鏡頭制造工序好鏡頭貴在何處？

翻譯：劉驍 編輯：鐘平成 美編：劉釋遙

我們在佳能宇都宮市工廠探索高品質(zhì)鏡頭的制造過程。

在介紹器材時，我們通常會用巨大的篇幅介紹新機身的各種功能特性、操控手感以及性能表現(xiàn)，換成鏡頭后介紹的篇幅只有寥寥數(shù)行。對于鏡頭來說這有些不公平，其實在攝影師眼中，有時候鏡頭比機身更重要，一些攝影師會對特定鏡頭產(chǎn)生特別的感情，哪怕機身更新了兩三代，鏡頭仍然保持不變。從保值角度講，經(jīng)典鏡頭貶值速度遠比同年代的數(shù)碼機身慢得多，一些鏡頭的價格甚至還會略微走高。

造就以上兩點原因是因為優(yōu)秀鏡頭具有經(jīng)典的設(shè)計且制造成本不菲?，F(xiàn)在，鏡頭的設(shè)計變得越來越復(fù)雜，考慮因素也更加豐富，無論鏡片還是鏡身其他部分使用的材料也更加多種多樣。制造周期也變得越來越長，有些工序還需要經(jīng)驗豐富的手工操作，即使使用機器代替人工，設(shè)計程序以及調(diào)試過程也會非常耗時。

對頁_佳能L系列鏡頭是人工與機械精確協(xié)同制造出來的產(chǎn)品。佳能的技師（takumi）會專注于鏡頭的開發(fā)流程。目前，很多鏡頭還是需要手工組裝，而它們都是由具備多年經(jīng)驗的工匠（meister）完成的。

上圖_鏡頭中大多數(shù)鏡片都是球面鏡片，它們可以用機械大批量地完成打磨工作。對于那些形狀特別的非球面鏡片，工廠中還有專門生產(chǎn)這些鏡片的模具。工廠中的鏡片都由機器人運輸。

鏡頭可不是簡單的一堆玻璃

使用現(xiàn)在的技術(shù)，把玻璃制造成特定的形狀并不算難，但鏡頭畢竟不是一堆玻璃，它需要精確的設(shè)計安排才能達到想要的效果。在設(shè)計鏡頭時，設(shè)計師需要考慮玻璃的各種特性，比如對（不同波長）可見光的透過率，化學(xué)穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性等等，當然還要考慮塑形時的難易程度。

對于玻璃本身，光學(xué)設(shè)計師更多考慮的是其使光線偏折的能力。利用這一點，鏡頭才能讓光線重新匯聚到傳感器上實現(xiàn)成像。不過，就像三棱鏡一樣，鏡片在令光線偏折時會對不同顏色（波長）的光產(chǎn)生偏折程度不同的問題，這會對鏡頭成像造成嚴重的影響，也就是我們常說的色差。為了消除色差，鏡頭往往需要更多的鏡片，利用不同特性和形狀的鏡片消除上面描述的三棱鏡效應(yīng)。

如今，能夠用在鏡頭上的材料越來越多，這意味著更好的玻璃制造廠能夠支持鏡頭制造商制造出更多新品種的鏡頭。當然，這些新品種的玻璃也能用于優(yōu)化現(xiàn)有的鏡頭，令它們成像變得更好，或者變得更小。

玻璃的三棱鏡效應(yīng)又被稱為色散，色散的程度用阿貝指數(shù)表明。而令光線偏折的能力則可用折射率表明。不同種類的玻璃，這兩項特性參數(shù)不同。比如，火石玻璃（玻璃的一類）擁有高折射率和高阿貝指數(shù)（低三棱鏡效應(yīng)），而冕牌玻璃（玻璃的另一類）相反，擁有低折射率和高阿貝指數(shù)。我們在鏡頭介紹中經(jīng)常見到的LD（Low dispersion低色散），ED（Extra-low Dispersion特低色散）以及UD（Ultra-low Dispersion超低色散）其實都與上面提到的阿貝指數(shù)有關(guān)，色散越低的玻璃一般價格也越高，質(zhì)地也越軟，它們是控制鏡頭色差的關(guān)鍵材料。

