Mewujudkan visi desain

Wawancara dengan tim pengembangan FE 50mm F1.2 G Master

Penjelasan oleh Kepada Desain Optik sambil memegang lensa XA
Obsesi akan desain optik
Kepala Desain Mekanis memegang XD Linear Motor saat menjelaskan
Auto fokus dan desain mekanis
Gambar kamera dipegang secara vertikal dengan lensa FE 50 mm F1.2 GM terpasang
Keandalan dan kemudahan penggunaan
Konsep pengembangan

Membuat lensa F1.2 yang sungguh mudah digunakan

Kepala Produk dan Desain Optik / Atsuo Kikuchi

Kepala Desain Optik memegang lensa FE 50mm F1.2 sambil menjelaskan

―Apa saja tujuan Anda mendesain lensa F1.2 pertama Sony? 

Kikuchi: Kami telah menghadirkan banyak lensa tetap berapertur besar ke pasar, tetapi kami sadar para pelanggan di seluruh dunia ingin lensa apertur besar yang lebih cepat. Permintaan terbesarnya adalah F1.2 G Master 50mm “standar”.
 
Dalam mengembangkan lensa F1.2 berapertur besar, kami paham perlunya mempertahankan tingkat resolusi dan bokeh tinggi seri G Master, sembari memastikan lensanya tetap mudah digunakan. Jika kami hanya mengutamakan ukuran apertur, lensanya akan jadi berat dan besar, kami akan kehilangan keringkasan dan keringanan gabungan bodi dan lensa yang merupakan keunggulan utama sistem E-mount. Dan sesempurna apa pun properti optiknya, lensa yang tidak dapat memberikan kinerja maksimum dari sistem auto fokus bodi kamera yang luar biasa, atau tidak dapat menggunakan auto fokus sama sekali, pasti akan mengurangi kepuasan pelanggan.

Untuk mendapatkan lensa auto fokus F-number tercepat dalam sejarah Alpha, tanpa mengurangi performa auto fokus sembari mempertahankan kemudahan pemakaian dan portabilitas, kami perlu menggunakan teknologi tercanggih Sony. Selain performa optik yang luar biasa, saya rasa pelanggan yang menggunakan lensa ini akan dikejutkan oleh seberapa cepat, ringan, dan heningnya operasi auto fokus untuk lensa F1.2 apertur besar.

Saya rasa tambahan lensa F1.2 ini ke dalam jajaran Alpha meningkatkan kemungkinan pengambilan gambar bagi para kreator ke level lebih tinggi. Inilah lensa yang dapat digunakan dalam beragam situasi baik oleh profesional atau amatir, dari mengambil gambar potret hingga lanskap.

Jajaran Alpha sudah menyertakan lensa Planar T* FE 50mm F1.4 ZA. Dibandingkan lensa FE 50mm F1.2 GM baru, meski perbedaan antara apertur maksimum F1.4 dan F1.2 tampak kecil, sebenarnya ini half-stop penuh, dengan pengumpulan cahaya ekstra lensa F1.2 yang memerlukan apertur efektif (diameter) sekitar 17% lebih besar, atau area apertur hampir 40% lebih besar, menunjukkan rintangan desain utama dan manufaktur dalam mewujudkan lensa F1.2 yang ringkas.
 
Mengatasi masalah ini telah melibatkan banyak tantangan baru.

Salah satunya adalah menjaga ukuran elemen lensa depan tetap rendah, meski lensanya F1.2, menggunakan beberapa lensa XA (extreme aspherical), teknologi unik dari Sony. Hal ini menghindari perlunya meningkatkan ukuran lensa depan, dan memungkinkan kami menangani aberasi yang muncul dalam lensa berdiameter besar.

Untuk menekan penuh aberasi, sistem fokus mengambang yang bergerak independen, terdiri dari dua grup fokus, diadopsi untuk kompensasi aberasi optimal di seluruh rentang fokus, termasuk jarak fokus minimum.

Penggerak fokusnya menggunakan XD (extreme dynamic) Linear Motor milik Sony, dengan kombinasi dorongan dan keheningan tingginya. Empat aktuator direct-drive ringkas ini, dengan kontrol presisi, memungkinkan desain grup fokus menyertakan beberapa elemen yang memberikan kompensasi aberasi luar biasa.

