Превращение идеи в реальность

Интервью с командой разработчиков FE 50 мм f/1,2 G Master

Руководитель отдела проектирования оптических систем держит в руке элементы объектива XA и объясняет их особенности
Разработка качественной оптической системы
Руководитель конструкторского отдела держит в руке линейные приводы XD и объясняет их особенности.
Автофокус и механическая схема
Изображение камеры, удерживаемой в вертикальном положении с подсоединенным объективом FE 50 мм f/1,2 GM
Надежность и простота использования
Концепция разработки

Создание простого в использовании объектива f/1,2

Руководитель отдела разработки и оптических систем / Ацуо Кикучи

Руководитель отдела по разработке оптических систем держит в руке объектив FE 50 мм f/1,2 и рассказывает о его особенностях

― Какие цели вы преследовали при разработке первого объектива Sony f/1,2? 

Кикучи: Мы вывели на рынок много объективов с большой диафрагмой, но понимали, что клиентам по всему миру нужен более светосильный объектив. Самым популярным был «стандарт» 50 мм f/1,2 серии G Master.
 
При разработке объектива с большой диафрагмой f/1,2 мы знали, что важно получить разрешение и эффект боке, как у серии G Master, в по-настоящему простом в использовании объективе. Если бы мы сосредоточились на размерах диафрагмы, а объектив получился бы слишком большим и тяжелым, компактность и легкость были бы утеряны, а это основное преимущество камер с байонетом E. И неважно, насколько хороши оптические характеристики: объектив, не способный обеспечить качество с потрясающим автофокусом или вообще не в состоянии его использовать, не сможет удовлетворить потребности клиентов.

Чтобы получить самый светосильный объектив с автофокусировкой в истории камер Alpha без ущерба для качества автофокусировки и сохранить простоту использования и портативность системы, требовалось задействовать самые современные технологии Sony. Я уверен, что покупатели, которые приобретут этот объектив, будут удивлены не только его превосходными оптическими характеристиками, но и тем, насколько легким, быстрым и бесшумным является объектив с большой диафрагмой f/1,2 и автофокусом.

Я считаю, что этот объектив f/1,2 выведет возможности для творческой съемки с помощью камер Alpha на новый уровень. Этот объектив может использоваться как профессионалами, так и любителями в самых разных ситуациях: от портретной и свадебной съемки до съемки пейзажей и «мгновенной» фотосъемки.

В линейку Alpha уже входит объектив Planar T* FE 50 мм f/1,4 ZA. При сравнении с ним нового объектива FE 50 мм f/1,2 GM разница между значениями диафрагмы f/1,4 и f/1,2 кажется небольшой, но на самом деле — это половина ступени, дающая объективу f/1,2 дополнительную светосилу, для чего требуется увеличение эффективной апертуры (диаметра) примерно на 17% или площади диафрагмы примерно на 40%, что представляет серьезные вызовы на пути создания компактного объектива f/1,2.
 
Преодоление этих вызовов связано с множеством новых задач.

Одна из них заключалась в том, чтобы уменьшить размер фронтального элемента, несмотря на то, что объектив имеет диафрагму f/1,2, за счет использования нескольких асферических элементов XA от Sony. Это позволило избежать увеличения размера фронтального элемента и полностью компенсировать аберрации в объективах большего диаметра.

Чтобы полностью подавить аберрации, был реализован плавающий фокус с независимым приводом, состоящий из двух групп элементов для компенсации аберраций во всем диапазоне, в том числе, на минимальном расстоянии.

В приводе фокусировки используется фирменный линейный привод Sony XD (Extreme Dynamic), сочетающий в себе высокую тягу и бесшумность. Четыре из этих компактных приводов с точным управлением позволяют включить в группу несколько элементов, обеспечивающих превосходную компенсацию аберраций.

Результат — объектив с разрешением уровня G Master, который удовлетворяет требованиям к скорости, точности и характеристикам отслеживания функции автофокуса камеры, в корпусе всего 108 мм в длину и весом всего 778 г — такой же, как и существующий объектив Planar. Мы очень гордимся тем, что создали объектив f/1,2, не имеющий аналогов в мире, и рассчитываем на то, что он будет иметь огромную популярность как среди профессионалов, так и среди энтузиастов.

Разработка качественной оптической системы
Великолепное разрешение при любом значении диафрагмы, вплоть до f/1,2

Кикучи: Для достижения высоких оптических характеристик при сохранении компактности в объективе f/1,2 были применены фирменные элементы Sony XA, а также технологии моделирования разрешения, эффекта боке и хроматических аберраций.
 
