萤石，你把镜头怎么了

作者：田小森
在摄影这个圈子里有这样一句名言，叫做：“吸毒毁一生，摄影穷三代。”造就这句名言的不仅仅是价格不菲的高端机身，机身上的“眼睛”们也为此做着举足轻重的贡献。但凡中意过摄影的人都知道，要想拍出好的照片，那就首先得遵循着中国的一句“工欲善其事，必先利其器”的古训来置办自己的装备。在必须的全画幅的机身之后，满足各焦段的镜头开始粉墨登场尽逐芳艳。

对于佳能的用户来说，一枚拥有“L”标记的头，已是画质的代名词。这其间又不乏出现“UD”、“super UD”这样高级的专业名词，而当镜头描述介绍中出现此镜头中采用萤石镜片时，它的光芒就立马如同太阳般照耀了每一位苛求画质的摄影人的内心深处。于是有诗咏道：“镜头啊，你离开了萤石将变得黯然失色，色彩啊，只能在萤石的光辉下才能卓现眼前。”

且说萤石，不过是在自然界中常见的矿物：它又称氟石，英文名为Fluorite，其主要成分是氟化钙（CaF₂），是一种常见的卤化物。萤石在紫外线或阴极射线照射下常发出蓝绿色荧光，它的名字也就是根据这个特点而来。自然界中的萤石一般呈粒状或块状，具有玻璃光泽，常显鲜艳的颜色，硬度比小刀低。它通常含杂质较多，Ca常被Y和Ce等稀土元素替代，此外还含有少量的Fe₂O₃ ，SiO₂和微量的Cl，He等。它还可以用于制备氟化氢：CaF₂ + H₂SO₄ = CaSO₄+ 2HF↑。萤石其光性特征为均质性，它和光学玻璃相比，有低折射率，低色散等优点。恰好是它低折射率和低色散的优点让它在光学元件这一领域有了先天的优势。

说到低折射率和低色散，我们可以做一个相关的演示。

当我们提供两束相同的平行光线通过不同的镜片后聚焦，A组为一般光学镜片，B组为萤石晶体镜片。那么在我们的实验中，能见到以下的实验现象：

A组中的光线在透过一般光学镜片后，各色可见光产生不同的曲折角度，可见光两端的红光和紫光分别聚焦于实际聚焦面前后不同的位置上。红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫在两聚焦点之间呈连续分布。

B组中的光线在透过萤石晶体镜片后，各色可见光只产生微小的曲折角度，使得可见光两端的红光和紫光于仅偏离焦平面很微小的位置上聚焦。

A组的效果着实让人觉得难受，好好的光线怎么在透过镜片后就发生了色偏呢？你一片萤石怎么就做到色彩还原了呢？

这当然要归结与萤石本身低色散的特性。光线进入一般光学镜片后，由于各色可见光波长的不同，在透镜中传播的速度也不同，因此曲折的角度也不同。这就使得原来复合的白光中的各色可见光无法在同一焦平面聚焦。而光线在进入萤石晶体镜片后，虽然入射光中的各色可见光的波长依然不变，但由于萤石本身有低色散的特性，光线在透过镜片后只产生微小的曲折角度，这就使得可见光带可以在仅偏离焦平面很微小的位置上聚焦。

于是为了保证低色散所带来的优质成像，萤石成为了很好的光学材料。

萤石在自然界中的储量很高，也是一种常见的矿物，它常用于诸如：炼钢、铝生产用的熔剂，制造乳白玻璃、搪瓷制品等等，我国的萤石储量就占全世界储量的35%左右。那么它的储量很高又用于诸多的用途，为什么不开发其作为一种常见的光学元件呢？

这得考虑到光学元件的超高要求，虽然我们前面说到过，萤石在自然界中的存量很高，但是由于它的钙离子容易被一些其他的阳离子替代，而且萤石中所含的杂质含量很高，很难找到极为纯净的萤石。加之萤石有一种类似云母的性质，就是晶体在受到外力作用时会沿着晶体内部的脆弱面裂开，此面为萤石晶体结构而天然产生的相对脆弱面。极为恶劣的是它还对热敏感，所以想要找到天然的光学级别的萤石那真的是难之又难。

但是在萤石极为具有诱惑力的光学特性面前，每一个力求画质的摄影师都无法将其轻易放弃。那么，器材厂商也绝不会轻易放弃的，自1800年首次使用萤石作为光学元件以来，各大镜头制造厂商在普及萤石这条路上也是走得相当的艰难，直到20世纪60年代末，佳能掌握了生产大片人造萤石镜片的技术，并于1969年大量推出两款萤石镜头：FL-F300 F5.6和FL-F500 F5.6，后在1973年，又推出了FL300 F2.8萤石镜头。这两支镜头在当时都引起了不小的轰动。

