在很多的高端镜头介绍里，都经常会看到“非球面镜片”的概念，不少品牌，比如索尼甚至还会以XA等新冠名来凸显其“超级非球面”，徕卡的ASPH镜头也就是非球面英文单词Aspheric的前四个字母缩写。那么非球面镜片到底是什么鬼？它是用来干啥的？能用非球面的一定就是业界良心么？小胖今天就来简单解读一下吧。
首先，既然叫非球面，与之对应的概念就是球面镜片，我们说的凹凸透镜都是球面镜片，如上图：设想有两个球，一个球的球心在C1半径为r1，另一个球的球心在C2半径为r2，如果这两个球只有部份相交（上左图），共同的部份就是一个凸透镜；反之，如果两个球不相交（上右图）或一个球包含另一个球，形成一个凹透镜。一般而言，凸透镜的中心比边缘厚，凹透镜的中心比边缘薄。
传统的球面镜片会产生球面像差：在理想的情况下，所有入射光都应该通过焦点，如图a，最终可还原为一个点。但与光轴平行的入射光经过球面镜片后，越靠近边缘的光线折射后与光轴相交的点会越靠前，如图b，所以有严重球面像差的镜头即便是对焦准确，画面也还是模糊的。而且跟色散一样，球面像差是整个画幅内都会发生，并不像慧差像散之类的越往画面边缘越严重，非球面镜片对于像散也有一定的校正作用。
而非球面镜片就是为了校正这一问题而来，上图为经典的双凸非球面镜片，它的主要功能就是把从焦点离散开来的光路重新尽量聚回到焦点上去，当然现代镜头都是多镜片结构，非球面的功能是否能得到发挥一来要看自身工艺，二来镜头整体设计和装配公差也会有非常明显的影响。
上图左为球面镜片成像，图右为采用非球面镜片后的成像，可以很明显地看到成像实度上的区别。从理论上来讲，非球面的确是可以给成像锐度带来质的飞跃，尤其是大光圈下，球差就是最影响画质的不利因素，这也是为什么高端大光圈镜头都会大量采用非球面镜片的重要原因，佳能曾经名噪一时的50mmF1.0L甚至使用了2片研磨非球面，那可是在年！。
非球面镜片有铸模和研磨两种，前者采用模具铸造，属于批量生产型，优点是成本低，像佳能来块的饼干头40mmF2.8STM都有一片，所以：非球面≠高贵。但铸模的缺点是精度以及玻璃冷凝内应力存在瑕疵，换句话说它的性能要逊色于研磨非球面。之前小胖介绍哈苏相机制造时顺带提到了佳能的镜头工艺，今年内像16-35mmF2.8III这种镜头的自动化生产线会提升到80%左右，即便如此，它所采用的3片非球面镜片里，有1片还是得手工研磨，在工人的操作下一台机床一次才出一片而已，所以生产成本明显更高，但精度也上了一个档次。
考虑到足足有近30年的时间差，而且这30年正是精密加工技术腾飞的30年，所以在年50mmF1.0能用上2片研磨非球面，甚至还是自动对焦，卖上天价绝不仅仅是“信仰充值”（上图为佳能EF50mmF1.0样张）。
因此，即便大家都叫“非球面”，工艺、尺寸上的差异最终反馈到价格上的区别也非常明显，从最极致的镜头到入门级镜头都可能会采用。事实上从高大上的天文望远镜、导弹制导系统再普及到我们佩戴的眼镜，以及曾经的背投电视，都有非球面镜片的身影，而且非球面并不是什么新鲜的技术，在瑞典哥特兰岛出土的维斯比镜就是最早发现的非球面镜片，11世纪的北欧海盗（维京人）将它当做放大镜使用，部分工艺精良的还采用银制底座，打造成工艺品的模样，如下图。
如果说维京人算是无意中发现了这种东西还没有理解到其光学深意的话，有意识地将其打造为镜头的设计思潮源自年代，年第一款3片非球面镜片组建的镜头诞生，熟悉摄影历史的朋友们应该知道，这比达盖尔发明相机的年足足早了多年，所以非球面镜片的初始是为望远镜服务的，现代摄影镜头的很多基础技术都源自于古典天文望远镜设计，也算是站在了巨人肩上。
说到非球面镜片在天文领域最经典的应用，施密特折天文照相机算是其中之一了，如上图，传统设计的入射光线经由反射面后无法在F点（也就是胶片所在的焦平面）实现聚焦。但若是在C点位置加入一片中心与边缘厚度更大的非球面镜片进行校正，得到的结果就是这样：
这片造型独特的镜片就叫做施密特改正板或施密特校正板，最有名的施密特望远镜位于美国加州圣地亚哥帕洛玛山山顶的帕罗玛山天文台，主镜口径达到1.82米，施密特校正板直径也达到了1.26米，年开工年建成，已经从最开始的胶片成像改为了12片CCD拼接，校正板也于此前更换为玻璃材质。
除此之外，年发射的开普勒类地行星探测器所搭载的光度计，采用的也是施密特望远镜结构，下图就是开普勒光度计的结构图，右下方图示所指的就是基于非球面技术的施密特校正板。
而世上第一款用于摄影的量产非球面镜片是年Elgeet公司为16mm胶片电影机制造的GoldenNavitar12mmF1.2，看起来是不是很猛？标准16mm胶片是10.26mmX7.49mm，全画幅转换系数为3.41，所以它占了小像场+镜后距短的优势，有利于做大光圈。在近些年来得益于模具铸造工艺的成熟，非球面已经非常普及，不仅是刚刚提到的千元内的饼干头，各种主流镜头里都有涉猎，佳能F4小三元里的16-35mm和24-70mm里都能看到非球面的身影，各大品牌与之定位类似的镜头里非球面也都是常客。
从精度来说，非球面可以提高画面锐度，但相应的，也会对焦外光斑形成负面影响，比如知名的洋葱圈光斑就是非球面镜片的基本特性，哪怕是被索尼吹上了天的XA超级非球面焦外也是这个样子，这可是高精度手工研磨的哦：
今天简单的与大家分享了一下非球面镜片的历史沿革和应用面，如果能帮到大家从此正视非球面的好，不被营销用语给吓到，小胖写这篇文章也就算值了，回头再来聊聊别的镜片工艺，最后来瞻仰一下50mmF1.0的超级大眼睛吧。
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