发挥RF卡口大口径与短后对焦距离的优势,佳能开发了RF的F2.8L系列“大三元”变焦镜头的新款。
开发者真心希望专业摄影师能够尽早地将EOS R系统运用到作品的创作中。
——请先谈谈RF70-200mm F2.8 L IS USM的开发理念以及实现商品化的经过。
河合(商品企划):这款镜头的开发理念是发挥RF卡口大口径与短后对焦距离的特点,实现不负F2.8L大三元系列之名的高画质,同时实现能够轻松手持拍摄的良好携带性。EOS R系统在设计上更易发挥“高画质”“高性能”以及“小型化”的优势,此款镜头的设计也尽可能地体现了此优势。
在这个时间节点上推出RF镜头F2.8L大三元系列,是为了尽早让专业摄影师体验到EOS R系统的魅力,开发人员的这一愿望很强烈。EF镜头的相同系列具有明亮的大光圈、可适应多种拍摄场景的变焦范围,以及良好的成像性能。在操作性、坚固耐用性等方面都获得了用户很高的评价。
在开发之初,光学设计者、机械设计者以及电子设计者对“发挥RF卡口特点的设计能实现什么”进行了反复深入的讨论。基于佳能的技术积累,要开发出让专业摄影师与摄影发烧友满意的新款常备镜头,最后决定采用伸缩式的变焦结构,缩短镜头长度,使得轻量化与高画质兼备。
奥田(开发主管 / 机械设计):EF 70-200mm f/2.8L IS III USM虽在画质方面受到好评,但有用户反馈说,去海外旅行或去远离城市的内陆拍摄时,背着大相机包,行动很辛苦。
河合(商品企划):因此,我们将缩短镜头长度作为开发的一个目标,让镜头能轻松装入小相机包。
——2019年2月,开发信息发布后的反应如何?
河合(商品企划):反响超出了预期。在公司内也会听到大家兴奋地觉得“这样专业摄影师的机动性就能得到很大提升了”,全长大幅缩短正是镜头的惊人之处。
开发动机是用户反馈说,期待EOS R系统出一款小型远摄镜头。看到开发信息发布后的反响,我们都希望镜头能够尽早上市以回应用户的期待。
——这款镜头也受到很多EF镜头的用户的关注吧?
河合(商品企划):我认为实现了原有EF镜头之上的画质及操作性。但也有EF 70-200mm f/2.8L IS III USM和EF 70-200mm f/2.8L IS II USM的用户觉得,从耐用性来看,镜头前端不伸出更好。因此,公司内部也考虑是否采用内变焦,也就是如EF 70-200mm f/2.8L IS III USM那样,镜头全长不发生变化(通过移动镜头内中间部镜片组进行变焦的方式)。但因为比较坚持L级镜头在严酷拍摄环境下的可靠性,以及性能的稳定性,还是采用伸缩式的设计以实现与小型化的兼顾。
奥田(开发主管 / 机械设计):在70-200mm F2.8变焦镜头上实现伸缩式变焦结构,得益于RF卡口的大口径与短后对焦距离。
采用伸缩式变焦结构的L级远摄变焦镜头,过去有EF 70-300mm f/4-5.6L IS USM和EF100-400mm f/4.5-5.6L IS II USM,此次导入了之前所积累的经验技术并加以改良。设计上实现了与以往镜头相同或更高的可靠性和耐用性。
大口径、短后对焦距离的RF卡口
具备直径54mm的大口径卡口,以及镜片可靠近成像面配置、光学设计灵活性高的短后对焦距离。相当于单反相机反光镜的空间可灵活用于光学设计,为相机与镜头系统整体的小型化做出贡献。
——小型轻量化使拍摄领域得到了很大的扩展。
河合(商品企划):从无限远到最近对焦距离的画质都很好,可应对多种多样的拍摄场景。通过小型轻量化的设计,拍摄时可无所顾虑地轻松携带。搭乘飞机时,一般都希望将相机、镜头放入随身行李带上机舱,这时小型轻量化的镜头也很有优势。
为实现小型轻量,在开发的最初阶段便确定了采用伸缩式变焦结构。
加之为了实现高画质与高可靠性,包括工厂部门在内的佳能所有开发相关部门都围绕技术课题展开了反复的讨论。
——小型轻量化的开发是如何推进的?
