To jest Dział Projektowania Optycznego — [obiektyw LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3]
Witam wszystkich.
W publikacjach „To jest Dział Projektowania Optycznego” my, pracownicy Działu Projektowania Optycznego, wyjaśnimy konstrukcję obiektywów i ich cechy, a także zaangażowanie i filozofię pracy, czego nie znajdziesz w naszych katalogach ani na stronach internetowych.
Zachęcamy osoby rozważające zakup obiektywu do aparatu fotograficznego do zapoznania się z filozofią projektowania obiektywów marki LUMIX. Natomiast osoby, które już posiadają obiektyw LUMIX, z przyjemnością dowiedzą się więcej na temat niezrównanej dbałości o szczegóły i staranności wykonania, które przekładają się na doskonałą jakość obrazu, jaką można cieszyć się podczas robienia zdjęć.
W tym artykule, napisanym przez konstruktorów posługujących się żargonem technicznym, opisano różne obiektywy.
Czytając ten artykuł, Ty również poznasz głębię pasji związanej z kolekcjonowaniem obiektywów.
Artykuł dotyczy obiektywu LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3, autorzy: Kitada i Shodai.
Wstęp
Prace nad obiektywem LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3 rozpoczęły się od stworzenia obiektywu, który w pełni wykorzystałby koncepcję aparatu LUMIX S9.
S9 to aparat dla osób, które regularnie robią zdjęcia i nagrywają filmy smartfonami i chcą doświadczać możliwości robienia zdjęć, jakich nie da się uzyskać aparatem w smartfonie.
Podczas opracowywania modelu S9 położono nacisk na kompaktowość i lekkość — aparat, który będzie łatwy w obsłudze i użytkowaniu dla wielu osób — a także na atrakcyjny wygląd.
Po długich dyskusjach z Działem Planowania Produktu na temat tego, jakie wymienne obiektywy najlepiej uzupełnią koncepcję aparatu S9, ustalono trzy główne cele rozwoju obiektywu LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3:
1. Wyjątkowa jakość obrazu w całym zakresie zoomu, od ultraszerokiego 18 mm do standardowego 40 mm
2. Konstrukcja optyczna zapewniająca najmniejsze rozmiary i najniższą wagę na świecie*
3. Konstrukcja mechaniczna zapewniająca najmniejsze rozmiary i najniższą wagę na świecie*
Dzięki zastosowaniu tych koncepcji w praktyce obiektyw można użytkować w szerokim zakresie scenariuszy fotografowania — od dynamicznych krajobrazów i ujęć architektonicznych przy ultraszerokim 18 mm końcu, po migawki i portrety z naturalną perspektywą standardowego 40 mm. Obsługuje również fotografię ultraszerokokątną w stylu makro, umożliwiając zbliżenie się przy szerokim końcu, a jednocześnie uchwycenie tła.
Długość ogniskowej zaczyna się od 18 mm, więc nawet osoby przyzwyczajone do szerokokątnej fotografii smartfonem uznają go za łatwy w obsłudze.
Na tyle mały, że można go podnieść palcami
Obiektyw mierzy około 40,9 mm długości (po złożeniu) i waży około 155 g, czyli mniej niż 50% długości i wagi wcześniej wprowadzonego na rynek modelu LUMIX S 20–60 mm F3.5–5.6. Mamy nadzieję, że będzie łatwy w noszeniu razem z aparatem S9.
Oto szczegóły techniczne, które umożliwiły osiągnięcie założeń od 1 do 3.
1. Wyjątkowa jakość obrazu w całym zakresie zoomu, od ultraszerokiego 18 mm do standardowego 40 mm
Poniższy diagram przedstawia konfigurację obiektywu LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3.
Konstrukcja obiektywu obejmuje osiem soczewek w siedmiu grupach, w tym trzy soczewki asferyczne, dwie soczewki ED i jedną soczewkę UHR, które korygują aberracje sferyczne, chromatyczne i inne aberracje, zapewniając wyjątkową jakość odwzorowania obrazu.
Podobnie jak w przypadku zaprezentowanego wcześniej obiektywu LUMIX S 14–28 mm F4–5.6 MACRO, zastosowanie soczewki asferycznej o dużej średnicy jako drugiego elementu obiektywu od przodu minimalizuje zniekształcenia, które często występują przy ultraszerokich kątach.
Moc refrakcyjna grup soczewek poruszających się podczas zmiany ogniskowej jest rozmieszczona w konfiguracji zoomu składającej się z trzech grup — ujemna-dodatnia-ujemna od przodu do tyłu — co zapewnia wysoce skuteczną kompensację zmian aberracji podczas zmiany ogniskowej.
