薄膜在 Optical lens 的應用

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薄膜工程與應用期末報告. 薄膜在 Optical lens 的應用. 授課教師 : 吳文端 學生 : 施昶榆 ma2l0105 王維勤 ma2l0205. Outline. 常見的 Optical lens 為何需要 lens coating? 用於 lens coating 的真空設備 其他 應用 結論 參考資料. 常見的 Optical lens. 相機鏡頭中的透 鏡. 常見的 Optical lens. - PowerPoint PPT Presentation

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薄膜在 Optical lens 的應用

授課教師 : 吳文端 學生 : 施昶榆 ma2l0105

王維勤 ma2l0205

薄膜工程與應用期末報告

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Outline

• 常見的 Optical lens • 為何需要 lens coating?• 用於 lens coating 的真空設備• 其他應用• 結論• 參考資料

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常見的 Optical lens

相機鏡頭中的透鏡

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常見的 Optical lens

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為何需要 lens coating?

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為何需要 lens coating?

• 理想狀態的鏡片,光必須 100% 穿透到達相機的CCD 感應器上完全對焦。

• 但鏡頭中的鏡片種類繁多,各鏡片的物理限制因素不同,導致「像差」的產生。

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何謂鬼影 ?

一般成像系統中所謂的鬼影形成原因有兩點,第一為鏡頭的關係第二為感光元件關係。通常手機鏡頭上是以單片鏡片而相機以多片鏡片所組裝,在光線入射鏡片時,會造成部份光源反射以及部份光源折射,而入射光於鏡片模組或鏡片內來回反射、折射再打到感光源元件上,即會造成鬼影,在此可以以鍍膜的方式降低鬼影發生。在感光元件 CCD 或 CMOS 上,由材質會反光,因此有些光線會反射回鏡片模組裡或鏡片內來回反射,然後再打到感光元件上,因此造成鬼影,所以應避免鏡頭對著光源拍攝或鏡頭範圍邊角有光源拍攝,以免鬼影發生。

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為何需要 lens coating?

• 以氧化鑭玻璃為例,此透鏡的穿透率為 90% ,但剩下 10% 的反射會在成像系統上變為炫光,為彌補此缺失,各公司才開發的不同的 Lens coating技術增加鏡片的透光率。

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• 分六大類 : 增透膜、反光膜、濾光膜、偏振膜、保護膜和電熱膜。

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• 單層膜 :鍍上單層膜的鏡頭,其鏡片表面反光較弱,增加了黃綠光的穿透率,只有紅光與藍光等邊緣波段才會被反射,因此一般鏡片的反光呈淡藍色。

• 多層膜 :相反的,多層膜鏡片穿透率極高,鏡片表面的直接反射很弱,若正對鏡片玻璃並逆光觀看,反光情形很少,只有從側面觀察,才可觀察到鏡面上的反光,且多為深紅、深藍光及深黃光和深綠光,且多層膜的鏡頭,每個鏡片上不可能都同種鍍膜,以免偏色因此未依每片鏡片的不同材質特性而度上不同增透模。

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鍍膜方法• 化學鍍膜 : 一種為浸鍍法、另為噴鍍法浸鍍法是根據欲配置模的性質製備含有成分的溶液,並加熱玻璃放入配置完成的溶液中,再拿出烘乾。噴鍍法是將配置好的溶液裝入噴槍中,再噴於玻璃表面,接著烘乾定型。現在化學鍍膜多為學轉塗佈。• 物理鍍膜 :E-gun 、 Ion beam sputtering以電子束蒸鍍、離子束濺鍍等多種不同的形式進行。物理方式的鍍膜強度和均勻性普遍高於化學鍍膜,加上化學方法鍍膜層數不及物理法來的多(因為鍍多層膜時,溫度和化學作用會影響上層膜的物性)。

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小知識• 鏡頭鍍膜比無鍍膜鏡頭更容易長黴。• 在溼度 65 %、氣溫 15℃ 以下的條件下不易發黴,

防潮箱會是個好選擇。鏡頭最好的保護方法是,取下鏡頭單獨放在電子乾燥箱或者與較大量的e 乾燥劑(如矽膠)放在一起,或放入防潮容器內。最簡便的辦法是將相機裝入有防潮劑塑料袋內保存。  嚴格地說,要把弄髒的鏡頭無損害地擦淨,一般人做不到。現在能做到這一點的修理店,在日本全國也只不過二三十家。一般人擦拭 20~30次後,鏡頭就受到嚴重的損傷。因此必須保持鏡頭乾淨。加上保護濾光鏡一一天光鏡或紫外濾光鏡 (UV)也是個辦法。濾光鏡的清潔方法與鏡頭相同,但價格便宜,擦壞了,更換也容易。

