RF85mm F1.2 L USM是为佳能全画幅微单相机EOS R系列开发的首款专用中远摄定焦镜头。
听5位开发负责人讲述从企划到决定开发的原委、所面临的技术难题与解决对策,
以及对85mm F1.2这样标准人像镜头的思考。

RF卡口得以实现的高画质人像镜头

活用“大口径短后对焦距离”的特点,以从F1.2起的高画质为目标

——RF85mm F1.2 L USM要实现什么目标?
河合(商品企划):目标是基于RF卡口在设计上的灵活性,大量投入佳能光学技术,设计出具有强大光学性能的人像镜头。现售的佳能人像镜头已达很高水准,放大后也能得到足够锐利的照片。但使用这些高性能镜头拍婚纱等时,在F1.4或F1.2等最大光圈下,纯白的婚纱、白色花束、高亮度的首饰等可能会产生明显的绿色或紫色色晕。我也曾拍摄过类似场景,重要日子的服装颜色产生了色晕,感觉失去了人像照片原本想要的效果。因此想要基于RF卡口在设计上的灵活性,充分利用佳能长年培育的高级光学技术,制造具备高光学性能,能够还原人物本来之美的镜头。

我们在企划・开发前详细听取了专业摄影师的意见,这次开发的目标是制造出活跃于人像摄影专业领域一线,能够长期使用也不过时的镜头。同时镜头还要兼具L级镜头的坚固性、耐久性,可以放心用很久,这也是作为专业级镜头不妥协的一个重点。

※ 本镜头虽然具有一定的防水滴性能,但是如果在雨天拍摄时,请尽量不要淋湿。

——为什么不是85mm F1.4,而是选择了85mm F1.2的规格?
河合(商品企划):
锐利的合焦面与F1.2下非常小的景深组合,可实现以前不敢想的影像表现。2017年发售的EF 85mm f/1.4L IS USM因F1.4的大光圈与手抖动补偿机构IS影像稳定器而广受好评。同时销售的EF 85mm f/1.2L II USM人气不减,很多人会觉得“正因为是F1.2才想用”,所以两款镜头都获得了用户的大力支持。此外,先行发售的RF50mm F1.2 L USM也是从最大光圈起就能得到锐利画质的镜头,但RF85mm F1.2 L USM的焦距长,可以得到更大幅的虚化。在人像摄影中活用F1.2带来的小景深能拍出个性的美。RF85mm F1.2 L USM从最大光圈起就实现了很高的画质,以高水准兼顾了柔美虚化和高分辨力,这个是其他镜头较难做到的。为了将人像摄影的新表现落到实处,我们选择了F1.2的规格。

佳能85mm F1.2镜头拥有40多年历史,是人像镜头的代名词。

——请谈谈历代85mm F1.2镜头及当时技术方面的挑战。
河合(商品企划):
佳能85mm F1.2镜头的历史很长,从此规格的首款镜头发售已经过了40多年。在此期间,虽然“85mm F1.2”的规格未改变,但实际镜头性能伴随着技术的提升在不断进化。佳能首款85mm F1.2镜头FD 85mm f/1.2 S.S.C. Aspherical于1976年发售。那时高技术难度的非球面镜片刚刚确立量产技术,得益于非球面镜片的采用,实现了佳能单反相机用85mm镜头当时最大光圈的F1.2。此后的New FD 85mm f/1.2L、EF 85mm f/1.2L USM卡口有了变更并进化为自动对焦镜头。2006年发售了现行的EF 85mm f/1.2L II USM。自EF 85mm f/1.2L II USM发售已经过了10多年,85mm F1.2规格带来的大幅美丽虚化直至今日也备受好评,是人像、婚纱摄影的常用镜头之一。这次的RF85mm F1.2 L USM采用大口径、短后对焦距离的RF卡口与佳能长年培育的高级光学技术,实现了开启新时代大门的高性能85mm F1.2镜头。

FD 85mm f/1.2 S.S.C. Aspherical
作为佳能的第一款,这款镜头是此后不断发展的佳能85mm F1.2系列的先行镜头。1976年发售时,实现了当时佳能单反相机用85mm镜头最大光圈的F1.2,采用非球面镜片和浮动对焦机构等,投入了当时的新技术。

