Перехід від проекту до реальності

Інтерв’ю з групою конструкторів FE 50mm F1.2 G Master

Конструктор оптичного дизайну тримає об’єктив XA і надає пояснення
Пристрасть до оптичного дизайну
Конструктор механічного дизайну тримає лінійні приводи XD й надає пояснення
Автофокусування й механіка
Зображення камери у вертикальному положенні, до якої приєднано об’єктив FE 50mm F1.2 GM
Надійність і зручність
Концепція розвитку

Створення по-справжньому зручного об’єктива F/1,2

Керівник відділу розробки та конструктор оптичного дизайну, Ацуо Кікучі

Конструктор оптичного дизайну тримає об’єктив FE 50mm F1.2 та надає пояснення

― Які були ваші цілі під час розробки першого об’єктива Sony F/1,2? 

Кікучі: Ми випустили на ринок багато об’єктивів із фіксованою фокусною відстанню й широкою діафрагмою, але розуміли, що нашим клієнтам потрібен швидший об’єктив із широкою діафрагмою. Найбільшим попитом користувався стандартний об’єктив 50mm F1.2 G Master.
 
Розробляючи об’єктив із діафрагмою F/1,2, ми знали, що маємо забезпечити роздільну здатність і ефект боке, притаманні об’єктивам серії G Master, і водночас зручність використання. Якби ми створили великий і важкий об’єктив із широкою діафрагмою, він би втратив головну перевагу системи E-mount – компактність і малу вагу. І якими б чудовими не були його оптичні характеристики, об’єктив, що не може розкрити весь потенціал визначних систем автофокусування камери або взагалі не підтримує автофокусування, не мав би шансів на успіх.

Щоб створити об’єктив із найшвидшим автофокусуванням у лінійці Alpha при широкій діафрагмі та зберегти ефективність автофокусування, зручність використання та портативність, ми задіяли передові технології Sony. Окрім відмінних оптичних характеристик, цей об’єктив із діафрагмою F/1,2 забезпечує просте, швидке й безшумне автофокусування.

Цей об’єктив F/1,2 виводить творчі можливості камер лінійки Alpha на принципово новий рівень. Він підходить як для професійної, так і для любительської зйомки, і дає змогу робити чудові портрети, весільні знімки, пейзажі та спонтанні кадри.

У лінійці Alpha вже представлено об’єктив Planar T* FE 50mm F1.4 ZA. Порівняймо з ним новий об’єктив FE 50mm F1.2 GM. Різниця між максимальним числом діафрагми F/1,4 і F/1,2 здається малою, однак вона становить половину кроку діафрагми. Щоб вловлювалося додаткове світло, потрібно збільшити діаметр діафрагми в об’єктиві F/1,2 приблизно на 17% або її площу на 40%. Це основна конструктивна й виробнича перешкода для створення компактного об’єктива F/1,2.
 
Коли цю проблему було вирішено, з’явилися нові.

Одна з них полягала в збереженні малого розміру переднього елемента об’єктива, незважаючи на діафрагму F/1,2. Цього вдалося досягти за допомогою кількох унікальних надзвичайно асферичних (XA) лінз Sony. Це дало змогу уникнути збільшення розміру переднього елемента й компенсувати аберації, які виникають в об’єктивах більшого діаметра.

Щоб повністю усунути аберації, ми застосували незалежно керовану систему плаваючого фокуса, що складається з двох фокусних груп. Це дало змогу компенсувати аберації в усьому діапазоні фокусування, зокрема на мінімальній фокусній відстані.

У механізмі фокусування використовується високодинамічний лінійний привод (XD) Sony власного виробництва, що забезпечує плавне фокусування та безшумну роботу. Чотири прямі приводи з точним керуванням дають змогу додати в конструкцію фокусної групи кілька елементів, які відмінно компенсують аберації.

У результаті ми маємо об’єктив із роздільною здатністю рівня G Master з ефективним, швидким і точним автофокусуванням із відстеженням. За своїми габаритами він схожий на поточний об’єктив Planar: важить усього 778 г і має довжину 108 мм. Ми пишаємося тим, що створили об’єктив F/1,2, не схожий на жоден попередній, і сподіваємося, що він стане цінною знахідкою для професіоналів і любителів.

Пристрасть до оптичного дизайну
Вражаюча роздільна здатність навіть при діафрагмі F/1,2

Кікучі: Щоб досягти високих оптичних характеристик і зберегти компактні розміри, для створення об’єктива F/1,2 було застосовано власні лінзи XA виробництва Sony, а також імітаційні технології для роздільної здатності, ефекту боке та хроматичної аберації.
 
