真的存在没有反光的眼镜吗?

起因

前几天看某个 YouTuber 说因为眼镜反射很厉害,导致很难打光,想去眼睛店配一副新的眼镜,能减少反光。眼睛店老板号称富士的某款镜片可以「几乎」解决所有反光,花了好几万新台币,买回来发现除了反射从绿色变成了紫色,没有明显差异。

原理

眼镜镜片减少反射的主要原理是利用镀膜。为什么镀膜可以减少反射呢?我们需要一些简单易懂的物理课。我们将光看成一束波(这里就先不讲量子力学里光的特性,太复杂了),当光打在镜片上时,大部分的光会透过去,少部分会发生反射。如果现在在镜片前还有一层镀膜,由于这是两个不同介质的物质,光线会先发生折射,再发生刚刚的透过和反射的过程。同时在镀膜的表面,还有可能再发生一次反射。于是我们得到了两束平行的反射光,反射 1 和反射 2,这两束光有一个相位差 φ,如果这个相位差恰好能使两束光线的波峰和波谷叠加(发生干涉),那么这部分能量就会被抵消,反射光减小;但是又由于能量守恒,所以透过镜片的光线就会增加。所以这一类镀膜也称为「增透膜」。

AR Coating

我们现在从原理上了解了增透膜如何减少反光,接下来的问题是,镀膜减少的反射光由什么决定?基本上就是膜层的折射率乘以厚度(即光学厚度)。因为这个光学厚度的两倍是光线 2 比光线 1 多走的路程,如果这个厚度恰好是半波长的一半(或者半波长的整倍数加 1/4 波长),那么这束光线就能被完全抵消。

实践分析

那么问题来了,最常见的摄影灯光是白光,白光不是单一波长的光,显然不可能由一层增透膜抵消掉。事实上镜片会使用多层镀膜,多层镀膜的效果比较难计算,但要想抵消掉全部白光里各种波长的光也是困难重重。

那么为什么配了这个减少反光的眼镜后,反光从绿色变成了紫色呢?其实也很好理解,因为 400nm 波长的紫光,比 550nm 左右的绿光半波长更短,这要求镀膜材料的厚度和反射率都要更低。波长越短的光对于材料和镀膜的技术要求都更高,自然就更难处理。

事实上,像是相机镜头中,由于通常需要多组镜片,问题会叠加,提高透光率的要求更高。但随便拿哪个再贵的相机镜头出来,放在太阳地下还是能看到绿色、紫色或者红色的反光,没有能完全抵消掉反光的镜片。

总结

不过平心而论,各个镜片厂商对于这个镀膜减反射特性的描述都是很详细的。比如说我随便找了一下蔡司的镀膜规格,说的是主要和传统镀膜比起来降低了 1% 左右的绿光反射率,由于人眼对绿光更敏感,所以比较有效果。但是看着这张图就知道在紫色光的 400nm 部分,反射率还是高达 5%,和传统镀膜并没有明显差异。

Zeiss Coating Sample

所以这个问题的最后,为什么这个几万元的眼镜明明只是降低了 1% 绿光反射,会让人觉得能降低大部分反射,最后花了冤枉钱呢?其实镜片厂没有骗人,详细的资料列得很清楚,但买镜片的客户并不是从镜片厂直接获取的资讯,经过了一层眼镜店老板。眼镜店老板又不用学习光学,他的职责就是怎么卖出更大的利润,结果就是被眼镜店老板骗了。