人民網

人民網>>財經>>財經專題>>中日技術產業信息網

【佳能EOS M小型化技術】(一):兼顧剛性和輕量的機身設計

2012年12月11日09:17    來源:人民網-財經頻道

用液晶面板取代光學取景器,去掉上翻式反光鏡,借此實現小型輕量化——已有眾多廠商推出了此類單鏡頭無反光鏡相機(簡稱“無反相機”)新產品。

佳能公司在2012年秋季推出了“EOS M”,這是已有25年歷史的EOS品牌的第一款無反相機。為了讓這款擁有小巧機身和華美外觀的無反相機與EOS這個橫跨入門級、高級業余級乃至專業級用途的“實力派”品牌相稱,佳能在EOS M上下足了“工夫”。

從其中採用的幾項新技術,可以窺見為了以小巧的機身實現高功能單反而付出的努力。

佳能圖像通信業務本部ICP第二業務部的牧孝信科長介紹說:“EOS始終都是以擴大用戶的拍攝范圍為目標,比如在更暗的場所、對更加快速移動的拍攝對象物、在更嚴酷的環境下都能拍攝。此次的EOS M就是從‘任何人在任何地方都能輕便攜帶,擴大拍攝機會’這個新的著眼點出發,提出了擴大拍攝范圍的方案。”EOS M的主要目標用戶是“開始對攝影感興趣的二、三十歲的女性消費者”。

EOS M具備抓住“相機女孩”芳心的兩個條件。

一是可放在普通手提包中輕鬆攜帶的“尺寸”,二是在聚會及婚禮等場合也拿得出手的“漂亮外觀”。不論哪一點,“袖珍”都是必須的。EOS M的機身尺寸為長約109mm、高約67mm、寬約32mm,重量也隻有260g(裸機),是EOS系列最新機型“EOS KISS X6i”的大約一半。

但是,在開發EOS M時,並非“隻要做小就行”。佳能圖像通信業務本部ICP第二開發中心主任菊池裕說:“不符合畫質好及耐用性高等EOS的品質標准,就不能稱之為‘EOS’。”

典型的例子是“圖像傳感器中心、液晶顯示屏中心和鏡頭的中心必須要在前后方向的一條直線上﹔附件插孔(安裝閃光燈的部位)、三腳架螺絲孔和鏡頭的中心也必須在垂直方向的一條直線上”。在前后方向上成一條直線是為了“按攝影者看到的原樣拍出照片”,在垂直方向上成一條直線是為了“將操作中的動作變化引起的誤差降至最小”。

本來,要大膽推進小型化,將附件插孔及三腳架螺絲孔等不放在零件密集的中心部而放在周邊多余空間的部位更容易設計。並且,液晶顯示屏的位置不變也會大大限制機身背面的設計。

那麼,為什麼即便如此也要堅持“在一條直線上”呢?菊池回答說,這是“為了堅守EOS的‘中心一致’的信念,雖然自由度大幅降低,但在種種制約下完成設計也是樂趣所在”。

EOS M作為一款沒有光學取景器的無反相機,有必要如此執著嗎?牧孝信回答說:“這跟有沒有反光鏡沒關系。因為‘鏡頭可換式相機要能安裝EF鏡頭’是EOS的明確特征之一。”“能配備這種EF鏡頭(可供EOS系列所有產品替換的鏡頭群)”就勢必影響到新機身的設計方法。

對於EOS M,如果在卡口(機身上用於安裝鏡頭的部分)上安裝專用卡口適配器,便可使用從超廣角鏡頭到超望遠鏡頭的60多種EF鏡頭。焦距越遠,鏡頭就越長越大越重。

菊池解釋說:“因為有個平衡問題,因此在安裝了望遠的長鏡頭后,一般要用手握住重重的鏡頭。但是,當鏡頭長島一定程度時,用戶有時會不知不覺地隻握著機身。這時,如果機身的卡口承受不住鏡頭重量而壞掉就麻煩了。”

對於必須要能經得住專業攝影師使用的EOS來說,“不容易損壞的出色剛性”也是具備的條件之一。EOS M也必須要具備。但EOS M與其他EOS系列不同,沒有光學取景器。

為使攝影者看到的圖像與通過鏡頭傳到圖像傳感器的圖像相同,要設置傾斜的歸位反光鏡(return mirror),用來把從鏡頭進入的光線傳送至取景器。歸位反光鏡在按下快門的瞬間上翻,使從鏡頭進入的光線反射傳到圖像傳感器。

