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绚烂的色彩——宾得镀膜那点事儿

天魔王 PENTAX和LEICA笔记 2019-08-22

       宾得镀膜,一个充满传奇色彩的名字,也饱受不胜枚举的误解!在它斑斓色彩的背后,有着举足轻重的存在,也有着尚能饭否的质疑。当你一层一层的解开它神秘的面纱之时,方才能看到他五彩斑斓的绚烂!


宾得并非最早使用多层镀膜的厂家,更非第一个发明镀膜的厂家


      关于镜头光学镀膜的历史,可以追溯到1892年,Cook-Triplet结构的发明者H.Dennis.Taylor。Taylor发现一个极不“科学”的现象:烧过的望远镜,镜片表面经过风化,出现了一层紫色涂层,进而发现,一些老旧镜头或者镜片脏污的镜头,反而比一直干净的新镜头更加通透!他总结归纳后发现经过弱酸侵蚀的玻璃表面存在折射率较低的薄膜,能降低玻璃表面的反射率,这个发现吓得他瓜子都掉了。直到1904年,他才捡起来这个瓜子,申请了全世界第一个光学镀膜的专利(硫化铵和硝酸的稀酸混合物或者硫化氢或亚硫酸的水溶液中浸透玻璃产生镀膜)。

       Taylor这个专利的可操作性非常低,成功率也不高,所以很难大面积的应用和推广,说白了就是个废物。Taylor也算走了狗屎运,12年间都没有人来和他抢注专利,还是让他了第一。不过,这个新发现,使人们知道了镀膜层作用,并相应产生了镀膜技术,人们学会了利用工人的弱酸化学作用,从实验室产生表面的弱酸凝胶层。

       真正让镀膜技术走上历史舞台的,是蔡司的Alexander.Smakula。Smakula博士在1935年注册了一个专利,即在真空中加热蒸发低折射率的氟化物形成薄膜,宣告实用化的防反射镀膜方法的正式诞生,这就是蔡司的红T镀膜(不带*哦,不带*哦)。

(Alexander.Smakula老爷子)

       1938年柯达公司在HECTA镜头上完成镀膜。

       1939-1943年,蔡司又搞出来2层和3层的镀膜,镀膜不再是单层。

       1945年,徕卡在summitar50/2.0镜头上使用了镀膜,在之后的30年,因为自己装逼被反复打脸。

        镜头光学镀膜以20世纪70年代为分水岭,此前多为化学镀膜,通过浸镀法或者喷镀法来实现。70年代的多层镀膜技术带动了物理镀膜的方法,通过真空蒸镀沉降的方式来控制镀膜层数和厚度。

        其后不表,言归正传,跳过25年,聊宾得。

       1970年,旭光学在科隆博览会上发布了Super-Multi-Coated镀膜技术,用于宾得镜头,1971年实现商品化。SMC一推出,各种牛逼各种好,0.2%的反射率有木有!99.8%的透光率有木有!7层之多有木有!整个影像界似乎就此发生了一场多层镀膜的革命,各家在之后的一两年均迎头追赶,譬如1972年发表的蔡司T*。

       旭光学一点也不傻,在大家都想搭便车的时候,悄悄筑起了专利壁垒,各种疯狂注册镀膜方法的专利。结果,几乎所有的主要镜头制造商都要付版税给旭光学,以便可以使用在合理可控的成本范围之内实现镀膜的部分或全部的工艺。然而有一家善于被打脸的公司——Leica,依然坚持他高贵的地位,宣称多层镀膜技术对控制眩光的帮助非常微弱,而减少镜片的数量来控制眩光更为有效。不过打脸的那一刻很快就来了,若干年后旭光学的多层镀膜专利技术过期以后,Leica突然改变了原来的立场,像其他主要的光学制造商一样开始采用多层镀膜技术,这是何等的卧槽!

