開發理念：設計真正易用的F1.2鏡頭

產品兼光學設計負責人：菊地敦雄（Atsuo Kikuchi）

Q：在開發索尼第一支F1.2鏡頭時，你們設定了哪些目標？

菊地：索尼已經發布了很多支大光圈定焦鏡頭，但我們知道全世界的用戶都希望有一支更高速更明亮的大光圈鏡頭，而需求最大的就是50mm“標準”(焦距)F1.2大光圈 G大師鏡頭。

在開發F1.2大光圈鏡頭時，我們在保持G大師鏡頭系列標志性的高分辨率和散景的同時，還要考慮鏡頭的易用性。如果僅考慮光圈的大小，而鏡頭最終變得又大又重，將會失去鏡頭與機身組合后的緊湊和輕巧性，也就意味著放棄E卡口系統的主要優勢。而且無論鏡頭的光學性能多么出色，如果無法實現出色的自動對焦，或者根本無法實現自動對焦，相信很多用戶并不會滿意。

為了設計出Alpha歷史上最大光圈的自動對焦鏡頭，又要在不妥協自動對焦性能的同時保持專業操控和便攜性，我們采用了索尼最先進的技術。除了出色的光學性能外，我相信用戶還會對大口徑F1.2鏡頭緊湊輕巧的設計，以及安靜、快速和精準的自動對焦性能感到滿意。

我認為在Alpha系列產品中增加F1.2鏡頭后，用戶的創作可能性將進一步提高。它是專業攝影師和攝影愛好者在各種拍攝題材都可以使用的鏡頭，例如人像、婚禮、風光和街拍。

Alpha系列產品已經包括Planar T * FE 50mm F1.4 ZA鏡頭，與新的FE 50mm F1.2 GM鏡頭相比，盡管F1.4和F1.2的最大光圈之間的差別聽起來很小，但實際上是半檔光圈差距， F1.2鏡頭額外聚光需要有效光圈（直徑）約大17％，或孔徑面積大近40％，這是在設計小型化F1.2大光圈鏡頭時，存在的主要設計和制造障礙。

克服這個問題涉及許多新的挑戰。其中之一是通過采用多個XA（超級非球面）鏡片-索尼獨有的技術，既減小前鏡片的尺寸，也讓鏡頭實現了F1.2大光圈，并且有效補償了大直徑鏡片中出現的像差。

為了有效抑制像差，鏡頭采用了包括兩個對焦鏡組的獨立驅動的浮動對焦系統，以便在整個對焦范圍內（包括最近對焦距離）對像差進行有效補償。

對焦驅動采用了索尼獨有的XD線性馬達，具備高驅動力和安靜的特點。四個緊湊型直驅動線性馬達具有精準控制功能，因此多個對焦鏡組設計可以有效的補償像差。

最終，實現了鏡頭長度僅為108mm，重量僅為778克的緊湊和輕量化設計，具備G大師鏡頭標志性的分辨率，并且可以結合索尼微單?實現快速、精準和安靜的自動對焦和跟蹤性能。我們為設計出如此出色的F1.2鏡頭而感到自豪，希望幫助專業攝影師和攝影發燒友拍攝出更加出色的作品。

不妥協的光學設計

F1.2光圈下的高分辨率

菊地：為了在F1.2規格鏡頭中保持較小外形尺寸，同時又要實現高光學性能，FE 50mm F1.2 GM采用了索尼獨有的XA鏡片，并采用了分辨率、散景和色差模擬技術。

本質上，提高光學性能與減少像差有關。

歷史上看，50mm鏡頭通常采用高斯結構。高斯結構具有成組的鏡片，它們在中央光圈的兩側對稱分布，可使光圈兩側的像差彼此抵消。高斯結構特別適合50mm視角，因此過去大多數50mm鏡頭都采用了這種結構。

然而，這種對稱結構本身僅補償了像場的畸變和曲率，并沒有有效地補償球面像差或矢狀耀斑。簡而言之，這種光學設計不會讓我們獲得想要的高像差補償性能。

如經驗豐富的相機用戶所知，如果沒有足夠的像差補償，就不可能在整個影像范圍實現高分辨率。理想情況下，應該將點光源（如天空中的星星）聚焦到影像中為一個點，但是補償不足的像差，可能會使它們看起來像飛翔的鳥兒或是顏色擴散的光斑。為了解決這個問題，用戶可以將光圈減小，但這會讓大光圈鏡頭無法發揮自身最大優勢。

