Реализација на замислениот дизајн

Интервју со тимот за развој на FE 50 мм F1,2 G Master

Главниот инженер за оптички дизајн објаснува и држи XA-леќа
Страст за оптички дизајн
Главниот инженер за механички дизајн ги држи линеарните XD-мотори додека објаснува
Автоматски фокус и механички дизајн
Слика од фотоапарат што се држи вертикално, со прикачен објектив FE 50 мм F1,2 GM
Сигурност и практично користење
Концепт на развој

Создавање објектив со F1,2 што е навистина лесен за користење

Одговорно лице и главен инженер за оптички дизајн / Atsuo Kikuchi

Главниот инженер за оптички дизајн го држи објективот FE 50 мм F1,2 додека објаснува

- Кои беа вашите цели при дизајнирање на првиот објектив со F1,2 од Sony? 

Kikuchi: Знаевме дека нашите клиенти сакаат побрз објектив со голема решетка. Најголемата побарувачка беше за „стандардниот“ објектив G Master со 50 мм и F1,2.
 
При создавањето на објективот со голема решетка F1,2, знаевме дека треба да ги задржиме високите нивоа на резолуција и дефокусирање што ги нуди серијата G Master. Ако дадевме приоритет само на големината на решетката и добиевме премногу голем и тежок објектив, тогаш ќе ја изгубевме компактната форма и малата тежина на комбинацијата од фотоапарат и објектив. Без разлика колку добри ќе беа неговите оптички перформанси, објективот што немаше да може да извлече максимални перформанси од неверојатните системи за автоматско фокусирање на фотоапаратите, или немаше да може воопшто да го користи автоматското фокусирање, ќе беше непосакуван за клиентите.

За да успееме да добиеме објектив со најбрз F-број и автоматски фокус во историјата на серијата Alpha, без да ги намалиме перформансите за автоматско фокусирање, а притоа да овозможиме лесно ракување и преносливост, моравме да ја искористиме најсовремената технологија на Sony. Освен од врвните оптички перформанси, клиентите ќе се изненадат и од тоа колку е лесно, брзо и тивко функционирањето на автоматскиот фокус за еден објектив со голема решетка F1,2.

Мислам дека надополнувањето на серијата Alpha со овој објектив со F1,2 им нуди повисоко ниво на можности за фотографирање на креаторите на содржини. Ова е објектив што може да се користи во различни ситуации, како од професионалци така и од аматери, почнувајќи од портрети и свадби па сè до пејзажи и секојдневни слики.

Серијата Alpha веќе го содржи објективот Planar T* FE 50 мм F1,4 ZA. Кога ќе го споредиме новиот објектив FE 50 мм F1,2 GM со него, разликата помеѓу максималните решетки F1,4 и F1,2 е голема, а за дополнителната светлина што ја собира објективот со F1,2 е потребна ефикасна решетка (дијаметар) што е приближно 17% поголема, или решетка со приближно 40% поголема површина, што претставува огромни предизвици во дизајнот и производството на компактен објектив со F1,2.
 
За да го надминеме овој проблем моравме да се соочиме со многу нови предизвици.

Еден од нив беше да ја намалиме големината на предниот елемент на објективот, и покрај тоа што објективот има F1,2, преку воведување повеќе XA-леќи (екстремно асферични). На овој начин ја избегнавме потребата за зголемување на предниот дел на објективот и успеавме да извршиме максимална компензација за аберациите што се појавуваат кај објективите со поголем дијаметар.

За целосно отстранување на аберациите воведовме лебдечки систем за фокусирање со независен погон, составен од две фокусни групи, заради оптимална компензација за аберациите низ целиот фокусен опсег.

Погонот за фокусирање го врши линеарен XD-мотор (екстремно динамички) од Sony што нуди голема моќ и тивко функционирање. Четири од овие компактни мотори со директен погон и прецизна контрола овозможуваат додавање повеќе елементи во дизајнот на фокусните групи за врвна компензација на аберацијата.

