Come il modello 100 mm F2.8 MACRO è diventato l'obiettivo macro più piccolo e leggero al mondo*
Ciao a tutti. Siamo il team di sviluppo che ha realizzato l'obiettivo LUMIX S 100 mm F2.8 MACRO.
Siamo lieti di presentare il modello LUMIX S 100 mm F2.8 MACRO, il primo obiettivo macro 1:1 della serie LUMIX S full-frame.
Si tratta anche dell'obiettivo macro più piccolo e leggero* al mondo della categoria. Con una lunghezza complessiva di circa 82,0 mm e un peso di circa 298 g, raggiunge dimensioni pari a circa la metà rispetto ai tradizionali obiettivi macro full-frame. Gli utenti LUMIX noteranno che le dimensioni sono simili a quelle della serie F1.8.
In questo articolo esploreremo il contesto tecnico che ha reso possibile il design più piccolo e leggero* al mondo, le considerazioni ottiche alla base dell'obiettivo e le caratteristiche principali evidenziate dal team di sviluppo.
Contenuti
◼ L'idea alla base del concetto di "obiettivo macro compatto e leggero"
◼ Il motore lineare a doppia fase che ha permesso di ottenere il design più leggero della categoria
◼ La sfida nell'adozione di tre lenti asferiche
◼ I membri del team di sviluppo condividono le loro funzioni preferite
◼ Un obiettivo macro di fascia alta che supera la serie F1.8
L'idea alla base del concetto di "obiettivo macro compatto e leggero"
Yoshikawa (team di progettazione meccanica)
Come indicato nella roadmap degli obiettivi LUMIX, lo sviluppo di un obiettivo macro da 100 mm era già stato preso in considerazione. Pertanto, il team di sviluppo ha tenuto ampie discussioni interne su come realizzarlo.
Durante quel periodo, gli obiettivi a focale fissa della serie F1.8 venivano lanciati uno dopo l'altro, ricevendo feedback positivi dagli utenti. Ciò ha dato il via a una serie di riflessioni sulla possibilità di realizzare, all'interno della gamma di ottiche fisse, qualcosa che avesse dimensioni simili alla serie F1.8.
Tuttavia, il motivo per cui la serie F1.8 è così popolare è che tutti gli obiettivi hanno lo stesso diametro e la stessa lunghezza complessiva. Ci siamo chiesti se realizzare qualcosa di semplicemente simile, anziché identico nelle dimensioni, non significasse allontanarsi troppo dall'idea iniziale. Questo era il dilemma.
La domanda è quindi diventata: come possiamo realizzare un obiettivo macro delle stesse dimensioni della serie F1.8? L'esplorazione di questa idea e il lavoro di progettazione e sviluppo necessario per realizzarla hanno portato alla creazione di questo obiettivo.
Durante le fasi iniziali e intermedie dello sviluppo, abbiamo lavorato partendo dal presupposto che, pur potendo eguagliare il diametro dell'obiettivo, la lunghezza complessiva avrebbe dovuto essere leggermente maggiore, altrimenti sarebbe stato difficile da realizzare. Tuttavia, avevamo la sensazione che prima o poi ci avrebbero detto di "renderlo delle stesse dimensioni della serie F1.8" (ride).
L'obiettivo di renderlo simile alla serie F1.8 era una riduzione del 40% della lunghezza complessiva rispetto ai prodotti della concorrenza.
Sebbene fosse già stata identificata una soluzione generale per il ridimensionamento, l'intero team ha riconosciuto che c'erano ancora sfide significative da superare prima che l'obiettivo potesse essere immesso sul mercato.
Il punto chiave è stato rendere l'obiettivo delle stesse dimensioni della serie F1.8. Ritenevamo che un incremento della lunghezza complessiva, anche solo di cinque millimetri, avrebbe ridotto notevolmente la complessità, ma andammo avanti con la determinazione di realizzarlo a beneficio dei nostri clienti.
Cinque millimetri possono sembrare pochi, ma in termini di design offrono un ampio margine di manovra. Sebbene lo schema costruttivo sembri mostrare uno spazio vuoto, l'interno è fitto di componenti, tra cui il meccanismo a doppia messa a fuoco, che consente l'intera gamma di movimenti.
