慶祝 Canon 首款採用非球面鏡片之可交換式鏡頭

    誕生 50 週年

    【2021年5月28日】

    非球面鏡片

    FD 55mm f/1.2 AL - Canon首款採用非球面鏡片的鏡頭

    RF f/2.8L IS USM 變焦鏡頭系列

    Canon 今日隆重宣布,今年是 Canon FD 55mm f/1.2 AL 誕生的 50 週年——此款於 1971 年推出的產品,為 Canon 首款採用「非球面鏡片」的可交換式單眼相機鏡頭。非球面鏡片除了被應用於 Canon 旗下的可交換式單眼相機鏡頭外,亦被廣泛應用於廣播級鏡頭、半導體光刻系統、望遠鏡及其他形形色色的光學產品之中。

    非球面鏡片的曲面能完美地將光線匯聚於一點。不論是專為專業攝影師及攝影愛好者而設計的 2.8 大光圈RF系列變焦鏡頭,例如:RF 15-35mm f/2.8L IS USM (於 2019 年 9 月推出)、RF 24-70mm f/2.8L IS USM (於2019 年 9 月推出)及 RF 70-200mm f/2.8L IS USM (於 2019 年 11 月推出),或是可於全焦段實現f/2恆定大光圈的 RF 28-70mm f/2L USM (於 2018 年 12 月推出),Canon的非球面鏡片均有效減少各種鏡頭像差,達到卓越的影像畫質。

    球面鏡片受限於其固有特性,以致未能將平行進入的光線完整地聚焦於同一點,鏡片的表面為球形所產生的影像往往會顯得模糊,此現象稱為球面像差,而其他光學像差問題亦會出現。為了修正球面像差,以往需要利用多片球面鏡片作特定的組合和排列。然而,受惠於「非球面鏡片」的獨有特性,只需採用一片非球面鏡片便可達到相同效果。Canon 於 1963 年開始了一項先進精密的鏡片研發計劃,以研發能將所有入射光線聚焦於同一點及呈現忠實清晰影像的「完美鏡頭」為目標。

    而為了能量產非球面鏡片,Canon 需要精確度達 0.1 微米[1]以內的加工技術,以及準確度高達 0.01 微米的測量儀器。經過反覆研究設計及處理方法,Canon 終於成功研發出可用作量產非球面鏡片的技術。於 1971 年 3 月,Canon 首款加入非球面鏡片的可交換式單眼相機鏡頭 FD 55mm f/1.2 AL 正式問世。隨後於 1973 年,Canon 研發出達到 ALG-Z 奈米[2]水平的超高精度非球面鏡片研磨機器,進一步提升鏡片加工技術的精確度。Canon 於 1985 年迎來另一個重大里程碑,成功將大口徑玻璃鑄模 (GMo) 非球面鏡片應用於新推出的 FD 35-105mm f/3.5-4.5 鏡頭 (於 1985 年 12 月推出),成為全球首支使用 GMo 非球面鏡片的可交換式單眼相機鏡頭。自此,用於製造及測量非球面鏡片的技術,便成為 Canon 日後締造各類高性能鏡頭不可或缺的重要元素。

    展望未來,Canon於光學技術上將繼續精益求精,致力發展出更豐富的產品線及科技,以滿足用戶的不同需求。

    [1] 1微米(µm)相當於一百萬分之一米。
    [2] 1奈米(nm)相當於十億分之一米。

    附件

    非球面鏡片加工技術

    Canon 光學科技坐擁四種獨特的非球面鏡片加工技術。(一)高精度研磨非球面鏡片,採用鑲有鑽石的工具對玻璃鏡片進行研磨及拋光;(二)玻璃鑄模非球面鏡片,使用非球面模具對鏡片玻璃進行壓注及成型;(三)複製非球面鏡片,利用非球面模具在玻璃球面鏡片上以樹脂膠製作出非球面表面;(四)塑膠鑄模非球面鏡片,將樹脂膠注入非球面模具中成型。根據各種非球面鏡片的特性及其在鏡頭光學結構中的位置,Canon將利用最合適的技術來生產能夠滿足廣泛用戶需求的鏡頭。

    Canon 獨立發展的鏡片加工機器,令生產高精度非球面鏡片變得可能。Canon 技術的高精確度,從鏡片設計圖和最終成品之間的尺寸誤差程度僅為 0.1 微米可以得知,如果將鏡片放大到相當於東京巨蛋屋頂的尺寸(直徑:約 244 米),這表示誤差範圍僅為 0.5 毫米以下,即傳統機械鉛芯筆的筆芯直徑。此外,高精度研磨非球面鏡片技術亦是這四種技術中最精確的一種,不僅應用於生產可交換式單眼相機鏡頭,更會應用到科學領域。例如,日本國家天文台的昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) 中的主相機光學校正系統,便採用了Canon的以高精度測量及加工技術製造的非球面鏡片。

    Canon 四種非球面鏡片處理科技

    [從左至右] 高精度研磨非球面鏡片,玻璃鑄模非球面鏡片,複製非球面鏡片,塑膠鑄模非球面鏡片

    非球面鏡片的效果

    可換鏡頭例如大光圈或廣角鏡頭,如果只以球面鏡片構成,均會存在大幅度的球面像差及變形。球面像差的成因是當與光軸平行而入的光線進入鏡頭時,靠近光軸的光線與遠離光軸的光線各自所形成的影像,無法聚集在光軸的同一焦點上,從而產生影像模糊。此外,當主體及由鏡頭產生的影像不是相同的話,例如直線變得彎曲,這現象稱之為變形。

    非球面鏡片正是針對這類球面鏡片問題的解決方法,有助產生更理想影像。其彎曲表面的形狀不同於球面鏡片,亦可減少各種像差。例如在有多種光源的夜間城市景觀中,非球面鏡片可以減輕由球面像差所引致的「滲光」效應。