純技術乾貨知識普及長文！佳能EF鏡頭技術完全揭秘！下次鏡頭不再尬聊！
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佳能的EF系列鏡頭，堪稱世界上生產數量最多、使用最廣泛的鏡頭系列，自1987年首次推出以來至今鏡頭生產總量已累計超過1.2億支。
要達到讓攝影者使用鏡頭獲得如意的拍攝效果，讓拍攝變得簡單有趣，則需要鏡頭具備優異的整體畫質、出色而真實的色彩還原、精準而自然的景深控制能力、優良的操控感受和出色的環境適應能力這五個特點。
要實現以上這些要求，佳能就必須在產品研發之初，通過一系列的相關技術來實現。
下面，我們就來聊一聊佳能的EF系列鏡頭。當然，如果使用專業的光學和工業名詞來介紹這些技術，相信很多人會看了感覺頭大不已，因此，我們盡量使用一種「說人話」的方式，來通俗易懂的介紹一下佳能的這些鏡頭技術。
提升整體畫質和色彩還原的技術
所謂鏡頭圖像畫質與色彩還原能力，通俗的說，就是照片看上去清晰、細膩、不模糊，給人以特殊的美感與質感，色彩看上去不失真，沒有不應該有的色差、色暈問題。
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螢石鏡片技術
由於光學鏡片對不同波長的光線折射率不同，故而光線無法再次匯聚在一個點上，從而出現色差現象，優質光學材料可以有效降低色差，而對色差抑制能力最強的便是螢石。
螢石是一種被稱為氟化鈣的天然或人工結晶化學材料，因物理結構不同，光線在穿過用這種材料製作的鏡片時，仍能全部匯聚在鏡頭焦點上。
通俗的說，就是光從鏡頭怎麼樣進來的，還會怎麼樣出去，儘可能降低因折射和色散造成的光線損耗。這樣自然也就不會像普通鏡片那樣因為折射和色光分離作用導致圖像清晰度下降或色彩失真。也就是所謂的低折射率、低色散性質。
螢石鏡片可抑制色像差導致的畫質降低
螢石鏡片還實現了遠攝鏡頭的小型化與高畫質
反映到實際拍攝效果上，就是用這種材料製造的鏡頭，所獲得的圖像更為清晰、銳利而細膩。而由於用這種材料製造的鏡片光線折射率要比普通玻璃低的多，因此用這種鏡片設計的長焦鏡頭就能簡化原來用於補償畫面彎曲變形的結構，從而實現長焦鏡頭體積和長度的縮短。所以螢石鏡片在佳能的長焦鏡頭中出現的幾率是最高的。
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超級UD鏡片/UD鏡片
所謂UD鏡片也就是通常所說的低色散鏡片，這種鏡片的作用同樣是用於補償像差。不過，其補償效果，要比螢石鏡片差一些，一般認為兩片UD大致相當於一片螢石，一片超級UD可實現兩片UD的效果。
超級UD鏡片和UD鏡片的優勢是成本相較螢石鏡片更低，所以用含這兩種鏡片的鏡頭價格就比配備螢石鏡片的鏡頭低不少，而佳能不少超廣角鏡頭就廣泛使用了這種鏡片。
為補償超廣角鏡頭易產生的倍率色像差，EF11-24mm f4L USM使用了1片UD鏡片和1片超級UD鏡片
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研磨非球面鏡片/非球面鏡片
一般來說，普通鏡頭的鏡片大多是呈球面的凹、凸透鏡形狀，而非球面鏡片則會有特殊的曲面形狀，鏡片表面的曲率半徑處處各不相同。
這種特殊形狀的鏡片能夠讓光線的透射方向與角度按照需要的方向和角度走，從而有效控制諸如球差、彗差和畸變等問題。
非球面鏡片（右）使焦點統一，有效降低球面差
左圖配備非球面鏡片鏡頭所拍攝的照片
反應到實際拍攝效果上，就是使用這種鏡片的鏡頭圖像銳度更高而不容易出現邊緣模糊。其中，研磨非球面鏡片是採用加工精度和工藝要求都極高的研磨技術製造的，而普通非球面鏡片已經可以採用能夠批量生產玻璃模鑄技術製造的。
由於可以精確控制光線方向與角度，採用這種鏡片後的鏡頭也可以減少鏡頭光學補償結構，所以相對於傳統技術設計的鏡頭，它們更輕、更小，價格也更低。
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DO多層衍射光學元件
如果拿起DO鏡片，你可以看到鏡片上有大量的同心圓格柵結構，也就是所謂的衍射光柵。DO鏡片製造工藝是將兩片有棱齒的鏡片像齒輪一樣相互嚙合到一起，這種技術目前已經發展到了第三代。
其中第二代採用的是3層光柵結構，而第三代則採用了無縫雙層結構，消除了兩個光柵格之間的空氣層。
DO鏡片與一般光學鏡片組合可有效抵消色差
三層光柵結構（左）與無縫雙層結構（右）
通過這種衍射技術，大型變焦長焦鏡頭就可以有效消除多餘的衍射光線。反應到實際效果上，就是有效抑制像差的同時降低鏡頭的體積與重量。一般來說，佳能會在使用DO技術的鏡頭上增加綠色的裝飾圈來標誌這種鏡頭，辨識度極高。
