首页>器材频道>观点 > 佳能大小三元镜头系列开发访谈

佳能大小三元镜头系列开发访谈

色影无忌
佳能
梁爽
2018-06-07

 

Chapter 1

EOS诞生与L级大光圈变焦镜头的开发

想为专业用户制造梦想中的大光圈、高画质变焦镜头。 

 

大光圈变焦镜头最初的开发是什么时候?

商品企划 ―――― EF镜头系列中面向专业用户的大光圈变焦镜头首次登场是在1989年,与当时佳能专业级的自动对焦单反相机EOS-1同时发售,有EF 20-35mm f/2.8L、EF 28-80mm f/2.8-4L USM和EF 80-200mm f/2.8L共3款。这样一来,佳能专业用途的F2.8起变焦镜头系统就凑齐了3款。当时的镜头设计人员称,制造EF卡口的专业用途大光圈变焦镜头是自己的梦想。以前,很多追求画质与大光圈的专业用户都只用定焦镜头。1973年,FD 35-70mm f/2.8-3.5 S.S.C.发售后广受好评,想要大光圈高画质的专业级变焦镜头的呼声越来越高。随着技术的进步,EF系列的3款L级变焦镜头发售后,对变焦镜头持谨慎态度的专业用户也开始使用光圈和画质接近定焦镜头的变焦镜头了。

 

 

现在各品牌都有发售全焦段F2.8恒定最大光圈的变焦镜头。但在当时那个年代,推出F2.8起的变焦镜头,而且要覆盖广角、标准和远摄焦段,是相当困难的。着眼未来,如果没有当时设计人员们对困难和新事物的挑战之心,L级大光圈变焦镜头就不会发展到现在这个程度,也不会如此受拥护。

 

 

Chapter 1

EOS诞生与L级大光圈变焦镜头的开发

目标是最大光圈恒定F2.8的变焦与USM下构建
应对专业需求的自动对焦系统。

 

请谈谈初期F2.8L变焦镜头系列的特征。

 

商品企划 ―――― 1989年上市了3款大光圈变焦镜头,而EF 17-35mm f/2.8L USM、EF 28-70mm f/2.8L USM和EF 70-200mm f/2.8L USM是其升级版,实现了全焦段恒定F2.8的最大光圈。得益于此,最大光圈下不会因变焦导致光圈变化,3款镜头组合提升了拍摄现场的使用便利性。此外,3款都配备USM超声波马达,自动对焦拍摄更加快速、快适。EF 70-200mm f/2.8L USM还支持1.4倍和2倍的增倍镜。

 


机械设计 ―――― 在相机机身安装马达驱动对焦镜片为主流的时代,佳能通过自行研发,采用了镜头内安装驱动马达的方式。根据具体镜头选择合适的位置配置驱动系统,实现了更高速、高精度且安静的自动对焦。当时开发的环形USM超声波马达配合镜头形状,并改良了控制性等,变得更强大。

 

商品企划 ―――― 佳能镜头中首款配备USM超声波马达的产品是1987年EOS系统诞生那年发布的远摄镜头EF 300mm f/2.8L USM。即使是在景深很小的远摄300mm下,也能通过自动对焦实现快速高精度的合焦,获得了很高的评价。其USM超声波马达技术用于F2.8L变焦镜头系列,构建了专业用户所需的自动对焦变焦镜头系统。

 

 

 

 

Chapter 2

 

加速的数码化进程和可靠性的提升

进入数码时代,让更多用户认识到L级镜头的价值。

 

请谈谈进入数码时代时的情况。

 

商品企划 ―――― 与胶片时代不同的是,数码时代大幅打印所拍照片的机会增多了。因此需要开发者在设计镜头时比从前更重视画质。

 

光学设计 ―――― 最大光圈恒定的变焦镜头在光学设计方面,尤其困难的是远摄区域的球面像差、广角区域的像面弯曲,以及从广角端到远摄端的色像差补偿,重要的是如何选用玻璃材质和非球面镜片。那个年代的模拟软件不及现在这么好,开发过程中遇到了很多困难。制造试制品反复测试,目标是无愧专业级镜头的性能平衡。

 

机械设计 ―――― 由于相机的像素数提高了,就需要更高精度的对焦。为此整体改善了对焦驱动系统。为了尽可能发挥出系统性能,根据不同产品使用不同的光学调试方法,一支一支地分别进行调整。另外,各镜片组的倾角与偏移的调整也改为数码方式,提高了精度。

 

 

商品企划 ―――― 随着单反相机的数码化,L级镜头在画质方面也有进一步的发展。

 

Chapter 2

加速的数码化进程和可靠性的提升

采用新的“变焦联动内对焦机构”。

 

标准变焦镜头实现24mm广角端的关键是什么?

