一切從鏡片說起 佳能頂級(jí)單反鏡頭探秘

    Since1969——螢石鏡片

    佳能的“白筒紅圈”L系列超長焦鏡頭憑借極其優(yōu)良的表現(xiàn)力和銳度一直為全球的專業(yè)攝影師所稱贊。其中高畫質(zhì)的關(guān)鍵就是使用了能夠徹底消除二級(jí)光譜色差的螢石鏡片與超低色散鏡片。

    對(duì)于超長焦鏡頭，使用玻璃鏡片會(huì)碰到成像質(zhì)量上限的局限，殘留色差對(duì)長焦鏡頭畫面銳度可能產(chǎn)生極大的影響。在相機(jī)鏡頭中，光線通常要穿過不同的鏡片，產(chǎn)生出高或低色散的兩種波匯聚到一點(diǎn)上。如果通過一個(gè)鏡片分解出的紅藍(lán)光束能夠準(zhǔn)確地匯聚在一個(gè)點(diǎn)上，則稱此鏡片為“無色散”鏡片。不過即使紅藍(lán)光束已經(jīng)聚集在某點(diǎn)，但他們的中間色，即綠色，仍會(huì)投射在另一個(gè)點(diǎn)。這種即使在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)經(jīng)過修正，但是依然不能消除的光束就是二級(jí)光譜。這個(gè)情況的產(chǎn)生是因?yàn)椴煌�的玻璃光學(xué)元件之間存在不同比率的色散，而每種光波發(fā)生色散的總比率是趨近于保持固定。因此當(dāng)使用玻璃光學(xué)元件時(shí)，由于理論上的限制，二級(jí)光譜色差在焦距小于焦距的千分之二情況下不可能被消除。

    玻璃的主要成分是二氧化硅，并添加了些許鋇氧化物和鑭，在玻璃材質(zhì)制造過程中，所有物質(zhì)都放進(jìn)一個(gè)熔爐中，在1300至1400度的高溫下熔煉融合，然后自然冷卻。而螢石，有類似水晶的原子結(jié)構(gòu)，并具備玻璃光學(xué)元件難以匹及的低色差、小折射角度等非同尋常的特質(zhì)。因此用螢石材料來打破傳統(tǒng)玻璃光學(xué)元件中存在的色差局限，并表現(xiàn)出完美的視覺效果是相對(duì)容易的。另外在紅光至綠光的光譜范圍內(nèi)，螢石的色散特性與玻璃的色散特性幾乎一致，但是在綠光到藍(lán)光的范圍內(nèi)則大大不同。正是這些螢石鏡片的應(yīng)用，使得“大白”等超長焦鏡頭的畫質(zhì)比起傳統(tǒng)長焦鏡頭的畫質(zhì)有了極大的提升。

    當(dāng)一塊螢石凸透鏡與一塊高色散玻璃凹透鏡按照使紅光與藍(lán)光匯集于一點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)則組合成一組透鏡，此時(shí)螢石包含的低邊緣色散特性能夠有效地使綠光光束也投射在紅藍(lán)光點(diǎn)上，這就令二級(jí)光譜減小到了一個(gè)微乎其微的程度。

    另外，前凸后凹結(jié)構(gòu)鏡片的光線分布使全圖像區(qū)域清晰程度大幅提高，并且讓鏡頭物理長度小于鏡頭焦距成為可能。在用此類前后結(jié)構(gòu)的透鏡組時(shí)，凸透鏡的折射率能夠達(dá)到極低的水平，同時(shí)還能保證拍攝的圖像從中心延伸至鏡頭邊緣，每一處畫質(zhì)都無比銳利。

    對(duì)于普通玻璃元件來說，減短鏡頭長度后可能會(huì)導(dǎo)致難以修正鏡片曲率，成像質(zhì)量大大降低。而對(duì)于螢石鏡片，減短長度能使螢石鏡片凹凸結(jié)構(gòu)鏡頭變得更加緊湊，低折射率材料同時(shí)改善了佩茲伐和數(shù)，令鏡頭空間縮短的同時(shí)仍然保持成像的高質(zhì)量。

    螢石材料優(yōu)秀的光學(xué)特性早在19世紀(jì)就被發(fā)現(xiàn)，但天然螢石只以非常細(xì)微的形態(tài)存在于自然當(dāng)中，其大小只合適于制作顯微鏡的鏡片。雖說鏡頭設(shè)計(jì)師們長久以來都渴望使用螢石來制作鏡片，但是事實(shí)是獲得大小合適的天然螢石片近乎癡人說夢(mèng)。為了解決這個(gè)問題，佳能培育出人工螢石結(jié)晶并在二十世紀(jì)六十年代末最終建立起可操作的螢石量產(chǎn)系統(tǒng)。佳能第一部使用人造水晶結(jié)構(gòu)螢石的鏡頭是1969年生產(chǎn)的FL-F 300mm f/5.6，如今，唯一在數(shù)碼單反相機(jī)可更換型鏡頭中使用螢石的只有EF系列。

    UD超低色散鏡片

    螢石鏡片在超長焦距鏡頭中的表現(xiàn)令人非常滿意，但是將螢石應(yīng)用于其他非長焦鏡頭卻也有不足——人工生產(chǎn)螢石的成本非常昂貴。為此，設(shè)計(jì)師們也在尋找一種特殊而平價(jià)的玻璃元件來提供接近螢石特性的效果，這一目標(biāo)終于在70年代由超低色散鏡片達(dá)到。這種鏡片的折射和色散性能不及螢石鏡片，但是遠(yuǎn)比普通玻璃鏡片優(yōu)秀。此外，UD鏡也展示出絕少的邊緣色散性能，相對(duì)來說，優(yōu)良的UD鏡片在經(jīng)過適當(dāng)搭配組合后，其成像效果已經(jīng)可達(dá)到非常接近螢石鏡片的程度（兩片UD鏡片組合相當(dāng)于一片螢石鏡片元件）。