在很多的高端鏡頭介紹里，都經(jīng)常會(huì)看到“非球面鏡片”的概念，不少品牌，比如索尼甚至還會(huì)以XA等新冠名來凸顯其“超級(jí)非球面”，徠卡的ASPH鏡頭也就是非球面英文單詞Aspheric的前四個(gè)字母縮寫。那么非球面鏡片到底是什么鬼？它是用來干啥的？能用非球面的一定就是業(yè)界良心么？小胖今天就來簡單解讀一下吧。

首先，既然叫非球面，與之對應(yīng)的概念就是球面鏡片，我們說的凹凸透鏡都是球面鏡片，如上圖：設(shè)想有兩個(gè)球，一個(gè)球的球心在C1半徑為r1，另一個(gè)球的球心在C2半徑為r2，如果這兩個(gè)球只有部份相交（上左圖），共同的部份就是一個(gè)凸透鏡；反之，如果兩個(gè)球不相交（上右圖）或一個(gè)球包含另一個(gè)球，形成一個(gè)凹透鏡。一般而言，凸透鏡的中心比邊緣厚，凹透鏡的中心比邊緣薄。

傳統(tǒng)的球面鏡片會(huì)產(chǎn)生球面像差：在理想的情況下，所有入射光都應(yīng)該通過焦點(diǎn)，如圖a，最終可還原為一個(gè)點(diǎn)。但與光軸平行的入射光經(jīng)過球面鏡片后，越靠近邊緣的光線折射后與光軸相交的點(diǎn)會(huì)越靠前，如圖b，所以有嚴(yán)重球面像差的鏡頭即便是對焦準(zhǔn)確，畫面也還是模糊的。而且跟色散一樣，球面像差是整個(gè)畫幅內(nèi)都會(huì)發(fā)生，并不像慧差像散之類的越往畫面邊緣越嚴(yán)重，非球面鏡片對于像散也有一定的校正作用。

而非球面鏡片就是為了校正這一問題而來，上圖為經(jīng)典的雙凸非球面鏡片，它的主要功能就是把從焦點(diǎn)離散開來的光路重新盡量聚回到焦點(diǎn)上去，當(dāng)然現(xiàn)代鏡頭都是多鏡片結(jié)構(gòu)，非球面的功能是否能得到發(fā)揮一來要看自身工藝，二來鏡頭整體設(shè)計(jì)和裝配公差也會(huì)有非常明顯的影響。

上圖左為球面鏡片成像，圖右為采用非球面鏡片后的成像，可以很明顯地看到成像實(shí)度上的區(qū)別。從理論上來講，非球面的確是可以給成像銳度帶來質(zhì)的飛躍，尤其是大光圈下，球差就是最影響畫質(zhì)的不利因素，這也是為什么高端大光圈鏡頭都會(huì)大量采用非球面鏡片的重要原因，佳能曾經(jīng)名噪一時(shí)的50mm F1.0L甚至使用了2片研磨非球面，那可是在1989年！。

非球面鏡片有鑄模和研磨兩種，前者采用模具鑄造，屬于批量生產(chǎn)型，優(yōu)點(diǎn)是成本低，像佳能900來塊的餅干頭40mm F2.8 STM都有一片，所以：非球面≠高貴。但鑄模的缺點(diǎn)是精度以及玻璃冷凝內(nèi)應(yīng)力存在瑕疵，換句話說它的性能要遜色于研磨非球面。之前小胖介紹哈蘇相機(jī)制造時(shí)順帶提到了佳能的鏡頭工藝，今年內(nèi)像16-35mm F2.8 III這種鏡頭的自動(dòng)化生產(chǎn)線會(huì)提升到80%左右，即便如此，它所采用的3片非球面鏡片里，有1片還是得手工研磨，在工人的操作下一臺(tái)機(jī)床一次才出一片而已，所以生產(chǎn)成本明顯更高，但精度也上了一個(gè)檔次。

考慮到足足有近30年的時(shí)間差，而且這30年正是精密加工技術(shù)騰飛的30年，所以在1989年50mm F1.0能用上2片研磨非球面，甚至還是自動(dòng)對焦，賣上天價(jià)絕不僅僅是“信仰充值”（上圖為佳能EF 50mm F1.0樣張）。

