我们拍照都一定会用到相机镜头,但你知道相机镜头是怎么制造出来的吗?下面来跟大家说明这些重点步骤到底在做些什么。
制造镜头可以分成两个部分:镜片与结构本体。在镜头的制造过程中,镜片从准备要开始镀膜起,直到被装上镜头为止,都必须要在无尘室中进行作业,因此必须像上图这样穿好无尘衣并通过除尘关卡之后才可以进入工厂开始作业。
不过如果是镜片最开始的抛光,或是制造镜头的本体结构时,由于制造过程本身就会产生很多粉尘,也没有必要在无尘室中进行作业,就不需要穿无尘衣了。
镜头的镜片与镜身是分开制造的,上图这是要开始制造镜筒。
很多人以为CNC是把一根圆柱体拆掉内部变成一个圆筒,但其实这样是非常非常浪费材料的。因此在制造圆筒时,通常都是用预先抽成管状的金属原料来加工,由于金属原料是称重在卖的,因此购买管状原料会省下不少成本。
虽然CNC的机器看起来好像都转得非常快速,但实际上这些机器在车削、研磨的过程都是缓慢不急躁的。这是因为如果CNC机器转速太快,会让金属发热而影响强度,也可能会造成极具的损毁。因此即便在车削过程中有如上图这样不断地用水或润滑油来降温,但制造过程仍然不能快。
车削并研磨完成之后,就是一个一个的银色圆筒啦~但除了徕卡之外,现在几乎没有厂商的镜头还在做银色的,因此必须靠阳极处理来将这些银色圆筒变成黑色的。阳极处理的速度非常快,并不是我们想像中电解电镀那样缓慢需要等待,跟前面的CNC车削是完全相反的作业型态。
阳极处理要把金属物件泡到药水里去通电,如果数量很大的话,大型的工厂就会如上图这样用机器来处理。
到这里就成功把银色零件变成黑色的啰!另外阳极处理也可以做出其他各种不同的颜色,就好像iPhone也能做出玫瑰金一样,阳极处理什么红橙黄绿蓝靛紫通通都可以做出来,并不局限于黑色~
其实对于镜头一直有个误解,总会认为相机一定要是很精密零公差的东西,但实际上却并非如此。整台相机之中,如果从徕卡最早时候看到现在的话,那么过往的相机制造通常是镜头精密,相机不那么精密。
会有这样的情况是因为镜头牵涉到对焦的问题,而整组镜片在镜头里面移动时会影响到光学成像质量,因此如果无法依照镜头原来设计的方式动作的话,画质就有可能受到折损。
徕卡以前有颗镜头,内部镜片在对焦时移动的距离不到2mm,但却能完成从最近距离到无限远对焦,由此可见镜头的精密度是非常重要的。但同样是注重镜头精密的徕卡,过去制造徕卡 M3时就有「两台相机零件无法共享」的困境,就是因为相机公差太大,导致每台相机都必须经过师傅个别打磨之后才装得上去的情况。
虽说现在都是以大量自动化机械辅助生产了,但如果该厂商没有特别关注公差的话,那么直到今日仍有可能出现不够精密的问题。看看一些品牌的智能手机,还会出现镜头并没有安装在镜头孔正中间的问题,就可以知道绝对不是自动化生产就能绝对精密。
但镜片可就不只是这样了,从最开始的玻璃原料开始就是各大品牌的机密,尔后再到光学结构设计、镀膜结构设计、制造技术工法等,都是各大镜头厂的不传之祕。不过今天可不是要来说别人制造镜片的机密为何,毕竟那也不是我们能知道的事情,因此这篇文章要说的,是通用的「镜头镜片制造」流程,也就是每一家厂商都必定要做的制造步骤。
有些厂商的镜片会使用自己的配方,例如鞍山激埃特光电,专业的生产,设计/定制各类光学镜头。
上图可以看到那些镜片都是雾雾的,这些都必须倚赖长时间抛光才能将镜片抛到像我们平常看到的镜片那样晶莹透亮。
抛光就像上图这样,一边润滑,一边用抛光轮不断旋转抛光,有点像是帮汽车打蜡那样。不过抛光可不只是耗费时间,如何有效率且不破坏镜片地抛光,也是非常重要的事情。例如今年推出的零牛顿环超光滑滤镜,就是得花上数小时,用上特殊技术才能抛出如此光滑平整的表面。
镜片是否光滑会影响很多事情,其中最大的影响,就是画面细节。以滤镜为例,如果抛光不足,套上长焦镜头时就会出现相片细节线条扭曲等问题;反之若能充分抛光,就能让相片保留更多的细节,让画面更锐利。
上图是抛光完成的镜片,在经过长时间抛光后,已不看不见前面镜片那种雾雾的感觉,而是上图这样晶莹剔透的外观。
不过在抛光过程中肯定会有一些损耗,或是玻璃本身材质问题造成的不良品。因此在完成抛光之后,就要做大量的检测来确保不会有不良品被放进锅炉里面镀膜。但为何要这么麻烦呢?这是因为镀膜的成本特别高,且是几乎无法节省的定额成本,请看下图:
工作人员必须把镜片一一放在伞架上面的制具里,之后再放进锅炉里镀膜。
由于锅炉一次只能放一个伞架,因此每开锅一次所能处理镀膜的镜片都有其数量限制。而镀膜时必须在真空、高温下进行,看到这里,各位应该明白为何要先把有问题的不良品挑出来了吧?就是要避免那些镀了也没用的不良品占据空间,浪费成本啊!
