100 毫米 F2.8 MACRO 镜头如何成为全球最小、最轻的微距镜头

100 毫米 F2.8 MACRO 镜头如何成为全球最小、最轻的微距镜头*

大家好。我们是 LUMIX S 100 毫米 F2.8 MACRO 镜头的研发团队。

我们很高兴向大家介绍 LUMIX S 100 毫米 F2.8 MACRO，这是全画幅 LUMIX S 系列中的首款 1:1 微距镜头。

它也是同类产品中全球最小、最轻的* 微距镜头。其总长度约 82.0 毫米，重量约 298 克，体积几乎仅为传统全画幅微距镜头的一半。LUMIX 用户会发现其尺寸与 F1.8 系列相当。

在本文中，我们将探讨实现全球最小、最轻的* 设计的技术背景、镜头设计中的光学考量，以及开发团队重点强调的核心特性。

“小巧轻便微距镜头”概念的灵感来源

Yoshikawa（机械设计团队）

正如 LUMIX 镜头产品路线图所示，100 毫米微距镜头的研发早已提上日程。因此，研发团队围绕如何实现这一目标展开了深入的内部讨论。

在此期间，F1.8 定焦系列镜头相继推出，并收获了用户的积极反馈。这促使我们开始探讨，在定焦产品线中打造一款与 F1.8 系列尺寸相当的产品。

然而，F1.8 系列镜头备受青睐的关键在于所有镜头在口径和整体长度上都保持一致。如果仅开发出尺寸相近而非完全一致的产品，我们担心这是否会偏离最初的设计理念。这正是我们当时面临的困境。

于是问题就变成了：我们如何才能将一支微距镜头做到与 F1.8 系列镜头同等尺寸？正是对这一想法的不断探索，以及为实现它而进行的设计和开发工作，最终促使了这款镜头的诞生。

以 F1.8 系列为目标，意味着相较竞争对手的产品要在整体长度上缩短 40%。

尽管缩小体积的基本方案已经明确，但整个团队都意识到，在镜头上市前，仍需面临许多重大挑战。

五毫米听起来可能微不足道，但在设计方面却提供了巨大的余量空间。虽然结构图看似留有空隙，但实际上内部高度紧凑，密集排列着各种组件，包括实现全范围运动能力的双重对焦机构。

实现了最轻量化设计的双相位线性马达

以往镜头采用音圈马达 (VCM)，而全新的 100毫米 F2.8 微距镜头则采用双相线性马达。

VCM 和双相线性马达都利用了 Fleming 左手定则，即当电流通过磁场中的导体时会产生推力。在传统的 VCM 中，由于磁体的布局限制，只能通过线圈局部产生推力。因此，在需要驱动大型镜头元件时，由于推力不足，需要配置多个 VCM，导致镜头尺寸和重量的增加。

双相线性马达通过使用多极磁铁，使几乎整个线圈都能够参与推力的产生，从而解决了这个问题。

此外，它还采用了一种独特的配置：在双相线圈的两侧对向布置磁铁。通过建立一种根据位置在两个线圈之间切换的控制技术，电机可以在整个行程范围内平稳、连续地运行。

传统的 VCM：只有一个产生推力的区域（以红色标示），导致效率低下

双相线性马达：通过将磁体设计为多极化，可以高效地产生推力

这使得在同等尺寸条件下，输出的推力约为传统镜头的三倍，从而实现了小巧轻便的设计。

在镜头设计方面，传统的 VCM 重约 80 克，而双相线性马达仅重 29 克，仅通过更换新马达就实现了超过 50 克的减重。

缩小马达尺寸大幅降低了光学镜筒设计结构的复杂性，对缩减镜头直径和重量作出了重大贡献。

双相线性马达的研发背景

Fujinaka（双相线性马达研发团队）

事实上，大约二十年前，我曾在 Panasonic 马达研发部门工作，参与过新型马达的研发。

由于我在这方面有相关背景，我很早就意识到，通过多极化可以缩小传统 VCM 的尺寸。

虽然我早已明白这一点，但要将这项技术真正应用到产品中，却经历了许多曲折。

当 S 系列启动研发时，标志着 LUMIX 正式进军全画幅相机领域，其目标之一是使包括镜头在内的对焦驱动组件的驱动力能够达到传统设计的数倍。正是在这个阶段，我首次提出了后来成为双相线性马达基础的技术。

随后，我们完善了双相线性马达的核心技术，包括通过优化线圈形状和在线圈两侧放置磁铁来最小化推力波动的技术。这些技术已于 2023 年在日本和美国完成专利注册。

我之前在马达研发方面的经验在这个项目中发挥了重要作用。

然而，在将这项技术真正融入到产品前，我们仍需克服诸多挑战。这些不仅包括马达本身的设计，还包括为其开发能够实现高速、高精度和静音运行所需的控制技术。

当时正值 Panasonic 推出多款全新的 LUMIX 相机和镜头，这使得开发新的控制系统变得相当具有挑战性。

在决定将 100 毫米 F2.8 MACRO 镜头商业化时，我坚信只有双相线性马达才能实现小巧轻便的设计。我说服了上级，让我参与控制系统的开发，最终使这款镜头得以面世。

