Cuando la creatividad adquiere forma

Entrevistamos al equipo de desarrollo del lente FE 50mm F1.2 G Master

El jefe del equipo de diseño óptico sostiene un lente XA durante su explicación
Pasión por el diseño óptico
El jefe del equipo de diseño mecánico sostiene un motor lineal XD mientras explica sus principales ventajas
Diseño mecánico y sistema de AF
Imagen de una cámara en vertical con el lente FE 50 mm F1.2 GM acoplado
Confiabilidad y facilidad de uso
Desarrollo conceptual

Desarrollo de un lente F1.2 intuitivo y fácil de usar

Responsable de producto y jefe de diseño óptico/Atsuo Kikuchi

El jefe del equipo de diseño óptico sostiene el FE 50mm F1.2 durante su explicación

¿Qué te impulsó a desarrollar el primer lente F1.2 de Sony? 

Kikuchi: Aunque ya habíamos desarrollado muchos lentes prime de gran apertura, nuestros clientes deseaban un modelo más rápido. En esencia, querían una versión estándar del G Master 50 mm F1.2.
 
A la hora de crear un lente F1.2 de gran apertura, necesitábamos mantener los altos niveles de resolución y bokeh de la serie G Master, y asegurarnos de que siguiera siendo fácil de usar. Si solo priorizáramos el tamaño de la apertura y el lente fuese demasiado grande y pesado, perderíamos una de las principales ventajas del sistema de montura E: su diseño compacto y ligero. Y no importa lo buenas que sean sus propiedades ópticas. Si un lente no logra aprovechar al máximo los extraordinarios sistemas de enfoque automático de los cuerpos de las cámaras, o no puede hacer uso de esa función, no merece la pena.

Para diseñar el lente de enfoque automático con el número F más alto de toda la gama Alpha sin reducir su rendimiento o renunciar al tamaño compacto o la portabilidad, necesitábamos contar con la mejor tecnología de Sony. Además de su excelente rendimiento óptico, creo que los clientes que adquieran este lente se sorprenderán de lo ligero, rápido y silencioso que resulta el enfoque automático para un lente F1.2 de gran apertura.

La incorporación de este lente F1.2 a la gama Alpha amplía las posibilidades creativas. Es un lente diseñado para una amplia variedad de situaciones ya seas profesional o aficionado, desde la captura de retratos y bodas hasta paisajes.

La gama Alpha incluye el lente Planar T* FE 50mm F1.4 ZA. En comparación con el nuevo FE 50mm F1.2 GM, aunque no parece haber una gran diferencia entre las aperturas máximas de F1.4 y F1.2, se trata de un punto intermedio, ya que las capacidades de captación de luz adicionales del F1.2 requieren una apertura efectiva (diámetro) un 17 % más grande, o un área de apertura casi un 40 % superior, lo que presenta bastantes problemas al diseñar y fabricar un lente F1.2 compacto.
 
Este inconveniente planteó una serie de retos innovadores.

Uno de ellos fue lograr que el elemento de lente frontal tuviera un tamaño reducido, a pesar de su apertura de F1.2, mediante la adopción de varios lentes XA (asféricos extremos), una tecnología exclusiva de Sony. Esto evitó la necesidad de aumentar el tamaño del elemento frontal y nos permitió compensar la distorsión en lentes de mayor diámetro.

Para reducir la distorsión totalmente, usamos un sistema de enfoque independiente con dos grupos de enfoque capaz de compensar la distorsión en toda la distancia focal, incluida la mínima.

Este sistema cuenta con el motor lineal (eXtreme Dynamic) de Sony, lo que garantiza una alta potencia y un funcionamiento silencioso. Gracias a cuatro de estos dispositivos compactos de accionamiento directo con control de precisión se logra que el grupo de enfoque incluya varios elementos para compensar la distorsión.

El resultado es un lente con una resolución propia de la serie G Master que aprovecha al máximo la velocidad, precisión y funciones de seguimiento del sistema de enfoque automático, con una longitud de 108 mm y un peso de 778 g, aspectos similares a los de los lentes Planar actuales. Nos enorgullece haber producido un lente F1.2 revolucionario y esperamos que resulte útil tanto a profesionales como aficionados.

Pasión por el diseño óptico
Impresionante resolución con una apertura de F1.2

Kikuchi: Para lograr un lente F1.2 con un alto rendimiento óptico y un diseño compacto incorporamos los lentes XA de Sony y utilizamos tecnologías de simulación para establecer la resolución, el bokeh y la distorsión cromática.
 
