ในตอนที่ 2 ของเรื่องราวเบื้องหลังการพัฒนาเลนส์ EF200-400mm f/4L IS USM Extender 1.4x นี้ เราจะมาเจาะลึกถึงขั้นตอนการทดสอบมากมายที่เลนส์ตัวนี้ผ่านมาก่อนจะเผยโฉมให้เราได้เห็น การทดลองซ้ำๆ คือกุญแจสำคัญสู่คุณภาพภาพถ่ายระดับสูงและความทนทานของเลนส์ที่พลิกประวัติศาสตร์หน้าใหม่ของวงการตัวนี้

หน้า: 1 2

บทที่หนึ่ง

การพัฒนาที่ท้าทาย

เลนส์ที่สร้างขึ้นจากความหลักแหลมของมนุษย์

ศูนย์การค้นคว้าวิจัยทางทัศนศาสตร์ (Optics R&D Center) ที่อุสึโนะมิยะ ได้รับมอบหมายให้พัฒนาเลนส์ EF200-400mm f/4L IS USM Extender 1.4x ซึ่งเป็นเลนส์ซูมอัลตร้าเทเลโฟโต้ที่มีตัวขยายทางยาวโฟกัสในตัว และให้ภาพถ่ายคุณภาพสูงสุดยอด เทียบเท่ากับเลนส์ทางยาวโฟกัสเดี่ยว

การพัฒนาเลนส์เริ่มต้นด้วยการออกแบบออพติคอล ซึ่งสมาชิกในทีมออกแบบออพติคอลก็พร้อมรับภารกิจที่ “ท้าทายแต่คุ้มค่า” นี้ อุปสรรคที่สำคัญในการออกแบบระบบออพติคอลสำหรับเลนส์เทเลโฟโต้ คือ การแก้ไขความคลาดสี ด้วยเลนส์ตัวใหม่นี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่ไม่เพียงจะต้องควบคุมความคลาดสีให้ได้โดยสิ้นเชิง แต่ยังต้องลดความคลาดเคลื่อนอื่นๆ ที่จะเกิดจากการซูมให้เหลือน้อยที่สุดด้วย

เรื่องนี้พูดง่าย แต่ทำยาก เพราะการใส่ตัวขยายทางยาวโฟกัสขนาด 1.4x จะทำให้ความคลาดต่างๆ เพิ่มขึ้น 1.4 เท่าด้วย ซึ่งหมายความว่าคุณภาพภาพถ่ายสูงเฉพาะช่วงระยะ 200-400 มม. อาจไม่เพียงพอ จะต้องได้คุณภาพภาพถ่ายตามเป้าหมายที่ระยะโฟกัสสูงสุด 560 มม. ด้วย

เลนส์ฟลูออไรต์และเลนส์ UD มักนำมาใช้เพื่อลดความคลาดสี การนำเลนส์พิเศษเหล่านี้มาใช้จะเป็นกุญแจสำคัญในการลดความผันผวนของระดับความคลาดสีตลอดช่วงระยะการซูม นักออกแบบระบบออพติคอลจึงขะมักเขม้นทำงานกับโปรแกรม CAD (Computer Aided Design) หรือโปรแกรมออกแบบออพติคอลโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย วันแล้ววันเล่าเพื่อกำหนดองค์ประกอบและรูปแบบการจัดวางชิ้นเลนส์ที่เหมาะสมที่สุด

ระบบ CAD ออพติคอล คือ โปรแกรมช่วยออกแบบออพติคอล ซึ่งประกอบด้วยซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์และคลังอาวุธเทคโนโลยีอื่นๆ อีกมากที่ Canon ได้พัฒนาขึ้น โปรแกรมนี้ช่วยให้นักออกแบบสร้างสรรค์ประสิทธิภาพด้านออพติคอลตามที่ตั้งเป้าไว้ได้อย่างแม่นยำและได้ผลดี

ทว่า ที่สุดแล้ว CAD ออพติคอล ก็ไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่าเครื่องมือที่ช่วยให้นักออกแบบรังสรรค์ปั้นแต่งเลนส์ที่สะท้อนถึงความตั้งใจของตน เห็นได้ชัดเจนจากข้อเท็จจริงที่ว่าทางออกที่ดีที่สุดที่ซอฟต์แวร์จำลองขึ้น อาจไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อประเมินด้วยสายตามนุษย์

