista stereokuvaa. Erään tutkimuksen mukaan kahdella silmällä katseltaessa aivot huomaavat näkökentässä tapahtuneen muutoksen n. 1.4x herkemmin, tästä on iso hyöty myös hämärässä. Koettu valomäärä ei kiikareiden kanssa kuitenkaan juuri lisäänny saatika tuplaannu, mutta käytännössä stereonäkö + parempi syvyysterävyys + laajempi näkökenttä auttavat tekemällä havainnoinnista helpompaa, hämärässä ja päivällä. Peukalosääntönä, hyvällä katselukiikarilla näkee hämärässä yhtä hyvin kuin erinomaisen hyvällä kiikaritähtäimellä.
Kuva: Tähtäimen suurennos vs pupillikoko
Katselutesti!
Sotilastähtäimet metäsästysputkien vieressä saattaa vaikuttaa omituiselta vertailulta- mutta ei vaikuta aboluuttuseen hämäräsuorituskyvyn vertailuun. Muutenkin tähtäintyyppien välinen raja hämärtyy koko ajan koska käytännön tarkka kivääriampuminen kenttäolosuhteissa vaatii tähtäimeltä aina samat prioriteetit ja tekniset periaatteet. Yleistyksenä voisi asian jopa yksinkertaistaa niinkin että sotilastähtäimellä tekee kaiken saman minkä metsästystähtäimelläkin, mutta ei toisin päin.
Katselmukseen valikoitiin tähtäimiä muutamalla kriteerillä: 56mm minimi objektiivikoko, tiedetysti myös hämäräkytistelyyn soveltuva valon säätöalue sekä ristikon valaisu-alue, erityisen hyväksi entuudestaan tiedetty suorityskyky. Muitakin tähän määäritelmään sopivia tähtäimiä on- esim Kahles k525i, mutta sitä ei sattunut olemaan testihetkellä hyppysissä.
Kovimpaan ammattilaiskäyttöön valmistetuissa tähtäimissä on lähes poikkeuksetta valmistajan paras osaaminen, toki hintaluokan puitteissa: uusin optomekaniikka, tuorein suunnittelu, kovimmat luokitukset, parhaat linssit ja pinnoitteet. Steinerin Saksassa valmistettu M- sarja ei tee poikkeusta, on erinomaiseksi hämäräputkeksi aikaisemmissakin testeissämme todettu. Joten laitoimme sen samaan riviin. Steiner ilmoittaa kummallekin M- sarjan 56mm objektiiviselle valonläpäisyksi "+94%". Ilmoitetun valonläpäisyn suhteen Schmidt&Bender Polar on numeroissa paras, "T96" nimensä mukaisesti valmistaja takaa minimissään 96% piikkiläpäisyn. Loistavaksi entuudestaan tiedetty ja Zeissin ainoa puhtaaseen hämäräkäyttöön optimoitu tähtäin, Zeiss HT 3-12x56, on niukkana kakkosena +95% nimellisarvollaan. Perää piti Zeiss V8 4.8-35, 92% - välissä Swarovski Z8i 93% läpäisyllä.
Kuva: vasemmalta oikealle lueteltuna - Swarovski Z8i 2.3-18x56 4A-i, Steiner M5Xi 5-25x56 MSR2, Zeiss V8 4.8-35x56 #60, Steiner M7Xi 4-28x56 IFS MSR2, Schmidt&Bender Polar T96 4-16x56 D7 ASV ja Zeiss HT 3-12x56 #60.
.
Jokerikortteina ja silkasta uteliaisuudesta otimme mukaan myös Swarovskin TX- sarjan spotteriputken, on Swarovskin uusin kaukoputkisarja. Modulaarisen putken objektiivi on Swarovskin isoin 115mm versio, samalla myös markkinoiden suurin tämän segmentin objektiivikoko. Toisena pienenä poikkeuksena metsäputkien rivissä oli Steinerin Saksalaista "M" -sotilassarjaa edustava M7Xi 4-28x56. Tiedämme entuudestaan että tämä malli suoritutuu todella hyvin, valmistaja ilmoittaa älle mallille +94% läpäisyn - mutta testattu tähtäin oli IFS- versio ballistisen tietokoneella ja näkymään integroudulla läpinäkyyvällä LED-pistematriisinäyttönäytölllä. Näyttö saattaa periaatteessa vaikuttaa näkemiseen muutenkin kuin näyttöalueen osalta, tätä haluttiin kokeilla. Muissa samantapaisissa tähtäinputkissa joissa näkymään on tuotu LCD tai LED- näyttö, rakenne toteutetaan niin että optiselle linjalle lisätään yksi ylimääräinen prisma. Tämä ei voi olla vaikuttamatta valonläpäisyyn. Hyvin toteutettuna sen vaikutus on kuitenkin marginaalinen. Mikäli tähtäimessä on integroitu laserin lähetin ja/tai vastaanotin saman objektiivin takana, vaatii se vastaavalla tavalla toteutetut omat ratkaisunsa- joista jokainen on käytännössä hämäräsuorityskykyä heikentävä asia. Myös edistyneempiä näyttöratkaisuja on olemassa, mutta niissä toistaiseksi ongelmana merkittävästi huonompi valonläpäisy kuin prismoilla.
