Ostvarivanje vizije dizajna

Razgovor s razvojnim timom za FE 50 mm F1,2 G Master

Voditelj za optički dizajn drži XA objektiv i objašnjava
Strast za optički dizajn
Voditelj za mehanički dizajn drži XD linearne motore i objašnjava
Automatski fokus i mehanički dizajn
Slika okomito okrenutog fotoaparata s objektivom FE 50 mm F1,2 GM
Pouzdanost i jednostavnost korištenja
Koncept razvoja

Stvaranje objektiva F1,2 koji je iznimno jednostavan za korištenje

Voditelj proizvoda i voditelj za optički dizajn / Atsuo Kikuchi

Voditelj za optički dizajn drži objektiv FE 50 mm F1,2 i objašnjava

– Koji su bili vaši ciljevi prilikom osmišljavanja Sonyjeva prvog objektiva F1,2? 

Kikuchi: na tržište smo plasirali brojne fiksne objektive s velikim otvorom blende, ali znali smo da korisnici diljem svijeta žele brži objektiv s velikim otvorom blende. Najtraženiji je bio "standardni" objektiv 50 mm F1,2 G Master.
 
Prilikom razvoja objektiva s velikim otvorom blende F1,2 znali smo da moramo zadržati visoke razine rezolucije i zamućenja serije G Master uz istu jednostavnost korištenja. Da smo jednostavno dali prioritet veličini otvora blende i dobili prevelik i pretežak objektiv, izgubili bismo kompaktnost i malu težinu kućišta objektiva, a to je glavna prednost sustava E-mount. I bez obzira na odlična optička svojstva, korisnici ne bi bili zadovoljni objektivom koji ne bi mogao maksimalno iskoristiti radne značajke vrhunskih sustava automatskog fokusiranja fotoaparata ili objektivom koji uopće ne bi mogao automatski fokusirati.

Da bismo izradili najbrži objektiv s automatskim fokusiranjem u povijesti serije Alpha bez smanjivanja radnih značajki automatskog fokusiranja i uz zadržavanje jednostavnosti rukovanja i prenosivosti, morali smo koristiti Sonyjevu najnapredniju tehnologiju. Osim vrhunskih optičkih radnih značajki, korisnici koji kupe ovaj objektiv iznenadit će se kako je lagan te kako je automatsko fokusiranje brzo i tiho za objektiv s velikim otvorom blende F1,2.

Dodavanjem ovog objektiva F1,2 u seriju Alpha mogućnosti snimanja za autore podižu se na višu razinu. To je objektiv koji profesionalci i amateri mogu koristiti u raznim situacijama, od snimanja portreta i vjenčanja do snimanja pejzaža i turističkih fotografija.

Serija Alpha već obuhvaća objektiv Planar T* FE 50 mm F1,4 ZA. Kada novi objektiv FE 50 mm F1,2 GM usporedimo s tim objektivom, premda razlika između maksimalnih otvora blende od F1,4 i F1,2 možda izgleda mala, zapravo se radi o cijelom polukoraku uz dodatno prikupljanje svjetlosti objektiva F1,2 koje zahtijeva otprilike 17 % veći efektivni otvor blende (promjer) ili gotovo 40 % veće područje otvora blende, što predstavlja ogromne poteškoće prilikom dizajniranja i proizvodnje kompaktnog objektiva F1,2.
 
Prevladavanje tog problema podrazumijevalo je brojne nove izazove.

Jedan je bilo zadržavanje veličine prednjeg elementa objektiva, unatoč tome što je to objektiv F1,2, korištenjem više XA (ekstremno asferičnih) objektiva, jedinstvene Sonyjeve tehnologije. Time se izbjegla potreba za povećavanjem prednjeg objektiva i mogli smo kompenzirati aberacije koje nastaju u objektivima većeg promjera.

Da bi se aberacije u potpunosti suzbile, korišten je sustav pomičnog fokusa koji se sastoji od dviju grupa za fokusiranje radi kompenzacije aberacija u cijelom rasponu fokusa, uključujući minimalnu udaljenost za fokusiranje.

