动力分布式复合对焦镜组
浮动对焦镜组，Floating Focus是应用在对焦镜片/镜组的一种复合式构成；
近年来无反系统的镜头设计中，兴起了非多个对焦组各自分配独立动力元件的设计。
对于这类设计，业界似乎还没有统一的名称，所以我仿照列车中的“动车组”称呼，将其称作动力分布式复合对焦镜组，用以和以往的单一马达构成区隔。
最近更新日期
2024-10-31
正如今日部分无反系统的“自动对焦M转接环”的原理。
以后伴随镜头结构的复杂化，也分工出专门的可动式镜片，由其进行相对于镜头整体的前后移动，实现对焦的效果。
可动式镜片又是是一组的多枚镜片构成，也就称作镜组。
伴随特殊需求的诞生，单一的对焦镜组无法实现，所以镜头中出现了复合对焦镜组。
复合对焦镜组在对焦中的运动方向和单位距离往往不细致，需要进行独立动作，所以也称作浮动对焦组。
浮动镜头组的设计有三个功效：
像差补偿为目的，不是本文的重点，故简单介绍。
在长期的光学镜头设计制造的实践中，发现镜头像差呈现这样的特点：
为了克服像差，人们想了很多办法，例如非球面镜片等手段，而浮动镜片组 floating lens group也是手段之一。
尼康在1967年推出的Nikkor-N Auto 24mm f/2.8
即配置了浮动对焦镜片组， 部分文档里称作「近距矫正系统」，是尼康首次应用这类设计，之后许多镜头都配置了浮动对焦系统；英文的命名缩写为CRC，即Close Range Correction。
如1993年推出的 AI AF Fisheye Nikkor 16mm F2.8D 上，也使用了浮动对焦系统；
根据官方说明，鱼眼镜头相对特异，在画面中心（主体）光线距离有限，但边角处则需要对无限远光线进行成像。
历史上也存在如Varisoft Rokkor-X 85mm f/2.8这样的镜头，通过控制镜头的像差，来推动散景 Bokeh 的变化。
伴随近距对焦像差表现的优化，使得厂商可以更加大胆进取地设置最近对焦距离，
从而使得整个世代的镜头设计中，使用了浮动对焦的镜头，其最近对焦距离不断缩短。
总而言之，在2010世代来说，浮动镜片组是一个相对常见的设计，如 2011年的三阳35mm F1.4 AS UMC镜头、中一光学的SpeedMaster 85mm F1.2，都是第三方厂家的产品，
但在追求光学质量的设计中，会应用浮动对焦镜片。
关于浮动对焦组，有机会另文叙述。
在对焦镜片分组上，各自配置动力源(马达)，即是本章所说的「动力分布式复合对焦镜组」。
其设计意义，除了前述关于像差和呼吸效应的移植，更多的也是在于加快对焦速度上。
其诞生的系统，也是时代之选，电子取景自动对焦系统，或者简称无反系统。
这一时期的镜头设计高度成熟，但图像传感器能力和参数还在突飞猛进，计算性能也显著成长，于是在镜头和机身之间建立了有足够冗余的数据链路，关键是低延迟的特性，使得足以支撑支持高速对焦用途的数据交换。
下面会分厂商，介绍其产品应用分布动力对焦镜组的情况。
根据首款量产产品出现的时间序，是：
其在2014年推出的「M.ZUIKO DIGITAL ED 40-150mm F2.8 PRO」配置了此机构。
奥林巴斯认为重要的是使用的马达部分，所以称之为 Dual VCM，
VCM就是奥林巴斯的音圈马达名称。
在2015年，徕卡伴随SL的发布，推出了「APO-Vario-Elmarit-SL 90-280mm F2.8-4」镜头，
其上即采用了分布式动力驱动的复合对焦镜组。
这一机构有一个单独的称呼，徕卡称其作 Dual Syncro Drive。
在2018年，徕卡也将这种机构带到了新的75mm和90mm定焦镜头中。
G Master 品牌在2016年推出。
在2017年4月登场的「FE 100-400mm F4.5-5.6 G Master OSS」上，
采用前组DDSSM，后组线性电机。
5月的「FE 16-35mm F2.8 G Master」使用的是两组DDSSM来执行。
Direct Drive SSM，直驱超声波马达。
到了2019年的2月，在「FE 135mm F1.8 G Master」上则进化使用XD马达；
可能称作「Dual XD Floating Focus」「Dual Linear Focus」。
其中XD是extreme dynamic的缩写，整段中指的是XD Linear，直线电机，直接输出线性运动。
XD电机首先在400mm F2.8镜头上应用，为了平衡和加速的考量，是两组XD推单组对焦镜片；
这也构成了索尼式的电机布局的一个特点，双电机配单组。
