Transformer la vision en réalité

Entretien avec l'équipe de développement du FE 50 mm F1.2 G Master

Le responsable de la conception optique livre des explications en tenant la lentille XA à la main
Une passion pour la conception optique
Le responsable de la conception mécanique tient les moteurs linéaires XD tout en expliquant
Mécanique et mise au point AF
Image d'une personne tenant à la verticale un appareil photo sur lequel est monté l'objectif FE 50 mm F1.2 GM
Fiabilité et facilité d'utilisation
Concept de mise au point

Créer un objectif F1.2 réellement facile à utiliser

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

Le responsable de la conception optique tient le FE 50 mm F1.2 tout en expliquant

―Quels étaient vos objectifs au moment de concevoir le premier objectif F1.2 de Sony ? 

Kikuchi : Nous avons commercialisé de nombreuses focales fixes à large ouverture, mais nos clients voulaient un objectif à grande ouverture plus rapide. La demande la plus importante concernait un objectif G Master « standard » 50 mm F1.2.
 
Pour mettre au point un tel objectif, nous devions conserver la résolution et le bokeh de la gamme G Master tout en veillant à ce qu'il reste facile à utiliser. En privilégiant l'ouverture sans tenir compte de la taille et du poids de l'objectif, nous perdions l'intérêt d'un boîtier compact et léger, qui constitue le principal atout du système de type E. Même avec d'excellentes propriétés optiques, il était inconcevable qu'un objectif incapable de tirer pleinement parti ou même simplement d'utiliser l'excellente mise au point automatique de nos appareils photo, récolte la satisfaction des clients.

Pour aboutir à l'objectif à mise au point automatique le plus rapide de la gamme Alpha tout en garantissant facilité d'utilisation et portabilité sans compromettre la mise au point automatique, nous devions utiliser les meilleures technologies Sony. Je pense que les clients seront surpris de voir combien la mise au point automatique est légère, rapide et silencieuse pour un objectif à grande ouverture F1.2.

Je crois que l'arrivée de cet objectif F1.2 dans la gamme Alpha démultiplie les possibilités de prise de vue pour les créateurs. Il peut être utilisé dans diverses situations par les professionnels comme les amateurs, des portraits aux mariages en passant par les paysages et les photos de tous les jours.

La gamme Alpha comprend déjà l'objectif Planar T* FE 50 mm F1.4 ZA. En le comparant au nouvel objectif FE 50 mm F1.2 GM, la différence entre les deux ouvertures maximales paraît faible, pourtant la lumière que capte en plus l'objectif F1.2 requiert une ouverture effective (diamètre) supérieure d'environ 17 %, ou une zone d'ouverture près de 40 % plus grande, ce qui présente des défis majeurs de conception et de fabrication si l'on veut un F1.2 compact.
 
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Il fallait notamment maintenir la taille de la lentille avant à un minimum, malgré une ouverture maximale de F1.2, en adoptant plusieurs lentilles XA (asphériques extrêmes), une technologique unique à Sony. Cela a permis d'éviter d'augmenter la taille de la lentille avant tout en compensant pleinement les aberrations typiques des objectifs plus larges.

Pour ce faire, nous avons adopté un mécanisme de mise au point flottant entraîné indépendamment, avec deux groupes de mise au point, pour compenser au mieux les aberrations sur l'ensemble de la plage de mise au point, y compris à une distance minimale.

Le système de mise au point intègre le moteur linéaire XD (dynamique extrême) de Sony, qui allie puissance et silence. Quatre de ces actionneurs directs compacts, grâce à un contrôle de précision, permettent au groupe de mise au point d'intégrer plusieurs éléments offrant une meilleure compensation des aberrations.

Résultat : un objectif avec une résolution de niveau G Master, qui tire pleinement parti de la vitesse, de la précision et des performances de suivi de la mise au point automatique de l'appareil photo, dans un boîtier de seulement 108 mm de long qui ne pèse que 778 g, comme l'objectif Planar actuel. Nous sommes très fiers d'avoir créé un objectif F1.2 inédit, et nous espérons qu'il sera utile aux professionnels comme aux amateurs.

Une passion pour la conception optique
Une superbe résolution, même à F1.2

Kikuchi : Pour atteindre des performances optiques exceptionnelles et conserver un format compact, nous avons utilisé les lentilles XA de Sony et des technologies de simulation pour la résolution, le bokeh et les aberrations chromatiques.
 
