什么是“非球面镜片”和“非球面镜头”

老安

作者　姚新宾

现在在配眼镜的时候，对方总是会问你，是不是要“非球面镜片”当然，眼镜只有一片，所以就是说这一片是非球面了，可能只有一片，因为你两个眼睛的近视程度可能不同。如果是好的店，那么定做一副非球面的眼镜，不仅价格高昂，而且还要等上1个礼拜，而如果小作坊马上就给你作出来的，恐怕很多都不是非球面，只是忽悠你的。

什么是非球面镜片呢？那要先从球面镜片说起，当然，我说这个肯定是和相机镜头的评判选购有关系的。

一般的镜头都是球面的，这很大程度是模仿人眼，但是镜头的镜片不可能像人眼那样牛BI，镜片数量有限，球面的问题就出现了，只要是球面，就会出现像差。

道理很简单，我们看到镜片不都是凸出来的么？（或者是凹进去的），那么它投射的像应该就是这个曲面，但是照片是平面，当曲面投射到平面上，像就会出现不同和扭曲的失真情况，这就叫做像差。

像差有6种，就是俗称的“色散”和“赛德尔五像差”（以下都摘自本月的CAPA，希望大家能够购买观看）

它们分辨是1，色散：因不同波长光线的折射率不同而产生的像差（色彩失真），分为同轴色散与倍率色散，这是一种色彩像差，而其他的5种，都是形状像差。

2，球面像差：经过镜片的光线无法汇聚于一点造成的像差(表现为画面清晰度下降）

3，彗星像差：夜景时灯会有彗星一样的尾巴（光圈比较大的时候）

4，像散像差：光线无法汇聚于一点，成线状延伸的像差

5，场曲：焦平面呈面状（空间扭曲）

6，畸变：广角时呈现桶形外凸，长焦时呈现枕头形内凹

这6种问题，是镜头设计的时候，一定会碰到的，所以在设计时，需要增加镜片，来修正各种像差，但是问题就在这里，因为这些像差是“球面镜片”造成的，所以无论你加入多少球面镜片，都会存在差。所以，只要是球面镜片，就绝对会发生以上的像差。

但是，如果这些像差这么明显，那么镜头是不可能卖的，所以镜头会尽量把以上像差调整到最好，但是有一种像差确实无论如何都难以克服的，这也是非球面镜片诞生的重要契机。

前5种像差，都可以通过收小光圈来克服，我想大家应该有经验，夜间小光圈长时间曝光的画面质量非常好，光点很均匀。但是，只有一点无法克服，那就是变形。

第6种像差可以说简直就是广角镜头和长焦镜头的一种属性，直到数字时代，我们才想到了解决的办法，那就是软件修复，但是软件修复，我们将付出至少损失50%像素细节的巨大代价。

同样，直到今天，绝大部分的单反广角镜头仍然存在着巨大的畸变，但是其实这已经得到了很大的修正。

老安

我们先回到技术还没有那么先进的50年前，那个年代，如果克服这6种像差，成了全世界的难题，虽然收小光圈可以解决前面5种像差，但是代价就是无法使用大光圈，如果要使用大光圈，就必须在大光圈的条件下解决“球面镜像差”的问题，然后，德国徕茨公司，也就是徕卡，率先想到了把还在理论阶段的“非球面”镜片运用到镜头的设计上。其实早在1901年，蔡斯公司就提出“非球面镜”理论，但是这个理论一直到1966年才真正实现。但是其实，也不能说实现。

