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【佳能EOS M小型化技术】(一):兼顾刚性和轻量的机身设计

2012年12月11日09:17    来源:人民网-财经频道

用液晶面板取代光学取景器,去掉上翻式反光镜,借此实现小型轻量化——已有众多厂商推出了此类单镜头无反光镜相机(简称“无反相机”)新产品。

佳能公司在2012年秋季推出了“EOS M”,这是已有25年历史的EOS品牌的第一款无反相机。为了让这款拥有小巧机身和华美外观的无反相机与EOS这个横跨入门级、高级业余级乃至专业级用途的“实力派”品牌相称,佳能在EOS M上下足了“工夫”。

从其中采用的几项新技术,可以窥见为了以小巧的机身实现高功能单反而付出的努力。

佳能图像通信业务本部ICP第二业务部的牧孝信科长介绍说:“EOS始终都是以扩大用户的拍摄范围为目标,比如在更暗的场所、对更加快速移动的拍摄对象物、在更严酷的环境下都能拍摄。此次的EOS M就是从‘任何人在任何地方都能轻便携带,扩大拍摄机会’这个新的着眼点出发,提出了扩大拍摄范围的方案。”EOS M的主要目标用户是“开始对摄影感兴趣的二、三十岁的女性消费者”。

EOS M具备抓住“相机女孩”芳心的两个条件。

一是可放在普通手提包中轻松携带的“尺寸”,二是在聚会及婚礼等场合也拿得出手的“漂亮外观”。不论哪一点,“袖珍”都是必须的。EOS M的机身尺寸为长约109mm、高约67mm、宽约32mm,重量也只有260g(裸机),是EOS系列最新机型“EOS KISS X6i”的大约一半。

但是,在开发EOS M时,并非“只要做小就行”。佳能图像通信业务本部ICP第二开发中心主任菊池裕说:“不符合画质好及耐用性高等EOS的品质标准,就不能称之为‘EOS’。”

典型的例子是“图像传感器中心、液晶显示屏中心和镜头的中心必须要在前后方向的一条直线上;附件插孔(安装闪光灯的部位)、三脚架螺丝孔和镜头的中心也必须在垂直方向的一条直线上”。在前后方向上成一条直线是为了“按摄影者看到的原样拍出照片”,在垂直方向上成一条直线是为了“将操作中的动作变化引起的误差降至最小”。

本来,要大胆推进小型化,将附件插孔及三脚架螺丝孔等不放在零件密集的中心部而放在周边多余空间的部位更容易设计。并且,液晶显示屏的位置不变也会大大限制机身背面的设计。

那么,为什么即便如此也要坚持“在一条直线上”呢?菊池回答说,这是“为了坚守EOS的‘中心一致’的信念,虽然自由度大幅降低,但在种种制约下完成设计也是乐趣所在”。

EOS M作为一款没有光学取景器的无反相机,有必要如此执着吗?牧孝信回答说:“这跟有没有反光镜没关系。因为‘镜头可换式相机要能安装EF镜头’是EOS的明确特征之一。”“能配备这种EF镜头(可供EOS系列所有产品替换的镜头群)”就势必影响到新机身的设计方法。

对于EOS M,如果在卡口(机身上用于安装镜头的部分)上安装专用卡口适配器,便可使用从超广角镜头到超望远镜头的60多种EF镜头。焦距越远,镜头就越长越大越重。

菊池解释说:“因为有个平衡问题,因此在安装了望远的长镜头后,一般要用手握住重重的镜头。但是,当镜头长岛一定程度时,用户有时会不知不觉地只握着机身。这时,如果机身的卡口承受不住镜头重量而坏掉就麻烦了。”

对于必须要能经得住专业摄影师使用的EOS来说,“不容易损坏的出色刚性”也是具备的条件之一。EOS M也必须要具备。但EOS M与其他EOS系列不同,没有光学取景器。

为使摄影者看到的图像与通过镜头传到图像传感器的图像相同,要设置倾斜的归位反光镜(return mirror),用来把从镜头进入的光线传送至取景器。归位反光镜在按下快门的瞬间上翻,使从镜头进入的光线反射传到图像传感器。

