镜组结构与EMD 佳能单反镜头探秘

    在连续介绍了佳能镜头的镜片、镀膜、光学防抖以及对焦技术之后，今天我们为大家带来《佳能顶级单反镜头探秘》系列文章的最后一篇——镜头结构与EMD。本文将为你详细介绍佳能镜头内部的“机械电子一体化”以及“自动化控制”技术，相信看过本文后，你将对佳能镜头产生全新的认识。

    多组变焦技术

    变焦镜头也被称为“拉伸镜头”，拉伸镜头允许焦距在特定范围内连续变化并在变焦过程中保持焦点固定。在镜头内部，一系列透镜沿着光轴移动改变镜片间距以实现焦距变化的功能，同时另外一部分镜片也要移动以修正距离改变导致的图像变形。因此一个变焦镜头至少需要两个能沿着光轴移动的透镜组。下图便是EF 28-80mm f/3.5-5.6 V USM变焦镜头的内部结构，此镜头是典型的两组可移动透镜结构。

    两组镜片中的后方即第二组起到控制焦距作用，镜头前端的首组镜片会与第二组镜片同步移动以补偿焦距的变化，因此第一组透镜被称为“修正器”，第二组透镜叫“变焦器”。二组镜片也承担着焦点调整的任务。

    在普通小型变焦镜头里，首组透镜有负折射性质(光线发散)，二组镜片显现正折射性质(光聚集)，这种变焦镜头普遍被设计成负焦距结构。如此的设计最适合于广角变焦镜头。一来前组元件直径很小，可以较容易地进行紧密设计，同时保证成本低廉；二来可以在短焦距位置更好地控制图像的筒形畸变；其次，首组镜片的设计结构也允许用户可以在非常近的拍摄距离上成功对焦。

    然而这样的镜头结构也有不足，如果变焦比设计得过大，则二组镜片的移动距离会大大增加，令镜头规模难以小型化，光圈变化范围也会受到影响。而且大变焦比镜头需要具有更大折射率的第二组透镜，换句话说也就是仍然要用大量透镜元件来补偿像差，这样会加大镜头的整体规模。总而言之，很难获得具有大变焦比的小型镜头。

    多组变焦技术是佳能公司的科技项目中旨在移除小型变焦镜头无法获得大变焦比局限的新型技术。多组变焦中负责变焦的镜片不再是两组，而是指定3到4组透镜来共同实现。由于每组镜片都需要在变焦过程中移动，每个透镜组的移动量就变得小多了。另外，光圈大小变化也可以随心设计，无需操心不得不使用复杂的光圈隔板装置。

    在多组镜片互相影响共同聚焦的过程中，每组透镜都可以使用相对较低的折射率的设计。这样成像时的像差就可以用相对较少的元件来消除。多组镜片扩增了光学系统搭建的自由性和多样性，比如可以专门设计透镜组来互相削弱各自的像差畸变(交叉补偿功能)。

    多组变焦技术在先进的镜筒设计、良好的加工工艺支持下可以满足大比例变焦镜头的设计需求。EF 28-90mm f/4-5.6 III、EF 24-85mm f/3.5-4.5 USM、EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS USM等镜头中都使用了多组变焦技术，从而达到了小型化、大变焦比、出色成像质量共存的目标。