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Canon f/2.8L和f/4L變焦鏡頭成功背後

不久之前,大家都覺得,定焦鏡頭的影像質素是最好的。Canon 1989年發佈的首款f/2.8L和f/4L變焦鏡頭,當時就讓全球對變焦鏡頭開始改觀。Canon最近在此備受讚譽的系列中再增加EF70-200mm f/2.8L IS III USM和EF70-200mm f/4L IS II USM鏡頭,就讓Canon產品開發人員來介紹上述改變攝影格局的鏡頭,這一路是如何發展。

Canon f/2.8L和f/4L變焦鏡頭

 

首款L系列f/2.8變焦鏡頭:證明變焦一點也不輸定焦鏡頭

- Canon什麼時候開始研發大光圈變焦鏡頭?

產品規劃:EF鏡頭系列中的前三款專業大光圈變焦鏡頭為EF20-35mm f/2.8L、EF28-80mm f/2.8-4L USM、EF80-200mm f/2.8。它們是於1989年與Canon頂級單眼自動對焦相機EOS-1一起推出。Canon鏡頭陣容出現三款f/2.8專業變焦鏡頭,那可是頭一遭。

那時候,定焦鏡頭是要求高亮度(大光圈)和高影像質素的專業攝影師之首選,Canon鏡頭設計師夢想著創造出品質相等的EF接環變焦鏡頭。FD35-70mm f/2.8-3.5 S.S.C.在1973年推出時非常受歡迎,並且有很多反饋要求更多這種大光圈、專業品質的變焦鏡頭。 

隨著技術的進步,我們終於能夠製造出一款大光圈和影像質素能媲美定焦鏡頭的變焦鏡頭。這些是前面提到的前三款L系列EF變焦鏡頭,鏡頭表現非常出色,讓愛用定焦鏡頭的專業攝影師,也開始使用變焦鏡頭。

產品規劃:Kengo Ietsuka

產品規劃:Kengo Ietsuka

現在每家廠商都生產f/2.8變焦鏡頭,不是什麼大不了的事情了。然而當時,那卻是革命性的創舉:光圈這麼大的廣角、標準和遠攝變焦鏡頭,在那之前可沒有人想過要做。鏡頭設計師想做前所未見的突破,好開創新時代。就憑著這樣的勇氣和遠見,Canon的大光圈L系列變焦鏡頭贏得廣大用戶的支持,也得以大步發展,開創現今的局面。

 

1973年
首款專業大光圈變焦鏡頭:FD35-70mm f/2.8-3.5 S.S.C.

FD35-70mm f/2.8-3.5

這也是首款影像畫質能媲美定焦鏡頭的大光圈變焦鏡頭。接著,還陸續推出了多款短焦距變焦鏡頭。

 

1987年
EOS系列相機開始登場

EOS 650、EOS 620

1987年推出的EOS 650和620,開了全電子EF接環系統相機的先河。

按此處了解詳情:
全電子接環的誕生(英文版)
最早的EOS相機 - EOS 650

 

1989年
首款f/2.8L變焦鏡頭

EOS-1、EF 20-35mm f/2.8L、EF 28-80mm f/2.8-4L USM、EF80-200mm f/2.8L

這三款f/2.8L鏡頭與首款EOS-1同時推出,是當前f/2.8L鏡頭的先驅,為專業攝影師提供了L鏡頭獨有的高畫質。
- EF20-35mm f/2.8L
- EF28-80mm f/2.8-4L USM
- EF80-200mm f/2.8L

 

USM:建立專業用的鏡頭內自動對焦系統

- 請介紹一下首款f/2.8L變焦鏡頭。

產品規劃:EF17-35mm f/2.8L USM、EF28-70mm f/2.8L USM、EF70-200mm f/2.8L USM是1989年推出的三款大光圈變焦鏡頭的後續之作。鏡頭均設置固定光圈,在整個變焦範圍內光圈都達到 f/2.8。攝影師只需攜帶這三款鏡頭,即可覆蓋廣角到遠攝焦距,非常方便。鏡頭亦採用超聲波馬達(USM),自動對焦更快更簡單。從EF70-200mm f/2.8L USM開始,該系列中的所有遠攝鏡頭均相容1.4倍和2倍增距鏡。