        关于SMC镀膜的来源,众说纷纭:Asahi公司市场部称是Pentax发明了SMC多层镀膜技术;但主流说法是《控制眩光的多层镀膜技术》一文中说,这种镀膜技术实际上由美国公司OCLI (Optical Coating Laboratories,Inc.)发明的,最初使用在NASA登月计划的太空装备上。Asahi Optical公司从OCLI获得了专利许可;然而有些报告文字还嫌不够乱,报告表明SMC技术是和Ziess共同研发的。反正现在死无对证了,爱咋样咋样吧!

       

SMC镀膜到底是什么?


        SMC(Super-Multi-Coated)并不是镀膜名称,Pentax官方也从来没有说过有种镀膜叫做SMC,其实Pentax对多层镀膜的称呼是MC,自然而然,SMC就是超过常规的MC镀膜的处理,也彰显了他们的独门技术。

       SMC镀膜也并非止步于1970年代,很多胖友都说SMC老啦,都几十年啦,不中用啦,看看NCS他们都有新镀膜啦!有兴趣的看官可以逐年搜索宾得专利,可以看到的最多的专利便是镀膜专利,由此可以很清晰的知道,SMC镀膜是在不断地发展和更新的,并非几十年如一日的一成不变。

       HD镀膜,宾得官网如是描述:多层镀膜通过真空沉积在镜片表面形成传统多层镀膜。在传统镀膜的制造过程中无法增加镀膜的密度导致无法进一步改变镀膜的厚度和降低折射率。但是我们通过HD镀膜独有的技术解决了这个问题。HD镀膜是高精度高密度的纳米级镀膜,通过精确的掌控镀膜的厚度,使整个可见光范围内的反射率大大降低(较之前的镀膜降低50%以上),并能有效抑制鬼影和耀斑。此外,由于HD镀膜的硬度非常高,因此具有优异的耐久性。

       ABC/ABCII镀膜,宾得官网是这样描述的:ABC镀膜是纳米技术催生的最先进镜片镀膜,在多层镀膜之上涂覆均匀的二氧化硅层。光线通过具有低折射率的二氧化硅纳米粒子,实现超低折射率和超高透明度,可以显著减少镜片表面反射并抑制鬼影和耀斑。ABCII通过进一步提高空气比,形成超过ABC镀膜的超低折射率镀膜。

(ABCII镀膜)


世界三大镀膜?


       直到现在,总有人一直在提“世界三大镀膜”:宾得的SMC、蔡司的T*和富士的EBC(还有的说法是蔡司禄来联合研发的HTF取代T*)。也一直有某厂粉天天吹嘘T*镀膜多牛逼,血统多高贵,到底是这么肥事儿么?这都是70年代的故事了,事到如今也就是历史学家茶余饭后的谈资而已!就算放在三四十年前,如果富士能做到如当时SMC在胶合镜组里面都能镀膜的话,也不必为此设计出无需胶合镜组的双高斯结构。另外也提醒某粉,在各家都已普及纳米镀膜的今天,T*连纳米镀膜都不是,吹嘘的意义在哪儿呢?


       一直被模仿,从未被超越!


       SMC镀膜的专利技术并非是什么所谓的层数有多少,也非多牛逼的工艺技术,宾得镀膜的专利技术的核心在于镀膜的位置。刚才魔王也讲了,早在数十年前,宾得便可实现在为消色散设计的胶合镜组的胶合面镀膜,这算是光学上相当重要的贡献之一。宾得在各家镀膜技术还在几近空白的时候,埋头潜心研究,将镀膜界各种简单的工艺和方法的专利注册了个遍,所以就像之前讲的,各厂家想用就要来买买宾得的专利使用权。不然,大家以为佳能SSC镀膜是哪里来的呢?时至今日,宾得的纳米膜可以在任何物体上镀膜,包括结晶物体(对,说的就是你,萤石!),这也是各厂家足以望其项背的资本。