L'amélioration des performances optiques tient pour beaucoup à la réduction des aberrations.

Traditionnellement, les 50 mm ont une configuration de type courbe de Gauss : des groupes de lentilles sont répartis symétriquement de part et d'autre d'une ouverture centrale, causant des aberrations qui s'annulent l'une l'autre. Comme cela fonctionne bien à 50 mm, la majorité des objectifs 50 mm ont utilisé cette disposition par le passé.

Cependant, la structure symétrique en elle-même compense la distorsion et la courbure des aberrations du champ, mais pas les aberrations sphériques ou le coma sagittal. En fait, cette configuration ne nous aurait pas permis d'atteindre le niveau de performance visé pour compenser les aberrations.

Comme le savent les utilisateurs expérimentés, il est impossible d'atteindre un grand pouvoir de résolution sur l'ensemble de l'image sans compenser suffisamment les aberrations. Les sources lumineuses ponctuelles comme les étoiles dans le ciel devraient s'afficher sous forme de points, mais à cause d'aberrations insuffisamment compensées, elles prennent la forme d'oiseaux battant des ailes ou présentent un étalement de couleurs. Pour contrer cela, l'utilisateur peut réduire l'ouverture, mais il perd alors l'intérêt d'un objectif à grande ouverture.

Notre but ici était de proposer un niveau de performance optique garantissant un confort absolu à ouverture maximale. Pour ce faire, notre disposition optique s'éloigne partiellement de la conception symétrique et élimine complètement les aberrations difficiles à supprimer dans le cas d'une conception symétrique.

Pour corriger une aberration sphérique et un coma sagittal, les lentilles de type symétrique intègrent généralement des éléments avant de plus grande taille et peuvent être composées de nombreux éléments.

Notre nouvelle disposition optique utilise seulement trois lentilles XA (asphériques extrêmes), évite d'agrandir le diamètre des éléments avant et utilise le moins de lentilles possible afin d'atteindre une taille globale compacte. 

Une illustration montrant la configuration de l'objectif
Tableau de configuration de l'objectif

[1] Lentille asphérique extrême (XA) 

Comme le suggère le terme « asphérique », la courbure de surface de la lentille XA n'est pas constante entre le centre et le bord. Nous avons optimisé les formes des trois lentilles XA à l'aide de la technologie de simulation optique de Sony.
 
Comme vous le savez peut-être, la précision de surface des lentilles XA utilisées dans la gamme G Master est ajustée à l'échelle du sous-micron. La grande ouverture de F1.2 et le grand diamètre de l'élément extérieur exigeaient d'augmenter considérablement la précision à chaque étape du processus de fabrication des trois lentilles XA, pour accroître suffisamment la précision de surface. C'est le plus gros défi que nous ayons eu à affronter à la fabrication. Mais intégrer conception et fabrication a permis d'améliorer chaque étape, et ces nouveaux défis technologiques nous ont aidés à allier grand diamètre et haute précision.

La lentille XA située en 2e position à partir de l'avant dans le tableau de configuration de l'objectif ci-dessus contribue notamment grandement à réduire le nombre de lentilles dans le système avant, sa taille et son poids. La possibilité d'utiliser ici une lentille asphérique de grand diamètre, avec une qualité de fabrication que seul Sony peut atteindre, a été un énorme avantage venant soutenir l'ensemble de la conception optique.

Nous avons utilisé la technologie de simulation des aberrations chromatiques de Sony pour optimiser la combinaison des matériaux en verre, réduire drastiquement les aberrations chromatiques et l'étalement de couleurs, et parvenir à une résolution et un contraste dignes de la gamme G Master.

Lorsqu'un ingénieur optique examine le tableau de configuration d'un objectif, il arrive qu'il se dise que « cet élément ne contribue pas vraiment à corriger les aberrations » (rires). En tant qu'ingénieur, mon but est de parvenir à corriger les aberrations de la manière la plus efficace avec le plus petit nombre de lentilles. Je cherche des solutions permettant de garantir le format compact de l'objectif tout en conservant de bonnes performances optiques. Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessus, la conception élimine tout gaspillage et ne fait aucun compromis : la courbure de chaque lentille est soigneusement prise en compte pour éliminer les aberrations. J'espère que les créateurs profiteront de l'alliance du format compact et des performances optiques, fruit de l'excellence en matière de conception optique.