En general, el aumento del rendimiento óptico depende de la forma en la que se reduce la distorsión.

Tradicionalmente, los lentes de 50 mm se han caracterizado por tener un diseño tipo Gauss. Este diseño cuenta con elementos de lente distribuidos de forma simétrica a cada lado de una apertura central. De esta forma, las aberraciones se anulan entre sí. Además, se adapta particularmente bien al ángulo de visión de 50 mm, así que la mayoría de los lentes de 50 mm en el pasado han utilizado este tipo de diseño.

Sin embargo, esta estructura simétrica no puede compensar de forma eficiente la distorsión esférica o los destellos sagitales, y solo es capaz de compensar la curvatura y las distorsiones de campo. En resumen, este diseño óptico no nos habría permitido lograr el alto rendimiento necesario para compensar las aberraciones.

Como saben muchos usuarios experimentados, no es posible lograr una elevada potencia de resolución en toda la imagen si no se compensa la distorsión. Las fuentes de luz puntuales, como las estrellas en el cielo, deben enfocarse dondequiera que aparezcan en la imagen, pero si las distorsiones no se compensan lo suficiente, pueden hacer que parezcan pájaros revoloteando o que se expandan los colores. Para solucionar esto, los usuarios solían reducir la apertura, algo que no tiene sentido si se quiere usar un lente de gran apertura.

Nuestro objetivo era alcanzar un nivel de rendimiento óptico que permitiera disparar cómodamente con la máxima apertura. Para lograrlo, usamos un diseño óptico que rompe parcialmente con el modelo simétrico y reduce aquellas distorsiones que, de otro modo, sería imposible suprimir.

Normalmente, para corregir la aberración esférica y el destello sagital, los lentes simétricos suelen incorporar múltiples elementos o elementos frontales grandes.

Nuestro nuevo diseño óptico utiliza solo tres lentes XA (asféricas extremas), evita aumentar el diámetro del elemento frontal y mantiene el número de elementos de lente al mínimo, a fin de lograr un tamaño compacto. 

Ilustración en la que se muestra la configuración del lente
Gráfico de configuración del lente

[1] Lente asférico extremo (lente XA) 

Tal y como indica el término “asférico”, la curvatura de la superficie del lente XA no es constante, ya que varía del centro al borde del elemento. Gracias al desarrollo de distintas versiones con ayuda de la tecnología de simulación de Sony, logramos optimizar la forma de los elementos de XA del lente.
 
Como muchos saben, la precisión superficial de los lentes XA empleados en la serie G Master se ajusta a nivel submicrónico. La amplia apertura de F1.2 y el gran diámetro del elemento exterior del lente nos obligó a tener más cuidado durante del proceso de fabricación de los tres lentes XA a fin de lograr la precisión superficial que buscábamos. Fue el mayor desafío en términos de diseño al que nos enfrentamos. No obstante, la integración de los procesos de diseño y fabricación mejoró el desarrollo, y afrontar los nuevos desafíos tecnológicos nos ayudó a conseguir tanto un gran diámetro como una alta precisión.

Al colocar el lente XA en segundo lugar, tal y como aparece en el gráfico de configuración, se reduce en gran medida el número de elementos de lente requeridos en la parte frontal, así como el tamaño y el peso. El hecho de poder utilizar en esta posición un lente asférico de gran diámetro con el nivel de precisión que solo Sony es capaz de conseguir supuso una gran ventaja y la base del diseño óptico del lente compacto F1.2.

Gracias a la tecnología de distorsión cromática de Sony logramos optimizar la combinación de los materiales de vidrio, lo que redujo enormemente la distorsión cromática y la expansión de los colores y nos permitió alcanzar los niveles más altos de resolución y contraste a pesar de la amplia apertura, de acuerdo con la designación G Master.

Cuando un ingeniero óptico consulta un gráfico de configuración, a veces piensa que hay algún elemento que no contribuye a corregir la distorsión (risas). Como ingeniero, mi objetivo es corregir la distorsión de la forma más eficiente y con la menor cantidad de elementos de lente. En otras palabras, mantener el rendimiento óptico sin incrementar el tamaño del lente. Como se puede ver en la tabla de configuración anterior, el FE 50mm F1.2 GM cuenta con un diseño altamente optimizado en el que la curvatura de todos los elementos de lente contribuyen a corregir la distorsión. Espero que los creadores experimenten y disfruten del diseño compacto y el rendimiento óptico que ofrece este revolucionario lente.

