En designvision virkeliggøres

Et interview med udviklingsteamet bag FE 50mm F1.2 G Master

Lederen for optisk design giver en forklaring, mens XA-objektivet vises frem
En passion for optisk design
Lederen for mekanisk design holder XD Linear-motorerne og giver en forklaring
Autofokus og mekanisk design
Billede af et kamera, der holdes lodret med et monteret FE 50mm F1.2 GM-objektiv
Pålidelighed og brugervenlighed
Udviklingskoncept

At skabe et F1.2-objektiv med ægte brugervenlighed

Produktchef og leder for optisk design / Atsuo Kikuchi

Lederen for optisk design holder FE 50mm F1.2 objektivet og giver en forklaring

Hvad var jeres målsætninger, da I designede det første F1.2-objektiv fra Sony? 

Kikuchi: Vi har lanceret mange prime-objektiver med stor blænde, men vi vidste, at vores kunder over hele verden ønskede et hurtigere objektiv med stor blænde. Mest af alt et "standard" 50mm F1.2 G Master.
 
For at udvikle et F1.2-objektiv med stor blænde vidste vi, at vi skulle bevare det høje opløsnings- og bokeh-niveau fra G Master-serien, men samtidig sikre, at objektivet var meget brugervenligt. Hvis vi kun prioriterede blændestørrelsen, og objektivet blev for stort og tungt, ville vi miste kompaktheden og den lave vægt fra den objektiv-kabinet-kombination, der er den vigtigste fordel ved E-mount-systemet. Og uanset hvor fremragende de optiske egenskaber var, ville et objektiv, der ikke kunne udnytte den maksimale ydeevne fra kamerahuse med fremragende autofokussystemer, eller slet ikke kunne bruge autofokus, blive en fiasko målt på kundetilfredshed.

Hvis vi ville opnå et autofokusobjektiv med det hurtigste F-tal i Alpha-historien uden at gå på kompromis med autofokusydeevnen og uden at miste den nemme håndtering og bærbarheden, var vi nødt til at bruge den mest avancerede teknologi fra Sony. Ud over den uovertrufne optiske ydeevne vil de kunder, der får det her objektiv, nok blive overraskede over, hvor let, hurtig og lydsvag autofokus er for et F1.2-objektiv med stor blænde.

Jeg tror, at tilføjelsen af det her F1.2-objektiv til Alpha-serien løfter billedskabernes optagemuligheder til et nyt niveau. Objektivet kan bruges til mange forskellige situationer af både professionelle og amatører, lige fra portræt- og bryllupsfotografering til landskabsbilleder og snapshots.

Alpha-serien omfatter allerede Planar T* FE 50mm F1.4 ZA-objektivet. Når man sammenligner det nye FE 50mm F1.2 GM-objektiv med dette, lyder forskellen i maksimal blænde mellem F1.4 og F1.2 ret lille, men det er faktisk et fuldt halvt stop, og den øgede lysoptagelse i F1.2-objektivet kræver en effektiv blænde(diameter), der er ca. 17 % større, eller et næsten 40 % større blændeområde, hvilket giver store vanskeligheder ved design og produktion i forhold til at realisere et kompakt F1.2-objektiv.
 
Overvindelsen af det problem gav mange nye udfordringer.

En af dem var at begrænse størrelsen af det forreste objektivelement, selvom det er et F1.2-objektiv, ved anvendelse af flere XA (ekstrem asfærisk)-objektiver, en unik teknologi fra Sony. Dermed undgik vi at øge frontobjektivstørrelsen og fik mulighed for at kompensere fuldt ud for de afvigelser, der opstår med objektiver med stor diameter.

For at undertrykke afvigelser helt integrerede vi et separat drevet, svævende fokussystem, der består af to fokusgrupper, for optimal kompensering for afvigelser i hele fokusområdet, også ved minimal fokusafstand.

