镜头研发与生产

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镜头研发与生产

2024-07-16 18:45| 来源: 网络整理| 查看: 265

RF70-200mm F2.8 L IS USM/RF70-200mm F4 L IS USM开发者访谈

(左)电气设计师:本间大贵 (右)机械设计师:佐佐木邦彦

尺寸精简的原委

佳能的镜头研发,从选择适当的光学设计开始。镜头的光学系统可分为两种类型:“固定长度”和“伸缩可变”。伸缩可变,通过改变镜头的总长实现对焦。这种设计有利于缩小尺寸,因为可以充分利用微单相机自有的短后对焦距离特性。然而,与EF时代的常规镜头相比,这种设计确实牺牲了部分灵活性和易用性。尽管佳能内部对此也有争议,但佳能推测,用户或许愿意牺牲一些易用性,以换取更高质量和更广的潜在摄影表现形式。希望现有佳能客户会受此启发,采用新的EOS R系统。

F4和F2.8

实际上,我们曾想过在F4镜头上采用固定长度设计。这将与F2.8的设计有所不同,同时还兼容增倍镜。但是,我们很快意识到,这样的F4镜头对于大多数用户来说都过于笨重了。由于F4镜头的基本结构本身就比F2.8镜头小,所以我们决定充分利用这一优点,在F4镜头上采用与F2.8镜头相同的光学结构,尽量缩小尺寸。

不支持增倍镜

RF系列采用新设计,让我们感到左右为难。我们希望,用户会憧憬EOS R系统未来的可能性。我们也意识到,现有用户也许想要能兼容增倍镜的镜头。可事情不遂人愿,对支持增倍镜的新镜头设计进行模拟计算后,我们发现在广角端,镜头的总长无法缩短。结果是,镜头尺寸不如预期短小,尤其是与EF时代的镜头相比。虽然EF70-200mm f/2.8L IS III USM受到高度赞誉,但仍有用户对笨重的体积颇有微词。为了最大限度地发挥可换镜头系统的优势,我们破釜沉舟,在设计RF70-200mm F2.8 L IS USM时,放弃了兼容增倍镜的设计。正是这一决定让镜头总长大幅缩短,大概比EF镜头短25%。 我第一次看到F2.8镜头的原型时,对它小巧的尺寸惊叹不已。同时,F4镜头也毫不逊色。尺寸减小后,与标准F4变焦镜头相差无几。 还有,镜头采用伸缩式设计,这种结构需要镜片元件往复运动,因此变焦时改变镜头总长所需的扭矩更大。这意味着,转动变焦环更费力气。所以,我们煞费苦心,只为转动变焦环时不费力。总之,在设计这些镜头的过程中,就小型化和增倍镜兼容性而言,就必须攻克多个难关。

减轻重量

当然,镜头要轻,这一点很重要,但我认为镜头和相机机身之间的重量平衡也很重要。在着手缩减RF镜头尺寸的同时,佳能也在不断改进EOS R相机,向着更小、更轻的方向前行。 我们思考,如果镜头安装到EOS R5和R6这样的相机上,如何实现平衡,整体尺寸又如何。我想,这会让长时间负重奔波的摄影师轻松一些。我真心期待新EOS系统用户提出宝贵建议。

光学设计

F2.8和F4镜头采用了共性技术。我想对这些镜头的光学设计稍微展开谈几点。过去,说到70-200mm的变焦镜头,那就是固定长度设计。但是,对于RF镜头系列,佳能采用了一种新型光学系统,这一系统使用了称为“多组变焦”的方式,各镜片组各司其职,不再局限于过去的可变放大、聚焦和像差校正等功能。 这支镜头是首款采用驱动马达控制浮动镜片组的镜头。浮动镜片组是一组主要用于消除像差的镜片元件。使用马达控制浮动镜片组,不管哪个变焦位置、不管对焦什么距离,都能拍出画质出色、像差较小的图像,这是提高镜头基本性能的技术。另外,采用这种电子浮动对焦系统,还有利于缩小最近对焦距离:从F/2.8 EF镜头的1.2m缩短到F/2.8 RF镜头的0.7m。设计在广角端靠近被摄体拍摄的镜头并非难事,但用户也想在远摄端靠近被摄体拍摄! 为此,F/4镜头的最近对焦距离缩减至60cm。使用小型化后的70-200mm镜头,最近能够对焦伸手可及的位置,这让我感觉兴致勃勃。