Il motore lineare bifase che ha permesso di realizzare il design più leggero
Mentre gli obiettivi precedenti utilizzavano motori a bobina mobile (VCM), il nuovo 100 mm F2.8 MACRO impiega un motore lineare a doppia fase.
Sia il VCM che il motore lineare bifase si basano sulla regola della mano sinistra di Fleming, secondo cui la forza viene generata quando la corrente scorre attraverso un conduttore all'interno di un campo magnetico. Nel VCM tradizionale, la disposizione dei magneti faceva sì che la spinta potesse essere prodotta solo da una parte della bobina. Di conseguenza, nel tentativo di muovere un elemento ottico di grandi dimensioni, la spinta insufficiente rendeva necessario l'impiego di più motori VCM, aumentando così l'ingombro e il peso dell'obiettivo.
Il motore lineare bifase risolve questo problema utilizzando magneti multipolari, che consentono di utilizzare quasi l'intera bobina per generare la spinta.
Inoltre, utilizza una configurazione unica in cui i magneti sono posizionati uno di fronte all'altro su entrambi i lati delle bobine bifase. Grazie a una tecnologia di controllo che commuta tra le due bobine in base alla posizione durante l'alimentazione di corrente, il motore può funzionare in modo fluido e continuo sull'intera gamma.
VCM tradizionale: c'è una sola sezione che genera forza, indicata in rosso, con conseguente scarsa efficienza
Motore lineare a doppia fase: i magneti sono multipolari per generare in modo efficiente la forza
Ciò consente di ottenere una forza in uscita circa tre volte superiore a quella degli obiettivi tradizionali delle stesse dimensioni, con un design compatto e leggero.
In termini di design dell'obiettivo, il VCM tradizionale pesava circa 80 g, mentre il motore lineare bifase pesa solo 29 g, ottenendo una riduzione di peso di oltre 50 g semplicemente passando al nuovo motore.
L'uso di un motore di dimensioni e peso inferiori ha ridotto in modo significativo la complessità della configurazione del design del cilindro ottico, contribuendo notevolmente a ridurre il diametro e il peso dell'obiettivo.
Uno dei motivi per cui il peso totale è inferiore a 300 g, attestandosi su 298 g, è probabilmente l'uso del motore lineare bifase. Tuttavia, questo potrebbe interessare solo a chi è attento a ogni singolo grammo (ride).
Premesse per lo sviluppo del motore lineare bifase
Fujinaka (team di sviluppo del motore lineare bifase)
Circa vent'anni fa, ho lavorato nella divisione di sviluppo motori di Panasonic, dove mi sono occupato della creazione di nuovi tipi di motori.
Grazie alla mia esperienza in questo campo, mi ero reso conto da tempo che era possibile ridurre le dimensioni dei classici VCM adottando una struttura multipolare.
Lo sapevo, ma ci sono stati diversi imprevisti prima che la tecnologia potesse essere effettivamente implementata in un prodotto.
Quando è iniziato lo sviluppo della serie S, che ha segnato l'ingresso di LUMIX nel settore delle fotocamere full-frame, uno degli obiettivi era quello di consentire l'azionamento dei componenti di messa a fuoco, compreso l'obiettivo, con una forza molte volte superiore rispetto ai modelli tradizionali. È stato in questa fase che ho proposto per la prima volta la tecnologia che sarebbe diventata la base del motore lineare bifase.
Abbiamo poi perfezionato le tecnologie fondamentali per il motore lineare bifase, comprese tecniche per ridurre al minimo le fluttuazioni di forza, affinando le forme delle bobine e posizionando i magneti su entrambi i lati della bobina. I brevetti per queste tecnologie sono stati registrati in Giappone e negli Stati Uniti nel 2023.
La mia precedente esperienza nello sviluppo di motori ha avuto un ruolo importante in questo progetto.
Tuttavia, c'erano ancora numerose sfide da affrontare prima che la tecnologia potesse essere integrata nei prodotti. Tra queste, oltre alla progettazione del motore stesso, anche lo sviluppo della tecnologia di controllo necessaria per farlo funzionare ad alta velocità, con la massima precisione e in modo silenzioso.
All'epoca, Panasonic stava lanciando diverse nuove fotocamere e obiettivi LUMIX, e ciò rendeva piuttosto impegnativo lo sviluppo di nuovi sistemi di controllo.