可惜的是我们始终无法在很多的镜头上看见萤石的身影，目前为止它依然只出现在昂贵的长焦段镜头之中（焦距约长，越容易引起色散）。当然随着技术的发展，超低色散镜片的使用也大大降低了镜片的色散现象，虽然体积上会比萤石大上一些，但其成像效果已是日趋萤石之水平。
所以，对于更多的摄影人而言，顶礼仰望那块在物理性质上不太靠谱的萤石还真不如期待新型光学材料的诞生。

编者按：本篇是来自松鼠会公共邮箱的外部投稿。科学松鼠会非常欢迎自然科学相关的各种科普投稿。我们将会在审稿后择优发表。

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id="aimg_10441" src="http://songshuhui.net/forum/attachments/month_1105/1105242126833e4cd9cf6e15ce.jpg" alt="光透.JPG" width="507" /></p> <p>A组中的光线在透过一般光学镜片后，各色可见光产生不同的曲折角度，可见光两端的红光和紫光分别聚焦于实际聚焦面前后不同的位置上。红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫在两聚焦点之间呈连续分布。</p> <p>B组中的光线在透过萤石晶体镜片后，各色可见光只产生微小的曲折角度，使得可见光两端的红光和紫光于仅偏离焦平面很微小的位置上聚焦。</p> <p>A组的效果着实让人觉得难受，好好的光线怎么在透过镜片后就发生了色偏呢？你一片萤石怎么就做到色彩还原了呢？</p> <p>这当然要归结与萤石本身低色散的特性。光线进入一般光学镜片后，由于各色可见光波长的不同，在透镜中传播的速度也不同，因此曲折的角度也不同。这就使得原来复合的白光中的各色可见光无法在同一焦平面聚焦。而光线在进入萤石晶体镜片后，虽然入射光中的各色可见光的波长依然不变，但由于萤石本身有低色散的特性，光线在透过镜片后只产生微小的曲折角度，这就使得可见光带可以在仅偏离焦平面很微小的位置上聚焦。</p> <p><img id="aimg_10440" src="http://songshuhui.net/forum/attachments/month_1105/1105242126d4ee465d54fb2765.jpg" alt="光透2.jpg" width="400" /></p> <p>于是为了保证低色散所带来的优质成像，萤石成为了很好的光学材料。</p> <p>萤石在自然界中的储量很高，也是一种常见的矿物，它常用于诸如：炼钢、铝生产用的熔剂，制造乳白玻璃、搪瓷制品等等，我国的萤石储量就占全世界储量的35%左右。那么它的储量很高又用于诸多的用途，为什么不开发其作为一种常见的光学元件呢？</p> <p>这得考虑到光学元件的超高要求，虽然我们前面说到过，萤石在自然界中的存量很高，但是由于它的钙离子容易被一些其他的阳离子替代，而且萤石中所含的杂质含量很高，很难找到极为纯净的萤石。加之萤石有一种类似云母的性质，就是晶体在受到外力作用时会沿着晶体内部的脆弱面裂开，此面为萤石晶体结构而天然产生的相对脆弱面。极为恶劣的是它还对热敏感，所以想要找到天然的光学级别的萤石那真的是难之又难。</p> <p>但是在萤石极为具有诱惑力的光学特性面前，每一个力求画质的摄影师都无法将其轻易放弃。那么，器材厂商也绝不会轻易放弃的，自1800年首次使用萤石作为光学元件以来，各大镜头制造厂商在普及萤石这条路上也是走得相当的艰难，直到20世纪60年代末，佳能掌握了生产大片人造萤石镜片的技术，并于1969年大量推出两款萤石镜头：FL-F300 F5.6和FL-F500 F5.6，后在1973年，又推出了FL300 F2.8萤石镜头。这两支镜头在当时都引起了不小的轰动。</p> <p>可惜的是我们始终无法在很多的镜头上看见萤石的身影，目前为止它依然只出现在昂贵的长焦段镜头之中（焦距约长，越容易引起色散）。当然随着技术的发展，超低色散镜片的使用也大大降低了镜片的色散现象，虽然体积上会比萤石大上一些，但其成像效果已是日趋萤石之水平。<br /> 所以，对于更多的摄影人而言，顶礼仰望那块在物理性质上不太靠谱的萤石还真不如期待新型光学材料的诞生。</p> <p><div class="editornote"><p>编者按：本篇是来自松鼠会公共邮箱的外部投稿。科学松鼠会非常欢迎自然科学相关的各种科普投稿。我们将会在审稿后择优发表。</p> <p>投稿方法：<br /> 去松鼠会论坛的“<a href="http://songshuhui.net/forum/forumdisplay.php?fid=15&page=1&filter=type&typeid=9">松鼠学堂</a>”版面注册发帖，注意需选择“群博投稿”这一发帖选项。<br /> </p></div></p> <div style="margin-bottom:10px"><div class="bshare-custom icon-medium"><a title="分享到新浪微博" 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