Pogon za fokusiranje koristi Sonyjev XD (ekstremno dinamični) linearni motor s kombinacijom visokog potiska i tihog rada. Uz četiri takva kompaktna pokretača s izravnim pogonom i preciznom kontrolom dizajn grupe za fokusiranje može obuhvaćati više elemenata koji omogućuju vrhunsku kompenzaciju aberacija.

Rezultat je objektiv s rezolucijom na razini objektiva G Master, koji izvlači maksimalnu brzinu, preciznost i radne značajke praćenja iz automatskog fokusiranja fotoaparata u kućištu dugačkom svega 108 mm (4 3/8 inča) i teškom svega 778 g (27,5 oz.) — kao objektiv Planar. Ponosni smo što smo proizveli objektiv F1,2 kakav dosad nije postojao i nadamo se da će biti dragocjen profesionalcima i entuzijastima.

Strast za optički dizajn
Nevjerojatna rezolucija sve do F1,2

Kikuchi: da bi se postigle odlične optičke radne značajke i pritom zadržale male dimenzije objektiva F1,2, korišteni su Sonyjevi XA objektivi uz simulacijske tehnologije za rezoluciju, efekt zamućenja i kromatsku aberaciju.
 
U osnovi, kromatske aberacije smanjuju se poboljšavanjem optičkih radnih značajki.

Prije su objektivi od 50 mm obično koristili Gaussov raspored. Gaussov raspored ima simetrično raspodijeljene grupe elemenata objektiva na svakoj strani središnjeg otvora blende, što uzrokuje aberacije sa svake strane otvora blende koje se međusobno poništavaju. Posebice je prikladan za kut gledanja od 50 mm, pa je većina objektiva od 50 mm u koristila taj raspored.

No takva simetrična struktura kompenzira samo aberacije izobličenja i zakrivljenosti polja i ne kompenzira učinkovito npr. sferične aberacije ili sagitalni odbljesak. Ukratko, takav optički dizajn ne bi nam omogućio da ostvarimo odlične radne značajke kompenzacije aberacija.

Kao što znaju iskusni korisnici fotoaparata, visoku rezoluciju na cijeloj slici nije moguće ostvariti bez odgovarajuće kompenzacije aberacija. Točkasti izvori svjetlosti kao što su zvijezde na nebu u idealnom bi slučaju na slici trebali izgledati kao točke kada su fokusirani, ali zbog nedovoljno kompenziranih aberacija mogu izgledati kao ptice koje mašu krilima ili imati razmazane boje. Da bi riješili taj problem, korisnici mogu smanjiti otvor blende za jedan korak, ali tme se poništava smisao korištenja objektiva s velikim otvorom blende.

Za ovaj su nam objektiv cilj bile optičke radne značajke uz koje je moguće ugodno snimati uz maksimalni otvor blende. Da bi se to postiglo, naš optički raspored djelomično „lomi” simetrični dizajn i temeljito suzbija aberacije koje je teško suzbiti uz simetrični dizajn objektiva.

Da bi se korigirale sferične aberacije i sagitalni odbljesak, simetrični objektivi obično imaju velike prednje elemente i mogu se sastojati od velikog broja elemenata.

Uz naš se optički raspored koriste samo tri XA (ekstremno asferična) objektiva, ne povećava se promjer prednjeg elementa i koristi se minimalan broj elemenata objektiva, čime se postižu kompaktne dimenzije. 

Slika na kojoj se prikazuje konfiguracija objektiva
Tablica konfiguracija objektiva

[1] Ekstremno asferični objektiv (objektiv XA) 

Budući da se radi o „asferičnom” objektivu, zakrivljenost površine XA objektiva nije konstantna, već se mijenja od središta prema rubu elementa. Oblici triju elemenata XA objektiva višekratno su optimizirani pomoću Sonyjeve tehnologije optičke simulacije.
 
Kao što možda znate, preciznost površine XA objektiva iz serije G Master prilagođena je do razine manje od jednog mikrona. Zbog velikog otvora blende od F1,2 i velikog promjera vanjskog elementa ovog objektiva bilo je potrebno povećati preciznost svakog koraka proizvodnog procesa korištenih triju XA objektiva da bi se postigla potrebna povećana preciznost površine. To je bio najveći proizvodni izazov s kojim smo se suočili. No integracijom procesa dizajna i proizvodnje poboljšan je svaki korak i uhvativši se koštac s novim tehnološkim izazovima uspjeli smo postići i veliki promjer i veliku preciznost.