Власно кажучи, покращення оптичних характеристик залежить від зменшення аберацій.

Історично склалося, що в об’єктивах із фокусною відстанню 50 мм зазвичай використовувалася Гаусова схема. Вона складається з груп елементів, які симетрично розташовані по боках центральної діафрагми. У такій конструкції аберації з кожного боку усувають одна одну. Це дуже добре підходить для кута огляду 50 мм, тому більшість об’єктивів із фокусною відстанню 50 мм у минулому мали таку схему.

Проте така симетрична структура компенсує тільки спотворення й кривизну аберацій поля та не може ефективно компенсувати, наприклад, сферичні аберації або сагітальне засвічення. Коротше кажучи, така оптична конструкція не дала б нам досягти ефективної компенсації аберацій, якої ми прагнули.

Досвідчені користувачі камер знають, що висока роздільна здатність по всій площині кадру неможлива без достатньої компенсації аберацій. Точкові джерела світла, як-от зірки в небі, в ідеалі мають виглядати як точки в будь-якій частині зображення, але недостатньо компенсовані аберації можуть зробити їх схожими на пурхання птахів або на розсіювання кольорів. Щоб уникнути цього, користувач може зменшити діафрагму, але це, звичайно, позбавить його переваг широкої діафрагми.

Створюючи цей об’єктив, ми прагнули реалізувати такі оптичні характеристики, щоб зйомка при максимальній діафрагмі була абсолютно зручною. У результаті наша оптична схема ефективно усуває аберації, які важко усунути із симетричною конструкцією об’єктива.

Зазвичай для корекції сферичних аберацій і сагітального засвічення об’єктиви симетричного типу мають великі передні елементи й можуть складатися з багатьох елементів.

У нашій новій оптичній схемі використовуються лише три надзвичайно асферичні лінзи (XA), кількість елементів об’єктива мінімізовано, а діаметр переднього елемента зменшено. Через це конструкція досить компактна. 

Зображення, на якому показано конфігурацію об’єктива
Графік конфігурації об’єктива

[1] Надзвичайно асферичний об’єктив (XA) 

Як можна здогадатись із назви "асферичний", кривизна поверхні лінз XA не постійна. Вона змінюється від центру до країв. Форму всіх трьох лінз XA в цьому об’єктиві було оптимізовано протягом кількох ітерацій із використанням технології оптичного моделювання від Sony.
 
Як ви можете знати, поверхні лінз XA, які використовуються в об’єктивах серії G Master, мають точність до мікрона. Діафрагма F/1,2 та великий діаметр зовнішнього елемента цього об’єктива вимагали значно збільшити точність на кожному етапі виготовлення трьох лінз XA, щоб досягти потрібної точності поверхні. Це було найскладніше завдання. Але інтеграція процесів розробки й виробництва, удосконалених на кожному етапі, а також вирішення нових технологічних проблем, допомогли нам поєднати великий діаметр і високу точність.

Зокрема, лінза XA (друга спереду на показаному вище графіку конфігурації об’єктива) значно сприяє зменшенню кількості елементів об’єктива в передньому вузлі, а також зменшенню його розміру й ваги. Використання в цьому положенні асферичної лінзи великого діаметра з точністю виготовлення, яку може забезпечити тільки Sony, стало значною перевагою всієї оптичної конструкції компактного об’єктива F/1,2.

За допомогою технології Sony для моделювання хроматичної аберації було знайдено ідеальне поєднання скляних матеріалів, що дало змогу значно зменшити хроматичні аберації та розсіювання кольорів і досягти найвищої роздільної здатності й контрастності, незважаючи на широку діафрагму, відповідно до призначення G Master.

Якщо на графік конфігурації об’єктива подивиться оптичний інженер, він може подумати, що цей елемент мало сприяє виправленню аберацій (сміється). Моя мета, як інженера, полягає в тому, щоб максимально ефективно виправити аберації за допомогою якомога меншої кількості елементів об’єктива. Тобто знайти рішення, яке забезпечить компактний розмір об’єктива та збереже оптичні характеристики. Як можна побачити на наведеному вище графіку конфігурації об’єктива FE 50mm F1.2 GM, конструкція не має зайвих елементів і водночас не поступається технічними характеристиками. Кривизну всіх елементів об’єктива ретельно розраховано з міркувань оптимізації аберацій. Сподіваюся, користувачам сподобається поєднання компактного розміру й відмінних оптичних характеристик, які забезпечуються унікальною оптичною конструкцією.

