Trasformare una visione in realtà

Intervista al team di sviluppo di FE 50 mm F1.2 G Master

Il responsabile della progettazione ottica spiega tenendo in mano l'elemento XA
Passione per il design ottico
Il responsabile di progettazione meccanica tiene in mano i motori lineari XD mentre spiega
Autofocus e design meccanico
Immagine di una fotocamera in posizione verticale con l'obiettivo FE 50 mm F1.2 GM collegato
Affidabilità e semplicità d'utilizzo
Concept di sviluppo

Obiettivo F1.2 davvero facile da usare

Responsabile della progettazione ottica e del prodotto / Atsuo Kikuchi

Il responsabile della progettazione ottica tiene FE 50 mm F1.2

―quali sono stati i punti chiave nella progettazione del primo obiettivo F1.2 di Sony? 

Kikuchi: Abbiamo introdotto molti obiettivi a focale fissa ad ampia apertura, ma sapevamo che i clienti desideravano un obiettivo più veloce. La domanda più considerevole è stata quella di un G Master F1.2 "standard" da 50 mm.
 
Nello sviluppo di un obiettivo F1.2 ad ampia apertura, sapevamo di dover mantenere gli elevati livelli di risoluzione e bokeh della serie G Master, garantendo la massima facilità d'uso. Se avessimo semplicemente dato priorità alle dimensioni dell'apertura e l'obiettivo fosse risultato troppo grande e pesante, avremmo perso compattezza e leggerezza, che è il vantaggio principale del sistema ad attacco E. Indipendentemente dalle eccellenti proprietà ottiche, un obiettivo che non riesce a sfruttare le massime prestazioni degli eccezionali sistemi di autofocus o che non usa affatto l'autofocus, si rivelerebbe un flop in termini di soddisfazione del cliente.

Per ottenere l'obiettivo con autofocus numero F più veloce nella storia di α, senza compromettere le prestazioni di autofocus né la maneggevolezza e la portabilità, dovevamo usare la tecnologia di Sony più all'avanguardia. Oltre che dalle prestazioni ottiche straordinarie, penso che gli utenti saranno sorpresi dalla leggerezza, velocità e silenziosità di questo obiettivo F1.2 ad ampia apertura.

Penso che l'aggiunta di questo obiettivo F1.2 alla linea α porti a un altro livello le possibilità di scatto per i creatori. Si tratta di un obiettivo che può essere usato in moltissime situazioni sia da professionisti che da dilettanti, dalla fotografia di ritratti e matrimoni a paesaggi e istantanee.

La gamma α include già l'obiettivo Planar T* FE 50 mm F1.4 ZA. Confrontiamolo con il nuovo obiettivo FE 50 mm F1.2 GM: sebbene la differenza tra le aperture massime di F1.4 e F1.2 sembri insignificante, è in realtà un mezzo stop completo, con la raccolta di luce extra dell'obiettivo F1.2 che richiede un'apertura effettiva (diametro) più grande di circa il 17%, o un'area di apertura più grande del 40%; questo comporta ostacoli nella progettazione e nella produzione.
 
Questo ha comportato molte nuove sfide.

Una è stata mantenere ridotte le dimensioni dell'elemento obiettivo anteriore attraverso l'adozione di più lenti XA (Extreme Aspherical), una tecnologia esclusiva di Sony. Ciò ha evitato di dover aumentare le dimensioni della lente anteriore e ci ha permesso di compensare le aberrazioni che si verificano negli obiettivi di diametro maggiore.

Per eliminare le aberrazioni, è stato adottato un sistema di messa a fuoco di tipo flottante indipendente (con due gruppi di messa a fuoco) in grado di compensare in modo ottimale le aberrazioni nell'intero range di messa a fuoco.

L'unità di messa a fuoco adotta il motore lineare XD (Extreme Dynamic) proprietario di Sony, con la sua combinazione di alta potenza e silenziosità. Quattro di questi attuatori compatti ad azionamento diretto con controllo preciso consentono al gruppo di messa a fuoco di includere più elementi per una compensazione dell'aberrazione superiore.