Dzięki tym funkcjom powstał obiektyw, który zapewnia wysoką jakość odwzorowania obrazu w całym zakresie ogniskowych, od 18 mm w trybie ultraszerokokątnym do 40 mm w trybie standardowym, a jednocześnie jest kompaktowy i lekki.
Pokazany tutaj wykres współczynnika MTF pokazuje również wysokie wartości zarówno przy szerokim kącie widzenia, jak i przy teleobiektywie.
2. Konstrukcja optyczna zapewniająca najmniejsze rozmiary i najniższą wagę na świecie*
Obiektyw LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3 to najmniejszy i najlżejszy* obiektyw na świecie. Jego wymiary to ø67,9 x 40,9 mm (po złożeniu), a waga wynosi w przyb. 155 g.
W dalszej części tego tekstu wyjaśniono konstrukcję optyczną, która to umożliwiła.
Obiektyw ten jest wyposażony w mechanizm chowanego obiektywu, który skraca jego długość, chowając go, gdy nie jest używany.
Aby skrócić długość wysuwanego obiektywu, konieczne jest [a] zmniejszenie całkowitej grubości grup soczewek (grupy 1, 2 i 3 pokazane na powyższym schemacie nazywane są grupami soczewek), [b] zmniejszenie zakresu ruchu grupy 2 oraz [c] zmniejszenie całkowitej długości optycznej na szerokim końcu i wydłużenie jej w stosunku do długości optycznej na końcu teleobiektywu.
Tutaj znajdują się szczegółowe informacje na temat punktu [a].
Poniższe rysunki pokazują widoki przekrojowe z obiektywem cofniętym i ustawionym na najszerszym końcu. Przekręcenie obiektywu zmiennoogniskowego z szerokiego końca powoduje zmniejszenie odległości między poszczególnymi grupami soczewek i wsunięcie obiektywu.
(Po lewej) po wsunięciu (po prawej) szeroki koniec
Na samym końcu znajduje się szkło ochronne chroniące grupę ogniskującą.
Pomiędzy pierwszą i drugą grupą, a także między trzecią grupą a szkłem ochronnym znajdują się przerwy — pierwsza ma na celu umieszczenie w niej jednostki przysłony, a druga ma umożliwić ruch grupy ogniskującej. W rezultacie, im cieńsze są wszystkie grupy soczewek, tym krótszy może być obiektyw po jego wsunięciu.
Aby zmniejszyć ogólną grubość, zmniejszyliśmy liczbę soczewek, grubość każdej soczewki i zminimalizowaliśmy szczeliny powietrzne (przestrzenie między soczewkami). Jednak pomimo tych wysiłków początkowo nie udało nam się osiągnąć najmniejszego na świecie* rozmiaru.
Po wielu próbach i błędach udało nam się w końcu osiągnąć nasz cel poprzez znaczące przeprojektowanie konfiguracji zoomu.
Wcześniej obiektywy typu „z ujemną grupą przednią” z ujemną grupą refrakcyjną 1 były na ogół czteroelementową konfiguracją zoomu: ujemna-dodatnia-ujemna-dodatnia lub ujemna-dodatnia-ujemna-ujemna (wcześniej wprowadzone na rynek obiektywy LUMIX S 14–28 mm F4–5.6 MACRO i LUMIX S PRO 16–35 mm F4 mają czteroelementową konfigurację zoomu: ujemna-dodatnia-ujemna-ujemna).
W przypadku tego obiektywu koncepcja konstrukcji optycznej uległa drastycznej zmianie, czego efektem jest trójelementowa konfiguracja zoomu: ujemna-dodatnia-ujemna. Grupę 4 wyeliminowano, a całkowita grubość grup soczewek została zmniejszona, czego efektem jest najmniejszy* obiektyw na świecie — 40,9 mm po złożeniu.
3. Konstrukcja mechaniczna zapewniająca najmniejsze rozmiary i najniższą wagę na świecie*
Wyjaśnienia do tej sekcji udziela Shodai, który odpowiada za projekt mechaniczny.
Firma postanowiła opracować kompaktowy obiektyw, który idealnie pasowałby do aparatu S9, i rozpoczęła prace koncepcyjne, mając na celu uczynienie go najmniejszym i najlżejszym* obiektywem na świecie.
■ Dwustopniowy chowany tubus zapewniający kompaktowe rozmiary
W obiektywie LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3 zastosowano dwustopniową konfigurację chowanego obiektywu.
Choć taka konfiguracja pozwala na skrócenie tubusu obiektywu po jego schowaniu, zazwyczaj skutkuje to zwiększeniem jego średnicy.