Fokusdrevet anvender den egenudviklede XD (eXtreme Dynamic) Linear-motor fra Sony med en kombination af høj drivkraft og lavt støjniveau. Fire af disse kompakte Direct-Drive-aktuatorer med præcisionsstyring giver mulighed for, at fokusgruppen kan rumme flere elementer, der giver uovertruffen kompensation for afvigelser.

Resultatet er et objektiv med opløsning på G Master-niveau, der fuldt udnytter den maksimale hastighed, præcision og sporing fra kameraets autofokus i et objektivkabinet, der kun er 108 mm langt og kun vejer 778 g – det samme som det nuværende Planar-objektiv. Vi er meget stolte af at have skabt et F1.2-objektiv som intet andet, og vi håber, det bliver af meget stor værdi for både professionelle og entusiaster.

En passion for optisk design
Imponerende opløsning helt ned til F1.2

Kikuchi: For at opnå en høj optisk ydeevne og bevare den kompakte størrelse for et F1.2-objektiv anvendte vi de egenudviklede XA-objektiver fra Sony og implementerede simulationsteknologier for opløsning, bokeh og kromatisk afvigelse.
 
Dybest set handler en forbedret optisk ydeevne om, hvordan man mindsker afvigelser.

Historisk set har 50 mm-objektiver typisk haft et layout af Gauss-typen. Gauss-layoutet har grupper af objektivelementer fordelt symmetrisk på hver sin side af en central blænde, hvilket medfører afvigelser fra hver side af blænden, så de udligner hinanden. Det er især velegnet til 50 mm-synsvinklen, så indtil nu har størstedelen af alle 50 mm-objektiver brugt denne opbygning.

Men denne symmetriske struktur i sig selv kompenserer kun for forvrængnings- og feltkrumningsafvigelser og kompenserer f.eks. ikke effektivt for sfærisk afvigelse eller sagittal overstråling. Kort sagt ville det designvalg ikke have givet os mulighed for at opnå den høje kompensationsydeevne for afvigelser, som vi stræbte efter.

Som erfarne kamerabrugere ved, er det umuligt at opnå en høj opløsning i hele billedet uden tilstrækkelig kompensation for afvigelser. Punktlyskilder som f.eks. stjerner på himlen burde ideelt set blive fokuseret til punkter, der hvor de optræder på billedet, men utilstrækkeligt kompenserede afvigelser kan få dem til at fremstå som flagrende fugle eller udvise farvespredning. For at modvirke det kan brugeren indstille blænden på et lavere stop, men det går jo imod formålet med et objektiv med stor blænde.

Vores mål med det her objektiv var et niveau af optisk ydeevne, hvor man kan være helt tryg ved at fotografere med maksimal blænde. For at opnå det "ødelægger" vores optiske opbygning delvist det symmetriske design og undertrykker til fulde de afvigelser, der er svære at undertrykke med et symmetrisk objektivdesign.

For at korrigere for sfærisk afvigelse og sagittal overstråling har objektiver af den symmetriske type normalt store frontelementer og kan være sammensat af mange elementer.

Vores nye optiske opbygning bruger kun tre XA (ekstrem asfærisk)-objektiver, undgår at øge frontelementets diameter og begrænser antallet af objektivelementer til et minimum for at opnå en kompakt samlet størrelse. 

En illustration af objektivkonfigurationen
Oversigt over objektivkonfigurationer

[1] Ekstrem asfærisk objektiv (XA-objektiv) 

Som ordet "asfærisk" i navnet antyder, er XA-objektivets overfladekrumning ikke konstant. Den ændres fra centrum til kanten af elementet. Faconerne på de tre XA-objektivelementer, der bruges i objektivet, blev alle optimeret gennem adskillige udgaver vha. den egenudviklede teknologi fra Sony til optisk simulation.
 
Som du måske ved, bliver overfladepræcisionen i de XA-objektiver, der bruges i G Master-serien, justeret ned til under 1 mikrometer. Den store F1.2-blænde og større diameter på det ydre element i dette objektiv krævede en betragtelig forbedring af præcisionen i hvert trin af fremstillingsprocessen for de tre anvendte XA-objektiver for at opnå den øgede overfladepræcision, der kræves. Det var den største produktionsudfordring, vi har oplevet. Men integrationen af design- og produktionsprocesser blev hele tiden bedre, og den direkte håndtering af de nye teknologiske udfordringer hjalp os med at opnå både stor diameter og høj præcision.

