松下全画幅镜头便携长焦70-300mm F4.5-5.6设计大揭秘!

大家好。这是深入研究LUMIX镜头的连载系列 光学设计部。



在“光学设计部”中,我们的设计人员将为大家介绍镜头设计的解读和特点,分享一些在说明书上看不到的细节和想法。


对于正在考虑购买镜头的朋友,我们希望大家能够更好的了解LUMIX镜头的设计理念;对于已经拥有LUMIX镜头的用户,我希望大家能通过拍摄体验到这些镜头背后不为人知的细节和用心。敬请期待!


这是一篇由开发者撰写的文章,里面可能会使用许多专业术语来解读镜头。相信大家读完之后,也会对你的镜头有更深的了解。


第四期我们讲述的镜头是“LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.”,项目负责人是北田。


S PRO镜头和S镜头


到目前为止,“光学设计部”已经介绍了很多S PRO镜头,但这次是该系列的第一款S镜头,所以我们先从松下全画幅S系列镜头开始解释。


LUMIX拥有S PRO镜头和S镜头两个系列,S PRO镜头是根据LUMIX极为严格的S PRO镜头标准,规划→设计开发→制造的镜头。


而S镜头则是,除了优秀的光学性能外,还要兼顾机动性和通用性。


该系列主要是超广角变焦镜头LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6,以及具有统一解析力、尺寸和可操作性的F1.8军团系列。


S系列长焦变焦镜头设计初衷


在70-300mm的开发过程中,我们与产品规划部门反复讨论S系列长焦变焦镜头的设计,并确定了以下3点作为开发理念。


1. 整个变焦范围内具有出色的画面表现能力和高质量的虚化效果

2. 提升图像表现力,搭载长焦微距功能

3. 优秀的机动性和出色的操作性


通过实现这些功能,就可以在不接近拍摄对象的情况下进行望远拍摄,尤其是拍摄铁路和飞机、或者利用望远微距功能拍摄花卉和昆虫等。


这里,我们将说明受光学设计影响较大的第一和第二点。


整个变焦区域具有出色的分辨率和高质量的散景效果


下图是S-R70-300的镜头结构图。



从物体侧开始,依次采用“正负正正负正负”的7组变焦结构,通过校正变焦过程中产生的像差波动,使得画面在整个变焦范围内都能保持较高的成像质量。


镜头配置为11组17片,拥有1片UED镜片和2片ED镜片并被安置在适当的位置,镜头配置抑制了长焦变焦镜头中随着焦段伸长而容易出现的色差。


如镜头结构图所示,LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.未使用非球面镜头。


通常情况下,增加非球面镜片的数量可以更容易地实现小型化和高性能化,但另一方面,它往往会导致轮线散景,即在虚化效果中出现“洋葱圈”的图案。


松下拥有高超的非球面镜片加工技术,可以尽量使轮线不显眼,但由于是特殊的加工方法,成本较高。因此,为了以合理的价格享受没有轮线的虚化效果,我们便决定使用不含非球面镜片的光学系统。


此外,通过实施在整个变焦范围内适当控制球面像差的光学设计,我们实现了抑制双线模糊的柔和虚化效果。下图是用该镜头拍摄的模糊照片。具有美丽的虚化效果,没有“洋葱圈”。


创造新视觉表现力的长焦微距功能


当焦距为 300 毫米,拍摄倍率设置为 0.5 倍(以下简称半微距)时,从无限远到最小对焦距离的对焦移动量(以下简称对焦行程)会变大,导致对焦过程中的像差波动变大。


虽然无法显示变焦时各透镜组的运动轨迹,但为了确保对焦行程的稳定,我们优化了焦点组后面的透镜组(第 6 组)的运动轨迹,并在焦点组后面放置了正负功率的透镜组,以抑制对焦时的像差变化。 


而且我们减轻了构成对焦组的镜头球的重量,以便在对焦行程较大的情况下也能实现快速、准确的自动对焦。


在LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.的光学设计中,我们将镜片外径较小的镜片组作为对焦组,对于镜片的玻璃材料,也选择了比重较轻的材料,从而实现轻量化。


这张照片是用300 mm半微距拍摄的橡子。虚化背景效果非常明显,能够很好的突出主体。



至此,介绍了LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.的光学设计。


镜头的开发不仅涉及光学设计,还涉及机械设计、电机设计、控制设计、电气设计等技术领域。


举个例子,介绍一下LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.的机械设计工作。


该镜头的光学设计采用了七分量变焦结构,在整个变焦范围内都能实现出色的成像性能,变焦时五个镜片组能够通过凸轮机构沿光轴移动。


因此,我们配置共计17个凸轮槽,在有限的空间内配置了全部所需的凸轮槽,同时还要提高变焦环的操作性,这真的非常困难。


通过光学设计者和机械设计者的协同作用,以0.01mm为单位对各镜片组的变焦移动轨迹进行最佳设计,高密度地布置了共计17个凸轮槽,从而实现了多成分驱动和变焦操作时的高品质触感。


下图是该镜头凸轮筒的鸟瞰图。您可以看到凸轮槽的复杂布置。虽然没有全部用箭头表示,但挖空的部分全部都是凸轮槽。


凸轮筒俯视图


目录中未显示的设计师细节


可互换镜头具有目录中未显示的性能。代表性的“散景味道”就是其中之一。


LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.非常注重“光线”,在这方面我想解说一下。


光线是光圈缩小拍摄点光源时在点光源周围出现的放射线。它们是由光圈叶片的衍射现象产生的,因此光圈叶片的形状很重要。


光圈叶片的形状也会影响小光圈下的散景形状,因此该镜头中光圈叶片的形状经过精心设计,可实现美丽的散景效果和令人印象深刻的光线效果。


下图是从正面看到的光圈叶片。橙色表示的部分指的是1个光圈叶片,它重叠了11个。


11片叶片 圆形虹膜光圈


这张照片是从千里川的堤坝上拍摄的伊丹机场的照片。我觉得可以表现出令人印象深刻的光线。


从千里川堤岸拍摄的伊丹机场


这是对LUMIX S系列长焦变焦镜头LUMIX S 70-300mm F4.5-5.6 MACRO O.I.S.光学设计的解说。


如果您已经拥有这款镜头,希望您可以享受出色的描绘性能,柔和的散景及自然且令人印象深刻的描绘效果。


我们还希望您将其用于各种场景,例如利用长焦镜头罕见的半微距功能拍摄植物和昆虫,以及利用光线的夜景。

美图欣赏

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