Tornar realidade uma visão de design

Entrevista com a equipa de desenvolvimento da FE 50 mm F1.2 G Master

O Chefe de design ótico explica enquanto segura na lente XA
Paixão pelo design ótico
O Chefe de design mecânico segura nos Motores lineares XD enquanto explica
Design mecânico/focagem automática
Imagem de câmara em posição vertical com a lente FE 50 mm F1.2 GM instalada
Fiabilidade e facilidade de utilização
Conceito de desenvolvimento

Criar uma lente F1.2 verdadeiramente fácil de utilizar

Chefe de produto e Chefe de design ótico/Atsuo Kikuchi

O Chefe de design ótico segura na lente FE 50 mm F1.2 enquanto explica

―Quais foram os objetivos na conceção da primeira lente F1.2 da Sony? 

Kikuchi: Lançámos lentes de distância focal fixa de grande abertura, mas sabíamos que os clientes queriam uma lente de grande abertura mais rápida. A procura era por uma lente 50 mm "padrão" F1.2 G Master.
 
Com o uma lente F1.2 de grande abertura, sabíamos que tínhamos de manter os altos níveis de resolução e bokeh da série G Master e garantir que a lente mantinha a facilidade de utilização. Se tivéssemos dado prioridade ao tamanho da abertura e a lente ficasse grande e pesada, perderíamos a qualidade compacta e peso reduzido da combinação lente-estrutura, a principal vantagem do sistema de montagem tipo E. Independentemente das excelentes propriedades óticas, uma lente que não extraísse o máximo desempenho dos incríveis sistemas de focagem automática das estruturas de câmara ou não utilizasse a focagem automática não seria uma boa opção em termos de satisfação do cliente.

Para obtermos a lente de focagem automática de número F mais rápida na história da Alpha sem comprometermos o desempenho da focagem automática e mantendo a facilidade de manuseamento e transporte, tivemos de recorrer à tecnologia mais avançada da Sony. Além do desempenho ótico soberbo, julgo que os clientes que experimentarem esta lente ficarão surpreendidos com a leveza, rapidez e o silêncio da operação de focagem automática desta lente F1.2 de grande abertura.

A adição desta lente F1.2 à linha Alpha aumenta o nível de possibilidades de captação dos criadores. Esta é uma lente que pode ser utilizada em várias situações por profissionais e amadores, da captação de retratos e casamentos a paisagens e instantâneos.

A linha Alpha já inclui a lente Planar T* FE 50 mm F1.4 ZA. Em comparação com a nova lente FE 50 mm F1.2 GM, embora a diferença entre as aberturas máximas da F1.4 e F1.2 pareça pequena, é de meio ponto completo, sendo que captação de luz extra da lente F1.2 requer uma abertura efetiva (diâmetro) cerca de 17% maior ou uma área de abertura quase 40% maior, o que levanta grandes desafios de design e produção na obtenção de uma lente F1.2 compacta.
 
Superar esta dificuldade envolveu vários novos desafios.

Um deles foi manter um tamanho reduzido do elemento de lente frontal, apesar de a lente ser uma F1.2, através da adoção de várias lentes XA (extremamente asféricas), uma tecnologia única da Sony. Isto evitou a necessidade de aumentar o tamanho da lente frontal e permitiu-nos compensar as aberrações nas lentes de diâmetro maior.

Para suprimir totalmente as aberrações, um sistema de focagem flutuante acionado de forma independente, composto por dois grupos de focagem, foi adotado para uma compensação de aberrações em toda a gama de focagem, incluindo a uma distância focal mínima.

O acionamento de focagem adota o Motor linear XD (extremamente dinâmico) exclusivo da Sony, com uma combinação de impulso e silêncio. Quatro destes atuadores compactos de acionamento direto, com controlo de precisão, permitem que o design do grupo de focagem inclua múltiplos elementos que garantem uma compensação de aberração superior.

O resultado é uma lente com resolução de nível G Master, que extrai a máxima velocidade, precisão e desempenho de seguimento da focagem automática da câmara, numa estrutura de lente só com 108 mm de comprimento e peso de 778 g, o mesmo da lente Planar atual. Orgulhamo-nos de produzir uma lente F1.2 como mais nenhuma, que esperamos que seja de grande valor para profissionais e entusiastas.

