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【工程师访谈】大师级G镜头-在技术创新和优越光学设计中诞生

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岸 政典
镜头机械设计部副总经理
打造新系列,展望相机的美好未来,追求高分辨率与柔美焦外


白石:2013年,在发布α7系列时,我们以小尺寸、高性能为理念,设计了一系列F4光圈的变焦镜头和相对较小的定焦镜头。在此背景下,我们收到了大量的客户反馈,要求提供F2.8变焦镜头和F1.4的定焦镜头。同时,第二代α机身已从3640万像素的α7R发展到约4240万像素的α7R II,并且配备了5轴防抖功能。

影像传感器技术不断进步,我们相信高分辨率作为一种通用价值,今后会越来越重要。此外,我们认为镜头焦外成像是另一大通用价值。今后,用户对高分辨率和焦外成像的要求会越来越高。我们希望将这两大通用价值拓展到更高的水平。在这种精神下,随着大光圈F2.8变焦镜头与F1.4定焦镜头开发成功,我们发布了专注于高分辨率与焦外成像的新系列镜头。


明日之镜 索尼呈现

在大师级G镜头中,我们开发了三款产品:FE 24-70mm F2.8 GM标准变焦镜头,定位于在标准焦距下实现定焦镜头级别的分辨率性能;FE 85mm F1.4 GM人像镜头,专注于从焦内到焦外成像柔美过渡的大光圈镜头;以及FE70-200mm F2.8 GM OSS远摄变焦镜头,专注于长焦端出众的分辨率和人像摄影的虚化效果。这些镜头采用多项创新技术,包括我们新开发的XA(超级非球面)镜片。此外,事实上,索尼作为先进的影像传感器制造商,对影像传感器的未来演变有着非常清晰的目标愿景。我认为,大师级G镜头系列的责任就是预测这种发展,并提供在未来依然会发挥重要作用的镜头。



岸 政典
镜头机械设计部副总经理


这个关键元件对于大师级G镜头不可或缺

岸:在开发大师级G镜头过程中,我们采用了表面精确度达0.01微米级的XA(超级非球面)镜片。首先,非球面镜片制造起来非常困难,而且要了解镜片表面精确度的可提升幅度对我们来说具有挑战。实际上,那时在开发这种技术时,我们与位于日本爱知县的索尼全球制造和运营公司生产场所的工程师进行了合作,他们掌握有非球面镜片生产技术。在从头仔细了解每一个制造工艺后,我们推出了新的工艺。我相信,我们最后生产出的XA镜片达到了先进水平。而我们之所以能够将其性能提升到如此之高,是因为我们能够利用索尼具有的技术,以及能与生产场所密切协作开发


通常,在镜片设计方面,我们不会为所有镜片赋予相同的效果,而是为每个镜片赋予不同的任务,从而调整设计达到优异的状态。与大师级G镜头类似,正是由于采用表面精确度高的XA镜片,我们才能提供像差矫正等功能,由此使整个光学镜片的分辨率高过以往。基于此,我认为大师级G镜头之所以从中心到影像边角都能实现高分辨率和非常自然的虚化效果,正是因为我们开发出了表面精确度高达0.01微米级的XA镜片。毫不夸张地说,如果没有开发出XA镜片,就没有大师级G镜头。



从更高维度融合矛盾因素 以50lp/mm的空间频率作为MTF基准

岸:由于高分辨率和良好的虚化效果存在内在冲突,因此要将它们融合到一起来达到出色的状态非常不易。在分辨率方面,我们采用了空间频率为50lp/mm的MTF作为设计基准,这是颇具挑战性的标准。空间频率越高,意味着镜头再现细微对比变化的效果越好。为了实现这一目标,我们在设计阶段消除了多种光学像差,例如色差和彗形像差。具体而言,为了消除影像边角的的像差,我们重复进行了大量模拟,一点点消除像差,直到实现最终的光学设计。当然,仅实现更高的空间频率无法保证优质镜头,因为根据要拍摄的对象,可能存在许多低频成分。最终,目标应该是让人们在看到照片时就觉得它很好,所以重要的一点是,需要想出能良好地平衡低频与高频的设计。


在镜头设计阶段,由于我们不断提高分辨率,因此必须反复检查虚化效果的情况。为此,我们采用了虚化效果模拟技术,确保MTF性能提升不会对虚化效果造成不良影响。也就是说,镜头虚化是一个需要非常深入研究的主题,虚化效果分为许多类型,例如前景虚化、后景虚化、从近距离到远距离虚化等。由于虚化效果也因焦距而异,因此仅靠模拟,并不能评判虚化效果的好坏。因此,模拟虚化效果还必须巧妙地结合索尼积累的丰富经验和方法。这样,我们才能找到用户认为美丽的虚化效果。


在制造阶段逐个调整镜头,只为达到理想的虚化效果

白石:在光学设计方面,有许多因素会影响虚化效果,但仅在光学设计上很难完全消除它们,所以成品中可能会有个体差异。为此,我们在制造阶段会逐个检查该系列镜头并进行调整,只为它们在出厂前达到理想的虚化效果。要执行这些调整,需要进行一系列工作,例如打造新的调整装置和在镜头自身中包含调整构件。构件需要提前实施此流程步骤。不过,通过这种方式调整虚化效果,我们可以为客户提供优质的镜头。而且我认为,这种态度和精神是大师级G镜头背后理念的重要组成部分。