Il risultato è un obiettivo con risoluzione G Master e massime prestazioni di tracking, velocità, precisione, in un corpo macchina di soli 108 mm di lunghezza e un peso di soli 778 g, caratteristiche analoghe all'attuale obiettivo Planar. Siamo orgogliosi di aver prodotto un obiettivo F1.2 come nessuno prima d'ora e speriamo si riveli prezioso per professionisti e appassionati.

Passione per il design ottico
Risoluzione straordinaria fino a F1.2

Kikuchi: Per prestazioni ottiche elevate in un formato compatto, sono state adottate le lenti XA proprietarie di Sony e sono state utilizzate tecnologie di simulazione per risoluzione, bokeh e aberrazione cromatica.
 
L'aumento delle prestazioni ottiche riguarda la riduzione delle aberrazioni.

Storicamente, le lenti da 50 mm hanno sempre utilizzato uno schema Gauss. Lo schema Gauss ha gruppi di elementi obiettivo distribuiti simmetricamente su entrambi i lati dell'apertura centrale, in modo che le aberrazioni da ciascun lato dell'apertura si annullino reciprocamente. È particolarmente adatto all'angolo di visione di 50 mm; per questo in passato nella maggior parte delle lenti da 50 mm è stata utilizzata questa disposizione.

Tuttavia, questa struttura simmetrica di per sé compensa solo la distorsione e la curvatura delle aberrazioni di campo, MA non compensa efficacemente l'aberrazione sferica o la luce parassita sagittale. Questa scelta di progettazione ottica non ci avrebbe consentito di ottenere le prestazioni di compensazione a cui puntavamo.

Come gli utenti più esperti sanno, non è possibile ottenere un'elevata potenza di risoluzione sull'intera immagine senza una sufficiente compensazione dell'aberrazione. Le sorgenti di luce puntiforme come le stelle dovrebbero essere messe a fuoco nei punti in cui appaiono nell'immagine, ma le aberrazioni non sufficientemente compensate possono farle apparire come uccelli che sbattono le ali o produrre aloni. Per evitare ciò, l'utente può ridurre l'apertura; ma questo ovviamente annulla l'utilità di un obiettivo ad ampia apertura.

Il nostro proposito era avere un livello di prestazioni ottiche in cui fosse comodo scattare anche alla massima apertura. A tale scopo, la nostra disposizione ottica "rompe" parzialmente il design simmetrico e sopprime completamente le aberrazioni difficili da eliminare.

Per correggere l'aberrazione sferica e la luce parassita sagittale, le lenti di tipo simmetrico tendono ad avere grandi elementi frontali e sono composte da molti elementi.

La nostra nuova struttura ottica utilizza solo tre obiettivi XA, evita di allargare il diametro dell'elemento frontale e mantiene il numero di elementi dell'obiettivo al minimo, ottenendo un formato compatto. 

Immagine che mostra la configurazione dell'obiettivo
Schema configurazione obiettivo

[1] Obiettivo asferico estremo (obiettivo XA) 

Come implica il termine "asferico", la curvatura superficiale dell'obiettivo XA non è costante; cambia dal centro al bordo dell'elemento. Le forme dei tre elementi XA sono state ottimizzate in diverse iterazioni utilizzando la tecnologia di simulazione ottica proprietaria di Sony.
 
La precisione superficiale degli obiettivi XA utilizzati nella serie G Master viene regolata a un livello inferiore al micron. L'ampia apertura F1.2 e l'ampio diametro dell'elemento esterno richiedevano un sostanziale aumento della precisione di ciascuna fase del processo di fabbricazione delle tre lenti XA utilizzate, per la maggiore precisione superficiale possibile. È stato il più grande ostacolo alla produzione che avessimo mai affrontato. Tuttavia, l'integrazione dei processi di progettazione e produzione e l'affrontare nuove sfide tecnologiche in modo diretto ci hanno aiutato a raggiungere un diametro più grande e un'elevata precisione.