       这里插播一个笑话,镀膜技术中,简单的工艺和方法都被宾得包了,各家都只能绕开宾得专利开发,尼康、索尼、蔡司、松下的专利都是用的吃力不讨好的方法,索尼是蔡司协助设计的,和T*XP类似,这几家都有自己的纳米技术,只有佳能被宾得挡在了外面。佳能的纳米镀膜工艺比较传统,还在研究中就被宾得抢先完成,佳能只能增大数量级来回避宾得的纳米膜专利,于是从纳米级变成微米级(哈哈哈哈哈,笑尿了有木有),于是对外宣称是亚波长SWC(光线波长是纳米级,亚波长就是亚纳米)。


镀膜的核心技术——折射率


       光线从空气直接射入高折射玻璃的反射非常大,但是如果先射入低折射物再进入高折射玻璃的话,那么反射就很小了。光学镜头自二战以来从结构到高折射材料,均有了非常多的改进和突破,唯独是低折射材料一直存在瓶颈尚未取得重大突破,从战前到现在都一直维持在1.38的折射率水平。

       所以,各厂家都在积极寻找更低射率材料的镀膜,比谁的折射率更低。直到纳米镀膜技术的出现,将才将镀膜的折射率向下大幅前进一个台阶。

        我们来看看:传统镀膜的折射率为1.38,佳能SWC折射率为1.34,尼康的nano膜折射率为1.25,宾得HD镀膜的折射率为1.24,宾得ABC镀膜的折射率为1.15,至此可见,宾得的ABC镀膜的折射率低到和别人都不在一个级别是吧!况且HOYA还带走了一款宾得折射率为1.09的专利!想摔桌子啊!

镀膜类型传统镀膜佳能SWC尼康nano宾得HD宾得ABC佳能ASC
折射率1.381.341.251.241.151.09

       然而,实物化单一折射率最低的膜,并不在上面,而是佳能ASC镀膜,折射率低到1.09,牛不牛逼?牛逼!有没有用?光有折射率有个鸟用!至于为什么?魔王讲给你听!

(尼康镀膜效果 左起:未镀膜、传统镀膜、尼康nano纳米镀膜)


(宾得镀膜效果,左起:HD镀膜、传统SMC镀膜、无镀膜)


镀膜的核心要素——镀膜的位置


       一款镀膜牛不牛,到底看什么?有很多朋友都问过魔王这个问题。魔王也反问过问我这个问题的朋友,得到的回答几乎都是——折射率。

       实际上,镀膜是一个复杂的综合性的东西,一款镀膜好不好,首先要看折射率够不够低,其次要看在什么位置镀膜,第三要配合整体设计来搭配镀膜。很多人都明白折射率的问题,对镀膜的位置和设计搭配是一无所知,现在咱们来聊聊。

        一款镜头,如果有10个空气面,其中9个空气面都有折射率拔头筹的镀膜加持,例如透光率达到99.98%,即反射率为0.02%,另一个空气面没有镀膜,透光率为92%,将会是什么样的情况呢?0.9998的9次方*0.92=91.83%的透过率(实际上这样计算透光率是不科学的,因为每个空气面的入射角度都不同,折射率都有区别,魔王后面会讲到,但是道理是这么个道理)。

       另一款镜头,也有10个空气面,全部空气面都有一款非拔头筹的镀膜加持,例如透光率达到99.7%,即反射率为0.3%,将会是什么情况呢?0.997的10次方=97.04%

       无需多言,很有意思的短板理论出现了,但凡在牛逼的镀膜,只要有一个空气面拖了后腿,整体镜头一夜回到解放前,这就是镀膜位置的重要性!

