20年的成就-佳能EF镜头技术剖析(一)

chapter 03 EF镜头技术剖析

新一代APS-H尺寸CMOS

　　20世纪80年代末，各大相机厂商都为单反系统自动化作出努力，其中Canon
在1987年毅然宣布放弃有近30年历史的FD接环，建立一套全电子化的接环系统── EF，配合EOS相机，让用户立即体验电子化带来的好处。电磁光圈、超声波马达、光学影像稳定器与及全时手动对焦功能，无一不是EF接环带来的成果，眼见现时竞技场上处处白炮，当日“转Mount”的决定不是一时之快，而是占领先机。再看看其他品牌的镜头发展，相信各位“Canon人”心中都已经有正面的答案。即使是手中毫不起眼的套装镜头，都隐藏了无数科技及智慧结晶，可见Canon的EF镜头确实与众不同！

电磁光圈（EMD）

电磁光圈

　　EF接环全电子化的设计，为每一镜头都带来电磁光圈叶片（Electro-Magnetic
Diaphragm），EMD将步进马达（Stepping Motor）及光圈叶片合成一个单元，当用户通过机身转盘发出电子信号后，相机内的微处理器会在照片曝光期间控制光圈孔大小，对比20多年前出现的机械光圈叶，EMD不论在精确度、操作宁静性、耐用度及可靠性都较以前作出改良，而且只要加大相关马达的驱动能力，EMD一样可以在大口径的大光圈镜身上使用。此外，EMD设计时已考虑到将来的升级潜力，故在1991年Canon成功推出全球首批拥有自动光圈叶的移轴镜头——TS-E系列，而其中的E就是表明它的曝光系统仍是全自动的。

超声波马达（USM）

直径为62mm及77mm的环形超声波马达

　　在1987年，Canon首度将环形超声波马达应用在EF 300mm f/2.8L USM镜头上，其安静性及超快的自动对焦性能，迅速成为体育摄影的一时佳话。其实，在EF镜头生产初期，AFD（Arc From Drive，弧型驱动马达）仍是当时的主导，只有两三支镜头才享有USM带来的优势。第一款面世的超声波马达名为环形超声波马达（Ring-type USM）。Ring-type USM利用两组不同相位的交流电压及压电陶瓷（Piezoelectric Ceramic），令一个称为固定环（Stator）的弹性物质以30000Hz
的频率振动，然后以行进波（Travelling Wave）方式，将浮在固定环上的旋转环（Rotor）向左右两方持续转动。简单地说，整个系统以行进波产生的振动作为它的工作方式，而这款USM多使用在大光圈或望远镜头上，并且提供全时手动对焦功能。其后，Canon在1992年开发口径只有11mm的微型超声波马达（MicroUSM），它没有镜头口径上的限制，成本比Ring-type USM更低，可以广泛地用在不同焦距的小型镜头上。数年前，Canon再次开发长度及体积只有Micro USM一半的Micro USM II，并应用在EF 28-105mm f/4-5.6 USM及EF-S 18-55mmf/3.5-5.6 II USM等镜头之中。相比AFD，USM有低转速、高扭力与及瞬间启动和停止的制动能力，缩短对焦时间，而且它耗电低，效率高，操作时的音量更只是一般电磁马达的25%。

全时手动对焦（FTM）

环形超声波马达及全时手动对焦组件

　　环形超声波马达的特殊构造——环形的结构带来全时手动对焦（Full-Time
Manual focusing，FTM）的便利。在维持半按快门期间，用户可以在不改动对焦模式的情况下扭动对焦环，灵活改变焦点的位置，而且在拍摄过程中，用户仍然可以注视取景器，尤其是在需要微调焦点的微距拍摄中，FTM的用处就更大。早期设计的USM镜头（如EF 85mm f/1.2L USM系列、EF 200mmf/1.8L USM），它们均是采用电子手动对焦方式，当机身电源被截断后便不能够调整焦点；而时至今日，大部分采用机械手动对焦方式的USM镜头则没有上述的限制。由于EF 50mm f/1.4 USM采用设计独特的机械齿轮组件，它是现时Canon唯一一支拥有FTM功能的Micro USM镜头。