Како резултат се добива објектив со резолуција на нивото на G Master кој излекува максимална брзина, прецизност и перформанси за следење од автоматскиот фокус на фотоапаратот, а има должина од 108 мм (4 3/8 инчи) и тежи 778 гр. (27,5 oz.) - исто како и тековните објективи Planar. Многу се гордееме што успеавме да создадеме ваков објектив со F1,2, за кој се надеваме дека ќе им биде од огромна помош на професионалците и ентузијастите.

Страст за оптички дизајн
Неверојатна резолуција со F1,2

Kikuchi: Вградивме XA-леќи од Sony и применивме технологии за симулација на резолуција, дефокусирање и хроматска аберација за да добиеме високи оптички перформанси, а притоа да создадеме објектив со F1,2 и мали димензии.
 
Зголемувањето на оптичките перформанси зависи од тоа како ги намалувате аберациите.

Во минатото, објективите од 50 мм имале распоред од типот Gauss. Распоредот Gauss има група леќи што се распоредени симетрично од сите страни на централната решетка, што предизвикува аберации од сите страни на решетката што се поништуваат меѓусебно. Ова е особено погодно за агол на гледање од 50 мм, па затоа објективите од 50 mm во минатото ја користеле оваа техника.

Меѓутоа, оваа симетрична структура компензира само изобличувања и аберации на кривата на полето, но не може да ги компензира сферичните аберации или сагиталните одблесоци. На кратко, со овој оптички дизајн немаше да ги постигнеме потребните високи перформанси за компензација на аберацијата.

Не е можно да се постигне висока резолуција низ целата површина на сликата без доволна компензација на аберацијата. Точкестите извори на светлина како што се ѕвездите на небото, во идеален случај би требало да се фокусираат во точки независно каде се појавуваат на сликата, но недоволно компензираните аберации може да ги направат да изгледаат како птици што замавнуваат со крилјата или да се појави разлевање на боите. За да го спречи тоа, корисникот мора да ја намали решетката, но тоа ја елиминира поентата на објективите со голема решетка.

Нашата цел за овој објектив беше да добиеме ниво на оптички перформанси со кои корисникот ќе може да фотографира со потполна удобност при користење на максималната решетка. За да го постигнеме тоа, нашиот распоред на оптиката делумно го „крши“ симетричниот дизајн и темелно ги елиминира аберациите што тешко можат да се елиминираат со симетричниот дизајн на објективот.

Генерално, за да се коригира сферичната аберација и сагиталните одблесоци, објективите од симетричен тип имаат големи предни елементи и може да бидат составени од многу елементи.

Нашиот нов распоред на оптиката содржи само три XA-леќи (екстремно асферични), ја избегнува потребата од зголемување на дијаметарот на предниот елемент и содржи минимален број на елементи за објективи, поради што неговата вкупна големина е компактна. 

Слика што ја прикажува конфигурацијата на леќите
Табела со конфигурација на леќи

[1] Екстремно асферична леќа (XA-леќа) 

Заоблената површина на XA-леќата не е константна - таа се менува од центарот кон рабовите на елементот. Формата на трите XA-леќи во овој објектив беше оптимизирана повеќе пати со технологија за оптичка симулација од Sony.
 
Прецизноста на површината на XA-леќите кај серијата G Master се прилагодува на нивоа помали од микрони. За големата решетка F1,2 и големиот дијаметар на надворешниот елемент на овој објектив беше потребно значително зголемување на прецизноста во производството на трите XA-леќи за да ја постигнеме потребната прецизност на површината. Ова беше најголемиот предизвик во производството со кој сме се соочиле. Но, интегрирањето на процесите за дизајн и производство овозможија подобрување на сите чекори, а справувањето со технолошките предизвици ни помогна да го добиеме потребниот дијаметар и прецизност.

