EF 85mm f/1.4L IS USM

采用了众多新技术,精心打造的推荐款镜头

配备IS影像稳定器,兼具L级高画质,佳能第4款85mm焦距EF镜头开发内幕

(商品企划担当)山口:85mm是人像摄影的主流焦距,在此镜头开发出来前,产品线中有性能强大的EF 85mm f/1.2L II USM,但价格也相对偏高。而EF 85mm f/1.8 USM虽然价格适中,但对于更多用户来说需要更大的虚化量。

这个焦段的镜头是婚纱等方面人像摄影师的常用焦段,在此款镜头的企划阶段,开发人员听取了此类专业摄影师的意见。EF 85mm f/1.2L II USM这款镜头在大光圈的表现力以及虚化方面得到了大家的良好评价,但同时也得到了希望轻量化的需求,自动对焦速度也还有待提高。还有就是,有些人觉得虽然本身大光圈镜头有利于提高快门速度,但还是有IS影像稳定器拍摄更让人放心。

经过对这些用户反馈的讨论,开发人员深切体会到用户很需要具有F1.4的大光圈,并具备IS影像稳定器,可安心手持拍摄,又兼具可应对人像摄影需求的L级高画质镜头。于是这款手持拍摄时性能平衡性良好的镜头诞生了。

以长时间手持拍摄也不会有负担,且易于操作为前提,将目标定于镜头重量控制在1千克之内,尽力缩减镜头尺寸。

以婚纱为代表的人像摄影记录的可是人生非常重要的瞬间,是要留存一生的美好回忆。因此,这次镜头开发就是为了让婚纱摄影师以及其他用户实际感受到产品的易用性,让大家能将重要瞬间与回忆以美留存。

※继EF 85mm f/1.2L USM、EF 85mm f/1.8 USM、EF 85mm f/1.2L II USM之后的佳能第4款85mm定焦镜头

不负L级称号,兼具大光圈下的高分辨力与画面周边的美丽虚化

(光学设计担当)岩本:2006年佳能发布了85mm焦距高端镜头EF 85mm f/1.2L II USM。作为一款具有柔美虚化的镜头,它得到了广泛的好评。此次发布的EF 85mm f/1.4L IS USM在光学设计上着重考虑了符合当下镜头趋势的那种通透锐利的成像。简单说就是作为L级大光圈定焦镜头,侧重于人像摄影的用途。考虑到人像摄影合焦部分成像清晰锐利,而焦外部分则呈现美丽的虚化效果。

于是镜头的开发要实现这样的光学性能,同时还要考虑实际的尺寸、大小与成本等的平衡。

挑战开发佳能EF镜头中首款带IS影像稳定器的85mm f/1.4

(商品企划担当)奥田:当从商品企划部门得到此款镜头的开发需求时,设计上难度之高让我们开发部门的人员非常困惑。在大光圈且配备IS影像稳定器的镜头中,对焦与IS镜片组是决定镜头体积与重量的重要因素。IS单元需要驱动作为光学系统组成部分的防抖光学元件来补偿抖动,大光圈的镜头其镜片直径也大,IS镜片组也相应较重,要驱动这个部分需要相当的动力,从而造成镜头体积增大变重。要根据商品企划部门的需求开发一款个头适中,配备IS单元,且售价具有吸引力的85mm f/1.4的定焦镜头,对于开发部门来说真是个挑战。

但经过与光学负责人长时间的讨论,通过采用新玻璃材料,在光学配置上下功夫,并且不断将机械部件以0.1毫米为单位缩减等,集合多种高新技术,最终看到了一丝能够实现目标的希望,这也促使我们更加深入地去抠细节。

【对光学的执着】在体积与重量的限制下,充分运用了丰富的玻璃材料补偿像差

岩本:正如最开始说到的那样,构成大光圈中远摄镜头的镜片单元都需要具有一定的直径。IS单元需要驱动的镜片相对又大又重,这造成IS单元本身的直径也很大,相应镜头的外径也会变大,因此,在大光圈镜头中配备IS单元,其重中之重便是补偿光学镜片直径的小型化与轻量化设计。一般来讲,镜头前部镜片通常比镜头后部镜片直径大,而靠近光圈附近的镜片直径相对较小,此款镜头也是如此。为了实现补偿光学镜片的小型化与轻量化,最后将包含补偿光学镜片的IS单元放置在了光圈附近,靠近镜头卡口的一侧。(见图一)