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用於 lens coating 的真空設備

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其他應用

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眼鏡鏡片的鍍膜• 眼鏡已成為現代人常見的配件之一,無論

是為了矯正視力,或是抵禦陽光等需求,眼鏡在生活中隨處可見。

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眼鏡鏡片的鍍膜• 在鏡片上通常會鍍上抗反射層,防止身後

的光線或反射影像映照在鏡片上,影響人眼的視覺

• 部分的鏡片上也鍍上抗 UV 與抗藍光的反射層,能減弱 UV 光與藍光穿透至眼球的強度。

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抗反射( AR )• 一:基本原理:干射 (入射光與反射光相互干射而抵消)• 二:作法:(一)貼膜或著色。(二)蒸鍍或濺鍍。(三)溶膠塗佈。

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抗炫光( AG )• 基本原理:表面均勻霧化,使反射光達到散射的效果 • 作法:(一)傳統:表面蝕刻 ,產生微小凹凸 , 對

外界光源照射進行漫反射 。(二)新作法:奈米塗佈,利用奈米顆粒當

作微結構來造成光線的發散。

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抗炫光( AG )製作方法比較比較項目 傳 統 新 法抗炫光原理 表面微小凹凸 細小結晶粒子

形成方式 表面蝕刻 奈米塗佈厚度( μm ) 3 ~ 10 0.1 ~ 0.4

穿透度下降 10 ~ 20 % 2 ~ 5 %硬度 HB ~ 1H 3 ~ 4H

抗炫光力 100 % 150 ~200 %

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類 別 AG AGR AR ( V ) AR ( W )

處 理 程 序 ( 步 驟 ) 1 3 2 3 ~ 4

操 作 成 本 (%) 100 150 200 300

產品特性

劃素(百萬) ≦200 ≦600 ≦1,000 ≧1,000

清 晰 度 要 求 一般 一般 高 最高

背 光 強 度 低 低 不限 不限

透光品質要求 低 低 高 最高

反射鏡 ● ●

手機 ● ●

手機 ( 高劃素 ) ●

LCD 螢幕 ● ●

CCD 鏡頭 ● ●

光學儀器 ●

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抗指紋(防污 AS )一:基本原理:(一)表面平整化。(二)材料表面張力很大。(三)材料介質不易極化。二:符合材料:铬( Cr )、氟化物。三:作法:(一)電鍍:鍍铬( Cr ) 。(二)高分子塗佈: Teflon 膠。(三)真空蒸鍍:氟化鈣( CaF2 )(四)複合塗佈:奈米塗佈∕含氟高分子。

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類 別 電鍍 高分子塗佈 真空蒸鍍 複合塗佈

材 料 铬 Teflon 膠 氟化鈣 奈米塗佈∕ 含氟高分子

適用基材 金屬 不限 不限 不限

投資成本(萬元)

1,500 800 7,000 800

厚度 (um) 10 10 1 0.1/10.0

操作成本(元∕ m2 )

400 3,000 1,100( 約 ) 270(70+192)

成品耐久性 7 年 3 年 1 年 3 年

硬度 8H 1H 1B 2H

技術成熟鍍 高 高 尚未量產 尚未量產

環境污染度 嚴重 原料管制 一般 一般

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結論• 在光學鏡片上沉積不同功能的薄膜,可使

成像系統有良好的抗反射能力,成像也變得清晰;而薄膜也可以減少鏡頭所需的鏡片數量,同時減輕重量。

• 在眼鏡鏡片上,功能性薄膜不僅可以為眼部降低短波長光的傷害,在發展成熟的科技中,鍍膜更可以防髒污等等,

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參考資料

• Deposition/Coating Systems for End Product Substrates http://www.vtcmag.com/PROD/Products_AUG12_2/products.html

• http://www.3coating.com/cn/productview.asp?id=72

• http://l1.yimg.com/bt/api/res/1.2/lfUM3qdEo4d31H8010Asow--/YXBwaWQ9eW5ld3M7cT04NTt3PTYwMA--/http://media.zenfs.com/zh_hant_tw/News/tw.blog.female/20130515180001_wretch_9810_10.jpg