奥田(开发主管 / 机械设计):开发初期就确定了采用伸缩式变焦结构的大方针。包括工厂部门在内,围绕需要新开发或改良的技术,进行了频繁的研讨。可以说是动用了佳能开发部门最大的研发力量来设计这款镜头。
——通过什么样的技术实现了小型化?
奥田(开发主管 / 机械设计):首先,在缩短光学结构全长方面,是通过尽可能地发挥大口径卡口与短后对焦距离的优势来实现的。在镜头全长最短的70mm端状态下,要能容纳全部机械与电子元件,空间上比内变焦结构要紧张。通过元件的小型化与合理配置,解决了此难题。
其次,为了实现包括近距离拍摄在内全部拍摄距离下的高画质,采用了2个NANO USM超声波马达的电子浮动对焦机构。在之后会进行详细说明,简单说就是用2个NANO USM超声波马达分别控制独立的2组镜片组进行对焦控制的技术。基于尽可能小型化的理念,为了优化NANO USM超声波马达的位置进行了反复的尝试。
——光学设计方面遇到了什么样的难题?
篠原(光学设计):镜头设计在发挥短后对焦距离优势的基础上,尝试了多种镜头结构,并使用了目前所拥有的多种技术。小型轻量与高画质是对立的关系。此次为了缩短镜头全长同时尽可能发挥各镜片的性能,增大了镜片折射。这样会对画质方面产生影响,因此积极采用了超级UD(超低色散)镜片以及UD非球面镜片等新材料,力求补偿色像差与球面像差。通常需要数片镜片补偿像差的地方,仅需1片此类镜片便可获得良好效果,助力镜头实现小型化。镜头重量与镜片数量关系很大,镜片数量的减少直接影响镜头的轻量化。
将色像差补偿效果理想的镜片进行合理配置,抑制色晕,实现了从画面中央到边缘的高画质。
——为了实现轻量化,还导入了什么其他技术?
奥田(开发主管 / 机械设计):将EF 70-200mm f/2.8L IS III USM中由机械装置(机械控制镜片组动作)组成的变焦机构的一部分替换为了支持NANO USM超声波马达的电子凸轮。去掉了较大的金属机械元件,减轻了重量。为了实现轻量化,设置了规格上的目标值。通过技术的集结,最终实现了不包含三脚架座时约1070克的重量。与约1480克的EF 70-200mm f/2.8L IS III USM相比,重量减轻了约30%。
河合(商品企划):从用户角度讲,体积小了重量肯定也要轻。我们也希望设计部门能回应这种单纯的愿望。很多用户使用约1500克的EF 70-200mm f/2.8L IS III USM手持拍摄。RF镜头重量减轻到什么程度才能给用户带来惊喜与便利,是开发过程中我们一直考虑的问题。
——产品所采用的NANO USM超声波马达是什么样的元件?
大泽(机械设计):NANO USM超声波马达具备很小的体积与大扭矩,是静止图像拍摄时可实现高速自动对焦,短片拍摄时可实现安静顺畅自动对焦的超声波马达。RF24-105mm F4 L IS USM是佳能首款采用NANO USM超声波马达的L级镜头,其当时采用的NANO USM超声波马达就实现了与以往相比,大幅的小型化。此次为了匹配远摄变焦镜头又进行了改良。
远摄镜头的镜片组移动量(行程)大,NANO USM超声波马达的设计难度高。此次成功开发出了体积小,自动对焦性能维持不变且行程长的NANO USM超声波马达。期待此款马达未来会应用到RF镜头,甚至超远摄镜头等中。
——实现小型轻量化的关键,还有其他哪些方面?
