[攝影小教室] 意想不到的大量「純手工」!帶你走進台灣工廠,看鏡頭濾鏡製造到底有多麻煩

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本篇文章所用照片出自我的另一篇文章:[品牌大傳奇] 三大相機廠鍍膜都靠他!台灣 STC 勝勢科技超日趕歐,打造地表最強相機濾鏡。感謝 STC 勝勢科技讓我在工廠裡玩了一上午!

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在上次另一篇介紹製造鏡頭流程的文章中有提到,許多高精密、高科技的產品其實並不像我們想像的那麼自動化,反而有不少關鍵、重要、注重精密度的製造過程會以手工生產,且幾乎沒有辦法以自動化機械替代。這牽涉到自動化機械製造的公差問題,先前在採訪工研院機械人手臂的時候也有講到這件事,有興趣可以參考這篇文章:【解密科技寶藏】產業回流關鍵!國產「手眼力協調機器人」讓勞工不再血汗!

因此上次發鏡頭製造文的時候有個粉絲一直跟我強調「精密不可能自動化」、「看到大量生產強調手工就吐血」等等,說真的 ... 若有機會看看汽車產業,再來說說高級車、超跑等到底都是以自動化居多還是手工生產居多吧!真的別太以偏概全,尤其是你的觀念跟世界潮流不太相同的時候,更是不要 ... 以偏概全。

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今天要介紹的濾鏡生產流程,是以台灣廠商 STC 為例,其他廠商的流程或許會因為不那麼龜毛、或是鍍膜方法不一樣而有所不同,不過順序流程基本上還是大同小異。

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不管是濾鏡鏡片、或是鏡頭鏡片,通常都是用上面這種玻璃棒(直徑比鏡片大一些)切成薄片在拋光而成。由於玻璃所擁有的折射率、吸收率等特性都是在玻璃熔鑄、冷卻的過程中產生的,因此只要你買了玻璃原料又重新鎔鑄的話,很容易就會因為操作不當而造成玻璃內的某種物理特性消失、改變,就把特別砸錢買的高級原料給浪費掉啦!因此製造濾鏡、鏡片等除非工廠有很強的玻璃熔鑄能力,否則基本上都是買上圖這種玻璃原料自行切削處理,而不是買玻璃磚回來重新熔鑄。

全世界能自己弄玻璃的光學廠不多,除了與肖特 Schott 玻璃同集團的 Zeiss 蔡司光學之外,講究點的廠商如 STC 等會直接跟肖特玻璃購買原料,重視成本的就會往中國等廉價玻璃供應地區尋求協力廠商,現在已經很少有還會自己熔鑄玻璃的廠商,即便有特殊配方要求,也會直接向肖特玻璃等廠商下訂單代工,而不會自己製造。

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玻璃棒切成薄片之後,還必須經過化學強化(用化學藥劑浸泡加熱)、玻璃拋光等工序之後才會送到鍍膜工廠來。前面兩個程序關乎玻璃的強度、以及表面平整度等兩項重要物理特性:前者關係到玻璃是否耐撞,有些濾鏡強調耐衝擊,就是必須在玻璃原料、以及強化工序上下功夫;後者則關係到鏡片的透光度以及對影像的影響幅度大小。若拋光不足而使鏡片表面留有曲折,就會對相機成像造成影響。

不過強化、拋光等工序不見得會在同一個工廠生產,以上次介紹的 STC 來說,在中部的工廠僅負責鍍膜、其餘工序則在分散在台灣中、北部的工廠處理,因此鏡片來到這裡之後,會直接進到上圖這台多工序超音波洗淨機處理,以與晶圓處理同等級的純水清洗,將附著在鏡片上的玻璃碎屑、灰塵、油脂等物質洗掉。上次品牌大傳奇在粉絲團上有人問到廢水問題,像這種機器排放的廢水就只有玻璃碎屑,而不會有任何有毒物質,這也是這家鍍膜工廠唯一的廢水排放。

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玻璃從清洗開始就是在 Class 1000(每立方英呎不可含有超過 1000 個 ≧0.5μm 的微塵) 等級的無塵室中處理,清洗完成後則會再送進 Class 100(每立方英呎不可含有超過 100 個 ≧0.5μm 的微塵)中用純手工的方式檢查每一片鏡片是否有洗淨、並把有瑕疵的玻璃挑掉,以免沒處理好的玻璃直接進到鍋爐裡鍍膜造成浪費。

註:鍍膜的成本是依照鍋爐使用次數來算,在平攤到完成可銷售的成品上,因此如果有沒處理好的玻璃魚目混珠,就會造成單鍋成本上升

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鏡片檢查完全依靠人工,因此如果今天要處理一千片濾鏡,上圖這位小姐就得待在無塵室裡面檢查一千片玻璃啦!有沒有突然覺得這實在不是人幹的工作啊?不過會做從事這種產業的通常都有相當的熱忱、細心、以及耐力,否則實在很難想像要待在這麼狹小黑暗的空間裡連續檢查一大堆的鏡片、用噴槍、酒精等工具把玻璃弄乾淨,最後還要一片一片的排到鍋爐治具上 ... 對我來說實在是超煩人的工作啊!