世界上第一枚量产的非球面镜头，就是后来的传世精品，停留在传说中的第一代NOCTILUX，50 1.2

这枚镜头全中国在售，只有2枚，价格都在12万以上。

我们回到问题上，如果要在大光圈的条件下，保证画面不会变得严重失真，那么绝对不可能使用球面镜，如果使用球面镜，那么在2以上的光圈，画面将会让用户难以接受。

但是球面镜很容易做，算好曲率，就能完成，但是非球面镜片其实说到底是不规则的镜片，在那个电子计算机还在用晶体管的年代，依靠手工研磨非球面镜头，哪怕是一片，都很难，要达到一个批次的镜头质量相当，简直不可想象。但是徕卡还是完成了这个不可完成的任务，在克服了很多困难受，带有2片非球面的50 1.2完成了。一般来说，徕卡镜头都只有1片非球面，但是那已经贵得惊人，徕卡用2片非球面的镜头，还有35 1.4，那个版本被称为神头，还有最新的50 0.95，那个价格也是高得惊人。

但是因为成本太高，这枚镜头只有很少的产量。

老安

这其实就牵涉到一个问题，为什么一般相机的镜头光圈只到1.4。其实1.4并不是相机镜头的极限，要做到1.0，乃至更大的0.7，0.5都是可以的，但是相机是一种捕捉瞬间的机器，照片是一种对画面质量要求很高的载体，而在当时，因为像差的存在，1.4镜头光圈的镜头的表现大多惨不忍睹，并不能符合作为“照片”的要求。大家想想就明白了，一张照片JPG就是最小，也有500K，如果按照这个大小做动画，那么1秒就有10多个M一分钟就有600M，所以电影镜头，摄像机镜头光圈可以大，因为它对每帧要求并不高，但是照相机则不同，如果不突破像差的问题，那么就永远不可能做出光圈超过1.4的镜头，而像佳能贸然制造0.95和1.2的相机镜头，最后的使用性能，实在是太差了。

这种手工在一块玻璃上车出非球面的技术，叫做“研磨非球面”，这种技术难度极大，后来佳能也在1971年推出了非球面FD 50  1.2，表现和徕卡比，差了十万八千里。
事实证明，非球面技术的确可以解决“塞德尔五像差”，而非球面技术，极大解放了35MM这个焦距的变形问题，并且为28MM，24MM两个焦距镜头的制造开辟了空间。

现在，随着电脑技术的发展，非球面镜片已经不再是神圣不可攀的技术了，通过电子开模，然后注模的办法制造非球面镜片，连松下都已经掌握了。但是这些非球面的价值远没有研磨非球高，而且精度也没有研磨非球面，所以镜头的变形，还是非常明显的，不过随着非球面技术的普及，更多本来技术难度大的镜头，可以用低廉的价格来制造了，而对变焦镜头的发展其了很大作用。

老安

现在，佳能，尼康的高级镜头采用研模和压模中和的新科技，而徕卡仍然是保持研磨非球面镜头，而且徕卡据大部分镜头都是带有非球面的，研磨非球面是徕卡镜头的法宝，也是徕卡镜头高锐度的原因之一。

但是世界上有一家公司比较顽固，那就是蔡斯。50年来ZEISS始终认为，蔡斯6大结构是完美的，只需要稍加修正，就能轻松解决像差的问题，所以蔡斯很少出非球面镜头。事实表明，他们依靠最原始的光学设计，仅仅用3片球面镜，就完成了15MM的HOLOGON，并且可以做到变形忽略不计，可以说这比徕卡，还要牛BI。而现在的蔡斯旁轴镜头，几乎没有非球面，而单反镜头也只有为索尼造的ZA镜头，少量采用了非球面技术。

非球面作为一种噱头，其价值在不断贬值，但是非球面镜在同等条件下，表现比球面镜更准确。比如我的福伦达35 1.4虽然要明显胜过比他昂贵2倍的所有单反35 1.4，但是和带了非球面的第二代徕卡35 1.4比（90年产），简直就是一坨狗屎啊。（虽然福伦达这枚镜头和徕卡第一代35 1.4已经非常接近了）
但是球面镜的像差，往往成为了艺术效果，所以到底谁好谁坏，要更准，还是符合自己口味，真是很难决定呢。