奥田(开发主管 / 机械设计):为了实现轻量化,省略了“IS机械锁定机构”。在EF卡口镜头中,如IS镜片组很重,在没有通电时,为了固定镜片组,就需要“锁定环”这一部件。RF卡口镜头与之不同,镜头安装在相机上就会一直保持通电状态,因此不需要机械固定装置,所以能够省略掉这一部件。
河合(商品企划):并且RF70-200mm F2.8 L IS USM特意采用了不能安装增倍镜的设计,这也是优先考虑小型化的决定。EF 70-200mm f/2.8L IS III USM受到EF卡口的限制以及安装增倍镜所需空间的限制,后对焦距离长。而RF卡口的后对焦距离大幅缩短,可以进行不同的光学设计。本镜头将大多数用户能够受益的小型轻量化作为第一目标进行开发,并集结了佳能的全部技术。
佳能首款具备2个NANO USM超声波马达电子浮动对焦机构的镜头。
在开发中为了尽可能运用此新技术,光学设计者对佳能自主开发的光学设计工具进行了改良。
——实现小型轻量与高画质兼备的技术关键是什么?
篠原(光学设计):通过使用2个NANO USM超声波马达,镜片组的位置移动比以往更灵活,这与实现高画质紧密相连。2个NANO USM超声波马达可以使对焦镜片与浮动镜片这2组镜片独立运动。通过电子驱动浮动镜片的电子浮动对焦机构是佳能镜头上首次采用。
——能够带来哪些性能方面的提升?
篠原(光学设计):实现了最近对焦距离下的画质提升以及最近对焦距离的缩短。EF 70-200mm f/2.8L IS III USM的最近对焦距离为约1.2米,本镜头缩短至了约0.7米。解决了之前难以更加靠近被摄体拍摄的问题,提升了拍摄的便捷性。最大放大倍率也由EF 70-200mm f/2.8L IS III USM的约0.21倍提升到了约0.23倍。
——光学设计方面克服了哪些困难?
篠原(光学设计):在开发中为了尽可能运用电子浮动对焦机构的新技术,光学设计者对佳能自主开发的光学设计工具进行了改良。本镜头采用了13组17片的光学结构,其中包括1片超级UD镜片、3片UD镜片、1片UD非球面镜片、1片GMo玻璃模铸非球面镜片。靠近成像面的GMo玻璃模铸非球面采用了可降低眩光与鬼影的SWC亚波长结构镀膜。基于短后对焦距离的RF卡口能够在靠近成像面的位置配置大口径镜片,因此SWC亚波长结构镀膜的防反射效果也更好。本镜头比以往同类镜头镜片数量少,却实现了与以往镜头同样甚至更高的画质。作为光学设计者,可以自豪地说镜头的设计更加趋于理想化。
——镜片减少却保持高画质不变,在一般看来是很难实现的吧?
篠原(光学设计):确实很难。可以说RF70-200mm F2.8 L IS USM是通过光学设计的技术革新,才在镜片数量减少的基础上实现高画质的。
电子浮动对焦机构为高画质与自动对焦精度的提升做出贡献。
开发时通过机械、光学、电子等设计部门间的联合协作,克服了2个NANO USM超声波马达协同驱动等难题。
——本镜头采用电子浮动对焦机构的好处有哪些?
篠原(光学设计):在EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS II USM和EF 100mm f/2.8L IS USM 微距中也采用了浮动对焦机构,但由于使用的是机械式的,只能做相对简单的动作。RF70-200mm F2.8 L IS USM的2组镜片通过电子装置独立驱动,实现了高速、高精度的静止图像自动对焦与最近对焦距离下画质的提升。
圆山(电子设计):作为电子设计,从零开始考虑了如何驱动2组镜片。镜片组独立可进行复杂动作,要不影响相机对焦精度的同时获得更高驱动速度。如何平衡两者,在技术上下了很大功夫。变焦时镜片组的驱动控制采用了电子装置,这在佳能F2.8L大三元系列中尚属首次。本镜头能够对用户的变焦操作进行预判,更加顺畅地驱动镜片组,从而实现了不输机械装置的快捷操作感。
奥田(开发主管 / 机械设计):
为了让EF变焦镜头的用户在使用本镜头时也能感觉顺手,特别注意了镜头的响应性。
圆山(电子设计):为实现电子浮动对焦控制,之前就有采用2个NANO USM超声波马达的设想,也早就开始着手进行基础研究了。在构想阶段就对如何进行同步动作进行了模拟。就怎样动作才合适这一课题,机械设计部门与光学设计部门共同进行了反复讨论,最终形成了现在的产品。因为有2个驱动装置(NANO USM 超声波马达),驱动时产生的噪音会增倍。如何动作可减小噪音产生,以及手动对焦、变焦操作等时的实际工作噪音都反复进行了测定。针对短片、静止图像拍摄等条件,抑制驱动音,对拍摄过程中的噪音进行了优化。
——镜头的对焦速度怎么样?