電子系統設計:當時的主流是使用相機機身內的馬達來移動聚焦鏡頭。然而,Canon自行開發,在鏡頭內部設置驅動系統。現在,每個鏡頭可以各自優化其驅動系統的佈局設計,讓Canon相機在自動對焦時,比競爭對手快而準,而且更安靜。環形USM的形狀和控制機制更是進一步改進,讓它們更適合鏡頭,倒過來這又再提高了鏡頭性能。

電子系統設計:Koji Okada

電子系統設計:Koji Okada

產品規劃:首款配備USM的鏡頭是1987年推出的超遠攝鏡頭EF300mm f/2.8L USM,同年EOS系統首次亮相。這款鏡頭深得好評,因為它可以實現快速、高精度的自動對焦,儘管在300mm處的景深非常淺。USM技術後來用於f/2.8L變焦鏡頭系列中,接下來的發展已是眾所周知。

 

1987年
USM首次投入使用

環形USM

Canon是在鏡頭內使用USM來驅動自動對焦的全球先行者。在超聲波振動能量的驅動下,USM非常接近理想的自動對焦驅動馬達,運行寧靜、功耗低、啟動和停止反應極佳且易於控制。

 

世界上第一個配備USM的超遠攝L鏡頭:EF300mm f/2.8L USM

EF300mm f/2.8L USM

這款鏡頭內建對焦系統及環型USM,光學性能超卓,自動對焦快速而無縫。它也是世界上最受好評的大光圈超遠攝鏡頭之一。

 

數位時代:滿足對更高光學性能日益增長的需求

- 請您說說,數位時代是怎麼出現的嗎?

產品規劃:在數位時代,我們更常列印和使用大尺寸的照片。因此,開發人員必須設計出光學性能更勝以往的鏡頭。

光學設計:對於固定光圈變焦鏡頭,光學設計中最難的方面是校正長焦端的球差、廣角端的場曲以及從廣角端到望遠端的色差。這方面,選擇合適的玻璃材料和非球面鏡片非常重要。那時候,模擬軟件還沒有那麼先進,讓開發鏡頭變得更棘手。為了確保我們的鏡頭表現均衡,配得起旗艦產品的稱號,我們製作了原型,也做了測試,然後從頭再做一次,直到結果令人滿意為止。

光學設計:Hiroshi Endo

光學設計:Hiroshi Endo

機械設計:相機越來越高的影像解析度,就表示需要更高的對焦精度。因此,我們不得不重新調整焦點驅動系統。為確保性能不會減低,每個產品都要分別研究和改進。我們還設法讓調整方法變得更準確,好對每個鏡頭組的傾斜和平行偏心情況進行數位調整。

機械設計:Shigeki Sato

機械設計:Shigeki Sato

產品規劃:隨著市場從模擬過渡到數位單眼相機,我們決定增強L鏡頭的光學性能。

 

在標準變焦鏡頭上實現24mm廣角端

- 什麼樣的突破幫助您在標準變焦鏡頭上實現24mm的廣角端?

機械設計:我們透過實現變焦兼內對焦機制,達到了更廣的廣角端。以前,從無窮遠到近距離的聚焦饋送量必須在整個焦距範圍內保持不變。目前的對焦機制是一種創新機制,可以解開光學設計的這一限制。

光學設計:先前的機制移動最前面的鏡頭元件,而上述新機制則可使用後焦點或內對焦系統 。由此,我們能夠達到更廣的廣角端,同時保持整體尺寸。稍後推出的EF24-105mm f/4L IS USM也使用了相同的機制。這是我們能夠生產廣角端寬達24mm的高倍率變焦(「超級變焦」)鏡頭的一大原因。

光學設計:Hiroshi Endo

光學設計:Hiroshi Endo

電子系統設計:EF70-200mm f/2.8L系列中的鏡頭亦採用這種機制,使對焦鏡頭變得更小。這不僅實現了高速自動對焦驅動,還讓遠攝鏡頭變得更加小巧。 

 

首款使用變焦兼內對焦機制的超級變焦鏡頭:EF35-135mm f/4-5.6 USM

EF35-135mm f/4-5.6 USM

這是Canon首款使用內對焦系統的超級變焦鏡頭,推出於1990年,也是變焦鏡頭的主力。該鏡頭成為接下來多組EF變焦鏡頭的模本。

 

EF28-70mm f/2.8L USM鏡頭示意圖

EF28-70mm f/2.8L USM鏡頭
EF28-70mm f/2.8L USM鏡頭示意圖(內對焦系統)

最前方鏡頭元件進行內對焦

 

EF24-70mm f/2.8L USM鏡頭示意圖

EF28-70mm f/2.8L USM鏡頭
EF24-70mm f/2.8L USM鏡頭示意圖(變焦兼內對焦)

變焦兼內對焦系統

 

機身更強韌耐用,適合頻密拍攝

- 從2000年代中期起,公司改進了產品的耐用性。您能說說有關的詳情嗎?