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前面那是自行製造的濾鏡鏡片,因此檢查比較麻煩些。但如果是像上圖這種送來這裡代工鍍膜的鏡片就不需要那麼麻煩囉!只要從無塵壓縮袋裡面拿出來簡單檢查一下,就可以直接用高壓噴槍把灰塵去掉、放上鍍膜治具上囉!另外上圖這張照片上次在粉絲團上也有人一直想說我騙人 ... 說真的,像這種代工的廠商一般都有簽訂保密條約,因此我完全無法拿出任何證據來說這些鏡片是幫誰代工、幫誰生產,至於我說了你要不要相信 ... 那就看你的心情了,我真的無法管那麼多。

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鏡片的治具會依照鏡片種類而有所不同,上上圖那種超迷你鏡片在一開始就會安裝在塑膠製成(桃紅色的塑膠片)的固定夾具上,到鍍膜工廠這邊就只要放上鍋爐的治具上即可。但如果是像上圖這種自己製造的濾鏡鏡片,就必須在自行套上相應尺寸的金屬圈才能將濾鏡放到鍋爐的傘狀治具上。這部分完全必須依靠人手處理,而且鍋爐一次只能鍍一面!也就是說當鍍完一面之後還必須將治具退出鍋爐,手動把鏡片全部翻面才能再送回去鍍膜。

當然這些流程也可以用機械手臂替代人力,但由於機械手臂移動多少都有公差、且無法自行檢查玻璃置放的位置是否正確、玻璃是否在鍍膜過程中出現瑕疵,因此如果全然靠機械手臂的話,在之後出現問題時的後續處理反而會造成更大麻煩、出現更多不必要的成本浪費。因此光學設備用人力補足機械,依然是目前製造生產的主流。如果你還是很懷疑我的說法,建議可以去看看日本相機廠的製造過程,就可以知道我所言不假。

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傘狀的治具在排好鏡片之後就可以放進鍋爐了!治具必須放在鍋爐的最上方,讓下方真空蒸鍍的原料能自己飄上來「鍍」上玻璃片。由於現在這種鍋爐都是全自動化的機器,因此就跟科技產業的機房、伺服器一樣,台灣本土廠商 STC 在每一台鍋爐上都放了乖乖祈求工作順利、機器不當機。

據說,真的很有效。

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那片有彩虹紋路的是鍋爐的門,上面的彩虹紋路是真空蒸鍍時原料飄上來「鍍」上去的,簡單說就是那些該鍍在玻璃上的原料沾上去了。這些紋路在累積一段時間之後就必須以特殊工具裝盛王水(就是溶解力很強的那種玩意)來清洗,也是相當高成本的純手工作業之一。

在上圖的鍋爐門正中間有個像是飛機引擎口的玩意,是特別裝上去「據說與人造衛星離子推進器相同」的離子源,能在真空狀態下讓玻璃表面與鍍膜材質更緊密結合,不僅能讓鍍層更緊密不脫落、在特殊濾鏡多層鍍膜製程上也能提升良率。

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真空鍍膜是在真空的鍋爐環境內,用電子束擊發鍍膜原料,讓鍍膜原料蒸散在整個鍋爐裡,並透過離子源的幫助緊密附著在玻璃片上完成鍍膜作業。電子束發射器的設置非常有趣,由於為了避免發射器高過鍍膜原料影響蒸散,因此發射器被隱藏在平台底下往上圖手指的反方向發射,發射之後再由上面兩個 L 形的磁鐵讓電子束路徑彎曲,直接打在中間紅銅色圓盤上的原料盆上。

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像 STC 濾鏡都必須經過多層鍍膜才能完成,因此會在上上圖紅銅色圓盤的每一個孔洞內放入不同材料,例如上圖這種二氧化鈦、或是白色的二氧化矽等等。為了能在鍋爐抽成真空之後一次完成鍍膜作業,會在圓盤上一次放上所有需要了原料,再讓圓盤自己旋轉對準電子束,就不需要為了換原料而開鍋爐門。

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上圖:實際作業時會在圓盤上放置一個保護蓋,只露出一格原料盆以避免其他原料在鍍膜時受到污染。

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上圖:不要小看那看不見的電子束!電子束的能量非常強大,不只會讓二氧化鈦、二氧化矽完全融解,甚至還會把原料盆給燒壞!

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比較特殊的鍍膜有些則需要用特殊的錠劑處理,就不能使用電子束啦!錠劑依照不同廠家而有不同的配方、激發的方法也不太一樣。例如上圖用的是高溫加熱的方式,當完全加熱的時候中間的錠劑就會發紅囉!上圖是透過鍋爐的門往內拍的,據說裡面其實是亮到無法直視的程度,不過鍋爐上有黑玻璃阻隔光線,因此還是可以用眼睛看的。

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鍍膜需要花的時間其實也不短,因此關上門之後大家就可以去做自己的事啦!所有的工作都會由鍋爐自己完成,而上圖這台台灣鍋爐甚至連介面都是全中文的,因此要上手也比那些國外設備來得簡單些。完成鏡片鍍膜、並確認鏡片品質無虞之後,就可以裝上濾鏡外框、裝盒包裝,就可以出貨囉~

雖說從前面到現在除了手工處理鏡片之外,好像也沒什麼特別需要注意的地方。

但實際上就這些濾鏡廠商來說,前面那些原料、鏡片處理(例如拋光)等其實都只是要不要砸錢下去做的問題而已。反而是最後的鍍膜才是最困難的地方,從鍍膜原料使用的順序、選擇、甚至到鍋爐的設定等等,都會影響最後成品的光學效能,是所有濾鏡廠商手上我有最難、也最不能為其他廠商獲取的獨門祕技。

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作者:陳寗@癮科技

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