鍍膜濾光片400度有危害嗎

發現很多人對於鏡片鍍膜都沒有概念，因為這個的確是個小眾行業，因此花點時間分享一下。有電子、汽車等行業的鍍膜做標杆，鏡片鍍膜的產業談不上大，膜層也相對簡單，然而這樣一個區區數層的膜層每天卻要承受風吹日曬的考驗。所以鏡片鍍膜依然需要有獨到的技術來應對。

通常比較多的疑問有：

鍍膜為什麼可以增透？

鏡片上的藍膜和綠膜有什麼區別？

為何有人拍照的時候眼鏡沒有反光？

光學鏡片經過精密拋光後通常透過率不高，必須經過鍍膜才能使用。鍍膜是一個將膜料透過蒸鍍的方式一層一層疊加在鏡片表面的過程。每層光學薄膜的厚度需要嚴格控制。通常監控膜厚的方式有光控和晶控兩種方式。膜厚通常以奈米nm為單位。那麼紅外鏡片鍍膜顏色的差別對鏡片的效能有影響嗎？

可見光波段範圍400-700nm，這是人眼可以分別的顏色。如綠色為532nm， 紅光為633nm， 兩者相差100nm。在此範圍內運用的鏡片，對鍍膜中心峰值要求很高，通常控制的偏移量在5nm以內。波長越短，對中心峰值的位置精度要求越高，比如紫外355nm和266nm， 偏移量小於5nm。這對鍍膜裝置和工藝是非常苛刻的考驗。

鍍膜的重要性

減反射鍍膜最早是鏡頭上開發出來的。如圖中借用個雙高斯鏡頭組設計Planar 由4組6片組合（後來演化成7片6組）而成，初期無法解決眩光問題。直到1950年蔡司推出了減反膜之後，才得以快速發展（查到個專利圖片）。可以粗略做個計算，即使不考慮吸收的情況下，如果每個面的透光率有98%，12個介面後透光則變為了 78%。即使單介面99%也只能達到89%的光學系統透光率。這樣對於成像質量的影響可想而知。在這個基礎上進一步的開發了應用在鏡片上的減反射鍍膜。

蔡司鍍膜專利

一個典型的鏡頭鏡片組結構

鍍膜過程

鍍膜是怎麼一回事呢？就是在鏡片表面上附上幾百奈米（俗話說頭髮的1%）的薄薄多層其它材料。鍍膜手段很多，在鏡片表面上的鍍膜通常是在真空室內的物理蒸鍍，也就是在真空環境中把鍍膜材料加熱到蒸發溫度沉積在上面的鏡片基材上的過程，就像燒開水的時候上面放一片玻璃上面會結出水珠一樣。相比其它鍍膜手段，鏡片使用的真空鍍膜有幾個特點：

1、裝置複雜昂貴，比如Buhler或者Satis的鍍膜機都有較大投入，且需要整套維護體系。

2、不能加熱，或只能少許加熱，因為鏡片本身並不能很好的耐高溫。多數情況都是室溫鍍膜，因此膜層的附著力是較大挑戰。

3、過程較快，考慮到成本控制，必須每次鍍膜週期不能太長以保證產出。一般鍍膜（單面）的厚度在300nm左右，整個過程（加抽真空）在20-40分鐘內完成。

順帶說一下，鍍膜使用的材料通常為氧化矽（折射率1。5），氧化鋯（折射率1。8）等無機物，目的是要有一定折射率區分度形成介面，多為兩層交替的ABABA結構。當然，很多技術雄厚的公司會有自己更加高階獨特的鍍膜設計，材料體系也會稍微複雜一點。

薄膜減反射原理

歸根到底都是——光的干涉！

光是一種電磁波，波長的不同即落在不同區域或展現出不同的顏色，我們這裡討論的暫時都只是可見光的部分（防紫外防紅外的概念另行探討）。

如下面的示意圖，光束從n0到n1薄膜中再進入ns基材。由於薄膜的存在產生了新的介面，而薄膜前後兩個介面的反射光可以有了干涉機會，就有可能減弱（當然也可能加強）反射光的強度。而R（反射%）+T（透射%）+A（吸收%）=1，考慮吸收固定的前提下，反射率降低了自然透光率就會提升，鏡片也就變得更加通透。