การแก้ไขปัญหายากๆ (อย่างเช่น เลนส์ควรจะประกอบเข้าด้วยกันอย่างไรจึงจะดีที่สุด และวิธีการใดจะเหมาะสมที่สุดสำหรับเลนส์ตัวหนึ่งๆ) นั้นต้องการมากกว่าแค่ขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์และซอฟต์แวร์ แต่ต้องการองค์ความรู้ที่ Canon สั่งสมไว้นานนับปีกับปฏิภาณและวิจารณญาณของนักออกแบบออพติคอล

นักออกแบบได้สรรหาองค์ประกอบและวิธีการจัดวางชิ้นเลนส์และส่วนต่างๆ ให้เหมาะสมที่สุดโดยใช้ CAD อย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย อันเป็นกระบวนการลองผิดลองถูกซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง แต่การออกแบบเลนส์ซูมอัลตร้าเทเลโฟโต้ที่มีตัวขยายทางยาวโฟกัสในตัว เลนส์แรกของโลกนั้นย่อมไม่ใช่งานง่ายๆ ทีมพัฒนายังคงประสบกับความท้าทายต่อไป

33 เลนส์ใน 24 กลุ่ม - จำนวนสูงที่สุดในบรรดาเลนส์ซีรีย์ EF

นับแต่ขั้นแรกของการพัฒนา ทีมได้ตัดสินใจแล้วว่าตัวขยายทางยาวโฟกัสในตัวนั้นจะต้องใช้งานแบบแมนนวล เพราะไม่มีตัวขับเคลื่อนใดจะเอาชนะมือมนุษย์ไปได้ในแง่ของความเร็วและการตอบสนอง การใช้ตัวขยายทางยาวโฟกัสแบบแมนนวลยังสมเหตุสมผลในด้านความเชื่อถือได้และความเสถียรอีกด้วย

สิ่งที่เป็นประเด็นหลักอย่างหนึ่งในขั้นตอนการออกแบบออพติคอล คือ การระบุตำแหน่งของตัวขยายทางยาวโฟกัสโดยคำนึงถึงการลดความคลาดต่างๆ ให้ได้มากที่สุด ตามปกติแล้ว ตัวขยายทางยาวโฟกัสจะเพิ่มความยาวโดยรวมของตัวเลนส์ และทำให้ระยะห่างของแกนแสงจากเลนส์ไปยังระนาบโฟกัสเพิ่มขึ้น แต่ตัวขยายทางยาวโฟกัสในตัวจะต้องเพิ่มช่วงทางยาวโฟกัสโดยใช้กำลังการหักเหแสงของเลนส์ ดังนั้น การเพิ่มดัชนีกำลังการหักเหแสงของกลุ่มเลนส์ให้สูงอาจเป็นปัจจัยที่ทำให้ความคลาดเพิ่มขึ้น

นักออกแบบออพติคอลเห็นว่า น่าจะระบุตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับกลุ่มเลนส์ในตัวขยายทางยาวโฟกัสได้เอง ถ้าหากเลนส์ตัวใหม่นี้จะสับเปลี่ยนระหว่างช่วงระยะโฟกัส 200-400 มม. กับ 280-560 มม. ด้วยการสลับกลุ่มเลนส์ในตำแหน่งซึ่งก่อให้เกิดความคลาดน้อยที่สุด

แล้วทีมนักออกแบบก็ได้พัฒนาตัวขยายทางยาวโฟกัสซึ่งประกอบด้วย 8 ชิ้นเลนส์ใน 4 กลุ่มขึ้น ระบบออพติคอลนี้ได้รับเลือกหลังจากนักออกแบบพิจารณาถึงประเด็นความคลาดต่างๆ แล้ว แต่ปรากฏว่ากลุ่มเลนส์ในตัวขยายทางยาวโฟกัสมีขนาดใหญ่เกินไปและรบกวนระบบออพติคอลของตัวป้องกันภาพสั่นไหวในเลนส์ ถึงอย่างนั้น ทีมนักออกแบบออพติคอลก็ยังคงยืนกรานถึงตำแหน่งของกลุ่มเลนส์ในตัวขยายทางยาวโฟกัส และวอนขอให้นักออกแบบด้านกลไกพัฒนาชุดป้องกันภาพสั่นไหวที่บางลงแทน

เมื่อสรุปการจัดวางองค์ประกอบต่างๆ ของเลนส์และกลุ่มเลนส์แล้ว เลนส์ EF200-400mm f/4L IS USM Extender 1.4x ประกอบด้วย 25 ชิ้นเลนส์ใน 20 กลุ่มเลนส์สำหรับการใช้งานปกติ แต่เมื่อใส่ตัวขยายทางยาวโฟกัสเข้าไป จำนวนก้าวกระโดดขึ้นมาเป็น 33 ชิ้นเลนส์ใน 24 กลุ่มเลนส์ ซึ่งเป็นจำนวนชิ้นเลนส์และกลุ่มเลนส์ที่สูงที่สุดเท่าที่เคยมีมาในประวัติศาสตร์ของเลนส์ตระกูล EF

