松下全画幅首款ACE镜头设计大揭秘！

    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1期的主角是LUMIX S PRO 50mm F1.4，项目负责人是铃木。

制作LUMIX标准镜头

    2019年，我们推出首款配备35mm全画幅图像传感器的无反相机“DC-S1R (S1R) ”和“DC-S1”时，推出了第1批3款镜头“LUMIX S 24-105mm F4 MACRO O.I.S.”，“LUMIX S PRO 70-200mm F4 O.I.S.”和“LUMIX S PRO 50mm F1.4 (以下，简称50mmF1.4)”。

    其中，50mmF1.4光学设计的使命是成为“LUMIX全画幅系列标准镜头”。标准镜头作为参考镜头，机身的图像质量设计也是通过它来确定的。那么首先我将为大家介绍我用什么作为我的标准?我是从哪些角度思考问题的。

标准镜头应具备的条件

    我将 LUMIX 标准镜头定义为 “能够真实地描绘摄影师所看到的场景”，之后我对设计图进行了整合，并考虑了以下三个关键指标：

①分辨率表现：真实地描绘被摄体的细节

②虚化效果：虚化不软不硬，真实，没有侧重

③低色差：忠实再现被摄体的颜色

    我们认为完成这3项设计初衷，我们便能得到一款优秀的LUMIX标准镜头。

毫不妥协的图像质量 – 高解析力

    关于解析力性能，S1 系列本身主要面向专业人士，因此必须不折不扣地实现最 高画质，不仅是相机，镜头也是如此。

    因此，我们为自己设定的目标是实现在松下最 高的分辨率性能，不仅要超越我们过去开发的M43镜头，还要比对现有标准焦段的大光圈镜头，我们在开发镜头的过程中比较了各种镜头的拍摄效果，并听取了专业摄影师的意见。

    我是一个非常喜欢钻研的人，因此我对镜头进行了大量的评估，以至于在看到几幅镜头设计图的时候，脑海中就会浮现出各种镜头的像差形状。因此，当我们决定采用这种设计方案时，我的脑海中便立即浮现出了能够实现这种设计的造型。

    与 50 mm F1.4 同期开发的 S1R 具有高分辨率模式，可在移动传感器时自动连续拍摄八张照片，并利用机身图像稳定（B.I.S.）装置在相机中进行自动合成处理。因此这款镜头需要满足这1.87亿像素的拍摄。1.87 亿像素的分辨率也意味着，镜头必须确保比正常拍摄状态下更高的 MTF，非球面镜片是保证这种高频MTF的重要关键部件。非球面镜片在校正像差方面非常有效，但如果过于依赖非球面镜片，对形状误差的敏感度就会过高，这是一把双刃剑，可能导致制造过程中单个产品之间的性能差异。

    在设计 50 mm F1.4 时，我们力求在设计性能和制造工艺之间找到最 佳平衡点，以充分发挥非球面镜片的效果。为此，我们与长期负责镜片制造的山形工厂非球面部门进行了激烈的讨论。

LUMIX山形工厂

    事实上，当设计进入最后阶段，我们决定采用这种设计方案时，非球面结构被置于前球的第三位。

    这是一个非常关键的部件，毫不夸张地说，它是实现理想画质的最重要部件，但经过与山形工厂非球面部门的讨论，我们最终达成了一个设计方案，即从被摄体一侧算起，将非球面结构置于第四位才是镜头这颗镜头的平衡点。

    虽然是在最后一刻才做出的改变，但整个开发团队还是及时完成了设计变更，因为我们非常希望能够获得令人满意的画面效果。

    因此，在对镜头进行评估时，我们不仅确保了在 30 lp/mm 时的性能（如目录中公布的 MTF），还确保了在高频抖动下的性能，以承受高分辨率模式，并实现了适合作为参考镜头的分辨率性能。