Поточно, XA-леќата што е позиционирана на второ место гледано од предна страна, во табелата за конфигурација на леќите погоре, значително придонесува за намалување на бројот на леќи што се потребни во предниот склоп, но и за намалување на големината и тежината. Можноста за користење асферична леќа со голем дијаметар, во ваква положба, со прецизност при производството каква што може да постигне само Sony беше огромна предност што послужи како основа за целиот оптички дизајн на компактниот објектив со F1,2.

За оптимизирање на комбинацијата од стаклени материјали ја користевме технологијата за симулација на хроматска аберација што е ексклузивна за Sony, која значително ги намали хроматските аберации и разлевањето на бои, а притоа постигнавме највисоки нивоа на резолуција и контраст и покрај тоа што решетката е голема, за да ја оправдаме ознаката G Master.

Кога оптичкиот инженер ќе ја погледне табелата за конфигурација на леќите, може да си помисли „овој елемент не придонесува многу за коригирање на аберациите“ (се смее). Како инженер, мојата цел е да постигнеме најефикасна корекција на аберацијата со најмал број на леќи -- со други зборови, да пронајдам решенија што нудат компактна форма на објективот, а притоа не ги намалуваат оптичките перформанси. Како што може да видите од табелата за конфигурација погоре, за FE 50 мм F1,2 GM, во дизајнот нема неискористеност или компромиси, а заобленоста на сите леќи е детално разгледана во однос на нивниот придонес за аберациите. Се надевам дека креаторите на содржини ќе уживаат во комбинацијата од компактна форма и оптички перформанси што ја нуди најдобриот оптички дизајн.

Уникатни XA-леќи (екстремно асферични) од Sony
Главниот инженер за оптички дизајн објаснува и држи XA-леќа
Слика од табели MFT
MTF табела

[1] Контраст (%) [2] Растојание од оптичкиот центар на објективот (мм)[3] Макс. решетка [4] Решетка F8 [5] Просторна фреквенција[6] 10 пара линии / мм [7] 30 пара линии / мм[8] Радијални вредности [9] Тангентни вредности

F1,2 G Master нуди неверојатно рамномерно и богато дефокусирање

Kikuchi: Објективите со F1,2 се познати по богатото дефокусирање, но овој објектив освен обемно дефокусирање нуди и идеално, рамномерно и кремасто заматување препознатливо за G Master. Ефектот на дефокусирање, особено кај портретите, има многу важна улога во природното истакнување на субјектот. Ефектот на дефокусирање е многу тежок да се произведе, но знаевме дека треба добро го погодиме за да ги исполниме очекувањата на клиентите за G Master со F1,2.
 
Континуирано правевме симулации и прилагодувања на дефокусирањето за да го пронајдеме идеалното ниво на сферична аберација, за да ги оптимизираме и дефокусирањето и резолуцијата без да им го намалиме квалитетот.

Освен тоа, за време на производството, растојанието помеѓу елементите го прилагодувавме леќа по леќа за да добиеме прецизна контрола на сферичната аберација, а притоа го усовршивме тешкото балансирање помеѓу дефокусирањето на заднината и предниот план за да добиеме прекрасен и неутрален севкупен ефект.

Пред малку спомнав за резолуцијата при производството на XA-леќите, но и справувањето со прецизноста на површината до нивоа помали од микрони го намалува „прстенестиот“ ефект во кружните форми на дефокусирање.

XA-леќи: површинската прецизност се контролира дури до 0,01 микрони

[1-1] Површина на стандардна асферична леќа [1-2] Непосакувани резултати со дефокусирање [2-1] Површина на XA-леќа (екстремно асферична) [2-2] Прекрасни резултати со дефокусирање

Слика што ги споредува неправилностите на површината на леќата кај стандардни и XA-леќи, прикажувајќи разлики во „прстенестиот“ ефект на дефокусирање
Главниот инженер за механички дизајн го држи објективот FE 50 мм F1,2 додека објаснува

Главен инженер за механички дизајн / Yuichiro Takata

Takata: Уште еден фактор што придонесува за меко и прекрасно дефокусирање е кружната решетка со 11 ливчиња. Дизајнот на решетката е нов за да може да има приближно кружна форма дури и на два чекори до целосно отворање.
 
