開發(fā)理念：設(shè)計真正易用的F1.2鏡頭

產(chǎn)品兼光學(xué)設(shè)計負責人：菊地敦雄（Atsuo Kikuchi）

Q：在開發(fā)索尼第一支F1.2鏡頭時，你們設(shè)定了哪些目標？

菊地：索尼已經(jīng)發(fā)布了很多支大光圈定焦鏡頭，但我們知道全世界的用戶都希望有一支更高速更明亮的大光圈鏡頭，而需求最大的就是50mm“標準”(焦距)F1.2大光圈 G大師鏡頭。

在開發(fā)F1.2大光圈鏡頭時，我們在保持G大師鏡頭系列標志性的高分辨率和散景的同時，還要考慮鏡頭的易用性。如果僅考慮光圈的大小，而鏡頭最終變得又大又重，將會失去鏡頭與機身組合后的緊湊和輕巧性，也就意味著放棄E卡口系統(tǒng)的主要優(yōu)勢。而且無論鏡頭的光學(xué)性能多么出色，如果無法實現(xiàn)出色的自動對焦，或者根本無法實現(xiàn)自動對焦，相信很多用戶并不會滿意。

為了設(shè)計出Alpha歷史上最大光圈的自動對焦鏡頭，又要在不妥協(xié)自動對焦性能的同時保持專業(yè)操控和便攜性，我們采用了索尼最先進的技術(shù)。除了出色的光學(xué)性能外，我相信用戶還會對大口徑F1.2鏡頭緊湊輕巧的設(shè)計，以及安靜、快速和精準的自動對焦性能感到滿意。

我認為在Alpha系列產(chǎn)品中增加F1.2鏡頭后，用戶的創(chuàng)作可能性將進一步提高。它是專業(yè)攝影師和攝影愛好者在各種拍攝題材都可以使用的鏡頭，例如人像、婚禮、風光和街拍。

Alpha系列產(chǎn)品已經(jīng)包括Planar T * FE 50mm F1.4 ZA鏡頭，與新的FE 50mm F1.2 GM鏡頭相比，盡管F1.4和F1.2的最大光圈之間的差別聽起來很小，但實際上是半檔光圈差距， F1.2鏡頭額外聚光需要有效光圈（直徑）約大17％，或孔徑面積大近40％，這是在設(shè)計小型化F1.2大光圈鏡頭時，存在的主要設(shè)計和制造障礙。

克服這個問題涉及許多新的挑戰(zhàn)。其中之一是通過采用多個XA（超級非球面）鏡片-索尼獨有的技術(shù)，既減小前鏡片的尺寸，也讓鏡頭實現(xiàn)了F1.2大光圈，并且有效補償了大直徑鏡片中出現(xiàn)的像差。

為了有效抑制像差，鏡頭采用了包括兩個對焦鏡組的獨立驅(qū)動的浮動對焦系統(tǒng)，以便在整個對焦范圍內(nèi)（包括最近對焦距離）對像差進行有效補償。

對焦驅(qū)動采用了索尼獨有的XD線性馬達，具備高驅(qū)動力和安靜的特點。四個緊湊型直驅(qū)動線性馬達具有精準控制功能，因此多個對焦鏡組設(shè)計可以有效的補償像差。

最終，實現(xiàn)了鏡頭長度僅為108mm，重量僅為778克的緊湊和輕量化設(shè)計，具備G大師鏡頭標志性的分辨率，并且可以結(jié)合索尼微單?實現(xiàn)快速、精準和安靜的自動對焦和跟蹤性能。我們?yōu)樵O(shè)計出如此出色的F1.2鏡頭而感到自豪，希望幫助專業(yè)攝影師和攝影發(fā)燒友拍攝出更加出色的作品。

不妥協(xié)的光學(xué)設(shè)計

F1.2光圈下的高分辨率

菊地：為了在F1.2規(guī)格鏡頭中保持較小外形尺寸，同時又要實現(xiàn)高光學(xué)性能，F(xiàn)E 50mm F1.2 GM采用了索尼獨有的XA鏡片，并采用了分辨率、散景和色差模擬技術(shù)。

