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你必须知道的20大黑科技 佳能EF镜头技术全解析

0 2017-02-21 06:00:00 蜂鸟网   作者:税宁   责编:文子林 [原创]

  佳能的EF系列镜头,堪称世界上生产数量最多、使用最广泛的镜头系列,自1987年首次推出以来至今镜头生产总量已累计超过1.2亿支。要达到让摄影者使用镜头获得如意的拍摄效果,让拍摄变得简单有趣,则需要镜头具备优异的整体画质、出色而真实的色彩还原、精准而自然的景深控制能力、优良的操控感受和出色的环境适应能力这五个特点。要实现以上这些要求,佳能就必须在产品研发之初,通过一系列的相关技术来实现。下面,我们就来聊一聊佳能的EF系列镜头。当然,如果使用专业的光学和工业名词来介绍这些技术,相信很多人会看了感觉头大不已,因此,我们尽量使用一种“说人话”的方式,来通俗易懂的介绍一下佳能的这些镜头技术:

·提升整体画质和色彩还原所使用的技术:

  所谓镜头图像画质与色彩还原能力,通俗的说,就是照片看上去清晰、细腻、不模糊,给人以特殊的美感与质感,色彩看上去不失真,没有不应该有的色差、色晕问题。

·萤石镜片技术:

  由于光学镜片对不同波长的光线折射率不同,故而光线无法再次汇聚在一个点上,从而出现色差现象,优质光学材料可以有效降低色差,而对色差抑制能力最强的便是萤石。萤石是一种被称为氟化钙的天然或人工结晶化学材料,因物理结构不同,光线在穿过用这种材料制作的镜片时,仍能全部汇聚在镜头焦点上。通俗的说,就是光从镜头怎么样进来的,还会怎么样出去,尽可能降低因折射和色散造成的光线损耗。这样自然也就不会像普通镜片那样因为折射和色光分离作用导致图像清晰度下降或色彩失真。也就是所谓的低折射率、低色散性质。

漫谈佳能的EF镜头技术
萤石镜片可抑制色像差导致的画质降低

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萤石镜片还实现了远摄镜头的小型化与高画质

  反映到实际拍摄效果上,就是用这种材料制造的镜头,所获得的图像更为清晰、锐利而细腻。而由于用这种材料制造的镜片光线折射率要比普通玻璃低的多,因此用这种镜片设计的长焦镜头就能简化原来用于补偿画面弯曲变形的结构,从而实现长焦镜头体积和长度的缩短。所以萤石镜片在佳能的长焦镜头中出现的几率是最高的。

·超级UD镜片/UD镜片:

  所谓UD镜片也就是通常所说的低色散镜片,这种镜片的作用同样是用于补偿像差。不过,其补偿效果,要比萤石镜片差一些,一般认为两片UD大致相当于一片萤石,一片超级UD可实现两片UD的效果。超级UD镜片和UD镜片的优势是成本相较萤石镜片更低,所以用含这两种镜片的镜头价格就比配备萤石镜片的镜头低不少,而佳能不少超广角镜头就广泛使用了这种镜片。

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为补偿超广角镜头易产生的倍率色像差,EF 11-24mm f4L USM使用了1片UD镜片和1片超级UD镜片

·研磨非球面镜片/非球面镜片:

  一般来说,普通镜头的镜片大多是呈球面的凹、凸透镜形状,而非球面镜片则会有特殊的曲面形状,镜片表面的曲率半径处处各不相同。这种特殊形状的镜片能够让光线的透射方向与角度按照需要的方向和角度走,从而有效控制诸如球差、彗差和畸变等问题。

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非球面镜片(右)使焦点统一,有效降低球面像差

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左图配备非球面镜片镜头所拍摄的照片

  反应到实际拍摄效果上,就是使用这种镜片的镜头图像锐度更高而不容易出现边缘模糊。其中,研磨非球面镜片是采用加工精度和工艺要求都极高的研磨技术制造的,而普通非球面镜片已经可以采用能够批量生产玻璃模铸技术制造的。由于可以精确控制光线方向与角度,采用这种镜片后的镜头也可以减少镜头光学补偿结构,所以相对于传统技术设计的镜头,它们更轻、更小,价格也更低。

·DO多层衍射光学元件:

  如果拿起DO镜片,你可以看到镜片上有大量的同心圆格栅结构,也就是所谓的衍射光栅。DO镜片制造工艺是将两片有棱齿的镜片像齿轮一样相互啮合到一起,这种技术目前已经发展到了第三代。其中第二代采用的是3层光栅结构,而第三代则采用了无缝双层结构,消除了两个光栅格之间的空气层。