Især det XA-objektiv, der sidder som nr. to fra fronten på objektivkonfigurationsoversigten ovenfor, bidrager markant til at mindske antallet af påkrævede objektivelementer i frontmodulet og dets størrelse og vægt. Det var en stor fordel, at vi kunne bruge et asfærisk objektiv med stor diameter og en produktionspræcision, som kun Sony kan opnå, og det er grundlaget for hele det optiske design af det kompakte F1.2-objektiv.

Den egenudviklede teknologi fra Sony til simulation af kromatisk afvigelse blev brugt til at optimere kombinationen af glasmaterialer for at mindske kromatiske afvigelser og farvespredning dramatisk og til at opnå den højeste opløsning og kontrast på trods af den store blænde, i tråd med G Master-egenskaberne.

Når man som optisk ingeniør ser på en objektivkonfigurationsoversigt, kan man nogle gange tænke: "Dette element bidrager ikke meget til at korrigere afvigelser" (griner). Som ingeniør er det mit mål at opnå den mest effektive afvigelseskorrektion med færrest mulige objektivelementer – med andre ord at søge løsninger, der giver et generelt kompakt objektiv uden at ofre optisk ydeevne. Som du kan se i den ovenstående konfigurationsoversigt for FE 50mm F1.2 GM, er designet helt uden spild eller kompromiser, og objektivelementernes krumning er omhyggeligt udvalgt ud fra deres bidrag til afvigelser. Jeg håber, at billedskabere vil opleve og glædes over kombinationen af kompakthed og optisk ydeevne, leveret af det ultimative inden for optisk design.

De unikke XA (ekstrem asfærisk)-objektiver fra Sony
Lederen for optisk design giver en forklaring, mens XA-objektivet vises frem
En illustration af MTF-oversigter
MTF-oversigt

[1] Kontrast (%) [2] Afstand fra objektivets optiske centrum (mm)  [3] Maks. blænde [4] F8-blænde  [5] Rumlig frekvens  [6] 10 linjepar/mm [7] 30 linjepar/mm  [8] Radiale værdier  [9] Tangentiale værdier

F1.2 G Master leverer betagende jævn og fyldig bokeh

Kikuchi: F1.2-objektiver er kendt for deres fyldige bokeh, men det her objektiv handler om mere end mængden af bokeh. Det handler om at levere en ideel, jævn og cremet bokeh-karakter i tråd med G Master-egenskaberne. Det gælder især for portrætter, at bokeh spiller en ekstremt vigtig rolle for at få motivet til at skille sig ud på en naturlig måde. Bokeh er ret sanselig og derfor teknisk svær, men vi vidste, at den skulle sidde lige i skabet for at opfylde kundernes forventninger til et F1.2 G Master.
 
Lige fra de første designstadier udførte vi gentagne bokeh-simulationer og justeringer for at finde det perfekte niveau for sfærisk afvigelse, så vi kunne optimere bokeh og opløsning uden at gå på kompromis med nogen af dem.

Desuden justeres afstanden mellem elementerne under fremstillingen, objektiv for objektiv, for at finjustere den sfæriske afvigelse og mestre den svære balance mellem forgrunds- og baggrunds-bokeh for at realisere en smuk, neutral generel effekt.

Jeg nævnte tidligere opløsningen i fremstillingen af XA-objektiver, men håndteringen af overfladepræcision ned til under 1 mikrometer undertrykker også striber eller en "løgringseffekt" i kugleformet bokeh.