負責這項工作的是位於鏡頭卡口與圖像傳感器之間的“反光鏡箱”。在普通的EOS中,反光鏡箱是相機的基本骨架,能夠保証相機不管承受多大負荷也不會損壞的剛性。

但是EOS M沒有這樣的反光鏡箱。菊池稱,解決辦法是“提高安裝卡口適配器的前部基礎單元的剛性,使其成為取代反光鏡箱的主要骨架”。這樣,EOS M就採用了以前部基礎單元為中心、各部件層層重疊的構造。

EOS M的機身採用了去掉反光鏡箱、各部件層層重疊的新構造,因此機身明顯縮小。但是光是這樣還不夠。開發人員還要在各“層”部件採用新開發的技術,進一步減小機身尺寸,快門單元就是其中之一。

以前的EOS採用的是焦平面快門,使用前帘幕和后帘幕2塊帘幕物理遮擋到達圖像傳感器的光線。原理是打開折疊在上部的前帘幕,同時將打開著的后帘幕向下折疊,使兩塊幕帘中間的縫隙由上向下移動,從而實現圖像傳感器曝光。

EOS M採用了在圖像傳感器處理的電子快門用作前幕帘。菊池介紹說:“前帘幕和后帘幕在折疊狀態下都是沿水平方向收放。因此,通過去掉前帘幕,節省了收放一塊快門帘幕所佔的空間”。

EOS必須具備的條件還包括能被專業人士認可的“高畫質”。因此,EOS M的影像引擎跟EOS Kiss一樣,也採用了“DIGIC5”,圖像傳感器也採用了APS-C型(約1800萬像素)。

EOS M必須在保持高畫質的同時實現小型化。菊池介紹說:“因此,EOS M在傳感器芯片完全相同的前提下,通過重新設計周圍的封裝部分減小了尺寸。”

EOS-M上的“袖珍”CMOS傳感器(左)和現有EOS的CMOS傳感器

菊池指出,“電池組件也為小型化做出了很大貢獻”,“充電器和電源耦合器都需要重新設計,因此開發全新的電池組件費了很大工夫。但是,隨著時代發展,電池容量密度不斷提高,我們希望引進這種尖端技術”。

這些“已瘦身部件”的層疊方式也做了細致的調整。菊池說:“比如,在主板的小缺口部分裝入快門的齒輪等,前后方向上有厚度的部件用其他層的空間吸收掉。”通過使各層的表面部件實現凹凸精細咬合排列,實現了除透光部分以外基本無縫隙的高密度封裝。

EOS M通過開發新技術和利用各種創意實現了緊湊的機身,速度也得以提高。

跟快門一樣,AF(自動對焦)系統也有兩種,即很多單反相機採用的“相位差AF”和袖珍數碼相機採用的“對比度AF”。相位差AF動作快,對比度AF的對焦精度高。

菊池介紹說:“相位差AF一下就能看出是‘焦前還是焦后’。因為在最初就不會錯判,因此可以縮短最終對焦時間,然后利用對比度AF提高最終對焦精度。利用以前沒有的‘在圖像傳感器中嵌入相位差AF元件’的技術,同時使用兩種AF系統,實現高速度和高精度,這就是EOS M的‘混合CMOS AF’。”

EOS M在設計上下的工夫不僅在於提高作為“靜態相機”的性能。菊池介紹說:“與以前相比,現在‘想提高視頻拍攝性能’的趨勢很明顯。因此,我們在EOS M的麥克風上下了一番工夫。雖然機身小巧,但配備了立體聲麥克風,雖然離鏡頭很近,但也需要提高音質。雖然有諸多不利因素,但必須要盡可能實現與EOS相符的性能,因此設計難度加大。”

EOS M在確保與EOS KISS系列機型具有同樣高的性能和畫質的基礎上,大幅減小了尺寸,還憑借快門機構和AF機構有了進一步提高。當筆者問及參與開發時的感想時,菊池做了如下回答:“在相機開發中,最小尺寸是機械設計永恆的主題。尺寸大當然就結實,但此次的開發既要堅守品質基准、保持高性能、確保剛性讓用戶放心使用,又要做到‘小得令人驚嘆’。”

技術人員在機身設計中注入了很多心思。當然,在開發可稱為相機“生命”的“鏡頭”時也是絞盡腦汁。並且,對機身小型化貢獻最大的因素之一就是“減小了卡口直徑”。在EOS M的專用鏡頭中,已有25年歷史的“EF鏡頭”第一次減小了鏡頭的鏡筒直徑。(日經技術在線! 供稿) 

(責任編輯:值班編輯、庄紅韜)

新聞查詢  

新聞回顧

      搜索

產業/經營更多>>

能源/環境更多>>

機械/汽車更多>>

數碼/IT更多>>

電子/半導體更多>>

工業設計更多>>