 

机械设计 ―――― 采用变焦联动的内对焦机构,实现了更大的广角。在这之前,变焦镜头的对焦方式受机械构造限制,从广角到远摄的各焦段下,由无限远对焦至最近时,对焦镜片的移动量是一定的, 光学设计因此受到限制。变焦联动内对焦机构使光学设计不再受此限制,是意义重大的对焦机构。

 

光学设计 ―――― 有了变焦联动内对焦机构,镜头从以前的前镜片对焦转变为后对焦及内对焦,标准变焦镜头的广角端得以在尺寸基本不变的条件下,实现更大的广角。之后发布的EF 24-105mm f/4L IS USM也采用了此机构,对实现广角端24mm起的高倍率变焦镜头也有很大贡献

 

 

电子设计 ―――― 另外,变焦联动内对焦机构在历代EF 70-200mm f/2.8L系列上都有应用,对远摄镜头的小型化也有贡献。可使对焦镜片小型化,实现远摄镜头自动对焦的高速驱动。

 

 

Chapter 2

加速的数码化进程和可靠性的提升

大幅提升耐久性・坚固性,应对专业用户的需求。


请谈谈2005年左右开始是如何提升耐久性的

 

商品企划―――― 进入数码时代后,一大变化就是拍摄张数。尤其是新闻报道等媒体方面的用户,拍摄张数大幅提升,对耐久性与坚固性的要求一下高了很多。通常的使用一般不会产生故障,但在新闻报道摄影的领域,无法避免器材的磕碰,相机和镜头的使用环境非常严苛。我们一直以构建专业用户所需的摄影系统为目标,整体从零开始重新设计了机械构造,力求提升耐久性和坚固性。

 

机械设计 ―――― 原先频繁转动的变焦环与内部机构是机械性联动。随着数码时代的到来,要兼顾舒适的操作感与可靠性,从2005年左右开始在联动部采用轴承,动作变得更流畅。另外,内部机构变得越复杂,操作就相应越不舒适,因此从光学设计阶段就兼顾操作性进行研究,不断反复试错。防水滴防尘结构※方面,仅提高密封度就会使操作阻尼变大,所以还要考虑到留出空气的通道,令其与防水滴性能保持平衡,并且在此基础上不影响外观。

 

※ 本结构虽然具有一定的防水滴性能,但是如果在雨天拍摄时,请尽量不要淋湿。

 

 

商品企划―――― 大幅提升耐久性的结果是更能适应专业用户的需求。不在机会只有一次的拍摄现场出现问题,这一点可以说是规格上体现不出的性能,这才是专业用户所需要的。

 

机械设计 ―――― 例如,70-200mm的远摄镜头多用于体育摄影,绝不能发生没能定格决定性瞬间的失败。2010年作为升级版发布的EF 70-200mm f/2.8L IS II USM及此后的镜头,耐久性和坚固性都大幅提升了。

 

 

Chapter 2

加速的数码化进程和可靠性的提升

佳能的强大在于兼具高精度与将其量产的技术。

 

请谈谈广角镜头非球面技术的进步。

 

光学设计 ―――― 进入数码时代后,周边画质的提升与如何补偿倍率色像差成为了一大课题。其中非球面镜片的技术不可或缺。佳能拥有研磨非球面镜片、复合非球面镜片和GMo(玻璃模铸)非球面镜片等的设计・制造技术,根据镜头不同的需求分别采用适合的镜片。EF 16-35mm f/2.8L III USM采用了大口径的双面非球面镜片,像差得到了很大改善。

 

非球面镜片

生产技术 ―――― 佳能的强大在于拥有能够量产需要高精度的大口径GMo非球面镜片的技术力量。EF 16-35mm f/2.8L III USM采用了约φ62.5毫米的大口径非球面镜片。佳能将自行研发用于半导体光刻设备的研磨与测量技术应用在了面向普通消费者的镜片开发中,其精度远高于相机用镜头所需精度,从而提升了镜片金属模具成型的精度,为实现大口径非球面镜片的量产提供了保障。研磨非球面镜片也应用了此技术,实现了原来约2.5倍的精度。得益于此,点光源的虚化也变得更美。

 

高精度GMo非球面镜片 金属模具

 

请谈谈远摄镜头的光学系统。

 