XA-objektiver: overfladepræcision på ned til under 0,01 mikrometer

[1-1] Konventionel asfærisk objektivoverflade [1-2] Uønsket bokeh-resultat [2-1] XA (ekstrem asfærisk)-objektivoverflade [2-2] Smukt bokeh-resultat

Illustration, der sammenligner ujævnheder i objektivoverfladen på normale og XA-objektiver og viser de resulterende forskelle i "løgrings"-bokeh-effekten
Lederen for mekanisk design holder FE 50mm F1.2-objektivet og giver en forklaring

Leder for mekanisk design / Yuichiro Takata

Takata: Den bløde og smukke bokeh skyldes også den 11-bladede cirkulære blænde. Blændeenheden er nyudviklet for at bevare en næsten helt cirkulær form, selv to stop fra en fuldt åben blænde.
 
Da F1.2 er en stor blænde, ville blændebladene naturligvis også være store i et konventionelt design. Og når blænden er åben, skal bladene bevæges til et opbevaringssted uden for det optiske felt og uden for den effektive diameter, hvilket øger den ydre diameter af selve objektivet. For at begrænse størrelsen af blændeenheden måtte vi designe alt på ny helt fra bunden, lige fra bladenes form til drevmekanismens komponenter, én for én.

Blændeenheden er ekstremt vigtig for at bestemme blændeværdi og eksponering. Når komponenterne gøres mindre, kræves der større præcision i fremstillingen af hver enkelt af dem og deres montering. Takket være en grundig ny gennemgang af fremstillings- og monteringsprocesserne lykkedes det os at opnå både præcision og en minimal størrelse.

Lederen for mekanisk design holder irisenhederne og giver en forklaring
Blændeenhed
FE 50mm F1.2 set forfra, mens blænden er lukket et par stop ned
Cirkulær facon bevares, selv når der justeres to stop ned
Lineære drevaktuatorer: nøglen til minimal størrelse

Takata: For at opnå en høj optisk ydeevne med autofokus var det afgørende, at vores mekanik- og softwareansvarlige kontrolteams arbejdede tæt sammen.

Som jeg forklarede tidligere, ville opretholdelsen af en høj ydeevne i hele fokusområdet kræve to fokusgrupper sammensat af flere elementer. Og F1.2-objektivets store diameter øgede uundgåeligt fokusgruppernes vægt. En øget fokusgruppevægt giver store udfordringer i forhold til fokuseringshastighed og giver også mere støj og vibration, når drevet betjenes.

Spørgsmålet var, hvordan man kunne bevare et ideelt niveau for opløsning og bokeh uden at ofre autofokushastighed. Løsningen for dette objektiv var at anvende de egenudviklede Direct-Drive XD Linear-motorer fra Sony som aktuatorer.

Autofokus og mekanisk design
Hurtig og yderst præcis autofokus — selv ved F1.2

Takata: Den største udfordring for at opnå en højtydende autofokus på F1.2-objektivet var at opnå den ekstremt høje fokuspræcision, der kræves ved lave dybdeskarpheder.

Selv med en maksimal blænde på F1.2 kan man ikke kalde et objektiv for "brugervenligt", hvis det ikke leverer et tilfredsstillende niveau af autofokuspræcision og sporingsydeevne. Men det er meget svært rent teknisk. Det her objektiv rummer en række teknologier og teknikker for at opnå en hurtig og yderst præcis autofokusydeevne, selv ved håndtering af den ekstremt lave dybdeskarphed ved F1.2. Fire funktioner bidrager mest markant: den svævende fokusstruktur, XD Linear-motorerne, de fire fokuspositionssensorer og den optimerede balance for de to fokusobjektivgruppers tyngdepunkter.

Den svævende fokusstruktur forbedrer ikke bare den optiske ydeevne – opdelingen i to fokusgrupper mindsker også vægten af hver gruppe, hvilket hjælper med at opnå et hurtigt og præcist autofokusdrev.

På den anden side er en helt nøjagtig fokuspræcision afgørende for at opnå fuld opløsningsydeevne ved F1.2, og det kræver præcist synkroniserede bevægelser fra de to fokusobjektivgrupper, som stadig er forholdsvist store og tunge. Det opnåede vi med de egenudviklede XD Linear-motorer fra Sony, som præsterer en stor drivkraft, selvom de er små.