自动对焦性能

我们在研发电子浮动对焦系统时,遇到了一些困难。比如,如果马达控制导致位置调整出现延迟,这将造成严重的像差,进而使对焦不准。尽管我们做了多种尝试,改进控制系统,避免延迟发生,但是,开始时的情况并不尽如人意。 实际上,我们在实测第一个原型时,问题层出不穷。最初相机难以对焦,经历大量修改、多次讨论到深夜后,最终我们提高了性能,拍出了令自己满意的图像。 控制系统的设计困难异常,系统要调整对焦镜片组以便对焦被摄体,还要同时控制浮动镜片组。性能优秀的自动对焦系统,需要快速调整相机镜头,瞬间对焦被摄体。但是,在新的镜头设计中,必须以微米级精度,同时控制两个独立镜片组的位置。佳能的新型控制系统不仅能精确计算最终停止位置,也能在调整对焦时的每个特定瞬间,以微米级精度调整和补偿两个镜片组的位置,避免偏离正确的焦点位置。如果定位不准确,对焦过程中会出现像差,因此将不能对焦移动的被摄体。经过大量的努力和反复的试错测试,我们最终推出了可以准确对焦高速移动被摄体的镜头。这样的成果正是摄影师翘首以盼的,相机能“抓住”移动被摄体,拍出的图像画质如同静物图像一般。

可靠性

之前提到,我们采用的变焦镜头随焦距调整,总长将改变。当然,前端可伸缩的变焦镜头会引来麻烦,因为对焦时镜头前端可能会误撞其他物体。 所以,为了固定镜筒,我们决定在用于移动F4前端元件的镜筒上使用6个凸轮从动件(即固定可动镜筒的部件),在F2.8镜头上使用12个凸轮从动件。用于固定镜筒的凸轮从动件数量,都是正常数量的两倍。在佳能内部反复测试后,我们自豪地推出了“纯正的佳能70-200mm镜头”。

出色画质

这些镜头的画质得到了大幅改善。我们不仅抑制了图像中心的球面像差,还通过抑制色差和图像弯曲,改善了周边画质。这在一定程度上要归功于之前提到的电子浮动对焦系统。此外,采用伸缩式光学设计,广角端没有不合理的长焦距,这一设计更加适当。RF70-200mm F2.8 L IS USM镜头在逆光下也可以拍出通透的图像。例如,拍摄驶近的火车时,即使车头前照灯的眩光打过来,相机也能拍出整列火车的清晰图像。这是新玻璃镀膜和高级模拟技术发展的结果。多年来,其他光学元件也也在不断改进。比如,RF70-200mm F2.8 L IS USM是第一款采用非球面UD镜片的佳能相机镜头。虽然在技术层面难以解释原因,但是镜头总长却因此缩短了几毫米。除此之外,镜片元件数量也减少了,重量得以大幅减轻。

防抖功能(IS)

RF系列镜头的另一大优点是支持协同防抖功能,与相机内置的图像稳定器相辅相成。F4镜头不如F2.8镜头明亮,所以用户在某些情况下可能需要降低快门速度。举个例子,手持相机拍摄夜景图像,如果降低快门速度,图像质量会受到影响。但是,协同防抖可校正相机抖动模糊,效果与快门速度提高至7.5级时一样,让手持摄影拍摄更加安心。这些技术加之其他技术的进步,让RF系列镜头开启了新时代,与EF截然不同的时代。我希望,佳能镜头用户在选择RF系列镜头时,能从新的视角考虑。

寄语用户

佳能70-200mm镜头已经声名远扬。推出重要的新产品时,往往有这样的趋势:只做小修小改,以求无过。然而,佳能始终秉持大胆突破的精神研发产品,迎难而上,这也是佳能的优点之一。打破产品的常规向来是有利有弊的。但是,我们坚信这支镜头能为用户带来更广阔的摄影表现形式。我们计划将用户的反馈体现到未来的产品开发中,所以恳请广大用户提出宝贵的意见和建议。RF镜头开发人员心中存在一个共识,即RF镜头的研发不能简单照搬EF镜头的模式。我们一直尝试将新的灵感或者与众不同的想法融入开发的每支镜头中。这在现在的70-200mm镜头上得到印证。我想,用户会惊叹镜头的紧凑尺寸和操作性,而这一点只有RF设计才能实现。



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