Los exclusivos lentes XA (asféricos extremos) de Sony
El jefe del equipo de diseño óptico sostiene un lente XA durante su explicación
Una ilustración con gráficos MFT
Gráfico de MTF

[1] Contraste (%) [2] Distancia desde el centro óptico (mm) [3] Apertura máx. [4] Apertura F8 [5] Frecuencia espacial [6] 10 pares de líneas/mm [7] 30 pares de líneas/mm [8] Valores radiales [9] Valores tangenciales

El lente G Master F1.2 permite obtener un efecto bokeh increíblemente suave y atractivo

Kikuchi: Los lentes F1.2 no solo proporcionan un fantástico efecto bokeh, sino que además lo consiguen conservando las principales características de la serie G Master. Al fotografiar retratos, el efecto bokeh logra que el sujeto resalte de forma natural. Tiene un matiz muy sutil y atractivo que no resulta fácil de diseñar desde un punto de vista técnico, pero si queríamos que el G Master F1.2 destacara, era necesario que el efecto estuviera a la altura.
 
Desde las primeras etapas de diseño, simulamos y ajustamos el efecto para determinar el nivel ideal de distorsión esférica, lo que nos permitió optimizar el bokeh y la resolución por igual sin comprometer ninguno de los dos.

Además, durante la fabricación, se ajusta la separación de los elementos objetivo a objetivo para lograr un control preciso de la distorsión esférica, lo que permite equilibrar el bokeh de fondo y de primer plano para obtener un efecto general neutro y atractivo.

Y a pesar de lo que he comentado sobre la resolución durante la fabricación de los lentes XA, la gestión de la precisión de la superficie hasta niveles submicrónicos también suprime el efecto circular en el bokeh esférico.

Lentes XA: control de la precisión superficial hasta 0.01 micrón

[1-1] Superficie de lente convencional asférico [1-2] Resultado no deseado de bokeh [2-1] Superficie de lente (asférico extremo) XA [2-2] Hermoso resultado de bokeh

Ilustración en la que se compara las irregularidades presentes en la superficie de lentes normales y lentes XA, y cómo afecta al efecto bokeh circular
El jefe del equipo de diseño mecánico sostiene el FE 50mm F1.2 durante su explicación

Jefe del equipo de diseño mecánico/Yuichiro Takata

Takata: El mecanismo de apertura circular de 11 láminas también contribuye a obtener este bonito efecto bokeh. Esta nueva unidad de apertura mantiene una forma casi circular incluso con un cierre de dos puntos.
 
Dado que F1.2 es una apertura bastante amplia, en un lente convencional las láminas de apertura también serían grandes. Al abrirse la abertura, las láminas deben desplazarse fuera de la trayectoria óptica y más allá del diámetro efectivo, lo que aumenta el diámetro exterior del propio lente. Para lograr que la unidad de apertura tuviera un tamaño reducido tuvimos que rediseñar todo desde cero, desde la forma de las láminas hasta los componentes del mecanismo de control, uno por uno.

La unidad de apertura es extremadamente importante a la hora de determinar el valor de apertura y la exposición. Reducir el tamaño de los componentes implica una mayor precisión durante el proceso de fabricación y montaje. Al volver a examinar a fondo los procesos de fabricación y montaje, logramos desarrollar un diseño compacto y preciso.

El jefe del equipo de diseño mecánico sostiene una unidad Iris durante su explicación
Unidad de apertura
Vista frontal del FE 50mm F1.2 con una apertura reducida
Conserva la forma circular hasta con un cierre de 2 puntos
Accionadores lineales: la clave para la miniaturización

Takata: Para lograr un alto rendimiento óptico con el enfoque automático, era esencial que los equipos de control mecánico y de software trabajaran de forma conjunta.

Como expliqué previamente, para mantener un alto rendimiento con cualquier distancia de enfoque es necesario contar con dos grupos de enfoque compuestos por varios elementos. Y el gran diámetro del lente F1.2 aumentó inevitablemente el peso de los grupos de enfoque. Este incremento en el peso afecta enormemente a la velocidad de enfoque, además de aumentar el ruido y la vibración cuando el motor está en funcionamiento.

La pregunta era cómo mantener un nivel ideal de resolución y bokeh sin sacrificar la velocidad del enfoque automático. La solución al problema que plantea este lente consiste en integrar los motores lineales XD de accionamiento directo patentados por Sony como accionadores.