Hasilnya adalah lensa dengan resolusi level G Master, yang memberikan kinerja kecepatan, akurasi, dan pelacakan maksimum dari auto fokus kamera, dalam bodi lensa berukuran 108mm (4 3/8 inci) dan berbobot 778g (27,5 oz.) — sama seperti lensa Planar saat ini. Kami bangga telah memproduksi lensa F1.2 yang belum pernah ada sebelumnya, berharap memberi nilai bagi para profesional dan penyuka fotografi.

Obsesi akan desain optik
Resolusi memukau dari F1.2

Kikuchi: Untuk mencapai performa optik tinggi sembari mempertahankan faktor bentuk kecil dalam lensa F1.2, lensa XA milik Sony diadaptasi, dan teknologi simulasi untuk resolusi, bokeh, dan aberasi kromatik diterapkan.
 
Intinya, meningkatkan performa optik adalah tentang mengurangi aberasi.

Dulunya, lensa 50mm umumnya menggunakan tata letak tipe Gauss. Tata letak Gauss memiliki sekelompok elemen lensa yang didistribusikan secara simetris pada salah satu sisi apertur sentral, yang menyebabkan aberasi dari tiap sisi apertur untuk saling menghapus. Ini paling cocok untuk sudut pandang 50mm, jadi kebanyakan lensa 50mm di masa lalu menggunakan susunan ini.

Namun, struktur simetris ini sendiri hanya memperbaiki distorsi dan pembelokan aberasi bidang, tetapi tidak mengimbangi aberasi sferis atau sagittal flare secara efisien. Singkatnya, pilihan desain optik ini tidak akan memungkinkan kami mencapai performa kompensasi aberasi tinggi yang coba kami peroleh.

Seperti yang diketahui pengguna kamera berpengalaman, tidak mungkin mencapai daya pemulihan tinggi di keseluruhan gambar tanpa kompensasi aberasi yang mencukupi. Sumber cahaya titik seperti bintang di langit seharusnya difokuskan di mana pun tampak pada gambar, tetapi aberasi yang tidak cukup dikompensasi akan membuatnya tampak seperti burung beterbangan atau menampilkan penyebaran warna. Untuk mengatasi ini, pengguna dapat melakukan stop down pada apertur, tetapi akan mengalahkan titik lensa apertur besarnya.

Tujuan kami dengan lensa ini adalah tingkat performa lensa saat seseorang tetap dapat mengambil gambar dengan nyaman pada apertur maksimum. Untuk mencapai hal itu, susunan optik kami “memecah” sebagian desain simetrisnya, dan menekan aberasi yang sulit ditekan dengan desain lensa simetris.

Umumnya, untuk mengoreksi aberasi sferis dan sagittal flare, lensa tipe simetris cenderung memiliki elemen depan yang besar dan mungkin terdiri dari banyak elemen.

Susunan optik baru kami hanya menggunakan tiga lensa XA (extreme aspherical), menghindari penambahan diameter elemen depan, dan menjaga jumlah elemen lensa tetap minimum, untuk mencapai ukuran keseluruhan yang ringkas. 

Ilustrasi menampilkan konfigurasi lensa
Bagan konfigurasi lensa

[1] Lensa Extreme aspherical (lensa XA) 

Seperti halnya ‘asferis’ yang ada pada namanya, permukaan melengkung lensa XA tidaklah konstan; berubah dari pusat hingga tepi elemen. Bentuk tiga elemen lensa XA yang digunakan dalam lensa ini masing-masing dioptimalkan lewat beberapa iterasi menggunakan teknologi simulasi optik milik Sony.
 
Seperti yang diketahui, keakuratan permukaan lensa XA yang digunakan dalam seri G Master disesuaikan hingga tingkat submikron. Apertur F1.2 yang besar dan diameter elemen luar yang lebar lensa ini memerlukan peningkatan dalam presisi langkah proses produksi ketiga lensa XA yang digunakan, untuk mencapai peningkatan akurasi permukaan yang diperlukan. Ini adalah tantangan produksi terberat yang pernah kami hadapi. Namun, menggabungkan proses desain dan manufaktur yang ditingkatkan di tiap langkahnya, dan menghadapi tantangan teknologi baru secara langsung membantu kami mendapatkan diameter besar dan presisi tinggi secara bersamaan.