双相线性马达的横截面

最终，我们能够确认，搁置了近两年的原型机现在可以正常地控制运行，其性能表现几乎完全符合设计预期。

虽然技术开发终于达到了可以应用于产品的水平，但又出现了另一个挑战。简而言之，就是成本问题。

成本问题来自多个方面：马达所需的磁铁数量增加、微控制器程序容量增加导致的材料成本上升，以及将新型控制技术整合进微控制器相关的研发成本。

这些因素引发了成本上涨的担忧，坦白地说，当时也确实存在反对的声音。

然而，通过反复向团队阐明引入该技术将带来的产品附加价值，并通过与材料供应商开展降价协商，我们最终获得了相关成员的认可。最终，我们成功实现了这款镜头的量产。整个过程真是相当艰难（笑）。

最后，我们成功地为 100 毫米 F2.8 MACRO 镜头配备了双相线性马达，从而缩减了它的尺寸和重量。我认为这大大提升了这款小巧轻便的微距镜头的价值，而这正是它最大的特点。

采用三个非球面镜片的挑战

Suzuki（光学设计团队）

在中长焦微距镜头类别中使用三个非球面镜片，可能是一项相当具有挑战性的尝试。

通常，此类镜头不配置非球面镜片，或者只采用一个非球面镜片。然而，由于设计之初就以实现“F1.8 系列尺寸”为前提，我们认为如果不采用非球面镜片，便不可能实现 100 毫米 F2.8 MACRO 镜头的开发目标。

对于一款既小巧又不失画质表现的微距镜头来而言，三个非球面镜片是必不可少的。

此外，当熟悉相机的人听到采用了三个非球面镜片时，可能会联想到明显的环状散景，即所谓的“洋葱圈散景”。

然而，100 毫米 F2.8 MACRO 镜头的设计旨在最大限度地减少这种影响，它运用了 LUMIX 多年来开发的技术。这样我们就可以充分利用非球面镜片的优势，同时实现紧凑结构和卓越画质的目标。

研发团队成员分享他们最喜爱的功能

[1] 抑制镜头呼吸效应
传统微距镜头在微距对焦时，往往会出现视角轻微变化（呼吸效应）。然而，100 毫米 F2.8 MACRO 的设计旨在最大限度地减少这种现象。这意味着对焦后无需为了修正构图而重新调整三脚架位置。

[2] 柔和散景效果
如前所述，使用三个非球面镜片可能会增加图像中出现像差和畸变的可能性。但我们在设计镜头时已经优化了这些问题，力求呈现最柔和的散景效果。

[3] 升级对焦环
虽然这款镜头的外观设计与 F1.8 系列相同，但其对焦环已针对微距摄影进行了专门优化。在使用微距镜头进行手动对焦时（尤其是在线性手动对焦模式下），实现精准对焦需要非常精细的调节。由于传统 F1.8 系列采用对焦环结构，即使是轻微的移动也可能导致焦点发生明显偏移。为此，我们重新设计了对焦环，使其能够实现更精细的对焦移动控制。

[4] 浅灰色印字
镜头表面印刷的参数信息颜色已从白色调整为浅灰色。这项变更首次应用于 LUMIX S 14-28 毫米 F4-5.6 MACRO。由于 1:1 微距和广角微距摄影通常需要非常靠近被摄体，因此这种调整有助于避免印刷标识在被摄体表面形成反光。

[5] 紧凑机身配备对焦距离切换开关
在整体尺寸确定之后再添加开关颇具挑战，尤其是添加三路开关，更需要付出相当大的努力。虽然仅设置覆盖全范围和微距范围的两档开关会简单许多，但我们仍选择了采用三向开关，以便适应人像等不同的拍摄题材。这样就可以将距离从无穷远切换到 0.5 米。将该开关及其标识融入这个外部轮廓是一个相当大的挑战。

超越 F1.8 系列的豪华微距镜头

虽然其设计理念是一款与 F1.8 系列尺寸相同的微距镜头，但研发团队认为其内部设计已完全不同。

以往的 F1.8 系列镜头并不特别适合近距离摄影，许多创作者都表达了对更近对焦距离镜头的期待。

因此，我们深感荣幸能够在保留 F1.8 系列独特的操作流程和易用性的同时，成功开发出这款 1:1 微距镜头。

请尽情体验这款全球最小、最轻*微距镜头的灵动魅力，享受无忧的微距摄影吧！