Les lentilles XA (asphériques extrêmes) uniques de Sony
Le responsable de la conception optique livre des explications en tenant la lentille XA à la main
Une illustration montrant les tableaux 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 produit un bokeh d'une richesse et d'une douceur à couper le souffle

Kikuchi : Les objectifs F1.2 sont réputés pour la quantité du bokeh, mais ici il fallait aussi produire le bokeh fluide et harmonieux des objectifs G Master. Pour le portrait surtout, le bokeh est important car il fait ressortir le sujet. Le bokeh est très sensuel, ce qui le rend difficile à concevoir, mais il fallait le réussir pour répondre aux attentes des clients.
 
Dès les premières étapes de conception, nous avons réalisé de nombreuses simulations et modifications pour trouver le niveau idéal d'aberration sphérique, ce qui nous a permis d'optimiser bokeh et résolution sans compromettre ni l'un ni l'autre.

En outre, lors de la fabrication, l'espacement entre les éléments est ajusté lentille par lentille pour affiner le contrôle des aberrations sphériques et ainsi maîtriser l'équilibre complexe entre le bokeh de premier plan et celui d'arrière-plan, le but étant de créer un rendu global neutre et esthétique.

J'ai déjà parlé de la résolution lors de la fabrication des lentilles XA, mais la gestion de la précision de surface à des niveaux inférieurs au micron supprime également l'effet de rayure ou l'effet « rondelles d'oignon » du bokeh en forme de balle.

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

[1-1] Surface de lentille asphérique standard [1-2] Effet bokeh non désiré [2-1] Surface de lentille asphérique extrême (XA) [2-2] Superbe effet bokeh

Comparaison des irrégularités à la surface des lentilles ordinaires et celles des lentilles XA, et différences dans le bokeh en « rondelles d'oignon »
Le responsable de la conception mécanique tient le FE 50 mm F1.2 tout en expliquant

Responsable de la conception mécanique / Yuichiro Takata

Takata : La beauté du bokeh est aussi due à l'ouverture circulaire à 11 lamelles. Nous avons mis au point un nouveau système d'ouverture pour conserver une forme quasi-circulaire, même à deux diaphs de F1.2.
 
Dans une conception conventionnelle, comme F1.2 correspond à une grande ouverture, les lamelles devraient aussi être grandes. Et quand l'ouverture est activée, les grandes lamelles doivent pouvoir s'escamoter hors du chemin optique, au-delà du diamètre effectif, ce qui augmente le diamètre extérieur de l'objectif. Pour maintenir la taille du système d'ouverture au minimum, nous avons dû revoir toute la conception, de la forme des lamelles aux composants du mécanisme d'entraînement.

Le système d'ouverture joue un rôle crucial pour déterminer la valeur de l'ouverture et l'exposition. Réduire la taille de ses composants exige une plus grande précision dans l'usinage de chacun d'entre eux et de leur assemblage. En réexaminant totalement les processus d'usinage et d'assemblement, nous sommes parvenus à une miniaturisation et une précision optimales.

Le responsable de la conception optique tient le système d'iris tout en expliquant
Système d'ouverture
Vue de devant de l'objectif FE 50 mm F1.2 avec l'ouverture réduite de quelques diaphs
Forme circulaire, même avec une ouverture de 2 diaphs
Actionnement par moteurs linéaires : la clé de la miniaturisation

Takata : Pour parvenir à des performances optiques haut de gamme avec la mise au point automatique, il était crucial que les équipes chargées des contrôles mécanique et logiciel travaillent en lien étroit.

Comme expliqué précédemment, pour maintenir des performances haut de gamme sur l'ensemble de la plage de mise au point, il a fallu recourir à deux groupes de mise au point, chacun composé de plusieurs éléments. En outre, le large diamètre de l'objectif F1.2 impliquait forcément d'augmenter le poids des deux groupes. L'augmentation du poids des groupes de mise au point soulève d'importants défis en matière de vitesse de mise au point, et entraîne plus de bruit et de vibrations lorsque le système fonctionne.

La question était de savoir comment maintenir une résolution et un bokeh de qualité idéale sans sacrifier la vitesse de la mise au point automatique. La solution pour cet objectif reposait sur l'adoption des moteurs linéaires XD de Sony comme actionneurs.