Dzięki starannemu rozważeniu związku między rozmiarem każdego elementu obiektywu, średnicą mocowania i średnicą filtra, a także dzięki zaprojektowaniu struktury dwustopniowego, chowanego obiektywu, uzyskaliśmy kształt zbliżony do cylindra — przy czym średnica zewnętrzna obiektywu nie zmienia się prawie wcale od przodu do tyłu, gdy obiektyw jest chowany.
■ Spójność w działaniu i konstrukcji
Podczas opracowywania wymiennych obiektywów aparatów serii LUMIX S (pełnoklatkowe) szczególny nacisk położono na zachowanie spójności zewnętrznego wzornictwa, a tym samym zapewnienie jednolitości działania i funkcjonalności — aspektów, które bezpośrednio wpływają na komfort użytkowania.
Z tego powodu zespoły ds. planowania i projektowania produktu nalegały, aby obiektyw LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3 również był zgodny z filozofią projektowania ustanowioną dla aparatów serii S.
Wyeliminowanie sekcji mocowania filtrów i przełączników jest zaletą z punktu widzenia zmniejszenia rozmiaru. Jednak w przypadku wymiennych obiektywów, istotna jest również wartość obiektywu jako części serii.
Dokładnie przeanalizowaliśmy różne konfiguracje, aby ocenić, jak uwzględnienie każdej funkcji wpłynie zarówno na rozmiar, jak i na koszt, a także czy ewentualne zwiększenie rozmiaru można zrekompensować poprzez przemyślenie innych aspektów konstrukcji obiektywu.
Dzięki temu obiektyw LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3 pozostaje kompaktowy, oferując jednocześnie taką samą funkcjonalność jak model LUMIX S 20–60 mm F3.5–5.6.
■ Funkcjonalność zoomu w obiektywie wymiennym
Obiektyw zmiennoogniskowy powiększa obraz poprzez przesuwanie każdej grupy soczewek wzdłuż rowków krzywkowych.
Konstrukcja rowków krzywkowych ma istotny wpływ na jakość działania zoomu. W zależności od układu rowków krzywkowych, podczas pracy można odczuć efekt pokonywania przez wewnętrzny mechanizm nierównych powierzchni.
Ponieważ obiektyw LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3 jest wymiennym obiektywem obsługiwanym ręcznie, rowki krzywkowe zaprojektowano tak, aby się nie krzyżowały, co ma wpływ na komfort obsługi.
Jest to główne ograniczenie konstrukcyjne, ale rowki krzywkowe i ogólny układ komponentów były wielokrotnie sprawdzane w celu uzyskania optymalnej konstrukcji.
■ Technologia opracowana na podstawie poprzednich modeli
Oczywiście zmniejszenie rozmiarów nie nastąpiło z dnia na dzień.
Stało się to możliwe dzięki optymalnemu wykorzystaniu technologii, jakie zgromadziliśmy podczas opracowywania kompaktowych obiektywów do aparatów cyfrowych i wymiennych obiektywów (w szczególności obiektywu Micro Four Thirds LUMIX G VARIO 12–32 mm F3.5–5.6 ASPH. MEGA O.I.S.).
Na koniec
W artykule tym przedstawiono przegląd konstrukcji optycznych i mechanicznych obiektywu zmiennoogniskowego serii LUMIX S — LUMIX S 18–40 mm F4.5–6.3.
Jako najmniejszy i najlżejszy* obiektyw zmiennoogniskowy na świecie, począwszy od ultraszerokokątnego końca 18 mm, idealnie pasuje do aparatu S9.
Mamy nadzieję, że zabierzesz ze sobą ten obiektyw i będziesz cieszyć się fotografowaniem szerokiej gamy obiektów — od dynamicznych krajobrazów i ujęć architektonicznych przy ultraszerokim 18 mm końcu, po spontaniczne zdjęcia i portrety z naturalną perspektywą standardowego końca 40 mm. Obsługuje on również ultraszerokokątną fotografię w stylu makro, pozwalając na zbliżenie się przy szerokim końcu, a jednocześnie uchwycenie tła.
Na koniec zamieściliśmy wybór zdjęć wykonanych przez naszych inżynierów. Mamy nadzieję, że okażą się one dla Ciebie inspirujące i pomocne.
Aparat S5II, obiektyw S 18–40 F4.5–6.3 18 mm, 1/250 sek., F4.5, ISO 100
Aparat S9, obiektyw S 18–40 F4.5–6.3 40 mm, 1/125 sek., F6.3, ISO 200
Aparat S9, obiektyw S 18–40 F4.5–6.3 18 mm, 1/25 sek., F4.5, ISO 1600
Aparat S5II, obiektyw S 18–40 F4.5–6.3 18 mm, 1/400 sek., F8, ISO 100