產品規劃:在這個數位時代,人們拍照比以往多,新聞媒體從業員更是如此。有鑑於這種趨勢,產品自然就得更強韌耐用。要是一般正常使用,很少會有問題。然而新聞攝影中,相機和鏡頭常用於極端惡劣的環境。我們從一開始就著手改變整個機械結構,以提高耐用性和韌性。

機械設計:例如,最常用的其中一種零件變焦環,與內部結構機械連接。自2000年代中期以來,我們在連桿部分使用了軸承並對其進行了改進,使操作順利。而且,內部結構越複雜,鏡頭就越難操作。在數位化時代,兼顧產品操作簡便而不失可靠,這可是至關重要。因此,我們從光學設計階段就考慮了這些因素,並多次反覆試驗。

為使結構防塵防滴,只是增加全天候密封功能是不夠的。鏡頭會變得沉重。因此,我們必須考慮氣流的路徑,並設法來平衡防滴漏的需要,同時確保鏡頭的外觀不受影響。

生產技術:Kenichi Okushima

生產技術:Kenichi Okushima

產品規劃:目前產品很耐用,這讓專業用戶比以往更滿意。專業攝影師常常要抓住稍縱即逝、無法重來的拍攝機會,因此他們真正需要什麼規格,常常都不太明顯。

機械設計:例如,70-200mm遠攝鏡頭通常用於體育攝影,您當然不想出故障,妨礙您拍攝最佳的畫面。2010年推出的EF70-200mm f/2.8L IS II USM及其後續版本(最近推出的EF70-200mm f/2.8L IS III USM)具有顯著改善的耐用性和韌性。

力學設計:Shigeki Sato

力學設計:Shigeki Sato

 

高精度批量生產技術

- 您是否能說明,廣角鏡頭的非球面技術如何提高?

光學設計:現在攝影已趨於數位化,周邊影像畫質和橫向色差的校正,成了其中關鍵。要校正畫質和色差,非球面鏡片技術確實不可或缺。Canon許多非球面鏡片設計和製造技術,例如研磨非球面、複製品、玻璃模製(GMo)等,都用得其所。在EF16-35mm f/2.8L III USM上,我們在大光圈鏡頭上成功採用雙面非球面鏡片,進一步改善了像差。

生產技術:Canon的優勢在於能夠大批量生產大光圈玻璃模製非球面鏡片,這需要極高的精度。EF16-35mm f/2.8L III USM使用直徑為62.5mm的超大非球面鏡頭。為大規模生產,我們採用了半導體製造用光刻設備中使用的拋光和測量技術,有關工藝的精度要求,比製造一般消費類照相機的鏡頭更高。當用於地面非球面表面時,上述技術比舊方法精確2.5倍。我們也正在改善成型工藝的精度。

高精度GMo非球面鏡片模具

高精度GMo非球面鏡片模具

 

- 請介紹遠攝鏡頭的光學系統。

產品規劃:遠攝鏡頭主要出現的,是色差的問題。這個問題,我們透過使用UD鏡頭等低色散玻璃來加以校正。自EF70-200mm f/2.8L IS II USM以來,我們一直在使用螢石,這種做法更是好評如潮。在EF70-200mm f/2.8L IS III USM上,我們採用了最新的塗層技術——空氣球塗層(ASC) ,以改進閃光。這使產品更接近完美。

光學設計:產品目錄雖無提及,但我們使用了「高折射率玻璃」這種新型透鏡,它具有高折射率,可以抑制色差、場曲和周邊像差。近年來市面上推出了不少新型玻璃。乍看之下,遠攝鏡頭鏡頭的光學系統沒有明顯變化。然而,其中變化對於光學設計師來說非常明顯——我們現在用的玻璃材質,以前完全做夢也想不到,這更擴大了鏡片設計的可能性。

鏡頭加工:UD鏡片非常細膩,操作起來不簡單。經過多年的研究,Canon最終在十年前成功使UD鏡頭的批量生產自動化。自此,所生產的鏡片品質就穩定了。高精度加工也讓使用上述高折射率玻璃成為可能。

UD鏡頭

UD鏡頭

 

工匠手藝加以數位化

- 注入數位化後,製造工廠有哪些變化?