Mécanique et mise au point AF
Mise au point automatique ultra-rapide et précise, même à F1.2

Takata : Pour parvenir à une mise au point automatique haute performance avec cet objectif F1.2, le plus gros défi était de garantir une haute précision à une faible profondeur de champ.

Même à une ouverture max. de F1.2, on ne peut dire qu'un objectif est « facile » à utiliser que s'il offre des performances correctes en termes de précision et de suivi. Mais c'est très difficile à réaliser techniquement. Cet objectif intègre diverses technologies et techniques en vue de parvenir à une mise au point automatique ultra-rapide et précise, même à F1.2. Quatre éléments y contribuent largement : la structure de mise au point flottante, les moteurs linéaires XD, les quatre capteurs de position de la mise au point, et l'équilibre optimisé des centres de gravité des deux groupes de lentilles de mise au point.

La structure de mise au point flottante améliore les performances optiques, et le fait d'avoir divisé en deux le groupe de mise au point réduit le poids de chaque groupe, contribuant à une mise au point rapide et précise.

En parallèle, il est crucial d'avoir une précision extrême pour produire une résolution maximale à F1.2. Les deux groupes de lentilles de mise au point, qui restent relativement imposants et lourds, doivent donc bouger de manière parfaitement synchronisée. C'est ce qu'ont permis les moteurs linéaires XD de Sony, qui ont une forte poussée malgré leur petite taille.

À F1.2, pas le droit à l'erreur. Quatre capteurs de position sont donc utilisés pour suivre les groupes de lentilles, afin de connaître leur position exacte à tout moment.

Pour déployer au mieux et sans perte la poussée des moteurs linéaires XD, et pour équilibrer plus facilement les centres de gravité respectifs des deux groupes, nous avons inséré un groupe optique fixe entre eux. Cela permet d'aligner le point de poussée des moteurs avec le centre de gravité de chaque groupe, optimisant ainsi au maximum la transmission de puissance et éliminant toute poussée inefficace, ce qui favorise la vitesse, la précision et le fonctionnement silencieux du système de mise au point automatique. 

Le responsable du contrôle des actionneurs avec le 50 mm F1.2 FE

Responsable du contrôle des actionneurs / Yuki Mizuno

Mizuno : Encore quelques informations sur le moteur de mise au point.
 
Premièrement, cet objectif utilise quatre moteurs linéaires XD directs, dont deux sont assignés à chacun des deux groupes de lentille.

Chaque moteur est conçu en fonction des données issues de la simulation de Sony de conception des moteurs. Les progrès dans ce domaine ont permis de mettre au point des moteurs très efficaces, avec une puissance suffisante en dépit de sévères contraintes de taille, et affichant une excellente fiabilité dans divers environnements. Concevoir des moteurs avec des spécifications et une taille parfaitement adaptées à cet objectif a permis de créer un objet compact sans compromis sur la performance.

Normalement, les actionneurs rotatifs sont utilisés pour actionner des groupes de mise au point lourds, mais les cames et les mécanismes qui convertissent le mouvement rotatif en mouvement linéaire entraînent une perte de puissance inévitable. Et les pièces mécaniques peuvent créer du bruit et des vibrations.

Nous avons donc utilisé de petits moteurs puissants, capables d'entraîner les groupes de mise au point de manière directe et linéaire : des moteurs linéaires XD rapides avec un bruit et des vibrations faibles.

Toutefois, comme les moteurs linéaires ne présentent pas de mécanisme de réduction de la vitesse, il faut un contrôle réactif pour parvenir à une mise au point rapide et précise.

Les quatre capteurs mentionnés détectent précisément les positions des groupes de mise au point et transmettent rapidement les données au système de contrôle pour une grande réactivité. Cette approche fait également appel à la technologie de simulation de contrôle de Sony. Nous avons simulé de nombreux modèles de mouvement et d'arrêt des lentilles et les avons testés en vrai avant de les analyser. Enfin, nous avons ajusté le système pour permettre aux actionneurs de bouger avec fluidité.

Ce degré de contrôle réduit tellement le bruit et les vibrations que l'on en arrive à se demander si l'objectif bouge vraiment. Les moteurs linéaires XD sont contrôlés par logiciel pour optimiser la mise au point, ce qui a permis de créer un objectif compact aux performances optiques remarquables.