Secara khusus, lensa XA yang diposisikan kedua dari depan dalam Bagan Konfigurasi Lensa di atas jauh mengurangi jumlah elemen yang diperlukan dalam rakitan depan, sehingga mengurangi ukuran dan beratnya. Dalam posisi ini, kemampuan menggunakan lensa asferis dengan presisi manufaktur yang hanya bisa dicapai Sony adalah keunggulan besar yang memastikan desain optik menyeluruh dari lensa F1.2 ringkas ini.

Teknologi simulasi aberasi kromatik milik Sony digunakan untuk mengoptimalkan kombinasi material kaca, jauh mengurangi aberasi kromatik dan penyebaran warna, serta mencapai tingkat resolusi dan kontras tertinggi meski dengan apertur besar, sesuai dengan tujuan G Master.

Saat insinyur optik melihat bagan konfigurasi lensa, mereka kadang berpikir “elemen ini tidak banyak membantu mengoreksi aberasi” (tertawa). Sebagai seorang insinyur, tujuan saya adalah mencapai koreksi aberasi paling efisien dengan jumlah elemen lensa paling sedikit -- dengan kata lain, untuk mencari solusi yang memberikan keringkasan lensa menyeluruh sembari mempertahankan performa optik. Seperti yang tampak pada bagan konfigurasi di atas untuk FE 50mm F1.2 GM, desainnya bebas pemborosan atau gangguan. Kontribusi lengkungan semua elemen lensa terhadap aberasi dipertimbangkan secara cermat. Saya harap para kreator akan merasakan dan menikmati kombinasi kerampingan dan performa optik yang disajikan oleh desain optik maha karya ini.

Lensa XA (extreme aspherical) unik Sony
Penjelasan oleh Kepada Desain Optik sambil memegang lensa XA
Ilustrasi menampilkan bagan MFT
Bagan MTF

[1] Kontras (%)  [2] Jarak dari pusat optik lensa (mm)  [3] Apertur maks. [4] Apertur F8  [5] Frekuensi spasial  [6] 10 line pair/mm  [7] 30 line pair/mm  [8] Nilai radial  [9] Nilai tangen

F1.2 G Master menghadirkan bokeh yang teramat halus dan kaya

Kikuchi: Lensa F1.2 terkenal akan bokeh yang kaya, tetapi lensa ini tidak sekadar tentang jumlah bokehnya, ini tentang memberikan karakter bokeh yang ideal, halus, dan creamy yang sesuai dengan G Master. Khususnya untuk potret, bokeh berperan penting untuk membuat subjek tampak menonjol secara alami. Bokeh adalah hal yang sangat sensual, membuatnya sulit direkayasa, tetapi kami tahu perlu mencapainya demi memenuhi harapan pelanggan akan F1.2 G Master.
 
Sejak tahap awal desain, kami menjalankan simulasi dan penyesuaian bokeh berulang untuk memperoleh level aberasi sferis ideal yang memungkinkan optimalisasi bokeh dan resolusi bersamaan tanpa mengurangi salah satunya.

Selain itu, saat produksi, jarak elemen diberikan lensa demi lensa untuk kontrol aberasi sferis yang halus, mendapat keseimbangan pasti antara bokeh depan dan belakang untuk mewujudkan efek menyeluruh indah yang alami.

Di awal saya menjelaskan tentang resolusi dalam produksi lensa XA, tetapi pengelolaan presisi permukaan hingga level submikron juga menekan pembentukan efek garis atau “onion ring” dalam bokeh berbentuk bola.

Lensa XA: presisi permukaan dikontrol hingga level 0,01 mikron

[1-1] Permukaan lensa asferis konvensional  [1-2] Hasil bokeh yang kurang memuaskan  [2-1] Permukaan lensa XA (extreme aspherical)  [2-2] Hasil bokeh menawan

Ilustrasi yang membandingkan ketidakteraturan permukaan lensa pada lensa biasa dan lensa XA, menampilkan perbedaan hasil dalam efek bokeh "onion ring"
Kepala Desain Mekanis memegang FE 50mm F1.2 sambil menjelaskan

Kepala Desain Mekanis / Yuichiro Takata

Takata: Bokeh halus dan cantik juga berkat apertur melingkar 11-blade. Unit aperturnya baru dikembangkan untuk mempertahankan bentuk yang hampir melingkar bahkan pada dua stop dari terbuka penuh.
 