检查镜片是非常非常麻烦的事情,上图的工作人员在一片漆黑中检查镜片。这并不是为了相片拍摄效果而特别弄出来的光影效果,而是在无尘室中检查玻璃就是用这种方式处理:在漆黑的环境里开一盏台灯,靠着台灯的光线检查镜片上是不是有任何刮伤、破损、脏污、灰尘,并在放上伞架之前将坏的挑掉、脏的擦干净。
坏的镜片挑掉,但脏的要怎么擦干净呢?其实也没什么特别的方法,就是用无尘纸沾点酒精把镜片擦干净而已。事实上在进到这个步骤之前,镜片通常还会用特殊的洗净机再洗一次,避免抛光造成的粉尘、沾上的润滑液等留在镜片上,造成镀膜失败。但事情没有绝对,即便经过层层清洗关关检查,上到伞架之前都还是可能会有漏网之鱼,因此每一片镜片放上伞架之前都要在细细检查一遍才行。
镀膜除了锅炉设定、镀膜层设计等可以靠电脑机械辅助之外,剩下的都是大量人工手工操作。在放进锅炉之前,除了要用肉眼检查之外,每一片镜片放上伞架都必须靠人手一片一片地放到伞架之上。
但你以为这样就结束了吗?不,镜片镀膜必须两面都处理,但伞架可不会自己翻面。因此镀完一面之后,必须拿出来靠人手在一片片地翻过来才行。
镀膜锅炉有很多厂商在制造,但都有同样的特色:非常昂贵,随便都是千万起跳的高贵器械。如果是巨大玻璃要用的锅炉,价格更是三级跳!不过像上图这种只是用来替镜片镀膜的,所以不需要太大花费。
不过开锅一次又是几万几万的电费…只能说这东西真的不是我们普通人能玩的。镀膜完成之后其实还再次检查,因为镀膜还是会因为各种不可思议的神秘因素而出现镀膜不均匀,或是脱膜的情况。因此实际上镀膜完成之后还得再检查一次才行,只是前面已经放过图了,这里就不再放一次。
镜片镀膜完成之后,最后的步骤就是上漆、上胶等工序。上漆指的是上图与下图的工序,是在镜片的边缘用特殊不反光的黑漆涂黑,减少光线通过镜片时在镜片的边框与边框之间不断反射,造成画质下降。
这道手续其实没有什么诀窍,就是把镜片边框涂黑而已,真正有影响的是黑漆的吸光能力,以及镜片内抗反射的性能表现。至于上胶则有两个用途,第一是替镜片装上固定镜片的外框,让镜片能被镜筒内控制镜片前后移动的机构固定;第二种情况则是针对那些必须将两片镜片黏合起来的光学结构设计,用特殊透明光学胶将镜片黏在一起。
胶合镜片是件麻烦事,镜片之间所使用的光学胶不仅会影响画质表现,同时也会影响镜头的使用年限。几十年前徕卡曾经用过一种很容易变质的光学胶,导致部分型号的镜头很容易在没发霉的情况下出现镜片中间雾化,甚至破坏镀膜等问题。因此上胶、上漆都不是太麻烦的事,但用上的漆与胶的配方,才是各家镜头厂的绝密。
镜片处理好之后,最后就是跟前面制造的镜筒、镜身等结构组装起来,再加上那些自动对焦的马达、控制电路等,就可完成一颗镜头了。虽说最后就只是把所有零件装起来,但请不要忽略这个步骤!镜头安装时的精度,不仅会影响对焦的性能,同时也会对画质好坏形成重大影响。
最后再经过简单的测试,确定镜头可以正确动作之后,就可以包装销售了。