So wurde das 100-mm-F2.8 MACRO-Objektiv zum kleinsten und leichtesten Makroobjektiv der Welt*
Hallo zusammen. Wir sind das Entwicklungsteam hinter dem LUMIX S 100 mm F2.8 MACRO-Objektiv.
Wir freuen uns sehr, das LUMIX S 100 mm F2.8 MACRO vorstellen zu dürfen – das erste 1:1-Makroobjektiv der Vollformat-Serie LUMIX S.
Es ist zudem das weltweit kleinste und leichteste Makroobjektiv seiner Klasse. Mit einer Gesamtlänge von ca. 82,0 mm und einem Gewicht von rund 298 g ist es fast halb so groß wie herkömmliche Vollformat-Makroobjektive. LUMIX-Benutzer werden feststellen, dass es der Größe der F1.8-Serie ähnelt.
In diesem Artikel beleuchten wir die technischen Hintergründe, die das weltweit kleinste und leichteste* Design ermöglicht haben, die optischen Überlegungen, die in das Objektiv eingeflossen sind, sowie die Hauptmerkmale, die vom Entwicklungsteam hervorgehoben werden.
Inhalte
◼ Die Inspiration hinter dem Konzept des „kompakten und leichten Makroobjektivs“
◼ Der Dual-Phase-Linearmotor, der das leichteste Design ermöglichte
◼ Die Herausforderung bei der Verwendung von drei asphärischen Linsen
◼ Mitglieder des Entwicklungsteams teilen ihre Lieblingsfunktionen
◼ Ein Deluxe-Makroobjektiv, das die Serie F1.8 übertrifft
Die Inspiration hinter dem Konzept des „kompakten und leichten Makroobjektivs“
Yoshikawa (Team für mechanisches Design)
Wie in der LUMIX-Objektiv-Roadmap zu sehen ist, wurde die Entwicklung eines 100-mm-Makroobjektivs bereits in Betracht gezogen. Folglich führte das Entwicklungsteam umfangreiche interne Diskussionen darüber, wie dieses Ziel erreicht werden könnte.
In dieser Zeit wurde die Festbrennweiten-Serie F1.8 nacheinander veröffentlicht und erhielt positives Feedback von den Nutzern. Dies führte zu Gesprächen darüber, innerhalb der Festbrennweiten-Reihe etwas zu produzieren, das der Größe der Serie F1.8 ähnelt.
Der Grund für die Beliebtheit der Serie F1.8 ist jedoch, dass alle Objektive denselben Durchmesser und dieselbe Gesamtlänge haben. Wenn wir etwas schaffen würden, das nicht identisch, sondern nur ähnlich groß wäre, fragten wir uns, ob dies vom ursprünglichen Konzept abweichen würde. Das war das Dilemma.
Die Frage lautete also: Wie könnten wir ein Makroobjektiv in derselben Größe wie die Serie F1.8 herstellen? Dieses Objektiv ist das Resultat der Erforschung dieser Idee und der Ausarbeitung des Designs und der Entwicklung, die erforderlich waren, um dies zu erreichen.
In den frühen bis mittleren Entwicklungsphasen gingen wir davon aus, dass wir zwar den Objektivdurchmesser anpassen könnten, die Gesamtlänge jedoch etwas länger sein müsste, da es sonst schwer zu realisieren wäre. Dennoch hatten wir eine leise Vorahnung, dass uns früher oder später gesagt werden würde: „Macht es genauso groß wie die Serie F1.8“ (lacht).
Das Ziel, es an die Serie F1.8 anzupassen, bedeutete eine Reduzierung der Gesamtlänge um 40 % im Vergleich zu Konkurrenzprodukten.
Obwohl bereits eine allgemeine Lösung für die Verkleinerung identifiziert worden war, erkannte das gesamte Team, dass noch erhebliche Herausforderungen zu bewältigen waren, bevor das Objektiv auf den Markt gebracht werden konnte.