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BR鏡片
BR鏡片最早出現在2015年。它是一種特殊結構的複合鏡片。一般的結構是一片凸透鏡加一片凹透鏡中間再加上一片特殊有機光學材料。
傳統凸凹鏡片組合折射（左）與BR鏡片折射（右）
右圖為BR鏡片拍攝
由於所加入的特殊有機光學材料可以對藍色光進行大幅度折射，所以這種鏡片能夠可以有效降低鏡頭軸向色差，抑制大光圈鏡頭所產生的色暈現象。反應到實際拍攝中，就是採用這種鏡頭的鏡片，可以在使用大光圈拍攝，減少常見的紫邊和邊緣模糊問題。
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SWC鍍膜
SWC鍍膜是一種採用了仿生學設計的新型鏡頭鍍膜技術，模仿了飛蛾眼睛表面細小的凹凸結構能夠抑制光線反射的原理。通過特殊的工藝，佳能這種鏡片的表面蒸鍍有小於可見光波長的納米尺寸楔形結構層，從而控制光線折射率，抑制鏡頭內部無必要的反射。反應到實際拍攝中，就是可以有效減少畫面鬼影和眩光，讓鏡頭在逆光拍攝時提升畫面銳度。
SWC亞波長結構鍍膜的示意圖
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ASC空氣球形鍍膜
此為佳能的另一種特有鏡頭鍍膜技術，主要用於防止鏡頭內部的光線反射。依靠特殊的多層鍍膜工藝，鏡頭最上層會被有規律的平鋪一層直徑為幾十納米的微小空氣球，從而降低了光線在鏡頭內的折射率，防止了鏡頭中垂直方向光線的反射。其實際作用是，抑制因反射而引起的鬼影與眩光。
傳統蒸鍍膜（左）與ASC空氣球形鍍膜（右）
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超級光譜鍍膜
超級光譜鍍膜
人們常說的佳能色彩風格，其實就得益於這種鍍膜技術。它也是佳能在EF系列鏡頭中最廣泛使用的鍍膜，最複雜的超級光譜鍍膜能夠達到10層。
如果你在陽光下從不同角度觀看鏡片，可以看到琥珀、洋紅、紫色、藍色等多種色彩。依靠這種多層鍍膜技術，鏡頭可以大幅度提高可見光的通光率，並抑制因折射和內部反射引起的眩光和鬼影，提高畫面銳度，清晰度，而畫面色彩也更為自然、真實。
提升景深控制能力使用的技術
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浮動對焦結構
浮動對焦這是一種通過移動像差補償鏡片組來減少像差的鏡頭結構。增加這種機構後，能夠降低廣角大光圈鏡頭在近距離對焦時產生的多種像差，也可以讓長焦微距鏡頭的在更近的對焦距離上進行對焦。
浮動對焦結構
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圓形光圈
圖像景深外柔和美妙的虛化效果就得益於圓形光圈這種技術。依靠特殊的光圈葉片形狀，鏡頭內的光圈葉片收縮時，內圈的光孔邊緣就會變得光滑圓潤，而葉片數量越多，其內圈就越接近於圓形。
反映到實際拍攝效果中，就是畫面焦距之外的虛化部分更為柔和與夢幻。一般來說，如果一支用於拍攝人像的鏡頭沒採用圓形光圈技術，它都不好意思和別的鏡頭打招呼。
圓形光圈
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EF卡口
這是一種全電子鏡頭卡口技術。佳能所有的鏡頭設計都基於這種卡口技術。由於取消了機械傳動裝置，佳能EF鏡頭的對焦驅動、防抖補償、以及光圈調整等動作，都是通過鏡頭內部的馬達自行動作的，相機機身的所有控制信息則可以通過鏡頭尾部的金屬電子觸點來實現傳輸與共享，從而使鏡頭的拍攝精度和響應速度都比傳統的機身驅動結構更好。
EF全電子卡口
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EMD電磁驅動光圈
EMD電磁驅動光圈單元
EMD是一種使用變形步進電機來控制鏡頭光圈葉片縮放的電機結構。驅動光圈葉片的電機位於鏡頭內部，相機通過EF電子卡口向其傳輸控制信息，來調整光圈葉片大小。
由於減少了鏡頭與相機之間的機械連接，鏡頭的耐用性和響應速度都大為提高，也更容易進行精確的景深控制。此外，通過這一技術，移軸鏡頭還可以實現自動光圈控制功能。
為獲得優良操控感受而使用的技術
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IS影響穩定器/動態防抖
這是一種安裝在鏡頭內用於提升鏡頭拍攝穩定性的防抖裝置。在運動拍攝過程中，鏡頭內部電路計算系統會通過紅外發光二極體和兩個振動陀螺儀與位置探測器對鏡頭的抖動情況進行偵測與反饋，然後根據抖動方式通過動圈元件驅動補償光學元件，從而從物理上抵消鏡頭振動引起的光軸偏差，起到防止鏡頭抖動的作用。
