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2018-10-12 00:15 出处:PConline原创 作者:CDong 责任编辑:lihongliang

  第二天,一大早我们就集合出发,往佳能宇都宫工厂的路上出发。宇都宫位于东京都附近的枥木县中部,是日本关东地方北部城市,距离日本首都东京以北约105公里。

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  而佳能的宇都宫工厂是佳能非常重要的光学镜头产品开发和生产中心。宇都宫工厂一直以来都只生产佳能顶级的红圈镜头产品,这次也是宇都宫工厂首次向中国媒体开放,这是一次对佳能镜头生产工艺进行深入研究的好机会。

  佳能的宇都宫工厂由一整个佳能工业园区构成,包括有宇都宫工厂,宇都宫光学产品工厂和光学研发中心三大部分,主要承担佳能光学技术的核心开发,设计,零件生产和产品制造的工作。

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  宇都宫工厂的业务范围主要以L级别的镜头为主,包括EF镜头,摄像机镜头,广播器材和投影机产品的镜头。

  在这次的工厂参观中,笔者主要参观了佳能的L镜头在生产过程中的3个最主要的步骤,分别是镜片的研磨加工,SWC亚波长结构镀膜的过程,和镜头的组装。在正式开始介绍参观的内容之前,先跟各位科普一下之城佳能镜头开发的一些基础技术。

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  首先是佳能对镜头产品的开发目标。佳能的产品一直追求的目标是开发理想的镜头,也就是说这个镜头需要能具备快速,快适(舒适)和高画质,从光学性能,成本,自动曝光,轻量化,操作性,短片,自动对焦,图像稳定,耐久度和规格十大方面都进行深入研究。

  关于这个目标的话题,在现场笔者也跟佳能负责镜头部门的专家进行了探讨,就是佳能坚持的开发目标是开发理想的镜头,但是也有一些竞品的开发方向是朝着具有一些特殊的成效效果或者风格去进行差异性开发。佳能对此的回应是,追求理想的镜头是佳能公司的整体方向,佳能的产品核心是围绕着快速,快适(舒适)和高画质去走,但是如果市场有较大需求的特殊成像风格,佳能也会考虑在部分产品上有针对性地做出调整,就例如之前已经发布的EF 85mm F1.4 L IS镜头,就特别优化过它的焦外成像效果,适应市场和用户的喜好和需求。

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  在这次宇都宫工厂的参观过程中,佳能工厂的匠人们给我们演示了镜片研磨的一些工艺步骤。日本是一个非常重视工匠文化的国家,在佳能宇都宫工厂里面有大量镜片加工的专家,他们经过数十年的磨练,成就了机器无法替代的,对镜头加工研磨的独家绝技。

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  在镜头加工精度方面,佳能对镜片加工的精度超过了其他同类竞品的厂商,以普通的非球面镜片距离,佳能对及格品的要求是表面的精度误差要小于0.1微米,而表面弯曲的误差更是要小于0.01微米

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  这是一个怎么样的概念呢,举个例子,如果假设中国国家大剧院的屋顶就是这片非球面镜片,佳能的及格品要求仅仅允许0.6mm的形状误差,大概是一支活动铅笔笔芯的厚度,而对于凹凸方面仅仅允许0.06mm的误差,大概就是一根头发的厚度。听到这个数据标准确实让笔者震惊了,正是因为有这样的质量要求,才奠定了佳能对理想的镜头的追求目标。

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  镜片的加工主要分为粗磨,精磨削,取芯,粗抛光,精抛光和最后加工六个步骤,上图演示的是粗抛光的示意图,主要用聚氨酯材料来对已经切削好的镜片进行抛光。

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  这张图片主要演示的是对镜片取芯进行中心定位的过程,通过特殊的工具将镜片最具有光学性能的部分获取出来,以便进行进一步的加工

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  一片玻璃材料经过粗磨,精磨和抛光后,大概就会呈现为上图的不同状态,最终变成镜头里面一片一片的镜组。

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  在佳能的宇都宫工厂,虽然绝大部分的步骤会通过佳能自主研发的自动化生产设备进行机械化生产,但是依然有一小部分的关键步骤无法将其自动化,在这个时候,就是佳能培养的众多镜头工匠充分发挥的时候了。

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  在这次交流访问中,非常有幸地邀请到佳能宇都宫工厂的镜片抛光高级技师(匠人)斋藤敏夫先生,来跟我们一起分享他的经验,并演示如何手工对镜片进行加工。

  斋藤先生于1981年加入佳能宇都宫工厂,37年来一直致力于光学镜片加工工艺。作为匠人称号的他,目前正在忙于超高精度镜片的加工规划阶段的工作,同时还监管下一代工厂工人的培训工作。

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  在斋藤先生演示如何加工镜片的时候,笔者也非常好奇的咨询了一下斋藤先生,是如何控制力度,以及如何保证加工的精度。斋藤先生非常简单扼要的回答,说主要靠的是他的手的感觉。作为一名已经跟镜片打交道37年的名匠,他的手的感觉就是超高精度镜片加工的关键,也就是为何资深的匠人是现代化机器设备无法取代的原因。

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手工研磨镜片的时候所使用的工具(金刚石制)

