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【干货】面镜的南派北派之分

【干货】面镜的南派北派之分 三潜社ThreeDivingClub
2024-10-05
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导读:技术贴——深扒关于面镜的一些冷知识

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面镜的生产技术差异

Scuba Mask

Technical differences

我们以前分析过Gull的各种面镜,也讨论过Apollo的Bio Metal面镜值不值,也扒过面镜的历史。近来,小编找到一副Scubapro的Crystals VU,佩戴之余突然感到东西方生产商对面镜的理解迥然不同。

因此有了今天题为“南派北派”的议论,说是“南北派”,其实源于东方包括中国、日本、韩国等对西方包括欧美在内的面镜技术差别,文章较长,客官请耐心。

面镜的核心×玻璃


我们先说西方制造商,它们普遍喜欢在镜片的入射光里做文章,希望做加法,为的是应对水下光暗的情况增加亮度,在这之前,先看看玻璃怎么来的(来自百度)。

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Glasses

玻璃制作

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准备硅砂

硅砂也被称为石英砂,是制作玻璃的主要材料。制作透明玻璃片需要没有铁杂质的玻璃,因为铁质会造成玻璃呈绿色。

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处理超细颗粒的硅砂时,请带上面罩,不小心将其吸入可引起喉咙和肺部不适; 

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硅砂通常价格不会太贵。如果想以工业规模运作,专业供应商可为大批订单提供极为优惠的价格;

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如果无法找到不含铁杂质的硅砂,可添加少许二氧化锰抵消铁质造成的着色效果。

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将碳酸钠和氧化钙添加

硅砂里

碳酸钠(俗称洗涤碱)可降低制作玻璃所需的温度。然而,碳酸钠会使水溶入玻璃,所以必须添加氧化钙或石灰来使玻璃不溶于水中。此外,也可加入氧化镁和(或)氧化铝,使制作出来的玻璃更耐用。一般,这些添加剂在玻璃混合物中不超过26到30%。

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根据玻璃的用途添加其它

化学品

装饰性玻璃最常见的添加物是氧化铅,能让水晶玻璃器皿闪闪发亮,能增加柔软度,使玻璃更容易切割,还能降低熔点。眼镜镜片可能含有氧化镧,因为它拥有折射属性,而铁质则可帮助玻璃吸热。

铅晶质玻璃(人造水晶)含有高达33%的氧化铅,然而使用越多氧化铅,就需要越好的技术将玻璃熔液塑造成型,因此许多人造水晶制造商选择采用较低的铅含量。

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添加化学品使玻璃达到

想要的颜色

添加氧化铁增加绿色色调,氧化铜也能起同样作用。硫化物可产生淡黄色、琥珀色、褐色甚至是黑色色调,一切取决于有多少碳或铁被添加到玻璃混合物里。

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把玻璃混合物放入坩埚

或支架里

容器应能承受窑炉里极其高的温度。对于不同的添加物,玻璃混合物的熔点处于1500至2500摄氏度的范围内。

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将混合物熔成液态

不含添加物的石英砂在2300摄氏度(4172华氏度)会变成玻璃。添加碳酸钠(苏打,洗涤碱)则可降低制造玻璃所需温度至1500摄氏度(2732 华氏度)。

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使玻璃熔液均匀并去除

气泡

需要搅拌混合液到固定的稠度,并添加硝酸钠、氯化钠或氧化锑等化学品。

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将玻璃熔液塑造成型

可通过下列方法使玻璃成型:

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将玻璃熔液倒入模具,待其冷却。此方法由古埃及人所用,也是如今许多镜片的塑造方法。

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可把大量玻璃熔液集中在一个空心管的末端,一边旋转,一边从管的另一端向其吹气。玻璃依靠进入空心管的空气、引力的作用以及玻璃吹制工使用的工具成型。

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将玻璃熔液倒入一缸锡槽内,漂浮在相对密度大的锡液表面上,在加压氮气的作用下慢慢成型。此方法制造出的玻璃被称为浮法玻璃,自20世纪50年代起用来制造平面玻璃。

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待玻璃冷却

切勿把玻璃放在会受干扰或有灰尘、叶子、水滴落的地方。让凉爽物质接触到热玻璃可导致玻璃爆裂。

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通过热处理增强玻璃

此过程被称为退火,退火会去除玻璃冷却过程中形成的应力。没有经过退火的玻璃明显较为脆弱。完成此过程后,玻璃随后可镀膜、夹层或进行其它改善强度和耐久性的处理。

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退火的精确温度不一,取决于玻璃的准确成分,低可到399摄氏度(750华氏度),高可达538摄氏度(1000华氏度)。

玻璃冷却的速度也不同,通常较大片玻璃的冷却速度比较小的玻璃慢一些。在开始退火前先调查好正确的退火方法。

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另一个相关的过程就是回火,经过磨光的成型玻璃放入回火炉加热到至少600摄氏度(1112华氏度),然后在高压下用空气让其急速冷却(淬火)。

