Предел возможного среди объективов: как инженеры Canon переосмыслили дизайн сверхширокоугольного объектива

Когда Тацуро Ватанабэ устроился работать в Canon, то заявил, что хочет создать «идеальный объектив». Теперь ему немного стыдно за столь громкие слова, сказанные во время первого проекта, однако он признает, что RF 14mm F1.4L VCM можно считать наиболее близким к этому званию.

Этот инновационный сверхширокоугольный фикс-объектив предлагает целый ряд оптических и механических нововведений. В эпоху цифровых зеркальных камер воплотить такой проект в жизнь было бы невозможно, однако теперь стало возможным производить столь широкоугольные, светосильные и компактные объективы с превосходными спецификациями.

По словами Тацуро, который руководил оптическим дизайном RF 14mm F1.4L VCM, Canon перешли на беззеркальную конструкцию камер, что сделало возможной разработку еще более компактных и легких объективов. «Раньше у нас в линейке была модель EF 14mm f/2.8L II USM для цифровых зеркальных камер EOS. Если сравнивать ее с RF 14mm F1.4L VCM, новая модель стала легче, но при этом предлагает на две ступени более высокую светосилу.

Мы разрабатывали этот объектив с учетом потребностей астрофотографов — в этом жанре нужна очень широкая диафрагма и сверхширокоугольная перспектива с фокусным расстоянием около 14 мм, что поможет запечатлеть звездное небо и объекты на Земле на одном пейзажном снимке. Таким образом достигается минимальное время выдержки, и звезды выглядят как четкие, точечные источники света».

И нет ничего удивительного, что именно Тацуро решил создать лучший объектив для астрофото, учитывая его многолетнее увлечение астрономией. Он не только изучал ее в университете, где во время летних каникул занимался сборкой телескопа с 50-см диафрагмой, но и разрабатывал оборудование для 8,2-метрового телескопа Subaru, который используется Национальной астрономической обсерваторией Японии (NOAJ) на Гавайях.

Впрочем, при проектировании RF 14mm F1.4L VCM Тацуро нужно было сосредоточиться на более компактной оптике. Ключом к компактности этого фантастического объектива, по его словам, стал байонет Canon RF. «Оптический дизайн объективов RF для системы EOS R подразумевает байонет с большим диаметром и коротким задним отрезком, что позволяет располагать элементы объектива с большей диафрагмой ближе к плоскости изображения, чем у традиционных объективов EF».

Возможность установки задних элементов ближе к датчику изображения означает меньшее преломление света, и качество изображения сохраняется по всему кадру, даже если снимать с открытой диафрагмой. Это особенно важно, если учитывать особые задачи в жанре астрофотографии.

«Высокое оптическое качество чрезвычайно важно при создании каких-либо астрономических фотографий, — отмечает Тацуро. — Звезды должны быть яркими точками света, разбросанными по всему небосводу. Широкоугольные объективы с коротким фокусным расстоянием зачастую создают разные аберрации, в частности искажают изображения по краям кадра. Для съемки звезд в виде четких точек конструкция объектива должна делать акцент на повышении качества изображения в периферийных участках кадра».

В этом RF 14mm F1.4L VCM исключительно хорош — он предлагает превосходную четкость по всему кадру. «RF 14mm F1.4L VCM имеет очень богатую "начинку", включая асферические элементы GMo, флюорит для коррекции хроматической аберрации, UD-линзы и оптические элементы BR, а также передовые покрытия, — говорит Тацуро. — Это действительно особенный объектив, полный мощных оптических технологий Canon».

RF 14mm F1.4L VCM создает исключительно четкие изображения звездного неба, даже по краям кадра, где ключевую роль играют три асферических элемента GMo. Эти специальные элементы в значительной степени устраняют бликовый эффект «комы», из-за которого звезды и прочие точечные источники света могут растягиваться в линию ближе к углам кадра. Это особенно актуально, если снимать на широкоугольный объектив с открытой диафрагмой, что и требуется астрофотографам. Впрочем, проектировщики Canon обеспечили четкость звезд по всему кадру, даже при f/1.4.

«Сразу два таких элемента находятся в передней части объектива, а третий находится в задней фокусировочной группе, — рассказывает Тацуро. — Самый передний асферический элемент GMo имеет большой диаметр, из-за чего такие элементы сложны в производстве. Благодаря сотрудничеству с нашими фабриками удалось один за другим исправить производственные нюансы.

Команда также вписала в конструкцию объектива UD-линзу и оптические элементы BR, которые повышают эффективность подавления хроматической аберрации. По словам Тацуро, оптический элемент BR (преломляющая оптика синего спектра) формуется из смолы, после чего зажимается между выпуклым и вогнутым элементами и располагается ближе к центру объектива, прямо за лепестками диафрагмы. «Этот элемент сильно преломляет свет синего спектра с малой длиной волны, — говорит он. — Таким образом он сводит к минимуму хроматическую аберрацию от точечных источников света ближе к центру изображения».

Покрытиям с субволновой структурой (SWC) и Air Sphere (ASC) также нашлось место в конструкции объектива — они были выбраны для подавления бликов и двоения изображения.

«Сверхширокоугольные объективы очень часто имеют большой, выступающий вперед передний элемент, который позволяет свету попадать внутрь объектива под разным углом, — говорит Тацуро. — В некоторых случаях встроенные бленды и стандартные покрытия объектива не могут полностью предотвратить блики и двоение.

SWC — это передовая технология, которая эффективно устраняет преломление света, проникающего внутрь объектива под большим углом. Это специальное покрытие формирует на поверхности переднего элемента сетку из нано-структур, что создает качественную защиту от преломления».

