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镜头镀膜原理

发布日期:2019/8/14 17:58:52 访问次数:94

镜头镀膜原理


导读:不镀膜的镜头,其镜片的透光率比较低,镜片表面的反光比较严重,称为“白头”,对光谱中的各种光线都有较强的反射,因此反光的综合颜色发白

为什么镜头和镜片上需要镀膜?这是因为任何物体对光线都有反射作用,连无色透明的玻璃也不例外,差别在于光线的角度是否会形成反射效果。对于理想状态下的镜片而言,光线能够完全透过镜头,并正确的在底片或 CCD 上完全聚焦。然而,事实上却是,每一种镜片都受到自身物理因素的限制,导致像差的产生(详见上一讲),所以,由众多有『问题』的镜片所结合而成的镜头是不可能让理论上所有各种角度的光线完全穿过。以氧化镧光学玻璃为例子,其透光率可达到 90%以上,剩下的 10% 则会反射出去,形成炫光。为了弥补这项缺失,后来的镜片研究者开发了在透镜表面镀上一层膜来增加透光效果。

不镀膜的镜头,其镜片的透光率比较低,镜片表面的反光比较严重,称为“白头”,对光谱中的各种光线都有较强的反射,因此反光的综合颜色发白。

单层镀膜的镜头,其镜片表面的反光较弱,它能大大增加光谱中部的黄绿光透过率,只有光谱两端的红光和蓝光才被反射,因此反光一般呈淡蓝紫色。

多层镀膜的镜头,其镜头的透光率极高,镜片表面的直接反光很弱,盖上镜头尾盖,正对着镜片玻璃逆光观看,只见镜头内“很黑”,只有从镜片的侧面观察才可以看到彩色的反光,这种反光多为深红(大幅增透蓝光)、深蓝(大幅增透红光)、深黄(大幅增透蓝绿光)和深绿色,其中深绿色的镀膜可以同时增加光谱两端的蓝光和红光的透过率,只有光谱中部的黄绿色光才被反射回来,因为这种增透膜的透过率曲线有红、蓝两个增透峰值,就像两个驼峰一样,故又称为“双峰膜”。多层镀膜的镜头,其各个镜片不可能都镀上同一种增透膜,否则这个镜头就会发生偏色。

因此,每一个镜头的不同镜片,要根据镜片所用的材质及其对不同色光的吸收程度,分别镀上不同特性的增透膜,相互搭配起来,既能使镜头总的透光率增加,又能使镜头对色光的透过率达到平衡,做到既不偏蓝也不偏红。因此,不同材质的镜片就要镀上不同特性的增透膜,所以其镜片反光的颜色也不可能相同。

    镀膜的作用在于-可以减少光线的反射,提高影像的亮度,并可排除因光线反射而产生的光晕现象,得到良好的反差。UV镜不会影响镜头的使用,加装了UV镜能更好的保护镜头。

    在镜片和空气的每一个交界面上,光线会反射4%-7%.这样,就减少了光线通过镜片的量.反射的光线会经过多次反射和折射,形成"鬼影",同时产生光晕,减低像片的反差.在单片镜头中,反射损失的光线在8%-14%之间.在三片结构的镜头中就可以损失光线25%以上.这样就减少了实际通光量,减低了有效孔径.在现代的镜头中,十多片镜片是常有的事.在这样的镜头中,如果没有加膜的话,非但通光量减小到无法使用的程度,内部反射光晕也使成像无发接受.经过加膜,可以使光线在一定波长的范围内减少反射,增加通光量,从而使多片镜片的镜头达到了实用的地步.