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

Kikuchi : J'aimerais aussi dire à quel point cet objectif F1.2 tire parti des fonctionnalités du boîtier de l'appareil. Sony met au point tous les composants essentiels à l'échelle de l'appareil, notamment le capteur d'image, ce qui fait qu'appareils photo et objectifs sont élaborés ensemble simultanément. Lorsque nous mettons au point des objectifs interchangeables, nous anticipons également les futures avancées des boîtiers, pour veiller à ce que nos objectifs puissent tirer le meilleur parti des futurs boîtiers.

Naturellement, cet objectif s'utilise idéalement avec le nouvel α1, annoncé en janvier 2021, qui présente une prise de vue en rafale à 30 images/s, la 8K et la vidéo haute résolution 4K 120p. Mais nous avons aussi tenté d'anticiper les tendances à venir en matière de boîtiers d'appareil photo. Notre objectif est de créer des modèles qui offriront un maximum de performances, aujourd'hui mais aussi sur le long terme.

Fiabilité et facilité d'utilisation
Utilisation sans compromis

Takata : Nous avons mis au point cet objectif sans aucun compromis en termes d'utilisation, afin qu'il convienne à un cadre professionnel.
 
Par exemple, malgré son format compact, les boutons de verrouillage de la mise au point personnalisables sont présents à la fois sur le haut et sur le côté de l'objectif, afin que l'utilisateur profite du même confort d'utilisation à l'horizontale qu'à la verticale.

Mizuno : Nous avons aussi pensé soigneusement la mise au point manuelle, en accordant une attention particulière au positionnement de la bague, à son couple et au confort de prise en main lorsqu'on la fait tourner. L'objectif est équipé de la technologie de mise au point manuelle à réponse linéaire, qui réagit de manière directe et linéaire à la rotation de la bague afin de garantir un ajustement précis de la mise au point, même en cas de mouvements très légers de la bague. La précision est absolument cruciale à F1.2, mais nous avons mis au point un objectif permettant de répondre à cette exigence.

Suffisamment robuste pour les environnements professionnels

Kikuchi : L'objectif est protégé contre saleté, poussière et éclaboussures, et la conception résistante à la poussière et à l'humidité doit rassurer les utilisateurs.
 
Le revêtement au fluor de la lentille avant résiste à la poussière et permet d'essuyer facilement tout contaminant ou trace de doigt.

Mizuno : Nous avons également tenu compte des variations de température liées à l'environnement. Les propriétés des composants mécaniques et électriques, comme la puissance de poussée des actionneurs, varient en fonction des conditions et de la température. L'objectif intègre un logiciel qui optimise constamment les performances en calculant de manière autonome divers paramètres de contrôle afin de garantir une précision optimale, même dans des conditions extrêmes.

En conséquence, les créateurs bénéficieront de hautes performances même lorsqu'ils travaillent dans des conditions difficiles sur le terrain, comme dans des environnements très chauds ou très froids.

Enfin : un objectif F1.2 sans pareil

Kikuchi : En tant que designer optique, je trouve que la gamme G Master atteint des sommets avec cet objectif à la résolution et au bokeh exceptionnels. J'ai hâte que nos clients en fassent l'expérience.
 
Même avec sa large ouverture, cet objectif offre un équilibre remarquable en termes de format et de performances. J'encourage les créateurs à l'essayer. L'objectif intègre toutes les technologies Sony, donc moi qui suis ingénieur en objectifs, je serais ravi de voir les utilisateurs prendre en photo une grande variété de scènes avec.

Mizuno : C'est un objectif très polyvalent qui convient à de nombreux usages et utilisateurs, professionnels ou amateurs. Cet objectif F1.2, c'est du jamais vu. Il est idéal pour la photo de portrait et de mariage, mais les hautes performances de la mise au point automatique permettent également de saisir des instants fugaces et de suivre des sujets qui se déplacent rapidement lors d'événements sportifs ou autres.

Takata : Cet objectif F1.2 compact offre aussi d'excellentes performances dans le cadre de tournages. Avec ou sans gimbal, les performances de la mise au point permettent de suivre facilement les sujets, même à F1.2. En outre, la mise au point automatique et l'ouverture toutes deux silencieuses, ainsi que la bague de mise au point manuelle fluide, précise et réactive, s'avèrent très pratiques pour les vidéastes. J'espère que le public profitera de nouvelles formes d'expression visuelle dans les films.

En proposant une nouvelle expérience de prise de vue, cet objectif représente parfaitement la valeur et le potentiel de la gamme G Master.