Donner vie à la vision de conception

Une entrevue avec l’équipe de développement du FE 50 mm F1.2 G Master

Le chef de la conception optique déroule son explication en tenant la lentille XA
La passion de la conception optique
Le chef de la conception mécanique tient les moteurs linéaires XD tout en déroulant son explication
Conception mécanique
Image d’un appareil photo tenu à la verticale avec l’objectif FE 50 mm F1.2 GM
Fiabilité et facilité d’utilisation
Concept de développement

Concevoir un objectif F1.2 vraiment facile à utiliser

Chef de produit et chef de la conception optique/Atsuo Kikuchi

Le chef de la conception optique tient le FE 50 mm F1.2 tout en déroulant son explication

― Quels étaient vos objectifs lorsque vous avez conçu le premier objectif F1.2 de Sony? 

Kikuchi : Nous avons conçu de nombreux objectifs fixes à grande ouverture, mais nous savions que les clients du monde entier voulaient un objectif à grande ouverture plus rapide. La demande la plus importante concernait un objectif 50 mm F1.2 G Master « standard ».
 
En développant un objectif F1.2, nous savions qu’il nous fallait maintenir les hauts niveaux de résolution et de bokeh de la série G Master, tout en nous assurant que l’objectif demeurait facile à utiliser. Si nous mettions l’accent sur la taille de l’ouverture et que l’objectif devenait trop gros et lourd, nous perdions la compacité et la légèreté de l’ensemble objectif-boîtier, soit l’avantage principal du système à monture E. Et un objectif qui ne peut pas tirer les performances maximales des systèmes de mise au point automatique de pointe des boîtiers, ou qui ne peut pas faire de mise au point automatique du tout, ne satisfait pas du tout les clients.

Afin d’atteindre la valeur F la plus rapide de l’histoire de l’Alpha, sans compromettre les performances de mise au point automatique et en maintenant la facilité d’utilisation et la portabilité, nous avons dû tirer parti des technologies de pointe de Sony. Je pense que les clients qui utiliseront cet objectif seront surpris par les performances optiques, la légèreté, la rapidité et le silence de la mise au point automatique.

L’ajout d’un objectif F1.2 à la gamme Alpha porte les possibilités des créateurs à un nouveau sommet. C’est un objectif qui peut être utilisé dans un large éventail de situations par les professionnels et les amateurs.

La gamme Alpha comprend déjà l’objectif Planar T* FE 50 mm F1.4 ZA. Lorsqu’on lui compare le nouvel objectif FE 50 mm F1.2 GM, la collecte de lumière de l’objectif F1.2 nécessite une ouverture (diamètre) efficace environ 17 % plus importante, ou une surface d’ouverture presque 40 % plus importante, ce qui pose des défis de conception et de fabrication énormes.
 
Surmonter ce problème a impliqué de répondre à de nombreux nouveaux défis.

Il a fallu notamment maîtriser la taille de l’élément d’objectif avant, par l’adoption de lentilles asphériques extrêmes (XA), une technologie exclusive à Sony. Cela a supprimé le besoin d’augmenter la taille de la lentille avant, et nous a permis de compenser les aberrations associées aux objectifs de grand diamètre.

Pour supprimer complètement les aberrations, un système de mise au point flottant motorisé indépendamment, avec deux groupes, a été adopté afin de compenser les aberrations dans toute la plage de mise au point, notamment à la distance minimale.

Le moteur de mise au point adopte notre moteur linéaire dynamique extrême (XD) exclusif, avec sa combinaison de poussée puissante et de silence. Quatre des actionneurs compacts, avec commandes de précision, permettent au groupe d’inclure plusieurs éléments qui offrent une compensation de l’aberration supérieure.

Il en résulte un objectif avec une résolution de niveau G Master, qui tire de la mise au point automatique de l’appareil photo les performances maximales en matière de vitesse, de précision et de suivi, dans un boîtier d’objectif qui ne fait que 108 mm (4 3/8 po) de long et ne pèse que 778 g (27,5 oz), les mêmes dimensions que l’objectif Planar actuel. Nous sommes très fiers d’avoir produit un objectif F1.2 semblable à nul autre, qui, nous l’espérons, sera très prisé des professionnels comme des amateurs éclairés.

La passion de la conception optique
Résolution impressionnante jusqu’à F1.2

Kikuchi : Afin d’obtenir des performances optiques élevées dans un objectif F1.2 compact, nous avons choisi les lentilles XA de Sony, et avons employé des technologies de simulation pour la résolution, le bokeh et l’aberration chromatique.
 