       一般镜头厂家的高级镜头连胶合面都要镀膜,高级镜头的胶合面也需要极高的精度,所以透光率的损失可以忽略,这也是当年pentax SMC称霸膜坛的原因之一。

       佳能、尼康、索尼、富士、腾龙、适马和松下,无一例外的将自家顶级纳米膜运用在顶级镜头中,而且!而且!而且!重要的事情而且三遍!这些纳米膜只是在其中的一两个空气面,其他的空气面依然是传统镀膜甚至没有镀膜!以佳能为例:

(佳能RF85/1.2L)

(佳能RF50/1.2L)

(佳能EF600/4L)

(佳能EF16-35/2.8L III)

(佳能EF11-24/4L)


       宾得牛逼的地方来了!宾得HD(纳米化)化之前的镜头甚至是300元的狗套DAL18-55mm就已经是在全部空气面甚至连胶合面都有SMC镀膜,HD(纳米化)之后的镜头,更是纳米膜无处不在,没有空置的空气面!由此,镀膜工艺高下立判,其他厂家怎么比?

       此外,除了宾得,应该没有第二家敢在物方第一个空气面放置纳米镀膜吧!宾得的纳米镀膜硬度很高,耐擦耐操,不像其他家纳米镀膜绝对不能放在第一面,相信大部分宾友都直接用衣服擦过宾得镜头吧!这也是宾得纳米镀膜技术领先10年的原因。

       魔王在这放佳能的图并不是针对佳能,而是说在座的厂家都是——辣鸡!


纳米镀膜牛不牛逼?


       魔王在和很多摄友聊天的时候,很多摄友对纳米镀膜和传统镀膜的区别没有很清晰的认识,甚至对镀膜的认识还停留在传统镀膜上。那么纳米镀膜到底是个咋肥事哩?

       纳米镀膜是将二氧化硅离子做到纳米级的尺寸,这样的优势在于,镀膜沉积的密度更大,镀膜更加平滑,厚度更加均匀,镀膜的覆盖也更加全面,个体差异减小。



(10个传统SMC镀膜沉积样本,各样本具有一定差异性,精度有偏差)


(10个HD纳米镀膜沉积样本,沉积精度非常高,各样本之间个体差异非常小,同时,在可见光范围内曲线平滑,反映各波长反射率一致,能获得较理想的色彩平衡)


       纳米化是这么多年来的重大突破,材料上终于比1935年蔡司的红T(没有*,单层膜)有了全面的提升,所以各家也都非常积极的先后投入进来。诸如佳能的SWC(这个还不算纳米膜),尼康的NANO crystal ,宾得的SMC(ABC/HD/ABCII)和 索尼的NANO AR 以及ZEISS的T*XP等等。这其中就只有宾得没有为纳米膜新命名,只是附带在SMC镀膜下的ABC版本,所以宾得现在改用HD镀膜来表示纳米化,所以也是很多人以为宾得镀膜没有变化过的原因吧。但是事实就是事实,以多孔径硅作为纳米镀膜的技术,从专利和实用化来看,宾得至少领先了各家10年有余,这也是宾得在镀膜专利中占据绝对主动的核心竞争力!

       既然这样,我们先来看看宾得历史镀膜的反射对比吧:

(图1)

(图2)


       其实很多人在看了宾得这个镀膜的图之后都会说,其实HD镀膜也没有比传统SMC镀膜好到哪儿去啊。这里,魔王需要给大家解读下这两张图所传递的信息了。

       首先,解读这组图有个非常关键的信息,这组图分了0°角(垂直入射)和45°角入射两种,充分说明了入射角不同,反射率是不一样的!反射率是不一样的!反射率是不一样的!这是及其重要的信息!

       其次,对比两张图,在可见光范围内(380nm-780nm),无论HD镀膜、ABC镀膜还是ABCII镀膜均表现出45°角(斜射)的反射率要明显高于0°角(垂直入射)。

        第三、从SMC传统镀膜,到HD纳米镀膜、再到ABC镀膜以及最新的ABCII镀膜,均呈反射率逐渐降低的状态,尤其ABCII镀膜的反射率已经低到另一个层次。同时,可以看出纳米镀膜(HD/ABC/ABCII)镀膜比传统SMC镀膜的反射率完全不是在一个水平线,尤其0°角(垂直入射)的改善更是产生了飞跃(官网说明HD镀膜比传统SMC镀膜的反射率提高了50%以上


        第四、可能有的朋友看到两张图,会发现SMC在0°角(垂直入射)还不如45°角(斜射),看上去弱鸡无比。这里魔王要提醒各位看官,注意纵轴坐标单位,0°角的单位是1%的反射率,45°角的单位是5%的反射率,0°角的反射率整体秒杀45°角。看完这个友情提醒,再看看ABCII的0°角反射率是不是丧心病狂了!