RF卡口又实现了一款
光学设计者梦寐以求的高品质镜头

大口径・短后对焦距离的RF卡口得以实现的高品质镜头。

——F1.4与F1.2在设计上的难度有多大不同?
前泷(光学设计):
从数字上看,可能有人觉得F1.2和F1.4没大差别。实际在亮度上有半级的差别,也就是约1.4倍光量的不同,设计上难度的差别很大。 要说大光圈镜头的设计为什么难,一般来说光线通过镜头时会弯曲,也就是“折射”现象。光线折射会产生叫做“像差”的东西,是导致镜头光学性能降低的重要原因。明亮的大光圈镜头可以大量收入光线,但镜头口径相应较大,口径越大通过口径边缘的光线折射越大,越容易产生像差。要得到和小光圈镜头相同的画质,就需要更高效的像差补偿。F1.2、F1.4等所谓的大光圈镜头即使差半级光圈,设计上的差别也是非常大的。

——使用EF卡口能做出现在这个规格的镜头吗?
前泷(光学设计):
要制造相同光学性能、规格的EF镜头非常难。基于EF卡口制造F1.2规格同样光学性能的镜头,需要增加镜片数量以抑制像差。但单反相机用的EF镜头要在镜头后方留出配置反光镜的空间,仅能在前方增加镜片数量,因此镜头前端会变大。当然理论上可以设计,但尺寸要控制在能作为产品成立的范围内基本是不可能的。从这方面看,短后对焦距离的RF卡口可以在距离相机成像面近的位置配置镜片,因此能实现高效的像差补偿。

光学结构图
从图中可以看到在临近卡口面的位置配置了大口径镜片。

另外,RF卡口直径和EF卡口相同,都是54毫米的大口径规格,可以在成像面附近配置大口径镜片也是一大利点。RF卡口在光学设计上的灵活性得益于短后对焦距离与大口径这两个要素的兼具,缺一不可。不只这款镜头,很多其他的RF镜头也是如此,观察光学结构图可知,最后端(相机机身侧)镜片的尺寸已经尽可能大了。充分活用RF卡口在光学设计上的灵活性,才得以实现了目前的规格、性能和尺寸。

大口径・短后对焦距离的RF卡口
以未来发展性为考量,采用短后对焦距离、与EF卡口相同的54毫米的大卡口直径,可在成像面附近配置镜片。光学设计的灵活性更强,可设计大光圈的高画质镜头、高规格镜头及小型轻量镜头等。

市濑(电子设计):在EF卡口上实现与RF85mm F1.2 L USM相同的光学性能,就要在镜头前端增加镜片,可能会增加对焦镜片组的重量,导致对焦速度降低。另外,伴随着镜片数量增加、镜片大型化,支撑镜头的机械部分也需要相应地变大,会使镜头整体变大、重量增加。考虑到对焦速度、镜头尺寸和重量的平衡,从机械、电子设计的角度来说,要以EF卡口设计出相同规格的镜头非常困难。

从最大光圈起就充分抑制像差
长年传承下来不变的设计思想成就BR光学元件

——和以前镜头的设计思想有不同吗?
前泷(光学设计):
佳能在光学系统上的设计思想一直没变。理想是点、线,还是正方形都如实拍出原样,也就是尽可能抑制像差。佳能内部也将此称为“像差怎么抑制都不过分”。但能达到什么水平的像差抑制,受当时技术水平的影响。EF 85mm f/1.2L II USM和RF85mm F1.2 L USM的设计思想没有不同,但采用的技术不同。比如BR光学元件、设计的经验技术、新玻璃材料等。

※ BR光学元件: 蓝色光谱折射(Blue Spectrum Refractive)光学元件的略称。

BR光学元件能大幅折射蓝色光,与凸透镜、凹透镜组合,可将不同波长的可见光汇聚到1点上。

仅使用以前的凹透镜、凸透镜组合不能完全补偿蓝色波长(短波长),聚光位置会错位,产生色晕。

——采取什么措施去除色像差?
石桥(BR/DS设计):
RF85mm F1.2 L USM抑制色像差的一大重点是BR光学元件,是继EF 35mm f/1.4L II USM 之后佳能第二款使用BR光学元件的镜头。佳能除了BR光学元件之外,还有萤石镜片、DO(多层衍射光学元件)镜片、UD(超低色散)镜片等多种补偿色像差的光学材料,设计时会根据不同镜头的特点选择适合的材料。BR光学元件与其他光学材料相比,特点是能够大幅折射蓝色光(短波长光)。即使是非常薄的形状也能得到很好的色像差补偿效果,可达成理想的高性能。这款镜头上如果不使用BR光学元件,就要增加镜片数量,尺寸也就没法控制到现在的水平了。