Der entscheidende Punkt war, das Objektiv genauso groß wie die Serie F1.8 zu machen. Wir hatten das Gefühl, dass eine Verlängerung der Gesamtlänge um auch nur fünf Millimeter die Komplexität erheblich reduzieren würde. Aber wir machten mit Entschlossenheit weiter, um es zum Vorteil unserer Kunden zu erreichen.
Fünf Millimeter mögen wenig klingen, aber in Bezug auf das Design bieten sie viel Spielraum. Obwohl das Konstruktionsdiagramm Leerraum zu zeigen scheint, ist das Innere dicht mit Komponenten gepackt, einschließlich des Doppelfokus-Mechanismus, der seinen vollen Bewegungsbereich ermöglicht.
Der Zwei-Phasen-Linearmotor ermöglichte das leichteste Design.
Während frühere Objektive Schwingspulenmotoren (VCMs) verwendeten, setzt das neue 100 mm F2.8 MACRO einen Zwei-Phasen-Linearmotor ein.
Sowohl der VCM als auch der Zwei-Phasen-Linearmotor nutzen die Linke-Hand-Regel (Flemings Left-Hand Rule), nach der Kraft erzeugt wird, wenn Strom durch einen Leiter innerhalb eines Magnetfelds fließt. Beim herkömmlichen VCM bedeutete die Anordnung der Magnete jedoch, dass der Schub nur von einem Teil der Spule erzeugt werden konnte. Infolgedessen waren beim Versuch, ein großes Linsenelement zu bewegen, mehrere VCMs aufgrund unzureichenden Schubs erforderlich, was die Größe und das Gewicht des Objektivs erhöhte.
Der Zwei-Phasen-Linearmotor löst dieses Problem durch die Verwendung multipolarisierter Magnete, wodurch fast die gesamte Spule zur Schuberzeugung genutzt werden kann.
Darüber hinaus verfügt er über eine einzigartige Konfiguration, bei der die Magnete auf beiden Seiten der Zweiphasenspulen einander gegenüberliegend positioniert sind. Durch eine Steuerungstechnologie, die je nach Position zwischen den beiden Spulen umschaltet, während Strom zugeführt wird, kann der Motor über den gesamten Bereich hinweg reibungslos und kontinuierlich arbeiten.
Herkömmlicher VCM: Es gibt nur einen krafterzeugenden Abschnitt (rot dargestellt), was zu einer schlechten Effizienz führt
Zwei-Phasen-Linearmotor: Die Magnete sind multipolarisiert, um effizient Kraft zu erzeugen
Dies ermöglicht eine Kraftausbeute, die etwa dreimal höher ist als bei herkömmlichen Objektiven gleicher Größe. Dadurch wird ein kompaktes und leichtes Design ermöglicht.
Hinsichtlich des Objektivdesigns wog der herkömmliche VCM etwa 80 g, der Zwei-Phasen-Linearmotor hingegen nur 29 g. Allein durch den Wechsel zum neuen Motor konnte somit eine Gewichtsreduzierung von über 50 g erreicht werden.
Die Verkleinerung des Motors verringerte die Komplexität der Designkonfiguration des optischen Tubus erheblich und trug maßgeblich zur Reduzierung des Objektivdurchmessers und -gewichts bei.
Ein Grund, warum das Gesamtgewicht bei 298 g liegt, ist die Verwendung des Zwei-Phasen-Linearmotors. Das mag jedoch nur diejenigen ansprechen, die auf jedes Gramm achten (lacht).
Hintergrund zur Entwicklung des Zwei-Phasen-Linearmotors
Fujinaka (Entwicklungsteam für Zwei-Phasen-Linearmotoren)
Tatsächlich arbeitete ich vor rund zwanzig Jahren in der Motorenentwicklungsabteilung von Panasonic, wo ich an der Entwicklung neuer Motortypen beteiligt war.