退火玻璃在6000 psi(421.94 kg/cm2)的压力下会变成碎片,而回火玻璃则在不少过10000 psi(703.23 kg/cm2)的压力下才会变成碎片,通常为大约24000 psi (1687.76 kg/cm2)。

玻璃因其用途,价格大相径庭

用作窗户就不怎么贵

但成为鱼缸或灯具,甚至相机镜头就增价不少

由于要承受超高的压力,潜水面镜的镜片不能用一般的玻璃。

最普遍的提高镜片抗压能力的方法称为钢化(又称强化)。仔细留意镜片的话,会发现上Temp或Temered字样,这就是强化或钢化的意思。

Tempered

钢化/玻璃

钢化玻璃涉及特殊的热处理或化学处理,使其强度更高。具体来说,钢化会在玻璃的外表面产生高压应力。玻璃体的高拉应力平衡了高压应力。

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钢化炉加热

将要强化的玻璃薄片放入钢化炉。熔炉将玻璃加热到稍微粘稠、但不失去形状的程度(约620摄氏度)。


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淬火

接下来,高压空气迅速冷却玻璃表面。这个过程称为淬火,会让玻璃表面比内部冷却得更快。


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冷却拉应力

当较热的内部缓慢冷却时,它会试图与较冷的外表面分离,在玻璃内部产生拉应力,在玻璃表面产生压应力。

表面压缩和内部张力之间的平衡是钢化玻璃强度的来源。要被归类为“钢化”,玻璃表面的压应力必须至少为10,000 psi。

钢化后,玻璃通常不能切割,研磨,钻孔,或其他改变。因此,钢化通常是玻璃制造的最后一步。

由于玻璃表面的压应力,钢化玻璃非常抗微裂纹。这意味着钢化玻璃比非钢化玻璃能承受更大的温度和压力范围,而且当钢化玻璃破碎时,它会碎成钝颗粒,而不是尖锐的碎片。

*从汽车挡风玻璃到电子产品,甚至一些厨房用具,你都会看到钢化玻璃!钢化玻璃的碎片看起来很像破碎的冰块;很粗糙,摸起来也不危险。

破碎钢化玻璃的特写,钝颗粒。

面镜用上钢化玻璃就能安全地应对深度的压力变化,以及日常碰撞、包装和清洁带来的磨损,如果发生意外,镜片将安全粉碎成钝颗粒,而不是碎片状伤及眼睛。

对于浮潜面镜上,因为不会承受太多压力,其镜片可以用未经处理的玻璃制成,甚至用聚碳酸酯塑料来代替玻璃,但这种玻璃容易划伤,不能进行水肺或冲浪等活动。


面镜镜片×技术


钢化玻璃

其安全性和耐用性

是所有潜水面镜都应具备的特性

钢化玻璃的生产已经不容易,厂家在满足了基本需求后再次添加了各种技术。

玻璃可以加上各种各样的抗反射涂层,偏振色调,和抗划伤能力等。很多相机镜头运用的光学技术,已逐步地加入进潜水面镜中。

Low Iron

低铁/玻璃

普通玻璃的边缘在照射下会呈现淡淡的绿色,这是因为玻璃中含铁造成的。

在加热二氧化硅(SiO2)制造玻璃的过程中,石英砂通常含有微量的氧化铁(Fe₂O₃)。

铁会吸收部分光,减少透过玻璃的光。标准钢化玻璃的氧化铁含量通常约为0.1%。相当于面镜1-2毫米厚的标准钢化玻璃的透光率大致为84%。

钢化玻璃可以用低铁二氧化硅制造,以提高透光性和颜色保真度,使清晰度和色彩提高。低铁二氧化硅的氧化铁含量可低至0.01%,产生的玻璃透光率超过90%,而且没有淡淡的绿色。低铁玻璃也称为超白玻璃。

天然的低铁二氧化硅非常罕见的,只能靠后期净化,净化二氧化硅砂需要高强度的化学清洗过程。因此,制造商通常将低铁玻璃用于最需要改善透光率和颜色保真度的特殊应用。例如,照相机、眼镜和其他光学仪器的镜头。其次的常见应用包括用于鱼缸、陈列柜和高透光窗户的玻璃。

世界上只有美国PPG、法国圣戈班、英国的皮尔金顿、日本的旭硝子、中国南玻、台玻、信义集团和金晶玻璃等少数企业掌握超白玻璃的生产技术,高昂的价格和优良的品质,使超白玻璃成了身份的象征。(来自百度)

制造商一般将他们的低铁玻璃产品命名为“UltraClear”或“Crystal”,以强调其高透光率和纯色的感觉。

例如,Atomic是第一家生产低铁玻璃面镜的公司。他们今天的所有产品都采用了UltraClear技术。

应用

不止Atomic,其他公司现在也生产使用低铁玻璃的潜水面镜。例如,Scubapro将其Crystal VU Mask中的低铁玻璃称为“no-tint glass”。

低铁玻璃镜片的主要优点是为潜水员提供优越的视觉,是一种只有尝试了才会明白的技术。对于大多数潜水员来说,普通的钢化玻璃或许足够了,认为低铁玻璃带来的差别可能微乎其微(5%左右嘛),或者根本不值这个价。

其实,任何对视觉有要求且注重细节的人应该都会喜欢低铁玻璃面镜。比如,水下摄影或摄像,珊瑚保育工作或鱼类识别需要密切注意细节的场合!