有薄膜和無薄膜狀態下的反射透射情況

同相干涉加強，異相干涉相消

有的同學問，這個透過的光和反射的已經“分道揚鑣”了，怎麼會還和反射的干涉結果是加強還是減弱有關呢？這就是用粒子性的思維判斷微觀世界了。而這時候只需考慮光的波動性，否則如果想象成一束粒子則肯定難以理解。這個就像量子糾纏態一樣，透過光的狀態還不定，需要等反射的部分先“決出高下”才知道。是的，很懸的東西，不理解記住就行了。正如大物理學家波爾所說，誰覺得自己懂了量子力學，說明他還沒懂。

回到干涉的話題，究竟是加強還是減弱是取決於薄膜的光學厚度（折射率*物理厚度）與波長的關係，因此厚度改變或波長不同都會造成不同的強弱效果。但需要強調的是厚度是唯一的，因此用單層膜能實現完全減反對應的波長也是唯一的。比如減反紅光的鍍膜對於藍紫光就不是完全乾涉，因此反光中看起來是藍紫色。基於這樣的道理，大家知道為什麼肥皂泡會是彩色的了嗎？在家裡娃問這個問題前先研究一下。

重力造成了不同區域的厚度不同，造成了對於不同波長的加強反射，從而看出了彩色。

膜層設計

鏡片上的鍍膜有幾層呢？原則上來說，層數越多，可以實現的減反效果越好。但所有的工業化生產都是效能和生產成本的平衡，10倍價格買個99。9%的和普通99%透光的哪個更划算？當然因人而異。但據我瞭解，行業用的比較多的設計架構是4-7層居多（光學層部分），這也是長期實踐實現的價效比的平衡。

單層減反

其實用一層薄膜就能實現不錯的減反效果（以玻璃上鍍MgF2為例，按520nm的1/4波長設計），可以把反射率壓到2%以下。但通常大家不會只鍍一層，因為反光還是不夠低且只壓住了中心單波長，兩側紅藍的部分反射率沒有很好的控制。可以想象反射色會比較雜，外觀不好看。

但這個的意義在哪裡呢？個人認為這樣單層的方式可以方便使用類似浸入式加硬的方式完成鍍膜工序而不用複雜的真空鍍膜機投資了，對裝置的要求大幅降低。尤其在現在3D列印很火（但減反膜暫時打不出來制約了新技術的推廣）的背景下，如果輔之以簡單的減反膜工藝配合，則會大大提升訂製鏡片的交貨速度。

單層薄膜的可以把某特定波長的反射率降到最低

單層膜減反射原理示意圖：兩個介面的反射干涉相消

雙層減反膜

如果用兩層的膜系，增加了控制維度，自然可以減反效果更好一點。可以把最低反射控制的更低，形成這樣的V形反射曲線（藍色）。但這個曲線的問題同樣也是目視恐怕不好看。

兩層膜的架構和可能達到的減反效果

當然，為了更好的效果，我們增加更多的膜層，就是我們現在通常使用的架構（常用4-7層光學層，不包括那些防水防靜電等功能層）。正如8軸機械手可以做比3軸更細緻的事情一樣，層數增多了我們就可以更好的控制全波長區域的反射率和調製顏色了，當然顯然成本會上升控制難度加大。通常鏡片鍍膜設計者會做成W形，即有意留一些殘餘反射色，使得目視美觀，同時生產的穩定性也有所改善。波峰的位置就決定了反射色，如下在520nm是綠色，放到460nm左右就變成了藍色。