การสร้างกลุ่มเลนส์ขนาดใหญ่เป็นไปได้ในทางกลไก ด้วยทักษะฝีมืออย่างช่างศิลป์

เมื่อการออกแบบออพติคอลเสร็จสิ้นลง กระบวนการพัฒนาเลนส์ก็ขยับเข้าสู่ขั้นการออกแบบด้านกลไก ซึ่งความท้าทายใหญ่หลวงที่สุด คือ การหาวิธีขับเคลื่อนกลุ่มเลนส์กลุ่มที่สองซึ่งมีขนาดใหญ่ให้คงความแม่นยำสูง

หากคุณหมุนวงแหวนซูมขณะมองเข้าไปในเลนส์ EF200-400mm f/4L IS USM Extender 1.4x ผ่านเลนส์ที่อยู่ด้านนอกสุด คุณจะเห็นมวลแก้วขนาดใหญ่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าข้างหลังเป็นระยะทางไกลเลยทีเดียว มวลแก้วที่ว่านี้คือกลุ่มเลนส์กลุ่มที่สอง ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญทางออพติคอลสำหรับอัตราการซูมและคุณภาพของภาพถ่าย

กลุ่มเลนส์กลุ่มที่สองของเลนส์ตัวใหม่นี้มีน้ำหนักมากกว่าปกติ โดยตัวแก้วมีน้ำหนักรวมเกินกว่า 200 กรัม/7 ออนซ์ ไม่เคยมีเลนส์ EF ตัวใดที่สร้างขึ้นให้เคลื่อนย้ายมวลแก้วซึ่งหนักขนาดนี้ได้โดยราบรื่นมาก่อน

เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ กระบอกเลนส์ซูมซึ่งเป็นตัวเคลื่อนที่เลนส์และเฟรมที่รองรับกระบอกเลนส์จึงต้องแข็งแรงเป็นพิเศษ นักออกแบบด้านกลไกได้พิจารณาวัสดุ รูปทรง และผิวสัมผัสภายนอกแบบต่างๆ สำหรับชิ้นส่วนองค์ประกอบเลนส์ เพราะไม่มีการออกแบบมาตรฐานที่รองรับมวลแก้วซึ่งมีน้ำหนักมากกว่า 200 กรัมมาก่อน ดังนั้น นักออกแบบจึงคิดค้นค่าตัวเลขคร่าวๆ ขึ้นโดยอาศัยประสบการณ์ แล้วใส่ตัวเลขเข้าไปในระบบ CAD 3 มิติ หากมุ่งให้ความสนใจเฉพาะความแข็งแรงที่เพียงพอสำหรับส่วนที่อยู่รอบๆ กลุ่มเลนส์ที่เคลื่อนที่ได้ อาจทำให้ได้เลนส์ที่ใหญ่ หนักและแข็งแรงมากเกินจำเป็น เพื่อหลีกเลี่ยงผลข้างต้น จึงจำเป็นที่จะต้องรักษาสมดุลในทุกๆ แง่มุม รวมถึงการวางตำแหน่งตัวขับเคลื่อน (แอคทูเอเตอร์) และการกระจายความเครียดในกรณีที่เลนส์ช็อกจากแรงกระแทกเมื่อทำตกโดยอุบัติเหตุ

จำนวนชิ้นส่วนต่างๆ เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจากเลนส์อัลตร้าเทเลโฟโต้แบบเดิมที่มีทางยาวโฟกัสเดี่ยว นักออกแบบวาดหลายชิ้นส่วนด้วยรูปทรงแบบใหม่ๆ ที่พวกเขาเองไม่เคยเห็นมาก่อนลงบนหน้าจอ CAD 3 มิติ พวกเขาเชื่อว่า อาจเข้าใกล้เป้าหมายที่จะได้เลนส์ตัวใหม่ที่เชื่อถือได้มากและใช้งานง่าย หากนำชิ้นส่วนต่างๆ ที่มีรูปทรงพิเศษเหล่านี้มาประกอบเข้าด้วยกัน