Karena F1.2 adalah apertur besar, dalam desain konvensional bilah apertur juga harus besar. Dan saat apertur terbuka, bilah besar harus digerakkan ke ruang gerak di luar jalur optik dan melebihi diameter efektif, yang meningkatkan diameter luar lensa itu sendiri. Untuk menjaga agar unit apertur tetap kecil, kami perlu mendesain ulang semuanya dari awal, mulai dari bentuk bilah hingga komponen mekanisme penggeraknya, satu per satu.

Unit apertur sangat penting dalam menentukan nilai apertur dan pencahayaan. Mengurangi ukuran komponennya berarti presisi lebih tinggi diperlukan dalam masing-masing mesinnya, serta dalam keakuratan perakitannya. Dengan menguji kembali proses mesin dan perakitan secara menyeluruh, kami mampu mencapai ukuran kecil serta presisinya.

Kepala Desain Mekanis memegang unit Iris saat menjelaskan
Unit Apertur
Tampak depan FE 50mm F1.2 saat apertur ditutup beberapa stop
Bentuk lingkaran terjaga bahkan saat dilakukan 2 stop down
Aktuator penggerak linier: kunci miniaturisasi

Takata: Untuk mencapai kinerja optik tinggi dengan auto fokus, penting agar tim mekanik dan kontrol perangkat lunak bekerja sama dengan erat.

Seperti yang sudah saya jelaskan di awal, mempertahankan performa tinggi sepanjang rentang fokus memerlukan dua grup fokus yang terdiri dari berbagai elemen. Diameter lensa F1.2 yang besar pasti akan meningkatkan bobot grup fokus. Meningkatnya bobot grup fokus menimbulkan kendala terkait kecepatan fokus, dan meningkatnya noise dan getaran saat penggeraknya beroperasi.

Pertanyaannya adalah bagaimana mempertahankan tingkat resolusi dan bokeh yang ideal tanpa mengorbankan kecepatan auto fokus. Solusi untuk lensa ini terdapat pada adopsi direct-drive XD Linear Motor milik Sony sebagai aktuatornya.

Auto fokus dan desain mekanis
Auto fokus kecepatan tinggi dan sangat akurat — bahkan pada F1.2

Takata: Tantangan terberat dalam mencapai auto fokus performa tinggi pada lensa F1.2 adalah mencapai keakuratan fokus sangat tinggi yang diperlukan untuk ke dalam bidang rendah.

Bahkan dengan apertur maksimum F1.2, lensa tidak bisa dikatakan “mudah digunakan” kecuali memberikan tingkat performa keakuratan auto fokus dan pelacakan yang sepadan. Hal ini sangat sulit secara teknis. Lensa ini menggunakan berbagai teknologi dan teknik untuk mencapai performa auto fokus kecepatan tinggi yang sangat akurat bahkan dengan bidang pandang rendah F1.2. Empat fitur yang paling berkontribusi: struktur fokus mengambang; XD Linear Motor; empat sensor posisi fokus; dan keseimbangan pusat gravitasi dua grup lensa fokus yang dioptimalkan.

Struktur fokus mengambang tidak hanya meningkatkan performa optik; pembagian grup fokus menjadi dua juga mengurangi bobot tiap grup, membantu mencapai pergerakan auto fokus yang cepat dan presisi.

Di sisi lain, keakuratan fokus tinggi penting untuk mencapai performa resolusi penuh pada F1.2, dan ini memerlukan pergerakan yang tersinkronisasi dari dua grup lensa fokus yang masih relatif besar dan berat. Hal ini dicapai dengan XD Linear Motor milik Sony, yang memiliki daya dorong tinggi meski ukurannya kecil.

Tidak boleh ada kesalahan dengan kedalaman bidang rendah F1.2, jadi empat sensor posisi digunakan untuk melacak grup lensa fokus, memastikan posisi pastinya diketahui setiap saat.