圆山(电子设计):要超越佳能以前的产品,实现更高性能,开发时以此为前提确定了对焦速度的目标。静止图像拍摄中,对焦注重响应性,追求“高速”。短片拍摄方面,并不希望对焦速度过高,而是注重对焦动作的“平滑顺畅”。对焦速度的开发也同时考虑到静音性能。静止图像和短片拍摄分别使用不同的参数,非常谨慎地进行微调。针对动态被摄体的对焦性能虽然也受相机性能的影响,但结合相机,也需要在镜头上进行调整,以获得合适的对焦动作。为此,我们反复进行了使用相机追踪动态被摄体的实地测试,为了让自动对焦获得充分的反应速度,将对焦算法进行了优化。
——对焦环操作时的响应精度也是值得关注的一点。
奥田(开发主管 / 机械设计):对焦环是没有机械结构传动的电子环。本镜头新采用高精度薄型的编码器(将对焦环旋转量转换为电子信号的部件)。因体型纤薄,也有助于实现镜头的小型轻量。旋转检测的分辨能力提升,手动对焦捕捉对焦峰值时也能对微小的指尖操作做出反应,且支持灵敏度的变更等,追求操作的快适性。
IS单元也面临小型化的课题。这里发挥了技术研发的力量,
采用佳能自主开发的机构,新的IS单元更加小型化。
RF卡口下相机与镜头之间通讯性能的强化也为提升IS影像稳定器的精度做出了贡献。
——IS影像稳定器的性能有提升吗?
奥田(开发主管 / 机械设计): RF70-200mm F2.8 L IS USM的IS单元配置在第二组镜片中。因为是大口径镜头,IS单元必然较大。为实现小型化,大量采用了助力IS单元小型化的技术。其中一个例子前面也有提到,即去掉IS机械锁定机构。本产品的IS单元基于成熟的EF镜头IS单元进行了重新设计。投入超远摄镜头和L级镜头培育的技术,可靠性有所提升。
——RF卡口大幅强化了相机与镜头之间的通讯性能。相机与镜头联动下,IS影像稳定器手抖动补偿的精度也有提升,尤其是对于以前IS影像稳定器较难补偿的低频晃动,也变得能够应对了。这款镜头的情况如何?
圆山(电子设计):这款镜头也一样。与相机联动进行控制,静止图像和短片拍摄下都可实现高精度手抖动补偿。静止图像拍摄时,镜头内的陀螺仪感应器检测抖动,并利用相机CMOS图像感应器获取的图像信息检测低频抖动进行补偿,基于对这两种信息的比较及分析构成双重检测IS。基于CIPA标准的补偿效果最大相当于5级快门速度。短片拍摄时,镜头内光学IS与相机内5轴电子IS联合还构成了组合IS。
※ 焦距200mm、使用EOS R,基于CIPA测试标准。
——3个IS模式如何区分使用?