Aufgrund meines Hintergrunds in diesem Bereich hatte ich schon vor geraumer Zeit erkannt, dass herkömmliche VCMs durch Multipolarisierung verkleinert werden könnten.
Ich wusste das zwar, aber es gab viele Wendungen, bevor die Technologie tatsächlich in einem Produkt implementiert werden konnte.
Als die Entwicklung der Serie S begann und LUMIX somit in den Vollformat-Bereich eintrat, war eines der Ziele, die Fokus-Antriebskomponenten einschließlich des Objektivs mit mehrfacher Kraft im Vergleich zu herkömmlichen Designs antreiben zu können. In dieser Phase schlug ich erstmals die Technologie vor, die die Basis des Zwei-Phasen-Linearmotors bilden sollte.
Anschließend perfektionierten wir die grundlegenden Technologien für den Zwei-Phasen-Linearmotor, einschließlich Techniken zur Minimierung von Kraftschwankungen durch Verfeinerung der Spulenformen und Positionierung der Magnete auf beiden Seiten der Spule. Patente für diese Technologien wurden 2023 in Japan und den USA registriert.
Meine frühere Erfahrung in der Motorenentwicklung war bei diesem Projekt von großer Bedeutung.
Es gab jedoch noch zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen, bevor die Technologie in Produkte integriert werden konnte. Dazu gehörte nicht nur das Design des Motors selbst, sondern auch die Entwicklung der Steuerungstechnologie, die erforderlich ist, um ihn mit hoher Geschwindigkeit, hoher Präzision und leise zu betreiben.
Zu dieser Zeit brachte Panasonic verschiedene neue LUMIX-Kameras und -Objektive auf den Markt, was die Entwicklung neuer Steuerungssysteme zu einer großen Herausforderung machte.
Um ehrlich zu sein, obwohl der Prototyp für den Zwei-Phasen-Linearmotor fertiggestellt war, vergingen die Jahre, ohne dass wir die für den Produktbetrieb erforderliche Steuerungstechnologie entwickeln konnten. Der Prototyp, den wir damals erstellt hatten, blieb mehr als zwei Jahre lang unberührt (lacht).
Als die Entscheidung fiel, das 100 mm F2.8 MACRO zu vermarkten, war ich überzeugt, dass ein Zwei-Phasen-Linearmotor der einzige Weg sei, um ein kompaktes, leichtes Design zu erreichen. Ich überzeugte meine Vorgesetzten, mich an der Entwicklung des Steuerungssystems zu beteiligen, damit wir das Objektiv auf den Markt bringen konnten.
Querschnitt eines Zwei-Phasen-Linearmotors
Infolgedessen konnten wir bestätigen, dass der Prototyp, der fast zwei Jahre lang ungenutzt geblieben war, nun problemlos gesteuert werden konnte und eine Leistung lieferte, die fast exakt dem Design entsprach.
Obwohl die technologische Entwicklung endlich ein Niveau erreicht hatte, auf dem sie in einem Produkt implementiert werden konnte, tauchte eine weitere Herausforderung auf. Einfach ausgedrückt, war es eine Kostenfrage.
Während herkömmliche VCMs größer und schwerer als Zwei-Phasen-Linearmotoren sind, ist ihre Leistung bewährt und sie werden in vielen Produkten eingesetzt. Die Frage war nun, ob wir trotz der zusätzlichen Kosten in ihre Integration in neue Produkte investieren sollten.
Die Kostenbedenken resultierten aus verschiedenen Faktoren: die erhöhte Anzahl der für den Motor benötigten Magnete, die Erhöhung der Mikrocontroller-Programmkapazität, was zu höheren Materialkosten führt, sowie die Entwicklungskosten im Zusammenhang mit der Integration der neuen Steuerungstechnologie in den Mikrocontroller.