Paixão pelo design ótico
Resolução espantosa até F1.2

Kikuchi: Para garantir um alto desempenho ótico e manter um fator de forma reduzido numa lente F1.2, foram adotadas as lentes XA exclusivas da Sony e empregues tecnologias de simulação para a resolução, bokeh e aberração cromática.
 
A melhoria do desempenho ótico é uma questão de reduzir as aberrações.

As lentes 50 mm têm utilizado uma configuração tipo Gauss. Na configuração Gauss, os grupos de elementos de lente são distribuídos simetricamente de ambos os lados da abertura central, o que provoca aberrações de cada lado da abertura para um cancelamento mútuo. Adequa-se particularmente ao ângulo de visualização de 50 mm, por isso, a maioria das lentes de 50 mm tinha esta configuração.

Porém, esta estrutura simétrica só compensa a distorção e curvatura das aberrações de campo, não compensando, por exemplo, a aberração esférica ou o brilho sagital. Resumindo, este design ótico não nos teria permitido obter a alta compensação de aberração que procurávamos.

Como os utilizadores de câmaras experientes sabem, não é possível obter um alto poder de resolução em toda a imagem sem uma compensação de aberração suficiente. As fontes de luz de ponto como estrelas no céu devem, idealmente, ser focadas em pontos, onde quer que apareçam na imagem, mas as aberrações compensadas de forma insuficiente podem fazê-los aparecer como aves em movimento ou exibir dispersão de cor. Para compensar isto, o utilizador pode reduzir a abertura, mas isto anula a vantagem de uma lente de grande abertura.

O nosso objetivo com esta lente foi alcançar um nível de desempenho ótico para captar confortavelmente com máxima abertura. Para tal, a configuração ótica "rompe" parcialmente o design simétrico e suprime as aberrações difíceis de suprimir com um design de lente simétrico.

Para corrigir a aberração esférica e o brilho sagital, as lentes simétricas costumam ter elementos frontais grandes e ter vários elementos.

A nova configuração ótica só utiliza três lentes XA (extremamente asféricas), evita o aumento do diâmetro do elemento frontal e reduz ao mínimo o número de elementos de lente, para um tamanho geral compacto. 

Ilustração mostra configuração da lente
Gráfico de configuração da lente

[1] Lente extremamente asférica (lente XA) 

Como o termo "asférico" implica, a curvatura na superfície da lente XA não é constante, diferindo entre o centro e a extremidade do elemento. Os formatos dos três elementos de lente XA utilizados nesta lente foram otimizados em várias fases através da tecnologia de simulação ótica exclusiva da Sony.
 
A precisão de superfície das lentes XA utilizadas na série G Master é ajustada até ao nível de submícrones. A grande abertura de F1.2 e o grande diâmetro exterior do elemento desta lente exigiam um aumento significativo da precisão em cada passo do processo de produção das três lentes XA utilizadas, para garantir a maior precisão de superfície necessária. Foi o maior desafio de produção que alguma vez enfrentámos. Mas a integração dos processos de design e produção permitiu melhorar cada passo e enfrentar os novos desafios tecnológicos de frente permitiu-nos obter um diâmetro elevado e alta precisão.

Em particular, a lente XA em segunda posição no Gráfico de Configuração da Lente acima contribui para a redução do número de elementos de lente necessários no conjunto frontal, tamanho e peso. Poder utilizar, nesta posição, uma lente asférica de grande diâmetro com uma precisão de produção de que apenas a Sony é capaz foi uma enorme vantagem suportada pelo design ótico da lente F1.2 compacta.

Foi utilizada tecnologia de simulação de aberração cromática exclusiva da Sony para otimizar a combinação de materiais em vidro, reduzindo drasticamente as aberrações cromáticas e a dispersão de cor e assegurando os níveis mais elevados de resolução apesar da grande abertura, fazendo assim jus à designação G Master.

Quando um engenheiro ótico olha para um gráfico de configuração de lente, pode pensar: "este elemento não contribui muito para corrigir as aberrações" (ri-se). Como engenheiro, o meu objetivo é obter a correção de aberração mais eficiente com o menor número de elementos de lente. Ou seja, conceber uma lente compacta sem afetar o desempenho ótico. Como pode ver na tabela de configuração acima da FE 50 mm F1.2 GM, o design elimina o desperdício e não compromete, com a contribuição da curvatura de todos os elementos de lente para as aberrações. Espero que os criadores gostem da combinação do aspeto compacto e desempenho ótico, permitida pela tecnologia mais avançada em design ótico.

