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镜头镀膜的作用
发布者:admin 发布时间:2016/3/25 8:52:03 阅读:1075


镜头镀膜是利用真空蒸汽沉积技术在镜头上布置的一层极薄透明的膜。其作用主要在于增加光线的穿透量、减少眩光及鬼影、得到最佳的颜色平衡或者是保护镜头。

  超级光谱镀膜

  当光线经过镜头时,约有4%-10%的光线被反射,这将导致在成像中严重的光损耗。同时,光线又会在镜头内部重复反射,最后在传感器或胶片上形成眩光或鬼影。这种有害的反射可以通过加装具有宽光谱覆盖范围的多层镀膜来避免,另外每层镀膜不相同的反射率也可以提高光线的通过量。在这一领域,佳能研发了多种类型的多层镜头镀膜,可以根据不同镜片所需要的不同反射率来进行分别加工。

图1 未镀膜光学元件的光线反射

  有些种类的玻璃,特别是具备高反射率性质的玻璃,由于其含有的某些成分会导致这种玻璃对蓝光的吸收率略高,因此成像显出黄色。如果这种“呈黄”元件也像其他镜头一样镀了同样的膜,那最后的图像也会显得发黄。为了消除这种色差,佳能的工程师们会在镜头不产生额外眩光及鬼影的基础上,另加上一些比如琥珀色、青色、紫色或蓝色的镀膜来保证不同型号的EF镜头全都能够拍摄出相对平衡的颜色。

图2 超级光谱镀膜反光特性对比

事实上,每一支EF镜头都被镀上了符合佳能基础标准的镀膜(此标准比国际标准化组织的设定更加严格),称为“超级光谱镀膜”。“超级光谱镀膜”拥有超高的透光率,能够过滤紫外线,并且经久耐用。

  SWC新型防反光镀膜

  SWC(亚波长结构镀膜)是一项用于防止光线反射的全新镀膜工艺。如今佳能大部分镜头都已经经过真空蒸汽沉积镀膜处理,可以在很大程度上减少眩光和鬼影。但是蒸汽镀膜也有个常见问题,即当光线入射角增大时防反光效果会降低。一般曲率较小的透镜都会有比较大的入射角,因此在此类镜头表面的真空蒸汽沉积镀膜实际效果会变得更加恶劣,这种情况只有通过亚波长结构的镀膜才能接近完美地给予解决。

图3 SWC涂层示意图

  在光学领域,空气的光折射率基本等于1,而光学玻的折射率从1.4覆盖到1.9。当两种折射率不同的媒介物质紧密结合于一个平面,如果有光照射在这个平面时就会发生折射和反射。因此从理论上讲,如果在两种折射率不同的物质之间有一段空间能够用于减小折射率的差值,也就是让两种物质“缓慢而和谐”地融合在一起,那么镜头表面的反射光就能够被消除,同时也可以为折射光留下传播路径。

  为此而诞生的SWC看上去是一层很薄的镀膜,不过到了纳米数量级时,可以看出SWC的微观结构其实非常复杂。在镀膜表面最外侧空间,空气比镀膜材质占的比例空间要多,但是越往下层走则镀膜的密度越大,空白空间逐渐减少。这样通过两种材质的渐变过程,光线不会直接照射在一个锋利的“平面”上,而是经过一系列缓冲层才会进入下层透镜,这样就达到了减少光反射的目的,也就是亚波长结构镀膜的工作原理。

  佳能首支应用了SWC的摄影镜头是EF 24mm f/1.4L II USM,它解决了长久以来大曲率透镜的蒸汽沉积镀膜效果不佳、镜头结构受反光效果限制、鬼影眩光根深蒂固等诸多问题,为镜头设计师们设计镜头提供了很大的便利。

  氟涂层保护镜头远离尘土

  杂物粘贴在镜头表面的频率和力度取决于透镜带静电多少、镜片潮湿程度等等因素。静电是在机身放电的同时镜头表面同时也附带上一些带电粒子,而透镜表面的湿润程度则根据镜片材质和形状差异而互不相同。使用氟涂层可以有效抑制镜头附带的静电,同时还能加强镜片的厌水性质。含有氟涂层的多层镀膜镜头可以非常容易地清理掉表面灰尘和水渍,一般情况下只需要气吹和干抹布即可擦除灰尘、潮气和指纹而不必动用危险的专业清洗溶剂。氟涂层不粘雨水,透光性能也与传统镀膜相同。EF镜头上的氟涂层全都安置在透镜元件多层镀膜的外侧。

