【光学知识】镀膜对镜头的影响

  • 作者:

  • 来源:光虎光电科技(天津)有限公司

  • 访问量:130

  • 发布时间:2022-10-24 11:24:00

镀膜对镜头的影响


光学镀膜是以光的波动性和干涉现象为基础,在光学零件表面上镀上一层(或多层)金属(或介质)薄膜的工艺过程。光学膜层首先是厚度薄,其厚度可以和入射光波长相比拟,其次是会产生一定光学效应引起光线干涉。目的是为了达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。

一、镀膜分类与材料

增透膜,是使用广泛的膜层。由于光学系统的复杂,在每片透镜都会折射掉一部分光,产生能量损耗,并且这些折射光也会成为杂散光影响成像。这是材料特有性质,所以需要增透膜,增加透射率。增透的实现是利用光的折反射与干涉的性质,减少反射的光能从而实现增加透射的光能。




反射膜,反射膜的实现可以有两种方法:金属反射膜和全电介质反射。金属反射膜是利用金属自身消光系数大的特点,当光束射向金属表面时,进入金属内的光能会迅速减少,进入其内部的光能大幅减少,从而反射光能增加。这种膜层加工简单,但反射率较低。

全电介质反射,与增透膜原理相同,只是用到的膜层折射率要大于透镜。不过,由于大于基地材料的膜层很少,所以经常使用多层反射是由高、低折射率的二种材料交替蒸镀的方法。
分光膜,分光膜是按照一定的光强比把光束分成反射光和透射光两部分的薄膜。薄膜对一种波长起作用,叫做单色分光膜;对某光谱区域起分光作用叫做宽带分光膜

常见的镀膜材料如下表:





二、镀膜工作原理

镀膜功能的实现都是利用光的折反射以及干涉性质实现的,以增透膜为例。

如下图黑色光线为入射光,当达到膜层表面时,产生了反射光(蓝色),与入射光(绿色),再经过膜层后表面反射的光(黄色),由前表面射出的光线(红光)。由于膜层的厚度为1/4波长,则红光与蓝光产生了0.5个波长的相位差,两光波的波峰与波谷互相重叠抵消,此时,射出的光能就减少,射入到镜片的能量增加,得到了增透的效果。

注意的是,膜层厚度一定要在1/4波长的奇数倍。



另外,据电磁学的基本理论里,提到对于不同介质的透射与反射,给出透由介质 n1垂直入射至 n2射率的公式。 

举例,若是空气的折射率是1 ,镀膜的折射率为1.3,玻璃的折射率是1.7。
在没有镀膜的情况下,即光由空气直接入射到玻璃中,

在镀膜的情况下,即由空气进入镀膜后再进入玻璃透射率



注意的是,此时增透膜就有了两个重要条件:(1)膜层厚度一定要在1/4波长的奇数倍。(2)膜层折射率要在空气与玻璃折射率之间。

三、镀膜的应用

光学薄膜在我们的生活中应用非常多,包括日常生活中的精密的光学镜头、激光器、显示器,通信,照明等都有光学薄膜应用。

增透膜的使用很普遍,基本上所有的透射类镜头都需要镀上增透膜,镜头的透过率对提升图像品质起着非常重要的作用,增加成像亮度,理论上,镀膜可以使透镜的透光率达到100%,并且会减少由反射出的光引起的鬼像等一系列影响成像清晰度的。

增反射膜经常做成光学反射镜,在天文望远镜中,可以做成反射式望远镜,有着大口径,且质量轻的特点,并且不存在色差。

尽管在50年代,设计者就知道镀膜可以减少炫光的发生,也可以增强影像的反差和减少照片中的光晕现象。可是并没有适当的加工技术。所以,在光学镜头上镀膜一直无法得到发展。直到1968年新一代的镀膜技术的发明,让镀膜工艺普及,才使拥有镀膜的镜头日益大众化。



【来源:光虎光学内部培训资料】



光虎光学专业生产由德国设计的工业镜头
以高精度双远心镜头为核心,涵盖高性能FA定焦镜头、变倍镜头等产品。
可实现为客户定制化研发生产。光虎光学还代理欧美日机器视觉全系列产品。
如面阵与线扫工业相机、智能相机、3D相机、红外与紫外相机、光源、图像采集卡、机器视觉软件及其他周边产品。