光斑遮挡叶（Flare-cut Diaphragm）

EF 24mm f/1.4L USM也加入光斑遮挡叶

　　光斑及鬼影都是因为光线在镜筒内反射而形成的俗称“光害”的现象，镜片反射的光害只需用上多层镀膜技术就可以解决，那么镜筒所形成的光斑又可以用什么方法来削减呢？光斑遮挡叶是方法之一。光斑遮挡叶就好像一道只有长方形空框的闸门，可将一些从不正常角度射入的光线挡住，令影像的对比度不受光害影响。24mmf/1.4L、28mm f/1.8及20-35mm f/3.5-4.5等镜头内建了这道“闸门”。

挡光沟槽（Light Blocking Groove）

EF 16-35mm f/2.8L II USM的第14片镜片也加入相同的设计

EF 24mm f/2.8镜头第6及第8片镜片备有阻挡有害光线的沟槽

　　在部分EF镜头的镜片垂直面上加入已填充了防反光镀膜的沟槽，就好像光斑遮挡叶一样，将光斑及鬼影的形成减至最少。除了EF 24mm f/2.8外，部分广角变焦镜头（如EF 16-35mm f/2.8L II USM）也会加入类似的镜片，用以提升成像画质。

非球面镜片（Aspherical Lenses）

球面镜片无法将光束集中在1点，而非球面镜片可将光束集中
在1点，将像差问题减至最少

　　早在数十年前，镜头内的镜片都是以球面镜片为主，当时是通过使用多块球面镜片及Air Lens（Air Lens其实是镜片之间的空隙，因光线在不同的材质中都有折射现象，故此Air Lens的1.0折射系数可用来平稳玻璃的折射效果）来消除镜头的不同像差问题。不过，当平行光束通过球面镜片后，光线无法完整地聚焦在一点上，要发展高素质的大光圈镜头及超广角镜头，球面镜的像差问题是急需解决的课题之一，而非球面镜的出现好像是及时雨。非球面镜边缘的弧度是经过精密计算及加工而制造出来。它的出现使大光圈镜头由中央及边缘都保持成像一致；在超广角镜上，还可有效改善像差及变形，使边缘的成像更好。早在20世纪60年代中期，Canon已致力研发非球面镜片，全电脑化的研磨及抛光程序可使精度达到0.02μm，相当于光线波长的1/32。在1971年，Canon便推出首支使用非球面镜片的镜头——FD 55mm
f/1.2AL。经过30多年发展，在E镜头内的非球面镜片都会采用以下的其中一种方法制作出来：
（1）高精度研磨非球面镜片；
（2）复合式非球面镜片；
（3）玻璃模造非球面镜片；
（4）塑料模造非球面镜片。

影像稳定器（IS）

当相机的快门按钮被半按下时，原本被固定了的防震镜片会开始处于悬浮的状
态，同时“震动感应器”就会开启。

“震动感应器”会感应到镜头因手震而引起的角度转变和移动速率，这些资料会被传送到相机的处理器。经相机处理后，会发出需要修正的数据传送回镜头内的光学防震组件。

镜头内的光学防震组件会依据信号作出平衡的动作反应，去修正各种不同程度的手震问题，以改善因手震带来的影像问题。

　　1995年，Canon成功研制全球首支加入影像稳定器（Image Stabilizer，IS）的可交换式镜头——EF 75-300mm f/4-5.6 ISUSM，快门补偿效果为2级，IS镜头主要由两部分构成——震动侦测回转感应器及浮动修正镜片组件构成。震动侦测回转感应器会以0.5Hz～2000Hz的频率收集数据，将镜头在半按快门时的振幅记录下来，有关数据经微处理器处理及分析后，通过控制IS组件内的电磁线圈使浮动镜片不断修正移动并作出补偿，浮动镜片的位置分别由IS组件的红外线光电二极管及其电路板的感应装置所监察，矫正震动。1997年，Canon在原来的IS系统基础上开发出IS Mode 2拍摄模式，并将它率先引入在EF 300mm f/4L IS USM身上。当使用IS Mode 2时，系统只会单方向（垂直或水平）为影像作出修正，使用户进行摆镜（Pan镜）拍摄时，不会因为IS镜片在同一方向作出修正而干扰用户原来拍摄的画面。其后，Canon在1999年、2001年及2006年分别引进第2、3及4代IS系统，不但在第2代引入脚架检测装置，而且系统的修正补偿能力由第3代的3级提升至最新的4级，令用户可以
在低光环境下以更低速的快门拍摄清晰的影像。

