[STC光學實驗室]如何打造最高品質光學濾鏡(一)

－光學鍍膜的最佳製程  奈米科技（Nanotechnology）

光學與工業界上常用來生產光學膜堆的方式有熱蒸鍍, 濺鍍, 閘極離子源等方式 ，STC 採用的是最新式的離子助鍍法，膜堆生成速度快且穩定．每一層高低折射率的膜堆可以穩定控制在奈米及的厚度範圍之內，可以透過 A.I 膜堆生成軟體根據物質在奈米尺寸下之特殊物理、化學的性質或現象，有效地將原子或分子組合成新的奈米結構，以達到特定光譜反射率的增加或減少，或是表面改質。例如STC全系列的超疏水的Ultra Layer 的奈米結構可以在SiO2的光學玻璃表面可以形成一水滴撥水角度可達110度的超高規格防水層，同時這奈米分子細微到連細菌都無法突破這層層壁壘。

為了要讓奈米鍍膜達到的最佳密合度做法有許多種，而STC選用的是為離子助鍍法來做為我們全系列濾鏡的膜堆生成方式．在真空爐開始鍍膜前，要先使用離子槍轟擊基（例：玻璃）表面，將平整的基材表面打出微結構的孔隙，才能接著讓坩鍋中被打上來的高低折射率的粒子（例：SiO2 或是ＭgF2 等）有效被助鍍（鑲嵌）在玻璃表面，提高其附著力。而雙面奈米鍍膜則是更重要但耗人力工費時的製程了，雖然人眼不容易辨識出單面或雙面鍍膜的差異性，但在高畫素相機的解像力上，所有的光學製成精細度都會被感光元件放大檢視，唯有完整的雙面多層膜堆才能夠以最佳的光學穿透度來呈現高品質的照片 ，STC 的董事長也是科學家 吳孟聰先生 堅持做到雙面AR膜堆設計兩倍的生產時間，達到五年之內鏡片不會跟不上相機解析度增長的速度。

－玻璃的研磨與拋光

當前的光學技術，量產玻璃研磨工法主要先以傳統轉盤研磨之後，分為超精密流體拋光技術和雷射拋光兩種不同的製作流程，若是天文宇宙用鏡頭或超精密的拋光鏡頭，大部分仍使用超精密流體拋光研磨，雷射拋光則以快速量產產品為主，由於自2014年起，數位相機已經開始朝移除低通濾波鏡的高解像力趨勢邁進，相對會造成過往部份已經生產的鏡頭漸漸跟不上高畫素相機的解析度，所以拋光的工藝必需要再更精密，STC全系列鏡片均以超精密流體拋光技術加工生產，其超品質表面平整度將可以應付未來五年之內的超高畫素相機使用。

－牛頓環

在光學上，牛頓環（英語：Newton's rings）是一個等厚干涉現象。將一塊平凸透鏡凸面朝下放在一塊平面透鏡上，將單色光直射向凸鏡的平面，可以觀察到一個個明暗相間的圓環條紋。若使用白光，則可以觀察到彩虹狀的圓環彩色條紋。第一個對此現象進行分析的人是英國物理學家艾薩克·牛頓爵士，因而命名為牛頓環。

在濾鏡上，牛頓環可以被用做是玻璃表面平整度的規格，在同一個平面中出現的牛頓環越少的情況下，代表玻璃表面的平整度是相同的，沒有高低落差，可影響光學的成像結果為更加清晰銳利，避免因不平整的鏡片表面而造成影像放大率的不同，尤其是在超高解像力的相機上，任何一個玻璃表面區塊不平整，都會在高畫素下被放大造成成像落差。

－AR抗反射鍍膜

AR是抗Anti-Reflection（反射膜堆）的縮寫，是指透過設計過的光學膜堆與鍍膜技術將高折射與低折射的兩種材料以多層次堆疊在玻璃表面 ，透過膜堆的堆疊改質將基材（玻璃）表面反光減少，而反射率的倒數即是穿透率 ，進而增加整體光譜穿透率。

一般來說，光線在通過透明玻璃時會產生到兩次反射，一次是表面受光面的反射，另一面是玻璃內部的反射。早期的玻璃工藝是物理方式將玻璃表面變粗糙以減少反射，但表面粗糙的玻璃是會讓光學解析度下降，在光學濾鏡的產品上，大多數的專業廠商會採用鍍膜的方式，德國蔡司（Zeiss）品牌的 T 鍍膜就是AR鍍膜技術而知名的，這是起源於二次大戰時期，為了讓德國軍隊的的望遠鏡與瞄具鏡片不會因為反光而被敵人發現，軍方所發展的先進技術，現今則是應用在工業上來增加玻璃穿透度，在2000年的手機市場技術競爭下，也在逐步發展出更多製造高穿透玻璃螢幕的技術。

基本的AR鍍膜技術，能夠讓單面玻璃減少4%左右的反射率，因此雙面鍍膜的玻璃即可減少8%的反射率，換言之，穿透率也就增加了8%（如下圖所示），製作精良的光學鏡頭都會做雙面AR鍍膜，以提高鏡片的穿透率。

但所有AR鍍膜技術目前唯一天生的缺點是，膜層越多抗反射效果越佳但也因為堆疊更多的膜層造成結構脆弱，容易造成刮痕，市面上大部分廠牌的濾鏡就會選擇製作內側單面的AR鍍膜，或是簡單度一個有顏色的膜堆．以減少外側鏡面的外力刮傷，但相對的穿透率就減少4%左右。有鑑於此，STC的鍍膜技術堅持保留高穿透的優勢留給專業攝影人士，以盡力達到完美的畫質，99%的穿透率是以「平均值」來保證，並非「峰值99%」的模稜兩可之詞 ，建議直接光譜儀測量穿透率就可以一較高下。

－抗靜電膜層

玻璃本質上是絕緣體，會因摩擦或接觸等原因產生靜電，且不容易消除，以致於灰塵微粒容易吸附在其表面，造成清潔保養上的困難。因此，透過抗靜電膜層作為表面活性界面，可賦予高分子材料表面一定的潤滑性、降低摩擦係數、抑製和減少靜電荷，尤其在極為乾燥又風沙大的環境旅遊攝影時，附有抗靜電膜層的濾鏡能夠有效減少沙塵與毛髮的附著，不僅在拍攝上畫質獲得提升，清潔保養時只需拭鏡布與吹球就能輕易的將濾鏡恢復透亮的表面。

－耀光與鬼影

耀光與鬼影大多發生在強光直射在鏡頭中讓光產生內部反射或玻璃內漫射的現象，照會造成照片中會有一塊光線遮住原本要截取的影像，或是黑白反差和色調都明顯下降，畫面解析度變差。最基本的預防方式是在烈日或頂光、背光情況下攝影時，務必使用遮光罩，同時也要注意濾鏡與鏡頭的清潔。

當然，高品質鍍膜的濾鏡可以藉由高穿透、抗反射的AR鍍膜技術，有效減少內反射與玻璃內光線漫射的問題，就可減少所謂的鬼影。以STC濾鏡的製程來說，除了耗工費時的成本在玻璃的正反兩面都鍍上多層膜之外，在玻璃切割面的外緣處使用可吸收紅外線光的色墨將玻璃邊緣塗黑，有效減少玻璃內部漫射的光線。

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