使用BR光学元件,并结合使用与长年研究的新玻璃材料,实现的高画质。

前泷(光学设计):除BR光学元件之外,还大量使用了这10年来开发的新玻璃材料。与BR光学元件开发并行,佳能很早以前就开始着眼一般玻璃材料的异常色散性研究,与玻璃材料生产商合作开发新玻璃材料,在积极导入新玻璃材料的设计技术方面也不断进步。这是我们历经5年、10年的时间从零培育的技术。虽然没有给所有新玻璃材料命名,但BR光学元件之外的玻璃材料也花费了很多工夫,组合使用才得以达成这次的光学性能。

为用户提供高质量“素材”是我们设计者的使命

让产生像差的图像修复为无像差的图像很难,反过来就相对容易了。

——EF 85mm f/1.2L II USM在最大光圈下,合焦面略微柔和的成像,即“镜头韵味”广受好评,不少人迷恋这款镜头的“肉”感成像。关于镜头韵味方面,这次是怎么考虑的?
前泷(光学设计):
基本来说,像差怎么抑制都不算过分。但受尺寸、价格、所用技术的制约,无法保证像差绝对为零。另外,我们当然知道有所谓的“镜头韵味”。在实际的光学设计中,基于像差无法完全消除这一点,设计目标就是取得虚化效果、分辨力等的平衡。基于F1.2大光圈,要想取得这种平衡非常困难,需要精密地控制到达成像面的全部光线。虽然最近的数码补偿变得容易,但其实数码补偿像差的前提也是原始图像尽可能接近无像差。
从与追求高画质相反的观点来看,有人觉得残留球面像差的成像是一种镜头的“韵味”。从后期处理来看,从产生像差的图像调整为无像差很困难,但反过来则比较容易做到。也就是说,我们为用户提供高画质的图像素材,直接享用或加工后享用就是用户的自由了。我们设计人员追求的是让用户有这样选择的余地。

石桥(BR/DS设计):色像差是大光圈镜头的宿敌,会妨碍对被摄体本来样貌的还原,所以大光圈镜头的残存像差也总让人觉得讨厌。为尽量达到用户的要求,通过采用BR光学元件等在光学材料上花费工夫,我们想要提供尽可能消除色像差的镜头。

——研磨非球面镜片对哪些像差的补偿有作用?
前泷(光学设计):
就RF85mm F1.2 L USM来说,在球面像差的补偿上起了作用。研磨非球面镜片与玻璃模铸的非球面镜片相比,有玻璃材料选择范围更广的优势。为了更好地补偿色像差,第5片镜片的非球面镜片想使用更有利于色像差补偿的玻璃材料,因此采用了玻璃材料选择范围更广的研磨非球面镜片。另外,这次配置非球面镜片的光圈周边部在镜头中的空间相对紧张,同时在光学设计方面又是影响多种像差的位置,与机械设计人员针对这里的空间增减以0.1毫米为单位多次讨论。为了兼顾机械设计和光学设计的要求,实现F1.2的大光圈,像差补偿效果好的研磨非球面镜片不可缺少。

另外,为抑制眩光、鬼影,在通常的多层镀膜基础上,还采用了ASC镀膜。实际上因采用了短后对焦距离的RF卡口,光学设计的灵活性得到提升,但是短后对焦距离下较难将有害光线排除到画面以外,设计上需要更注意眩光、鬼影的问题。因此RF85mm F1.2 L USM在成像面附近的镜片表面实施了ASC镀膜以抑制鬼影。佳能的光学设计工具是自主研发的,眩光、鬼影对策也使用了专用的模拟工具进行高精度模拟,可分别控制单条光线。得益于模拟技术与ASC镀膜,实现了不输以前镜头的眩光、鬼影抑制效果。