In particolare, la lente XA posizionata per seconda dalla parte anteriore nello schema di configurazione contribuisce a ridurre il numero di elementi richiesti nel gruppo anteriore, la dimensione e il peso. La possibilità di utilizzare, in questa posizione, un obiettivo asferico di grande diametro con una precisione di produzione che solo Sony è in grado di ottenere è stato un enorme vantaggio che sorregge l'intero design ottico dell'obiettivo compatto F1.2.

La tecnologia di simulazione dell'aberrazione cromatica proprietaria di Sony è stata usata per ottimizzare la combinazione di materiali in vetro, riducendo le aberrazioni cromatiche e gli aloni e raggiungendo massimi livelli di risoluzione e contrasto nonostante l'ampia apertura.

Quando un ingegnere ottico esamina un grafico di configurazione dell'obiettivo, a volte può pensare "questo elemento non sta contribuendo molto alla correzione delle aberrazioni" (ride). Come ingegnere, il mio obiettivo è ottenere la più efficiente correzione dell'aberrazione con il numero più piccolo di elementi, cioè cercare soluzioni che assicurino la compattezza dell'obiettivo mantenendo le prestazioni ottiche. Come si può vedere dal grafico sopra riportato per FE 50 mm F1.2 GM, il design è privo di sprechi o compromessi, con la curvatura di tutti gli elementi obiettivo considerata per il suo contributo alle aberrazioni. Spero che i creatori apprezzino la combinazione di compattezza e prestazioni ottiche offerta dal design ottico all'avanguardia.

Le esclusive lenti XA (Extreme Aspherical) di Sony
Il responsabile della progettazione ottica spiega tenendo in mano l'elemento XA
Immagine che mostra il grafico MFT
Diagramma MTF

[1] Contrasto (%) [2] Dist. da centro lente (mm) [3] Apertura max. [4] Apertura F8 [5] Frequenza spaziale [6] 10 coppie di linee/mm [7] 30 coppie di linee/mm [8] Valori radiali [9] Valori tangenziali

F1.2 G Master offre un meraviglioso bokeh ricco e uniforme

Kikuchi: Gli obiettivi F1.2 sono noti per il bokeh intenso; la peculiarità di questo obiettivo non è solo la quantità di bokeh, ma anche il suo carattere morbido e uniforme, in linea con la designazione G Master. Soprattutto nella ritrattistica, il bokeh svolge un ruolo importante nel far risuonare il soggetto in modo naturale. Il bokeh è un effetto visivamente molto piacevole, che però complica la progettazione; sapevamo che avremmo dovuto impegnarci al massimo per soddisfare le aspettative dei clienti.
 
Fin dalle prime fasi di progettazione, abbiamo eseguito ripetute simulazioni e regolazioni del bokeh per distinguere il livello ideale di aberrazione sferica, ottimizzando bokeh e risoluzione senza compromessi.

Inoltre, durante la fabbricazione, la spaziatura degli elementi è stata regolata lente per lente per un controllo preciso dell'aberrazione sferica e un complesso bilanciamento tra bokeh di primo piano e di sfondo, per realizzare uno splendido effetto neutro.

La gestione della precisione superficiale fino a livelli inferiori al micron elimina anche l'effetto striping o "a cipolla" all'interno del bokeh.

Lenti XA: precisione superficie ridotta a meno di 0,01 micron

[1-1] Superficie dell'obiettivo asferico convenzionale [1-2] Bokeh di scarsa qualità [2-1] Superficie dell'obiettivo XA (asferico estremo) [2-2] Bokeh di ottima qualità

Confronto delle irregolarità della superficie obiettivo normale vs. obiettivo XA, con differenze nel bokeh con "effetto cipolla"
Il responsabile della progettazione meccanica tiene FE 50 mm F1.2

Responsabile della progettazione meccanica / Yuichiro Takata

Takata: Il bokeh delicato è dovuto anche all'apertura circolare a 11 lamelle. L'unità di apertura è stata recentemente sviluppata per mantenere una forma quasi circolare anche a due stop dalla completa apertura.
 
