第14講 非球面鏡與ED鏡片之功效（上）

Mr.OH!主述 / ANAN 編譯

• 搶手的規格！

        數位相機、DV數位攝影機持續發光發熱，越來越多的競爭廠家加入這個戰局。決勝關鍵除了設計與功能外，鏡頭的好壞也是一大要素。許多網友在閱讀本站的測試報告、規格表或其他相關的書籍、平面雜誌時，多會注意到在『相機規格』之中的鏡頭架構下，描述『群』、『片 / 枚』之外，或多或少還會補充內含鏡片的規格，例如：非球面鏡片 2 片 或是 ED 抗色散鏡片兩片等等。有了這些文字，彷彿魔咒加身一樣，讓這些相機身價跟著水漲船高。甚至當你前往大賣場購買相關機種的時候，售貨員還會口沫橫飛的吹有了這兩種鏡片的好處...可是非球面鏡、ED 鏡片真有這麼神奇嗎？ 

• 非球面鏡誕生 - 有效減少鏡頭的重量和組成

        『非球面鏡』的英文寫法是 Aspheric lens，最早成功量產並使用非球面鏡技術的，相信大家一定不陌生，就是日本佳能 Canon。日本 Canon 公司在 1971 年時就推出了世界上第一支包含非球面鏡的可交換單眼相機（SLR）鏡頭 FD 55mm f1.2 從此開創了鏡頭設計的新時代，1976 年佳能公司創新研製非球面鏡生產和製作技術，並將其縮小用3於5mm電影機攝製鏡頭之中，也就是著名的K35系列。

（附註：不過，最早利用非球面鏡技術製作出第一顆鏡頭的是 1966 年 Leitz (Leica) Noctilux 50mm f/1.2，這是著名 NOCTILUX第一代的鏡頭，也是相當罕見大光圈（f/1.2）的設計，這顆鏡頭的結構採用4群6片設計，其中有兩片非球面鏡片（第一片和最後一片）用來矯正球面像差。由於 1966年打磨非球面鏡片的技術尚未成熟，製作難度相當高。由於成本實在太貴，且生產速度太慢，後來新版 NOCTILUX 就不再採用非球面鏡設計。     

OP Fisheye-Nikkor 10mm F5.6

    現存最早的非球面鏡頭是 1968年由日本 Nikon 公司所生產的 Nikkor (Nikon) OP Fisheye 10mm f/5.6 以及 Noct-Nikkor 58mm f1.2，這兩顆鏡頭並未大量普及生產，採特殊訂購（受注）方式，主要用於科學研究和工業領域。

相關參考網址：http://www./rb/photography/opinion/html/aspherical.htm http://www./main/eng/society/nikkor/n06_e.htm

- 感謝熱心網友 Kenneth Chan  提供相關資訊）

Noct-Nikkor 58mm f1.2 相關資訊請看 ：Nikon Web Magazine（ウェブマガジン）

        前面的文章中，我們介紹了球面鏡會產生許多像差，導致影像模糊失焦。克服上述像差，鏡頭設計者必須在鏡頭中使用很多片透鏡來補償。這樣，在成像品質提高的同時，鏡頭也變得又大又沈。非球面鏡（Aspherical lens）適時出現，剛好可以在鏡頭的光學系統中，可以大幅度提高相機使用大光圈時的成像品質，減小廣角鏡頭的桶狀變形，而且，一片非球面透鏡可以替代好幾片球面透鏡補償像差，能夠非常明顯地簡化鏡頭的光學設計，減小它的體積和重量。

        也就因為如此，現時市面有不少迷你型的數位相機、傻瓜相機、APS相機之鏡頭，特別是變焦鏡頭，幾乎清一色的都採用了非球面鏡片，特別是 3X以上光學變焦的鏡頭無不採用非球面鏡設計，以提高影像品質。

• 非球面鏡原理

側視圖

        非球面鏡片為什麼這麼神奇？首先，我們來看，一般相機鏡頭若是採用球面鏡片(Spheric lens)時，所形成象差的問題。這是因為當不同波長的光線，以平行光軸入射後鏡片上不同的位置時，在平面（或稱底片 /CCD）上不能聚焦成一點，因而影響影像的品質。見右上圖，使用球面鏡的投影是開放分散的圓。

        非球面鏡片改變了鏡片呈現非球面的弧度，從鏡片邊緣看，你發現坡度不是完美的弧形。要選用哪種弧度，二次、三次曲線、甚至更高階層的計算公式，各家製造商都有其專利的計算方式。總歸，這些設計與計算就是方便光線入射到非球面鏡面時，光線能夠聚焦於一點，消除各種象差和變形(枕狀或桶狀)。這項特點，特別適用變焦鏡，因廣角造成桶狀變形而至望遠之枕狀變形之消除。

• 非球面鏡的極限

        曾有一陣子，非球面鏡技術被視為解決鏡頭設計複雜的萬靈丹。特別是電腦技術發達之後，過去需要用手和計算尺算到腦筋斷掉的坡度設計，現在只要 CAD/CAM 就出來了。但是問題還是卡在製作的關節上，特別是因為光學原本就是相當傳統的技術與產業，向來重視經驗累積與傳承，即使在先進國家，最後的拋光也常需要老師父幾十年工作經驗的一雙巧手，做最後修飾，才能成就出一件堪稱藝術品的精品。也因為如此，過往的非球面鏡之單價才如此高昂，被視為精品中的精品才有資格享用。球面因為加工比較容易，在品管上也可以達到較高的良率，達到節省成本的目的，還是佔了鏡頭組成的大宗。但科技進步，現在非球面鏡可以利用壓模方式大量生產，不需要經過複雜的手工處理，普及率提高，價格也大幅下降。

        然而，加工方法反而又成為了限制非球面鏡發展的一道門檻。爲什麽所有的鏡頭都不用非球面鏡呢？關鍵在於模壓技術只能使用特定的玻璃材料才適合，不同材質的原料雖有更好的光學性能，可是卻會在玻璃冷卻過程中表面變形。對於原物料的討論，我們會留待以後的章節來解說。現在，我們可以知道，模鑄技術限制了非球面鏡的實際尺寸，有待新技術或新科技加以解決。