鏡頭加工:進入數位化時代,市場需求增加,大規模生產成為必要,高精度玻璃元件的需求從每天幾件增加到幾百件。因此,我們開始盡可能將依賴工匠技能的工作,加以規範(數位化)。同時,我們也鼓勵工具標準化,並積極實施新的加工機器和評估設備。種種努力,讓我們得以批量生產精度和品質同樣好的鏡片表面。

鏡頭加工:Hisakazu Nakamitsu

鏡頭加工:Hisakazu Nakamitsu

在宇都宮廠房,高品質、穩定供應鏡片所需的幾乎所有加工步驟,都已自動化。但是,某些過程(如拋光和精確定形鏡片的某些部分)需要人手操作,難以自動化。因此,我們仍然依賴工匠的技能,並正在努力確保下一代能傳承這些技能。

Engineer inspecting lens

 

設計和生產工程團隊之間密切合作

- 鏡頭如何設計並轉至生產線?

光學設計:我們使用Canon內部的光學模擬軟件,可以讓我們設計出新規格的鏡頭。在生產原型之前,我們在軟體上模擬各種材料,用它來測試鏡頭的抗衝擊性能,然後驗證各項材料對光學性能有何影響。模擬技術必須使用處理能力超卓的電腦來運行。

產品規劃:我們的軟體可以檢查變焦位置、焦點位置和光圈值如何影響鬼影和眩光。有了這款軟體,我們可以設計性能上乘的鏡頭。生產工廠也致力配備更精確的設施,才能交出品質與設計相呼應的產品。

開發人員受訪

生產技術:從產品規劃的初期開始,設計團隊和工廠的生產工程團隊就經常會面。我們討論特定產品所需的新技術、可能面臨的技術難關、處理和組裝的難易度,以及是否可能實現自動化。討論有了結果,我們就可以在準備大規模生產時,考慮到設計和工程方面的各項觀點。

產品規劃:設計部門和工廠對等討論,讓雙方得以緊密合作。雙方自2000年以來,在公司結構中就處於同等地位。

 

開發實驗室和生產工廠緊密合作

光學技術實驗室

光學技術實驗室

宇都宮廠房

宇都宮廠房

 

開發人員簡介

鏡頭開發團隊和生產工程師

(左起)

產品規劃:Kengo Ietsuka
Ietsuka負責EF鏡頭系列的產品規劃。他負責EF鏡頭的商業化和性能改進,包括f/2.8L和f/4L變焦鏡頭。

光學設計:Hiroshi Endo
自EOS首度推出以來,Endo就一直參與相關系統開發的光學設計方面。他加入Canon後,一直致力於開發和設計大光圈L系列變焦鏡頭的關鍵技術,即大直徑非球面鏡片。

機械設計:Shigeki Sato
加入Canon後,Sato一直負責EF鏡頭的機械設計。自2000年數位化迅速加速以來,他對技術創新和可靠性改進作出了重大貢獻。

電子系統設計:Koji Okada
Okada主要負責IS單元控制,致力於確保EOS相機和EF鏡頭相互配合良好,目前負責匹配元件的系統機制,用於在相機和鏡頭之間傳輸資訊。

鏡頭加工:Hisakazu Nakamitsu
Nakamitsu監控整個生產部門的整體效率以及品管,協助確保高品質專業鏡頭的供應穩定。

生產技術:Kenichi Okushima
Okushima負責大規模生產的技術支援。他的部門專責確保研磨非球面鏡片的高精度,推動高精度球面鏡片加工自動化,並與產品設計部門合作展開新技術的研究。

 

本次採訪日期,正是Canon新款EF70-200mm L鏡頭發佈之際。另請閱讀:
Canon 宣布推出 EF70-200mm f/2.8L IS III USM
Canon 宣布推出 EF70-200mm f/4L IS II USM

 


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