在135mm F1.8 GM上，则是前后两组对焦镜片，各2组XD推动，共4组XD电机。
综上而言，
索尼似乎并不拘泥于马达类型，又或者说是在量产产品上充分试验，混合使用多种搭配来进行动力分布式复合对焦的尝试。
在无反世代，它将这系列的设计包装成「Multi-FS」作为其术语，日文作られるマルチフォーカス方式。
2018年是无反系统非常热闹的一年，尼康也推出了其具有135规格传感器的Z卡口系统。
在首批的Z镜头里，Z 35mm F1.8 S即配置了Multi-FS。
松下给了这枚50/1.4一个 S Pro 的称号，还有徕卡认证，以及2300美元的高价。
松下之后也选择了在70-200mm F2.8（2019年11月）规格上应用自己的双对焦系统。
双对焦系统这个命名，说起来，实在是没什么艺术感和区分度。
在70-200的描述中说同时使用了线性与步进马达，在所有这类型产品里都很特别。
在2024年春季发布的100mm微距镜头上，同样配置了双对焦系统。
是佳能第一次采用这种动力分布式的对焦镜组设计。
佳能称之为 电子浮动对焦机构 electronic floating focus，
日文称 電子式フローティングフォーカス制御。
在70-200的例子中，是由两个NANO USM机构来进行推动，
虽然从名称上体现的只是其体积小的一方面，但功能上是结合了USM和STM两种马达的优势而成。
在2024年更新的50和24mm F1.4规格镜头上，采用VCM与Nano USM结合实现。
顺带一提，RF70-200进行了小型化设计挑战，在推出时，是无反系统里收纳尺寸最小的70-200 F2.8规格镜头。
之后的RF100-500mm以及F4规格的RF70-200mm也跟进这一机构。
其使用的线性马达称作 VXD Voice-coil eXtreme-torque Drive 宣传中，腾龙称其为其开发的70年历史以来的速度和精准度的翘楚。
从其声明中可以知道，其在5月的60-600mm镜头上使用了线性马达机构，
称作 HLA High-response Linear Actuator；
之后在11月的 Sports 70-200mm F2.8 DG DN OS 上使用Dual HLA构造，
其官方提供了视频说明：
可以看到两组HLA机构在工作时呈现相向运动。
其实相关的技术可能在2008已经具备，但欠缺了一个重要条件，即镜头与机身之间的高速低延迟的数据链路。
在2008或者说2010世代，各厂几乎还在沿用80年代以来的自动对焦世代单发卡口，所谓的数据传输也是从80年代以来修修补补的低强度链路。
作为一个佐证，这一时期的防抖也只能二选一，即镜头防抖或传感器防抖，
因为没有一个数据的高速公路来协同防抖运动数据，来实现镜头与传感器的协同防抖。
无反世代，这种更换卡口带来的数据高速公路冗余，协同其他技术进步一起，使得这种对焦的复杂反馈控制得以高效执行。
在各个厂牌的出现顺序上，奥林巴斯敢为天下先，可以说其技术直觉是敏锐且准确的。
意外的是，第二个出现的是徕卡。
徕卡的技术……技术嗅觉显然是敏锐的，并且有勇气在新迈入的SL机型上使用这类新出现的技术。
至于第三个出现的索尼，似乎也不是很奇怪；
它在传感器以外的相机设计上，在E卡口系统取得市场领先地位后，显然开始变得保守。
2018年的无反卡口大爆发带来了更多入局者，昔日强大的佳能和尼康以及一直蛰伏的松下都跟随推进了这一技术区块。
两个第三方厂商，适马和腾龙，倒是很晚才进入，可能设计和实施上，确实有其难度。
前文分析过，这是一个颇为强调机身通讯的整体设计，所以和机身这方面要有一个握手的契机。
放在腾龙来说，可能要与其主擅的E卡口，还有新进的Z卡口机身都有协议，后者可以看到还有相当深入的合作；
适马自己有在L卡口联盟，而70-200也在索尼E上有施展。
在系统工程来说，副厂推出较晚也就可以理解了。
之乎
2023-11-18
近年来无反系统的镜头设计中，兴起了非多个对焦组各自分配独立动力元件的设计。
对于这类设计，业界似乎还没有统一的名称，所以我仿照列车中的“动车组”称呼，将其称作动力分布式复合对焦镜组，用以和以往的单一马达构成区隔。
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| SONY FE 50mm F1.2 GM 上的动力分布式对焦组机构 图片来自开发访谈 |
2024-10-31
目录
- 概述
- 对焦镜组的发展变化
- 像差补偿
- 动力分布式对焦镜组设计 [跳转]
- 奥林巴斯
- 徕卡
- 索尼
- 尼康
- 松下
- 佳能
- 腾龙
- 适马
- 扩展阅读
概述