Poiché F1.2 è un'apertura ampia, in un design convenzionale anche le lamelle di apertura sarebbero naturalmente grandi. E quando l'apertura è aperta, le lamelle grandi devono essere spostate in uno spazio di fuga all'esterno del percorso ottico e oltre il diametro effettivo, cosa che aumenta il diametro esterno dell'obiettivo stesso. Per ridurre le dimensioni dell'unità di apertura, abbiamo dovuto riprogettare tutto da zero, dalla forma delle lamelle ai componenti del meccanismo di azionamento.

L'unità di apertura è estremamente importante per determinare il valore di apertura e l'esposizione. Il ridimensionamento dei suoi componenti comporta una maggiore precisione nella lavorazione di ciascuno di essi e nella precisione del montaggio. Riesaminando a fondo i processi di lavorazione e montaggio, siamo riusciti a ottenere sia la miniaturizzazione che la precisione.

Il responsabile di progettazione meccanica tiene in mano le unità diaframma mentre spiega
Unità apertura
Vista frontale di FE 50 mm F1.2 mentre l'apertura è ridotta a pochi stop
Forma circolare anche quando l'apertura è ridotta a 2 stop
Attuatori di azionamento lineari: la chiave per la miniaturizzazione

Takata: Per ottenere prestazioni ottiche elevate con l'autofocus, era essenziale che i team di controllo meccanico e software lavorassero a stretto contatto.

Come spiegato in precedenza, il mantenimento di prestazioni elevate in tutto il range della messa a fuoco richiedeva due gruppi composti da più elementi. L'ampio diametro dell'obiettivo F1.2 ha inevitabilmente aumentato il peso dei gruppi di messa a fuoco. Questo aumento di peso crea seri problemi in termini di velocità di messa a fuoco, oltre a un aumento del rumore e delle vibrazioni quando l'unità è in funzione.

La questione era come mantenere i livelli ideali di risoluzione e bokeh senza sacrificare la velocità dell'autofocus. La soluzione è stata l'adozione dei motori lineari XD proprietari di Sony come attuatori.

Autofocus e design meccanico
Autofocus ad alta velocità e precisione, anche a F1.2

Takata: La sfida più grande nell'ottenere un autofocus ad alte prestazioni è stata raggiungere una precisione di messa a fuoco elevata, necessaria per profondità di campo ridotte.

Anche con un'apertura massima di F1.2, un obiettivo non può essere davvero definito "facile da usare" a meno che non offra livelli commisurati di precisione dell'autofocus e prestazioni di tracking. Ma dal punto di vista tecnico questo è molto difficile. L'obiettivo incorpora varie tecnologie per ottenere prestazioni di autofocus ad alta velocità ed estremamente precise anche con profondità di campo ridotta a F1.2. Quattro sono le caratteristiche più importanti: la messa a fuoco di tipo flottante; i motori lineari XD; i quattro sensori di posizione della messa a fuoco; l'equilibrio ottimizzato dei centri di gravità dei due gruppi di lenti.

La struttura della messa a fuoco di tipo flottante non ha solo il vantaggio di migliorare le prestazioni ottiche; la divisione in due del gruppo di messa a fuoco riduce il peso di ciascun gruppo, per un autofocus rapido e preciso.

L'estrema precisione della messa a fuoco è fondamentale per ottenere massime prestazioni di risoluzione a F1.2; ciò richiede un movimento sincronizzato dei due gruppi di messa a fuoco che sono ancora relativamente grandi e pesanti. Ciò è stato ottenuto grazie ai motori lineari XD proprietari di Sony, che vantano una potenza elevata nonostante le dimensioni ridotte.