负责这项工作的是位于镜头卡口与图像传感器之间的“反光镜箱”。在普通的EOS中,反光镜箱是相机的基本骨架,能够保证相机不管承受多大负荷也不会损坏的刚性。

但是EOS M没有这样的反光镜箱。菊池称,解决办法是“提高安装卡口适配器的前部基础单元的刚性,使其成为取代反光镜箱的主要骨架”。这样,EOS M就采用了以前部基础单元为中心、各部件层层重叠的构造。

EOS M的机身采用了去掉反光镜箱、各部件层层重叠的新构造,因此机身明显缩小。但是光是这样还不够。开发人员还要在各“层”部件采用新开发的技术,进一步减小机身尺寸,快门单元就是其中之一。

以前的EOS采用的是焦平面快门,使用前帘幕和后帘幕2块帘幕物理遮挡到达图像传感器的光线。原理是打开折叠在上部的前帘幕,同时将打开着的后帘幕向下折叠,使两块幕帘中间的缝隙由上向下移动,从而实现图像传感器曝光。

EOS M采用了在图像传感器处理的电子快门用作前幕帘。菊池介绍说:“前帘幕和后帘幕在折叠状态下都是沿水平方向收放。因此,通过去掉前帘幕,节省了收放一块快门帘幕所占的空间”。

EOS必须具备的条件还包括能被专业人士认可的“高画质”。因此,EOS M的影像引擎跟EOS Kiss一样,也采用了“DIGIC5”,图像传感器也采用了APS-C型(约1800万像素)。

EOS M必须在保持高画质的同时实现小型化。菊池介绍说:“因此,EOS M在传感器芯片完全相同的前提下,通过重新设计周围的封装部分减小了尺寸。”

EOS-M上的“袖珍”CMOS传感器(左)和现有EOS的CMOS传感器

菊池指出,“电池组件也为小型化做出了很大贡献”,“充电器和电源耦合器都需要重新设计,因此开发全新的电池组件费了很大工夫。但是,随着时代发展,电池容量密度不断提高,我们希望引进这种尖端技术”。

这些“已瘦身部件”的层叠方式也做了细致的调整。菊池说:“比如,在主板的小缺口部分装入快门的齿轮等,前后方向上有厚度的部件用其他层的空间吸收掉。”通过使各层的表面部件实现凹凸精细咬合排列,实现了除透光部分以外基本无缝隙的高密度封装。

EOS M通过开发新技术和利用各种创意实现了紧凑的机身,速度也得以提高。

跟快门一样,AF(自动对焦)系统也有两种,即很多单反相机采用的“相位差AF”和袖珍数码相机采用的“对比度AF”。相位差AF动作快,对比度AF的对焦精度高。

菊池介绍说:“相位差AF一下就能看出是‘焦前还是焦后’。因为在最初就不会错判,因此可以缩短最终对焦时间,然后利用对比度AF提高最终对焦精度。利用以前没有的‘在图像传感器中嵌入相位差AF元件’的技术,同时使用两种AF系统,实现高速度和高精度,这就是EOS M的‘混合CMOS AF’。”

EOS M在设计上下的工夫不仅在于提高作为“静态相机”的性能。菊池介绍说:“与以前相比,现在‘想提高视频拍摄性能’的趋势很明显。因此,我们在EOS M的麦克风上下了一番工夫。虽然机身小巧,但配备了立体声麦克风,虽然离镜头很近,但也需要提高音质。虽然有诸多不利因素,但必须要尽可能实现与EOS相符的性能,因此设计难度加大。”

EOS M在确保与EOS KISS系列机型具有同样高的性能和画质的基础上,大幅减小了尺寸,还凭借快门机构和AF机构有了进一步提高。当笔者问及参与开发时的感想时,菊池做了如下回答:“在相机开发中,最小尺寸是机械设计永恒的主题。尺寸大当然就结实,但此次的开发既要坚守品质基准、保持高性能、确保刚性让用户放心使用,又要做到‘小得令人惊叹’。”

技术人员在机身设计中注入了很多心思。当然,在开发可称为相机“生命”的“镜头”时也是绞尽脑汁。并且,对机身小型化贡献最大的因素之一就是“减小了卡口直径”。在EOS M的专用镜头中,已有25年历史的“EF镜头”第一次减小了镜头的镜筒直径。(日经技术在线! 供稿) 

(责任编辑:值班编辑、庄红韬)

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