По сути, улучшение оптических характеристик сводится к уменьшению аберраций.

Так сложилось, что для 50-мм объективов обычно применяется схема Гаусса. Схема Гаусса подразумевает использование групп оптических элементов, симметрично распределенных по обе стороны центральной диафрагмы так, чтобы аберрации с каждой стороны компенсировали друг друга. Она особенно хорошо подходит для угла обзора в 50 мм, поэтому в большинстве объективов с фокусным расстоянием 50 мм использовалось такое расположение.

Однако эта симметричная схема только компенсирует искажение и кривизну аберраций поля и, например, плохо компенсирует сферическую аберрацию или сагиттальные блики. Иными словами, эта оптическая схема не позволила бы получить качественную компенсацию аберраций, к которой мы стремились.

Опытные пользователи знают, что невозможно достичь высокой разрешающей способности для всего изображения без компенсации аберраций. Точечные источники света, такие как звезды, в идеале должны быть сфокусированы на месте, где они появляются, но недостаточно компенсированные аберрации могут сделать их похожими на порхающих птиц или размыть их цвет. Для решения этой проблемы пользователь может уменьшить диафрагму, но это, конечно же, лишает преимуществ объектива с большой диафрагмой.

Нашей целью при создании данного объектива было достижение уровня оптических характеристик, при котором можно было бы абсолютно комфортно снимать на максимальной диафрагме. Для этого используемая нами оптическая схема частично «нарушает» симметрию конструкции и полностью подавляет аберрации, которые трудно подавить с помощью объектива симметричной конструкции.

Обычно для коррекции сферической аберрации и сагиттальных бликов объективы симметричного типа могут состоять из множества элементов, а фронтальные элементы обладают большим размером.

В нашей новой оптической схеме используются всего три элемента типа XA (Extreme Aspherical), что позволяет избежать увеличения диаметра фронтального элемента и сводит количество элементов объектива к минимуму, обеспечивая компактность всей конструкции. 

На иллюстрации показана конструкция объектива
Схема конструкции объектива

[1] Асферические элементы (типа XA) 

Как следует из названия, кривизна поверхности элементов типа XA не постоянна; она меняется от центра к краю элемента. Форма трех элементов XA в ходе нескольких итераций была оптимизирована с фирменной технологией моделирования оптической системы Sony.
 
Как вы знаете, обработка элементов XA в объективах G Master выполнена на субмикронному уровне точности. Большая диафрагма f/1,2 и большой внешний диаметр элемента потребовали существенного повышения прецизионности на каждом этапе производства трех оптических элементов XA. Это был сложнейший вызов, с которым мы когда-либо сталкивались. Но объединение процессов проектирования и производства дало нам возможность вносить улучшения на каждом этапе, а новые вызовы сами по себе помогли нам изготовить детали большого диаметра с высокой точностью обработки.

В частности, элемент типа XA, расположенный вторым спереди на приведенной выше схеме конструкции объектива в значительной степени способствует уменьшению количества элементов объектива, необходимых во фронтальном узле, а также уменьшению его размера и веса. Возможность использовать в этом месте асферического элемента большого диаметра с точностью обработки, которую способна обеспечить только Sony, была огромным преимуществом, лежащим в основе всей оптической системы компактного объектива f/1,2.

Для поиска оптимального сочетания стеклянных материалов, минимизации хроматических аберраций и эффекта размытия цвета, а также достижения высокого уровня разрешения и контрастности, несмотря на большую диафрагму и в соответствии со статусом серии G Master использовалась запатентованная Sony технология моделирования хроматических аберраций.

Когда инженер по разработке оптических систем смотрит на схему конструкции объектива, он иногда может подумать, что «этот элемент не очень способствует коррекции аберраций» (смеется). Моя цель как инженера — добиться наиболее эффективной коррекции аберраций с наименьшим количеством элементов объектива. Другими словами, найти решение, обеспечивающее компактность всей конструкции объектива при сохранении оптических характеристик. Как вы можете видеть из приведенной выше схемы FE 50 мм f/1,2 GM, в конструкции нет лишних деталей или компромиссов, а кривизна всех элементов объектива тщательно продумана с учетом их вклада в аберрации. Я надеюсь, что творческие профессионалы получат удовольствие от сочетания компактности и оптических характеристик, обеспечиваемого непревзойденной оптической системой.