FE85mm F1.4 GM和FE 70-200mm F2.8 GM OSS是α镜头中首次采用11叶圆形光圈的镜头。正是由于需要将圆形虚化效果保持在大光圈设置范围,才刺激了当前11叶光圈的开发。增加叶数的另一优势是,可使光圈直径非常大的光圈单元设计更加紧凑。



岸:即使在高分辨率和虚化效果之间建立了平衡,并获得了出众的性能,但如果没有相称的对焦精度,也无法体验到那种性能。因此,在对焦方面也需要有出色的精度。为了充分发挥镜头的性能,虽然光学设计师已将其光学性能提升到我们能够到达的程度,但我们通过结合索尼利用现有的技术开发的创新的驱动马达与根据每个镜头的光学特征优化的构件,为大师级G镜头赋予了理想的对焦功能。
在对焦镜头重量方面,FE 70-200mm F2.8 GM OSS通过拆分对焦组(通常为一组)将重量分散到两个单独的对焦组中。另外,通过将对焦组与独立驱动马达相结合并独立地控制它们,不仅针对静态图像,在视频拍摄中,也能实现顺畅对焦。将对焦组一分为二,使用了浮动对焦组件,从而可以有效地矫正各种对焦距离的各种像差。此外,借助这种能够独立控制的浮动结构,可以逐一将每个镜片调整到理想位置,充分发挥出镜头的固有性能,而这是常见浮动结构所不能做到的。



岸:即使在高分辨率和虚化效果之间建立了平衡,并获得了出众的性能,但如果没有相称的对焦精度,也无法体验到那种性能。因此,在对焦方面也需要有出色的精度。为了充分发挥镜头的性能,虽然光学设计师已将其光学性能提升到我们能够到达的程度,但我们通过结合索尼利用现有的技术开发的创新的驱动马达与根据每个镜头的光学特征优化的构件,为大师级G镜头赋予了理想的对焦功能。
在对焦镜头重量方面,FE 70-200mm F2.8 GM OSS通过拆分对焦组(通常为一组)将重量分散到两个单独的对焦组中。另外,通过将对焦组与独立驱动马达相结合并独立地控制它们,不仅针对静态图像,在视频拍摄中,也能实现顺畅对焦。将对焦组一分为二,使用了浮动对焦组件,从而可以有效地矫正各种对焦距离的各种像差。此外,借助这种能够独立控制的浮动结构,可以逐一将每个镜片调整到理想位置,充分发挥出镜头的固有性能,而这是常见浮动结构所不能做到的。


创新的对焦马达技术,带来全然不同的拍摄风格

我真心希望用户去尝试"眼控对焦"功能。借助FE 85mm F1.4 GM和α7系列组合,现在能将对象的眼睛置于焦点。通过该功能,我认为人们会真正体验到这种镜头的出色对焦精度。由于景深较浅,传统85mm F1.4镜头在使用自动对焦时很难将眼睛完全置于焦点内。为了使85mm F1.4镜头实现精确对焦,许多专业人士需要采用手动对焦,所以我认为能够利用自动对焦更轻松地达到手动级别的精确度,这个感觉很棒。尽管85mm F1.4是景深很浅的镜头,但我们实现的精确度足以驱动对焦镜组达到摄影师对人的瞳孔,乃至眼皮、睫毛两端、瞳孔表面或反射(根据其意愿)进行精确对焦的水平。这些镜头内置创新的驱动马达技术,因此我们才能实现这种程度的精确性。我认为,这将会引领全然不同的拍摄风格,因为以前摄影师必须集中注意力精确对焦,而现在可以自由更改拍摄角度,让对象四处移动,而照样一直对眼部保持对焦状态。


白石:我特别喜欢FE 85 mm F1.4 GM。十年前,我接受过关于A卡口85mm F1.4镜头的访谈,在α镜头中,"85mm F1.4"是规格出众的标志性产品。我认为,这是一款代表α品牌的出色镜头。在打造这款新85mm F1.4时,我想要让它成为一款出众的镜头,我认为,这个目标实现了。希望其他人也拥有我们对FE 85mm F1.4 GM的感觉。我们认真倾听了客户对F4系列的反馈,进而改进了大师级G镜头系列另外两款镜头(FE 24-70mm F2.8 GM和FE 70-200mm F2.8 GM OSS)的性能,也使它们性能更加出色。希望目前采用F4系列的客户可以尝试这些新的F2.8型号。

岸:为了同时发布大师级G镜头系列的这三款出众的镜头,我们全体开发人员一丝不苟,通过为每款镜头融入尽可能多的特性(包括精细的可操作性),不断提高设计标准。自α7系列发布以来,我们收到了众多专业用户提供的大量宝贵意见和信息。从可操作性、性能和其他特性方面,我们根据这些用户反馈合理地处理了细节,最终将这些产品投入市场。我认为,我们创造出了自己可以放心推荐的镜头,这样在看到人们实际使用这些镜头,利用它们开心地拍摄照片时,我才会感到快乐。希望人们会喜欢这款新的大师级G镜头系列,享受它的高分辨率与柔美焦外。


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