Унікальні надзвичайно асферичні об’єктиви Sony
Конструктор оптичного дизайну тримає об’єктив XA і надає пояснення
Зображення, на якому показано графік частотно-контрастних характеристик
Графік частотно-контрастних характеристик

[1] Контрастність (%) [2] Відстань від оптичного центра об’єктива (мм) [3] Максимальна діафрагма [4] Діафрагма F/8 [5] Просторова частота [6] 10 пар ліній/мм [7] 30 пар ліній/мм [8] Радіальні значення [9] Тангенціальні значення

Об’єктив G Master із діафрагмою F/1,2 забезпечує плавний і красивий ефект боке

Кікучі: Об’єктиви F/1,2 відомі своїм красивим ефектом боке, але G Master забезпечує ідеальну плавність і розмиття. Зокрема, у портретній зйомці, ефект боке відіграє важливу роль для природного виділення об’єкта. Ефект боке важко спроектувати, оскільки він сприймається, скоріше, відчуттям. Але ми доклали всіх зусиль, щоб задовольнити очікування користувачів від об’єктива G Master F/1,2.
 
З перших етапів проектування ми неодноразово здійснювали симуляції та коригування ефекту боке, щоб визначити ідеальний рівень сферичних аберацій, який забезпечить оптимальні ефект боке й роздільну здатність.

Крім того, під час виготовлення відстань між елементами коригується окремо для кожної лінзи задля точного контролю сферичних аберацій. Це дає змогу досягти складного балансу між переднім і заднім планом для красивого й нейтрального розмиття.

Раніше я згадував роль, яку відіграють лінзи XA для роздільної здатності, але точність поверхні до мікрона також усуває ефект кільцевих спотворень в округлій області боке.

Лінзи XA: точність поверхні дорівнює 0,01 мікрона

[1-1] Поверхня звичайної асферичної лінзи [1-2] Небажаний ефект боке [2-1] Поверхня надзвичайно асферичної лінзи (XA) [2-2] Красивий ефект боке

Ілюстрація-порівняння звичайних лінз із нерівними поверхнями та лінз XA, що демонструє різницю в появі кільцевих спотворень ефекту боке
Конструктор механічного дизайну тримає об’єктив FE 50mm F1.2 та надає пояснення

Конструктор механічного дизайну Юічіро Таката

Таката: Крім того, м’який і красивий ефект боке досягається завдяки 11-пелюстковій круглій діафрагмі. Нещодавно розроблений блок діафрагми зберігає майже круглу форму, навіть якщо до її повного розкриття залишилося 2 F-числа.
 
Оскільки F/1,2 є широкою діафрагмою, у традиційній конструкції пелюстки діафрагми також мають бути великими. А коли діафрагму відкрито, великі пелюстки потрібно перемістити за межі оптичного шляху й ефективного діаметра, що збільшує діаметр самого об’єктива. Щоб зменшити розмір блока діафрагми, ми спроектували всі елементи з нуля, від форми пелюсток до компонентів приводного механізму.

Блок діафрагми відіграє надзвичайно важливу роль для визначення діафрагми й експозиції. Зменшення розміру його компонентів означає, що потрібна більша точність для обробки кожного з них і збірки в цілому. Завдяки ретельній перевірці під час обробки й збірки нам удалося забезпечити компактний розмір і точність.

Конструктор механічного дизайну тримає елементи діафрагми та надає пояснення
Блок діафрагми
Об’єктив FE 50mm F1.2 зі зменшеною на кілька F-чисел діафрагмою, вид спереду
Округла форма, навіть якщо діафрагму зменшено на 2 F-числа
Лінійні приводи: рішення проблеми розміру

Таката: Щоб досягти високих оптичних характеристик за допомогою автофокусування, важливо було організувати тісну співпрацю груп розробників механічних елементів і програмного забезпечення.

Як я пояснював раніше, для забезпечення високих технічних характеристик в усьому діапазоні фокусування потрібні дві фокусні групи, що складаються з кількох елементів. А великий діаметр об’єктива F/1,2 неминуче збільшував вагу фокусних груп. Збільшення ваги фокусних груп значно сповільнює фокусування, а також збільшує шум і вібрацію під час роботи привода.

Ми прагнули зберегти оптимальну роздільну здатність і ефект боке, не жертвуючи швидкістю автофокусування. Рішенням для цього об’єктива стало застосування фірмових лінійних приводів Sony XD.