ASC镀膜结构示意图

虚化效果没有固定标准
因此佳能准备了两个选项

——为改善虚化效果采取了什么措施?
石桥(BR/DS设计):
色像差残留会使焦外区域(合焦处之外)的色晕尤其明显。但大光圈镜头的用户都会想活用虚化进行表现。我们在设计产品时,不仅专注合焦区域,对焦外区域的成像品质也没有妥协。紫边(被摄体轮廓带紫色)、焦外区域虚化的色晕是由于蓝色光(短波长光)与其他波长光线的汇聚位置错位导致产生的。通过采用BR光学元件等多种办法,将可见光波长尽量汇聚到1点,减轻色晕。

前泷(光学设计):刚才说了佳能自主研发了眩光、鬼影的高精度模拟工具。虚化效果方面也使用了自主研发的模拟工具,从设计阶段起就精细确认、调整虚化效果。模拟技术不断进化,现在可以从设计阶段起就像用实机拍摄那样进行模拟测评。
河合(商品企划):从虚化的角度来看,最近对焦距离比以前短了也是一大要点。活用F1.2带来的大幅虚化,能特写宝石的部分等,乐享新的照片表现。

——和以前的镜头相比,周边光量和口径蚀的情况如何?
前泷(光学设计):
周边光量和口径蚀的平衡比较困难。周边光量不足可通过数码补偿有效改善,但为了改善口径蚀,要在无数码补偿的状态下保持镜头光量,相应地镜头尺寸会变大。这次考虑尺寸、性能等的平衡,口径蚀做到了不输EF 85mm f/1.2L II USM的水平。但是和单反相机不同,相机上没有反光镜,因此能实际感受到受反光镜妨碍产生的口径蚀得到了改善。

着手开发具有可表现融化般平滑虚化的DS效果衍生款镜头。

——开发中的DS型号有什么特长?
石桥(BR/DS设计):
RF85mm F1.2 L USM的特点之一是F1.2大光圈带来的大幅虚化,但同时因为大幅抑制色像差,多少会有明确虚化轮廓的倾向。这也是仁者见仁智者见智,比如焦外区域包含重叠的树叶等时,有的人可能会在意虚化的轮廓相互重叠。想设计能拍出平滑虚化效果作为表现手法之一的镜头。因此开始开发采用DS(Defocus Smoothing)镀膜的衍生款RF85mm F1.2 L USM DS。基本规格与RF85mm F1.2 L USM相同,但DS镀膜能带来柔和的虚化效果。目前正在开发中,预计2019年内发售,敬请期待。

DS镀膜(开发中)
开发中的DS镀膜是目前佳能自行研发蒸镀技术的一种。中心部透光率高,周边部透光率逐渐降低的构造,能令虚化效果更柔美。可根据镜片形状灵活进行镀膜加工,实现了2款镜头的同时开发。

使用佳能扭矩最大的USM超声波马达
进一步将马达扭矩提升至更高性能

——尺寸还能更小吗?
村上(机械设计):
虽然比单反相机用的EF 85mm f/1.2L II USM大且重,但在注重高画质的前提下,实现了合适的重量和尺寸,是考虑平衡进行设计的。
前泷(光学设计):光学系统全长也要算到成像面的距离。比较EF卡口与RF卡口,RF卡口的卡口面更贴近相机机身,相同镜头的情况下,法兰距短镜筒会更长。也就是说,EF 85mm f/1.2L II USM搭配卡口适配器EF-EOS R的状态下与RF85mm F1.2 L USM相比,光学系统全长的差别并没有太大改变。

EF 85mm f/1.2L II USM

还有一个重要原因是对焦方式的差别。EF 85mm f/1.2L II USM的对焦方式是前组镜片直接伸缩式,即镜头全长随着对焦距离拉近而伸长的方式。RF85mm F1.2 L USM采用内对焦方式,对焦时镜头全长不变。实际上EF 85mm f/1.2L II USM安装卡口适配器EF-EOS R,在最近对焦距离的状态下,全长仅比RF85mm F1.2 L USM短一点。基于此前提,RF85mm F1.2 L USM却实现了更高的画质。
开发中与机械设计人员讨论最多的是光圈附近的配置、后端镜片和对焦镜片组重量。从光学设计的立场来看,希望避免因对焦镜片位置导致的像差,想要光圈也随镜片一起移动,是机械设计人员实现了这些愿望。