圆山(电子设计):模式1针对静止被摄体,只要出现抖动,IS影像稳定器就进行补偿动作。模式2用于想对被摄体进行追随拍摄的情况。模式3针对无规律运动的被摄体,此模式下虽然实时计算手抖动量但在确认构图期间IS影像稳定器不工作,仅在曝光时进行手抖动补偿。因为部分专业用户反映说:“IS影像稳定器持续动作会因为补偿相机的晃动,使取景器画面不自然。”对此,我们推荐使用模式3。
河合(商品企划):这款镜头非常小巧,同时实现了F2.8的大光圈并配备了IS影像稳定器,是适合室内运动摄影的镜头。在这类场景下,模式3的效果很好。篮球等动作非常激烈的运动项目,选择模式3可避免拍摄时取景器画面的不稳定。
可应对专业级用户严苛要求的F2.8L大三元系列。
开发人员抱定坚守此系列可靠性・耐久性的信念,直至防水滴防尘性能,都不妥协地进行了精细设计。
——作为伸缩式的变焦镜头,开发时在可靠性・耐久性方面有什么执念吗?
奥田(开发主管 / 机械设计):保持可靠性・耐久性不变。具体来说,以不输EF 70-200mm f/2.8L IS III USM的可靠性与耐久性为目标进行设计。伸缩式的变焦镜头会有用户反映相机朝下时镜筒会不经意伸出。针对此问题,新RF镜头专门采取了相应对策。不仅实现了与其他L级镜头相同的耐冲击性,为抑制长期使用的光学性能变化,在技术方面也下了功夫。
河合(商品企划):包括EF 70-200mm f/2.8L IS III USM在内,F2.8L大三元系列的用户,有些会在严苛的条件下拍摄。这也造成了大三元镜头对可靠性・耐久性的要求很高。为了保持一直以来的好评,RF70-200mm F2.8 L IS USM的开发没有一点妥协。另外,镜头最前端与最后端实施了防污氟镀膜。不易附着油和水,对于附着在镜片上的油污,也不用使用清洁剂,用干布就能轻松擦掉。
——防水滴防尘方面的性能如何?
奥田(开发主管 / 机械设计):因为是伸缩式的变焦镜头,从结构上就有进灰的问题。从广角变焦为远摄时,前端镜片组伸出会产生负压力,吸进空气。为了减少不必要空气的吸入,在设计上留出通风回路,有效控制空气的流通。为此使用了透气但不易透水的材料。为防止灰尘侵入,还配置了防尘材料。
※ 并不能完全防止灰尘及水滴等的侵入。
——虽然采用了白色涂层,但和以前白色镜头的颜色相比,好像有些不同吧?
河合(商品企划):佳能镜头采用白色涂装是因为白色在直射阳光下不易升温。这款镜头实施了隔热涂层,隔热性比EF 70-200mm f/2.8L IS III USM高。隔热涂层之前已经用于EF 400mm f/2.8L IS III USM与EF 600mm f/4L IS III USM上,这款是佳能RF镜头首次采用。
快门时机转瞬即逝的专业拍摄领域中,摄影师的要求很多。
不断回应日本及海外用户需求成长至今的佳能光学设计和机械设计能力为基础,镜头的易用性也不断提升。
——请谈谈设计的理念。
河合(商品企划):这之前佳能已经推出了多款RF镜头。镜头的外观在保持操作性的基础上,实现了10年后也不过时,能够依旧具备普适性的设计。RF镜头沿袭了EF镜头一直以来的设计哲学“聚光之美”,同时继承了L级镜头的传统。
RF70-200mm F2.8 L IS USM是RF镜头中首款“白色镜头”,伸出的镜筒部分也实施了白色涂层,尽量增加白色的面积。镜头遮光罩与控制环也为白色,营造统一感。白色遮光罩也用于EF超远摄镜头,但F2.8L大三元系列是首次采用。
变焦环、对焦环为深灰色。乍看是熟悉的颜色,实际比以前产品更偏灰色。为使外观设计自然不突兀,有意降低了整体的对比度。
——操作性方面下了哪些功夫?