談到低色散鏡片就不得不提螢石鏡片，螢石擁有比UD玻璃更低的色散，因此是制造長焦鏡頭的極佳材料。與此同時，螢石相對UD玻璃更高的折射率還意味著鏡頭可以被造得更短小。這兩項特性都讓螢石成為鏡頭制造商手中的王牌材料，然而自然螢石往往帶有雜質(zhì)，純凈的小塊螢石曾經(jīng)被用于制造顯微鏡的物鏡，但是用于攝影鏡頭的螢石鏡片是自然螢石無法實現(xiàn)的，因此只能通過人工合成的方式取得。1960年，佳能第一個開發(fā)出人工制造攝影用螢石鏡片的技術(shù)，之后逐漸應(yīng)用螢石鏡片的佳能L系列鏡頭在行業(yè)內(nèi)名聲大噪。

此外，還有一類鏡片也特別適合用于長焦鏡頭，它們叫做DO（Diffractive Optic衍射鏡片）鏡組，它們利用鏡片，的微觀結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)光線（還不會造成色散），不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)鏡片還可以大幅度減輕鏡片的厚度和重量。不過曾經(jīng)的衍射鏡組會造成嚴重的散射和眩光，嚴重影響拍攝效果。隨著工藝技術(shù)的更新，這些問題已被解決，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以看到市面上已經(jīng)有一些使用DO鏡組的超短超輕的長焦鏡頭了。

值得一提的是佳能目前還獨有BR（藍色譜異常折射）鏡組，佳能利用這項技術(shù)成功生產(chǎn)出L系列鏡頭（EF 35mm f/1.4 II）。這項技術(shù)的引入使得鏡頭在設(shè)計層面具有更多的可能性。需要指出的是BR鏡片使用的材料并不是一種玻璃，而是一種特別的樹脂材料。

1 11-24mm 佳能生產(chǎn)的視角最廣的非魚眼（線性）鏡頭。

2 35mm f/1.4 使用佳能獨有BR鏡片的鏡頭，可大幅度消除色差。

3 24-105mm f/4 IS STM 配備出色防抖機構(gòu)的鏡頭。

球面鏡片 VS 非球面鏡片

現(xiàn)代鏡頭都擁有復(fù)雜的鏡組結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)又是由分散的鏡組構(gòu)成的。這些鏡組可以是單獨的鏡片，也可以是兩片甚至三片鏡片膠合在一起構(gòu)成的。這些鏡組在鏡頭中會起到不同的作用，比如令變焦鏡頭改變焦距（視角）的變焦組，還有讓鏡頭改變焦點的對焦組等等。對于單片的鏡片又可以分為球面鏡片和非球面鏡片。

佳能之最 推進鏡頭的極限

最快 佳能EF 85mm f/1.2L II USM具有極強的背景虛化能力，并提供優(yōu)質(zhì)的焦外成像。這支鏡頭和EF 50mm f/1.2鏡頭是佳能目前產(chǎn)品線中光圈最大的產(chǎn)品。

最長 這只“巨獸”是佳能EF 800mm f/5.6 IS USM，它是佳能在產(chǎn)焦距最長的鏡頭，其光學(xué)結(jié)構(gòu)中使用了2片螢石鏡片，1片UD鏡片和1片Super UD鏡片。

最廣（非魚眼） 這支擁有巨大前鏡片的鏡頭是佳能11-24mm f/4 L，它能夠提供超級寬廣的視角，也是目前所有鏡頭中最廣的一支，無論什么畫幅格式。

佳能之最 不斷推新

最微 大多數(shù)微距鏡頭能夠提供1：1的放大倍率，而這支MP-E 65mm f/2.8 1-5x Macro微距鏡頭可以提供最高達到5倍的超大放大倍率，它是佳能目前產(chǎn)品線中最適合拍攝細微結(jié)構(gòu)的鏡頭。

最廣最直 這支樣子奇怪的鏡頭是TS-E 17mm f/4L，它是目前佳能視角最廣的移軸鏡頭，也是你能找到的視角最廣的全畫幅移軸鏡頭，建筑攝影師借助它可以拍出線條筆直的宏大結(jié)構(gòu)。最大變焦比 佳能L系列鏡頭要么是定焦鏡頭要么是恒定光圈的變焦鏡頭，而這支EF 28-300mm是目前佳能L系列鏡頭中變焦比最大的，其10.7倍提供廣角到長焦的焦距范圍。