即使是这样也不可避免会产生一定的重量,此镜头的补偿光学镜片与超远摄镜头EF 400mm f/2.8L IS II USM所使用的大小与重量相近。(见图二)

图一:光学结构图
图二:IS单元以及补偿光学镜片的比较

左起EF 35mm f/2 IS USM,EF 100mm f/2.8L IS USM 微距,EF 85mm f/1.4L IS USM,EF 400mm f/2.8L IS II USM

EF 85mm f/1.4L IS USM光学方面很重要的一点便是对轴向色像差以及球面像差的补偿。由于大光圈景深非常小,实现高画质还要对像面弯曲进行良好的补偿。高折射率玻璃与异常色散玻璃对这些像差的补偿具有良好的效果。本镜头采用的玻璃材料有半数以上都是在开发EF 85mm f/1.2L II USM(2006年3月上市)时,尚未被开发出来的。通过新材料的采用令镜头在配备IS影像稳定器的同时,兼具小型化与高画质。想要良好补偿轴向色像差,需要将如UD(超低色散)镜片般具有异常色散特性的玻璃配置在光圈的前面或附近。另外,为了改善像面特性,聚光透镜须使用具有高折射率的玻璃材料。此镜头采用了在EF 85mm f/1.2L II USM开发阶段尚未被开发出来的玻璃材料,具备高折射率与异常色散特性,并通过合理的配置对轴向色像差及像面特性进行了良好的补偿。

充分利用EF卡口直径的光学配置

岩本:从光学设计的特点上讲,光圈(EMD电磁驱动光圈)离光学系统的后端(卡口端)越远,则后端镜片的直径也必须相应增大。如刚才所述,由于IS单元也需要配置在卡口一侧,这样一来镜头的结构顺序就成了前端镜片组-光圈-IS单元-后端镜片组。这种光学系统中,光圈位置相对远离卡口,因此,后端镜片的直径会较大。大光圈镜头的镜片直径本来就会比较大,而加上IS单元也会相应使镜片的直径增加,所以如何将光圈靠近后方配置就显得至关重要。在保持光学性能的同时,尽量以较少的镜片数来组成补偿光学镜片组和后部镜片组方面花费了大量精力。

最终基于EF卡口将镜片直径尽可能做大。如果实际拿到镜头,从卡口侧观察的话,就能够看到镜片直径有多大。得益于EF卡口直径较大,才能以此种结构配置IS单元。

图三:EF 85mm f/1.4L IS USM光学结构图
图四:EF 85mm f/1.2L II USM光学结构图

IS单元的位置确定后,就可以推知对焦镜片组的合理位置,镜片的整体配置也随之确定。为了达到整体的小型化,对焦镜片组的对焦移动量要小,且重量轻,补偿光学镜片组的补偿移动量也同样要小,重量也一样要轻。EF 85mm f/1.4L IS USM采用了新的光学结构,从前端起为前部镜片组、对焦镜片组、光圈、IS单元、后部镜片组。特别是对于对焦镜片组与补偿光学镜片组,使用凸透镜还是凹透镜,会对光学系统的特征带来很大影响。最终,将对焦镜片组设计为凸透镜组,补偿光学镜片组设计为凹透镜组相邻放置,通过相互抵消的作用获得适当的折射力,从而实现了整体的小型化与补偿光学镜片的小型化。不仅如此,对焦镜片组采用了凸凹凸的结构,兼具轻量化与高画质。再加上配置在后部镜片组的非球面镜片,不仅可对球面像差进行补偿,还减少了后部镜片的数量,为光圈尽量后置提供了支持。通过在镜片整体的基本构成以及不同镜片组的镜片构成上下功夫,终于实现了一开始的目标。

此外,因为增加了IS单元,镜片数量有所增加,抑制鬼影产生就成了一个技术难题。此款镜头的后部镜片组中采用了3片拼合镜片。虽然要将3片独立镜片的光轴对准并拼合在一起很难,但考虑到后部镜片的镜片表面容易产生鬼影,为了能够减少空气接触面,还是决定使用3片拼合的镜片。不仅如此,通过在第8片镜片采用ASC(Air Sphere Coating)镀膜提高了抑制鬼影的效果。