L’augmentation des performances optiques consiste essentiellement à réduire les aberrations.

Historiquement, les objectifs 50 mm utilisent une configuration de type Gauss. Celle-ci dispose de groupes d’éléments d’objectif distribués de façon symétrique de chaque côté de l’ouverture centrale, ce qui conduit les aberrations de chaque côté de l’ouverture à s’annuler. Elle est particulièrement adaptée à l’angle de vue 50 mm, donc la majorité des objectifs 50 mm l’utilisent.

Cependant, cette structure symétrique ne compense que la distorsion et la courbure des aberrations de champ, et ne compense pas l’aberration sphérique ou la lumière parasite sagittale, par exemple. Ce choix de conception optique ne permet pas d’atteindre des performances élevées de compensation.

Comme les utilisateurs expérimentés le savent, il n’est pas possible d’atteindre une capacité de résolution élevée dans toute l’image sans compensation suffisante de l’aberration. La mise au point sur des étoiles par exemple devrait être idéalement concentrée sur les points comme ils apparaissent sur l’image, mais des aberrations insuffisamment compensées peuvent les faire apparaître comme des oiseaux qui volettent ou des couleurs qui bavent. Pour contrecarrer ce fait, l’utilisateur peut refermer l’ouverture, mais pourquoi utiliser un objectif grande ouverture à ce moment-là?

Avec cet objectif, nous visions une performance optique avec laquelle on peut être parfaitement à l’aise à l’ouverture maximale. Pour atteindre cela, notre disposition optique casse partiellement la conception symétrique, et supprime complètement les aberrations difficiles à éliminer.

Normalement, pour corriger l’aberration sphérique et la lumière parasite sagittale, les objectifs de type symétrique ont tendance à avoir de grands éléments avant, et peuvent être composés de nombreux éléments.

Notre nouvelle disposition optique utilise juste trois lentilles asphériques extrêmes (XA), ne nécessite pas d’agrandir le diamètre de l’élément avant, et maintient le nombre d’éléments à un minimum. 

Une illustration montrant la configuration de la lentille
Graphique de configuration de la lentille

[1] Lentille asphérique extrême (lentille XA) 

Comme le mot « asphérique » l’implique, la courbure de surface de la lentille XA n’est pas constante; elle est différente au centre et sur les bords de l’élément. La forme des trois éléments XA utilisés dans cet objectif a été optimisée après plusieurs itérations en utilisant la technologie de simulation optique exclusive de Sony.
 
Comme vous le savez peut-être, la précision de surface des lentilles XA utilisées dans la série G Master est ajustée en dessous du micron. La grande ouverture de F1.2 et le grand diamètre des éléments extérieurs ont nécessité une augmentation substantielle de la précision à chaque étape du processus de fabrication des trois lentilles XA utilisées, afin d’obtenir la précision de surface supérieure qui était nécessaire. C’est le plus gros défi de fabrication que nous ayons eu à relever. Mais l’intégration de la conception et de la fabrication a amélioré chaque étape, et relever les nouveaux défis technologiques nous a permis d’atteindre un grand diamètre et une précision élevée.

En particulier, la lentille XA en deuxième position dans le graphique contribue grandement à réduire le nombre d’éléments requis dans l’assemblage avant, ainsi que sa taille et son poids. Être capable d’utiliser une lentille asphérique de grand diamètre avec une précision que seul Sony peut atteindre a constitué un énorme avantage qui sous-tend toute la conception optique de l’objectif F1.2 compact.

La technologie de simulation de l’aberration chromatique de Sony a été utilisée pour optimiser la combinaison de verre, et réduire de façon importante les aberrations chromatiques et l’étalement des couleurs, afin d’atteindre les niveaux de résolution et de contraste les plus élevés en dépit de la grande ouverture.

Lorsqu’un ingénieur optique regarde un graphique de configuration de la lentille, il pense parfois « cet élément ne contribue pas tellement à la correction des aberrations » (rires). En tant qu’ingénieur, mon but est d’atteindre la correction la plus efficace avec le plus petit nombre d’éléments, en d’autres termes, de trouver des solutions qui offrent compacité et performances optiques. Comme vous pouvez le voir dans le graphique ci-dessus pour le FE 50 mm F1.2 GM, il n’y a pas de compromis ou de gâchis, la courbure de tous les éléments étant soigneusement étudiée pour sa contribution aux aberrations. J’espère que les créateurs aimeront la combinaison de compacité et de performances optiques.