我們希望這款鏡頭的光學性能，可以滿足用戶在最大光圈下拍攝的苛刻需求。為此，我們在光學結構部分打破了對稱設計，并有效抑制了對稱鏡頭設計難以控制的像差。

為了校正球面像差和矢狀耀斑，通常對稱結構的鏡頭傾向于采用較大的前鏡片，并且由許多鏡片組合而成。我們的新光學設計僅使用三個XA（超級非球面）鏡片，避免了擴大前鏡片的直徑，并將鏡片的數量減少，從而實現了整體緊湊的尺寸。 

鏡頭結構圖

顧名思義，XA鏡片的“非球面”鏡片表面曲率不是恒定的，而是從中心到邊緣會有所變化。該鏡頭中使用的三枚XA鏡片均使用索尼獨有的光學模擬技術，經過多次迭代對鏡片的形狀進行了優化。

G大師鏡頭系列中使用的XA鏡頭表面精度已低至亞微米級別。該鏡頭的F1.2大光圈和較大的外部直徑鏡片，要求所采用的三個XA鏡片制造過程中，每個步驟的精度上都要有實質性的提高，以實現所需的更高表面精度，這是我們有史以來面臨的最高級別的制造挑戰。但是經過整合設計，以及改善了每個步驟的制造流程，直面新技術挑戰幫助我們實現了大直徑和高精度的XA鏡片。

我們來看一下鏡頭結構圖（上圖），前排第二枚XA鏡片在很大程度上有助于減少前組所需的鏡片數量，并且還有助于減小其尺寸和重量。在這個位置上使用大直徑非球面鏡片，制造精度目前只有我們才能實現，這個巨大的優勢支撐了緊湊型F1.2鏡頭的整個光學設計。

索尼獨有的色差模擬技術用于優化玻璃材料的組合，有效地降低了色差和色散，盡管面對大光圈挑戰，但仍達到了高水平的分辨率和對比度，與G大師鏡頭系列品質保持一致。

當光學工程師查看鏡頭結構圖時，他們有時會認為“此設計對校正像差沒有太大作用”。（笑）作為一名工程師，我的目標是用最少的鏡片實現最有效的像差校正。換句話說，就是尋求能夠在保持光學性能的同時，提供整體鏡頭的緊湊性解決方案。從上面的FE 50 mm F1.2 GM的結構圖中可以看出，該設計沒有浪費或妥協，所有鏡片的曲率都因其對像差的影響而被反復地考慮。我希望用戶能夠體驗并享受最終光學設計所帶來的緊湊性和光學性能的結合。

F1.2鏡頭帶來平滑和豐富的散景

菊地：F1.2鏡頭以其豐富和柔美的散景而著稱，這種鏡頭不僅具有豐富的散景，還具有光滑如奶油般化開的柔美散景特征，達成G大師鏡頭的標志性背景虛化效果。尤其對于人像攝影，柔美的散景可使拍攝對象自然的脫穎而出，這對拍攝出唯美的背景虛化效果照片非常重要。散景是非常重要的事情，它使鏡頭設計變得困難，但是我們需要完善它，以滿足用戶對F1.2 大光圈G大師鏡頭的期望。

從設計的最初階段開始，我們進行了反復的散景模擬和調整，以辨別理想的球差水平，這使我們能夠在不影響兩者的前提下一起優化散景和分辨率。

此外，在制造過程中還要逐個調整鏡片的間距以精確控制球差——掌握前景和背景散景之間的復雜平衡，以實現唯美的整體效果。

XA鏡片不僅可以滿足高分辨率，將表面精度控制到亞微米水平，也可以抑制球形散景中的條紋和“洋蔥圈”效應。

[1-1]傳統的非球面鏡片表面[1-2]不良的散景效果[2-1] XA（高級非球面）鏡片表面[2-2]柔美的散景效果

機械設計負責人：高田悠一郎（Yuichiro Takata）

高田：11枚圓形光圈葉片的也使柔和美麗的散景成為可能。鏡頭采用新開發光圈單元，即使是收縮兩檔也可以保持幾乎圓形的形狀。

由于F1.2是大光圈，因此在常規設計中，光圈葉片自然也會很大。并且當光圈打開時，大葉片必須移至光路外部且超過有效直徑的逸出空間，這會增大鏡片本身的外徑。為了減小光圈單元的尺寸，我們不得不從新設計一切，包括從葉片的形狀到驅動機構組件。