Konkretno, drugi XA objektiv sprijeda u gornjoj tablici konfiguracija objektiva znatno pridonosi smanjenju potrebnog broja elemenata objektiva u prednjem sklopu te njihove veličine i težine. Mogućnost korištenja asferičnog objektiva velikog promjera na tom mjestu uz preciznost proizvodnje koju samo Sony može ostvariti bila je ogromna prednost na kojoj se temelji cijeli optički dizajn kompaktnog objektiva F1,2.

Pomoću Sonyjeve tehnologije simulacije kromatske aberacije optimizirana je kombinacija staklenih materijala, čime su drastično smanjene kromatske aberacije i razmazivanje boja te ostvarene najviše razine rezolucije i kontrasta unatoč velikom otvoru blende kakvim se odlikuje serija G Master.

Kada pogleda konfiguraciju objektiva, optički inženjer može pomisliti: „Ovaj element ne pridonosi znatno ispravljanju aberacija.” (smije se) Kao inženjeru, cilj mi je postići najučinkovitije ispravljanje aberacija uz najmanji mogući broj elemenat objektiva – drugim riječima, tražiti rješenja koja jamče ukupnu kompaktnost objektiva uz zadržavanje optičkih radnih značajki. Kao što možete vidjeti iz gornje tablice konfiguracija za FE 50 mm F1,2 GM, radi se o dizajnu bez kompromisa u kojem koji je u obzir uzet doprinos zakrivljenosti svih elemenata objektiva aberacijama. Nadam se da će autori uživati u kombinaciji kompaktnosti i optičkih radnih značajki uz vrhunski optički dizajn.

Sonyjevi jedinstveni XA (ekstremno asferični) objektivi
Voditelj za optički dizajn drži XA objektiv i objašnjava
Slika na kojoj se prikazuju MFT tablice
MTF tablica

[1] Kontrast (%)  [2] Udaljenost od optičkog središta objektiva (mm)[3] Maks. blenda  [4] Blenda F8  [5] Prostorna frekvencija[6] 10 linijskih parova / mm  [7] 30 linijskih parova / mm  [8] Radijalne vrijednosti  [9] Tangencijalne vrijednosti

F1,2 G Master omogućuje nevjerojatno gladak i bogat efekt zamućenja pozadine

Kikuchi: objektivi F1,2 poznati su po bogatom efektu zamućenja pozadine, ali prednost ovog objektiva nije samo intenzitet efekta, već i njegov idealan, gladak i mekan karakter kakvim se odlikuje serija G Master. Efekt zamućenja pozadine posebice za portrete ima iznimno važnu ulogu u prirodnom isticanju objekta snimanja. Efekt zamućenja pozadine vrlo je senzualan, pa ga je komplicirano dizajnirati, ali znali smo da mora biti savršen da bismo ispunili očekivanja korisnika za F1,2 G Master.
 
Od najranijih faza dizajna provodili smo brojne simulacije i prilagodbe efekta zamućenja pozadine da bismo odredili idealnu razinu sferične aberacije radi optimizacije efekta zamućenja pozadine i rezolucije bez ustupaka.

Uz to, tijekom procesa proizvodnje razmak između elemenata prilagođava se za svaki pojedinačni objektiv radi precizne kontrole sferične aberacije i određivanja idealne ravnoteže između zamućenja prednjeg plana i pozadine, čime se postiže prekrasno neutralan ukupni efekt.

Prethodno sam spomenuo rezoluciju u proizvodnji XA objektiva, ali uz preciznost površine na razini manjoj od jednog mikrona suzbija se i „prstenasti” efekt unutar zamućenja u obliku kugle.

XA objektivi: preciznost površine do razne od 0,01 mikrona

[1-1] Površina standardnog asferičnog objektiva  [1-2] Nepoželjno zamućenje  [2-1] Površina XA (ekstremno asferičnog) objektiva  [2-2] Predivno zamućenje

Slika s usporedbom nepravilnosti na površini običnih objektiva i XA objektiva, koja pokazuje razlike u "prstenastom" efektu zamućenja pozadine
Voditelj za mehanički dizajn drži objektiv FE 50 mm F1,2 i objašnjava

Voditelj za mehanički dizajn / Yuichiro Takata

Takata: za mekan i atraktivan efekt zamućenja pozadine zaslužan je i kružni otvor blende s 11 listića. Jedinica blende iznova je razvijena da bi se zadržao gotovo kružni oblik uz i do dva koraka od potpuno otvorenog položaja.
 