本質(zhì)上，提高光學(xué)性能與減少像差有關(guān)。

歷史上看，50mm鏡頭通常采用高斯結(jié)構(gòu)。高斯結(jié)構(gòu)具有成組的鏡片，它們在中央光圈的兩側(cè)對稱分布，可使光圈兩側(cè)的像差彼此抵消。高斯結(jié)構(gòu)特別適合50mm視角，因此過去大多數(shù)50mm鏡頭都采用了這種結(jié)構(gòu)。

然而，這種對稱結(jié)構(gòu)本身僅補償了像場的畸變和曲率，并沒有有效地補償球面像差或矢狀耀斑。簡而言之，這種光學(xué)設(shè)計不會讓我們獲得想要的高像差補償性能。

如經(jīng)驗豐富的相機用戶所知，如果沒有足夠的像差補償，就不可能在整個影像范圍實現(xiàn)高分辨率。理想情況下，應(yīng)該將點光源（如天空中的星星）聚焦到影像中為一個點，但是補償不足的像差，可能會使它們看起來像飛翔的鳥兒或是顏色擴散的光斑。為了解決這個問題，用戶可以將光圈減小，但這會讓大光圈鏡頭無法發(fā)揮自身最大優(yōu)勢。

我們希望這款鏡頭的光學(xué)性能，可以滿足用戶在最大光圈下拍攝的苛刻需求。為此，我們在光學(xué)結(jié)構(gòu)部分打破了對稱設(shè)計，并有效抑制了對稱鏡頭設(shè)計難以控制的像差。

為了校正球面像差和矢狀耀斑，通常對稱結(jié)構(gòu)的鏡頭傾向于采用較大的前鏡片，并且由許多鏡片組合而成。我們的新光學(xué)設(shè)計僅使用三個XA（超級非球面）鏡片，避免了擴大前鏡片的直徑，并將鏡片的數(shù)量減少，從而實現(xiàn)了整體緊湊的尺寸。 

鏡頭結(jié)構(gòu)圖

顧名思義，XA鏡片的“非球面”鏡片表面曲率不是恒定的，而是從中心到邊緣會有所變化。該鏡頭中使用的三枚XA鏡片均使用索尼獨有的光學(xué)模擬技術(shù)，經(jīng)過多次迭代對鏡片的形狀進行了優(yōu)化。

G大師鏡頭系列中使用的XA鏡頭表面精度已低至亞微米級別。該鏡頭的F1.2大光圈和較大的外部直徑鏡片，要求所采用的三個XA鏡片制造過程中，每個步驟的精度上都要有實質(zhì)性的提高，以實現(xiàn)所需的更高表面精度，這是我們有史以來面臨的最高級別的制造挑戰(zhàn)。但是經(jīng)過整合設(shè)計，以及改善了每個步驟的制造流程，直面新技術(shù)挑戰(zhàn)幫助我們實現(xiàn)了大直徑和高精度的XA鏡片。

我們來看一下鏡頭結(jié)構(gòu)圖（上圖），前排第二枚XA鏡片在很大程度上有助于減少前組所需的鏡片數(shù)量，并且還有助于減小其尺寸和重量。在這個位置上使用大直徑非球面鏡片，制造精度目前只有我們才能實現(xiàn)，這個巨大的優(yōu)勢支撐了緊湊型F1.2鏡頭的整個光學(xué)設(shè)計。

索尼獨有的色差模擬技術(shù)用于優(yōu)化玻璃材料的組合，有效地降低了色差和色散，盡管面對大光圈挑戰(zhàn)，但仍達到了高水平的分辨率和對比度，與G大師鏡頭系列品質(zhì)保持一致。