深入解读全面分析 漫谈佳能的EF镜头技术
DO镜片与一般光学镜片组合可有效抵消色差

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三层光栅结构(左)与无缝双层结构(右)

  通过这种衍射技术,大型变焦长焦镜头就可以有效消除多余的衍射光线。反应到实际效果上,就是有效抑制像差的同时降低镜头的体积与重量。一般来说,佳能会在使用DO技术的镜头上增加绿色的装饰圈来标志这种镜头,辨识度极高。

·BR镜片:

  BR镜片最早出现在2015年。它是一种特殊结构的复合镜片。一般的结构是一片凸透镜加一片凹透镜中间再加上一片特殊有机光学材料。

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传统凸凹透镜组合折射(左)与BR镜片折射(右)

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右图为BR镜片拍摄

  由于所加入的特殊有机光学材料可以对蓝色光进行大幅度折射,所以这种镜片能够可以有效降低镜头轴向色差,抑制大光圈镜头所产生的色晕现象。反应到实际拍摄中,就是采用这种镜头的镜片,可以在使用大光圈拍摄,减少常见的紫边和边缘模糊问题。

·SWC镀膜:

  SWC镀膜是一种采用了仿生学设计的新型镜头镀膜技术,模仿了飞蛾眼睛表面细小的凹凸结构能够抑制光线反射的原理。通过特殊的工艺,佳能这种镜片的表面蒸镀有小于可见光波长的纳米尺寸楔形结构层,从而控制光线折射率,抑制镜头内部无必要的反射。反应到实际拍摄中,就是可以有效减少画面鬼影和眩光,让镜头在逆光拍摄时提升画面锐度。

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SWC亚波长结构镀膜的示意图

·ASC空气球形镀膜:

  此为佳能的另一种特有镜头镀膜技术,主要用于防止镜头内部的光线反射。依靠特殊的多层镀膜工艺,镜头最上层会被有规律的平铺一层直径为几十纳米的微小空气球,从而降低了光线在镜头内的折射率,防止了镜头中垂直方向光线的反射。其实际作用是,抑制因反射而引起的鬼影与眩光。

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传统蒸镀膜(左)与ASC空气球形镀膜(右)

·超级光谱镀膜:

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超级光谱镀膜

  人们常说的佳能色彩风格,其实就得益于这种镀膜技术。它也是佳能在EF系列镜头中最广泛使用的镀膜,最复杂的超级光谱镀膜能够达到10层。如果你在阳光下从不同角度观看镜片,可以看到琥珀、洋红、紫色、蓝色等多种色彩。依靠这种多层镀膜技术,镜头可以大幅度提高可见光的通光率,并抑制因折射和内部反射引起的眩光和鬼影,提高画面锐度,清晰度,而画面色彩也更为自然、真实。

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·提升景深控制能力使用的技术:

·浮动对焦机构:

  浮动对焦这是一种通过移动像差补偿镜片组来减少像差的镜头结构。增加这种机构后,能够降低广角大光圈镜头在近距离对焦时产生的多种像差,也可以让长焦微距镜头的在更近的对焦距离上进行对焦。

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浮动对焦机构

·圆形光圈:

  图像景深外柔和美妙的虚化效果就得益于圆形光圈这种技术。依靠特殊的光圈叶片形状,镜头内的光圈叶片收缩时,内圈的光孔边缘就会变得光滑圆润,而叶片数量越多,其内圈就越接近于圆形。反映到实际拍摄效果中,就是画面焦距之外的虚化部分更为柔和与梦幻。一般来说,如果一支用于拍摄人像的镜头没采用圆形光圈技术,它都不好意思和别的镜头打招呼。

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圆形光圈

·EF卡口:

  这是一种全电子镜头卡口技术。佳能所有的镜头设计都基于这种卡口技术。由于取消了机械传动装置,佳能EF镜头的对焦驱动、防抖补偿、以及光圈调整等动作,都是通过镜头内部的马达自行动作的,相机机身的所有控制信息则可以通过镜头尾部的金属电子触点来实现传输与共享,从而使镜头的拍摄精度和响应速度都比传统的机身驱动结构更好。

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EF全电子卡口

·EMD电磁驱动光圈:

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EMD电磁驱动光圈单元

  EMD是一种使用变形步进电机来控制镜头光圈叶片缩放的电机结构。驱动光圈叶片的电机位于镜头内部,相机通过EF电子卡口向其传输控制信息,来调整光圈叶片大小。由于减少了镜头与相机之间的机械连接,镜头的耐用性和响应速度都大为提高,也更容易进行精确的景深控制。此外,通过这一技术,移轴镜头还可以实现自动光圈控制功能。