“完美”鏡頭的標準

KANEDA先生是佳能光學(xué)事業(yè)部的高級主

管，他向我們詮釋了追求完美的佳能L系列

鏡頭都需要通過哪些甄選。

頂級的光學(xué)表現(xiàn)極具競爭力的定價精確的自動對焦夠輕夠小獨有的鏡頭特點完美的操作方式和人體工程學(xué)元素高耐久性高效的防抖機構(gòu)更好的視頻對焦表現(xiàn)

鏡頭設(shè)計流程

新鏡頭總在從畫質(zhì)更佳、重量更輕、體積更小、更易制造等等角度出發(fā)，這些都對鏡頭設(shè)計部門不斷提出挑戰(zhàn)。接下來我們將為你介紹一支新鏡頭的設(shè)計流程。

1 需求

在佳能，所有的需求來自用戶的反饋和建議，佳能會將此作為最高優(yōu)先級。此外，新材料或者新工藝也會直接催生新鏡頭或者老鏡頭的優(yōu)化版誕生。

2 設(shè)計

這一步將會在極其復(fù)雜的CAD軟件中進行，設(shè)計過程中不僅會考慮到玻璃的光學(xué)特性，還會初步考慮到制造過程中的誤差，并用來模擬產(chǎn)品生產(chǎn)的難易程度。通過此步的方案會制作實體樣本。

3 可能性

上一步通過的方案證明鏡頭的光學(xué)設(shè)計達標，接下來就是鏡頭開發(fā)部門介入的時間了。他們會充分考慮鏡頭制造的各個環(huán)節(jié)，并調(diào)試機器，以求最大生產(chǎn)效率和最高的生產(chǎn)水準。

4 制造

佳能宇宮都工廠擁有先進的制造機械，比如可以自動校正誤差的鏡頭打磨機器。但更重要的是經(jīng)驗豐富的工人，無論是訓(xùn)練機器、組裝鏡頭還是測試鏡頭，都需要技藝精湛的工人參與完成。

5 自動化

優(yōu)化后的流程可以實現(xiàn)高度自動化，并且可以在佳能的其他工廠輕松快速復(fù)制。不過最精細的手工部分流程仍需要在宇宮都工廠中完成，這也就是為什么所有L鏡頭的誕生地都在這里的原因。

鏡頭中大多數(shù)的鏡片都是球面鏡片，顧名思義這些鏡片的表面是球面的一部分，它們有些曲度大有些曲度小，有些是凸透鏡有些是凹透鏡，它們制造起來較為簡單，因此價格也便宜。

不過球面鏡片并不是用來制造鏡頭的完美組件，單純用球面鏡片會積累這類鏡片對畫質(zhì)造成的削弱（球差）從而影響整支鏡頭的表現(xiàn)。所以在一些高端鏡頭上你還會看到另一類鏡片，也就是非球面鏡片。非球面鏡片的表面呈現(xiàn)不規(guī)則的曲面，具體形狀需要精妙的設(shè)計。制造非球面鏡片需要更加精確的工序。雖然打磨非球面鏡片的原理與球面鏡片相同，但非球面鏡片不規(guī)則的曲率變化需要其在不同的機器中打磨多次才能成形，整個過程要比球面鏡片復(fù)雜得多，因此價格也要昂貴得多。

除了打磨法，鑄模法也是制造非球面鏡片的辦法。將融化的玻璃注入精確的模具中就能得到非球面鏡片。不過實際過程并沒有描述的這么容易。因為鏡片在冷卻過程中會變形，變形的程度與溫度變化和玻璃的成分息息相關(guān)，因此在設(shè)計模具時需要綜合考慮各種因素。佳能將這樣制造出來的鏡片叫做GMO(玻璃鑄模鏡片)。隨著人們對這項技術(shù)的熟悉，越來越多的高精度GMO被用在了高級鏡頭上，它們通常都有著巨大的直徑，在超廣角鏡頭上最為常見。