Budući da je F1,2 veliki otvor blende, u klasičnom dizajnu listići blende također su veliki. Kada je blenda otvorena, veliki listići moraju se pomaknuti da bi izašli iz prostora izvan optičkog puta i preko efektivnog promjera, što povećava vanjski promjer samog objektiva. Da bi veličina jedinice blende ostala mala, morali smo sve ispočetka pojedinačno dizajnirati, od oblika listića do komponenti pogonskog mehanizma.

Jedinica blende iznimno je važna za utvrđivanje vrijednosti otvora blende i ekspozicije. Zbog smanjivanja veličine njezinih komponenti potrebna je veća preciznost prilikom strojne obrade svake komponente te prilikom sastavljanja. Temeljitim preispitivanjem procesa strojne obrade i sastavljanja uspjeli smo postići minijaturizaciju i preciznost.

Voditelj za mehanički dizajn drži jedinice blende i objašnjava
Jedinica blende
Pogled sprijeda na FE 50 mm F1,2 dok se blenda zatvara za nekoliko koraka
Kružni se oblik zadržava i nakon zatvaranja za 2 koraka
Pokretači s linearnim pogonom: ključ za minijaturizaciju

Takata: za postizanje visokih optičkih performansi uz automatsko fokusiranje bila je ključna bliska suradnja timova za kontrolu mehaničkih komponenti i softvera.

Kao što sam prethodno objasnio, za zadržavanje odličnih radnih značajki u cijelom rasponu fokusa bile potrebne dvije grupe za fokusiranje sastavljene od više elemenata. Zbog većeg promjera objektiva F1,2 neizbježno se povećala težina grupa za fokusiranje. Veća težina grupe za fokusiranje negativno utječe na brzinu fokusiranja uz više buke i vibracija tijekom rada pogona.

Morali smo otkriti kako zadržati idealne razine rezolucije i zamućenja bez smanjenja brzine automatskog fokusiranja. Za ovaj je objektiv rješenje u korištenju Sonyjevih XD linearnih motora s izravnim pogonom kao pokretača.

Automatski fokus i mehanički dizajn
Iznimno brzo i precizno automatsko fokusiranje – čak i pri F1,2

Takata: najveći izazov prilikom implementacije automatskog fokusiranja vrhunskih radnih značajki na objektivu F1,2 bilo je postizanje iznimno velike preciznosti fokusiranja potrebne za male dubine polja.

Objektiv F1,2 ni uz maksimalni otvor blende nije „jednostavan za korištenje” bez odgovarajućih razina preciznosti automatskog fokusiranja i radnih značajki praćenja. No to je tehnički vrlo zahtjevno. Ovaj objektiv koristi široku lepezu tehnologija i tehnika za postizanje brzog i iznimno preciznog automatskog fokusiranja čak i uz iznimno malu dubinu polja pri F1,2. Tome najviše pridonose četiri značajke: struktura pomičnog fokusa, XD linearni motori, četiri senzora položaja fokusa i optimizirana ravnoteža središta gravitacije dviju grupa objektiva za fokusiranje.

Struktura pomičnog fokusa ne samo što poboljšava optičke radne značajke – podjelom na dvije grupe za fokusiranje smanjuje se i težina svake grupe, čime se postiže brz i precizan pogon automatskog fokusiranja.

S druge strane, iznimno precizno fokusiranje ključno je za postizanje pune rezolucije pri F1,2, a za to je potrebno sinkronizirano precizno pomicanje dviju grupa objektiva za fokusiranje koje su i dalje relativno velike i teške. To smo postigli pomoću Sonyjevih XD linearnih motora, koji imaju veliki potisak unatoč malim dimenzijama.

Uz malu dubinu polja pri F1,2 apsolutno nema mjesta za pogreške, pa se za praćenje grupa objektiva za fokusiranje koriste četiri senzora položaja da bi se uvijek znao njihov točan položaj.