Der er absolut ikke plads til fejl med den lave dybdeskarphed ved F1.2, så fire positionssensorer bruges til at spore fokusobjektivgrupperne for at sikre, at deres præcise positioner altid er kendt.

Endelig er der indsat en fast optisk gruppe mellem de to fokusgrupper for at implementere drivkraften fra XD Linear-motorerne mest effektivt og uden spild og for at gøre det nemmere at balancere tyngdepunkterne for de to fokusgrupper. Dette ensretter motorernes drivkraftspunkt med tyngdepunktet for hver fokusgruppe, hvilket maksimerer kraftoverførslens effektivitet og eliminerer spild af drivkraft, og det bidrager yderligere til at opnå et hurtigt, meget præcist og lydsvagt autofokusdrev. 

Lederen for aktuatorkontrol og FE 50mm F1.2

Leder for aktuatorkontrol / Yuki Mizuno

Mizuno: Jeg vil gerne give lidt flere oplysninger om fokusdrevet.
 
For det første bruger objektivet i alt fire Direct-Drive XD Linear-motorer, hvor to motorer er tilknyttet til hver af de to fokusobjektivgrupper.

Hver enkelt motor blev designet ud fra data fra den egenudviklede motordesignsimulation fra Sony. Fremskridt inden for teknologi til motordesignsimulation har gjort det muligt at udvikle højeffektive motorer, der producerer tilstrækkelig kraft trods markante størrelsesbegrænsninger og opnår høj pålidelighed i mange forskellige barske miljøer. Muligheden for at designe motorer med en specifikation og størrelse, der passer optimalt til dette objektiv, medvirkede til kompaktheden uden at gå på kompromis med ydeevnen.

Normalt driver roterende aktuatorer tunge fokusgrupper, men de skiver og tandhjul, der omformer rotationer til lineær bevægelse, medfører altid et krafttab. Og hvis der er mange mekaniske dele, kan det skabe støj og vibration.

Det duede ikke for det højtydende F1.2-objektiv, som vi ønskede, så vi besluttede at bruge små, men kraftfulde motorer, der kan drive fokusgrupperne direkte og lineært, og anvendte XD Linear-motorer, der har høj hastighed med lav støj og vibration.

Men da lineære motorer ikke har en hastighedsbegrænsende mekanisme, kræves der en ekstremt responsiv kontrol for at opnå en hurtig og yderst præcis autofokus.

Det er især de fire sensorer, jeg omtalte tidligere, der registrerer fokusgruppernes præcise positioner og leverer disse positionsdata til kontrolsystemet i en ultrahurtig feedback-cyklus, der forbedrer reaktionstiden. Dette udnytter også den egenudviklede teknologi fra Sony til kontrolsimulation. Mange mønstre for objektivbevægelse og -stop blev simuleret grundigt gentagne gange, testet på rigtig hardware og analyseret. Endelig blev der finjusteret for at få en jævn aktuatorbevægelse fra acceleration til opbremsning.

Denne finjustering mindsker drevstøj og -vibration så meget, at man kan tvivle på, om objektivet overhovedet bevæger sig. XD Linear-motorerne er softwarestyrede for at levere maksimal autofokushastighed og -reaktionstid og give os mulighed for at skabe et kompakt objektiv med en uovertruffen optisk ydeevne.

Et objektiv, der er skabt ud fra den klare vision hos Sony om fremtidens kameraer

Kikuchi: Jeg vil også gerne fremhæve, hvordan dette F1.2-objektiv til fulde udnytter kamerahusets funktionalitet. Sony udvikler alle de essentielle komponenter fra enhedsniveau, også billedsensoren, så kameraer og objektiver udvikles samtidigt hos dem selv som et samlet system. Når vi udvikler udskiftelige objektiver, forudser vi også fremtidige forbedringer af kamerahuse for at sikre, at objektiverne kan udnytte den fulde ydeevne fra fremtidige kabinetter.

