螢石是一種奇妙的礦物,在高溫下會發光並散射光線。這種石頭因其美麗和螢光特性而被命名為「螢石」。氟化鈣(CaF2)是一種天然的結晶礦物。當人工合成時,氟化鈣晶體具有出色的光學特性,包括低色散、極低折射率,以及優異的紅外線和紫外線透光性。最重要的是,螢石能夠產生清晰、細緻的影像輪廓,這是傳統光學玻璃無法比擬的。Canon 公司在啟動「F」計畫時,就著手利用這些特性,開發融入螢石的高性能相機鏡頭。
幾個世紀以來,螢石一直是人們關注的焦點。在 19 世紀,天然氟化鈣晶體已被用作顯微鏡的物鏡。後來,人們嘗試製造合成螢石晶體,用於較大型儀器如望遠鏡的鏡片。然而,由於技術上的重重障礙,許多人認為在標準鏡頭中使用螢石是不可能的。這個挑戰並未澆熄 Canon 研究人員的熱情,他們著手將螢石開發成可用於高性能鏡頭的可行光學材料。
光波長的匯聚點差異會影響透過鏡頭傳輸的影像清晰度,在照片中表現為色彩溢出。這在技術上被稱為「色差」。設計高性能鏡頭的關鍵是找到能夠校正色差的配置。通常,我們會結合使用低色散凸透鏡和高色散凹透鏡,以標準化光波方向並將它們全部對準到單一匯聚點。
然而,仔細檢查這種鏡頭匯聚點周圍區域會發現,綠色波長的焦點存在殘餘像差,它散布在紅色和藍色之間。這種輕微的殘餘色差被稱為二次色差或次級光譜像差。螢石的特點是極低的色散,與光學玻璃不同,其色散特性非常特殊。因此,它在消除這種持續存在的次級光譜像差方面可以發揮重要作用。當使用凸面螢石鏡片時,為了減少次級光譜中的色差,紅、綠、藍焦點幾乎完美地匯聚在一個點上。1968 年,在 F 計畫啟動兩年後,Canon 研究人員成功製造出合成螢石晶體。
但在螢石能用於相機鏡頭之前,仍有許多障礙需要克服。由於螢石的脆弱性,其無法像光學玻璃一樣進行研磨,Canon 回溯了其鏡頭研磨技術的傳統,開發出處理螢石的特殊技術。這種研磨過程比標準技術耗時四倍,之後每個鏡片都需要手工清洗。
1969 年,Canon 終於成功製造出使用螢石的鏡頭——FL-F300mm f/5.6 成為世界上第一款*採用螢石元件的相機鏡頭。由於較長的焦距使遠攝鏡頭更容易受到次級光譜像差的影響,螢石對這款鏡頭的性能做出了重大貢獻。如今,Canon 基於螢石技術的 L 系列超遠攝鏡頭以其精細的輪廓描繪和卓越的高對比度為特色,在全球攝影界中贏得了忠實的擁護者。
*指一般消費者使用的可換鏡頭相機鏡頭。