Les lentilles asphériques extrêmes uniques de Sony
Le chef de la conception optique déroule son explication en tenant la lentille XA
Une illustration montrant les graphiques MFT
Graphique MTF

[1] Contraste (%) [2] Distance du centre optique de l’objectif (mm) [3] Ouverture max. [4] Ouverture F8 [5] Fréquence spatiale [6] 10 paires de lignes/mm [7] 30 paires de lignes/mm [8] Valeurs radiales [9] Valeurs tangentielles

Le F1.2 G Master offre un bokeh riche et fluide à couper le souffle

Kikuchi : Les objectifs F1.2 sont connus pour leur bokeh riche, cependant, avec cet objectif, il ne s’agit pas seulement de la quantité de bokeh, mais d’offrir un bokeh magnifique et fluide conforme à ce qu’offre la gamme G Master. Pour les portraits, le bokeh joue un rôle extrêmement important pour que le sujet ressorte naturellement. Le bokeh est une chose sensuelle, ce qui est difficile à reproduire techniquement, mais nous savions que nous devions y parvenir pour répondre aux attentes des clients sur un F1.2 G Master.
 
Depuis les premières étapes de conception, nous avons fait des simulations et des ajustements sur le bokeh pour déterminer le niveau idéal d’aberration sphérique, ce qui nous a permis d’optimiser le bokeh et la résolution sans compromis.

De plus, pendant la fabrication, l’espacement des éléments est ajusté lentille par lentille pour avoir un contrôle fin sur l’aberration sphérique, et maîtriser l’équilibre délicat entre bokeh de premier plan et d’arrière-plan.

J’ai parlé tout à l’heure de la résolution dans la fabrication des lentilles XA, mais la gestion de la précision de surface en dessous du micron supprime aussi l’effet de bandes ou de rondelle.

Lentilles XA : précision de surface contrôlée jusqu’à 0,01 micron

[1-1] Surface d’objectif asphérique classique [1-2] Bokeh indésirable [2-1] Surface d’objectif asphérique extrême (XA) [2-2] Magnifique bokeh

Illustration comparant les irrégularités de surface des lentilles ordinaires et XA, qui montre les différences avec l’effet bokeh en rondelle
Le chef de la conception mécanique tient le FE 50 mm F1.2 tout en déroulant son explication

Chef de la conception mécanique/Yuichiro Takata

Takata : Le bokeh doux et magnifique est également lié à l’ouverture circulaire à 11 lames. Celle-ci a été développée pour maintenir une forme presque circulaire même à deux pas de l’ouverture maximale.
 
Comme F1.2 est une grande ouverture, dans une conception classique, les lames seraient grandes aussi. Et lorsque l’ouverture est ouverte, les grandes lames doivent se rétracter en dehors du chemin optique et au-delà du diamètre effectif, ce qui augmente le diamètre extérieur de l’objectif. Afin de maîtriser la taille de l’ouverture, nous avons dû tout concevoir de zéro, de la forme des lames aux composants du mécanisme d’entraînement, un par un.

L’unité d’ouverture est extrêmement importante pour déterminer la valeur d’ouverture et l’exposition. Diminuer la taille de ses composants signifie qu’une précision supérieure est nécessaire à l’usinage, et dans la précision de l’assemblage. En réexaminant minutieusement l’usinage et l’assemblage, nous avons pu atteindre ce degré de miniaturisation et de précision.

Le chef de la conception mécanique tient les unités du diaphragme tout en déroulant son explication
Unité d’ouverture
Vue avant du FE 50 mm F1.2 alors que l’ouverture est refermée de quelques pas
Forme circulaire maintenue même quand refermée de 2 pas
Actionneurs à moteur linéaire : la clé de la miniaturisation

Takata : Afin d’obtenir une haute performance optique avec la mise au point automatique, il était vital que les équipes de contrôle de la mécanique et du logiciel travaillent étroitement ensemble.

Comme je l’ai expliqué précédemment, maintenir des performances élevées dans toute la plage de mise au point nécessitait deux groupes de mise au point composés d’éléments multiples. Et le grand diamètre de l’objectif F1.2 accroissait inévitablement le poids des groupes de mise au point. Ce poids accru crée des défis importants relativement à la vitesse de mise au point, et une augmentation du bruit et des vibrations lorsque le moteur fonctionne.

