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镜头多层镀膜技术的原理--光学

镜头多层镀膜技术的原理、发展和使用概况一、防反射膜层(增透膜)的作用在自然界极易见到称为膜层的现象,例如水面上扩展的油膜层,肥皂泡产生的有美丽色彩和光泽的泡沫。

这些与透镜表面的带色泽膜层有类之处,但透镜表面是用人工方法镀制的膜层。

装在照相机上的摄影用镜头,一般要进行防反射膜处理。

除照相机镜头外,望远镜、双筒显微镜、眼镜,还有航空光学仪器和汽车的计数盘表面玻璃等也有同样要求。

今日,薄膜加工技术已获得广泛使用。

这种防反射膜,也称增透膜,其作用是尽量抑制透镜的玻璃表反射,减小光量损失,使入射光线尽量多透过镜头。

(图1)镀膜也取决于处理方法,有特定的分光特性的半透镜和干涉滤光镜等,在取景器光学系统和光源的照明系统中得到使用。

当然,初期的照相机和现代的摄影镜头都镀有薄膜。

单个透镜组成的镜头,两个反射面,共有10%光量损失,从照相机初期的水准,考虑镀制防反射膜似乎是不必要的。

二、重新评价多层镀膜镜片镀膜工艺的目的,首先是透镜的防反射作用,现在仍作为主要目的。

随着加工技术的进步和使用范围不断扩大,产生了高度技术化的多层膜技术,分光透过的控制相当准确,操作方便,使用得到普及。

对多层镀膜的性能提出高要求,会使成本提高。

厂商为了提高镜头像质的课题注入大量经费,其效果是明显的。

可以这么说,没有多层镀膜技术飞跃发展,高倍、大孔径变焦镜头不可能有今天的兴旺局面。

防反射的膜层能产生增透效果。

此外,还有更直接的作用,这就是在逆光摄影时,幅于膜层影响,使易产生的幻像和光晕降低到最小程度。

(图2、图3)最近多组透镜构成的变焦镜头已成世界镜头发展的主流,采用多层镀膜,到达胶片面的光线,其衍生的杂散光部分大大减小,使镜头鉴别率不至于降低,也不损坏色采还原。

重新评价经改进的膜层,研制在各种镜头中引入最适宜的镀膜最新技术,是各厂家一直研究的重要课题。

单层膜、多层膜,部分透镜面镀多层膜,超级多层膜......形形色色的组合和新型膜系使用,对镜头发展起了重要作用。

重新认识多层镀膜,已引起广大摄影师的广泛兴趣和关注。

(图4、图5)三、镀膜略史镜头烧热发现膜层1892年;英国泰勒(H.D.Toylor,著名的Cook,Triplet镜头设计师)发现,把烧过的望远镜物镜的玻璃表面经风化出现紫色,和新的透镜比较,发现能通过更多的光线。

受弱酸侵蚀的玻璃表面存在折射率低的薄膜,能降低玻璃表面的反身率。

这个透镜燃烧的新发现,使人们知道了膜层作用,并产生镀膜技术。

以后,利用人工的弱酸化学作用,从实验室产技术。

1935年:德国卡尔,蔡司发明了防反射膜层处理技术。

蔡司的A.Smakula在真空中加热蒸发低折射率氟化物薄膜,诞生了防反射薄膜处理方法。

1936年:美国加利福尼亚工业大学的J.D.Strong把玻璃置于真空中,加热蒸发有增透效果的氟化钙(CaF2),成功制成人工防反射薄膜。

由于上述原困,2个透镜组合胶合透镜可以分离,增加透镜设计的自由度。

1938年:美国依斯曼.柯达公司在HECTA镜头上完成镀膜工艺。

1939-1943年:卡尔.蔡司公司成功实现了2层和3层增膜系。

1945年:德国徕兹公司。

在徕卡的标准镜头中首先使用镀膜技术,从SUMMITAR50mmF2镜头开始(照片1,该镜头1939年推出),镜片实施镀膜。

1945年:在德国法兰克.海德克公司发明罗莱Automat(4型)相机的75mmF3.5镜头中,卡尔.蔡司.耶拿Tessar、蔡司奥普托.Tessar及施耐特Xenar3款镜头成为罗莱最早镀膜镜头。