Diese verschiedenen Faktoren weckten Bedenken hinsichtlich einer möglichen Kostensteigerung. Offen gesagt gab es auch Stimmen, die sich gegen die Idee aussprachen.
Indem wir dem Team jedoch immer wieder den Produktmehrwert erklärten, der sich aus der Einbindung der Technologie ergeben würde, und indem wir verschiedene Verhandlungen führten, wie z. B. Kostensenkungsgespräche mit Materiallieferanten, sicherten wir uns schließlich die Zustimmung der relevanten Mitglieder. So gelang es uns schließlich, das Objektiv in die Serienfertigung zu bringen. Es war wirklich ein harter Weg (lacht).
Letztendlich haben wir es geschafft, das 100 mm F2.8 MACRO mit dem Zwei-Phasen-Linearmotor auszustatten und so Größe und Gewicht zu reduzieren. Ich habe das Gefühl, dass dies den Wert dieses kompakten, leichten Makroobjektivs, das sein größtes Merkmal ist, erheblich gesteigert hat.
Die Herausforderung bei der Verwendung von drei asphärischen Linsen
Suzuki (Team für Optikdesign)
Die Verwendung von drei asphärischen Linsen in der Kategorie der mittleren Tele-Makroobjektive war wahrscheinlich ein ziemlich herausforderndes Unterfangen.
Typischerweise haben Objektive dieser Kategorie entweder keine asphärischen Elemente oder nur eines. Da das Design jedoch mit der Prämisse begann, die „Größe der Serie F1.8“ zu erreichen, waren wir der Meinung, dass es ohne die Verwendung asphärischer Linsen unmöglich wäre, das 100 mm F2.8 MACRO zu realisieren.
Für ein kompaktes Makroobjektiv ohne Kompromisse bei der Bildqualität waren drei asphärische Linsen unerlässlich.
Die Anordnung der Linsenelemente im Tubus dient im Wesentlichen der Korrektur von Aberrationen. Vielleicht haben Sie schon einmal einen Querschnitt eines Tubus gesehen, der sowohl konvexe als auch konkave Linsen enthält. Aufgrund der Kompaktheit des Designs dieses Objektivs war eine Kombination dieser Elemente jedoch unmöglich. Um die Leistung beizubehalten und gleichzeitig alles im Tubus unterzubringen, haben wir asphärische Elemente in ein effizientes Design integriert.
Wenn Kamerakenner erfahren, dass drei asphärische Linsen verwendet werden, erwarten sie möglicherweise ein ausgeprägtes Ring-Linien-Bokeh, das auch als „Zwiebelring-Bokeh“ (Onion Bokeh) bekannt ist.
Das 100-mm-F2.8-MACRO wurde jedoch so konzipiert, dass dieser Effekt minimiert wird. Dabei wurde auf die Technologie zurückgegriffen, die LUMIX über die Jahre entwickelt hat. Dadurch können wir die Vorteile asphärischer Linsen voll ausschöpfen und sowohl Kompaktheit als auch eine hohe Bildqualität erreichen.
Wir haben viele Jahre damit verbracht, kompakte Festbrennweiten-Objektive zu entwickeln und unsere Technologie für asphärische Linsen voranzutreiben. Nachdem wir das Risiko des Auftretens von Zwiebelring-Bokeh bei der Verwendung asphärischer Elemente in Makroobjektiven gründlich untersucht hatten, kamen wir zu dem Schluss, dass unsere derzeitigen technischen Fähigkeiten diese Herausforderung bewältigen können. Dies untermauerte unsere Entscheidung, die bei diesem Modell verwendete kompakte Größe zu verfolgen.
Mitglieder des Entwicklungsteams teilen ihre Lieblingsfunktionen
Seine kompakte Größe versteht sich von selbst, es gibt jedoch noch einige andere bemerkenswerte Punkte. Hier ist ein kurzer Überblick:
[1] Reduziertes Focus Breathing
Beim Fokussieren im Makrobereich tritt bei typischen Makroobjektiven tendenziell eine leichte Veränderung des Bildwinkels (Focus Breathing) auf. Das 100-mm-F2.8-MACRO wurde jedoch so konzipiert, dass dieser Effekt minimiert wird. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, das Stativ nach dem Fokussieren neu zu positionieren, um die Komposition anzupassen.