Бидејќи F1,2 е голема решетка, во стандардниот дизајн и ливчињата на решетката би биле големи. А кога решетката е отворена, големите ливчиња мора да се поместат во празен простор надвор од оптичката патека и од ефикасниот дијаметар, поради што се зголемува надворешниот дијаметар на самиот објектив. За да ја намалиме големината на решетката моравме да дизајнираме сè одново, почнувајќи од формата на ливчињата па сè до компонентите на механизмот за придвижување, секој елемент посебно.

Решетката има многу важна улога во одредување на вредноста на решетката и експозицијата. Намалувањето на нејзините компоненти создаде потреба од поголема прецизност во нивното производство, но и поголема прецизност на самиот склоп. Со темелно испитување на процесите за производство и составување, успеавме да постигнеме и минијатуризација и прецизност.

Главниот инженер за механички дизајн ги држи елементите за ирисот додека објаснува
Решетка
Приказ од предната страна на објективот FE 50 мм F1,2 со решетката затворена за неколку чекори
Кружната форма се задржува и при намалување од 2 чекори
Механизми за придвижување со линеарен погон: решението за минијатуризација

Takata: За да добиеме високи оптички перформанси со автоматски фокус, тимовите за механичка и софтверска контрола мораа да соработуваат заедно.

Како што објаснив пред малку, за да ги задржиме високите перформанси низ целиот фокусен опсег ни беа потребни две фокусни групи составени од повеќе елементи. А големиот дијаметар на решетката од F1,2 неизбежно ја зголеми тежината на фокусните групи. Зголемената тежина на фокусните групи создава сериозни предизвици за брзината на фокусирање, како и зголемен шум и вибрации при работа на моторот.

Прашањето беше како да одржуваме идеални нивоа на резолуција и дефокусирање без да ја намалиме брзината за автоматско фокусирање. Решението за овој објектив беше да ги вградиме линеарните XD-мотори со директен погон, што се ексклузивни за Sony, во улога на механизми за придвижување.

Автоматски фокус и механички дизајн
Автоматско фокусирање со голема брзина и голема прецизност - дури и при F1,2

Takata: Најголемиот предизвик за перформансите за автоматско фокусирање на објективот со F1,2 беше постигнувањето на високата прецизност за фокусирање потребна за мала длабочина на полето.

Дури и при F1,2, не можеме да кажеме дека објективот е „лесен за користење“ освен ако не понуди сразмерни нивоа на прецизност за автоматско фокусирање и перформанси за следење. Но, тоа е многу тешко да се изведе технички. Објективот е опремен со многу технологии и техники за брз и прецизен автоматски фокус дури и при мала длабочина на полето со F1,2. За ова најмногу придонесуваат: лебдечката структура за фокусирање, линеарните XD-мотори, четирите сензори за позиционирање на фокусот и оптимизираната рамнотежа на центрите на гравитација на двете групи леќи.

Лебдечката структура за фокусирање ги подобрува оптичките перформанси, а поделбата на фокусната група во два дела овозможува намалување на тежината на двете групи, создавајќи брз и прецизен погон за автоматско фокусирање.

За постигнување максимална резолуција при F1,2 е неопходна врвна прецизност на фокусот, а за тоа се потребни синхронизирани движења на двете групи леќи што сепак се релативно големи и тешки. Тоа го постигнавме со помош на линеарните XD-мотори што се ексклузивни за Sony и нудат голема моќ, иако имаат мали димензии.

За малата длабочина на полето при F1,2 апсолутно нема простор за грешка, па затоа вградивме четири сензори за позиционирање што ги следат фокусните групи на објективот, за да се осигуриме дека нивните точни положби ќе бидат евидентирани прецизно во секое време.