1946年:千代田光学精工(现在美能达公司)在半幅sping照相机的Minolta Seml A镜头上首先使用品红膜层。

美能达SEMI是日本最早有镀膜镜头的照相机(JCll的历史认定照相机),以后各公司相继积极引入镀膜技术。

在商品目录记录中“有镀膜”,给人印象是“光亮清晰镜头”。

1964-1967年:在摄影器材以外的用途领域,例如测量仪器盘和电视摄像机镜头等方面,多层镀膜其特征是几乎能全部消除玻璃表面的反射,这是活用后有实效的光学技术之一。

1964年:当年10月在东京举行奥林匹克运动上,室内比赛转播需要明亮画面,富士写真光机公司受NHK委托开发了电视用镜头的多层镀膜技术,实现了镜片的电子束镀膜EBC (Electron Beam Coating)。

在真空镀膜时,使用高溶点的抗加热式的蒸发物质,用电子枪溶融方法,完成由日本技术制成最多达11层多层膜系。

1971年12月发表的8mm照相机,富士卡single-8E800d的EBC 富士侬8-64mmF1.8镜头和1972年9月推出摄影用的35mm单反相机,富士卡ST801的可换镜头,是采用了EBC技术的富士侬镜头。

1970年:西德科隆博览会上(photokina),各照相机公司开发的多层镀膜技术相继登场,采用此新技术的镜头有:旭光学工业的宾得用可换镜头、日本光学工业的尼康F用可换镜头、佳能的新产品F1用可换镜头等。

1971年:可以说是多层镀膜的元年(全面推出第一年),各个相机工厂对以往的可换镜头及新开发的可换镜头,各自采用多层镀膜。

多层镀膜的优越性一众所周知,加工成本高也引起关注,但照相机镜头使用多层镀膜已大势所趋,研究考虑的是更优良的多层镀膜技术实用化。

1972年:西德卡尔.蔡司公司在科隆博览会推出一系列引入多层镀膜的蔡司镜头。

在出售的镜头上使用【T*】标记,这就是著名的有红色【T*】镜头。

不管是照相机制造厂,还是镜头专业厂,都力争采用到成都吗技术,其结果增加了镜头设计的自由度,出现了由复杂的透镜构成各种广角镜头、变焦镜头等系列产品。

1944年起:各公司均引入多层镀膜,重新评价如何提高像质。

另外也积极引入非球面透镜,超过10组的很多片透镜组成的高倍变焦镜头变得易于实现。

各公司的镜头,都是根据需要,区分使用单层或多层镀膜,作为增透膜的处理,与初期的镜头是不同的,使彩色摄影像质更佳,依靠高次无的镀膜,设法见到新的潮流,推进镜头发展,更上一层楼。

四、多层镀膜的使用概况*德国的卡尔.蔡司镜头蔡司的T*多层镀膜镜头有优良的色彩再现。

1935年,卡尔.蔡司公司发明了防反射膜处理的镀膜技术。

蔡司的A.smakula发明了使用氟化物的单层镀膜,特别在摄影用,电影用,X射用大孔径镜头中,进行了镀膜处理。

出现了在市场以“T镜头”为名的产品(照片2)。

多层镀膜技术方面与日本相比出现迟些,1972年9月的西德科隆博览会(photokina)上,在照相机用蔡司镜头中,推出有多层镀膜的T*Distagon,T*planar(照片3)、T*Sonnar、T*Tele Tessar、T*Heliar Sonnar等合计16种镜头。

为了区分[T*镀膜镜头],使用了T*标记(红色T 星号)。

T*镜头通常都是镀6层膜,必要时也使用8层膜系。

*徕卡镜头导入有镀膜的空气透镜,推出了著名的SUMMICRON镜头。

从战后的1945年推出的summtar50mmF2镜头开始,包括Elmarit,Hektor著名镜头都使用了镀膜技术。

SUMMAR(1933年)实现了4组透镜结构,孔径达到F2采用新设计的膜层,使其达到更佳的实用效果,把SUMMIITAR的前第2组的胶合透镜各自分离,引入空气透镜,完成了6组7片构成的第一代Summicro50mmF2镜头。