Автофокусування й механіка
Висока швидкість і точність автофокусування навіть при діафрагмі F/1,2

Таката: В об’єктиві F/1,2 найскладніше було досягти надзвичайно точного фокусування, необхідного для малої глибини різкості.

Навіть із максимальною діафрагмою F/1,2 об’єктив не можна вважати по-справжньому зручним, якщо він не забезпечує належний рівень точності автофокусування та ефективності відстеження. Але це справді дуже складно з технічного боку. У цьому об’єктиві використовуються різноманітні засоби й технології для швидкого й точного автофокусування навіть із надзвичайно малою глибиною різкості при діафрагмі F/1,2. Найсуттєвіший внесок роблять чотири функціональні особливості: система плаваючого фокуса, лінійні приводи XD, удосконалений баланс центрів ваги двох фокусних груп і чотири сенсори їх положення.

Завдяки системі плаваючого фокуса з двома фокусними групами не лише покращуються оптичні характеристики, а й зменшується вага кожної групи, що допомагає досягти швидкого й точного керування автофокусуванням.

З іншого боку, для максимальної роздільної здатності при діафрагмі F/1,2 потрібне бездоганно точне фокусування. А воно досягається за рахунок точно синхронізованого руху двох фокусних груп об’єктива, відносно великих і важких. Для цього використовуються фірмові лінійні приводи XD від Sony, які можуть похвалитися великим тяговим зусиллям, незважаючи на малий розмір.

За малої глибини різкості при діафрагмі F/1,2 помилки абсолютно неприпустимі. Тому для відстеження фокусних груп об’єктива використовуються чотири сенсори положення, які точно визначають положення груп у будь-який момент.

Нарешті, щоб максимально ефективно розгорнути тяговий механізм лінійних приводів XD та полегшити балансування центрів ваги двох фокусних груп, між фокусними групами додано фіксовану оптичну групу. Це вирівнює точку тяги приводів із центром ваги кожної фокусної групи та забезпечує максимально ефективне передавання потужності без марної витрати тяги, а також додатково сприяє досягненню високошвидкісного, точного й безшумного керування автофокусуванням. 

Конструктор систем керування приводами й об’єктив FE 50mm F1.2

Конструктор систем керування приводами, Юкі Мідзуно

Мідзуно: Дозвольте розповісти детальніше про керування фокусом.
 
В об’єктиві використовується чотири прямі лінійні приводи XD, по два для кожної з фокусних груп об’єктива.

Кожний привод розроблявся з урахуванням даних, отриманих із системи моделювання Sony. Завдяки вдосконаленій технології моделювання можливо розробляти високоефективні приводи, що забезпечують достатню потужність, незважаючи на обмеження розміру, і надійну роботу навіть у суворих умовах експлуатації. Можливість проектувати приводи відповідно до специфікацій і розмірів об’єктива сприяла його компактності без втрати технічних характеристик.

Зазвичай для керування важкими фокусними групами використовуються поворотні приводи. Але кулачки й шестерні, які перетворюють поворотний рух на лінійний, неминуче призводять до втрати потужності. Застосування великої кількості механічних деталей може спричинити шум і вібрації.

Це не підходило для об’єктива F/1,2 з високими технічними характеристиками, який ми прагнули створити. Тому ми вирішили використовувати малі, але потужні лінійні приводи XD, які можуть керувати фокусними групами напряму й лінійно, мають високу швидкість і відрізняються низьким рівнем шуму й вібрацій.

Оскільки лінійні приводи не мають механізму зменшення швидкості, для реалізації високошвидкісного й точного автофокусування потрібен надзвичайно чутливий механізм керування.

Чотири сенсори, про які я згадував, точно визначають положення фокусних груп і передають отримані дані системі керування в ході надшвидкого циклу зворотного зв’язку, що прискорює реагування. Крім того, використовується власна технологія Sony для моделювання керування. Ми ретельно й неодноразово відтворювали багато сценаріїв руху та зупинки лінз, перевіряли їх на фактичному обладнанні та аналізували результати. Щоб забезпечити плавний рух приводів – від прискорення до гальмування, – було здійснено остаточне налаштування.

Завдяки точному керуванню шум і вібрацію зменшено настільки, що рух лінз стає майже непомітним. Роботу лінійних приводів XD регулює програмне забезпечення, завдяки чому забезпечується максимальна швидкість і чутливість автофокусування. Це дало нам можливість створити компактний об’єктив із відмінними оптичними характеристиками.