对焦镜组的发展变化
最早的对焦其实是通过整体前后移动镜头而实现的，正如今日部分无反系统的“自动对焦M转接环”的原理。
以后伴随镜头结构的复杂化，也分工出专门的可动式镜片，由其进行相对于镜头整体的前后移动，实现对焦的效果。
可动式镜片又是是一组的多枚镜片构成，也就称作镜组。
伴随特殊需求的诞生，单一的对焦镜组无法实现，所以镜头中出现了复合对焦镜组。
复合对焦镜组在对焦中的运动方向和单位距离往往不细致，需要进行独立动作，所以也称作浮动对焦组。
浮动镜头组的设计有三个功效：
- 补偿像差
- 抑制呼吸效应
- 加快对焦执行速度
像差补偿
像差 Aberration 一般视作一种成像设计缺陷，有多种手段进行补偿。像差补偿为目的，不是本文的重点，故简单介绍。
在长期的光学镜头设计制造的实践中，发现镜头像差呈现这样的特点：
- 近对焦的像差更大
- 大光圈时的像差更大
- 非对称型的镜头设计，其像差也容易更大
为了克服像差，人们想了很多办法，例如非球面镜片等手段，而浮动镜片组 floating lens group也是手段之一。
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| 尼康公司展示的浮动对焦镜组对成像的改善， 左为配置浮动镜组的成像 |
尼康在1967年推出的Nikkor-N Auto 24mm f/2.8
即配置了浮动对焦镜片组， 部分文档里称作「近距矫正系统」，是尼康首次应用这类设计，之后许多镜头都配置了浮动对焦系统；英文的命名缩写为CRC，即Close Range Correction。
如1993年推出的 AI AF Fisheye Nikkor 16mm F2.8D 上，也使用了浮动对焦系统；
根据官方说明，鱼眼镜头相对特异，在画面中心（主体）光线距离有限，但边角处则需要对无限远光线进行成像。
历史上也存在如Varisoft Rokkor-X 85mm f/2.8这样的镜头，通过控制镜头的像差，来推动散景 Bokeh 的变化。
伴随近距对焦像差表现的优化，使得厂商可以更加大胆进取地设置最近对焦距离，
从而使得整个世代的镜头设计中，使用了浮动对焦的镜头，其最近对焦距离不断缩短。
总而言之，在2010世代来说，浮动镜片组是一个相对常见的设计，如 2011年的三阳35mm F1.4 AS UMC镜头、中一光学的SpeedMaster 85mm F1.2，都是第三方厂家的产品，
但在追求光学质量的设计中，会应用浮动对焦镜片。
关于浮动对焦组，有机会另文叙述。
动力分布式复合对焦镜组设计 Distributed power focus lens Design
在对焦镜片分组上，各自配置动力源(马达)，即是本章所说的「动力分布式复合对焦镜组」。
其设计意义，除了前述关于像差和呼吸效应的移植，更多的也是在于加快对焦速度上。
其诞生的系统，也是时代之选，电子取景自动对焦系统，或者简称无反系统。
这一时期的镜头设计高度成熟，但图像传感器能力和参数还在突飞猛进，计算性能也显著成长，于是在镜头和机身之间建立了有足够冗余的数据链路，关键是低延迟的特性，使得足以支撑支持高速对焦用途的数据交换。
下面会分厂商，介绍其产品应用分布动力对焦镜组的情况。
根据首款量产产品出现的时间序，是：
- 奥林巴斯 Olympus/OMDS
- 徕卡 Leica
- 索尼 SONY
- 尼康 Nikon
- 松下 Panasonic Lumix
- 佳能 Canon
- 腾龙 Tamron
- 适马 Sigma
奥林巴斯 Olympus/OMDS
奥林巴斯应该是最早应用这类设计的厂商，其在2014年推出的「M.ZUIKO DIGITAL ED 40-150mm F2.8 PRO」配置了此机构。
奥林巴斯认为重要的是使用的马达部分，所以称之为 Dual VCM，
VCM就是奥林巴斯的音圈马达名称。
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| M.ZUIKO 40-150mm F2.8镜头上的DualVCM构成示意 来自开发者访谈 |
徕卡 Leica
徕卡公司在自动对焦领域有落后之嫌，不过2014年开始T及一年后的SL是徕卡的无反系统起步机型。在2015年，徕卡伴随SL的发布，推出了「APO-Vario-Elmarit-SL 90-280mm F2.8-4」镜头，
其上即采用了分布式动力驱动的复合对焦镜组。
这一机构有一个单独的称呼，徕卡称其作 Dual Syncro Drive。
在2018年，徕卡也将这种机构带到了新的75mm和90mm定焦镜头中。
