非球面镜诞生 有效减少镜头的重量和组成
“非球面镜”的英文写法是 Aspheric lens，最早成功量产并使用非球面镜技术的，相信大家一定不陌生，就是日本佳能 Canon。日本 Canon 公司在 1971 年时就推出了世界上第一支包含非球面镜的单眼相机镜头 FD 55mm f1.2 从此开创了镜头设计的新时代，1976 年佳能公司创新研制非球面镜生产和制作技术，并将其缩小用3于5mm电影机摄制镜头之中，也就是著名的K35系列。
前面的文章中，我们介绍了球面镜会产生许多像差，导致影像模糊失焦。克服上述像差，镜头设计者必须在镜头中使用很多片透镜来补偿。这样，在成像品质提高的同时，镜头也变得又大又沈。非球面镜（Aspherical lens）适时出现，刚好可以在镜头的光学系统中，可以大幅度提高相机使用大光圈时的成像品质，减小广角镜头的桶状变形，而且，一片非球面透镜可以替代好几片球面透镜补偿像差，能够非常明显地简化镜头的光学设计，减小它的体积和重量。
也就因为如此，现时市面有不少迷你型的数码相机、傻瓜相机、APS相机之镜头，特别是变焦镜头，几乎清一色的都采用了非球面镜片，特别是 3X以上光学变焦的镜头无不采用非球面镜设计，以提高影像品质。
非球面镜原理
侧视图 非球面镜片为什么这么神奇？首先，我们来看，一般相机镜头若是采用球面镜片(Spheric lens)时，所形成象差的问题。这是因为当不同波长的光线，以平行光轴入射后镜片上不同的位置时，在平面（或称底片 /CCD）上不能聚焦成一点，因而影响影像的品质。见右上图，使用球面镜的投影是开放分散的圆。 非球面镜片改变了镜片呈现非球面的弧度，从镜片边缘看，你发现坡度不是完美的弧形。要选用哪种弧度，二次、三次曲线、甚至更高阶层的计算公式，各家制造商都有其专利的计算方式。总归，这些设计与计算就是方便光线入射到非球面镜面时，光线能够聚焦于一点，消除各种象差和变形(枕状或桶状)。这项特点，特别适用变焦镜，因广角造成桶状变形而至望远之枕状变形之消除。
非球面镜的极限
曾有一阵子，非球面镜技术被视为解决镜头设计复杂的万灵丹。特别是电脑技术发达之后，过去需要用手和计算尺算到脑筋断掉的坡度设计，现在只要 CAD/CAM 就出来了。但是问题还是卡在制作的关节上，特别是因为光学原本就是相当传统的技术与产业，向来重视经验累积与传承，即使在先进国家，最后的抛光也常需要老师父几十年工作经验的一双巧手，做最后修饰，才能成就出一件堪称艺术品的精品。也因为如此，过往的非球面镜之单价才如此高昂，被视为精品中的精品才有资格享用。球面因为加工比较容易，在品管上也可以达到较高的良率，达到节省成本的目的，还是占了镜头组成的大宗。但科技进步，现在非球面镜可以利用压模方式大量生产，不需要经过复杂的手工处理，普及率提高，价格也大幅下降。
然而，加工方法反而又成为了限制非球面镜发展的一道门槛。为什么所有的镜头都不用非球面镜呢？关键在于模压技术只能使用特定的玻璃材料才适合，不同材质的原料虽有更好的光学性能，可是却会在玻璃冷却过程中表面变形。对于原物料的讨论，我们会留待以后的章节来解说。现在，我们可以知道，模铸技术限制了非球面镜的实际尺寸，有待新技术或新科技加以解决。
非球面面镜包括很多种，主要有：
1、平面镜
2、抛物面镜。其特征是平行于抛物面轴线的光线经抛物面镜反射会聚于抛物面镜的焦点，反过来说是由抛物面镜焦点发出的光线经抛物面镜反射后成为平行于抛物面镜轴线的平行光。现在的大型天文望远镜几乎都应用这种面镜，它的制造难度远小于同等尺寸的凸透镜，即使都制造成功，面镜也比透镜要轻便得多。
3、椭球面镜。椭球有两个焦点，由一个焦点发出的光线经椭球面镜反射后会聚于另一焦点。
4、双曲面镜。双曲面也有两个焦点，由一个焦点发出的光线经双曲面镜反射后看起来好像是由另一焦点发出来的。