Об’єктив, що втілює уявлення Sony про камери майбутнього

Кікучі: Я хочу звернути увагу на те, як цей об’єктив F/1,2 дає змогу повною мірою використовувати функціональні можливості камери. Компанія Sony самостійно розробляє всі необхідні компоненти пристроїв, зокрема матрицю зображення, тому камери й об’єктиви розробляються одночасно як єдина система. Під час розробки змінних об’єктивів ми передбачаємо особливості майбутніх камер, щоб об’єктиви могли повністю розкрити їхній потенціал.

Цей об’єктив ідеально підходить для використання з новою камерою α1, анонсованою в січні 2021 р., і підтримує серійну зйомку зі швидкістю 30 кадр./с і зйомку відео у форматах 8K і 4K 120p. Крім того, ми намагалися передбачити особливості майбутніх камер. Наша мета – створити дизайн, який забезпечить максимально ефективне використання не лише в цей час, а й у майбутньому.

Надійність і зручність
Бездоганна робота

Таката: Цей об’єктив також відрізняється зручністю використання, тому його можна застосовувати під час професійної зйомки.
 
Наприклад, незважаючи на компактний розмір, на верхній і бічній сторонах об’єктива передбачено настроювані кнопки утримування фокуса, які однаково зручно використовувати під час зйомки в альбомній і портретній орієнтації.

Мідзуно: Під час розробки об’єктива F/1,2 ми не забули й про ручне фокусування, приділивши особливу увагу розташуванню кільця фокусування, його крутильному моменту та відчуттям під час повертання. Об’єктив має режим ручного фокусування з лінійним відгуком, завдяки якому реагує безпосередньо й лінійно на повертання кільця фокусування, забезпечуючи точне регулювання фокуса навіть за незначних рухів кільця. Вимоги до точності визначення положення дуже суворі при діафрагмі F/1,2, але ми створили об’єктив, який задовольняє їх.

Досить міцний для професійного використання

Кікучі: Об’єктив захищено від бруду, пилу та бризок води, а тому він працює надійно в різноманітних умовах.
 
Передню лінзу вкрито фторовмісним покриттям, яке захищає її від пилу та полегшує витирання забруднень і відбитків пальців.

Мідзуно: Крім того, ми взяли до уваги коливання температури навколишнього середовища. Властивості механічних і електричних компонентів, як-от тягова сила приводів, залежать від середовища й температури. Об’єктив містить програмне забезпечення, яке постійно оптимізує продуктивність шляхом автономного обчислення різних параметрів керування, забезпечуючи точність навіть у суворих умовах.

Завдяки цьому користувачам гарантовано високі технічні характеристики під час зйомки в польових умовах, як-от при надзвичайному холоді чи спеці.

Нарешті: об’єктив F/1,2 не схожий на попередників

Кікучі: З точки зору дизайнера оптики не буде перебільшенням назвати цей об’єктив із неперевершеною роздільною здатністю й ефектом боке вершиною серії G Master. Я з нетерпінням чекаю, коли наші клієнти зможуть на власні очі побачити красивий ефект боке й високу роздільну здатність цього об’єктива F/1,2.
 
Незважаючи на діафрагму F/1,2, цей об’єктив поєднує в собі компактність і потужність, і деякі особливості, про які важко розказати мовою технічних характеристик. Спробуйте самі. Об’єктив обладнано передовими технологіями Sony, і мені, як інженеру з оптики, буде приємно бачити, як користувачі застосовують увесь його потенціал.

Мідзуно: Це об’єктив із широким можливостям, який можуть використовувати професіонали й любителі в різноманітних ситуаціях. Такого об’єктива F/1,2 ще не було. Він чудово підходить для портретної та весільної зйомки, а високоефективне автофокусування дає змогу знімати динамічні моменти й відстежувати швидкі рухомі об’єкти під час спортивних змагань тощо.

Таката: Об’єктив F/1,2 забезпечує відмінну якість зображення під час зйомки відео. Автофокусування під час зйомки з рук або підвісного стабілізатора дає змогу легко відстежувати об’єкти навіть із малою глибиною різкості при діафрагмі F/1,2. Цей об’єктив обладнано безшумними системою автофокусування й діафрагмою, а також точним і плавним кільцевим регулятором ручного фокусування, тому він ідеально підходить для відеооператорів. Я сподіваюся, користувачам сподобаються нові творчі можливості відеозйомки.

Цей об’єктив розкриває нові можливості зйомки й демонструє цінність і потенціал серії G Master.