多层衍射光学镜片（DO）

DO镜片配合传统折射光学镜片使用，能有效解决色散问题

　　当光线通过障碍物的其中一端时，就会出现俗称“衍射”（Diffraction）现象，光线的前进方向因而改变。Canon在2001年利用衍射光学元素内的衍射栅格改变光线前进路线，制造出多层衍射光学（Diffractive Optics，DO）镜片，并应用在EF 400mm f/4 DO IS USM镜头身上。以往折射光学镜片的色散构成方式分别以蓝、绿、红波长顺序排列，而DO镜片最大的特色是其色散构成方向刚好与一般折射镜片相反，以红、绿、蓝的波长方式排列，所以当以往的折射光学镜片跟DO镜片一同使用时，它们两者的相互作用刚好把色散几乎完全消除。除此之外，通过改变DO镜片栅格内的空隙更可获到非球面镜修正球面镜像差的效果，可见DO镜片的用处的确很大。首支运用DO镜片的EF 400mm f/4 DO IS USM采用了双层DO技术。通过新技术，Canon可将以往由传统折射光学设计的400mm f/4镜头的重量和长度分别减少31%及27%，重量只有1940g，比EF 300mm f/2.8L IS USM轻近24%，更方便携带。3年后（即2004年），Canon在广受欢迎的70/75-300mm系列引入三层DO镜片，推出EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO IS USM镜头，足足较后来采用折射光学的EF 70-300mmf/4-5.6 IS USM镜身长度短了近30%，为用户设计出更短小而轻巧的镜头。

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书　　名　　佳能EOS数码单反相机使用手册(彩印)

丛 书 名　　--
标准书号　　ISBN 978-7-115-17960-9/TP
编目分类　　TB852.1-62
作　　者　　刘文杰 《DiGi数码双周》编辑部 编著
译　　者　　--
责任编辑　　黄汉兵
开　　本　　大32 开
印　　张　　7.875
字　　数　　310 千字
页　　数　　245页
装　　帧　　平装
版　　次　　第1版第1次
初版时间　　2008年7月
本 印 次　　2008年7月
首 印 数　　5000 册
定　　价　　39.00 元

内容提要
　　本书是一本全面介绍Canon公司EOS数码单反相机的使用手册。全书重点讲解了目前市场上Canon公司所销售的5款EOS数码单反相机，同时还介绍了EF镜头的功能和测试，以及EOS系统用户的必备配件等。最后，书中对数码照片输出和相应软件进行了介绍。
　　本书适合于拥有EOS相机的Canon用户阅读。
　　

目　录

说明　2

Chapter 01　细说Canon
Canon 70年历史　10
Canon EOS Digital发展图表　13
Canon EOS Digital发展史　15

Chapter 02　EOS Digital系统测试
EOS-1Ds Mark II　022
EOS-1D Mark III　038
EOS 5D　066
EOS 30D　082
EOS 400D　097

Chapter 03　EF/EF-S镜头介绍及测试
EF镜头技术剖析　114
EF 24mm f/1.4L USM　119
TS-E 45mm f/2.8　125
EF 50mm f/1.2L USM　130
EF 85mm f/1.2L II USM　135
EF 180mm f/3.5L Macro USM　140
Canon EF 16-35mm f/2.8L II USM　145
EF 17-40mm f/4L USM　151
EF 24-70mm f/2.8L USM　156
EF 24-105mm f/4L IS USM　161
EF 70-200mm f/2.8L IS USM　167
EF 70-200mm f/4L IS USM　173
EF-S 10-22mm f/3.5-4.5 USM　179
EF-S 17-55mm f/2.8 IS USM　183

Chapter 04　EOS Digital配件介绍
Canon Speedlite 580EX II　189
Canon Speedlite 430EX闪光灯　193
Canon Speedlite 220EX　196
Canon Speedlite Transmitter ST-E2　197
Canon Macro Ring Lite MR-24EX　198
Canon Macro Twin Lite MT-24EX　200
Canon Speedlite配件　203
Canon EOS相机配件大全　205
Canon PIXMA及Selphy系列照片打印机　207

Chapter 05　EOS Digital必玩软件介绍
Canon Digital Photo Professional Ver 3.0　213
Canon EOS Utility　228
Canon ZoomBrowser EX　231

附录
EOS 数码相机规格　234
常用镜头规格　242