Akhirnya, untuk menerapkan daya dorong XD Linear Motor paling efisien dan tanpa pemborosan, dan untuk memudahkan penyeimbangan masing-masing pusat gravitasi dua grup fokus, grup optik tetap dimasukkan di antara dua grup fokus. Hal ini menyejajarkan titik dorongan motor dengan pusat gravitasi tiap grup fokus, memaksimalkan efisiensi transmisi daya dan menghilangkan pemborosan daya dorong, serta lebih mendukung pencapaian penggerak auto fokus kecepatan tinggi, sangat akurat, dan hening. 

Kepala Kontrol Aktuator dan FE 50mm F1.2

Kepala Kontrol Aktuator / Yuki Mizuno

Mizuno: Izinkan saya menambahkan beberapa informasi tentang penggerak fokus.
 
Pertama, lensa ini menggunakan empat direct-drive XD Linear Motor, dengan dua motor diterapkan untuk tiap dua grup lensa fokus.

Tiap motor didesain berdasarkan data dari simulasi desain motor milik Sony. Kemajuan dalam teknologi simulasi desain motor telah memungkinkan pengembangan motor yang sangat efisien, menghasilkan cukup daya meskipun sangat dibatasi oleh ukuran, dan mencapai keandalan tinggi dalam berbagai lingkungan yang menantang. Kemampuan mendesain motor dengan spesifikasi dan ukuran yang cocok dengan lensa ini mendukung keringkasan tanpa mengurangi performa.

Biasanya, aktuator tipe putar digunakan untuk menggerakkan grup fokus berat, tapi kamera dan gigi yang mengubah putaran menjadi gerakan linear pasti menyebabkan hilangnya daya. Banyaknya komponen mekanik yang terlibat dapat menyebabkan noise dan getaran.

Ini tidak akan berhasil untuk lensa F1.2 performa tinggi yang coba kami capai, jadi kami putuskan untuk menggunakan motor kecil dan kuat yang dapat menggerakkan grup fokus secara langsung dan linear, menggunakan XD Linear Motor berkecepatan tinggi, rendah noise dan getaran.

Namun, karena motor tipe linear tidak memiliki mekanisme pengurang kecepatan, untuk mewujudkan auto fokus berkecepatan tinggi dan sangat akurat, perlu kontrol yang sangat responsif.

Terutama sensor yang saya sebut sebelumnya, keempatnya mendeteksi posisi grup fokus secara presisi, dan memberikan data posisi tersebut ke sistem kontrol dalam siklus feedback ultra cepat yang meningkatkan respons. Ini juga menggunakan teknologi simulasi kontrol milik Sony. Banyak pola gerakan dan hentian lensa disimulasikan secara menyeluruh dan berulang, diuji pada perangkat keras sebenarnya, dan dianalisis. Pada akhirnya, penyetelan dilakukan untuk memberikan gerak aktuator yang halus, optimal untuk lensa ini, dari akselerasi hingga pengereman.

Kontrol halus ini mengurangi noise dan getaran penggerak hingga orang pun bertanya apakah lensanya bergerak atau tidak. XD Linear Motor dikontrol perangkat lunak untuk memberikan kecepatan dan respons auto fokus maksimum. Kami pun mampu menciptakan lensa ringkas yang memiliki performa optik luar biasa.

Lensa yang terlahir dari visi jelas Sony akan kamera masa depan

Kikuchi: Saya juga ingin membahas cara lensa F1.2 ini memaksimalkan penggunaan fungsionalitas bodi kamera. Sony mengembangkan semua komponen pentingnya dari level perangkat, termasuk sensor gambarnya, sehingga kamera dan lensa dikembangkan sendiri secara simultan sebagai sistem yang menyeluruh. Saat kami mengembangkan lensa yang dapat ditukar, kami juga mengantisipasi kemajuan dalam bodi di waktu yang akan datang, memastikan lensa tersebut dapat memberikan performa maksimum dari bodi yang akan datang.