Con una profondità di campo ridotta a F1.2 non c'è spazio per errori; vengono utilizzati quattro sensori di posizione per tracciare i gruppi di messa a fuoco e conoscere sempre le loro posizioni esatte.

Infine, per sprigionare la potenza dei motori lineari XD nel modo più efficiente possibile e senza sprechi, e per facilitare l'equilibrio dei centri di gravità dei due gruppi di messa a fuoco, viene inserito un gruppo ottico fisso. Ciò allinea il punto di spinta dei motori con il centro di gravità di ciascun gruppo, ottimizzando l'efficienza della trasmissione di potenza, eliminando gli sprechi e contribuendo a prestazioni di messa a fuoco silenziose e veloci. 

Il responsabile controllo attuatore e FE 50 mm F1.2

Responsabile controllo attuatore / Yuki Mizuno

Mizuno: Lasciatemi aggiungere qualche altra informazione sull'unità di messa a fuoco.
 
Innanzitutto, questo obiettivo usa quattro motori lineari XD ad azionamento diretto, con due motori assegnati a ciascuno dei due gruppi.

Ogni motore è progettato in base ai dati della simulazione di progettazione dei motori proprietaria di Sony. I progressi nella tecnologia di simulazione hanno reso possibile lo sviluppo di motori altamente efficienti, con una potenza sufficiente nonostante i severi vincoli di dimensione e un'elevata affidabilità in ambienti difficili. La capacità di progettare motori con specifiche e dimensioni ideali per questo obiettivo ha contribuito alla compattezza senza comprometterne le prestazioni.

Normalmente, gli attuatori di tipo rotativo vengono utilizzati per azionare gruppi di messa a fuoco pesanti, ma le camme e gli ingranaggi che convertono il movimento rotatorio in lineare causano una perdita di potenza. Inoltre, la presenza di parti meccaniche crea rumore e vibrazioni.

Questo non avrebbe funzionato per l'obiettivo F1.2, quindi abbiamo deciso di usare motori piccoli ma potenti in grado di attivare i gruppi di messa a fuoco in modo lineare, adottando motori lineari XD ad alta velocità, con rumorosità e vibrazioni ridotte.

Tuttavia, poiché i motori di tipo lineare non dispongono di un meccanismo di riduzione della velocità, per realizzare un autofocus ad alta velocità e precisione, è necessario un controllo reattivo.

I quattro sensori rilevano le posizioni dei gruppi di messa a fuoco e forniscono i dati di posizione al sistema di controllo in un ciclo di retroazione ultra-veloce. In questo modo si usa anche la tecnologia di simulazione del controllo proprietaria di Sony. Molti pattern di movimento e arresto dell'obiettivo sono stati simulati in modo completo e ripetuto, testati sull'hardware effettivo e analizzati. È stata infine eseguita la regolazione per fornire un movimento dell'attuatore regolare e ottimale.

Questo controllo preciso riduce il rumore e le vibrazioni dell'unità. I motori lineari XD sono controllati mediante software per offrire massima velocità di autofocus e reattività, per un obiettivo compatto con prestazioni ottiche straordinarie.

Un obiettivo nato dalla chiara visione di Sony delle videocamere del futuro

Kikuchi: Vorrei inoltre soffermarmi su come questo obiettivo F1.2 sfrutti appieno le funzionalità del corpo macchina. Sony sviluppa tutti i componenti essenziali a livello di dispositivo, compreso il sensore di immagine, in modo che le fotocamere e gli obiettivi vengano sviluppati in-house come un sistema completo. Quando sviluppiamo obiettivi intercambiabili, prevediamo anche i futuri progressi nei corpi macchina, per garantire che gli obiettivi siano in grado di sfruttare le massime prestazioni dai corpi macchina futuri.

Ovviamente, questo obiettivo è ideale per l'uso con la nuova α1, annunciata a gennaio 2021, per riprese continue a 30 fps, riprese video ad alta risoluzione 8K e 4K 120p. Ma abbiamo anche cercato di anticipare le tendenze future. Il nostro fine è perseguire progetti che offrano le massime prestazioni non solo nel presente ma anche in futuro.

