RF70-200mm F2.8 L IS USM/RF70-200mm F4 L IS USM開發者訪談

(左)電氣設計師:本間大貴
(右)機械設計師:佐佐木邦彥
尺寸精簡的原委
佳能的鏡頭研發,從選擇適當的光學設計開始。鏡頭的光學系統可分為兩種類型:“固定長度”和“伸縮可變”。伸縮可變,通過改變鏡頭的總長實現對焦。這種設計有利于縮小尺寸,因為可以充分利用微單相機自有的短后對焦距離特性。然而,與EF時代的常規鏡頭相比,這種設計確實犧牲了部分靈活性和易用性。
盡管佳能內部對此也有爭議,但佳能推測,用戶或許愿意犧牲一些易用性,以換取更高質量和更廣的潛在攝影表現形式。希望現有佳能客戶會受此啟發,采用新的EOS R系統。
F4和F2.8
實際上,我們曾想過在F4鏡頭上采用固定長度設計。這將與F2.8的設計有所不同,同時還兼容增倍鏡。但是,我們很快意識到,這樣的F4鏡頭對于大多數用戶來說都過于笨重了。由于F4鏡頭的基本結構本身就比F2.8鏡頭小,所以我們決定充分利用這一優點,在F4鏡頭上采用與F2.8鏡頭相同的光學結構,盡量縮小尺寸。
不支持增倍鏡
RF系列采用新設計,讓我們感到左右為難。我們希望,用戶會憧憬EOS R系統未來的可能性。我們也意識到,現有用戶也許想要能兼容增倍鏡的鏡頭。可事情不遂人愿,對支持增倍鏡的新鏡頭設計進行模擬計算后,我們發現在廣角端,鏡頭的總長無法縮短。結果是,鏡頭尺寸不如預期短小,尤其是與EF時代的鏡頭相比。
雖然EF70-200mm f/2.8L IS III USM受到高度贊譽,但仍有用戶對笨重的體積頗有微詞。為了最大限度地發揮可換鏡頭系統的優勢,我們破釜沉舟,在設計RF70-200mm F2.8 L IS USM時,放棄了兼容增倍鏡的設計。正是這一決定讓鏡頭總長大幅縮短,大概比EF鏡頭短25%。
我第一次看到F2.8鏡頭的原型時,對它小巧的尺寸驚嘆不已。同時,F4鏡頭也毫不遜色。尺寸減小后,與標準F4變焦鏡頭相差無幾。
還有,鏡頭采用伸縮式設計,這種結構需要鏡片元件往復運動,因此變焦時改變鏡頭總長所需的扭矩更大。這意味著,轉動變焦環更費力氣。所以,我們煞費苦心,只為轉動變焦環時不費力。總之,在設計這些鏡頭的過程中,就小型化和增倍鏡兼容性而言,就必須攻克多個難關。
減輕重量
當然,鏡頭要輕,這一點很重要,但我認為鏡頭和相機機身之間的重量平衡也很重要。在著手縮減RF鏡頭尺寸的同時,佳能也在不斷改進EOS R相機,向著更小、更輕的方向前行。
我們思考,如果鏡頭安裝到EOS R5和R6這樣的相機上,如何實現平衡,整體尺寸又如何。我想,這會讓長時間負重奔波的攝影師輕松一些。我真心期待新EOS系統用戶提出寶貴建議。
光學設計
F2.8和F4鏡頭采用了共性技術。我想對這些鏡頭的光學設計稍微展開談幾點。過去,說到70-200mm的變焦鏡頭,那就是固定長度設計。但是,對于RF鏡頭系列,佳能采用了一種新的光學系統,這一系統使用了稱為“多組變焦”的方式,各鏡片組各司其職,不再局限于過去的可變放大、聚焦和像差校正等功能。
這支鏡頭是首支采用驅動馬達控制浮動鏡片組的鏡頭。浮動鏡片組是一組主要用于消除像差的鏡片元件。使用馬達控制浮動鏡片組,不管哪個變焦位置、不管對焦什么距離,都能拍出畫質出色、像差較小的圖像,這是提高鏡頭基本性能的技術。
另外,采用這種電子浮動對焦系統,還有利于縮小最近對焦距離:從F2.8 EF鏡頭的1.2m縮短到F2.8 RF鏡頭的0.7m。設計在廣角端靠近被攝體拍攝的鏡頭并非難事,但用戶也想在遠攝端靠近被攝體拍攝!