2 镜头镀膜技术
尽管在 50 年代,设计者就知道镀膜可以减少炫光的发生,也可以增强影像的反差和减少照片中的光晕现象。可是碍于没有适当的加工技术。所以,在光学镜头上镀膜一直仅是最高等级的相机镜头才享有的殊荣。直到1968 年新一代的镀膜技术被开发出来,让镀膜工艺可以廉价且标准的执行,才使拥有镀膜的镜头日益大众化。以1970 年作为镀膜技术发展的分水岭,我们可了解之前和之后的技术差异:
化学镀膜法:在70年代以前,镀膜方法大多以化学反应为主。这种方法必须严格的控制化学溶液的浓度,架桥剂的组合,进行反应的时间和条件等。由于,仅能批次生产,所获得的品质和良率,参疵不齐。比较常用的加工法: 一为浸镀法、另一则为喷镀法。浸镀法是根据欲配置膜的性质制备含有成分的溶液,然后将玻璃加热到一定温度,放入配置好的化学溶液里,拿出,烘干,浸镀法是唯一可以同时制作双面膜的方法。不过,后来的一些镜片设计要求,不需要双面膜。因此,必须将另一面清洗掉,增加了成本和环保的负担。另一种喷镀法,则是把配置好的膜溶液装在喷枪上,喷在玻璃表面,烘干,定型。玻璃载体可以是移动或旋转,以增加膜的均匀性。可镀双面或单面。以此方法延生的还有一种甩胶法。将溶液滴至镜片中心,利用镜片高速旋转的离心力,将溶液均匀的『『拋』在表面上。以现在的观点来看,化学镀膜的好处,在于其设备投资低,因此它仍然是镀有机膜的一种常用且成本低廉的方法。
物理镀膜法:化学制备具有价格低,操作容易的的优点,但也相对的污染大,无法镀多层膜的缺点。新一代的镀膜技术改采物理方式,以真空蒸镀、离子镀等多种不同的形式进行。物理方式的镀膜强度和均匀性普遍高于化学镀膜,加上化学方法镀膜层数不及物理法来的多(因为镀多层膜时,温度和化学作用会影响上层膜的物性)。 
3 镀膜的种类
为了满足各种摄影的要求,现代的镜头往往必需镀上多层膜。这些膜的功用各有不同,大致可分为七大类:增透膜、反光膜、滤光膜、偏振膜、保护膜和电热膜。 而现代的多层膜技术大致可追溯到 1971 年由 Asahi(PENTAX) 光学公司所开发的 SMC(超级多层膜)技术,在1971年时,应用这项技术的 Takumar镜头在许多摄影展上大出风头。当时的 Nikon 已经具有 3层镀膜技术,超过五层的镀膜技术在理论上已经可行。日本的 Canon和德国的 Leitz(Leica 公司的前身) 也积极的发展类似的镀膜技术,但极限 7层镀膜瓶颈仍很难突破!另一方面,FujiFilm 则宣称他们开发的电子波束镀膜 EBC(electron-beam coating)号称可达11层!直到 Asahi(PENTAX)发布SMC 技术后不久,FujiFILM 也很快的将 EBC 镀膜技术导入摄影镜头的制造。

Canon 系镜头反射的红紫光
Asahi的技术来源主要购自 OCLI(Optical Coatings Laboratories Inc.),其后他们以这项多层镀膜技术为蓝本,改良并发展为自己的技术并把成本控制在可以接受的范围内。SMC 成为摄影光学的一个转折点,它使得开发现代的超广角镜头和超长变焦镜头成为可能。Asahi 技术的突破,让许多主要镜头制造商,包括Canon,Nikon和Zeiss 都付授权费给Asahi使用部分或全部的技术。Asahi的成功,让多层膜镜片的命名有了新的变化:过去,SC 表示单层镀膜,TLC 为双层,SMC 为 PENTAX 技术的多层膜,其后还有 MC 多层透光膜和 SSC 的开发。富士则一直沿用 EBC 作为其商标。
从镀膜发展史来看,尽管 SMC 的技术非常吸引人,但 Leica 考量其成熟度不足,一直未贸然投入。事实上,根据 Maurizio Micci撰写的1974年 Fotografare杂志上 - 镜头眩光的比较测试中,可以发现 Super-Takumar > MC Takumar> EBC Fujinon 的炫光评价,实际上的SMC Takumars的得分仅仅比Super-Takumars高一点点。因此可以了解 LEICA 的考量不是没有道理。自 1972年起,LEICA 一直致力于减少光学镜片和其它领域来抑制的炫光研究,直到 1978 才突然改变了原来的立场开始采用多层镀膜技术。到了 1981 年和富士一样发展了新一代电子束镀膜技术,或称为硬式镀膜。(日本富士有鉴于 EBC 的反映不佳,也在 1981年推出改良的 Super EBC 技术,沿用至今)。
4 镀膜的色彩