Quindi, per dirla tutta, sebbene il prototipo del motore lineare bifase fosse stato completato, gli anni sono passati senza che riuscissimo a sviluppare la tecnologia di controllo necessaria per il funzionamento del prodotto. Il prototipo che avevamo creato allora era rimasto intatto per più di due anni (ride).
Quando si decise di commercializzare il 100 mm F2.8 MACRO, ritenni che un motore lineare bifase fosse l'unico modo per ottenere un design compatto e leggero. Ho convinto i miei superiori a farmi partecipare allo sviluppo del sistema di controllo, in modo da poter portare l'obiettivo sul mercato.
Sezione di un motore lineare bifase
Di conseguenza, abbiamo potuto confermare che il prototipo, rimasto inutilizzato per quasi due anni, poteva essere controllato senza problemi e forniva prestazioni quasi identiche a quelle progettate.
Sebbene lo sviluppo tecnologico avesse finalmente raggiunto un livello tale da poter essere implementato in un prodotto, emerse un'altra sfida. In parole povere, era una questione di costi.
Sebbene i VCM convenzionali siano più grandi e pesanti dei motori lineari a doppia fase, le loro prestazioni sono ormai consolidate e sono ampiamente utilizzati nei prodotti attuali. Si trattava di decidere se investire per incorporarli in nuovi prodotti, nonostante i maggiori costi.
L'aumento dei costi era dovuto a diversi fattori: il maggior numero di magneti necessari per il motore, l'aumento della capacità di programmazione del microcontrollore che comportava un aumento dei costi dei materiali e i costi di sviluppo associati all'integrazione di una nuova tecnologia di controllo nel microcontrollore.
Questi fattori hanno sollevato preoccupazioni circa un potenziale aumento dei costi e, ad essere sinceri, ci sono state voci contrarie all'idea.
Tuttavia, spiegando ripetutamente al team il valore aggiunto del prodotto che sarebbe derivato dall'incorporazione della tecnologia e impegnandoci in varie trattative, come quelle per la riduzione dei costi con i fornitori di materiali, alla fine abbiamo ottenuto il consenso dei membri interessati. Di conseguenza, siamo riusciti ad avviare la produzione di massa dell'obiettivo. È stata davvero dura (ride).
Alla fine siamo riusciti a dotare il 100 mm F2.8 MACRO di un motore lineare bifase, riducendone le dimensioni e il peso. Credo che questo abbia aumentato significativamente il valore di questo obiettivo macro compatto e leggero, che è poi la sua caratteristica principale.
La sfida nell'adozione di tre lenti asferiche
Suzuki (team di progettazione ottica)
L'utilizzo di tre lenti asferiche nella categoria dei teleobiettivi macro medi è stato probabilmente un'impresa piuttosto impegnativa.
In genere, gli obiettivi di questa categoria non hanno elementi asferici o ne hanno uno solo. Tuttavia, poiché la progettazione è partita con il presupposto di rispettare le "dimensioni della serie F1.8", abbiamo ritenuto che senza l'adozione di lenti asferiche sarebbe stato impossibile realizzare il modello 100 mm F2.8 MACRO.
Per un obiettivo macro compatto ma con una qualità d'immagine senza compromessi, erano indispensabili tre lenti asferiche.
La disposizione degli elementi dell'obiettivo all'interno del cilindro comporta essenzialmente la correzione delle aberrazioni. È possibile che abbiate già visto la sezione di un cilindro contenente lenti convesse e concave, ma il design di questo obiettivo era così compatto che era impossibile combinare questi elementi. Per mantenere le prestazioni pur inserendo tutto all'interno del cilindro, abbiamo incorporato elementi asferici in un design efficiente.
In aggiunta, gli esperti del settore potrebbero temere che l'impiego di tre elementi asferici causi una sfocatura con linee circolari evidenti, il cosiddetto "onion bokeh".
Tuttavia, il 100 mm F2.8 MACRO è stato progettato per ridurre al minimo questo effetto, sfruttando la tecnologia sviluppata da LUMIX nel corso degli anni. Questo ci permette di sfruttare appieno i vantaggi delle lenti asferiche e di ottenere compattezza ed elevata qualità dell'immagine.
