RF14mm F1.4 L VCM 開發者訪談
RF14mm F1.4 L VCM
開發者訪談
以提供極致星空攝影表現為目標
RF14mm F1.4 L VCM
RF14mm F1.4 L VCM 是一支擁有大光圈的超廣角鏡頭，以其輕巧的尺寸完全顛覆一般認知。憑藉超廣闊的視角和大光圈，讓它成為星景攝影 (starscape) 的理想之選，能同時記錄璀璨星空與地景細節。我們訪問了三位負責研發此鏡頭的 Canon 團隊成員，以深入探討這項重要創新背後的理念與願景。
渡邊達郎
光學技術研發中心 [光學設計]
齋藤直城
IMG 光學產品開發中心 [電氣設計]
長岡信幸
IMG 光學產品開發中心 [機械設計]
輕量化超廣角及大光圈
RF14mm F1.4 L VCM 鏡頭的設計理念是什麼？
齋藤：此鏡頭為 RF 定焦 F1.4 L 系列中的第六款型號。整個系列的設計宗旨是在 f/1.4 的最大光圈下亦能提供卓越的影像質素。Canon 早前已推出焦距分別為 20mm、24mm、35mm、50mm 及 85mm 的 5 款鏡頭，它們均採用相同的鏡身尺寸及操作配置。RF14mm F1.4 L VCM 為此系列中最新的型號 — 其超廣角視野比 20mm 鏡頭更為寬廣。這鏡頭採用全新的光學設計，使其尺寸極為小巧，徹底改變大眾對大光圈超廣角鏡頭的既有印象。
它適合拍攝哪些題材和場景？
渡邊：我們在研發此鏡頭時，特別著重其於「星景攝影」中的應用潛力 — 此類攝影極需要超廣角鏡頭及 f/1.4 光圈。星景攝影需要一支大光圈、具備約 14mm 超廣角焦距的鏡頭，方能有效在同一幅風景相片中同時捕捉滿天星空與地面景物。這亦可讓曝光時間縮至最短，確保星星能清晰呈現為銳利分明的光點。
EOS R5 • RF14mm F1.4 L VCM • ISO3200 • 15s • f/1.4
影像已使用 Digital Photo Professional 調整
以往有沒有光圈比 f/2.8大的超廣角鏡頭？
渡邊：Canon 以往曾為 EOS 數碼單反相機推出 EF 14mm f/2.8L II USM。與這款 EF 鏡頭相比，RF14mm F1.4L VCM 不但重量更輕，其最大光圈亦提升了兩級。Canon 轉用無反相機設計，並採用 RF 接環，使我們得以開發出體積更小、重量更輕的鏡頭。
要將一支具備大光圈的超廣角鏡頭設計得如此輕巧，當中的秘訣是甚麼？
渡邊：適用於 EOS R 系統的 RF鏡頭的光學設計採用大口徑接環及短後焦距離，容許將較大口徑的鏡片配置在比傳統 EF 鏡頭更靠近相機影像焦平面的位置。這項結構優勢使 Canon 得以研發出如 RF14mm F1.4 L VCM 般的大光圈超廣角鏡頭。
從技術角度而言，單反相機鏡頭較長的後焦距離令設計光圈比 f/2.8 更大的輕巧超廣角鏡頭變得十分困難。
今次採用的全新致動器 (actuator)，是如何有助縮小鏡身的尺寸呢？
齋藤：雖然採用 RF 接環讓鏡頭的光學設計更具彈性，但在全線 RF 定焦 F1.4 L 鏡頭中共用的 VCM 音圈馬達 (Voice Coil Motor) 對焦致動器，亦大大有助縮小鏡頭的尺寸與重量。過去，像 RF14mm F1.4L VCM 這類需要驅動重型鏡片組的設計，唯一可行的方案是環形 USM 超聲波馬達 (Ring-type USM)。然而，環形 USM 超聲波馬達的直徑會直接決定鏡頭的最小鏡身直徑，因此要在這種馬達技術的限制下設計更小巧的鏡頭幾乎是不可能的。
長岡：從機械結構的角度而言，環型 USM 超聲波馬達亦需要較大型的支撐結構。這對於大型遠攝鏡頭來說並非問題，但在嘗試縮小焦距較短鏡頭的尺寸時，卻會構成重大障礙。相比之下，VCM 音圈馬達在減少致動器本身的尺寸與重量的同時仍能保持足以驅動對焦鏡片組所需的高推力，因此大幅提升鏡頭設計的自由度。