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不同的镜片加工步骤使用的磨具和工具

  正是带着这样的好奇,我们还深入地跟工匠斋藤探讨了一个话题就是,如果这个镜片的加工工艺主要靠的是工匠的手感,是否有一些保障措施让这个工艺能传承下去,或者是在遇到有意外的时候能保证产品的正常生产。

  斋藤先生回答到,其实佳能内部有一套非常完善的工匠培养体系,他自己也已经带出了很多的弟子,无论遇到任何情况,他的弟子们都能接班这个技术含量非常高的工作,不会对产品生产和工艺传承带来任何的影响。

  听到这里,笔者从心中非常佩服这种数十年磨一剑的工匠文化,突然间有种感觉好像镜头卖个好几万也是物有所值的感觉。参观完镜片的研磨加工后,进入了第二个工序,镜片的镀膜。

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  首先我们来说说佳能SWC镀膜技术。大家都知道知道,光的反射对成像有着致命的杀伤力,镜头表面之所以会产生反射现象,是因为镜片玻璃和空气边界处的折射率发生了突然的变化,而光线又会在镜头内部重复反射,最后在传感器上形成眩光或鬼影。尤其是对于一些弯曲程度特别大的镜片来说,入射的光纤很多都是带着比较大的角度入射,这样由于光线反射而造成的画质劣化情况就会越来越严重。

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  在镜头设计的过程中,为了更好地抑制光线反射,空气和玻璃之间的折射率应该逐渐减小,早先的蒸气镀膜尽管可以在一定程度上抑制光线反射,但随着光线入射角的增大,它的效果也会随之下降。为了解决这一问题,佳能研发了亚波长结构镀膜SWC技术。SWC镀膜在镜头表面形成一个小于可见光波长的楔形显微结构,这种结构能够持续改变折射率,从而消除折射率会突然改变的边界,通过结构上的特性来抑制反射效果。SWC镀膜的优势在于,即使光线入射角大,其防反射的能力依然出色,能够实现比传统蒸气镀膜更理想的抑制反射效果。

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  佳能的SWC镀膜本质上使用的材料是氧化铝微结晶,通过这种材料的特殊物理性质,大幅度减少光线在镜头内部的反射。SWC镀膜首次搭载在佳能EF 24mm f/1.4L II USM镜头上,目前这种镀膜技术经过了接近10年的发展,已经应用在了数十产品上面。它解决了传统蒸汽镀膜效果不佳、镜头结构受反光效果限制、鬼影眩光现象严重的难题,为广大摄影爱好者提供了很大的便利。

  最后的一个工具我们参观的是镜头的组装过程。之前的镜片研磨加工,SWC镀膜都是镜头部件的加工过程,最后还是需要将镜头组装到镜筒里面,才能最终完成镜头产品的生产,这也是宇都宫工厂整个生产流程里面最重要的一步。为了镜片的组装,佳能公司自主开发了很多的设计和模拟工具,通过光学模拟和公差分析,配合内部研发的测量器械,精密地将镜头的各个部件组装到一起。

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  为了最大限度地提高镜头组装的效率,佳能为整个镜头组装的流程设计了自动化的装配流程。一个镜头的组装由零部件的装配,镜头的性能测定,自动计算合适的光学调整量,进行光学调整和进入最后工序5个步骤组成。由于自动化装配流程和更先进的光学调整基数的应用,目前新一代量产的镜头能达到设计的高画质的比例比起之前一代产品有了较大幅度的提高,

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  在工厂的组装车间里面我们看到,自动化的仪器基本上完成了绝大部分的镜头组装工作,人工更多是在参与到镜片的最终光学调整工作里面。佳能在镜头结构的设计初期已经预留了量产化调整的部件和空间,使得整体生产装配的良品率得到非常有效的控制。

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  佳能在镜头组装的领域也同样有匠人认证。例如这次与我们一起交流的佳能镜头组装S级匠人小塙美代子女士,她于1983年加入佳能宇都宫工厂,35年来一直致力于光学镜头组装事业。作为“组装S级匠人”称号的她,目前负责EF镜头组装车间的管理工作,同时还监管下一代工厂工人的培训工作。

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  而对于最后的测试阶段,佳能运用了自动化的测试技术,将半成品的镜头安装到真实的机身上进行成像质量测试,每个镜头都会进行多张实测对比,例如下图看到的变焦镜头,会测试横,竖,斜三个测试角度,而且会在广角端,中间焦段,长焦焦段分别进行测试,一共拍摄9张测试的照片,通过专用的计算机程序进行运算后得出镜头的调整参数,再做最后的调整。

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  在宇都宫工厂的这一天过得非常充实,通过参观佳能L镜头的生产流程,让笔者再一次认真地感受到佳能对产品品质的超高要求,也通过与佳能宇都宫工厂的多位匠人的交流,重新认识到匠人精神的价值和意义。在这次旅途中我们所使用的EOS R和RF镜头就是通过这些匠人的精密加工而生产出来的,让大家再一次重新认识到产品的高附加价值。

  到此为止,我们在佳能总部和佳能宇都宫工厂的行程就告一段落了,大家带着对产品的新认识,开始了接下来最激动认识的产品试拍环节,产品体验试用的环节在下一个环节里面给各位呈现

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