I na kraju, da bi se potisak XD linearnih motora implementirao maksimalno učinkovito i da bi se pojednostavnilo uravnoteživanje odgovarajućih središta gravitacije dviju grupa za fokusiranje, između dviju grupa za fokusiranje umetnuta je fiksna optička grupa. Time se točka potiska motora poravnava sa središtem gravitacije svake grupe za fokusiranje te maksimizira učinkovitost prijenosa snage, uklanja nepotreban potisak i dodatno pridonosi postizanju velike brzine, preciznosti i tihog rada pogona automatskog fokusiranja. 

Voditelj za kontrolu pokretača i FE 50 mm F1,2

Voditelj za kontrolu pokretača / Yuki Mizuno

Mizuno: navest ću još neke podatke o pogonu za fokusiranje.
 
Prije svega, ovaj objektiv koristi ukupno četiri XD linearna motora s linearnim pogonom i dva su motora dodijeljena svakoj od dviju grupa objektiva za fokusiranje.

Svaki se motor dodjeljuje na temelju podataka dobivenih iz Sonyjeve simulacije dizajna motora. Dostignuća u tehnologiji simulacije dizajna motora omogućila su razvoj iznimno učinkovitih motora koji proizvode dovoljnu snagu unatoč značajnim ograničenjima veličine te postižu visoku razinu pouzdanosti u nepovoljnim uvjetima. Mogućnost dizajniranja motora čije su specifikacije i veličina optimalni za ovaj objektiv pridonijela je kompaktnosti bez kompromisa u pogledu radnih značajki.

Inače se za pogonjenje teških grupa za fokusiranje koriste rotacijski pokretači, ali osovine i zupčanici koji pretvaraju rotacijsko u linearno kretanje uzrokuju gubitak snage. Uz to, veliki broj mehaničkih dijelova može uzrokovati buku i vibracije.

To nije prihvatljivo za objektiv F1,2 odličnih radnih značajki koji smo htjeli dobiti, pa smo koristili male, ali snažne motore koji mogu izravno i linearno pogoniti grupe za fokusiranje uz XD linearne motore velike brzine s niskom razinom buke i vibracija.

No budući da linearni motori nemaju mehanizam za smanjivanje brzine, za dobivanje iznimno brzog i preciznog automatskog fokusiranja potrebno je iznimno responzivno upravljanje.

Konkretno, četiri senzora koja sam prethodno spomenuo precizno otkrivaju položaje grupa za fokusiranje i upravljačkom sustavu daju podatke o položaju u iznimno brzom ciklusu povratne sprege koji povećava responzivnost. Za to se koristi i Sonyjeva tehnologija za simulaciju upravljanja. Brojni su obrasci kretanja i zaustavljanja objektiva temeljito i višekratno simulirani, testirani na stvarnom hardveru i analizirani. Na kraju je izvedeno ugađanje, od ubrzanja do kočenja, da bi se postiglo optimalno glatko kretanje pokretača.

Takvim se preciznim upravljanjem buka i vibracije smanjuju toliko da biste se mogli zapitati pomiče li se uopće objektiv. XD linearnim motorima upravlja se softverski radi maksimalne brzine i responzivnosti automatskog fokusiranja te da bismo mogli stvoriti kompaktni objektiv vrhunskih optičkih performansi.

Objektiv nastao iz Sonyjeve jasne vizije fotoaparata budućnosti

Kikuchi: htio bih dodati i da ovaj objektiv F1,2 u potpunosti koristi funkcije kućišta fotoaparata. Sony sve ključne komponente razvija od razine uređaja, uključujući slikovni senzor, pa se fotoaparati i objektivi istovremeno interno razvijaju kao cjeloviti sustav. Kada razvijamo izmjenjive objektive, predviđamo i buduće inovacije fotoaparata da bismo zajamčili da će objektivi moći maksimalno iskoristiti radne značajke budućih fotoaparata.

Ovaj je objektiv idealan za korištenje uz novi α1, najavljen u siječnju 2021., s neprekidnim snimanjem brzinom 30 sl./s, rezolucijom 8K te snimanjem videozapisa visoke rezolucije od 4K 120p. No pokušali smo i predvidjeti buduće trendove za kućišta fotoaparata. Naš je cilj stvarati dizajne koji omogućuju maksimalne performanse, ne samo sad, već i u budućnosti.