Dal punto di vista interno, abbiamo dedicato molti anni allo sviluppo di obiettivi a focale fissa compatti e al perfezionamento della nostra tecnologia di lenti asferiche. Dopo aver esaminato a fondo il rischio che si presentasse l'effetto sfocatura ad anello utilizzando elementi asferici negli obiettivi macro, siamo giunti alla conclusione che le nostre attuali capacità tecniche potessero superare questa sfida. Ciò ha motivato la nostra decisione di perseguire le dimensioni compatte utilizzate in questo modello.
I membri del team di sviluppo condividono le loro caratteristiche preferite
Ovviamente le dimensioni compatte, ma ci sono anche molti altri aspetti degni di nota. Ecco una breve panoramica:
[1] Riduzione del breathing dell'obiettivo
Quando si mette a fuoco nella gamma macro, con i tipici obiettivi macro tende a verificarsi una leggera variazione dell'angolo di campo (breathing dell'obiettivo). Tuttavia, il 100 mm F2.8 MACRO è stato progettato per ridurre al minimo questo effetto. Ciò dovrebbe anche eliminare la necessità di riposizionare il treppiede dopo la messa a fuoco per regolare la composizione.
[2] Bokeh omogeneo
Come accennato in precedenza, l'uso di tre lenti asferiche può aumentare la probabilità che nelle immagini compaiano aberrazioni e distorsioni. Tuttavia, abbiamo affrontato questi problemi in fase di progettazione per far sì che l'obiettivo producesse un effetto sfocatura il più morbido possibile.
[3] Ghiera di messa a fuoco migliorata
Sebbene questo obiettivo condivida lo stesso design esterno della serie F1.8, la ghiera di messa a fuoco è stata migliorata specificamente per la fotografia macro. Quando si utilizza la messa a fuoco manuale con un obiettivo macro, in particolare in modalità MF lineare, per ottenere una messa a fuoco accurata sono necessarie regolazioni estremamente precise. Con la struttura della ghiera utilizzata nella serie F1.8 tradizionale, anche lievi movimenti potrebbero causare una notevole variazione della messa a fuoco. Per questo motivo, la ghiera di messa a fuoco è stato ridisegnata per consentire un controllo molto più preciso sul movimento della messa a fuoco.
[4] Iscrizioni grigiastre
Il colore delle informazioni stampate sulla superficie della lente dell'obiettivo è cambiato da bianco a grigiastro. Questa modifica è stata implementata per la prima volta nel LUMIX S 14-28 mm F4-5.6 MACRO. Poiché la fotografia macro 1:1 e la fotografia macro grandangolare comportano spesso riprese molto ravvicinate al soggetto, questa modifica riduce la probabilità che le iscrizioni stampate appaiano come riflessi sul soggetto.
[5] Compatto ma dotato di selettore di distanza
L'aggiunta di un interruttore dopo che le dimensioni complessive erano già state definite è stata piuttosto impegnativa, soprattutto perché incorporare un interruttore a tre vie richiedeva uno sforzo significativo. Mentre sarebbe stato semplice incorporare un semplice interruttore a due vie per le gamme full-frame e macro, abbiamo optato per un interruttore a tre vie per adattarsi a soggetti diversi, come i ritratti. Ciò consente di passare dall'infinito a 0,5 metri. L'integrazione dell'interruttore e delle sue marcature in questo profilo esterno ha rappresentato una sfida notevole.
Un obiettivo macro di lusso che supera la serie F1.8
Sebbene il concetto fosse quello di un obiettivo macro con le stesse dimensioni della serie F1.8, il team di sviluppo ritiene che il design interno sia completamente diverso.
I precedenti obiettivi della serie F1.8 non erano particolarmente adatti alla fotografia macro, e molti creatori avevano espresso il desiderio di un obiettivo che potesse mettere a fuoco ancora più da vicino.
Ci riteniamo quindi davvero fortunati ad aver sviluppato questo obiettivo macro 1:1, mantenendo al contempo l'esclusivo flusso di lavoro e la facilità d'uso caratteristici della serie F1.8.
Godetevi la mobilità dell'obiettivo macro più piccolo e leggero al mondo* per una fotografia macro senza stress!
*Tra gli obiettivi intercambiabili mirrorless full-frame compatibili con la messa a fuoco automatica, quelli con una lunghezza focale di 90 mm o superiore che sono obiettivi macro 1:1. Dal 9 gennaio 2024. Secondo Panasonic.