依靠這一機構，用戶可以在弱光環境下，以較低的快門速度手持相機拍攝出清晰的照片。普通的EF防抖鏡頭一般擁有兩種動態防抖模式，其中第一種針對相機水平移動時進行垂直校正，第二種則針對相機垂直移動式進行水平校正，同時，在這種模式下的鏡頭也可以在追蹤拍攝時進行動態補償，而最新型的第三種補償模式在拍攝無規則運動物體時，也能進行抖動校正。
IS防抖系統光學組件結構
IS單元的結構
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雙重IS影像穩定器
這是一種針對微距鏡頭推出的複雜抖動補償機構，這種機構即可以補償傾斜抖動也可以補償平移抖動，能夠讓手持微距攝影的成功率更高，相比普通的IS系統，這種穩定系統主要用於微距鏡頭。
右側為開啟雙重IS影像穩定器後效果
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USM
可謂傳奇的超聲波馬達安裝在鏡頭之內，能夠通過超聲波振動作為動能來控制鏡頭的對焦，讓對焦更為迅速、安靜，且能耗更低。
由於採用了這種技術，鏡頭還可以實現全時手動對焦功能，用戶無需調整鏡頭的對焦模式，也可以直接手動旋轉對焦環進行對焦。
同時，這種馬達也簡化了鏡頭結構，讓鏡頭變得更輕更小。從形狀上來區分，USM超聲波馬達分為環形、微型和NANO三種類型，其中環形USM是圓環形的，具有結構簡單，扭矩大的特點，在大光圈和長焦鏡頭上經常會使用這種馬達。
而微型USM則可被安裝在更小口徑的鏡頭上使用，也同樣支持全時手動對焦功能。而NANO USM的體積是三者中最小的，如同一個小型電子晶元。
不過它的其驅動方式是直線往複運動而不再是前兩者的環形運行，它同樣具有安全、準確、流暢的特點，主要用於新型的視頻類EF鏡頭進行推拉搖移跟視頻拍攝時的平滑對焦。
環形USM（左）與微型USM（右）
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全時手動對焦
得益於USM超聲波對焦驅動技術，鏡頭可以在自動對焦的模式下，無需切換對焦模式就直接旋轉對焦環來確定對焦效果，從而讓對焦微調操控更為方便、直觀、簡潔。
全時手動對焦模式
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STM步進對焦驅動系統
同樣是用於驅動鏡頭自動對焦的馬達。可以根據脈衝信號控制馬達的啟停、運動，具有結構簡單，體積小、噪音低的特點，用於拍攝短片時對焦更為安靜。
STM步進電機
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後對焦/內對焦
後對焦/內對焦
後對焦技術是指對焦鏡片組處於光圈後方、而內對焦是指對焦鏡片組處於光圈前方，根據不同的鏡頭種類，採用這兩種設計的鏡頭可以比未使用這種技術的鏡頭減少移動鏡片組件的數量，輕量化鏡頭結構，提高對焦速度。
而在實際使用中，採用這兩種構造的鏡頭在對焦是鏡頭長度是不變的，也就是說鏡筒不會伸縮，這樣在使用PL-C圓偏光鏡時不會出現對一次焦就需要調整一次濾鏡的問題，同時也可以縮短鏡頭的最近對焦距離，並減少鏡頭外部的風箱效應，減少灰塵、黴菌進入鏡頭內部的幾率。
提升環境適應能力而使用的技術
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防污氟鍍膜
與其他光學成像鍍膜不同，這一鍍膜技術是為了提高鏡頭的耐用性而設計的憎油憎水性鍍膜。其最大作用是在能夠保持優秀透光率的情況下還能減少水滴、油污、汗水等污漬與鏡片的附著性，同時還能夠提高鏡片結構硬度，減少劃傷的可能。
利用這種技術可以有效減少鏡頭表面灰塵或污跡附著，讓鏡頭更易於清潔。
防污氟鍍膜
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防塵防水滴結構·
防塵防水滴結構
在佳能的許多L級鏡頭（鏡頭鑲有紅色裝飾圈）上，都採用了這一設計，具體做法是在鏡頭開關撥桿、鏡頭前緣介面、後部卡口環、對焦變焦環與鏡頭伸縮縫隙等處都增加密封橡膠圈一實現密封功能，從而減少灰塵、雨水、黴菌進入盡頭的可能，提高鏡頭的耐用性和環境適應能力。
了解了EF鏡頭所擁有的這些技術，也就明白了為何鏡頭如此保值，通過這些特殊的材質以及設計才能保證您照片的高質量。所以我們一定要練好拍攝技術，才能不辜負自己的鏡頭！
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