塑料光学镜头如何制造，塑料镜头的制造方案

光学镀膜是一层或数层薄膜附着在光学零件表面上，用以改变其对光的反射或者折射，薄膜光学主要是研究光在薄膜间的干涉作用。常见的镀膜种类有镜面膜，增透膜，带通膜，半透半反膜等，更加复杂的镀膜会可以对于不同偏振态的光表现出不同的反射和透射数值等。本文将主要讨论在手机塑料镜头上最主要应用的增透膜（减反膜，ARCoating），不过基本上各种种类的镀膜的考虑都是一样的，只是因为功能不同名字也不同。除了手机镜头，滤光片等各种成像光学领域，光学镀膜广泛应用于显示屏制造，眼镜制造等领域。

1：减反膜（AR）

手机镜头使用最多的镀膜是减反膜（增透膜，ARCoating），更准确说叫可见光波段减反膜，主要作用就是降低可见光波段的反射率，增加可见光波段的透过率。多层镀膜的AR膜可以将透过率增加到99%以上。带通类膜可以算是增透膜的特殊种类：红外带通主要就是增强红外的透过率。可见光红外双波段带通就是尽量优化增强可见光+近红外（850nm或940nm）的透过率。可见光波段应用的镜片的红外波段一般不做特别的截止处理设计，因为截止带通主要是由滤光片进行，因为滤光片是平的，玻璃基底，在滤光片上实现带通功能更加方便高效。在前期文章“塑料镜头材料-镜片材料”中，我们看到大部分光学塑料的透过率在90%左右，虽然也不错，但是对比一些玻璃可见光波段99%的透过率还是有很大差距。增透膜的作用很大，第一增加透过率可以很好地提升光学成像质量，第二，降低反射也可以同时非常好地降低杂光，现代手机镜头多至7片~8片的镜片间及镜片和非光学结构间的反射造成的鬼像和杂光非常严重，一些可以通过对光学面型及结构优化处理掉，另一些就需要尽量降低杂光能量，其中镀膜是重要的降低杂光方法。

2：颜色：

手机镜头加工为了美观，有一些会进行一些颜色处理，主要方式就是略微增加某个颜色的反射率，让手机镜头外观显现出某种颜色（或者不做特别处理，就使用优化后显现出来的颜色即可）。可以对单镜片进行这种处理，选择哪个镜片进行这种取决于从外面看到的效果。颜色算是AR镀膜的副产品。

3：防指纹，防刮膜：

这种膜镀在镜头最外面一片上用以疏水和防指纹。总体上来说现代手机镀膜主要是AR膜，最上层防水防指纹，同时带有一定颜色。

4：镀膜设计：

本文会简单介绍一下镀膜设计，文章重点还主要是制造。FieldGuidetoOpticalThinFilms里总结说的很好：基本上所有电介质光学膜的基础都是控制反射，透过率，光密度等参数都是副产品。（Reflectioncontrolisthebasisofessentiallyalldielectricopticalcoatings;andtransmittance,opticaldensity,etc.,arebyproductsofreflection(andabsorption)。理论基础主要是菲涅尔方程，当光从一种折射率为n1的介质向另一种折射率为n2的介质传播时，在两者的交界处（通常称作界面）可能会同时发生光的反射和折射。菲涅尔方程描述了光波的不同分量被折射和反射的情况，也描述了波反射时的相变。方程成立的条件是：界面是光滑平面，入射光是平面波，边际效应可被忽略。对于大部分光学讨论的范畴，S和P偏振光在界面上的反射可以描述为以下公式，同时反射R+透射T+吸收A=1

5：折射率匹配膜:

最简单的AR镀膜是瑞利（瑞利散射那个瑞利）在1886年发现的。那个年代的玻璃镜片时间长了表面会出现污迹层，类似于油污的样子，是由金属和非金属化学反应产生的（可能是当年的玻璃纯度很差的原因）。瑞利在测试一些有轻微污迹层的镜片时发现这些镜片透过率比新的干净的镜片还要高。这层污迹层把原来的空气-玻璃界面分成了空气-污迹界面和污迹-玻璃界面。然后这层污迹的折射率在空气和玻璃折射率中间，每一个分别层的反射率都比空气-玻璃层的反射率低。

当光垂直入射时，根据菲涅尔方程r=(n1–n2)/(n1+n2)，带入一层界面：空气vs玻璃，以及两层界面：空气vs膜层vs玻璃就很容易算出两层界面的整体反射率降低了，这解释了瑞利遇到的现象。瑞利这种看到的这种增透作用主要是折射率匹配的原理，使用这种原理的有连续渐变折射率GRINARcoating，不过本文不会详细讨论该种镀膜。

6：单层AR干涉膜：

干涉型减反膜是使用光的干涉原理，下面的左图很好地表达的什么是干涉型AR膜，当一束光入射一个薄层时，如果该薄层厚度被非常精确地控制，正好等于该光束波长的1/4，那么在上下个界面反射的光线互相之间正好有1/2波长的相位差，如果他们的强度还相等，那么他们就可以互相干涉相消。下图右图展示了更实际的情况，光线会在薄层中进行多次反射，最终形非常多的反射光线。

这种简单形式构成的镀膜的0°入射角的反射性能如下图(a)曲线展示的反射率曲线，由于只有一层薄膜，所以它只对一个波长的光是1/4波片。所以可以看到远离中心波长的部分反射率逐渐上升。同时，对于不同入射角，反射率同样逐渐上升。根据上面的场景，需要计算出r1和r2强度相等时的折射率n，选择近似这种折射率的材料，然后精确地制造这层薄膜。实际生产中，MgF2在玻璃和塑料镀膜中被广泛应用，折射率为1.38，使用物理蒸发式镀膜方式可以很好地附着在基底上。

7：多层AR干涉膜：

上面的单层镀膜根据相同原理，如果我们增加薄膜的层数，通过计算和优化，可以实现在更广的波长范围，更广的入射角的覆盖范围尽量降低折射率。如下图所示，两层的镀膜使用两种材料，可以实现如上图（b）所示折射率曲线，被称为V型镀膜，两层镀膜就可以把中心波长0°入射角的反射率降低到0。三层的镀膜可以实现如上图（c）所示折射率曲线，可以看到已经可以实现相对比较宽波段的反射率降低。