На крај, за најефикасно искористување на погонот на линеарните XD-мотори без загуби, но и за полесно балансирање на соодветните центри на гравитација на двете фокусни групи, вметнавме фиксна оптичка група помеѓу двете фокусни групи. Таа ја порамнува точката на погон на моторите со центарот на гравитација и на двете фокусни групи, овозможувајќи максимална ефикасност за пренос на моќта и елиминирање на непотребните движења, што дополнително придонесува за постигнување голема брзина, голема прецизност и тивко функционирање на погонот за автоматско фокусирање. 

Главниот инженер за контрола на моторот и FE 50 мм F1,2

Главен инженер за контрола на моторот / Yuki Mizuno

Mizuno: Дозволете ми да ви кажам повеќе информации за погонот за фокусирање.
 
Објективот има четири линеарни XD-мотори за директен погон, по два мотори за двете групи леќи.

Сите мотори беа дизајнирани според податоците од симулацијата за дизајн на мотори од Sony. Напредоците во технологијата за симулација за дизајн на мотори ни овозможија да создадеме високоефикасни мотори што нудат доволно моќ и сигурност во различни опкружувања. Дизајнирањето мотори што се оптимално прилагодени за овој објектив придонесе за компактна форма на објективот без намалување на перформансите.

За движење на тешките фокусни групи се користат ротирачки мотори, но осовините и запчаниците што го конвертираат ротирањето во линеарно движење предизвикуваат загуби во моќноста. А присуството на многу механички делови може да создаде шум и вибрации.

Тоа беше неприфатливо за нашиот објектив со F1,2 и високи перформанси, па затоа одлучивме да користиме мали и моќни мотори за директно и линеарно движење на фокусните групи и ги вградивме линеарните XD-мотори со голема брзина и мали нивоа на шум и вибрации.

Меѓутоа, линеарните мотори немаат механизам за намалување на брзината, па затоа ни беше потребна екстремно брза контрола за да можеме да добиеме автоматски фокус со голема брзина и голема прецизност.

Поточно, четирите сензори што ги спомнав претходно прецизно ги откриваат положбите на фокусните групи и ги пренесуваат тие податоци за позиционирање до системот за контрола во неверојатно брз циклус, што овозможува побрз одзив. За оваа цел ја искористивме и технологијата за симулација на контрола што е ексклузивна за Sony. Темелно и континуирано симулиравме многу шеми на движења и запирање на леќите, а потоа ги тестиравме на реален хардвер и ги анализиравме. На крајот извршивме и прилагодување за да овозможиме рамномерно движење на моторите, што е оптимално за овој објектив, почнувајќи од забрзувањето па сè до запирањето.

Оваа прецизна контрола ги намалува шумот и вибрациите на моторот до степен што човек ќе се запраша дали леќата воопшто се движи. Линеарните XD-мотори се контролираат софтверски за да обезбедат максимална брзина и одзив на автоматскиот фокус, овозможувајќи ни да создадеме компактен објектив со врвни оптички перформанси.

Објектив роден од јасната замисла на Sony за фотоапарати од иднината

Kikuchi: Би сакал да објаснам како овој објектив со F1,2 ги искористува максимално функциите на фотоапаратите. Sony ги создава сите неопходни компоненти на ниво на уред, вклучувајќи го и сензорот за слика, така што фотоапаратите и објективите се изработуваат истовремено како целосен систем. Кога ги создаваме заменливите објективи ги земаме предвид и идните напредоци на куќиштата, за да бидеме сигурни дека објективите ќе можат да извлечат максимални перформанси од идните куќишта.

Се разбира, овој објектив е идеален за користење со новиот α1, што беше објавен во јануари 2021 година, со континуирано фотографирање со 30 fps и снимање видео со висока резолуција од 8K и од 4K со 120p. Исто така, се обидуваме да ги предвидиме и идните трендови кај фотоапаратите. Нашата цел е да создаваме дизајни што ќе овозможат максимални перформанси, не само сега, туку и во иднина.