[2] Weiches Bokeh
Wie bereits erwähnt, kann die Verwendung von drei asphärischen Linsen die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass Aberrationen und Verzerrungen in Bildern auftreten. Wir haben diese Probleme jedoch behoben und das Objektiv so konzipiert, dass ein möglichst weiches Bokeh entsteht.
[3] Aktualisierter Fokusring
Obwohl dieses Objektiv das gleiche Außendesign wie die Serie F1.8 hat, wurde der Fokusring speziell für die Makrofotografie optimiert. Bei Verwendung des manuellen Fokus mit einem Makroobjektiv, insbesondere im MF-Linear-Modus, sind zur Erreichung eines präzisen Fokus sehr feine Anpassungen erforderlich. Durch die Ringstruktur der herkömmlichen Serie F1.8 konnten selbst leichte Bewegungen dazu führen, dass sich der Fokus merklich verschiebt. Aus diesem Grund wurde der Fokusring neu gestaltet, um eine viel feinere Steuerung der Fokusbewegung zu ermöglichen.
[4] Leicht gräuliche Beschriftung
Die Farbe der auf der Objektivoberfläche aufgedruckten Objektivinformationen wurde von Weiß zu einem leichten Grau geändert. Diese Änderung wurde zuerst beim LUMIX S 14–28 mm F4–5.6 MACRO umgesetzt. Da 1:1-Makro- und Weitwinkel-Makrofotografie oft Aufnahmen sehr nah am Motiv beinhalten, trägt diese Anpassung dazu bei, dass die aufgedruckten Markierungen weniger wahrscheinlich als Reflexionen auf dem Motiv erscheinen.
[5] Kompakt und dennoch mit einem Fokusbereichsschalter ausgestattet
Das Hinzufügen eines Schalters, nachdem die Gesamtgröße bereits definiert war, war ziemlich herausfordernd, insbesondere weil die Integration eines Drei-Wege-Schalters erheblichen Aufwand erforderte. Die Integration eines einfachen Zwei-Wege-Schalters für den vollen und den Makrobereich wäre unkompliziert gewesen. Wir haben uns jedoch für einen Drei-Wege-Schalter entschieden, um verschiedenen Motiven, wie z. B. Porträts, gerecht zu werden. Dieser ermöglicht das Umschalten von unendlich auf 0,5 Meter. Die Integration des Schalters und seiner Markierungen in dieses externe Profil war eine beträchtliche Herausforderung.
Ein Deluxe-Makroobjektiv, das die Serie F1.8 übertrifft
Obwohl das Konzept ein Makroobjektiv mit der gleichen Größe wie die Serie F1.8 war, betrachtet das Entwicklungsteam das interne Design als völlig anders.
Die vorherigen Objektive der Serie F1.8 waren nicht besonders für Nahaufnahmen geeignet, und viele Kreative hatten den Wunsch nach einem Objektiv geäußert, das noch näher fokussieren kann.
Wir sind daher sehr glücklich, dieses 1:1-Makroobjektiv entwickelt zu haben, ohne den einzigartigen Workflow und die Benutzerfreundlichkeit, die für die Serie F1.8 charakteristisch sind, zu beeinträchtigen.
Erleben Sie die Mobilität des weltweit kleinsten und leichtesten* Makroobjektivs für stressfreie Makrofotografie!
* Unter den AF-kompatiblen Vollformat-Wechselobjektiven für spiegellose Kameras, solche mit einer Brennweite von 90 mm oder mehr, die 1:1-Makroobjektive sind. Stand: 9. Januar 2024. Laut Panasonic.