(左侧为45°角反射率,右侧为0°角反射率,此图非宾得镀膜演示,各位看官注意甄别)


       各厂家的镀膜透过率测试一般只有中心的数据,也就是近轴直射下的透过率,传统镀膜的直射透光率其实已经很好了。直射透光率纳米膜能提升的幅度有限,像宾得纳米镀膜(HD/ABC/ABCII)能在SMC传统镀膜的直射反射率上提高50%已经非常罕见。

       多层镀膜通过利用光的干涉,用波长光程差来抵消反光。但是在非近似直射的环境下,情况会变的更复杂。根据菲涅尔方程,斜射会因为入射角增大而增大反射,达到某个角度甚至是全反射,而且斜射光的路径不同直射,原本直射的光程差就不能适用在大角度斜射了,所以要想改善斜射光的反射情况,仍然对低折射材料有很大的依赖,纳米膜的作用在此显现出来。

       通过图2的纳米镀膜和传统镀膜来比较,纳米镀膜对斜射光提升可以到1%,但是,这仅仅是45°角的反射情况,事实上,反射率会根据入射角角度不同而不同,入射角度越大,纳米镀膜所带来的低反射优势也就越明显(这不是在骗你们买HD化的广角镜头)。

       说到这里,就该解释之前的一个误区了,很多胖友计算整套光学系统的透光率用单一透光率的N次方来计算(N=空气面数量),实际这是错误的。从完整的来看一整套光学系统,十多枚镜片不会每一片都会有同样的入射角,另外,每一个空气面所运用的镀膜也都不尽相同,所以不能简单地用折射率的N次方来计算。

 

(SMC PENTAX-DA Fish-Eye 10-17mm f/3.5-4.5 ED)

(HD PENTAX-DA Fish-Eye 10-17mm f/3.5-4.5 ED

       通过宾得新老两个版本的10-17鱼眼镜头的对比,明显可见HD纳米镀膜版的抗眩光能力较于传统镀膜SMC版有非常明显的提升,这也在宾得HD化DA饼干镜头之初,很多胖友对比HD版本和SMC版本得出的HD版本星芒不如SMC版本好看,没有SMC版本更容易出星芒的本质原因。

(SMC镀膜抗眩)


HD镀膜抗眩


很重要的误区


       很多朋友都认为,SMC就只有一种,HD就只有四层,nano也就是1.25。现代镀膜都不是单一一样东西,而是配合不同的玻璃,有不同的配方,不同的层数,SMC/ABC/HD/ABCII都有不同层数的版本,SMC并非只是历史中的7层,HD也非只有简化版的4层。镀膜是参与光学设计的,同一只镜头内,为匹配不同性能的玻璃,往往会在镜片上涂覆不同的镀膜。有的镀膜折射率低,有的镀膜硬度高,有的镀膜层数多,这样根据光路和分光需求形成一个完整的光学系统,只是他们统称HD或者ABC等。

       之前遇到过不少朋友,会将发霉的镜头镀膜清洗掉,或者将整支镜头全部的镀膜洗掉,他们往往认为这样做只会影响到镜头的抗眩光或者甚至没有任何影响。然而无论是从理论还是从实际使用的过程中,这么做都是破坏掉整体的光路。不仅是抗眩光能力减弱,色散也会明显增大,以及镜头的CCI(色彩变化指数)都会发生变化。不信,你试试?


       好了,每次都要废话这么多,就到这里吧!镀膜的内容相对比较零散,各位看官海涵。








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