Асферические элементы Sony XA (Extreme Aspherical)
Руководитель отдела проектирования оптических систем держит в руке элементы объектива XA и объясняет их особенности
На иллюстрации показаны графики MFT
График MTF

[1] Контрастность (%) [2] Расстояние от оптического центра (мм) [3] Макс. значение диафрагмы [4] Диафрагма f/8 [5] Пространственная частота [6] 10 пар линий / мм [7] 30 пар линий / мм [8] Радиальные значения [9] Тангенциальные значения

Объектив f/1,2 G Master обеспечивает невероятно гладкий и насыщенный эффект боке

Кикучи: Объективы f/1,2 известны своим насыщенным эффектом боке, но этот объектив позволяет не просто усилить, но и создать идеально плавный эффект боке устройств серии G Master. В частности, эффект боке играет важную роль при портретной съемке для естественного выделения объекта. Эффект боке — очень субъективная вещь, из-за чего эту функцию сложно проектировать. Но мы знали: чтобы оправдать ожидания покупателей f/1,2 G Master, функцию нужно довести до совершенства.
 
С самых ранних этапов проектирования мы проводили моделирование и корректировку функции боке, чтобы выявить идеальный уровень сферической аберрации, что позволило нам оптимизировать функцию и разрешение без каких-либо компромиссов.

Кроме того, для точного контроля сферической аберрации расстояние между всеми элементами регулируется на этапе производства. Это обеспечивает сложно достижимый баланс эффектов боке на переднем и заднем плане, в результате чего получается красивый и нейтральный общий эффект.

Я говорил о разрешении при производстве элементов XA, но высокоточная обработка поверхности также позволяет избавиться от появления артефактов в виде полос или колец при съемке с эффектом боке.

Элементы XA: точность обработки поверхности на уровне 0,01 микрона

[1-1] Поверхность стандартной асферической линзы [1-2] Нежелательный эффект боке [2-1] Поверхность асферической линзы типа XA [2-2] Красивый эффект боке

На иллюстрации показаны неровности поверхности у обычных элементов и у элементов XA, которые обуславливают различия в «кольцеобразном» эффекте боке.
Руководитель конструкторского отдела держит в руке объектив FE 50 мм f/1,2 и рассказывает о его особенностях

Руководитель конструкторского отдела / Юичиро Таката

Таката: Мягкое размытие фона благодаря эффекту боке достигается с помощью 11-лепестковой циркулярной диафрагмы. Новый узел диафрагмы был разработан недавно и обеспечивает циркулярную диафрагму даже за две ступени до полного открытия.
 
Поскольку объективы f/1,2 обладают большой диафрагмой, очевидно, что традиционно лепестки диафрагмы таких объективов тоже будут большими. А при открытой диафрагме большие лепестки должны перемещаться в свободное пространство за пределами оптического пути и эффективного диаметра, что увеличивает внешний диаметр самого объектива. Чтобы уменьшить размер узла диафрагмы, нам пришлось разработать с нуля все его детали: от лепестков до компонентов приводного механизма, одну за другой.

Узел диафрагмы чрезвычайно важен в определении значения диафрагмы и выдержки. Уменьшение размеров его компонентов означает, что требуется обеспечить более высокую точность процессов при изготовлении каждого из них, а также точность самой сборки. Тщательно пересмотрев процессы обработки и сборки, мы смогли добиться как миниатюризации, так и точности.

Руководитель конструкторского отдела держит в руке узлы диафрагмы и объясняет их особенности
Узел диафрагмы
Объектив FE 50 мм f/1,2 GM с диафрагмой, закрытой на несколько ступеней, вид спереди
Круглая форма сохраняется даже при затемнении на 2 ступени
Линейные приводы: ключ к миниатюризации

Таката: Для достижения высоких оптических характеристик с помощью системы автофокусировки было очень важно обеспечить совместную работу команд, ответственных за разработку механизмов и программного обеспечения.

Как я говорил ранее, чтобы гарантировать высокое качество съемки во всем диапазоне фокусировки необходимо иметь две группы оптических элементов. А светосильный объектив f/1,2 неизбежно увеличивал вес этих групп. С увеличением веса группы связаны сложности с точки зрения скорости фокусировки, а также увеличивается шум и вибрация при работе привода.