光圈單元對于確定光圈值和曝光非常重要?？s小組件的尺寸，意味著在每個組件的加工以及裝配精度方面都需要更高的精度。通過檢查機械加工和裝配過程，實現了小型化和高精度并存。

光圈單元

即使收縮兩檔也能保持圓形光圈

線性直驅馬達：小型化的關鍵

高田：為了實現高光學性能與自動對焦，需要機械和軟件控制團隊密切合作。

正如我前面所解釋的，在整個焦對焦圍內保持高性能，需要由多個元件組成的兩個對焦組。而F1.2鏡頭的大直徑必然增加了對焦鏡組的重量。增加對焦鏡組重量會影像對焦速度，以及對焦馬達運行時噪音和振動的增加。

問題是如何在不犧牲自動對焦速度的情況下，保持出色的分辨率和散景水平。而解決方案就是采用索尼自主的直驅XD線性馬達進行對焦。

自動對焦和機械設計

F1.2光圈實現快速、精準的自動對焦

高田：在F1.2鏡頭上實現高性能自動對焦，最大挑戰是實現淺景深所需的高對焦精度。

即使最大光圈為F1.2，也不能說它是一顆“好用”的鏡頭，除非它提供了優秀的自動對焦精度與跟蹤對焦性能，但這在技術上確實很難實現。該鏡頭結合了多種新技術，即使在F1.2的極淺景深下也能實現快速和高精度的自動對焦。其中四個部分貢獻最大：浮動對焦結構；XD線性馬達；四個對焦位置傳感器；以及兩個對焦鏡組重心的平衡優化。

浮動對焦結構不僅提高了光學性能，將對焦鏡組分為兩部分還可以減輕每組的重量，從而有助于實現快速精準的自動對焦。

另一方面，精準的對精度對于實現F1.2全開的分辨率性能至關重要。通過索尼獨有的XD線性馬達驅動對較大和較重的兩個對焦鏡組精確地同步運動，從而實現快速精準的對焦。雖然XD線性馬達體積小，但驅動力卻很高。

F1.2的淺景深在拍攝時沒有誤差的余地，因此使用四個位置傳感器跟蹤對焦鏡組，以確保始終準確知道其精確位置。

最后，為了有效地利用XD線性馬達的推力且不損耗，并使兩個對焦鏡組的重心更容易平衡，在兩個對焦鏡組之間插入了固定的光學組件。這使馬達的推力點與每個對焦鏡組的重心對齊，從而最大程度地提高了動力傳輸效率并消除了損耗的推力，有助于進一步實現快速、精準和安靜的自動對焦。 

驅動控制負責人：水野遊生(Yuki Mizuno)

水野：請允許我補充有關對焦馬達的更多信息。

首先，該鏡頭總共使用了四個直驅XD線性馬達，兩個對焦鏡組分別分配了兩個馬達。

每個馬達都是根據索尼獨有的馬達設計仿真數據進行設計。馬達設計模擬技術的進步使開發高效馬達成為可能，盡管尺寸受到嚴格限制，但仍可產生足夠的功率，并在各種惡劣環境下都具有非常高的可靠性。設計規格和尺寸最適合鏡頭的馬達，有助于在不影響性能的情況下實現緊湊性。

一般來說，旋轉型馬達用于驅動較重的對焦鏡組，但是將旋轉轉換為線性運動的凸輪和齒輪不可避免地會導致功率損耗，并且許多機械零件會產生噪音和振動。

對于高性能F1.2鏡頭而言這是行不通的，因此我們決定使用小型但功能強大的馬達來直接線性地驅動對焦鏡組，采用XD線性馬達實現快速、靜音和低振動。

但是由于線性馬達沒有減速機構，因此為了實現快速和精準的自動對焦，需要非常靈敏的控制。

具體來說，我前面提到的四個傳感器精確地檢測了對焦鏡組的位置，并以快速的反饋周期將該位置數據提供給控制系統，從而提高了響應速度，這也利用了索尼獨有的控制模擬技術。鏡頭移動和停止的許多模式都經過了反復的完整模擬，并在實際硬件上進行了測試和分析。最終進行了調整以使驅動器從加速到靜止均實現平穩地運動-這是該鏡頭的最佳選擇。