Сигурност и практично користење
Ракување без компромиси

Takata: Овој објектив го создадовме без компромиси и во ракувањето, за да може да се користи во професионални ситуации.
 
На пример, и покрај неговото компактно куќиште, на горната страна и странично на објективот се достапни приспособливи копчиња за задржување на фокусот, што овозможуваат исто чувство при користењето без разлика дали фотографирате во хоризонтална положба или фотографирате портрети во вертикална положба.

Mizuno: При дизајнот на F1,2 го земавме предвид и рачното фокусирање, а притоа посветивме посебно внимание на позиционирањето на прстенот за фокусирање, неговото ротирање и чувството при неговото користење. Објективот е опремен со MF со линеарен одзив што реагира директно и линеарно на ротацијата на прстенот за фокусирање, за да овозможи прецизно прилагодување на фокусот и да реагира дури и на многу мали движења на прстенот за фокусирање. Потребата за прецизност во позиционирањето при F1,2 е огромна, но ние го дизајниравме објективот да ја задоволи таа потреба.

Доволно издржлив за да се користи во професионални опкружувања

Kikuchi: Објективот е добро заштитен од нечистотии, прав, и прскање со вода, а дизајнот отпорен на прав и влага им нуди сигурност на корисниците.
 
Предната леќа е обложена со флуор за да биде отпорна на прав и за да можете лесно да ги исчистите сите нечистотии или отпечатоци од прсти.

Mizuno: Ги земавме предвид и различните температури во опкружувањата. Својствата на механичките и електричните компоненти, како што е погонската моќ на механизмите за придвижување, се разликуваат во зависност од опкружувањето и температурата. Објективот содржи софтвер што постојано ги оптимизира перформансите преку автономно пресметување на различните параметри за контрола заради одржување на прецизноста дури и лоши услови.

Како резултат на тоа, креаторите на содржини можат да бидат сигурни дека ќе добијат високи перформанси дури и кога работат во лоши услови на терен, на пример, во екстремно ладни или топли опкружувања.

Конечно: Објектив со F1,2 како ниту еден досега

Kikuchi: Како оптички дизајнер, можам да кажам дека овој објектив е кулминација на серијата G Master. Со нетрпение чекам нашите клиенти да го видат ефектот на дефокусирање и резолуцијата што ги нуди овој објектив со F1,2.
 
И покрај тоа што има решетка F1,2, овој објектив нуди врвна рамнотежа помеѓу компактна форма и високи перформанси. Ги охрабрувам креаторите да го пробаат производот. Објективот е опремен со сите технологии од Sony, па затоа како инженер за објективи, би бил многу среќен да ги видам корисниците како го користат.

Mizuno: Ова е многу флексибилен објектив што нуди различна примена за различни корисници - од професионалци па сè до ентузијасти. Досега немало ваков објектив со F1,2. Освен што е одличен за портрети и свадби, високите перформанси на автоматскиот фокус го прават извонреден за снимање краткотрајни моменти и за следење субјекти што се движат брзо на спортски настани и слично.

Takata: Овој компактен објектив со F1,2 нуди одлични перформанси и за снимање видео. И рачно и кога користите механизам за стабилизација, перформансите за автоматско фокусирање го олеснуваат следењето на субјектите, дури и со малата длабочина на полето при F1,2. А тивкото функционирање на автоматскиот фокус и решетката, во комбинација со прстенот за рамномерно, прецизно и брзо рачно фокусирање, го прават многу привлечен избор за видеографите. Се надевам дека луѓето ќе уживаат во новите форми на визуелно изразување при снимање видео.

Овозможувајќи нови начини за изразување на уметноста за фотографирање, овој објектив навистина ја претставува вредноста и потенцијалот на серијата G Master.