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【光學(xué)知識(shí)】鍍膜對(duì)鏡頭的影響

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  • 發(fā)布時(shí)間:2022-10-24 11:24:00

鍍膜對(duì)鏡頭的影響


光學(xué)鍍膜是以光的波動(dòng)性和干涉現(xiàn)象為基礎(chǔ),在光學(xué)零件表面上鍍上一層(或多層)金屬(或介質(zhì))薄膜的工藝過(guò)程。光學(xué)膜層首先是厚度薄,其厚度可以和入射光波長(zhǎng)相比擬,其次是會(huì)產(chǎn)生一定光學(xué)效應(yīng)引起光線干涉。目的是為了達(dá)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。由于光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜,在每片透鏡都會(huì)折射掉一部分光,產(chǎn)生能量損耗,并且這些折射光也會(huì)成為雜散光影響成像。這是材料特有性質(zhì),所以需要增透膜,增加透射率。增透的實(shí)現(xiàn)是利用光的折反射與干涉的性質(zhì),減少反射的光能從而實(shí)現(xiàn)增加透射的光能。




反射膜,反射膜的實(shí)現(xiàn)可以有兩種方法:金屬反射膜和全電介質(zhì)反射。金屬反射膜是利用金屬自身消光系數(shù)大的特點(diǎn),當(dāng)光束射向金屬表面時(shí),進(jìn)入金屬內(nèi)的光能會(huì)迅速減少,進(jìn)入其內(nèi)部的光能大幅減少,從而反射光能增加。這種膜層加工簡(jiǎn)單,但反射率較低。

全電介質(zhì)反射,與增透膜原理相同,只是用到的膜層折射率要大于透鏡。不過(guò),由于大于基地材料的膜層很少,所以經(jīng)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(qiáng)比把光束分成反射光和透射光兩部分的薄膜。薄膜對(duì)一種波長(zhǎng)起作用,叫做單色分光膜;對(duì)某光譜區(qū)域起分光作用叫做寬帶分光膜

常見的鍍膜材料如下表:





二、鍍膜工作原理

鍍膜功能的實(shí)現(xiàn)都是利用光的折反射以及干涉性質(zhì)實(shí)現(xiàn)的,以增透膜為例。

如下圖黑色光線為入射光,當(dāng)達(dá)到膜層表面時(shí),產(chǎn)生了反射光(藍(lán)色),與入射光(綠色),再經(jīng)過(guò)膜層后表面反射的光(黃色),由前表面射出的光線(紅光)。由于膜層的厚度為1/4波長(zhǎng),則紅光與藍(lán)光產(chǎn)生了0.5個(gè)波長(zhǎng)的相位差,兩光波的波峰與波谷互相重疊抵消,此時(shí),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(zhǎng)的奇數(shù)倍。



另外,據(jù)電磁學(xué)的基本理論里,提到對(duì)于不同介質(zhì)的透射與反射,給出透由介質(zhì) 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(jìn)入鍍膜后再進(jìn)入玻璃透射率



注意的是,此時(shí)增透膜就有了兩個(gè)重要條件:(1)膜層厚度一定要在1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。(2)膜層折射率要在空氣與玻璃折射率之間。

三、鍍膜的應(yīng)用

光學(xué)薄膜在我們的生活中應(yīng)用非常多,包括日常生活中的精密的光學(xué)鏡頭、激光器、顯示器,通信,照明等都有光學(xué)薄膜應(yīng)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(guò)率對(duì)提升圖像品質(zhì)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(dá)到100%,并且會(huì)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(jīng)常做成光學(xué)反射鏡,在天文望遠(yuǎn)鏡中,可以做成反射式望遠(yuǎn)鏡,有著大口徑,且質(zhì)量輕的特點(diǎn),并且不存在色差。

盡管在50年代,設(shè)計(jì)者就知道鍍膜可以減少炫光的發(fā)生,也可以增強(qiáng)影像的反差和減少照片中的光暈現(xiàn)象??墒遣]有適當(dāng)?shù)募庸ぜ夹g(shù)。所以,在光學(xué)鏡頭上鍍膜一直無(wú)法得到發(fā)展。直到1968年新一代的鍍膜技術(shù)的發(fā)明,讓鍍膜工藝普及,才使擁有鍍膜的鏡頭日益大眾化。



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