Покрытие ASC, в свою очередь, особенно эффективно против преломления света, попадающего внутрь объектива под около-нулевым углом. «ASC формирует пленку из диоксида кремния и воздуха на поверхности объектива. Именно воздух, который имеет меньший индекс преломления, чем оптическое стекло, при определенном соотношении придает покрытию минимальный индекс преломления».

Однако среди инноваций в RF 14mm F1.4L VCM стоит отметить не только оптическую конструкцию. Столь высокая эффективность и при этом компактность нового фикс-объектива была одной из приоритетных задач команды.

«Мы использовали привод фокусировки VCM (электродинамический линейный двигатель), который устанавливается во все гибридные фикс-объективы RF F1.4L и значительно уменьшает их размер и вес, — рассказывает Наоки Сайто, ответственный за проектирование электрической системы RF 14mm F1.4L VCM.

— Раньше единственным вариантом перемещать тяжелую группу линз, совсем как те, что установлены в этом объективе, был ультразвуковой мотор кольцевого типа (USM). Поскольку диаметр мотора кольцевого типа определяет минимальный диаметр самого объектива, чрезвычайно сложно спроектировать более компактную модель, используя мотор этой технологии».

Что касается механического взаимодействия, USM кольцевого типа также требует большой группы поддержки — об этом рассказывает Нобуюки Нагаока, глава механического проектирования на проекте RF 14mm F1.4L VCM. «Это не столь большая проблема в больших телеобъективах, однако она выходит на передний план, если нужно сделать более компактным короткофокусный объектив. VCM, в свою очередь, предлагает свободу проектирования, уменьшая общий размер и вес приводного блока и вместе с тем предлагая высокую мощность усилия для перемещения линз в фокусировочной группе».

Нобуюки говорит, что даже со столь компактным приводом VCM было сложно уместить внутри небольшого корпуса все структурные компоненты, также известные как «основа» или «база». «Что касается механического проектирования, сложнее всего было добиться достаточной силы опорных компонентов и найти место для приводов и гибких монтажных плат», — рассказывает он.

Именно поэтому Canon спроектировали RF 14mm F1.4L VCM с учетом высокого качества изображения, но решили остановить выбор на электронной коррекции искажений.

Коррекции объектива в камере на новых моделях системы EOS R занимают минимум времени и очень эффективны, что позволило проектировщикам Canon сосредоточить внимание на производительности и портативности объективов.

«В результате мы получили оптическое качество на уровне объективов, где используются оптические средства устранения искажений, и смогли уменьшить габариты и вес устройства, — отмечает Тацуро. — Такая конструкция объектива стала возможной только потому, что Canon самостоятельно производит линзы и разрабатывает их под собственные камеры».

Помимо исключительной результативности для профессиональной фотографии объектив RF 14mm F1.4L VCM является инновационной гибридной моделью, созданной с учетом потребностей в видеосъемке. Он оснащен отдельным кольцом управления диафрагмой и поддерживает бесшумную подстройку диафрагмы при съемке видео, а сама круговая диафрагма с 11 лепестками обеспечит кинематографичный эффект боке и высокую детализацию в светлых участках сцены.

Проектировщики объектива также сосредоточились на компенсации «дыхания» фокуса, чтобы убрать отвлекающую смену поля зрения при переводах фокуса. Для этого они выбрали другую компоновку оптических элементов относительно той, что используется в других гибридных фикс-объективах RF, — в фокусировочную группу был добавлен еще один элемент, и объектив получил вогнутый асферический элемент GMo.

«При проектировании конструкции объектива всегда приходится искать баланс между повышением оптического качества и подавлением "дыхания" фокуса, — объясняет Тацуро. — Однако благодаря продуманным решениям при создании этой модели нам удалось получить и высокое качество изображения, и сделать "дыхание" фокуса менее заметным».

Больше линз в фокусировочной группе — это увеличение веса объектива, однако Наоки отмечает, что здесь вступают в игру навыки и квалификация инженеров Canon по механическим и электронным системам.

«Приводы VCM обеспечивают высокую мощность усилия, однако не создают лишнего шума или вибраций — впрочем, для управления ходом такого привода требуется недюжинная смекалка, — говорит он. — Например, требуется точно выбрать момент для перемещения линз фокусировочной группы и их резкой остановки, но при этом как-то избавиться от вибраций. При записи видео точное управление поможет устранить лишний шум от работы привода. Canon удалось преодолеть эти трудности за счет проектирования алгоритмов управления и построения механических структур, которые помогают претворить их в жизнь».

RF 14mm F1.4L VCM — это результат упорной работы, достойной компетенции и опыта инженеров Canon. Он предлагает исключительное качество изображения и удивительно легкий дизайн, ломая предрассудки, и открывает новые горизонты возможного для тех, кто предпочитает снимать на сверхширокоугольные и светосильные объективы.

«Эта модель была тщательно продумана, и в ее дизайне сбалансирован целый ряд факторов, включая и оптическое качество, однако особое внимание уделено именно съемке звездных пейзажей, — говорит Тацуро. — Мы хотели свести к минимуму аберрации, влияющие на качество изображения, и в результате получили объектив, позволяющий создавать снимки с четкостью от края до края.

Мы стараемся разрабатывать объективы, открывающие для фотографов новые горизонты и делающие невозможное возможным. Мы хотим предлагать больше возможностей съемки и используем новые технологии, чтобы делать объективы компактнее и легче — так пользователи смогут достигать желаемого результата съемки, не беспокоясь о громоздком форм-факторе или большом весе, из-за которых длительная съемка будет в тягость. Мы уверены, что RF 14mm F1.4L VCM станет одним из таких объективов».