Pouzdanost i jednostavnost korištenja
Jednostavnost rukovanja bez kompromisa

Takata: uz to, ovaj smo objektiv razvili bez kompromisa u pogledu jednostavnosti rukovanja da bi se mogao koristiti u profesionalnim situacijama.
 
Na primjer, unatoč kompaktnom kućištu, prilagodljivi gumbi za zadržavanje fokusa dostupni na gornjoj i bočnoj strani objektiva pružaju isti osjećaj prilikom rukovanja bez obzira na to snimate li u vodoravnom ili okomitom položaju.

Mizuno: osim toga, F1,2 osmislili smo imajući na umu ručno fokusiranje i pazeći na položaj prstena za fokusiranje te njegov zakretni moment i osjećaj prilikom okretanja. Objektiv je opremljen ručnim fokusiranjem s linearnim odgovorom, koji izravno i linearno reagira na okretanje prstena za fokusiranje da bi se zajamčila precizna prilagodba fokusa i reakcija na vrlo male pokrete prstena za fokusiranje. Kod objektiva F1,2 postoji velika potreba za iznimno preciznim određivanjem položaja, ali mi smo razvili objektiv koji zadovoljava tu potrebu.

Dovoljno robustan za korištenje u profesionalnim okruženjima

Kikuchi: objektiv je dobro zaštićen od prljavštine, prašine i prskanja vodom, a dizajn otporan na prašinu i vlagu jamči sigurno korištenje.
 
Prednji dio objektiva ima premaz od fluora radi zaštite od prašine i jednostavnog brisanja kontaminanata i otisaka prstiju.

Mizuno: u obzir smo uzeli i varijacije temperature okoline. Svojstva mehaničkih i električnih komponenti, kao što je snaga potiska pokretača, ovise o okolini i temperaturi. Objektiv sadrži softver koji neprestano optimizira radne značajke tako što samostalno izračunava razne kontrolne parametre radi zadržavanja preciznosti i u nepovoljnim uvjetima.

Zahvaljujući tome, autori mogu biti sigurni u odlične radne značajke i kada snimaju u nepovoljnim uvjetima na terenu, npr. u iznimno hladnim ili vrućim okruženjima.

Napokon: objektiv F1,2 kao nijedan dosad

Kikuchi: kada je riječ o optičkom dizajnu, ovaj objektiv s vrhunskom rezolucijom i efektom zamućenja pozadine vrhunac je serije G Master. S nestrpljenjem očekujem da naši korisnici sami iskuse prekrasni efekt zamućenja i visoku rezoluciju ovog objektiva F1,2.
 
Unatoč tome što se radi o objektivu F1,2, postigli smo izvrsnu ravnotežu kompaktnosti, odličnih radnih značajki i nekih aspekata koje je teško prenijeti isključivo specifikacijama. Preporučujem autorima da ga sami isprobaju. Objektiv je prepun raznih Sonyjevih tehnologija, pa će mi kao inženjeru za objektive biti drago vidjeti da korisnici njime snimaju razne prizore.

Mizuno: ovo je vrlo fleksibilan objektiv s raznim namjenama za razne korisnike, od profesionalaca do entuzijasta. Nikad prije nije postojao ovakav objektiv F1,2. Ne samo što je odličan za portrete i vjenčanja, već je i zbog vrhunskog automatskog fokusiranja fantastičan za snimanje prolaznih trenutaka te za praćenje objekata koji se brzo kreću tijekom sportskih događaja i sl.

Takata: ovaj kompaktni objektiv F1,2 ima i odlične radne značajke za snimanje videozapisa. Bilo da snimate iz ruke ili s kardanom, radne značajke automatskog fokusiranja omogućuju jednostavno praćenje objekata i uz malu dubinu polja pri F1,2. Zahvaljujući tihom automatskom fokusiranju i blendi u kombinaciji s preciznim i responzivnim prstenom za ručno fokusiranje vrlo je privlačan i za videografe. Nadam se da će korisnici uživati u novim oblicima vizualnog izražavanja kroz videozapise.

Uz nove načine doživljaja umjetnosti snimanja ovaj objektiv predstavlja odličnu vrijednost i potencijal serije G Master.