大家好。这是深入研究LUMIX镜头的连载系列 光学设计部。
在“光学设计部”中，我们的设计人员将为大家介绍镜头设计的解读和特点，分享一些在说明书上看不到的细节和想法。
对于正在考虑购买镜头的朋友，我们希望大家能够更好的了解LUMIX镜头的设计理念；对于已经拥有LUMIX镜头的用户，我希望大家能通过拍摄体验到这些镜头背后不为人知的细节和用心。敬请期待！
这是一篇由开发者撰写的文章，里面可能会使用许多专业术语来解读镜头。相信大家读完之后，也会对你的镜头有更深的了解。
第四期我们讲述的镜头是“LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.”，项目负责人是北田。
S PRO镜头和S镜头
到目前为止，“光学设计部”已经介绍了很多S PRO镜头，但这次是该系列的第一款S镜头，所以我们先从松下全画幅S系列镜头开始解释。
LUMIX拥有S PRO镜头和S镜头两个系列，S PRO镜头是根据LUMIX极为严格的S PRO镜头标准，规划→设计开发→制造的镜头。
而S镜头则是，除了优秀的光学性能外，还要兼顾机动性和通用性。
该系列主要是超广角变焦镜头LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6，以及具有统一解析力、尺寸和可操作性的F1.8军团系列。
S系列长焦变焦镜头设计初衷
在70-300mm的开发过程中，我们与产品规划部门反复讨论S系列长焦变焦镜头的设计，并确定了以下3点作为开发理念。
1. 整个变焦范围内具有出色的画面表现能力和高质量的虚化效果
2. 提升图像表现力，搭载长焦微距功能
3. 优秀的机动性和出色的操作性
通过实现这些功能，就可以在不接近拍摄对象的情况下进行望远拍摄，尤其是拍摄铁路和飞机、或者利用望远微距功能拍摄花卉和昆虫等。
这里，我们将说明受光学设计影响较大的第一和第二点。
整个变焦区域具有出色的分辨率和高质量的散景效果
下图是S-R70-300的镜头结构图。
从物体侧开始，依次采用“正负正正负正负”的7组变焦结构，通过校正变焦过程中产生的像差波动，使得画面在整个变焦范围内都能保持较高的成像质量。
镜头配置为11组17片，拥有1片UED镜片和2片ED镜片并被安置在适当的位置，镜头配置抑制了长焦变焦镜头中随着焦段伸长而容易出现的色差。
如镜头结构图所示，LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.未使用非球面镜头。
通常情况下，增加非球面镜片的数量可以更容易地实现小型化和高性能化，但另一方面，它往往会导致轮线散景，即在虚化效果中出现“洋葱圈”的图案。
松下拥有高超的非球面镜片加工技术，可以尽量使轮线不显眼，但由于是特殊的加工方法，成本较高。因此，为了以合理的价格享受没有轮线的虚化效果，我们便决定使用不含非球面镜片的光学系统。
此外，通过实施在整个变焦范围内适当控制球面像差的光学设计，我们实现了抑制双线模糊的柔和虚化效果。下图是用该镜头拍摄的模糊照片。具有美丽的虚化效果，没有“洋葱圈”。
创造新视觉表现力的长焦微距功能
当焦距为 300 毫米，拍摄倍率设置为 0.5 倍（以下简称半微距）时，从无限远到最小对焦距离的对焦移动量（以下简称对焦行程）会变大，导致对焦过程中的像差波动变大。
虽然无法显示变焦时各透镜组的运动轨迹，但为了确保对焦行程的稳定，我们优化了焦点组后面的透镜组（第 6 组）的运动轨迹，并在焦点组后面放置了正负功率的透镜组，以抑制对焦时的像差变化。
而且我们减轻了构成对焦组的镜头球的重量，以便在对焦行程较大的情况下也能实现快速、准确的自动对焦。
在LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.的光学设计中，我们将镜片外径较小的镜片组作为对焦组，对于镜片的玻璃材料，也选择了比重较轻的材料，从而实现轻量化。
这张照片是用300 mm半微距拍摄的橡子。虚化背景效果非常明显，能够很好的突出主体。
至此，介绍了LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.的光学设计。
镜头的开发不仅涉及光学设计，还涉及机械设计、电机设计、控制设计、电气设计等技术领域。
举个例子，介绍一下LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.的机械设计工作。
该镜头的光学设计采用了七分量变焦结构，在整个变焦范围内都能实现出色的成像性能，变焦时五个镜片组能够通过凸轮机构沿光轴移动。
因此，我们配置共计17个凸轮槽，在有限的空间内配置了全部所需的凸轮槽，同时还要提高变焦环的操作性，这真的非常困难。
通过光学设计者和机械设计者的协同作用，以0.01mm为单位对各镜片组的变焦移动轨迹进行最佳设计，高密度地布置了共计17个凸轮槽，从而实现了多成分驱动和变焦操作时的高品质触感。
下图是该镜头凸轮筒的鸟瞰图。您可以看到凸轮槽的复杂布置。虽然没有全部用箭头表示，但挖空的部分全部都是凸轮槽。
凸轮筒俯视图
目录中未显示的设计师细节
可互换镜头具有目录中未显示的性能。代表性的“散景味道”就是其中之一。
LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.非常注重“光线”，在这方面我想解说一下。
光线是光圈缩小拍摄点光源时在点光源周围出现的放射线。它们是由光圈叶片的衍射现象产生的，因此光圈叶片的形状很重要。
光圈叶片的形状也会影响小光圈下的散景形状，因此该镜头中光圈叶片的形状经过精心设计，可实现美丽的散景效果和令人印象深刻的光线效果。
下图是从正面看到的光圈叶片。橙色表示的部分指的是1个光圈叶片，它重叠了11个。
11片叶片 圆形虹膜光圈
这张照片是从千里川的堤坝上拍摄的伊丹机场的照片。我觉得可以表现出令人印象深刻的光线。
从千里川堤岸拍摄的伊丹机场
这是对LUMIX S系列长焦变焦镜头LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.光学设计的解说。
如果您已经拥有这款镜头，希望您可以享受出色的描绘性能，柔和的散景及自然且令人印象深刻的描绘效果。
我们还希望您将其用于各种场景，例如利用长焦镜头罕见的半微距功能拍摄植物和昆虫，以及利用光线的夜景。