多層膜架構通常的商業用示意圖

不同架構膜層可能獲得的反射率曲線

順便說一下，當然光線會在每個介面都會發生反射透射，之後又會發生二次的反射透射。這個複雜了可怎麼計算呢？其實不用擔心，前輩們早就給建立好了模型，對於有限的幾層薄膜來說，只要給定結構（材料，每層厚度）計算總體的反射透射表現那是眨眼的事情。

透過調節各個膜層的厚度可以實現反射率曲線的控制，這個過程有現成的模型和模擬軟體，比如TFC （Thin Film Calculation）等。很顯然，多層膜每層厚度的改變都會改變曲線的形態，就像開飛機有一堆維度控制，最後實現良好的飛機姿態。

調節不同層的膜厚可以帶來不同的曲線形態演變

膜層顏色：藍膜和綠膜

鏡片還有顏色的？據說95%的消費者不知道鏡片有反射色， 所以先看看實物：

由於亮度反差大，黑背景下真不好拍出來目視效果。使用了F5。0，1/80曝光，之後又手動調了一下亮度

這裡展示的三個鏡片（割邊前的狀態），在黑色背景下看寬燈管的效果（通常看膜色的方式，因為這樣看起來最明顯）。各位是否有發現最左邊的藍膜從亮度上來講比另外兩個綠膜要暗一些？反光弱當然就意味著透光率高（兩個綠膜其實也略有區別）。這是為什麼呢？

綠色區域是人眼最敏感部分，因此對於視覺貢獻也最大

硬廣：蔡司的藍膜和典型綠膜反射率對比（外部機構測量）

人眼敏感的區域是在綠色範圍，因此即使峰值反射率一樣的兩條曲線，藍色減反膜可以獲得更加低的（感官）反射，因為藍色部分對視覺貢獻敏感度更低。

【前方硬廣】技術上講蔡司的藍膜（注意不是防藍光），也就是鑽立方膜的反射率比市面上主流綠膜產品低很多。所以才可能出現拍照沒有反光的效果（有時候會是淡淡的藍色）。

現在回答大家問的最多的問題：藍膜和綠膜又是怎麼實現的？

什麼樣的反射色其實就取決於調節膜厚的結果而已。原則上來說，同樣改改奈米級的膜厚就可以做出黃膜，紫膜，灰膜，粉紅膜等等。但通常選擇這兩種黃綠膜主要是出於美觀，畢竟藍綠是人比較喜歡（能接受）的顏色。相比之下，個人覺得藍色看起來可能更加高檔（不同意歡迎拍磚）一點，也同時可以獲得更高的透光率。

注意：這裡的藍膜和防藍光是完全不同的事情，防藍光是有意把反射率做高了，已經不是純粹的減反了。防藍光的話題可以另外單獨討論。

那為何少有廠家選擇做藍膜呢？因為低反射率使得生產控制的難度大了很多，正如穿一身白衣服稍微有點髒就能看到了一樣，反射率很低的情況下稍微有些色差都很容易被看到，給生產工藝的管理帶來了更大的挑戰。而另一方面，多少人會願意投入兩倍的精力（財力）獲得最後1%的透光品質提高呢？。

當然，近年也有廠商推出超高透光的白膜（全膜？），就是把波峰也壓下去了。這樣可能透光可以做到更高也更好的保真，只要能解決生產穩定性的挑戰也不失為一個不錯的產品。也有更高階的用一些3D微結構的手段實現光減反，但這樣成本價可想而知了。

結尾劃重點：

1、鏡片鍍膜的初衷和最重要功能是減反射，利用不同介面的反射光干涉調製原理實現。

2、常見的藍膜和綠膜都是W形反射率曲線，只是峰值位置不同，透過調節膜厚實現。

3、相比之下，藍膜更有機會做到低反射，但生產工藝控制難度會更大。

當然鏡片鍍膜上也有很多其它功能，比如防水防油防靜電，防紫外，防藍光等等花哨的概念，有機會再分享。減反的功能對於鏡片是初衷和最基礎的功能，雖然已經沒人炒作這個概念了，但就像五星級的廚師比拼的時候就炒一個土豆絲，簡單卻最見功力。