Secara alami lensa ini ideal untuk digunakan bersama α1 baru, yang diumumkan pada Januari 2021, dengan pengambilan gambar kontinu 30fps, 8K, dan pengambilan gambar film resolusi tinggi 4K120p. Namun kami juga telah mencoba mengantisipasi tren bodi kamera di masa depan. Tujuan kami adalah menghasilkan desain yang akan menghadirkan kinerja maksimum, tidak hanya saat ini tetapi juga di masa mendatang.

Keandalan dan kemudahan penggunaan
Operabilitas tanpa gangguan

Takata: Kami mengembangkan lensa ini tanpa mengurangi operasionalnya, sehingga dapat digunakan dalam situasi profesional.
 
Contohnya, selain casing yang ringkas, tombol tahan fokus yang dapat disesuaikan disediakan di atas dan samping lensa, memberikan rasa operasi yang sama saat mengambil gambar secara horizontal atau vertikal.

Mizuno: Kami juga mendesain F1.2 dengan mempertimbangkan fokus manual, memperhatikan posisi ring fokus, putarannya, dan rasanya saat diputar. Lensa ini dilengkapi Linear Response MF, yang merespons langsung dan linear terhadap putaran ring fokus untuk memastikan penyesuaian fokus presisi, bahkan bereaksi pada pergerakan terkecil pada ring fokus. F1.2 memiliki kebutuhan akurasi posisi yang sangat tinggi, tetapi kami mengembangkannya untuk memenuhi kebutuhan tersebut.

Cukup kokoh untuk penggunaan di lingkungan profesional

Kikuchi: Lensa ini kedap debu, kotoran, dan cipratan air, desain tahan debu dan kelembapan memberikan keyakinan bagi pengguna.
 
Lensa depan dilapisi flourine agar tahan kotoran sehingga mudah dibersihkan dari kotoran atau sidik jari.

Mizuno: Kami juga mempertimbangkan variasi suhu lingkungan. Properti komponen mekanik dan elektronik, seperti daya dorong aktuator, berbeda menurut lingkungan dan suhu. Lensa ini berisi perangkat lunak yang terus mengoptimalkan performa dengan menghitung sendiri berbagai parameter kontrol demi mempertahankan keakuratan, bahkan di lingkungan yang keras.

Hasilnya, kreator dapat yakin akan performa tinggi bahkan saat mengambil gambar dalam kondisi tangguh di lapangan, seperti lingkungan yang sangat dingin atau panas.

Akhirnya: Lensa F1.2 yang belum pernah ada sebelumnya

Kikuchi: Sebagai desainer optik, tidaklah berlebihan menyebut lensa ini sebagai puncak seri G Master, dengan keunggulan dalam resolusi dan bokeh. Saya menantikan para pelanggan kami merasakan sendiri bokeh dan resolusi tinggi yang cantik dari lensa F1.2 ini.
 
Walaupun ini F1.2, lensa ini mencapai keseimbangan luar biasa, dengan keringkasan dan performa tinggi, serta beberapa aspek yang sulit ditunjukkan hanya melalui spesifikasi. Saya mengajak para kreator untuk mencobanya sendiri. Lensa ini dilengkapi keseluruhan spektrum teknologi Sony, jadi sebagai insinyur lensa, saya akan sangat gembira melihat para pengguna mengambil berbagai adegan dengannya.

Mizuno: Lesan ini sangat fleksibel, dengan beragam penggunaan dan pengguna, dari profesional hingga para pecinta fotografi. Belum pernah ada lensa F1.2 seperti ini. Tak hanya hebat untuk penggunaan potret dan pernikahan, auto fokus performa tinggi membuatnya luar biasa dalam menangkap momen dan melacak objek bergerak dalam acara olahraga dan semacamnya.

Takata: Lensa F1.2 ringkas ini juga memberikan performa pengambilan gambar film yang luar biasa. Dipegang atau dengan gimbal, performa auto fokusnya memudahkan pelacakan subjek bahkan dengan kedalaman bidang dangkal pada F1.2. Dan keheningan auto fokus dan apertur, ditambah cincin fokus manual presisi dan responsif, juga membuatnya begitu menggiurkan bagi para videografer. Saya berharap orang-orang akan menikmati bentuk baru ekspresi visual untuk film.

Dengan memberikan cara baru merasakan seni pengambilan gambar, lensa ini sungguh mewakili nilai dan potensi seri G Master.