當光學(xué)工程師查看鏡頭結(jié)構(gòu)圖時，他們有時會認為“此設(shè)計對校正像差沒有太大作用”。（笑）作為一名工程師，我的目標是用最少的鏡片實現(xiàn)最有效的像差校正。換句話說，就是尋求能夠在保持光學(xué)性能的同時，提供整體鏡頭的緊湊性解決方案。從上面的FE 50 mm F1.2 GM的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，該設(shè)計沒有浪費或妥協(xié)，所有鏡片的曲率都因其對像差的影響而被反復(fù)地考慮。我希望用戶能夠體驗并享受最終光學(xué)設(shè)計所帶來的緊湊性和光學(xué)性能的結(jié)合。

F1.2鏡頭帶來平滑和豐富的散景

菊地：F1.2鏡頭以其豐富和柔美的散景而著稱，這種鏡頭不僅具有豐富的散景，還具有光滑如奶油般化開的柔美散景特征，達成G大師鏡頭的標志性背景虛化效果。尤其對于人像攝影，柔美的散景可使拍攝對象自然的脫穎而出，這對拍攝出唯美的背景虛化效果照片非常重要。散景是非常重要的事情，它使鏡頭設(shè)計變得困難，但是我們需要完善它，以滿足用戶對F1.2 大光圈G大師鏡頭的期望。

從設(shè)計的最初階段開始，我們進行了反復(fù)的散景模擬和調(diào)整，以辨別理想的球差水平，這使我們能夠在不影響兩者的前提下一起優(yōu)化散景和分辨率。

此外，在制造過程中還要逐個調(diào)整鏡片的間距以精確控制球差——掌握前景和背景散景之間的復(fù)雜平衡，以實現(xiàn)唯美的整體效果。

XA鏡片不僅可以滿足高分辨率，將表面精度控制到亞微米水平，也可以抑制球形散景中的條紋和“洋蔥圈”效應(yīng)。

[1-1]傳統(tǒng)的非球面鏡片表面[1-2]不良的散景效果[2-1] XA（高級非球面）鏡片表面[2-2]柔美的散景效果

機械設(shè)計負責人：高田悠一郎（Yuichiro Takata）

高田：11枚圓形光圈葉片的也使柔和美麗的散景成為可能。鏡頭采用新開發(fā)光圈單元，即使是收縮兩檔也可以保持幾乎圓形的形狀。

由于F1.2是大光圈，因此在常規(guī)設(shè)計中，光圈葉片自然也會很大。并且當光圈打開時，大葉片必須移至光路外部且超過有效直徑的逸出空間，這會增大鏡片本身的外徑。為了減小光圈單元的尺寸，我們不得不從新設(shè)計一切，包括從葉片的形狀到驅(qū)動機構(gòu)組件。

光圈單元對于確定光圈值和曝光非常重要?？s小組件的尺寸，意味著在每個組件的加工以及裝配精度方面都需要更高的精度。通過檢查機械加工和裝配過程，實現(xiàn)了小型化和高精度并存。

光圈單元

即使收縮兩檔也能保持圓形光圈

線性直驅(qū)馬達：小型化的關(guān)鍵

高田：為了實現(xiàn)高光學(xué)性能與自動對焦，需要機械和軟件控制團隊密切合作。

正如我前面所解釋的，在整個焦對焦圍內(nèi)保持高性能，需要由多個元件組成的兩個對焦組。而F1.2鏡頭的大直徑必然增加了對焦鏡組的重量。增加對焦鏡組重量會影像對焦速度，以及對焦馬達運行時噪音和振動的增加。

問題是如何在不犧牲自動對焦速度的情況下，保持出色的分辨率和散景水平。而解決方案就是采用索尼自主的直驅(qū)XD線性馬達進行對焦。

自動對焦和機械設(shè)計

F1.2光圈實現(xiàn)快速、精準的自動對焦

高田：在F1.2鏡頭上實現(xiàn)高性能自動對焦，最大挑戰(zhàn)是實現(xiàn)淺景深所需的高對焦精度。

即使最大光圈為F1.2，也不能說它是一顆“好用”的鏡頭，除非它提供了優(yōu)秀的自動對焦精度與跟蹤對焦性能，但這在技術(shù)上確實很難實現(xiàn)。該鏡頭結(jié)合了多種新技術(shù)，即使在F1.2的極淺景深下也能實現(xiàn)快速和高精度的自動對焦。其中四個部分貢獻最大：浮動對焦結(jié)構(gòu)；XD線性馬達；四個對焦位置傳感器；以及兩個對焦鏡組重心的平衡優(yōu)化。