  从结构上消除内反射

  除了使用镀膜技术来消除鬼影和眩光外,佳能同时也致力于从镜头结构的层面来避免镜头内部的多次反射,比如在设计镜筒结构时,每一处位置的独立透镜都被设计成不会对其他镜片造成影响的结构。

图4 EF镜头内部植绒以减少反光

  另外,静电植绒技术也是消除光线反射的有效手段。该技术是利用静电植绒工艺直接在需要进行防反射处理的位置铺上一层极细微的绒毛,从微观的角度来看,绒毛与接触面垂直。这项工艺在长焦或超长焦定焦镜头中已经卓见成效,而在变焦镜头和遮光罩内侧,它也正充分发挥着减少杂光反射的作用。

图5 防眩光光圈位置

  除了植绒措施,依靠不同的结构规划来减少内反射也是不可或缺的设计。从图中可见镜头内部有不少阻光槽和刀型片遮盖住了大量镜筒内潜在的光反射面。阻光槽刻在镜片的宽边上,并且透镜侧面也进行了防反射涂层加工。这些操作同时也运用在了其他各种叶片上,例如电磁驱动光圈的叶片边缘就经过了镀膜,减少反射的同时还能起到润滑缓冲元件的作用。

图6 阻光槽在镜头中的样子

 

空气球形镀膜简称ASC

防止镜头内光线反射的镀膜技术。对接近垂直入射的光线 有良好的防反射作用。

纳米级的微小空气球抑制光线的折射

空气球形镀膜简称ASC,是佳能研发的新镀膜技术,可有效抑制因光反射引起的鬼影和眩光。为抑制镜片和空气边界处的光线反射,通常会在镜片表面实施多层镀膜。ASC空气球形镀膜是在多层镀膜的最上层有规律地平铺小于可见光直径数十纳米的微小空气球,折射率甚至低于空气。特别是对近乎垂直入射的光线,可强效发挥防反射作用。

   光线反射的原理

   ASC空气球形镀膜示意图

   防反射效果对比 右:以往的镀膜
左:ASC空气球形镀膜


不同镀膜光线反射量的差别

   无镀膜

   传统蒸镀膜


亚波长结构镀膜SWC

通过在镜片表面蒸镀小于可见光波长的纳米级楔形结构,控制入射光线折射率,抑制光线反射的镀膜技术。

以纳米级显微结构抑制光线反射

采用SWC亚波长结构镀膜的镜片

亚波长结构镀膜简称SWC,这是佳能为抑制光反射而开发的镀膜技术。通常情况下,光通过镜片时镜片和空气边界处的折射率会突然发生较大变化,从而引起反射。反射会造成鬼影和眩光,降低画质。SWC亚波长结构镀膜在镜头表面形成一个个小于可见波长的楔形显微结构,这种结构能够持续改变折射率,从而消除折射率突然改变的边界。对于近乎垂直入射的光线到入射角较大的光线,都具有很好的抑制反射效果。

受飞蛾眼睛启发而开发的技术

SWC亚波长结构镀膜的示意图。在镜头表面形成小于可见光波长的纳米级楔形显微结构,可大幅减少以往镀膜难以消除的眩光与鬼影。

为了有效提高镜片透光率,在镜头表面镀膜的技术应运而生。早在20世纪60年代人们就已经发现,蛾子眼睛表面非常细小的凹凸结构能有效抑制光线反射,原因就在于细微的凹凸可以缓和空气与眼睛之间的折射率之差。SWC亚波长结构镀膜利用了此原理,在镜头表面形成小于可见光波长的纳米级楔形显微结构。SWC亚波长结构镀膜将反射光产生的概率抑制到约0.05%,提高了透光率。

逐级改变折射率引导光线

SWC亚波长结构镀膜中接近空气的A部分中楔形构造的密度较低,随着与玻璃镜片的距离逐渐缩短,B、C、D部分楔形构造所占比例逐渐变大。构造密度的变化使光线折射率逐级变化,光线如同沿着楔形构造从顶点至底部的方向逐级被吸收一般向前行进,从而抑制光线反射。

 
 

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