Dette objektiv passer naturligvis perfekt til det nye α1, der blev præsenteret i januar 2021, med 30 fps kontinuerlig optagelse, 8K og 4K120p-filmoptagelse med høj opløsning. Men vi har også forsøgt at forudse fremtidige tendenser inden for kamerahuse. Vores mål er at skabe design, der giver maksimal ydelse, ikke bare nu, men også i fremtiden.

Pålidelighed og brugervenlighed
Nem betjening uden kompromiser

Takata: Vi har udviklet dette objektiv uden kompromiser, heller ikke i betjeningen, så det kan bruges i professionelle situationer.
 
For eksempel er der, trods det kompakte kabinet, knapper til fokusfastholdelse både øverst og på siden af objektivet for at give den samme betjeningsfornemmelse, uanset om man optager i vandret position eller tager portrætbilleder i lodret position.

Mizuno: Vi har også designet F1.2 med manuel fokusering i tankerne og et særligt fokus på placeringen af fokusringen, dens moment og dens fornemmelse, når den drejes. Objektivet er udstyret med Linear Response MF, som reagerer direkte og lineært på drejning af fokusringen for at sikre præcis fokusjustering. Det reagerer endda på meget små justeringer af fokusringen. Kravet om positionsnøjagtighed er stærkt for F1.2, men vi udviklede objektivet til at opfylde det krav.

Robust nok til brug i professionelle miljøer

Kikuchi: Objektivet er grundigt forseglet mod snavs, støv og vandstænk, og det støv- og fugtafvisende design giver brugerne ro i sindet.
 
Frontobjektivet har fluorbelægning for at modstå snavs og gøre det nemt at tørre snavs og fingeraftryk af.

Mizuno: Vi medtænkte også miljømæssige temperaturvariationer. Mekaniske og elektriske komponenters egenskaber, f.eks. aktuatorers drivkraft, varierer alt efter miljø og temperatur. Objektivet indeholder software, der konstant optimerer ydeevnen ved selvstændigt at beregne forskellige kontrolparametre for at opretholde præcisionen, selv under krævende forhold.

Derfor kan billedskabere være sikre på høj ydeevne, selv når de optager under barske forhold ude i felten, f.eks. ekstremt kolde eller varme miljøer.

Endelig: Et nyskabende F1.2-objektiv

Kikuchi: Som optisk designer er det ikke en overdrivelse at kalde det her objektiv for højdepunktet i G Master-serien med den ultimative opløsning og bokeh. Jeg glæder mig til, at vores kunder selv oplever den smukke bokeh og høje opløsning i dette F1.2-objektiv.
 
Selvom det er et F1.2, opnår det her objektiv en uovertruffen balance med både kompakthed og høj ydeevne og nogle aspekter, der er svære at beskrive med specifikationerne alene. Jeg opfordrer til, at billedskaberne selv prøver det af. Objektivet rummer hele spektret af teknologier fra Sony, så som objektivingeniør ville jeg elske at se brugerne fotografere mange forskellige motiver med det.

Mizuno: Det er et meget fleksibelt objektiv med mange potentielle anvendelser og brugere, lige fra professionelle til entusiaster. Det her F1.2-objektiv er en nyskabelse. Det er ikke kun ideelt til f.eks. portræt- og bryllupsfotografering, men den højtydende autofokus er også fremragende til at indfange flygtige øjeblikke og følge motiver i hurtig bevægelse ved sportsbegivenheder og lignende.

Takata: Det kompakte F1.2-objektiv giver også fremragende ydeevne ved filmoptagelse. Autofokusydeevnen gør det nemt at følge motiver, selv med en lav dybdeskarphed ved F1.2, både håndholdt og med gimbal-led. Og den lydsvage autofokus og blænde, kombineret med en jævn, præcis og responsiv fokusring, gør det også meget attraktivt for filmfotografer. Jeg håber, folk vil glædes over nye visuelle udtryksformer for film.

Det her objektiv giver nye måder at opleve fotograferingskunsten på og repræsenterer derfor perfekt værdien og potentialet i G Master-serien.