一切从镜片说起 佳能顶级单反镜头探秘

Since1969萤石镜片

　　佳能的“白筒红圈”L系列超长焦镜头凭借极其优良的表现力和锐度一直为全球的专业摄影师所称赞。其中高画质的关键就是使用了能够彻底消除二级光谱色差的萤石镜片与超低色散镜片。

　　对于超长焦镜头，使用玻璃镜片会碰到成像质量上限的局限，残留色差对长焦镜头画面锐度可能产生极大的影响。在相机镜头中，光线通常要穿过不同的镜片，产生出高或低色散的两种波汇聚到一点上。如果通过一个镜片分解出的红蓝光束能够准确地汇聚在一个点上，则称此镜片为“无色散”镜片。不过即使红蓝光束已经聚集在某点，但他们的中间色，即绿色，仍会投射在另一个点。这种即使在设计过程中已经经过修正，但是依然不能消除的光束就是二级光谱。这个情况的产生是因为不同的玻璃光学元件之间存在不同比率的色散，而每种光波发生色散的总比率是趋近于保持固定。因此当使用玻璃光学元件时，由于理论上的限制，二级光谱色差在焦距小于焦距的千分之二情况下不可能被消除。

佳能EF 300mm F2.8镜片结构示意图

　　玻璃的主要成分是二氧化硅，并添加了些许钡氧化物和镧，在玻璃材质制造过程中，所有物质都放进一个熔炉中，在1300至1400度的高温下熔炼融合，然后自然冷却。而萤石，有类似水晶的原子结构，并具备玻璃光学元件难以匹及的低色差、小折射角度等非同寻常的特质。因此用萤石材料来打破传统玻璃光学元件中存在的色差局限，并表现出完美的视觉效果是相对容易的。另外在红光至绿光的光谱范围内，萤石的色散特性与玻璃的色散特性几乎一致，但是在绿光到蓝光的范围内则大大不同。正是这些萤石镜片的应用，使得“大白”等超长焦镜头的画质比起传统长焦镜头的画质有了极大的提升。

　　当一块萤石凸透镜与一块高色散玻璃凹透镜按照使红光与蓝光汇集于一点的设计规则组合成一组透镜，此时萤石包含的低边缘色散特性能够有效地使绿光光束也投射在红蓝光点上，这就令二级光谱减小到了一个微乎其微的程度。

普通光学玻璃与萤石的色散对比

　　另外，前凸后凹结构镜片的光线分布使全图像区域清晰程度大幅提高，并且让镜头物理长度小于镜头焦距成为可能。在用此类前后结构的透镜组时，凸透镜的折射率能够达到极低的水平，同时还能保证拍摄的图像从中心延伸至镜头边缘，每一处画质都无比锐利。

　　对于普通玻璃元件来说，减短镜头长度后可能会导致难以修正镜片曲率，成像质量大大降低。而对于萤石镜片，减短长度能使萤石镜片凹凸结构镜头变得更加紧凑，低折射率材料同时改善了佩兹伐和数，令镜头空间缩短的同时仍然保持成像的高质量。

萤石与普通玻璃的光学特性对比

　　萤石材料优秀的光学特性早在19世纪就被发现，但天然萤石只以非常细微的形态存在于自然当中，其大小只合适于制作显微镜的镜片。虽说镜头设计师们长久以来都渴望使用萤石来制作镜片，但是事实是获得大小合适的天然萤石片近乎痴人说梦。为了解决这个问题，佳能培育出人工萤石结晶并在二十世纪六十年代末最终建立起可操作的萤石量产系统。佳能第一部使用人造水晶结构萤石的镜头是1969年生产的FL-F 300mm f/5.6，如今，唯一在数码单反相机可更换型镜头中使用萤石的只有EF系列。

　　UD超低色散镜片

　　萤石镜片在超长焦距镜头中的表现令人非常满意，但是将萤石应用于其他非长焦镜头却也有不足人工生产萤石的成本非常昂贵。为此，设计师们也在寻找一种特殊而平价的玻璃元件来提供接近萤石特性的效果，这一目标终于在70年代由超低色散镜片达到。这种镜片的折射和色散性能不及萤石镜片，但是远比普通玻璃镜片优秀。此外，UD镜也展示出绝少的边缘色散性能，相对来说，优良的UD镜片在经过适当搭配组合后，其成像效果已经可达到非常接近萤石镜片的程度（两片UD镜片组合相当于一片萤石镜片元件）。