齋藤：雖然 VCM 音圈馬達具備優秀的性能，但亦存在一些缺點。由於 VCM 音圈馬達在運作時會產生磁場，因此可能成為電子雜訊的來源。而由 VCM 音圈馬達驅動的對焦鏡片組位於鏡頭的後鏡片組之中，距離相機的 CMOS 影像感應器更近。因此，鏡頭必須加入可抵消磁場的設計，例如雜訊抑制濾波電路，以及將零部件配置在最佳位置，以確保磁場不會對拍攝的影像造成任何影響。
VCM 音圈馬達驅動的對焦鏡片組
充分運用 Canon 光學技術優勢實現的卓越影像質素
在光學設計方面，你們主要著重於哪方面呢？
渡邊：在任何形式的天文攝影中 — 包括「星空風景攝影 (starscape photography)」— 卓越的光學表現都是不可或缺的。星星是分布於整個天空上的明亮光點，短焦距的廣角鏡頭往往會出現在畫面邊緣導致變形的各類像差。要將星星清晰銳利地呈現為精準的光點，鏡頭設計必須大幅提升周邊部分的畫質。
RF14mm F1.4 L VCM 採用了 2 片置於鏡頭前方的玻璃鑄模 (GMo) 非球面鏡片，以及 1 片位於後方對焦鏡片組內的 GMo 非球面鏡片。這些非球面鏡片能有效抑制矢狀眩光 (sagittal flare)，即使在全開光圈下仍可在畫面周邊還原點光源。。最前端的 GMo 非球面鏡片的口徑較大，令生產加工難度極高。然而，我們與生產部門緊密合作，系統化地逐一解決了此鏡片在製造過程中遇到的每個技術挑戰。
RF14mm F1.4 L VCM 鏡頭結構圖
在超廣角鏡頭中使用螢石鏡片是否很罕見？
渡邊：使用傳統鏡頭拍攝星星時，有時會出現紫色「色滲」現象。為了校正這色差，我們在這鏡頭中採用了 1 片螢石鏡片及 1 片 UD 低色散鏡片，令其在色差校正方面具備極高優勢。
螢石鏡片最常見是以凸透鏡形式應用在遠攝鏡頭上，但 RF14mm F1.4 L VCM 採用的螢石鏡片則是凹透鏡。鏡片形狀之所以不同，是因為其用途及所需校正的像差類型有所分別。在超廣角鏡頭的周邊範圍，由於不同波長光線的焦點位置略有差異，會造成倍率色差 (magnification chromatic aberration)，這正是導致色滲的主要成因之一。採用螢石鏡片便能有效校正倍率色差。
螢石原石・人造結晶・螢石鏡片
什麼是 BR 光學元件？
渡邊： BR 光學元件是由一片凸透鏡與一片凹透鏡組合而成，並配置於鏡頭中央位置、光圈葉片的正後方。其作用是大幅折射短波長(藍光範圍)的光線， 因此能將影像中央區域由點光源造成的色差降至最低。
BR 光學元件以樹脂製成，並以鑄模方式成形。其結構與黏合鏡片 (bonded lens) 相同，BR 光學元件被夾在兩片光學鏡片之間，再以黏著劑黏合成一體。
BR 光學元件 (橫切面模型)
此鏡頭是如何抑制眩光及鬼影的呢？
渡邊：超廣角鏡頭通常配備 1 片大型凸出的前組鏡片，讓光線能從多個方向進入鏡頭。在某些情況下，即使配備一體式遮光罩及標準鏡頭塗膜，仍不足以完全防止眩光與鬼影。所以，我們在最容易受反射影響的鏡片表面上，加入了 SWC 次波長結構塗膜及 ASC 空氣球體塗膜。
SWC 次波長結構塗膜是一項極為先進的技術，能顯著減低以大角度進入鏡頭的光線所產生的反射。這特殊塗膜會在鏡頭表面加入無數比可見光波長 (約 380 至 780 納米長) 更短、只有納米大小的楔形結構以漸變的折射率有效抑制反射。
另一方面，ASC 空氣球體塗膜有助減少垂直入射光在鏡片表面所造成的反射。這塗膜會在鏡片表面形成一層含有空氣的薄膜。由於空氣的折射率低於光學玻璃，將空氣按特定比例加入至塗膜中，便能形成折射率極低的薄膜，從而有效降低反射。
RF14mm F1.4 L VCM 採用了高級的鏡片配置，包括 GMo 非球面鏡片、用於校正色差的螢石鏡片、UD 超低色散鏡片以及 BR 光學元件，同時加入先進塗膜技術。這可說是一支全面凝聚 Canon 強大光學技術的特別鏡頭。