La question était de trouver comment maintenir des niveaux idéaux de résolution et de bokeh sans sacrifier la vitesse de la mise au point automatique. La solution pour cet objectif a résidé dans l’adoption des moteurs linéaires XD exclusifs de Sony comme actionneurs.

Conception mécanique
Mise au point automatique rapide et très précise, même à F1.2

Takata : Le plus gros défi pour atteindre les performances élevées de mise au point automatique a résidé dans le fait d’atteindre une précision extrêmement élevée, nécessaire pour les faibles profondeurs de champ.

Même à une ouverture maximale de F1.2, un objectif ne peut pas être vraiment décrit comme « facile à utiliser » à moins qu’il offre des niveaux très élevés de précision de mise au point automatique et de performances de suivi. Mais c’est vraiment très difficile techniquement. Cet objectif intègre de nombreuses technologies pour offrir des performances très rapides et précises même à des profondeurs de champ très faibles de F1.2. Quatre caractéristiques y contribuent le plus : la structure de mise au point flottante, les moteurs linéaires XD, les quatre capteurs de position et l’équilibre optimisé des centres de gravité des deux groupes.

La structure de mise au point flottante améliore les performances optiques, et la division du groupe en deux en réduit également le poids, ce qui aide à obtenir un moteur rapide et précis.

Une précision extrême est vitale pour atteindre la pleine résolution à F1.2, et cela nécessite des mouvements précisément synchronisés des deux groupes, qui sont toujours relativement gros et lourds. Cela a été rendu possible par nos moteurs linéaires exclusifs, qui offrent une poussée élevée malgré leur petite taille.

Il n’y a pas de place pour l’erreur avec une profondeur de champ faible de F1.2, donc les quatre capteurs de position sont utilisés pour suivre précisément les groupes et s’assurer que leur position exacte est toujours connue.

Enfin, afin de mettre en œuvre la poussée des moteurs linéaires XD le plus efficacement possible et sans perte, et pour faciliter l’équilibrage des centres de gravité respectifs des deux groupes, un groupe optique fixe est inséré entre les deux groupes. Cela aligne le point de poussée avec le centre de gravité de chaque groupe, afin de maximiser l’efficacité de la transmission et d’éliminer les poussées inutiles, et de contribuer à parvenir à un moteur de mise au point automatique rapide, précis et silencieux. 

Le chef du contrôle des actionneurs et le FE 50 mm F1.2

Chef du contrôle des actionneurs/Yuki Mizuno

Mizuno : Permettez-moi d’ajouter quelques informations sur le moteur de mise au point.
 
Cet objectif utilise quatre moteurs linéaires XD directs, avec deux moteurs assignés à chaque groupe.

Chaque moteur a été conçu selon les données de la simulation de conception de moteur exclusive de Sony. Des avancées dans la technologie de simulation de conception de moteur ont permis de développer des moteurs hautement efficaces, avec assez de puissance malgré les contraintes de taille sévères, et offrant une fiabilité élevée dans divers environnements difficiles. La capacité à concevoir des moteurs dotés de caractéristiques et d’une taille optimales a contribué à la compacité et à l’absence de compromis sur les performances.

Normalement, des actionneurs rotatifs sont utilisés pour motoriser les groupes de mise au point lourds, mais les cames et les roues qui convertissent les mouvements de rotation en mouvements linéaires causent une perte de puissance. Et plus de pièces mécaniques équivaut à plus de bruit et de vibrations.

Cela ne pouvait pas aller pour l’objectif F1.2 haute performance que nous visions, donc nous avons utilisé des moteurs petits mais puissants qui motorisent les groupes directement et de façon linéaire, grâce aux moteurs linéaires XD rapides, silencieux et qui vibrent peu.

Cependant, comme ils n’ont pas de mécanisme de réduction de la vitesse, afin d’obtenir une mise au point automatique rapide et précise, un contrôle extrêmement réactif est nécessaire.

En particulier, les quatre capteurs détectent précisément la position des groupes, et fournissent des données de position au système de contrôle dans un cycle de retour ultrarapide qui améliore la réactivité. Ceci grâce à la technologie de simulation de contrôle exclusive de Sony. De nombreux schémas de mouvement et d’arrêt ont été simulés de façon répétée, testés sur le matériel et analysés. Puis nous avons effectué des réglages pour obtenir un mouvement fluide, de l’accélération au freinage.

Ce contrôle fin réduit le bruit et les vibrations, et on se demande même parfois si l’objectif bouge. Les moteurs linéaires XD sont contrôlés par logiciel pour offrir une vitesse et une réactivité de mise au point automatique maximales.

