佳能于1971年推出了首款采用非球面鏡片的單鏡頭相機(jī)交換式鏡頭FD55mm F1.2AL，2021年迎來其上市50周年。非球面鏡片不僅可應(yīng)用于單鏡頭相機(jī)的交換式鏡頭，還可應(yīng)用于廣播電視鏡頭、半導(dǎo)體曝光設(shè)備、天文望遠(yuǎn)鏡等廣泛的光學(xué)產(chǎn)品中。

非球面鏡片

佳能第一次使用非球面鏡片的FD55mm F1.2AL

F2.8 L IS USM變焦鏡頭系列

非球面鏡片擁有理想的曲率，用于將光線聚集在一點(diǎn)上。從面向?qū)I(yè)用戶和攝影愛好者的F2.8 L IS USM變焦鏡頭系列，包括RF15-35mm F2.8 L IS USM（2019年9月發(fā)售）、RF24-70mm F2.8 L IS USM（2019年9月發(fā)售）、RF70-200mm F2.8 L IS USM（2019年11月發(fā)售）到在整個(gè)變焦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)F2大光圈的RF28-70mm F2 L USM（2018年12月發(fā)售），佳能的非球面鏡片能夠減少多種像差，從而實(shí)現(xiàn)了高畫質(zhì)。

球面鏡片的固有特性導(dǎo)致無法將平行光線完全地匯聚到一點(diǎn)，由于鏡片的表面是球形的，會(huì)導(dǎo)致圖像模糊，這被稱為是“球面像差”，并且還可能產(chǎn)生其他光學(xué)像差。為了校正這種球面像差，必須以特定的排列使用多片球面鏡片。然而，根據(jù)其特性，只使用一片非球面鏡片就可以獲得相同程度的校正效果。佳能從1963年開始著手致力于復(fù)雜鏡片的研發(fā)項(xiàng)目，開發(fā)非球面鏡片這種“夢(mèng)想鏡片”，可將所有入射光線集中在一個(gè)點(diǎn)上，獲得沒有模糊的清晰圖像。

為了大規(guī)模生產(chǎn)非球面鏡片，佳能需要精度小于0.1微米1的加工技術(shù)以及可以測(cè)量到0.01微米以內(nèi)的高精度測(cè)量裝置。通過反復(fù)研究設(shè)計(jì)和加工方法，佳能最終成功地開發(fā)出批量生產(chǎn)非球面鏡片所需的技術(shù)。1971年3月，佳能第一款采用非球面鏡片的單鏡頭相機(jī)交換式鏡頭--FD55mm F1.2AL問世了。

隨后在1973年，隨著ALG-Z納米2級(jí)超高精度非球面鏡片研磨機(jī)的開發(fā)成功，佳能進(jìn)一步提高了其鏡片加工技術(shù)的精度。下一個(gè)飛躍發(fā)生在1985年，那時(shí)佳能成功地將大直徑玻璃模鑄（GMo）非球面鏡片元件應(yīng)用到New FD35-105mm F3.5-4.5（1985年12月發(fā)售）中，這是世界上第一款采用GMo非球面鏡片的單鏡頭相機(jī)交換式鏡頭。從那時(shí)起，用于高精度計(jì)測(cè)和加工非球面鏡片技術(shù)和裝置在佳能實(shí)現(xiàn)高性能鏡頭的努力中一直起著至關(guān)重要的作用。

展望未來，佳能將繼續(xù)完善其光學(xué)技術(shù)，以創(chuàng)造出能夠滿足客戶廣泛需求的產(chǎn)品和技術(shù)。

*1：1微米等于百萬分之一米。

*2：1納米等于十億分之一米。

<非球面鏡片的加工技術(shù)>

佳能擁有四種不同的非球面鏡片加工技術(shù)。研磨非球面鏡片，用裝有金剛石的工具研磨和拋光玻璃鏡片；玻璃模鑄非球面鏡片，用非球面模具直接壓制玻璃鏡片；利用非球面模具在球形玻璃表面形成非球面樹脂的復(fù)合非球面鏡片；以及在非球面模具內(nèi)填充樹脂的樹脂成型非球面鏡片。根據(jù)鏡頭的特性和定位，佳能利用這四種非球面鏡片技術(shù)來制造滿足用戶廣泛需求的鏡頭。

此外，佳能還自主研發(fā)了鏡片加工機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高精度非球面鏡片的制造。例如，非球面鏡片的設(shè)計(jì)規(guī)格和成品尺寸之間只允許有0.1微米的誤差，如果用東京巨蛋的屋頂（直徑：約244米）比作鏡片表面尺寸，則誤差范圍小于或等于0.5毫米，相當(dāng)于一般自動(dòng)鉛筆筆芯的直徑。

四種加工技術(shù)中精度最高的非球面鏡片研磨技術(shù)，不僅應(yīng)用于單鏡頭相機(jī)交換式鏡頭的生產(chǎn)，也應(yīng)用于科學(xué)領(lǐng)域。例如，日本國家天文臺(tái)的斯巴魯望遠(yuǎn)鏡采用了非球面鏡片，該鏡片是使用佳能制造的高精度計(jì)測(cè)和加工設(shè)備完成的，用于對(duì)精度要求很高的主焦點(diǎn)相機(jī)的光學(xué)校正系統(tǒng)。

以下是四種非球面鏡片的加工示意圖：

研磨非球面鏡片 

玻璃模鑄非球面鏡片  

復(fù)合非球面鏡片

樹脂成型非球面鏡片

<非球面鏡片的效果>

如果單鏡頭相機(jī)交換式鏡頭僅由球面鏡片構(gòu)成時(shí)，例如，大光圈

鏡頭和廣角鏡頭，球面像差和失真會(huì)大幅增加。當(dāng)入射光線與光軸平行時(shí)會(huì)產(chǎn)生球面像差，光線靠近光軸所形成的圖像與光線遠(yuǎn)離光軸所形成的圖像不重合，導(dǎo)致圖像模糊。另外，當(dāng)被攝體與通過鏡頭形成的圖像不相同時(shí)，這表明產(chǎn)生了失真，直線會(huì)變得歪曲。

非球面鏡片解決了球面鏡片產(chǎn)生的問題，并可幫助生成理想的圖像。與球面鏡片形狀不同的非球面鏡片通過彎曲的表面補(bǔ)償各種像差。例如，在具有多個(gè)光源的場(chǎng)景（如城市夜景）中，可以減少球面像差引起的模糊。

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