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【光學知識】鍍膜對鏡頭的影響

  • 作者↟•│◕:

  • 來源↟•│◕:光虎光電科技(天津)有限公司

  • 訪問量↟•│◕:146

  • 釋出時間↟•│◕:2022-10-24 11:24:00

鍍膜對鏡頭的影響


光學鍍膜是以光的波動性和干涉現象為基礎◕✘·,在光學零件表面上鍍上一層(或多層)金屬(或介質)薄膜的工藝過程↟↟☁。光學膜層首先是厚度薄◕✘·,其厚度可以和入射光波長相比擬◕✘·,其次是會產生一定光學效應引起光線干涉↟↟☁。目的是為了達到減少或增加光的反射₪☁▩、分束₪☁▩、分色₪☁▩、濾光₪☁▩、偏振等要求↟↟☁。

一₪☁▩、鍍膜分類與材料

增透膜◕✘·,是使用廣泛的膜層↟↟☁。由於光學系統的複雜◕✘·,在每片透鏡都會折射掉一部分光◕✘·,產生能量損耗◕✘·,並且這些折射光也會成為雜散光影響成像↟↟☁。這是材料特有性質◕✘·,所以需要增透膜◕✘·,增加透射率↟↟☁。增透的實現是利用光的折反射與干涉的性質◕✘·,減少反射的光能從而實現增加透射的光能↟↟☁。




反射膜◕✘·,反射膜的實現可以有兩種方法↟•│◕:金屬反射膜和全電介質反射↟↟☁。金屬反射膜是利用金屬自身消光係數大的特點◕✘·,當光束射向金屬表面時◕✘·,進入金屬內的光能會迅速減少◕✘·,進入其內部的光能大幅減少◕✘·,從而反射光能增加↟↟☁。這種膜層加工簡單◕✘·,但反射率較低↟↟☁。

全電介質反射◕✘·,與增透膜原理相同◕✘·,只是用到的膜層折射率要大於透鏡↟↟☁。不過◕✘·,由於大於基地材料的膜層很少◕✘·,所以經常使用多層反射是由高₪☁▩、低折射率的二種材料交替蒸鍍的方法↟↟☁。
分光膜◕✘·,分光膜是按照一定的光強比把光束分成反射光和透射光兩部分的薄膜↟↟☁。薄膜對一種波長起作用◕✘·,叫做單色分光膜;對某光譜區域起分光作用叫做寬頻分光膜

常見的鍍膜材料如下表↟•│◕:





二₪☁▩、鍍膜工作原理

鍍膜功能的實現都是利用光的折反射以及干涉性質實現的◕✘·,以增透膜為例↟↟☁。

如下圖黑色光線為入射光◕✘·,當達到膜層表面時◕✘·,產生了反射光(藍色)◕✘·,與入射光(綠色)◕✘·,再經過膜層後表面反射的光(黃色)◕✘·,由前表面射出的光線(紅光)↟↟☁。由於膜層的厚度為1/4波長◕✘·,則紅光與藍光產生了0.5個波長的相位差◕✘·,兩光波的波峰與波谷互相重疊抵消◕✘·,此時◕✘·,射出的光能就減少◕✘·,射入到鏡片的能量增加◕✘·,得到了增透的效果↟↟☁。

注意的是◕✘·,膜層厚度一定要在1/4波長的奇數倍↟↟☁。



另外◕✘·,據電磁學的基本理論裡◕✘·,提到對於不同介質的透射與反射◕✘·,給出透由介質 n1垂直入射至 n2射率的公式↟↟☁。 

舉例◕✘·,若是空氣的折射率是1 ◕✘·,鍍膜的折射率為1.3◕✘·,玻璃的折射率是1.7↟↟☁。
在沒有鍍膜的情況下◕✘·,即光由空氣直接入射到玻璃中◕✘·,

在鍍膜的情況下◕✘·,即由空氣進入鍍膜後再進入玻璃透射率



注意的是◕✘·,此時增透膜就有了兩個重要條件↟•│◕:(1)膜層厚度一定要在1/4波長的奇數倍↟↟☁。(2)膜層折射率要在空氣與玻璃折射率之間↟↟☁。

三₪☁▩、鍍膜的應用

光學薄膜在我們的生活中應用非常多◕✘·,包括日常生活中的精密的光學鏡頭₪☁▩、鐳射器₪☁▩、顯示器◕✘·,通訊◕✘·,照明等都有光學薄膜應用↟↟☁。

增透膜的使用很普遍◕✘·,基本上所有的透射類鏡頭都需要鍍上增透膜◕✘·,鏡頭的透過率對提升影象品質起著非常重要的作用◕✘·,增加成像亮度◕✘·,理論上◕✘·,鍍膜可以使透鏡的透光率達到100%◕✘·,並且會減少由反射出的光引起的鬼像等一系列影響成像清晰度的↟↟☁。

增反射膜經常做成光學反射鏡◕✘·,在天文望遠鏡中◕✘·,可以做成反射式望遠鏡◕✘·,有著大口徑◕✘·,且質量輕的特點◕✘·,並且不存在色差↟↟☁。

儘管在50年代◕✘·,設計者就知道鍍膜可以減少炫光的發生◕✘·,也可以增強影像的反差和減少照片中的光暈現象↟↟☁。可是並沒有適當的加工技術↟↟☁。所以◕✘·,在光學鏡頭上鍍膜一直無法得到發展↟↟☁。直到1968年新一代的鍍膜技術的發明◕✘·,讓鍍膜工藝普及◕✘·,才使擁有鍍膜的鏡頭日益大眾化↟↟☁。



【來源↟•│◕:光虎光學內部培訓資料】



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