As lentes XA (extremamente asféricas) únicas da Sony
O Chefe de design ótico explica enquanto segura na lente XA
Ilustração que mostra gráficos MFT
Diagrama MTF

[1] Contraste (%)  [2] Distância em relação ao centro ótico da lente (mm)[3] Abertura máx.  [4] Abertura F8  [5] Frequência espacial[6] 10 pares de linhas/mm  [7] 30 pares de linhas/mm[8] Valores radiais  [9] Valores tangenciais

A F1.2 G Master oferece um bokeh suave e detalhado

Kikuchi: As lentes F1.2 são conhecidas pelo rico bokeh, mas esta lente, além da quantidade de bokeh, oferece também um caráter ideal de bokeh, cremoso e suave, que faz jus à designação G Master. Em particular para retrato, o bokeh desempenha uma função extremamente importante para realçar o objeto. O bokeh é uma qualidade muito sensual, difícil de criar, mas sabíamos que teríamos de responder às expetativas dos clientes para uma F1.2 G Master.
 
Desde as fases iniciais de design, realizámos várias simulações e ajustes de bokeh para definir o nível ideal de aberração esférica, para otimizarmos o bokeh e a resolução em conjunto sem comprometermos nenhum.

Durante a produção, o espaçamento dos elementos foi ajustado lente a lente para um controlo da aberração esférica, permitindo obter o equilíbrio difícil entre bokeh de primeiro plano e de fundo para um belo efeito geral neutro.

Falei sobre a resolução na fase de produção das lentes XA, mas a gestão da precisão de superfície até níveis de submícrones também suprime o efeito "aro de cebola" no bokeh esférico.

Lentes XA: precisão de superfície controlada até 0,01 mícrones

[1-1] Superfície da lente asférica convencional [1-2] Resultado de bokeh indesejável [2-1] Superfície da lente XA (extremamente asférica) [2-2] Resultado de bokeh fantástico

Ilustração compara irregularidades da superfície nas lentes convencionais e lentes XA, com diferenças no efeito de bokeh "aro de cebola"
O Chefe de design mecânico segura na FE 50 mm F1.2 enquanto explica

Chefe de design mecânico/Yuichiro Takata

Takata: O bokeh belo e suave também é obtido graças à abertura circular de 11 lâminas. A unidade de abertura foi desenvolvida de novo para manter uma forma quase circular mesmo a dois pontos da abertura total.
 
Como o F1.2 é uma grande abertura, num design convencional, as lâminas de abertura seriam igualmente grandes. E quando a abertura está aberta, as lâminas grandes têm de ser movidas para um espaço de escape fora da via ótica e além do diâmetro efetivo, o que aumenta o diâmetro exterior da lente propriamente dita. Para mantermos um tamanho reduzido da unidade de abertura, tivemos de redesenhar tudo do zero, desde a forma das lâminas aos componentes do mecanismo de acionamento, um a um.

A unidade de abertura é extremamente importante para determinar o valor de abertura e a exposição. Reduzir o tamanho dos seus componentes significa a necessidade de uma maior precisão na construção de cada um e na montagem. Reexaminando os processos de construção e montagem, conseguimos obter uma miniaturização e precisão ideais.

O Chefe de design mecânico segura nas unidades Iris enquanto explica
Unidade de abertura
Vista frontal da FE 50 mm F1.2 enquanto a abertura é fechada em alguns pontos
Forma circular mantida mesmo numa redução em 2 pontos
Atuadores de acionamento linear: a solução para a miniaturização

Takata: Para obter um alto desempenho ótico na focagem automática, foi essencial a colaboração entre as equipas da divisão mecânica e de controlo de software.

Como expliquei, para manter um alto desempenho em toda a gama de focagem, foram necessários dois grupos de focagem compostos por vários elementos. O grande diâmetro da lente F1.2 aumentou o peso dos grupos de focagem. Um maior peso do grupo de focagem cria sérios desafios ao nível da velocidade de focagem e maior ruído e vibrações devido ao funcionamento do acionamento.

O desafio era manter níveis ideais de resolução e bokeh sem sacrificar a velocidade da focagem automática. A solução para esta lente foi a adoção dos Motores Lineares XD de acionamento direto exclusivos da Sony como atuadores.