Valmistelu
Tähtäimien hämäräsuorituskyvyn tasapuolisessa testaamisessa on muutamakin pulma. Yksi käytännön ongelma on parallaksin ja dioptriakorjauksen säätö. Käytännössä kumpaakin on mahdoton säätää hämärässä täsmälleen oikeaksi koska kuvan yksityiskohdat pehmenevät mainituista silmän ominaisuuksista johtuen. Pimeässä katsellessa säätöjä on siksi lähes mahdoton asettaa täsmälleen kohdalleen ja oikeaksi- kuvan terävyys ei ole paras mahdollinen, muutenkin vaikeasti nähtävien yksityiskohtien havannointi kärsii. Ainoa aukoton testaustapa on säätää verrattavat tähtäimet päiväaikana valmiiksi yhtä katsojaa varten ja kohdistaa samalla testattavat optiikat haluttuun katselupaikkaan (= halutulle etäisyydelle) valmiiksi. Parallaksisäädin (jos sellainen on) säädetään parhaaseen terävyyteen päätetyn paikan perusteella, eikä säätöihin varsinaisen testikatselun aikana kosketa. Ainoa poikkeus on tähtäimen suurennos.
Kaikkien katseltavien tähtäimien suurennokset asetettiin valmiiksi niin että okulaarista ulostuleva valokimppu on halkaisijaltaan 7mm. 56mm objektiivin kohdalla tämä tarkoittaa suurennosta 8x, Zeissin V8 60mm objektiivillä suurennosta 8.5x. Tarkasti testatessa, jokaisen tähtäimen todellinen suurennos ja siitä seuraava okulaarista ulostuleva valokimppu olisi pitänyt mitata erikseen. Tämä olisi omilla välineillämme mahdollista tehdä, mutta on työlästä ja tarkkaa hommaa. Vaihtoehtoisesti, testikatselun aikana tähtäimen suurennosta voi säätää ja todeta omalle silmälle paras mahdollinen suurennos - käytännössä okulaarista ulostulevan valokimpun optimointia oman silmän pupullikokoon. Tässäkohtaa oikaistiin niin että kaikki tähtäimet säädettiin laserkaiverrettujen suurennosnumeroiden perusteella oikein ja tähtäimet verrattiin lopuksi päiväaikaan läpi. Rinnakkaintestissä poikkeavan isomman tai pienemmän kuvan huomaa aika herkästi. Kaikki tähtäimet vaikuttivat suurennokseltaan samalta tai erittäin lähelle samalta (pl iso V8), jäljelle jäävän eron käytännön vaikutus käytännön hämäräsuorityskykyyn jäisi erittäin pieneksi tai olemattomaksi. Ei-optimi pupillokoko ei vaikuta keskinäisten erojen katsomisessa jos kaikki 56mm objektiiviset on säädetty samalla tavalla.
Katselupaikan leveyspiirillä aurinko painui horisontin taakse klo 21:50, täydellinen pimeys (aurinko yli 18 astetta horisontin takana) laskeutui 23:00. Käytännössä silmää totutettiin pimeään valmistelun ja testikurkkimisen aikana melkein tunti -vaikka 15-20 minuuttia olisi omalla kohdallani riittänyt. 1h 10min odottelun aikana myös huomasi valon sävyjen vaikutuksen eri tähtäimien kuvan olemuksiin hiukan eri tavoilla, vaikkakin lähitienoon keinovalot varmasti vääristivät asiaa vrt "täydessä korvessa" katseluun.
Kaikki tähtäimet säädettiin siis valmiiksi- sekä katsojan silmälle että n. 50-60m päässä olevaan katselupisteeseen. Etäisyys valittiin kuvastamaan tyypillistä ruokintapaikkaa. n. 50m testietäsyytenä on hyvä siksikin että näkökentän vaatimukset katselussa tulevat korostetusti ilmi. Kaikissa parallaksisäädettävissä tähtäimissä kuvan paras terävyys oli lähellä todellista etäisyyttä- mutta ei ihan täsmälleen oikein yhdessäkään. Samaten jokaisessa tähtäimissä 100% parallaksivapauden ja terävimmän kuvan välillä oli pieni eranto, tämäkin on täysin normaalia ja sille on syynsä. Tähtäimet säädettiin parhaan kuvan perusteella ja jätettiin odottamaan pimeää odottamaan.
Katselukiintopiste oli mielenkiintoinen mielessä että taustan tumma ja lehdetön pensasaita sisälsi paljon pieniä yksitykskohtia. Näitä on oltava jotta pienet erot voi saada näkyville. Trampoliinin jalusta oli väriltään neutraali harmaa- sen taustana sekä vaaleaa palanutta nurmikkoa että tummaa pensastaitaa. Lähellä ei ollut katu- tai pihavaloja, paikka oli kahden valaisemattoman rakennuksen katveessa. Valottomat ristikon hiusosat katosivat tummaan taustaan jo testin alkuvaiheessa.
Kuva: katselualue merkittynä punaisella 
Kuva: 115mm objektiivi vs 56mm objektiivi = yli 100% eroa