商品企划 ―――― 远摄镜头的色像差问题尤其严重,一般使用UD(超低色散)镜片等低色散玻璃补偿像差。EF 70-200mm f/2.8L IS II USM是佳能大三元镜头中首次采用萤石镜片的型号,也得到了用户的好评。EF 70-200mm f/2.8L IS III USM为了应对改善眩光的需求,采用新镀膜技术ASC镀膜,令产品性能更强大。

 

光学设计 ―――― 产品样本中没有特别提到,还采用了能够补偿色像差、像面弯曲、周边像差等的高折射率玻璃等新玻璃材料。近几年变得能使用多种多样的玻璃材料了。乍看之下,远摄镜头的光学系统没有很大变化,但在光学设计人员看来,能够使用原先梦寐以求的玻璃材料,使得镜头设计更加灵活了。

 

UD镜片

镜片加工 ―――― UD镜片是非常难处理的精密材料。佳能通过长期研究积累,在大约10年前确立了可实现UD镜片量产的自动化技术,能够以稳定的品质供应UD镜片。另外,由于高精度加工技术的成熟,前面提到的高折射率玻璃也能用到镜头上了。

 

Chapter 2

加速的数码化进程和可靠性的提升

着力于匠人手艺的标准化,力求稳定供应高品质镜头。

 

数码化进程给镜头的生产制造带来了哪些变化?

 

 

镜片加工 ―――― 数码时代背景下的市场需求更加旺盛,所以产品的量产是必须的,以往镜片的生产是高精度作业的小批量生产,但是如今却变成了一日数百片的规模化量产。因此,以往的依靠工匠个人技能的作业要最大限度地标准化(数码化)。此外,随着生产工具标准化的不断推进,还积极引进了新的加工机械和测试机器。随着以上的改变,我们实现了精度很高的镜片加工工艺,在品质稳定的同时成功实现了量产化。

 


宇都宫工厂为了高品质地实现产品的稳定供应,用于所有产品的镜片基本都实现了加工工序的自动化。但是,由于镜片的形状和精度的问题,也存在着自动化比较困难的部分。为此,在特定零件的研磨工序中需要结合熟练工的技能培养与传承。

 

Chapter 2

加速的数码化进程和可靠性的提升

生产技术与设计相结合,以员工交流沟通
为纽带构建和谐生产关系。

 

镜头从设计完成到生产线生产的过程是怎样的?

 

光学设计 ―――― 在镜头设计方面采用了佳能自主研发的光学模拟软件,对新结构镜头进行设计。此外,在试作前还展开了多种材质的强度与撞击模拟实验,把握其对光学性能的影响。这些模拟实验之中采用了数据处理能力非常高的计算机。
 

研究所紧邻工厂,两者相辅相成

商品企划 ―――― 通过模拟实验可以确认不同焦距、焦点及光圈下是否会出现眩光、鬼影,以及会以怎样形式出现。这样就可以在设计环节上将性能尽可能地提升,当然生产工厂方面也要以必要的精确度来应对

 

宇都宫工厂

生产技术 ―――― 设计部门与工厂的技术部门,从开始构想新产品的阶段起,就频繁举行技术研讨会。在这一阶段探讨关于产品的新要素和技术要点,组装和加工的难易度以及自动化支持等课题,确立应对量产所需的准备。

 

 

 

Chapter 3

以提升F2.8L/F4L变焦系统的满意度为目标

延续F2.8L变焦镜头的高画质,
力求制造出更具便携性和机动性的镜头系统。

 

F4L变焦镜头系列是以怎样的理念为指导实施开发的?

 

 

商品企划 ―――― F2.8L变焦镜头系列得到了专业摄影师的高度评价,我们在继承其高画质的基础上着眼于开发更具便携性的F4L变焦镜头系列。并定位为专业摄影师的备选镜头。简单来说就是希望制造出机动性更高的镜头系统。以口径的缩小实现价格的降低,并面向基数更大的发烧友用户。

 

光学设计 ――――虽然定位在F2.8L变焦系列之下,但光学性能方面却没有妥协。实际上在最大光圈下的对比测试中有着与F2.8L变焦系列基本持平的高画质表现。

 

商品企划 ―――― F2.8的大光圈的确充满了魅力也非常受欢迎,但在专业摄影师当中也有特意选择F4镜头系列的用户。这是因为此系列具备更好的便携性,随时都可快速取出并完成拍摄。此外,随着最近数码相机在高感光度性能上的提升,F4L变焦镜头的易用性也随之提高。F4L变焦镜头的上市,让用户可以针对拍摄目的及个人喜好进行器材选择,构建产品线更加丰富的EF镜头系统。

 

 

Chapter 3

以提升F2.8L/F4L变焦系统的满意度为目标

从广角镜头到远摄镜头均具备IS功能是F4L镜头系列的魅力。

 

在F4L系列上配备IS功能的理由是什么?