Design mecânico/focagem automática
Focagem automática de alta velocidade e precisão, mesmo a F1.2

Takata: O maior desafio em obter uma focagem automática de alto desempenho na lente F1.2 foi obter uma alta precisão de focagem para profundidades de campo reduzidas.

Mesmo com uma abertura máxima de F1.2, uma lente não pode ser considerada de fácil utilização a não ser que ofereça níveis adequados de precisão de focagem automática e desempenho de seguimento. Tecnicamente, é difícil de conseguir. Esta lente tem várias tecnologias que oferecem alta velocidade e desempenho de focagem automática altamente precisa, mesmo com uma profundidade de campo extremamente reduzida a F1.2. 4 caraterísticas contribuem para isto: estrutura de focagem flutuante, Motores lineares XD, 4 sensores de posição de focagem e equilíbrio otimizado dos centros de gravidade dos 2 grupos de lentes de focagem.

A estrutura de focagem flutuante melhora o desempenho ótico, enquanto a divisão do grupo de focagem em dois também reduz o peso de cada grupo para um acionamento rápido e preciso da focagem automática.

A precisão de focagem de ponto é vital para um desempenho de máxima resolução a F1.2, o que requer um movimento sincronizado com precisão dos dois grupos de lente de focagem, que continuam a ser grandes e pesados. Isto foi conseguido graças aos Motores lineares XD exclusivos da Sony, com impulso elevado apesar do tamanho compacto.

Não existe margem de erro numa profundidade de campo a F1.2, por isso, são utilizados 4 sensores de posição no seguimento dos grupos de lentes de focagem, para garantir que as posições exatas são conhecidas.

Por fim, para um impulso dos Motores lineares XD com mais eficiência e sem desperdício, e para facilitar o equilíbrio dos centros de gravidade dos dois grupos de focagem, um grupo ótico fixo foi introduzido entre os dois grupos de focagem. Isto permite alinhar o ponto de impulso dos motores com o centro de gravidade de cada grupo de focagem, maximizando a eficiência da transmissão de potência e eliminando o desperdício de impulso, para um acionamento da focagem automática de alta velocidade, alta precisão e silencioso. 

O Chefe de controlo de atuator e a FE 50 mm F1.2

Chefe de controlo de atuator/Yuki Mizuno

Mizuno: Gostaria de acrescentar mais sobre o acionamento de focagem.
 
Esta lente utiliza 4 Motores lineares XD de acionamento direto, com 2 motores atribuídos a cada grupo de lentes de focagem.

Cada motor foi concebido com base em dados de simulação de design de motor Sony. Os avanços na simulação de design de motor permitiram motores altamente eficientes, garantindo a potência apesar das restrições de tamanho e alta fiabilidade em ambientes difíceis. Conceber estes motores com uma especificação e tamanho adequados a esta lente contribuiu para a qualidade compacta sem comprometer o desempenho.

Normalmente, são utilizados atuadores de tipo rotativo no acionamento de grupos de focagem pesados, mas os cames e a transmissão que convertem o movimento rotativo em movimento linear provocam perda de potência. Um número elevado de componentes mecânicos aumenta o ruído e as vibrações.

Isto não podia acontecer na lente F1.2 de alto desempenho que procurávamos, por isso, decidimos utilizar motores pequenos e potentes que acionam os grupos de focagem de forma direta e linear e adotámos os Motores lineares XD que oferecem alta velocidade e baixo ruído e vibrações.

Porém, como os motores de tipo linear não têm um mecanismo de redução de velocidade, para obter uma focagem automática de alta velocidade e precisão, é necessário um controlo extremamente responsivo.

Os 4 sensores que mencionei detetam as posições dos grupos de focagem e fornecem os dados posicionais ao sistema de controlo num ciclo de feedback ultrarrápido que aumenta a capacidade de resposta. Também é utilizada a tecnologia de simulação de controlo exclusiva da Sony. Vários padrões de movimento e paragem da lente foram repetidamente simulados e testados em hardware e analisados. Por fim, foi realizada uma afinação para um movimento suave do atuador, otimizado para esta lente, da aceleração à travagem.

O controlo fino reduz o ruído e as vibrações do acionamento ao ponto de não sabermos se a lente está a mover-se. Os Motores lineares XD são controlados por software para proporcionarem máxima velocidade e capacidade de resposta da focagem automática, o que nos permitiu criar uma lente compacta com um desempenho ótico soberbo.