鏡頭設計的輕量化與影像表現同樣重要
為何此鏡頭會以配合電子變形校正為前提而設計？
渡邊：雖然可以只利用光學設計校正變形像差，但就會令鏡頭變得更大、更重。而鏡頭尺寸增加的缺點會抵消影像質素提升所帶來的優勢。因此，我們選擇了以提升影像質素為優先的設計，並將變形校正部分交由機身內置的非光學方式處理。
透過這種設計，我們在實現與採用純光學方式校正變形之鏡頭同樣光學性能的同時，亦成功縮小鏡頭尺寸並減輕重量。這種鏡頭設計之所以能夠實現，是因為 Canon 自行生產鏡頭並能開發配合機身運作的鏡頭。
我們相信，在某些情況下，使鏡頭變得更小巧、更輕便，比單純追求鏡頭本體的完美光學性能更為重要。無論鏡頭的光學性能有多優秀，若鏡頭又大又重，攝影師也未必願意攜帶使用。我認為鏡頭應該要輕巧到能夠隨時、隨地輕鬆攜帶。
內部結構
作為 RF 定焦 F1.4 L 鏡頭系列中的全新產品，這支鏡頭在攝錄方面作出了哪些設計考量？
渡邊：我們致力將對焦呼吸 (對焦時的視角變化) 減至最低，讓這鏡頭既適用於拍攝相片，亦能勝任攝錄工作。對焦呼吸是指在記錄影片時，因焦點位置改變而導致視角發生變化的現象。我們透過仔細設計對焦鏡片組的構成，將這種呼吸現象降到最低。
具體而言，與其他 RF 定焦 F1.4 L 鏡頭相比，我們在對焦鏡片組中額外加入了一片鏡片，並採用了 GMo 非球面凹透鏡。由於鏡頭光學設計的特性，在提升光學性能與抑制對焦呼吸之間往往需要作出取捨。但我們透過小心調整此鏡頭的光學配置，成功同時實現高影像質素與減少對焦呼吸。
齋藤：隨着對焦鏡片組內加入更多鏡片，其重量亦無可避免地增加，這正是電子工程師與機械工程師技術發揮關鍵作用的地方。VCM 屬於具備高推力、 而運作時噪音及振動極低的致動器，但要精確控制其動作，則需要高度的技術巧思。
例如，要高速移動並瞬間煞停重型鏡片組，同時抑制振動，必須進行細緻而精準的調校。於記錄影片時，為將驅動噪音降至最低，更需要高精度的控制。Canon 透過設計控制演算法，並建造能實現這些控制所需的機械結構，成功克服了上述種種技術挑戰。
在機械設計方面，你們遇到了哪些挑戰？
長岡：由於此鏡頭的設計十分緊湊，可供配置內部結構組件 (亦稱為「主基座」) 的空間非常有限。因此，最具挑戰性的部分，是在確保構架具備足夠強度的同時，還要為致動器及軟性電路板 (FCB) 預留所需空間。RF14mm F1.4 L VCM 是 L 系列鏡頭的一員，Canon 必須確保它能在最嚴苛的環境下仍維持可靠表現，這絕非一項簡單的任務。
為防止灰塵及水氣侵入鏡身，我們在所有可能成為灰塵或水氣入侵點的組件接縫處加入了密封材料，以提升防塵防水滴性能。
特別為天文研發的鏡頭
是什麼激發了渡邊先生對星空產生興趣，並開始拍攝星空風景相片呢？
渡邊：自小學時代起，我便對星星深感著迷。隨著興趣日漸濃厚，我最終在大學選擇主修天文學。我甚至在暑假的兩個月期間，自願到一間小型工廠生活與工作，以協助製作一台為大學翻新的 50 厘米口徑望遠鏡。
我亦曾親身參與開發安裝於夏威夷「昴星團望遠鏡」(Subaru Telescope) 的相關設備。透過這些難得的經歷，以及親手創造事物的樂趣，我的興趣亦由天文本身，逐漸延伸到捕捉天體影像的方法 — 例如相機與鏡頭等光學系統。
在大學時期，我很喜歡拍攝夜空。在空閒時間，我經常專程前往海外著名的地點，只為拍攝當地的星空風景，那些拍攝的回憶至今仍然歷歷在目。當時我使用的是入門級鏡頭 EF-S 10-22mm f/3.5-4.5 USM。但這支鏡頭所拍下的相片，以及相片中捕捉的景色與滿天星空，仍然令我深受感動。不禁讓我想像，若當時能擁有像 Canon RF14mm F1.4 L VCM 這樣的大光圈鏡頭，拍出來的影像將會是多麼精彩。
