光学技术

萤石

决不妥协的镜头制作,始于对原材料本身的创造

萤石(Fluorite)是在高温发热时,能够散发光芒的神奇的石头。由于它拥有夏夜飞舞的萤火虫一样的美丽,因此被命名为“萤石”。其化学符号为CaF2,这种氟化钙结晶如同它的“石”字体现的那样,是天然矿物的一种。明显的特征是折射率和色散极低,对红外线、紫外线的透过率好。但值得关注的还有一点:它具有光学玻璃无法实现的鲜艳、细腻的描写性能。为此,佳能以开发尚未有人攻克的“萤石”高性能镜头为目标,启动了“佳能F计划”。

过去并不是没有人关注过萤石。早在19世纪初就已经有将天然结晶用作显微镜物镜的记录。此后,也开始尝试过人工结晶,将其用于望远镜等大型镜头中。但由于技术难度大,还无法用于普通摄影镜头。虽然困难重重,但研究员的热情并没有减退。“亲手开发萤石,以此开发出高性能镜头。”这曾经是一个非常大的挑战。光线焦点的偏离会出现颜色发散,使拍摄图像的锐度下降。这就是“色差”。开发镜头时,如何消除这种“色差”可以说是实现高性能的关键所在。色差修正首先要将色散小的凸镜头与色散大的凹镜头进行组合,统一光线的前进方向,使焦点一致。但是,如果仔细观察焦点附近,即使是为了修正色差而组合的镜头,仍能够发现红、蓝波长之间产生的颜色分色,绿色的焦点依然会产生色差。这种微小的残留色差被称为二次色差或二级光谱。

对彻底去除这种麻烦的二级光谱发挥巨大作用的就是“萤石”。萤石的色散极低,而且具有与光学玻璃截然不同的“反常部分色散”的性质。利用普通光学玻璃不具备的这一特征来制作萤石凸镜头,只要消除色差,二级光谱就会变得极小,红、绿、蓝的焦点几乎全部吻合。光线的焦点集中到一点,就能实现L镜头富有的鲜明清晰的描写性能。“佳能F计划”启动2年后的1968年,人工的萤石结晶终于研制成功了。不言而喻,这也是在日本首次获得的成功。但是,要在相机镜头上使用萤石,还有许多障碍需要跨越。制成的萤石结晶非常容易受损。而且不允许象其它光学玻璃那样研磨,为此,在迄今为止培育起来的研磨技术的基础上,特殊的研磨技术也随之开发出来。研磨时间需要平常的4倍,研磨后的清洗也采用费时费力的逐枚手工擦拭方法。

萤石镜片 工艺流程

就是这样,1969年,第一枚镜头终于完成了。这就是采用萤石的镜头“FL-F300mm f/5.6”。这种萤石的性能在焦距长、受二级光谱影响大的远摄定焦镜头上得到了充分发挥。安装了萤石的超远摄定焦镜头系列,因其描写的细腻性和高对比度,得到了全世界摄影师的高度赞赏。