奥田(开发主管 / 机械设计):使操作最频繁的变焦环从广角变焦到远摄的过程中保持均一的扭力,且旋转手感更流畅。从原理上看,伸缩式的变焦镜头在变焦过程中扭力容易变化,这款镜头通过光学设计与机械设计的联动,令扭力得到了优化。变焦环尽量加宽,提高操作手感,且为了便于快速操作,位置配置在镜头最前方。而为使对焦环支持更精细的调整,变更了橡胶环的宽度与凹凸纹路的间距。为了能直观操作,在设计上下了功夫。另外,可分配光圈、快门速度、ISO感光度、曝光补偿设置功能的控制环旋转时有适当的定位感,易把握操作量。
附带新设计的三脚架接环,方便人像及风光摄影
河合(商品企划):镜头附带三脚架接环。如此小型轻量的话,基本以手持拍摄为主了。有人觉得这种情况下去掉三脚架接环可以更加小型轻量。但是考虑到人像和风光摄影中,还是经常需要使用三脚架,以便前后推拉构图,最后还是决定配备三脚架接环。当初担心搭配三脚架接环,镜头长度会变长,进而影响镜头的小型化。但最终得益于结构设计・外形设计部门的努力,克服了这些问题,实现了与镜头本身匹配的小巧外形。三脚架接环的旋钮为向外伸出的圆锥形状,易旋转、易拆卸。旋钮和镜头控制环上实施了细密的斜纹压花,以使旋转更容易。
奥田(开发主管 / 机械设计): 镜身上有三脚架接环安装标志,纵向拍摄用的标志设置在镜头左右两侧,构图调整更快捷。易用性方面,附带的镜头遮光罩上设有滤镜操作口。此设计已用于EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS II USM,拍摄风光照片时无须取下遮光罩就能操作PL-C圆偏光滤镜,用户反映非常好。考虑到使用这款镜头拍风光的人较多,镜头也导入了此设计。
河合(商品企划):RF70-200mm F2.8 L IS USM应对日本及海外专业级用户的需求,继承EF镜头的优势,融合了RF镜头才能实现的新功能。易用性方面也支持专业级的要求。
影像交流事业本部ICB光学事业部
河合海至[商品企划]
RF70-200mm F2.8 L IS USM的目标是10年后也能活跃于拍摄第一线。除了专业摄影师,希望以前因又大又重而犹豫的用户也能尝试使用这款镜头。我平时爬山时,多用F4变焦镜头。既然这款镜头如此轻量,我也准备以后带着它挑战新的表现。今后EOS R系统的产品扩充,要活用大卡口直径与短后对焦距离的系统优势,开发更多有魅力的镜头。
影像交流事业本部ICB光学开发中心
奥田敏宏[开发主管/机械设计]
要开发小型轻量的F2.8L变焦镜头,有很多预想的技术难题,因此研发也综合了佳能的力量。试制品完成时,甚至都怀疑F2.8的远摄变焦镜头怎么能这么小,确实是得到了魅力十足的产品。听说研发信息发布后,有很多用户都很感兴趣,这让我很开心。
影像交流事业本部ICB光学开发中心
篠原健志[光学设计]
一般来说,与广角镜头相比,远摄镜头的小型化更难实现。在此前提下,利用大卡口直径、短后对焦距离的优势,并积极导入新技术进行设计。设计后,还要实际产品化,这都离不开相关部门人员的协同努力。今后也想继续投身于活用RF卡口可能性的镜头开发。
影像交流事业本部ICB光学开发中心
大泽一治[机械设计]
RF70-200mm F2.8 L IS USM配备电子式浮动对焦机构和2个NANO USM超声波马达,静止图像拍摄时的动态被摄体追踪性能大幅提升。短片拍摄的对焦更平滑。小型轻量化的实现,使这款镜头不仅适用于专业摄影师和发烧友用户。希望有更多人使用这款镜头,体验其高性能。
影像交流事业本部ICB光学开发中心
圆山智史[电子设计]
电子设计方面,有电子式浮动对焦机构等新功能,下了很大功夫。作为开发人员,我们不妥协地反复钻研才推出这款镜头,镜头倾注了我们很强的执念。我平时会拍摄孩子踢足球等,也想利用镜头小型轻量的优势轻松拍摄日常场景。今后作为佳能一员想挑战更理想的镜头开发。