散景表现的追求

突出主体的背景虚化效果

    尽管我们在设计M43镜头时已经积累了大量虚化效果的知识，但我们还是对各类镜头，尤其是大口径定焦镜头进行了实景评估，以便从头开始考虑虚化表现。

    因此，如果柔化背景（焦点后面的散景），那么前景（焦点前面的散景）就会变得更硬，反之亦然。作为标准镜头，我们的目标是实现平坦、平滑的虚化效果，没有明显的前后散景区别。

    随着背景虚化效果的使用频率越来越高，有一些人建议认为应该重点关注后散景的效果，但如果光学设计优先考虑后散景的柔和度，那么在镜头解析力就会降低，这是一种权衡。作为标准镜头，目标应该是努力做到无像差的描绘，因此决定以正常的虚化效果作为标准而进行设计。

    此外，我们还仔细校正了像差（尤其是那些穿过镜头周边的像差），从远离主要拍摄对象的物体造成的大散景，再到焦内的主要拍摄对象所产生的小散景。

    其最终的效果是产生了平直的虚化效果，又有高解析力，使被摄体的立体感更加突出。

忠实再现画面 - 抑制色差

    作为标准镜头，需要忠实再现被摄物体的颜色，将色差抑制到极限。

    在考虑色差时，我们不仅需要考虑一般的轴向色差和横向色差，还需要考虑当画面明暗亮度差异较大时（例如高亮度），紫边、伪色会很明显。尤其是拍摄诸如水面上的倒影或树荫下的物体，我们需要非常谨慎地进行光学设计，不仅是需要再对焦点内的表面进行着色，还对需要对散景进行着色。

    轴向色差：焦点位置根据光的波长而移动的现象。一般来说，当色差较大时，焦点后的画面倾向于呈绿色，而焦点前的画面倾向于呈紫色。

    横向色差：图像传感器的成像高度根据光的波长而变化的现象。

    在选择玻璃材料时，要特别注意玻璃材料的部分色散比，这是表示短波长侧异常色散的参数。

    在最初的设计阶段，我们选择了大量的玻璃材料，包括来自不同玻璃制造商的材料，首先根据桌面计算选择合适的材料，然后选择校正后的色差较低的作为基础设计方案，再进行具体的详细设计。

    通过遵循这些步骤，我们能够最大限度地减少色差，而不会在产生设计完成后，出现各种像差（包括高阶像差）的副作用。

    此外，一些玻璃材料是定制的，以最大限度地减少色散系数的变化，从而最大限度地减少制造变化。

    对我来说，即使我认为自己拍出了一张好照片，但如果我仔细观察，发现戏水的孩子头发上的水珠出现了色差，我就会后悔光圈应该再缩小一点。但是LUMIX 50mm F1.4 具有可控色差的大光圈。

a.LUMIX S PRO 50mm F1.4背景虚化等倍照片

注重材质，通过色差处理，实现无色散的自然虚化效果

b.普通镜片背景虚化等倍照片

明显色差，虚化中可以看到色散

集各种优点于一身

    堪比标准镜头的杰作

    除此之外，我们还特别注重光学设计，例如在有限距离上控制图像表面特性，并进行像差校正，甚至修正了非球面像差、慧差、横向像差中的最小细节。此外，我们还开发了新的调整方法、新的检查方法并进一步对镜头进行了调整，以创造出性能更为优异的产品。

    此外，在开始设计之前，我研究了所有现有大光圈镜头的表现力，包括单反、微单，包括我们公司的其他公司超过半年，并且我设计了我的目标描绘，因此它比正常的开发周期需要更多的时间是的。作为一个设计解决方案，我们设计了200多种模式，我相信开发团队可以实现对所有开发团队的令人信服的描述。

    另外在开始设计工作之前，我们花了 6 个多月的时间研究了现有的全部大光圈镜头，包括我们自己和其他公司的单反镜头和无反镜头，以完善我们所追求的图像呈现效果，而这过程比通常的开发周期要长得多。作为设计方案，我们设计了 200 多个草稿，整个开发团队都期盼着我们能够完成这出人意外的作品。