Diseño mecánico y sistema de AF
Sistema de enfoque automático rápido y preciso incluso con una apertura de F1.2

Takata: Para lograr un enfoque automático de alto rendimiento con el lente F1.2, necesitábamos alcanzar una precisión de enfoque extremadamente alta con profundidades de campo reducidas.

[1] Contraste (%) [2] Distancia desde el centro óptico (mm) [3] Apertura máx. [4] Apertura F8 [5] Frecuencia espacial [6] 10 pares de líneas/mm [7] 30 pares de líneas/mm [8] Valores radiales [9] Valores tangenciales Pero eso es complicado desde un punto de vista técnico. Este lente incorpora tecnologías y técnicas que proporcionan una alta velocidad y precisión, así como un excelente sistema de enfoque automático incluso con una profundidad de campo reducida a F1.2. Sus cuatro aspectos más destacados son la estructura de enfoque flotante, los motores lineales XD, los cuatro sensores de posición de enfoque y el equilibrio optimizado de los centros de gravedad de los dos grupos de enfoque.

La estructura de enfoque flotante no solo mejora el rendimiento óptico, sino que, además, la división del grupo de enfoque en dos reduce el peso de cada uno, lo que ofrece un enfoque automático rápido y preciso.

Por otro lado, la precisión del enfoque es vital para maximizar la resolución con una apertura de F1.2. Esto requiere que ambos grupos de enfoque se muevan de forma sincronizada y con precisión a pesar de su tamaño y su peso. Esto se logró mediante los motores lineales XD de Sony, que cuentan con una alta potencia a pesar de su reducido tamaño.

Con una profundidad de campo reducida a F1.2, no hay margen de error, de manera que los cuatro sensores de posición detectan los grupos de enfoque de forma precisa en todo momento.

Finalmente, para aprovechar al máximo la potencia de los motores lineales XD y facilitar el equilibrio de los centros de gravedad de ambos grupos de enfoque, se inserta un grupo óptico fijo entre estos últimos. Esto alinea el punto de impulso de los motores con el centro de gravedad de cada grupo de enfoque, lo que garantiza una transmisión eficiente y óptima, así como un sistema de enfoque automático silencioso, preciso y rápido. 

El jefe de diseño de control de los accionadores y el FE 50mm F1.2

Jefe de diseño de control de los accionadores/Yuki Mizuno

Mizuno: Me gustaría hablar un poco más sobre el controlador de enfoque.
 
En primer lugar, este lente utiliza un total de cuatro motores lineales XD de accionamiento directo, con dos motores asignados a cada uno de los dos grupos de enfoque.

Cada motor se ha diseñado según los resultados de las simulaciones de diseño de Sony. Gracias a los avances en este tipo de tecnología, hemos podido desarrollar motores altamente eficientes capaces de producir suficiente energía a pesar de su reducido tamaño y garantizar una confiabilidad excepcional en los entornos más duros. La capacidad para diseñar motores con una especificación y un tamaño óptimos para este tipo objetivo ayudó a que contara con un diseño compacto sin que el rendimiento se viese afectado.

Normalmente, los accionadores giratorios se utilizan para controlar grupos de enfoque pesados, pero los equipos y cámaras que convierten el movimiento giratorio en lineal reducen la potencia. Además, si hay demasiadas piezas mecánicas se genera ruido y vibraciones.

Esto afectaría al rendimiento del F1.2, por lo que optamos por motores pequeños pero potentes que controlaran los grupos de enfoque de manera directa y lineal, como los XD, que son rápidos y silenciosos.

Sin embargo, al no tener un mecanismo de reducción de velocidad, estos motores requieren un control muy efectivo para lograr un enfoque automático rápido y preciso.

Los cuatro sensores que mencioné detectan con precisión las posiciones de los grupos de enfoque y transmiten dichos datos al sistema de control mediante un ciclo de retroalimentación ultrarrápido que aumenta la capacidad de respuesta. Esto también usa la tecnología de simulación de control de Sony. Se simularon muchos patrones de movimiento y detención del lente que, posteriormente, se analizaron y probaron en hardware real. Finalmente, se ajustó el accionador para lograr un movimiento suave y óptimo con una alta capacidad de respuesta.

Este sistema de control reduce el ruido y la vibración de la unidad casi por completo. Los motores lineales XD se controlan por medio de software para ofrecer un enfoque automático y un control rápidos, lo que permite disponer de un lente compacto con un gran rendimiento óptico.