ดีไซน์อันซับซ้อนของเลนส์ตัวใหม่นี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่างๆ ราว 900 ชิ้น ซึ่งมากเป็นประวัติการณ์สำหรับเลนส์ซีรีย์ EF และเนื่องจากขนาดการออกแบบนี้ใหญ่โตมาก นักออกแบบจึงต้องทำการจำลองสถานการณ์ความเร็วสูงซ้ำแล้วซ้ำเล่า “ยิ่งเราทำงานไปมากขึ้น อุปสรรคก็ยิ่งยากขึ้น เมื่อเราตระหนักว่าโครงการนี้หินขนาดไหน” นักออกแบบกลไกท่านหนึ่งเล่า

ประสบการณ์และความรู้ของนักออกแบบกลไกช่วยเติมเต็มสิ่งที่การจำลองสถานการณ์ให้คำตอบไม่ได้ ด้วยประสบการณ์จากการพัฒนาเลนส์ต่างๆ มากมายในอดีต นักออกแบบด้านกลไกจึงกำหนดว่าแต่ละชิ้นส่วนควรจะหนาเท่าใด ระยะห่างระหว่างแต่ละชิ้นส่วนควรเป็นอย่างไร รวมถึงค่าปัจจัยตัวแปรอื่นๆ อีกมากมาย จึงกล่าวได้ว่า การออกแบบด้านกลไกนี้ทำด้วยฝีมืออย่างช่างหัตถศิลป์

ทุ่มเวลามหาศาลเพื่อการจัดทำต้นแบบและการทดสอบการใช้งาน

วิธีการเดียวที่จะตรวจสอบยืนยันความครบถ้วนพอเหมาะของดีไซน์ คือ การทดสอบและวิเคราะห์ผล Canon ได้พัฒนาเกณฑ์การทดสอบและมาตรฐานการประเมินมากมายสำหรับเงื่อนไขเกี่ยวกับสภาพแวดล้อม การกระแทกและความต้านทานการสั่นสะเทือน ความคงทน และด้านอื่นๆ

สมาชิกทีมผู้มีหน้าที่ด้านการประเมินคุณภาพดำเนินการกับเลนส์ตัวใหม่ด้วยความระมัดระวังเป็นพิเศษ เนื่องจากจำนวนชุดเลนส์ที่มากอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน และโครงสร้างทางกลไกที่ละเอียดซับซ้อน เลนส์นี้จึงอาจมีปัญหาได้

ความกังวลนี้ทำให้บุคลากรผู้ประเมินคุณภาพตัดสินใจทำการทดสอบความเชื่อถือได้อย่างเคร่งครัดซ้ำแล้วซ้ำเล่า โดยใช้เงื่อนไขสภาพแวดล้อมในการทำงานที่รุนแรงที่สุดที่เป็นไปได้ของช่างภาพมืออาชีพ

ยกตัวอย่างเช่น ทีมนักพัฒนาเลนส์ใช้เวลาเป็นวันๆ เลื่อนสวิตช์บังคับใช้งานตัวขยายทางยาวโฟกัสเปิดๆ ปิดๆ นับแสนครั้ง เพื่อหาขอบเขตในการใช้งานของกลไกใส่-ถอดของท่อต่อเลนส์

เพื่อทดสอบความทนทานของเลนส์ต่อการกระแทกจากการตก เลนส์ต้นแบบจึงถูกทิ้งตกลงพื้นขณะที่ยังต่ออยู่กับกล้อง ในห้องทดสอบ เสียงที่น่าผวาที่ช่างภาพทุกคนกลัวดังขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า เมื่อทิ้งเลนส์ต้นแบบและกล้องให้ตกลงบนพื้น

เลนส์ต้นแบบที่ผ่านการทดสอบอันหฤโหดเหล่านี้ได้เท่านั้นจึงจะผ่านเข้าไปสู่ชุดการทดสอบประเมินคุณภาพภาพถ่ายต่อไป เพื่อประกันคุณภาพภาพถ่ายระดับสูงตลอดช่วงระยะการซูม จึงได้มีการตรวจสอบความละเอียดภาพ ความเปรียบต่าง และความผันผวนของความคลาด ขณะที่เปลี่ยนทางยาวโฟกัสไปทีละน้อยๆ จากนั้น ก็ทำกระบวนการทั้งหมดซ้ำอีกครั้งโดยใส่ตัวขยายทางยาวโฟกัสเข้าไปด้วย การพัฒนาต้นแบบของเลนส์ใหม่สักตัวหนึ่งนั้นต้องใช้เวลาและความพยายามมากเทียบได้กับการพัฒนาเลนส์ซูมแบบเดิมหลายๆ ตัวเลยทีเดียว จากนั้น จะใช้เวลาอีกมากกว่าหนึ่งเดือนในการทดสอบเลนส์ต้นแบบ

นักอ