【对机械部分的执着追求】挑战大幅小型化

奥田:作为驱动自动对焦的USM超声波马达有几种不同大小可供选择,为了控制镜头直径使镜头尺寸适合长时间手持拍摄,确定了本镜头采用在EF 35mm f/2 IS USM和EF 85mm f/1.8 USM等众多EF镜头中广泛使用的相对小型的USM超声波马达。为了能够将包含光学系统在内的众多元件顺利放入USM超声波马达的直径范围内,与光学负责人开始了设计上的讨论。

另外,EF 85mm f/1.2L II USM所采用的USM超声波马达与EF 400mm f/2.8L IS II USM相同,是直径比较大的。

图五:环形USM超声波马达

右为EF 85mm f/1.4L IS USM所采用的USM超声波马达)

如前所述,EF 85mm f/1.4L IS USM的IS镜片组大小、重量与超远摄镜头的相当,包含驱动单元在内,目标是要将IS单元设计得更小。为此,IS机构采用了可动部由多个陶瓷球支撑的结构,以减轻驱动负荷。这样一来,可节省驱动力,从而为IS单元的小型轻量化设计做出了贡献。

图六:IS单元对比

实际的单元
比较

左起EF 35mm f/2 IS USM,EF 100mm f/2.8L IS USM 微距,EF 85mm f/1.4L IS USM,EF 400mm f/2.8L IS II USM

对焦单元图七)比IS单元更靠近前端镜片,其设计上也下了很大的功夫。大光圈镜头的景深很小,这就要求自动对焦有非常高的精度。对焦镜片组也很重,驱动马达与制动控制等机构整体的耐用性与其他L镜头相比要求更高。此款镜头的驱动机构采用了耐用性良好的滚珠轴承,减轻驱动负荷,提高驱动精度。此外,滚珠轴承的采用为高速自动对焦提供了可能。虽然需要使用有限的力量来驱动很重的对焦镜片组,但通过减轻驱动负荷,减小了驱动力,使对焦镜片的高速运动成为可能。

构成环形USM超声波马达单元的机构元件配置在镜片外檐一圈,充分利用了空间,对镜头的小型轻量化做出了贡献。

一般来说,EF 85mm f/1.4L IS USM的设计难度是非常高的,为了让带有IS机构的85mm f/1.4镜头在大小与重量上具备竞争力,就需要机械与光学一并花费大量时间进行研发。机械元件经过以0.1毫米为单位的反复缩减,最终得到了具有实用性的大小。

图七:对焦单元
※红框内为滚珠轴

此款镜头具有最大约4级的手抖动补偿效果(焦距:85mm,使用EOS-1D X Mark II时。基于CIPA测试标准)。且是佳能EF镜头中首款在F1.4的大光圈镜头中配备了IS影像稳定器的镜头。请一定试试这款大小方便使用,同时具备IS影像稳定器的镜头所带来的流畅使用感。

对信赖性的执着

奥田:虽然在轻量设计方面反复花费了很多精力,但即使这样,接近1千克的镜头如果掉落的话,冲击力还是很大的。为了提高信赖性,镜头采用了减震构造。当拿到镜头时就能够清楚地看到,滤镜安装部采用了受到外力可向内收缩的形状。减震构造可在镜头前端受到撞击的时候分散冲击力。原本全长固定的镜头不易分散冲击力,EF 85mm f/1.4L IS USM不但是全长固定的镜头,同时还是大光圈镜头,综合考虑采用了减震构造。并非所有EF镜头都采用了此构造,而是根据镜头的构造以及使用预测等,确实需要的产品才会采用。EF 24-70mm f/4L IS USM、EF 11-24mm f/4L USM、EF 35mm f/1.4L II USM、EF 24-105mm f/4L IS II USM也采用了此构造。对于变焦镜头来说,可能不太明显,但如果是定焦镜头的话,按压滤镜安装部就明白了。

最后

山口:随着时代的发展,对于高像素的需求越来越高,高像素下抖动会更加明显,因此就需要使用高像素相机也可放心手持拍摄,且易用性很好的镜头。EF 85mm f/1.4L IS USM在成像性能、手抖动补偿性能、重量以及大小方面取得了很好的平衡,是一款值得推荐的人像镜头。

室内或傍晚等以往无奈需要提高ISO感光度进行拍摄的场景,以及手持拍摄更多的室外场景,在多种不同环境下,请一定试试这款长时间拍摄也不易疲劳的镜头,相信大家一定能够体会到令人惊喜的新表现力。