這種精細的控制將驅動噪音和振動降低到非常低程度，以至于用戶可能懷疑鏡頭是否在移動。XD直驅線性馬達由軟件控制，可提供最大的自動對焦和響應速度，使我們能夠制造出擁有出色光學性能的緊湊型鏡頭。

可滿足索尼現在和未來機身需求的鏡頭

菊地：我也想談談F1.2鏡頭如何充分利用相機機身的性能。索尼從系統層面開發了所有必不可少的組件，包括影像傳感器，因此相機和鏡頭作為一個整體系統在內部同時開發。當我們開發可更換鏡頭時，還要照顧到機身的未來發展，以使鏡頭能夠從未來的機身中獲得最佳的性能。

當然，這款鏡頭非常適合與2021年1月發布的新機Alpha 1結合使用，可進行30fps連拍，8K和4K 120p高分辨率視頻拍攝。我們也試著預測機身的未來趨勢，我們的目標是追求不僅是滿足現在機身的需求，也能滿足未來的機型的高畫質和高性能的需求。

可靠性和易用性

專業的操控

高田：我們開發的這款鏡頭在操作性上也毫不妥協，因此可以滿足專業攝影師的需求。  

例如，盡管其外型緊湊，但在鏡頭的頂部和側面均提供了可自定義的對焦保持按鈕，無論是在水平還是在垂直位置拍攝人像，都具有相同的專業操作感受。

水野：我們在設計FE 50 mm F1.2 GM時還考慮了手動對焦，尤其是對焦環的位置，注重扭矩和旋轉時的手感。鏡頭配備了線性響應手動對焦系統，可讓對焦環直接線性地作出響應，以保證精準的對焦調節，甚至可以對對焦環的很小的移動做出反應。在F1.2時，對位置精度要求很高，但我們開發了滿足該需求的鏡頭。

堅固耐用 可在復雜嚴苛環境中使用  

菊地：鏡頭密封良好，可防止污垢，灰塵和水濺–防塵和防潮設計為用戶提供了保證。  

前鏡片的氟化物涂層可降低鏡頭表面沾染水漬、油污、灰塵和其他污染物的幾率。  

水野：我們還考慮了環境溫度的變化，例如機械和電氣組件的屬性（例如對焦馬達的推力）隨環境和溫度的變化而改變。該鏡頭的軟件可通過自主計算各種控制參數，來不斷優化性能，即使在苛刻條件下也能保持精度。  

最終，即使在野外嚴苛條件下（例如極冷或極熱的環境）拍攝時，用戶也可以用這款高性能鏡頭放心地拍攝。  

值得擁有的F1.2鏡頭

菊地：作為光學設計師，我可以毫不夸張地說，這款鏡頭是G大師鏡頭系列的巔峰之作，具備高分辨率和優秀的散景。我期待用戶可以親身體驗這款F1.2鏡頭帶來的柔美背景虛化效果和高分辨率。

盡管最大光圈達到了F1.2，但這款鏡頭在緊湊性和高性能方面達到了平衡，并且具備很多專業的性能。鏡頭包含了索尼很多新技術，因此作為一名鏡頭工程師，我很愿意看到用戶使用它拍攝各種不同的題材。

水野：這是一款可進行多種拍攝題材的鏡頭，滿足專業攝影師和發燒友的不同的拍攝需求。它不僅適合拍攝人像和婚禮等題材，高性能的自動對焦功能還使其能夠出色地捕捉轉瞬即逝的瞬間，例如跟蹤體育賽事中快速移動的對象。

高田：這款緊湊的FE 50 mm F1.2 GM鏡頭還為視頻拍攝提供了出色的性能。手持或采用穩定器拍攝時，即使在F1.2的景深較淺時自動對焦性能也可以輕松跟蹤被攝對象。優秀的自動對焦和安靜與平滑的光圈環，精準和響應靈敏的手動對焦環相結合，讓攝像師倍受青睞。我希望用戶會喜歡這種新的視頻視覺表達形式。

通過提供新的拍攝體驗，該鏡頭充分體現了G大師鏡頭系列的價值和潛力。

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