為此,F4鏡頭的最近對焦距離縮減至60cm。使用小型化后的70-200mm鏡頭,最近能夠對焦伸手可及的位置,這讓我感覺興致勃勃。
自動對焦性能
我們在研發電子浮動對焦系統時,遇到了一些困難。比如,如果馬達控制導致位置調整出現延遲,這將造成嚴重的像差,進而使對焦不準。盡管我們做了多種嘗試,改進控制系統,避免延遲發生,但是,開始時的情況并不盡如人意。
實際上,我們在實測第一個原型時,問題層出不窮。最初相機難以對焦,經歷大量修改、多次討論到深夜后,最終我們提高了性能,拍出了令自己滿意的圖像。
控制系統的設計困難異常,系統要調整對焦鏡片組以便對焦被攝體,還要同時控制浮動鏡片組。
性能優秀的自動對焦系統,需要快速調整相機鏡頭,瞬間對焦被攝體。但是,在新的鏡頭設計中,必須以微米級精度,同時控制兩個獨立鏡片組的位置。佳能的新控制系統不僅能精確計算最終停止位置,也能在調整對焦時的每個特定瞬間,以微米級精度調整和補償兩個鏡片組的位置,避免偏離正確的焦點位置。
如果定位不準確,對焦過程中會出現像差,因此將不能對焦移動的被攝體。經過大量的努力和反復的試錯測試,我們最終推出了可以準確對焦高速移動被攝體的鏡頭。
這樣的成果正是攝影師翹首以盼的,相機能“抓住”移動被攝體,拍出的圖像畫質如同靜物圖像一般。
可靠性
之前提到,我們采用的變焦鏡頭隨焦距調整,總長將改變。當然,前端可伸縮的變焦鏡頭會引來麻煩,因為對焦時鏡頭前端可能會誤撞其他物體。
所以,為了固定鏡筒,我們決定在用于移動F4前端元件的鏡筒上使用6個凸輪從動件(即固定可動鏡筒的部件),在F2.8鏡頭上使用12個凸輪從動件。用于固定鏡筒的凸輪從動件數量,都是正常數量的兩倍。在佳能內部反復測試后,我們自豪地推出了“純正的佳能70-200mm鏡頭”。
出色畫質
這些鏡頭的畫質得到了大幅改善。我們不僅抑制了圖像中心的球面像差,還通過抑制色差和圖像彎曲,改善了周邊畫質。這在一定程度上要歸功于之前提到的電子浮動對焦系統。此外,采用伸縮式光學設計,廣角端沒有不合理的長焦距,這一設計更加適當。
RF70-200mm F2.8 L IS USM鏡頭在逆光下也可以拍出通透的圖像。例如,拍攝駛近的火車時,即使車頭前照燈的炫光打過來,相機也能拍出整列火車的清晰圖像。這是新玻璃鍍膜和高級模擬技術發展的結果。
多年來,其他光學元件也在不斷改進。比如,RF70-200mm F2.8 L IS USM是佳能第一款采用非球面UD鏡片的相機鏡頭。雖然在技術層面難以解釋原因,但是鏡頭總長卻因此縮短了幾毫米。除此之外,鏡片元件數量也減少了,重量得以大幅減輕。
防抖功能(IS)
RF系列鏡頭的另一大優點是支持協同防抖功能,與相機內置的圖像穩定器相輔相成。F4鏡頭不如F2.8鏡頭明亮,所以用戶在某些情況下可能需要降低快門速度。舉個例子,手持相機拍攝夜景圖像,如果降低快門速度,圖像質量會受到影響。
但是,協同防抖可校正相機抖動模糊,效果與快門速度提高至7.5級時一樣,讓手持攝影拍攝更加安心。這些技術加之其他技術的進步,讓RF系列鏡頭開啟了新時代,與EF截然不同的時代。我希望,佳能鏡頭用戶在選擇RF系列鏡頭時,能從新的視角考慮。
寄語用戶
佳能70-200mm鏡頭已經聲名遠揚。推出重要的新產品時,往往有這樣的趨勢:只做小修小改,以求無過。然而,佳能始終秉持大膽突破的精神研發產品,迎難而上,這也是佳能的優點之一。
打破產品的常規向來是有利有弊的。但是,我們堅信這支鏡頭能為用戶帶來更廣闊的攝影表現形式。我們計劃將用戶的反饋體現到未來的產品開發中,所以懇請廣大用戶提出寶貴的意見和建議。
RF鏡頭開發人員心中存在一個共識,即RF鏡頭的研發不能簡單照搬EF鏡頭的模式。我們一直嘗試將新的靈感或者與眾不同的想法融入開發的每支鏡頭中。這在現在的70-200mm鏡頭上得到印證。我想,用戶會驚嘆鏡頭的緊湊尺寸和操作性,而這一點只有RF設計才能實現。