當太陽光通過不同的介質時，例如：玻璃或水，不同波長的光線因為會有不同的折射率，導致藍光、綠光和紅光會聚在不同焦點上。這就如同牛頓手上的三菱鏡一般，白光進入 --> 七彩分色光線出來。 就自然界來說，這是構成色彩的必要成分，可是就鏡頭來說，這樣的特質會形成影像上的大災難！特別是使用鏡片群組特多的『變焦望遠』鏡頭，面對這樣的難題可以說是非常的頭痛。 隨著相機工業自 19世紀興起，鏡頭的設計越來越複雜且具備更多的功能。不可避免的鏡頭設計工程師必須跟『色差』打交道，透過不斷的實驗和測試，光學玻璃所產生的影像色彩分散現象大致被分解為『縱向色差』，也就是聚焦中心部分會出現同心圓狀的色滲現象與『倍率色差』，在聚焦影像的周圍形成異色光斑，並從中心部分開始逐漸向邊緣部分擴大，而當鏡頭的焦距越長（望遠），色差也就越明顯。 早期的研究發現，天然螢石具有獨特的消除色差作用，但天然螢石結晶（見左圖：Fluorite 又稱氟石）） 太小、太貴，無法運用在鏡片的製作上。直到1968年末，日本 CANON 公司首創以人工合成技術，完成了生產大片人造螢石（『氟化鈣』 - CaF2）的目標，並于1969年推出首次採用螢石鏡片的鏡頭 Canon FL-F300 F5.6和FL-F500 F5.6，到了1973年，CANON更推出了著名的 FL300 F2.8螢石鏡頭。
由於早期合成螢石鏡片的成本實在太高，稍後 CANON 又發展出另一種由光學玻璃混合專利氧化物的替代品，取名為低色散鏡片『UD - Ultra Dispersion』以及更進步的『Super UD』鏡片，混合 UD 與 螢石鏡片的鏡頭，在往後的三十年裡為 Canon 打下著名的 『L』鏡傳奇。 儘管 Canon 所開發的螢石鏡片名噪一時，可是早期的氟化鈣鏡片會使鏡頭的折射率產生偏差進而影響對焦，加上價格昂貴，不是一般的業餘攝影玩家所能普遍擁有。同是日本攝影龍頭的 Nikon 公司，也在 1972 年成功試產了合成 ED鏡片，命名為『Extra-low Dispersion』，不僅擁有極佳的銳利度表現，而且抗色差的性能不遜於 Canon 的 UD 系列。Nikon 也迫不及待的將這項產品應用在同年發表的 Nikkor 300mm f/2.8 ED 望遠鏡頭之中。 由於，Nikon 的技術帶來便宜又可靠的 ED 鏡片抗色散技術，因此被大量廣泛應用於天文望遠鏡、望遠鏡頭中。加上 Nikon 採用開放的行銷策略，將 ED 鏡片售與其他無法生產抗色散鏡片的廠商，逐步打開 ED 的知名度，而其效果也廣被大眾所接受。 1972～1985 Nikon 的鑲金邊鏡頭（使用 ED 鏡片的特殊標記），搭配 PENTAX、OLYMPUS 的大力支持，成功的向大眾行銷了使用『ED』低色散鏡片的鏡頭。這個時期的報導和測試比較認為ED與螢石鏡在性能表現上是一致地，不過 ED 的結構卻會吸收掉一些色光，特別是紅光色域，相對的螢石就沒有這樣的結果，因此螢石鏡頭可以表現的比ED更為明亮，更能表現出高反差的優異性能，也因此 Canon 的螢石鏡頭並未因 ED 的出現而消失。 由於價位的因素，加上大眾普遍可以接受 ED 的效果，同為日本鏡頭設計大廠 TAMRON 開發出新一代的抗色散鏡片技術『LD Low Dispersion』。TAMRON 騰龍公司研究出一種特別處理的樹脂非球面表層，透過粘著的方式附在 LD玻璃鏡片上，形成LD-非球面混合鏡片，一舉解決掉抗色散與變焦變形兩大困擾。在 1995年 TAMRON 發表了這項技術的首次應用 AF 200-400mm f/5.6 LD zoom - the world's first tele-zoom covering 400mm ultra telephoto，為世界上第一支可以變焦到 400mm 的望遠鏡頭。參考網址： Story of Tamron
而其他致力於抗色散鏡片技術發展的公司，還有，SIGMA開發了『SLD/ELD 超低色散鏡片』、MINOLTA的『AD 低色散鏡片』、TOKINA的『SD鏡片』以及 中片幅相機 MAMIYA 的『ULD鏡片』等。這一類廣泛使用抗色散鏡片的鏡頭，也有了一個新的標準，簡稱『 APO鏡頭』（APO 係英文Apochromatic 的簡寫，泛指通過精密的光學計算、鏡片研磨、鏡頭裝配等，生產出可以將三種色光聚焦於同一點，增加清晰度和色彩還原度之鏡頭產品）。通常，絕大多數的APO鏡頭使用了『低色散鏡片』進行修正第二級頻譜的色差（correction of secondary spectrum），但並非所有的APO鏡頭一定都使用了低色散鏡片。
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楼主
欢迎来本版发帖哈
原来贵司在南海区！以后一定拜访！佛山南海区我每年都要去几次的。