Affidabilità e semplicità d'utilizzo
Operabilità senza compromessi

Takata: Abbiamo sviluppato questo obiettivo senza compromessi anche in termini di operabilità, affinché possa essere utilizzato in situazioni professionali.
 
Ad esempio, nonostante la sua struttura compatta, i pulsanti personalizzabili di blocco della messa a fuoco sono presenti sia sulla parte superiore che laterale dell'obiettivo, offrendo la stessa comodità sia durante le riprese in posizione orizzontale che quelle in posizione verticale.

Mizuno: Inoltre, abbiamo progettato il modello F1.2 tenendo presente la messa a fuoco manuale e prestando particolare attenzione al posizionamento della ghiera di messa a fuoco, alla sua coppia e alla sensazione tattile durante la rotazione. L'obiettivo è dotato di funzione MF a risposta lineare, che risponde direttamente e linearmente alla rotazione della ghiera di messa a fuoco per una regolazione precisa e reattiva anche con piccoli movimenti della ghiera. La necessità di precisione di posizione a F1.2 è elevata e noi abbiamo sviluppato questo obiettivo proprio per soddisfare tale necessità.

Sufficientemente robusto per l'uso in ambienti professionali

Kikuchi: L'obiettivo è ben sigillato contro sporco, polvere e schizzi d'acqua; il design resistente a polvere e umidità offre sicurezza agli utenti.
 
La lente anteriore è rivestita in fluoro per resistere allo sporco e facilitare la pulizia di eventuali contaminanti o impronte digitali.

Mizuno: Abbiamo anche preso in considerazione le variazioni di temperatura ambientale. Le proprietà dei componenti meccanici ed elettrici, come la potenza degli attuatori, variano a seconda dell'ambiente e della temperatura. L'obiettivo contiene un software che ottimizza costantemente le prestazioni calcolando autonomamente vari parametri di controllo per mantenere la precisione anche in condizioni complesse.

In questo modo, i creatori possono ottenere prestazioni elevate anche quando scattano foto in condizioni difficili, ad esempio in ambienti molto freddi o caldi.

Finalmente: Un obiettivo F1.2 senza paragoni

Kikuchi: In qualità di designer ottico, posso dire che questo obiettivo è il non plus ultra della serie G Master, con prestazioni eccellenti di risoluzione e bokeh. Non vedo l'ora che i clienti scoprano il bokeh e l'alta risoluzione di questo obiettivo F1.2.
 
Nonostante sia un modello F1.2, raggiunge un equilibrio eccellente, con compattezza e prestazioni elevate e altre qualità difficili da descrivere solo elencandone le specifiche. Invito i creatori a provarlo in prima persona. L'obiettivo racchiude tutte le tecnologie di Sony; in qualità di ingegnere, sarei molto felice di vedere gli utenti usarlo in molteplici situazioni.

Mizuno: È un obiettivo flessibile, ideale per molteplici usi e adatto a utenti diversi, dai professionisti ai fotografi amatoriali. Non c'è mai stato un obiettivo F1.2 come questo prima d'ora. Non è ideale solo per ritratti e foto di matrimoni ma, grazie all'autofocus ad alte prestazioni, è eccellente per catturare i momenti più belli e seguire soggetti in movimento durante gli eventi sportivi.

Takata: Questo obiettivo compatto F1.2 offre inoltre prestazioni eccellenti per le riprese video. Con la messa a fuoco automatica o manuale, è facile seguire i soggetti anche con una profondità di campo ridotta a F1.2. La silenziosità dell'autofocus e dell'apertura, unita a una ghiera di messa a fuoco manuale precisa e reattiva, lo rendono una scelta allettante anche per i videografi. Spero che le persone scopriranno nuove forme di espressione visiva.

L'obiettivo rappresenta un nuovo modo di sperimentare l'arte della ripresa, nonché il valore e il potenziale della serie G Master.