Un lente con visión de futuro

Kikuchi: También me gustaría detallar cómo este lente F1.2 aprovecha al máximo las capacidades del cuerpo de la cámara. Sony tiene en cuenta las características del dispositivo a la hora de crear los componentes esenciales, como el sensor de imagen, por lo que las cámaras y los lentes se desarrollan al mismo tiempo de forma integral. Durante el desarrollo de lentes intercambiables, también valoramos futuros avances en la tecnología de los cuerpos para asegurarnos de que se alcanzará el máximo rendimiento.

Este lente es ideal para la nueva α1 presentada en enero del 2021, ya que ofrece disparo continuo a 30 fps, 8K y captura de videos de alta resolución en 4K 120p. Pero también hemos intentado anticiparnos a futuras tendencias. Queremos crear diseños que ofrezcan el máximo rendimiento, tanto ahora como en el futuro.

Confiabilidad y facilidad de uso
Funcionamiento intuitivo sin renunciar a la calidad

Takata: Hemos desarrollado este lente para que ofrezca un funcionamiento sencillo incluso en entornos profesionales.
 
Por ejemplo, aunque cuenta con una carcasa compacta, también dispone de botones de fijación de enfoque personalizables tanto en la parte superior como en el lateral, lo que garantiza un funcionamiento intuitivo en horizontal y vertical.

Mizuno: Al diseñar el F1.2 también tuvimos en cuenta el enfoque manual y prestamos especial atención al posicionamiento de la anilla de enfoque, el par y la sensación al girarlo. El lente está equipado con Linear Response MF, que responde de forma directa y lineal a la rotación de la anilla de enfoque para garantizar un ajuste de enfoque preciso incluso con movimientos muy pequeños. Mantener una precisión posicional con una apertura de F1.2 no es nada fácil, pero hemos desarrollado este lente para que sea capaz de lograrlo.

Diseño resistente capaz de soportar cualquier entorno profesional

Kikuchi: El lente está perfectamente sellado para prevenir la entrada de suciedad y salpicaduras de agua, mientras que su diseño resistente al polvo y la humedad permiten usarlo con total tranquilidad.
 
Además, el revestimiento de flúor del elemento de lente frontal repele el polvo y facilita la limpieza de suciedad o huellas dactilares.

Mizuno: También tuvimos en cuenta los cambios de temperatura del ambiente. Las propiedades de los componentes mecánicos y eléctricos, como la potencia de los accionadores, pueden variar según el entorno y la temperatura. El lente incorpora software que optimiza constantemente el rendimiento mediante el cálculo automático de varios parámetros de control para mantener la precisión incluso en condiciones severas.

Gracias a esto, los creadores de contenido dispondrán de un alto rendimiento incluso al trabajar en entornos de frío o calor extremos.

Descubre un lente F1.2 como nunca antes habías visto

Kikuchi: Como diseñador óptico, diría que este lente es el culmen de la serie G Master y todo un avance en términos de resolución y bokeh. Tengo ganas de saber qué opinarán nuestros clientes tras disfrutar de la fantástica resolución y el efecto bokeh de este lente F1.2.
 
A pesar de ser un modelo F1.2, ofrece un equilibrio magnífico, con un diseño compacto y un gran rendimiento, además de otros aspectos que van más allá de sus especificaciones. Animo a los creadores a que lo prueben. El lente incorpora la mejor tecnología de Sony, así que, como ingeniero, me alegraría que los usuarios captaran una amplia variedad de escenas con él.

Mizuno: Ya seas profesional o aficionado, este lente resulta flexible y versátil. No existe otro igual. Además, no solo es perfecto para fotografiar retratos o escenas de bodas, sino que también es ideal para captar momentos fugaces y sujetos en movimiento durante eventos deportivos gracias a su sistema de enfoque automático de alto rendimiento.

Takata: Este compacto lente F1.2 también posee un rendimiento excelente a la hora de capturar videos. Ya sea en capturas sin trípode o con un cardán, su magnífico enfoque automático permite seguir al sujeto fácilmente incluso con una profundidad de campo reducida a F1.2. Al combinar este silencioso sistema y su apertura con una anilla de enfoque manual ágil y precisa, también resulta ideal para videógrafos. Espero que la gente pueda disfrutar de nuevas formas de expresión visual.

Gracias a sus nuevas formas de grabación, este lente representa sin lugar a dudas el valor y el potencial de la serie G Master.