浮動對焦結(jié)構(gòu)不僅提高了光學(xué)性能，將對焦鏡組分為兩部分還可以減輕每組的重量，從而有助于實現(xiàn)快速精準的自動對焦。

另一方面，精準的對精度對于實現(xiàn)F1.2全開的分辨率性能至關(guān)重要。通過索尼獨有的XD線性馬達驅(qū)動對較大和較重的兩個對焦鏡組精確地同步運動，從而實現(xiàn)快速精準的對焦。雖然XD線性馬達體積小，但驅(qū)動力卻很高。

F1.2的淺景深在拍攝時沒有誤差的余地，因此使用四個位置傳感器跟蹤對焦鏡組，以確保始終準確知道其精確位置。

最后，為了有效地利用XD線性馬達的推力且不損耗，并使兩個對焦鏡組的重心更容易平衡，在兩個對焦鏡組之間插入了固定的光學(xué)組件。這使馬達的推力點與每個對焦鏡組的重心對齊，從而最大程度地提高了動力傳輸效率并消除了損耗的推力，有助于進一步實現(xiàn)快速、精準和安靜的自動對焦。 

驅(qū)動控制負責人：水野遊生(Yuki Mizuno)

水野：請允許我補充有關(guān)對焦馬達的更多信息。

首先，該鏡頭總共使用了四個直驅(qū)XD線性馬達，兩個對焦鏡組分別分配了兩個馬達。

每個馬達都是根據(jù)索尼獨有的馬達設(shè)計仿真數(shù)據(jù)進行設(shè)計。馬達設(shè)計模擬技術(shù)的進步使開發(fā)高效馬達成為可能，盡管尺寸受到嚴格限制，但仍可產(chǎn)生足夠的功率，并在各種惡劣環(huán)境下都具有非常高的可靠性。設(shè)計規(guī)格和尺寸最適合鏡頭的馬達，有助于在不影響性能的情況下實現(xiàn)緊湊性。

一般來說，旋轉(zhuǎn)型馬達用于驅(qū)動較重的對焦鏡組，但是將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為線性運動的凸輪和齒輪不可避免地會導(dǎo)致功率損耗，并且許多機械零件會產(chǎn)生噪音和振動。

對于高性能F1.2鏡頭而言這是行不通的，因此我們決定使用小型但功能強大的馬達來直接線性地驅(qū)動對焦鏡組，采用XD線性馬達實現(xiàn)快速、靜音和低振動。

但是由于線性馬達沒有減速機構(gòu)，因此為了實現(xiàn)快速和精準的自動對焦，需要非常靈敏的控制。

具體來說，我前面提到的四個傳感器精確地檢測了對焦鏡組的位置，并以快速的反饋周期將該位置數(shù)據(jù)提供給控制系統(tǒng)，從而提高了響應(yīng)速度，這也利用了索尼獨有的控制模擬技術(shù)。鏡頭移動和停止的許多模式都經(jīng)過了反復(fù)的完整模擬，并在實際硬件上進行了測試和分析。最終進行了調(diào)整以使驅(qū)動器從加速到靜止均實現(xiàn)平穩(wěn)地運動-這是該鏡頭的最佳選擇。

這種精細的控制將驅(qū)動噪音和振動降低到非常低程度，以至于用戶可能懷疑鏡頭是否在移動。XD直驅(qū)線性馬達由軟件控制，可提供最大的自動對焦和響應(yīng)速度，使我們能夠制造出擁有出色光學(xué)性能的緊湊型鏡頭。

可滿足索尼現(xiàn)在和未來機身需求的鏡頭

菊地：我也想談?wù)凢1.2鏡頭如何充分利用相機機身的性能。索尼從系統(tǒng)層面開發(fā)了所有必不可少的組件，包括影像傳感器，因此相機和鏡頭作為一個整體系統(tǒng)在內(nèi)部同時開發(fā)。當我們開發(fā)可更換鏡頭時，還要照顧到機身的未來發(fā)展，以使鏡頭能夠從未來的機身中獲得最佳的性能。

