Canon 慶祝人工螢石應用於鏡頭 50 周年紀念

    展現光學技術的里程碑

     

    【2019 年 11 月 8 日】

    2019年11月7日,Canon Inc. ( 日本佳能 )及佳能奧普特龍股份有限公司( Canon Optron Inc. ) 隆重宣佈,Canon 首款應用人工螢石並使用在消費領域的可換鏡相機鏡頭 FL-F300mm f/5.6(1969年5月上市)歡慶誕生50周年紀念。除了應用於可換鏡相機鏡頭以外,人工螢石還應用在包括廣播電視鏡頭、天文望遠鏡頭等廣泛的光學產品上。

    人工螢石晶體
    Canon 首支應用人工螢石的可換鏡相機鏡頭 FL-F300mm f/5.6(1969年5月上市)

    人們很早就關注到由氟化鈣(CaF2)結晶而成的礦物質螢石與光學玻璃組合在一起時,能夠以接近理想的方式校正色像差。然而天然生成的螢石晶體體積很小,以至於無法應用於相機鏡頭中。為了實現普通光學玻璃無法實現的生動、精細的表現,Canon 在早期就將注意力轉向對螢石的有效利用,並於1966年8月啟動了「佳能F計畫」。該計畫的目標正是開發一支使用螢石的高性能鏡頭,並使公司致力於高性能鏡頭的研發。

    大約在 1950 年左右,使用天然螢石晶體作為原材料製作人工螢石的技術被發明出來,這為人工螢石作為光學材料使用鋪平了道路。然而,包括螢石在內的氟化物晶體需要在攝氏 1000 度以上的真空環境中才能生成,因此為了實現大尺寸、高純度晶體的量產,在安裝、製造工藝等方面還存在許多問題需要解決。

    Canon 的研發人員懷著通過自己的雙手開發螢石並發展高性能鏡頭這一強烈願望,在 1967 年 3 月成功地在電爐中製造出第一塊人工螢石晶體,並於 1968 年 2 月確立了人工螢石晶體的生產技術。在當時,螢石還不能像普通光學玻璃那樣進行拋光。為此,Canon 開發了一種非傳統的加工技術,可以對精細的材料進行拋光,加工時間達到原來的四倍。1969 年 5 月,Canon 旗下第一款使用人工螢石的可換鏡相機鏡頭 FL-F300mm f/5.6 上市了!從那時起,應用人工螢石就成為 Canon 設計高性能鏡頭的方法之一。

    在 1974 年 12 月,為了使 Canon 所發展的螢石晶體量產技術實現商業化,奧普特龍股份有限公司(現在的佳能奧普特龍股份有限公司 Canon Optron Inc.)成立。佳能奧普特龍股份有限公司在完善其高溫真空技術和溫度控制技術的同時,還開發了多種其它光學晶體材料,用於人工螢石的量產。2006 年 7 月,佳能奧普特龍股份有限公司為「史密松天體物理天文臺」(Smithsonian Astrophysical Observatory)提供了 12 枚鏡片,其中包括一枚直徑近 40 釐米的人工螢石鏡片,用於觀測 100 億光年以外的信號,為解開銀河系之謎做出了貢獻。

    Canon 將持續專注於光學技術上,不斷改進影像技術,提供滿足廣泛使用者期望的產品和技術。Canon 還將不斷追求製造吸引人且可靠的產品,在推動貢獻社會的光學技術方面發揮作用。

     

    【參考:關於螢石特性】

    當光線遇到水或透明的東西時會發生折射現象。鏡頭便利用這一特性使通過的光線實現聚焦。然而,折射的程度取決於顏色:例如,波長較短的藍光比波長較長的紅光的折射角度更大。因此,從同一光源發射出的光在鏡頭中被分離成不同的顏色,它們的焦點位置也有所不同。這便導致了一種被稱為“色像差”的色彩滲暈。

    望遠鏡頭下圖像的色像差(色像差位於樹枝輪廓邊緣)

    由於色像差會分別發生在凸透鏡和凹透鏡的相反方向,因此,可以通過將分散小的凸透鏡與分散大的凹透鏡進行組合的方式抑制色像差,使光線行進的方向調整到一致,從而抵消色像差,使焦點匹配。然而,即使通過組合鏡片來校正色像差,處於紅光和藍光波長之間的綠光的焦點,仍然會在焦點附近偏移。這種輕微的殘餘色像差稱為二次色像差或二次光譜(次級光譜)。“螢石”則可以有效地抑制這種色像差。

    與光學玻璃相比,螢石鏡片具有“非常低的折射率”、“低分散且異常部分分散特性”、“對紅外線和紫外線出色的透過性”等特點。利用這一在普通光學玻璃上難以實現的特點,製造出了螢石凸透鏡,通過消除色像差使得二次光譜變得非常小,幾乎所有的紅色、綠色和藍色光的焦點得到重合,光線因此聚焦在一點上,從而使色像差幾乎完全消除。

    使用螢石抑制色像差

    在超望遠鏡頭中,由於其焦距很長,二次光譜會產生很大影響,螢石因而對抑制色像差是非常有效的。為此,Canon 在其新的鏡頭如“EF 400mm f/2.8L IS III USM”、“EF 600mm f/4L IS III USM”(於2018年12月上市)上均採用了螢石。使用螢石的超望遠鏡頭系列以其精緻的細節呈現和高對比而受到世界各地攝影師的喜愛。

    EF400mm f/2.8L IS III USM (左),EF600mm f/2.8L IS III USM (右)

    【參考:關於採用螢石的EF鏡頭】

    Canon 至今共推出 28 款採用螢石鏡片的EF鏡頭,其中 11 款鏡頭仍在生產。(截至2019年11月7日)

     

    採用螢石鏡片的 EF 鏡頭

    備註: 1. 已停產。