市濑(电子设计):RF85mm F1.2 L USM使用了与超远摄镜头相同的、佳能最大扭矩的USM超声波马达,并在控制方法上花费工夫,充分发挥马达扭矩的性能,以高精度驱动大质量的对焦单元。
村上(机械设计):从至近到无限远的自动对焦驱动速度和以前的型号相同,但配备了拍摄距离范围切换开关,缩短了人像摄影等常用焦距范围下合焦的时间,用起来更便捷。

环形USM超声波马达

注重操作时的体验,适当阻尼的电子对焦环。

河合(商品企划):EF 85mm f/1.2L II USM和RF85mm F1.2 L USM都采用了电子对焦环,EF 85mm f/1.2L II USM的对焦环阻尼,可轻快操作,但也有用户反映有时电子环会不小心转动。RF85mm F1.2 L USM调整了电子环的阻尼,提高了手动对焦时的操作性。得益于此,提高了短片拍摄的对焦操作性,以及静止图像拍摄时并用对焦向导或峰值显示时的易用性。搭配EOS R、EOS RP时,对焦模式有“随旋转速度变化”和“与旋转角度联动”共两种,与旋转角度联动的模式可更精细地控制对焦。虽然是电子环,但有适当的阻尼,开发中也考虑到了对焦环的“韵味”。

搭配EOS R、EOS RP时,手动对焦环的灵敏度有“随旋转速度变化”“与旋转角度联动”两种可选。(图为EOS RP的菜单画面)

目标是尽量接近设计值
生产过程中减少个体差

人像摄影时请务必为控制环分配“曝光补偿”功能使用。

——易用性方面有哪些改善?
村上(机械设计):
增加了控制环等,采用RF专用的技术。控制环和以前的RF镜头相同,可以分配光圈、快门速度调节等功能。另外,控制环的位置考虑到手持拍摄的平衡性和操作性,与现行RF镜头一样,配置在前方。

河合(商品企划):比如可以在人像摄影时给控制环分配“曝光补偿”功能。拍摄人像模特,光线状况突然变化等时,右手可专注操作快门按钮,同时左手转动控制环实施曝光补偿。在分秒必争、不允许失败的专业级拍摄现场,也能灵活应对环境的变化。
此外镜头的最前端和最后端镜片都实施了防污氟镀膜,比EF 85mm f/1.2L II USM更易养护。不易附着油污和水滴,附着在镜片上的油污也无须使用清洁剂,用干布就能轻松擦除。

——信赖性方面有什么想强调的吗?
村上(机械设计):
作为新的L级镜头,实现了可应对专业级拍摄环境的高可靠性、耐久性。得益于新的模拟技术,在开发的前期就考虑到包括耐冲击性在内的使用可靠性,实机也经历了非常严苛的可靠性测试,最终以实现目前的性能。
前泷(光学设计):不管设计的性能有多高,制造时性能参差不一、差别较大或性能随着使用大幅降低就没意义了。工厂的员工怀着使产品尽量接近设计值的心情,稳定提供高品质、高性能的产品,用户可以放心大胆地用。

推荐尝试使用“最大光圈”拍摄。

河合(商品企划):为实现这款镜头的商品化,利用试制机反复进行了多次性能测试。使用眼睛检测自动对焦在最大光圈下的人像摄影,能得到让拍摄者兴奋到情不自禁喊出声音的锐利照片。RF85mm F1.2 L USM可拍出抑制色像差,合焦位置高分辨力、高对比度的照片。这款镜头的魅力重点在于“最大光圈”。以前一直稍微收缩光圈拍摄的用户,如果能使用F1.2拍出中意的照片是最好不过的了。

RF85mm F1.2 L USM开发人员

影像交流事业本部
ICB光学事业部
河合海至
商品企划

影像交流事业本部
光学技术统括开发中心
石桥友彦
BR光学元件、DS镀膜设计

影像交流事业本部
ICB光学开发中心 室长
前泷聪
光学设计

影像交流事业本部
ICB光学开发中心
村上康
机械设计

影像交流事业本部
ICB光学开发中心 主任研究员
市濑正实
电子设计

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