當然，這款鏡頭非常適合與2021年1月發(fā)布的新機Alpha 1結(jié)合使用，可進行30fps連拍，8K和4K 120p高分辨率視頻拍攝。我們也試著預(yù)測機身的未來趨勢，我們的目標是追求不僅是滿足現(xiàn)在機身的需求，也能滿足未來的機型的高畫質(zhì)和高性能的需求。

可靠性和易用性

專業(yè)的操控

高田：我們開發(fā)的這款鏡頭在操作性上也毫不妥協(xié)，因此可以滿足專業(yè)攝影師的需求。  

例如，盡管其外型緊湊，但在鏡頭的頂部和側(cè)面均提供了可自定義的對焦保持按鈕，無論是在水平還是在垂直位置拍攝人像，都具有相同的專業(yè)操作感受。

水野：我們在設(shè)計FE 50 mm F1.2 GM時還考慮了手動對焦，尤其是對焦環(huán)的位置，注重扭矩和旋轉(zhuǎn)時的手感。鏡頭配備了線性響應(yīng)手動對焦系統(tǒng)，可讓對焦環(huán)直接線性地作出響應(yīng)，以保證精準的對焦調(diào)節(jié)，甚至可以對對焦環(huán)的很小的移動做出反應(yīng)。在F1.2時，對位置精度要求很高，但我們開發(fā)了滿足該需求的鏡頭。

堅固耐用 可在復(fù)雜嚴苛環(huán)境中使用  

菊地：鏡頭密封良好，可防止污垢，灰塵和水濺–防塵和防潮設(shè)計為用戶提供了保證。  

前鏡片的氟化物涂層可降低鏡頭表面沾染水漬、油污、灰塵和其他污染物的幾率。  

水野：我們還考慮了環(huán)境溫度的變化，例如機械和電氣組件的屬性（例如對焦馬達的推力）隨環(huán)境和溫度的變化而改變。該鏡頭的軟件可通過自主計算各種控制參數(shù)，來不斷優(yōu)化性能，即使在苛刻條件下也能保持精度。  

最終，即使在野外嚴苛條件下（例如極冷或極熱的環(huán)境）拍攝時，用戶也可以用這款高性能鏡頭放心地拍攝。  

值得擁有的F1.2鏡頭

菊地：作為光學(xué)設(shè)計師，我可以毫不夸張地說，這款鏡頭是G大師鏡頭系列的巔峰之作，具備高分辨率和優(yōu)秀的散景。我期待用戶可以親身體驗這款F1.2鏡頭帶來的柔美背景虛化效果和高分辨率。

盡管最大光圈達到了F1.2，但這款鏡頭在緊湊性和高性能方面達到了平衡，并且具備很多專業(yè)的性能。鏡頭包含了索尼很多新技術(shù)，因此作為一名鏡頭工程師，我很愿意看到用戶使用它拍攝各種不同的題材。

水野：這是一款可進行多種拍攝題材的鏡頭，滿足專業(yè)攝影師和發(fā)燒友的不同的拍攝需求。它不僅適合拍攝人像和婚禮等題材，高性能的自動對焦功能還使其能夠出色地捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝的瞬間，例如跟蹤體育賽事中快速移動的對象。

高田：這款緊湊的FE 50 mm F1.2 GM鏡頭還為視頻拍攝提供了出色的性能。手持或采用穩(wěn)定器拍攝時，即使在F1.2的景深較淺時自動對焦性能也可以輕松跟蹤被攝對象。優(yōu)秀的自動對焦和安靜與平滑的光圈環(huán)，精準和響應(yīng)靈敏的手動對焦環(huán)相結(jié)合，讓攝像師倍受青睞。我希望用戶會喜歡這種新的視頻視覺表達形式。

通過提供新的拍攝體驗，該鏡頭充分體現(xiàn)了G大師鏡頭系列的價值和潛力。

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