EOS 600D • EF-S 10-22mm f/3.5-4.5 USM • 10mm • ISO3200 • 30s • f/3.5
你在大學期間有機會學習光學設計嗎？
渡邊：由於我在大學主修的是天文學，因此並沒有太多機會深入學習光學相關內容。我雖然透過自修獲得了一些光學方面的知識，但都只是一些非常基本的知識。真正開始認真地學習光學設計，是在加入 Canon 之後。我從資深工程師身上獲得了大量知識與經驗，逐步掌握相關技術。
你是如何開始負責 RF14mm F1.4 L VCM 的光學設計工作的呢？
渡邊：Canon 在指派鏡頭開發人員時，會因應不同產品而採用不同方式。當時，RF14mm F1.4 L VCM 正好是候選開發項目之一。於是我便向上司自動請纓，最終亦因此被指派負責此鏡頭的研發工作。若當時沒有主動提出，我或許會被安排去設計另一款鏡頭，因此我想自己算是時機剛好，運氣不錯。
你是如何著手進行 RF14mm F1.4 L VCM 的光學研發工作的呢？
渡邊：當我被指派負責這個開發項目時，我的第一個想法就是要創造一支「星景攝影第一名的鏡頭」。這款鏡頭經過精心製作，其鏡頭設計平衡了各種因素，包括光學性能，但特別著重星景拍攝。在我們致力將各種影響影像質素的像差降到最低，實現從相片中心到邊緣都能呈現極致銳利、精準的成像表現。
回想起來有點不好意思，但我記得自己剛入公司，在首次自我介紹時就大膽地宣言：「總有一天我要做出一支完美的鏡頭。」而在心底裡，我相信 RF14mm F1.4 L VCM 或許正是這支「完美鏡頭」。
這支 RF14mm F1.4 L VCM 是我多年來在天文學研究經驗的結晶，也是我希望能為這個領域作出的貢獻。如果使用這支鏡頭的攝影愛好者，能因為星景攝影而對天文學與宇宙產生興趣，我將感到無比欣慰。
將星空風景攝影的喜悅傳遞給世界各地的攝影愛好者
齋藤先生，聽說你曾參與使用 RF14mm F1.4 L VCM 進行的星景攝影測試拍攝。
齋藤：沒錯。我之前沒有拍攝星空的經驗，但我對如何拍攝天體影像感到好奇，所以便陪同渡邊先生一起前往協助測試拍攝。當他把相機架在三腳架上，並使用自動對焦開始拍攝時，讓我感到十分驚訝。
渡邊：最新款相機的自動對焦性能十分優秀，甚至能夠以自動對焦方式捕捉夜空中的星星。由於使用超廣角鏡頭時，星星在畫面中顯得非常細小，因此以手動方式精準對焦往往相當困難；但自動對焦則能大大簡化整個對焦過程。
齋藤：他立即開始拍攝，並在即時顯示畫面上調整構圖與曝光，便能不斷按下快門。回想起單鏡反光相機的年代，我認為要拍出漂亮的星空相片絕不像現在這般容易。
我希望更多人知道，以目前無反相機和自動對焦鏡頭的性能，拍攝星空相片是多麼的很簡單。尤其是大光圈的 RF14mm F1.4 L VCM 鏡頭，實在是天文攝影初學者嘗試星景攝影的理想選擇。
拍攝前的設定
在開始拍攝星空風景之前，用家應該先了解哪些重點呢？
渡邊：星空風景攝影的第一個基本原則是以 RAW 格式進行拍攝。雖然 JPEG 也能獲得不錯的成果，但雲層 狀況、天空亮度等條件每晚皆不同。RAW 格式能在後期處理時調整色溫及亮度平衡，並按需要進行雜訊消除，從而更容易製作出漂亮的星景影像。
快門速度的選擇亦是關鍵因素。以 14mm 鏡頭而言，曝光時間必須在 15 秒內才能將星星拍成光點，而不是光軌。由於光圈全開、快門速度固定在約 5 至 15 秒之間，因此主要依靠 ISO 感光度調整曝光。一般而言，鏡頭最大光圈值越小 (F 值越低)，鏡頭越明亮； 而 ISO 就能設定得越低，因此明亮的大光圈鏡頭是不可或缺的。
RF14mm F1.4 L VCM 可以在鏡頭後方安裝明膠濾鏡。我在拍攝星空風景時，會將市面有售的明膠柔焦濾鏡 (soft filter) 片裁切成合適大小，然後插入後方的濾鏡架中。柔焦濾鏡能讓較亮的星星更為突出，令星座的形狀更容易辨識。