 

机械设计 ―――― 因为光圈比F2.8L变焦镜头要小,实现了小口径的镜头结构,这样即使配备了IS功能也不会使镜头体积过大。镜筒构成和IS单元该如何配置才能延续F2.8L系列镜头的高画质,在这些细节方面显示了设计功力。

 

电子设计 ―――― 随着IS功能的不断进步,新EF 70-200mm f/4L IS II USM基于CIPA标准实现了最大约5级的补偿效果。IS性能的提升虽然有利于使用低速快门,但低快门速度下又需要对低频的振动进行补偿。低频振动是人体整体较大的晃动,为了对此进行补偿,就尽量不能屏蔽陀螺仪感应器检测的低频信号,并进行相应的控制。

 

商品企划 ―――― F4L变焦系列从广角到远摄有4款具备IS功能的镜头。可依据拍摄目的组成高机动性的镜头系统这一点颇具魅力。

 

从广角、标准到远摄都有具备IS功能的镜头可选是F4L系列的优势
EF 16-35mm f/4L IS USM
EF 24-70mm f/4L IS USM
EF 24-105mm f/4L IS II USM
EF 70-200mm f/4L IS II USM

 

 

 

Chapter 3

以提升F2.8L/F4L变焦系统的满意度为目标

开发EF镜头专用的微型芯片,成功提高了性能和集成度。

 

在看不见的地方有什么进步吗?

 

电子设计 ―――― 2007年前后开始在EF镜头上配备专用的微型芯片。在此之前所使用的是通用芯片,并配合外部零件组成的专用电路控制USM和IS等单元,但通用芯片中并不具备我们所需要的全部功能,所以在空间占用和性能方面存在着一些问题。于是我们着手开发适合EF镜头的专用微型芯片。EF 70-200mm f/4L IS II USM配备了新的微型芯片,实现了高效的演算处理。

 

 

电子设计 ―――― 使用专用微型芯片提高了性能和集成度。实现了更高精度控制的同时对缩小空间占用,促使镜头小型化有着很大贡献。如今随着技术的不断进步,芯片正在向着更高性能发展。2007年以后发售的EF镜头基本都配备了上述专用的微型芯片,使镜头的电子性能得到提升。

控制性能的提升带来什么好处?

 

电子设计 ―――― 例如在短片拍摄时可实现USM的低速驱动以及电磁光圈的流畅动作。原本的照片拍摄需要的是快速合焦,光圈的动作也是要快速。但是短片拍摄是相反的,需要缓慢且流畅地控制对焦和光圈。

 

机械设计 ―――― 考虑到如今短片拍摄时焦点的持续低速移动对于USM来说比较困难,这就需要开发出不同以往的控制方法。改进的驱动单元在外观上与之前的USM相同,但动作方式与之前相比有着很大的进步。

 

 

电子设计 ―――― 随着使用L级大光圈变焦镜头拍摄短片的需求不断增大,我们尽可能地降低了镜头的动作音。新的EF 70-200mm f/4L IS II USM在有效地控制IS影像稳定器的驱动音方面取得了成功。这也是专用微型芯片的功劳。

 

Chapter 3

以提升F2.8L/F4L变焦系统的满意度为目标

从专业用户出发,
以制造出高端用户的理想镜头系统为目标。

 

F2.8L与F4L变焦系列在今后将如何发展?

 

商品企划 ―――― F2.8L与F4L变焦系列随着EOS-1系列与EOS 5系列等专业用户使用的相机一同进化。我们一直在追求针对专业用户的理想镜头。今后也会继续以此为目标。我们的目标是开发出成像性能、操作性、耐久性与坚固性方面都能应对专业用户要求、可以冠以“L”之名的变焦镜头。且为了制造更好的镜头,现在也在不断挑战生产技术与设计技术的新高度。镜头开发人员持续迎接新挑战的原动力是“想为专业用户制造出更好的镜头”的心情。立足于时代,让镜头的品质和性能够应对专业用户的需求。即便影像相关环境产生变化,只要有持续追求新影像表现与影像价值的专业用户在,我们就会让作为当下EOS系统基础的镜头系统不断进化。

 

敬请期待专业用途的L级变焦镜头系统的未来。

佳能
大三元
小三元
镜头
开发访谈
佳能
大三元
小三元
镜头
猜你喜欢