·为获得优良的操控感受而推出的技术:

·IS影像稳定器/动态防抖:

  这是一种安装在镜头内用于提升镜头拍摄稳定性的防抖装置。在运动拍摄过程中,镜头内部电路计算系统会通过红外发光二极管和两个振动陀螺仪与位置探测器对镜头的抖动情况进行侦测与反馈,然后根据抖动方式通过动圈元件驱动补偿光学元件,从而从物理上抵消镜头振动引起的光轴偏差,起到防止镜头抖动的作用。依靠这一机构,用户可以在弱光环境下,以较低的快门速度手持相机拍摄出清晰的照片。普通的EF防抖镜头一般拥有两种动态防抖模式,其中第一种针对相机水平移动时进行垂直校正,第二种则针对相机垂直移动式进行水平校正,同时,在这种模式下的镜头也可以在追踪拍摄时进行动态补偿,而最新型的第三种补偿模式在拍摄无规则运动物体时,也能进行抖动校正。

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IS防抖系统光学组件结构

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IS单元的结构

·双重IS影像稳定器:

  这是一种针对微距镜头推出的复杂抖动补偿机构,这种机构即可以补偿倾斜抖动也可以补偿平移抖动,能够让手持微距摄影的成功率更高,相比普通的IS系统,这种稳定系统主要用于微距镜头。

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右侧为开启双重IS影像稳定器后效果

·USM:

  可谓传奇的超声波马达安装在镜头之内,能够通过超声波振动作为动能来控制镜头的对焦,让对焦更为迅速、安静,且能耗更低。由于采用了这种技术,镜头还可以实现全时手动对焦功能,用户无需调整镜头的对焦模式,也可以直接手动旋转对焦环进行对焦。同时,这种马达也简化了镜头结构,让镜头变得更轻更小。从形状上来区分,USM超声波马达分为环形、微型和NANO三种类型,其中环形USM是圆环形的,具有结构简单,扭矩大的特点,在大光圈和长焦镜头上经常会使用这种马达。而微型USM则可被安装在更小口径的镜头上使用,也同样支持全时手动对焦功能。而NANO USM的体积是三者中最小的,如同一个小型电子芯片。不过它的其驱动方式是直线往复运动而不再是前两者的环形运行,它同样具有安全、准确、流畅的特点,主要用于新型的视频类EF镜头进行推拉摇移跟视频拍摄时的平滑对焦。

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环形USM(左)与微型USM(右)

·全时手动对焦:

  得益于USM超声波对焦驱动技术,镜头可以在自动对焦的模式下,无需切换对焦模式就直接旋转对焦环来确定对焦效果,从而让对焦微调操控更为方便、直观、简洁。

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全时手动对焦模式

·STM步进对焦驱动系统:

  同样是用于驱动镜头自动对焦的马达。可以根据脉冲信号控制马达的启停、运动,具有结构简单,体积小、噪音低的特点,用于拍摄短片时对焦更为安静。

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STM步进电机

·后对焦/内对焦:

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后对焦/内对焦

  后对焦技术是指对焦镜片组处于光圈后方、而内对焦是指对焦镜片组处于光圈前方,根据不同的镜头种类,采用这两种设计的镜头可以比未使用这种技术的镜头减少移动镜片组件的数量,轻量化镜头结构,提高对焦速度。而在实际使用中,采用这两种构造的镜头在对焦是镜头长度是不变的,也就是说镜筒不会伸缩,这样在使用PL-C圆偏光镜时不会出现对一次焦就需要调整一次滤镜的问题,同时也可以缩短镜头的最近对焦距离,并减少镜头外部的风箱效应,减少灰尘、霉菌进入镜头内部的几率。
 
·提升环境适应能力使用的技术:

·防污氟镀膜:

  与其他光学成像镀膜不同,这一镀膜技术是为了提高镜头的耐用性而设计的憎油憎水性镀膜。其最大作用是在能够保持优秀透光率的情况下还能减少水滴、油污、汗水等污渍与镜片的附着性,同时还能够提高镜片结构硬度,减少划伤的可能。利用这种技术可以有效减少镜头表面灰尘或污迹附着,让镜头更易于清洁。

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防污氟镀膜

·防尘防水滴结构:

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防尘防水滴结构

  在佳能的许多L级镜头(镜头镶有红色装饰圈)上,都采用了这一设计,具体做法是在镜头开关拨杆、镜头前缘接口、后部卡口环、对焦变焦环与镜头伸缩缝隙等处都增加密封橡胶圈一实现密封功能,从而减少灰尘、雨水、霉菌进入尽头的可能,提高镜头的耐用性和环境适应能力。

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