高斯型第2组的第2透镜和第3组分离,用于校正慧差。

以后采用这种常规的做法完成F1.4、F1.7大孔径镜头。

也就是说,镜头结构的变化和性能的提高离不开镀膜技术的应用和发展。

日本美能达镜头多层膜历史中的美能达2层膜(消色差膜).千代田光学精工(现为美能达)半幅Spring照相机的美能达Semina镜头,于1946年8月推出.这是由大阪工业试验所协助的日本最早的有镀膜镜头.镜头规格为75mmF3.5,除了自己公司生产的Rokkor外,还有其它公司的proma和Euiko镜头共3种。

1956年美能达照相机公司成功实现了氟化镁(MgF2)和酸化锑sb2o3组成的双层防反射膜处理技术实用化,以“消色差膜”为目的,使用在美能达35mm相机可换镜头Rokkor35mmF3.5镜头上。

最小反射率可设定2个波长位置,能够截至有害的紫外线。

镜头的反射光是以绿色特征,多层镀膜进入实用化阶段。

目前,美能达公司的α系列镜头上使用的多层镀膜系为5-7层,对减少杂散光和幻影等有明显效果,同时也提高了成像的反差。

日本宾得镜头超级复合膜系的全面使用,确立了宾得的多层膜时代。

1969年,旭光学工业开发了对镜头有革命性意义的多层镀膜技术,与美国的NASA有关的OCLI公司的技术合作成功完成了世界上摄影镜头史上最早的7层防反射膜,用于宇宙飞船的窗玻璃等。

高要求光学系统必须使用高性能膜系。

以往的镀膜透镜从1个面反射1.7%的界限,仰止到表面反射仅0.2%极限,可见光的透过率(单面)达到99.8%,克服了透镜表面反射,使成像鲜明、清晰。

1970年在德国科隆博览会上发表的超级多层镀膜[Super Multi Coating](SMC)技术用于宾得SP相机的可换镜头,1971年实现商品化,包括有标准镜头50mmF1.4及55mmF1.8,变焦镜头85~210mmf4.5等,从鱼眼17mm到望远1000mm22种镜头。

当年6月到8月全部更换成为超级多层镀膜镜头。

SMC镜头反射率极低,仅0.2%,有非常优良描写性能,从强光(高光)到阴影均有清晰的反差表现。

逆光时会出现光晕和幻像,在恶劣摄影条件下,会使鲜明优良的影像变坏,使用SMC技术后,令人惊讶的发现,能得到高反差的影像。

这种膜层,可见光透过率得到很好平衡。

7层膜系使全部可见光的波长平均透过率最大,另外对摄影有害的紫外线光的被截至,使彩色平衡处于更佳稳定状态,色彩鲜艳,微妙的中间色彩变得清晰,并得到忠实再现。

1994年、加以SMC冠名,开发了仰制特定的刚反射的独创防光晕膜层,在产品目录中使用“宾得镜头的世界”。

使用宾得FA镜头上,成像效果达到以前没有的高水平。

仅仅是SMC 还不满足,因此,宾得镜头在镜头系列的设计、镜片抛光、镜头材料的检测层层把关。

同时,1件件透镜进行镀膜、从透镜设计阶段到制品完成都进行彻底的检查,利用与多层镀膜并列的防反光晕膜层效果,减小反射提高镜头的质量。

(完成无乱反射的镜头)于是FA镜头的色泽表现更为优良,得到极为鲜艳的色泽再现。

1997年、推出复合的多层膜和防光晕膜,开发新设计的6组7片透镜构成SMC宾得FA43mmF1.7Limited镜头(照片4)。

虽然是基本规格镜头,但成像质量达到高品质定焦标准镜头极限水平。

FA镜头采用了多层镀膜和防光晕膜层,每个宾得镜头均冠以SMC标记,并引以为豪。

日本佳能镜头(S.S.C)在推出佳能F1用高性能FD镜头时,使用了多层膜系:super spectra coating(超级光谱膜)。

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