Возникает вопрос: как обеспечивать оптимальное разрешение и настройки эффекта боке, не жертвуя скоростью автофокусировки? Решение для данного объектива заключалось в использовании запатентованных Sony линейных приводов XD.

Автофокус и механическая схема
Высокоскоростная и высокоточная автофокусировка — даже при значении диафрагмы f/1,2

Таката: Самой сложной задачей в достижении высококачественной автофокусировки для объектива f/1,2 было обеспечение высокой точности фокусировки, необходимой для малой глубины резкости.

Даже с максимальной диафрагмой объектив f/1,2 нельзя назвать простым в использовании, если он не обеспечивает соответствующий уровень точности автофокусировки и слежения. Технически это действительно очень сложно. В данном объективе реализовано множество технологий и функций для достижения высокоскоростной и высокоточной автофокусировки даже при очень малой глубине резкости и диафрагме f/1,2. Наиболее существенный вклад в конечный результат вносят четыре функции: система плавающего фокуса; линейные приводы XD; четыре датчика положения фокуса; баланс центров тяжести двух групп элементов.

Система плавающего фокуса не только улучшает оптические характеристики; разделение группы оптических элементов на две части снижает вес каждой группы, помогая добиться быстрой и точной автофокусировки.

С другой стороны, точная фокусировка очень важна для достижения полного разрешения при значении диафрагмы f/1,2, и для этого требуется точно синхронизированное движение двух групп элементов, все еще относительно больших и тяжелых. Этого удалось добиться с помощью фирменных приводов Sony XD, которые, несмотря на свои небольшие размеры, обладают высокой тягой.

При малой глубине резкости и значении диафрагмы f/1,2 нет места для ошибки, поэтому для отслеживания групп оптических элементов используются четыре датчика, гарантирующие получение точных данных о положении элементов.

Наконец, чтобы максимально эффективно и без потерь раскрыть тягу линейных приводов XD, а также упростить балансировку соответствующих центров тяжести двух групп, между ними добавляется фиксированная группа оптических элементов. Она выравнивает точку приложения силы приводов с центром тяжести каждой группы, увеличивая эффективность передачи мощности и устраняя потери тяги, а также способствуя достижению высокоскоростной, высокоточной и бесшумной автофокусировки. 

Руководитель отдела по разработке приводов с объективом FE 50 мм f/1,2

Руководитель направления приводов / Юки Мизуно

Мизуно: Позвольте мне добавить несколько слов о приводе фокусировки.
 
Прежде всего, этот объектив использует в общей сложности четыре линейных привода XD, по два для каждой из двух групп оптических элементов.

Каждый привод был разработан на основе данных запатентованной системы моделирования приводов Sony. Достижения в технологии моделирования конструкции приводов позволили нам разработать высокоэффективные приводы, производящие достаточную мощность, несмотря на жесткие ограничения по размерам, и обеспечивающие высокую надежность в самых сложных условиях эксплуатации. Способность разработать приводы с характеристиками и размерами, оптимально подходящими для данного объектива, способствовала улучшению компактности без ущерба для характеристик.

Обычно для управления «тяжелыми» группами элементов используются вращательные приводы, но их механизм, который преобразует вращательное движение в линейное, неизбежно вызывает потерю мощности. А наличие большого количества механических частей является причиной шума и вибрации.

Это не подходило с точки зрения качества, поэтому мы решили использовать небольшие, но мощные приводы — быстрые линейные двигатели XD с низким уровнем шума и вибрации.

Но поскольку у линейных двигателей нет механизма снижения скорости, для реализации быстрой и точной автофокусировки требуется чрезвычайно отзывчивое управление.

Для этой цели используются четыре датчика, точно определяющие положение групп и передающие данные в систему управления, обеспечивающую высокую скорость отклика. При этом используется запатентованная Sony технология моделирования системы управления. Были тщательно и многократно смоделированы, протестированы на оборудовании и проанализированы множество моделей перемещения и остановки элементов. Наконец, была проведена настройка, чтобы обеспечить плавное движение привода, от ускорения до торможения.

Такая точная настройка позволяет снизить шум и вибрацию при работе привода до такой степени, что может возникнуть вопрос, движутся ли элементы объектива. Линейные приводы XD работают под управлением ПО, которое гарантирует максимальную скорость и отзывчивость автофокуса. Все это позволило нам создать компактный объектив с отличными оптическими характеристиками.