富士虽然没有生产交换镜头,但以 Super ECB 为基础所设计的镜头广泛的用于现今各种数字相机上
一般来说镜片表面的镀膜层本身是无色透明的。只有没有透过镜片的光线会被反射回来,形成了人眼可见的反光。透过镜片的光线越多,反光则越弱。不镀膜的镜头,其镜片的透光率比较低,镜片表面的反光比较严重,对光谱中的各种光线都有较强的反射,因此反光的综合色为白光;SC 单层镀膜的镜头,其镜片表面的反光较弱,大大增加光谱中部的黄绿光的透过率,只有光谱两端的红光和蓝光才被反射,因此反光一般呈淡蓝紫色;SMC 多层镀膜的镜头,其镜头的透光率极高,镜片表面的直接反光很弱,需要盖上镜头尾盖,正对着镜片玻璃逆光观看,从镜片的侧面观察才可以看到彩色的反光,这种反光依不同厂家的镀膜特性可分为深红(增透蓝光)、深蓝(增透红光)、深黄(增透蓝绿光)和深绿色等。其中深绿色的镀膜可以同时增加光谱两端的蓝光和红光的透过率,只有光谱中部的黄绿色光才被反射回来,因此这种增透膜的透过率曲线有红、蓝两个增峰值,有效的沿广色域。考量到如果所有的镜片都镀上同一种增透膜,则这个镜头必定会发生偏色。因此,每一个镜头的不同镜片,都必须根据镜片所用的材质及其对不同色光的吸收程度,分别镀上不同特性的增透膜,相互搭配起来,才能使镜头总和的透光率增加,又能使镜头对色光的透过率达到平衡。
5 镀膜的保养
  一般来说,镜头最外层所镀的通常是硬膜,用以保护一般的手摸或清洁镜头时不会对其造成危害。这一点,不管是传统的单眼相机镜头或是消费型数字相机镜头皆然。尽管,这层膜具有保护作用,但实际上其厚度可能仅有 0.1 nm,太过强力的摩擦,还是会破坏这层膜的平整性,进而影响拍摄效果。所以,对于多层膜镜头的清洁方法,有几点是需要注意: 
清洁液的选择:一般用无水酒精或乙醚(或两者的混合液)- (注意:乙醚为有毒化学物质)。如果必须用水清理,则需要寻找离子水或纯水,不然会留下水班。 
清洁布的选择: 可以用脱脂棉,最简单、最廉价。如果有脱落的纤维留下,用气球吹掉即可。一般相机店贩售有专门的镜头纸、羌鹿皮、不织布之类的清洁用品。 皮革或布类产品,尽量少用。因为,这些可重复使用的东西,当空气中有极细小的砂粒或硬物沉积在上面时,再次使用时会把膜刮伤。 
如果镜头沾上了指纹,油脂或是保存不当引起发霉,无法利用上述的方法清洁。最好拿到相机店中,利用超音波清洗法清洁。 千万不要使用强力的酸碱清洁液(例如:玻璃魔术灵),最外层的护膜虽可耐酸碱,但因厚度薄承受能力有限。 
一旦护膜被破坏后,在光线下,可以看到一些不规则的、彩虹般的反射。

上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件 的高科技企业,公司成立2005年,专业的光电镀膜公司,公司产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工;光学透镜、反射镜、棱镜等光学镀膜产品的开发和生产,为全球客户提供优质的产品和服务。采用德国薄膜制备工艺,形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系,能够制备各种超高性能光学薄膜,包括红外薄膜、增透膜,ARcoating, 激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜,应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆,低反射橱窗玻璃,画框等。 



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