同样是来自CR转载LensRental的文章。同样是来自Roger Cicala。个人很建议读下他的一个完整系列。作为一个工作就是和各种镜头打交道的人，从一个非专业人员（他本人也是）的角度，详细的介绍了镜头和相机的生产、发展历程、技术等方面。是发烧友和爱好者都该看看的。其实我觉得其中很多东西，搞这方面的专业人员也许都不太清楚。就像搞光学镜头人不太熟悉机身，搞光学设计的不太熟悉镀膜一样。所以都是能有所收获的。
光学镜头的发展，是有两个停滞期的。一个就是在1860年代到1890年代之间。这个时期，因为玻璃的材质限制，镜头没有啥发展。然后在1880年代末到90年代初，Abbe和Schott发明了现在大家所熟知的光学玻璃。这两个人都是蔡司公司最早的员工。其中Schott还创立了自己的玻璃公司。现在Schott公司还是世界上最好的光学玻璃生产商之一。
另外一个停滞期，就是1910年代到1930年代。因为镜头设计者很快发现，在玻璃和空气的接触面，会存在光的反射。一般来说，光每次通过这个表面，都会有4%左右的能量被反射出来。这极大的限制了镜头所可以使用的镜片数量。当时的镜头，普遍是4-5片镜片的设计。偶有6片的，但那都是做了妥协的。所以虽然相差的纠正需要更多的镜片，但因为反射的存在，镜片数无法太多。比如下面两个常见的镜头设计：
左边是50/1.8（或1.4？我分辨不了），右边则是70-200/2.8。因为这两个设计都太成熟，各大厂商区别不大，所以不必说牌子了。可以看到，50/1.8有12个空气-玻璃界面，而70-200/2.8则有32个。如果在每个界面都会损失4%的光的话，那么从头到尾，50/1.8会损失38%的光，而70-200/2.8则会损失70%。这显然是无法接受的。
在1890年代末，有两个人，英国的Rayleigh爵士（氩的发现者，获得过诺贝尔奖）和Dennis Taylor（库克三片镜头的发明人）发现一个奇怪的现象：旧的，镜片有脏污的镜头，反而比全新的镜头更加通透。因此他们都开始了这方面的研究。Taylor甚至注册了一个化学镀膜的专利。但他们都没有取得真正有突破性的进展。是真正让镀膜技术走上历史舞台的却是蔡司公司的Alexander Smakula。他在1935年发明了给镜片镀膜的适合大规模生产的工艺。这种镀膜能使反射降低80%。所以二战时候，德军的所有光学仪器都比盟军好得多。这项工艺当时也是德国的最高军事机密。
镀膜对降低反射基本有两个作用。一个是改变折射率。从两种介质界面反射出去的光，是和这两种介质的折射率的差的平方成正比的。所以可想而知，镀膜如果能减少空气和玻璃的折射率的差，虽然它的存在增加了一个界面，但其实反射回去的光还是减少的。空气的折射率大概是1.0，而光学玻璃大概是1.5。所以理论上用折射率是1.25的材料做镀膜最好。但因为这种材料找不到，所以我们通常用折射率是1.38的氟化镁做镀膜的材料。因为它不太贵，而且工艺不太难，还很硬。
第二个效果是所谓的干涉效应。简单的说，就是让镀膜只有光的波长的1/4。那么从镀膜的前后两个表面反射回去的光波的相位就会相差1/2波长。很明显的，它们会刚好抵消。这里是很简单的介绍，完整的理解需要一定的量子物理知识。费曼的《量子电动力学》是一本很好的通俗读物。
然而我们都知道，光是由许多颜色组成的，也就是很多波长。这样，适合一个波长的镀膜，对另一个波长就没啥用。为了解决这个问题，镜头设计者想出了多层镀膜的办法。对常见的波长都放一个镀膜层。这样镀膜就可以对多种波长起到干涉效果了。这个时候它们之间的相互影响关系就很复杂了，需要计算机用特殊的算法计算。这也是每个厂家关键的技术秘密之一。
纳米镀膜就是一种特别薄的镀膜。它是有很多直径小于20nm的小球构成的。它的好处是，在光线以很斜的角度射进来的时候，还能发挥很好的干涉效果。而传统的镀膜通常只是为一个角度设计的。所以纳米镀膜比从前的技术效果要好得多。但是因为价格非常昂贵，这种技术目前只在高档镜头的少数表面上有应用。比如说20-30个表面中的2-3个。所以虽然它的效果非常好，但作为整体镜头来说，效果是有限的。
尼康的纳米镀膜演示。左边的在28个表面上26个用了纳米镀膜。右边的没用任何镀膜。
所以下次当你举起相机的时候，想想看在你的镜头里，有那么几微克的东西，少了它，你就啥也拍不出了。