Uma lente que nasce da visão clara da Sony para as câmaras do futuro

Kikuchi: Esta lente F1.2 aproveita ao máximo a funcionalidade da estrutura da câmara. A Sony desenvolve todos os componentes essenciais a partir do nível de dispositivo, incluindo o sensor de imagem, por isso, as câmaras e lentes são desenvolvidas internamente de forma simultânea, como um sistema. Quando desenvolvemos lentes amovíveis, também antecipamos futuros avanços nas estruturas, para garantir que as lentes poderão extrair o máximo de desempenho das estruturas futuras.

Esta lente é ideal para utilizar com a nova α1, anunciada em janeiro de 2021, com captação contínua de 30 fps, 8K e captação de filmes de alta resolução em 4K 120p. Mas tentámos antecipar as tendências futuras das estruturas de câmara. O nosso objetivo é procurar designs que permitam o máximo desempenho agora e no futuro.

Fiabilidade e facilidade de utilização
Operabilidade sem cedências

Takata: Desenvolvemos esta lente sem cedências de operabilidade para poder ser utilizada em contexto profissional.
 
Por exemplo, apesar do exterior compacto, há botões de fixação de focagem personalizáveis na parte superior e lateral da lente, oferecendo a mesma facilidade de operação em posição horizontal ou vertical, para retrato.

Mizuno: Também concebemos a F1.2 a pensar na focagem manual, prestando especial atenção ao posicionamento do anel de focagem, binário e manuseamento quando rodada. Esta lente está equipada com MF de resposta linear, que responde de forma direta e linear à rotação do anel de focagem, para garantir um ajuste de focagem preciso e reagir até aos movimentos mais ligeiros do anel de focagem. A precisão posicional em F1.2 é um requisito difícil de satisfazer, mas conseguimos fazê-lo no desenvolvimento desta lente.

Suficientemente robusta para utilização profissional

Kikuchi: Esta lente é vedada contra a entrada de sujidade, pó e salpicos de água, e o design resistente ao pó e à humidade oferece mais tranquilidade aos utilizadores.
 
A lente frontal tem um revestimento de flúor para resistir à sujidade e facilitar a limpeza de quaisquer contaminantes ou impressões digitais.

Mizuno: Também levámos em consideração as variações de temperatura ambiental. As propriedades dos componentes mecânicos e elétricos, como a potência de impulso dos atuadores, variam com o ambiente e a temperatura. A lente inclui software que otimiza constantemente o desempenho calculando de forma autónoma vários parâmetros de controlo para manter a precisão mesmo em condições difíceis.

Desta forma, os criadores terão um alto desempenho mesmo em condições de captação difíceis, como ambientes extremamente frios ou quentes.

Finalmente: Uma lente F1.2 como mais nenhuma

Kikuchi: Falando como designer ótico, não é exagero chamar a esta lente o pináculo da série G Master, com a melhor resolução e bokeh. Estou ansioso que os clientes desfrutem do belo bokeh e da elevada resolução desta lente F1.2.
 
Apesar de ser uma F1.2, esta lente oferece um equilíbrio soberbo, com dimensões compactas e alto desempenho e aspetos que não são explicados só com especificações. Recomendo aos criadores que a experimentem por si próprios. Esta lente cobre todo o espetro das tecnologias Sony, por isso, enquanto engenheiro de lentes, gostaria de ver os utilizadores captarem uma grande variedade de cenas com esta lente.

Mizuno: É uma lente muito flexível, para várias utilizações e utilizadores, do profissional ao entusiasta. Nunca houve uma lente F1.2 como esta. Excelente para retrato e casamentos, a focagem automática de alto desempenho também a torna ideal para captar momentos fugazes e seguir objetos em movimento rápido, em eventos desportivos e outros semelhantes.

Takata: Esta lente F1.2 compacta também oferece um desempenho excelente para a captação de filmes. Com suporte manual ou gimbal, o desempenho da focagem automática facilita seguir objetos mesmo em profundidades de campo reduzidas de F1.2. O silêncio da focagem automática e da abertura, combinado com um anel de focagem manual preciso e responsivo, tornam-na apelativa também para videógrafos. Espero que as pessoas desfrutem da nova expressão visual para filmes.

Com novas de formas fotografia, esta lente representa o valor e o potencial da série G Master.