Un objectif né de la vision claire de Sony sur les appareils photo du futur

Kikuchi : J’aimerais également aborder la façon dont cet objectif F1.2 permet de tirer complètement parti des fonctionnalités du boîtier. Sony développe tous les composants essentiels au niveau de l’appareil, notamment le capteur d’image, afin que les appareils photo et les objectifs soient développés en interne simultanément, comme un système global. Lorsque nous développons les objectifs interchangeables, nous anticipons également les avancées futures en matière de boîtier, pour nous assurer que les objectifs pourront tirer les meilleures performances des futurs boîtiers.

Naturellement, cet objectif est idéal pour une utilisation avec le nouvel α1, annoncé en janvier 2021, doté de la prise de vue en continu à 30 ips, de la 8K et du tournage de film haute résolution 4K120p. Mais nous avons également essayé d’anticiper les futures tendances en matière de boîtiers d’appareil photo. Notre objectif est de développer des conceptions qui offriront des performances maximales maintenant, mais également à l’avenir.

Fiabilité et facilité d’utilisation
Utilisation sans compromis

Takata : Nous avons développé un objectif sans compromis sur son fonctionnement, afin qu’il puisse être utilisé dans les situations professionnelles.
 
Par exemple, en dépit de son boîtier compact, les boutons de verrouillage de la mise au point personnalisables sur le dessus et le côté offrent à l’opérateur les mêmes sensations, qu’il soit à l’horizontale ou à la verticale.

Mizuno : Nous avons également conçu le F1.2 avec la mise au point manuelle à l’esprit, et avons fait très attention à la position de la bague de mise au point, à son couple et à son retour. L’objectif dispose de la fonction MF Réponse linéaire, qui répond directement et de façon linéaire à la rotation de la bague de mise au point et réagit même aux plus petits mouvements de la bague. Les exigences de précision sont énormes à F1.2, mais nous avons développé un objectif qui répond à ces exigences.

Assez solide pour une utilisation dans les environnements professionnels

Kikuchi : L’objectif est bien protégé contre la saleté, la poussière et les éclaboussures, et sa conception résistant à la poussière et à l’humidité rassure les utilisateurs.
 
L’objectif avant dispose d’un revêtement fluor pour le protéger contre la poussière, et il est facile de l’essuyer pour enlever les contaminants et les traces de doigts.

Mizuno : Nous avons également pris en compte les variations de température. Les propriétés des composants mécaniques et électriques, comme la poussée des actionneurs, varient selon l’environnement et la température. L’objectif contient un logiciel qui optimise en permanence les performances en calculant de façon autonome divers paramètres de contrôle pour maintenir la précision même dans des conditions très difficiles.

Les créateurs ont donc la garantie d’avoir des performances élevées même dans des conditions difficiles sur le terrain, comme des environnements très chauds ou très froids.

Conclusion : Un objectif F1.2 à nul autre pareil

Kikuchi : En tant que concepteur optique, je n’exagère pas quand j’appelle cet objectif le sommet de la série G Master. J’ai hâte que nos clients fassent l’expérience du bokeh magnifique et de la haute résolution de cet objectif F1.2 par eux-mêmes.
 
Bien qu’il s’agisse d’un objectif F1.2, il offre un superbe équilibre entre compacité et hautes performances. J’encourage les créateurs à l’essayer eux-mêmes. Il embarque toutes les technologies de Sony, et je serai très content de voir les utilisateurs faire des prises de vue variées avec celui-ci.

Mizuno : C’est un objectif très souple, offrant de nombreux usages possibles pour différents utilisateurs. Il n’y a jamais eu d’objectif F1.2 comme celui-ci auparavant. Il est excellent non seulement pour les portraits et les mariages, mais la mise au point automatique haute performance permet également de saisir des moments fugaces de façon superbe et de suivre des sujets en mouvement rapide.

Takata : Cet objectif F1.2 compact fournit également des performances excellentes pour les films. Au poing ou sur support, les performances de mise au point automatique permettent de suivre facilement des sujets même avec une faible profondeur de champ de F1.2. Et le silence de la mise au point et de l’ouverture, combiné à une bague de mise au point manuelle fluide, précise et réactive, le rend également très intéressant pour les vidéastes. J’espère que les gens pourront profiter de nouvelles formes d’expression visuelle.

En offrant de nouvelles façons d’expérimenter l’art de la prise de vue, cet objectif représente la valeur et le potentiel de la G Master.