另外,由于光会被水吸收,随深度变化会变暗。在光线不足的环境中,能让更多光线进入眼睛的面镜尤为重要。

更何况,使用低铁玻璃面镜不需要额外学习专长,而且价格也不离谱。

ARC

抗反射/涂层

除了低铁玻璃外,面镜镜片的另一个主要创新是抗反射涂层(Anti-Reflective Coating,ARC)。

Q

低铁二氧化硅能将钢化玻璃的透光率提高到多少?

A

答案是90%

那么剩下的10%呢?

剩下10%的光是被玻璃反射回去的,这是抗反射涂层出马的时候了。

我们重温一下有关折射的物理,折射是指光线以一定角度从一种材料传递到另一种材料时发生的弯曲。

折射率是量化特定材料的弯曲效应的变量。例如,空气的折射率为1.0。但是对于水,它是1.3,对于玻璃是1.5。每一种材料的折射率越大,光线在通过它们时弯曲的幅度就越大。光在空气和玻璃之间的折射比同在水和玻璃之间的折射要大。

入射光的角度也会影响折射。光从一种材料以90°角穿过另一种材料不会弯曲,将完全传输。在一定角度下,一些光会反射,而其余的会折射。当角度较小时,不仅折射更明显,而且透射的光更少。

在足够小的角度下,所有的光都将从其他介质反射而不是折射,否则就没有九寨沟这么美如画的风景了。不过因此,玻璃有在某些角度很难透视的问题。

*以下简称抗反射涂层为ARC

由于折射的原因,即使是低铁玻璃也会反射一些光。这表现在带面镜潜水时,会在镜片的边缘产生眩光和内表面反射。

抗反射涂层允许更多的光通过玻璃而不是反射出去。

其原理是制作抗反射涂层的材料的折射率介于空气和玻璃之间。这使得射入材料的光角度提高,能让大多数可见光谱的入射光通过玻璃,使透光率超过98%。

这不仅提高了视线的对比度和清晰度,还减少了眩光和内反射。一些ARC材料甚至具有连续变化的渐变折射率,以适应广泛的波长范围。由于波长也会影响折射,因此可以进一步提高透光率。

眼镜镜片经常使用ARC技术,以提高佩戴者的舒适度,并使人的眼睛不至于泛白。同时,也因为技术昂贵,ARC一般用在摄影、天文学和医学成像等高级应用中。

*相机镜头上的彩虹膜是一种防反射涂层

在更高级的形式中,ARC由多层组成。材料工程师在这些层中设计出对比鲜明的折射率,以抵消任何反射波长(破坏性干涉)。由此产生的玻璃具有高透光率和几乎不存在的眩光。

在潜水面镜中,ARC通常是一种非常薄(几微米)的金属氧化物涂层,涂在玻璃表面。面镜正面的涂层是为了适应水和玻璃之间的折射而设计,内部的涂层用于防止玻璃和空气之间的反射。

应用

Atomic又率先将ARC技术再次引进了面镜设计中。其中的ARC技术使用多层干涉来抵消不同波长的可见光,并通过破坏性干涉来消除反射。

在宣传照片中,ARC涂层是可见的,然而,这种可见在实际中通常难以观察到,所以在选购时请注意看厂商的Features一览。

ARC镜片的主要优点是更高的视觉和更低的眩光。如果喜欢在非常深的地方或是在晚上潜水?带有ARC的面积将可以确保更多的光线进入眼镜。

另一方面,眩光和内反射的减少也提高了潜水体验,以及被拍照时不会显示反光。

ARC的许多优点或类似于低铁玻璃。综合起来,影响更大。所以,如果常规钢化玻璃和低铁玻璃之间的区别不足以让人心动,那么ARC可能会给你尝试的勇气。

况且现在ARC面镜也不是如此高不可攀,TUSA的Visio Pro就是这么接地气的产品。


南派×北派


西方生产商的目标旨在改进进光量,而东方厂却喜欢另辟蹊径,比如Gull的UV420,旨在抵挡摄入眼睛的不可见光,目的是改善眼睛的疲劳,改善面镜脸等等,又比如Apollo的CPL面镜(bio-polarized),旨在消除波光粼粼的效果以改善视觉,这些技术的具体可参看我们的专门文章。

UV420


CPL



可见东西方哲学是如此的不同,同时又有着技术的交融,我们从潜水角度又有新的认识。

那么你到底是南派还是北派呢,欢迎联系我们,我们真的想知道到底哪家面镜买的好!

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