鏡頭後置明膠濾鏡
您會建議拍攝哪些類型的星空風景相片呢？
渡邊：大多數開始拍攝星空風景的人，通常都會先嘗試拍攝銀河。夏季夜空中橫跨天際的銀河，也實在是極為出色的題材。使用 14mm 的超廣角鏡頭時，您可以在畫面中完整呈現銀河的壯麗，同時將地景一併收入其中。14mm 鏡頭之所以非常適合星空風景攝影的其中一個原因，正是因為它提供足夠廣闊的視角，能將浩瀚的銀河完整地呈現在畫面中。
EOS R5 • RF14mm F1.4 L VCM • ISO6400 • 10s • f/1.4
使用柔焦濾鏡拍攝，影像已使用 Digital Photo Professional 調整。
你還會推薦哪些適合星空風景攝影的 RF 鏡頭呢？
渡邊：在測試拍攝期間，我們亦試用了全新的 RF7-14mm F2.8-3.5 L FISHEYE STM 及 RF16-28mm F2.8 IS STM 鏡頭。這兩款鏡頭同樣非常適合用於星空風景攝影。
RF7-14mm F2.8-3.5 L FISHEYE STM 能拍攝圓形魚眼及對角魚眼影像，可充分利用其超廣角視角，呈現極具震撼力的影像效果。
在變焦範圍的 7mm 廣角端，其覆蓋角度從 EF 8-15mm f/4L Fisheye USM 的 180° 擴展到 190°；最大光圈也從 f/4 增大到 f/2.8。鏡頭不但能從地平線到地平線完整捕捉整個夜空，並使地面景物比以往拍得更明亮。
EOS R5 Mark II • RF7-14mm F2.8-3.5 L FISHEYE STM • 7mm • ISO6400 • 15s • f/2.8
使用柔焦濾鏡拍攝，影像已使用 Digital Photo Professional 調整。
RF16-28mm F2.8 IS STM 則是以小型化及輕量化為目標設計的廣角變焦鏡頭，但仍提供明亮的 f/2.8 最大光圈。其輕巧易用的特性，加上可隨時改變視角，非常適合拍攝星空風景，其至是在沒有三腳架的情況下邊走邊拍。
此外，其他 RF 定焦 F1.4 L 鏡頭，例如 RF20mm F1.4 L VCM 及 RF24mm F1.4 L VCM，亦因其各自的視角，能在星空構圖方面提供全然不同的創作可能。所以，我們亦非常推薦星空攝影愛好者試用這些鏡頭。
EOS RP • RF16-28mm F2.8 IS STM • 17mm • ISO3200 • 13.7s • f/2.8
使用柔焦濾鏡拍攝，影像已使用 Digital Photo Professional 調整。
為全新影像拍攝體驗而開發的鏡頭
你們未來希望開發怎樣類型的鏡頭呢？
渡邊：我們的目標是開發出能讓攝影師踏入以往無法觸及的全新表現領域的鏡頭。這種「拓展攝影領域」的理念，正與 Canon 的產品開發哲學一致。我們目標是運用最新科技，創造出更小、更輕的鏡頭以擴展拍攝機會；這些鏡頭能提供卓越的性能，但卻不會讓用家因為重量和體積龐大而放棄攜帶。我們深信，RF14mm F1.4 L VCM 正是這類鏡頭之一。
長岡：我們希望開發出能令使用者感到驚艷的鏡頭。作為一名機械工程師，我今後亦會繼續專注於實現輕量化的鏡頭設計。
在操作性方面，我認為仍有一些需要我們注意的地方。我希望透過聆聽用家的意見與回饋，為開發更易用、更貼近用家需求的鏡頭作出貢獻。
齋藤：現時有許多人都是以智能電話進行拍攝。不過我希望有更多人能發現，使用無反相機配合可換鏡頭能拍攝多麼令人驚嘆的影像。
我們作為開發人員的使命，是以 L 鏡頭提供卓越的影像性能滿足用家的期望。我們希望將在研發 L 鏡頭中所累積的技術，進一步融入更廣泛的 Canon 鏡頭產品之中。我們的目標，是讓 Canon 較實惠、較輕巧的鏡頭亦能提供足以媲美高階型號的拍攝體驗。
我們希望開發出價格實惠的高性能鏡頭，吸引入門用家升級到更高質素的鏡頭。