Объектив, воплощающий четкое видение Sony камер будущего

Кикучи: Я также хотел бы кратко рассказать о том, как данный объектив f/1,2 позволяет полностью раскрыть функциональные возможности камеры. Sony создает все основные компоненты камер, включая датчик изображения, поэтому камеры и объективы разрабатываются внутри компании одновременно, как единая система. Когда идет работа над новыми сменными объективами, мы используем инновационные достижения в области разработки камер с целью гарантировать максимальные преимущества будущих изделий.

Естественно, этот объектив идеально подходит для использования с новой камерой α1, представленной в январе 2021 года, с поддержкой серийной съемки со скоростью 30 кадров в секунду и видеосъемки с высоким разрешением 8K и 4K120p. Но мы также постарались предвидеть будущие тенденции в камерах. Наша цель — разрабатывать устройства, которые будут обеспечивать максимальные возможности не только сегодня, но и в будущем.

Надежность и простота использования
Работоспособность без компромиссов

Таката: Мы разработали этот объектив без всякого компромисса в отношении комфорта в использовании, чтобы его можно было применять в профессиональных ситуациях.
 
В частности, несмотря на компактный корпус, настраиваемые кнопки удержания фокусировки расположены как на верхней, так и на боковой стороне объектива. Это обеспечивает одинаковые ощущение при съемке как в горизонтальном, так и в вертикальном положении камеры, например при съемке портретов.

Мизуно: Объектив f/1,2 был также разработан с учетом использования ручной фокусировки: было уделено особое внимание расположению кольца фокусировки, его крутящему моменту и ощущениям при вращении. Объектив оснащен системой ручной фокусировки с линейным откликом, которая прямо и линейно реагирует на вращение кольца фокусировки, обеспечивая точную настройку фокуса, демонстрируя отклик даже на очень слабые перемещения кольца. Требования к точности позиционирования при использовании объективов с диафрагмой f/1,2 очень высоки, но мы разработали объектив, который способен их удовлетворить.

Достаточно прочный для использования в профессиональной среде

Кикучи: Объектив обладает пыле- и влагозащищенной конструкцией, обеспечивающей эффективную защиту от грязи, пыли и водяных брызг.
 
На фронтальный элемент объектива нанесено фтористое покрытие, что упрощает очистку его поверхности от грязи и отпечатков пальцев.

Мизуно: Мы также учли колебания температуры окружающей среды. Характеристики механических и электрических компонентов, в частности сила тяги приводов, зависят от окружающей среды и температуры. Объективом управляет программное обеспечение, которое постоянно оптимизирует его работу, автономно вычисляя различные параметры управления, чтобы поддерживать точность даже в сложных условиях эксплуатации.

В результате творческие профессионалы могут быть уверены в высоком качестве съемки даже в суровых условиях, например в холодной или в жаркой среде.

Наконец: не имеющий аналогов объектив f/1,2

Кикучи: Как разработчик оптических систем, я смело могу назвать этот объектив G Master вершиной инженерной мысли, обладающим отличными характеристиками разрешения и эффектом боке. Я с нетерпением жду, когда покупатели лично испытают красоту эффекта боке и высокое разрешение, обеспечиваемые этим объективом f/1,2.
 
Несмотря на то, что это объектив f/1,2, он обеспечивает превосходный баланс компактности и характеристик, а также обладает рядом преимуществ, которые трудно выразить в спецификациях. Я призываю творческих профессионалов самим испытать его в деле. Этот объектив использует весь спектр технологий Sony, поэтому как инженер я был бы рад, если бы пользователи испытали его при съемке самых разнообразных сцен.

Мизуно: Это универсальный объектив, который можно использовать для самых разных целей. Этот объектив f/1,2 не имеет аналогов. Он отлично подходит для портретной и свадебной фотосъемки, а благодаря быстрой автофокусировке поможет запечатлеть мимолетные моменты и отслеживать быстро движущиеся объекты на разных мероприятиях.

Таката: Этот компактный объектив f/1,2 также предоставляет отличные возможности для видеосъемки. Автофокусировка при съемке с рук или с использованием подвеса позволяет легко отслеживать объекты даже на небольшой глубине резкости и значении f/1,2. А бесшумность в сочетании с плавным, точным и отзывчивым кольцом ручной фокусировки делают его очень интересным вариантом для видеооператоров. Я надеюсь, что всем понравятся новые формы визуального выражения для съемки фильмов.

Этот объектив демонстрирует ценность и потенциал серии G Master, предоставляя новые возможности для съемки.