因此，即便大家都叫“非球面”，工藝、尺寸上的差異最終反饋到價(jià)格上的區(qū)別也非常明顯，從最極致的鏡頭到入門級(jí)鏡頭都可能會(huì)采用。事實(shí)上從高大上的天文望遠(yuǎn)鏡、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)再普及到我們佩戴的眼鏡，以及曾經(jīng)的背投電視，都有非球面鏡片的身影，而且非球面并不是什么新鮮的技術(shù)，在瑞典哥特蘭島出土的維斯比鏡就是最早發(fā)現(xiàn)的非球面鏡片，11世紀(jì)的北歐海盜（維京人）將它當(dāng)做放大鏡使用，部分工藝精良的還采用銀制底座，打造成工藝品的模樣，如下圖。

如果說維京人算是無意中發(fā)現(xiàn)了這種東西還沒有理解到其光學(xué)深意的話，有意識(shí)地將其打造為鏡頭的設(shè)計(jì)思潮源自1620年代，1667年第一款3片非球面鏡片組建的鏡頭誕生，熟悉攝影歷史的朋友們應(yīng)該知道，這比達(dá)蓋爾發(fā)明相機(jī)的1839年足足早了170多年，所以非球面鏡片的初始是為望遠(yuǎn)鏡服務(wù)的，現(xiàn)代攝影鏡頭的很多基礎(chǔ)技術(shù)都源自于古典天文望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)，也算是站在了巨人肩上。

說到非球面鏡片在天文領(lǐng)域最經(jīng)典的應(yīng)用，施密特折天文照相機(jī)算是其中之一了，如上圖，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的入射光線經(jīng)由反射面后無法在F點(diǎn)（也就是膠片所在的焦平面）實(shí)現(xiàn)聚焦。但若是在C點(diǎn)位置加入一片中心與邊緣厚度更大的非球面鏡片進(jìn)行校正，得到的結(jié)果就是這樣：

這片造型獨(dú)特的鏡片就叫做施密特改正板或施密特校正板，最有名的施密特望遠(yuǎn)鏡位于美國加州圣地亞哥帕洛瑪山山頂?shù)呐亮_瑪山天文臺(tái)，主鏡口徑達(dá)到1.82米，施密特校正板直徑也達(dá)到了1.26米，1939年開工1948年建成，已經(jīng)從最開始的膠片成像改為了12片CCD拼接，校正板也于此前更換為玻璃材質(zhì)。

除此之外，2009年發(fā)射的開普勒類地行星探測器所搭載的光度計(jì)，采用的也是施密特望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，下圖就是開普勒光度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，右下方圖示所指的就是基于非球面技術(shù)的施密特校正板。

而世上第一款用于攝影的量產(chǎn)非球面鏡片是1956年Elgeet公司為16mm膠片電影機(jī)制造的Golden Navitar 12mm F1.2，看起來是不是很猛？標(biāo)準(zhǔn)16mm膠片是10.26mm X 7.49mm，全畫幅轉(zhuǎn)換系數(shù)為3.41，所以它占了小像場+鏡后距短的優(yōu)勢，有利于做大光圈。在近些年來得益于模具鑄造工藝的成熟，非球面已經(jīng)非常普及，不僅是剛剛提到的千元內(nèi)的餅干頭，各種主流鏡頭里都有涉獵，佳能F4小三元里的16-35mm和24-70mm里都能看到非球面的身影，各大品牌與之定位類似的鏡頭里非球面也都是?？?。

從精度來說，非球面可以提高畫面銳度，但相應(yīng)的，也會(huì)對焦外光斑形成負(fù)面影響，比如知名的洋蔥圈光斑就是非球面鏡片的基本特性，哪怕是被索尼吹上了天的XA超級(jí)非球面焦外也是這個(gè)樣子，這可是高精度手工研磨的哦：

今天簡單的與大家分享了一下非球面鏡片的歷史沿革和應(yīng)用面，如果能幫到大家從此正視非球面的好，不被營銷用語給嚇到，小胖寫這篇文章也就算值了，回頭再來聊聊別的鏡片工藝，最后來瞻仰一下50mm F1.0的超級(jí)大眼睛吧。