索尼 SONY
索尼的镜头设计则是以G Master 族群为翘楚；G Master 品牌在2016年推出。
在2017年4月登场的「FE 100-400mm F4.5-5.6 G Master OSS」上，
采用前组DDSSM，后组线性电机。
5月的「FE 16-35mm F2.8 G Master」使用的是两组DDSSM来执行。
Direct Drive SSM，直驱超声波马达。
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| FE 100-400mm GM 镜头对焦镜组示意图 |
到了2019年的2月，在「FE 135mm F1.8 G Master」上则进化使用XD马达；
可能称作「Dual XD Floating Focus」「Dual Linear Focus」。
其中XD是extreme dynamic的缩写，整段中指的是XD Linear，直线电机，直接输出线性运动。
XD电机首先在400mm F2.8镜头上应用，为了平衡和加速的考量，是两组XD推单组对焦镜片；
这也构成了索尼式的电机布局的一个特点，双电机配单组。
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| 2023年11月公开的300mm F2.8 GM镜头，没有分布式浮动对焦设计， 但对焦镜组依然是采用双电机推单镜组的构成 |
在135mm F1.8 GM上，则是前后两组对焦镜片，各2组XD推动，共4组XD电机。
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| FE 135mm F1.8 G Master的对焦组示意 |
综上而言，
索尼似乎并不拘泥于马达类型，又或者说是在量产产品上充分试验，混合使用多种搭配来进行动力分布式复合对焦的尝试。
尼康 Nikon
前文提到了尼康在1967年就将浮动对焦投入到量产镜头的制造中，在无反世代，它将这系列的设计包装成「Multi-FS」作为其术语，日文作られるマルチフォーカス方式。
2018年是无反系统非常热闹的一年，尼康也推出了其具有135规格传感器的Z卡口系统。
在首批的Z镜头里，Z 35mm F1.8 S即配置了Multi-FS。
松下 Panasonic Lumix
松下在2019年2月登场的50mm F1.4镜头上使用了双对焦系统（Double Focus System），这是松下公司在135全画幅规格下的首次亮相。松下给了这枚50/1.4一个 S Pro 的称号，还有徕卡认证，以及2300美元的高价。
松下之后也选择了在70-200mm F2.8（2019年11月）规格上应用自己的双对焦系统。
双对焦系统这个命名，说起来，实在是没什么艺术感和区分度。
在70-200的描述中说同时使用了线性与步进马达，在所有这类型产品里都很特别。
在2024年春季发布的100mm微距镜头上，同样配置了双对焦系统。
佳能 Canon
2019年10月的「RF 70-200mm F2.8L IS USM」镜头，是佳能第一次采用这种动力分布式的对焦镜组设计。
佳能称之为 电子浮动对焦机构 electronic floating focus，
日文称 電子式フローティングフォーカス制御。
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| 佳能展示的RF70-200mm F2.8镜头中的分布式对焦镜组， 蓝色和黄色为两个独立但联动的镜组，都具有动力推动。 |
在70-200的例子中，是由两个NANO USM机构来进行推动，
虽然从名称上体现的只是其体积小的一方面，但功能上是结合了USM和STM两种马达的优势而成。
在2024年更新的50和24mm F1.4规格镜头上，采用VCM与Nano USM结合实现。
顺带一提，RF70-200进行了小型化设计挑战，在推出时，是无反系统里收纳尺寸最小的70-200 F2.8规格镜头。
之后的RF100-500mm以及F4规格的RF70-200mm也跟进这一机构。
腾龙 Tamron
2020年发布的70-180mm F2.8 Di III VXD (A056) 镜头上首次采用这种设计,其使用的线性马达称作 VXD Voice-coil eXtreme-torque Drive 宣传中，腾龙称其为其开发的70年历史以来的速度和精准度的翘楚。
适马 Sigma
适马公司在2023年11月推出的新款的70-200mm F2.8规格镜头上，采用了这一设计。从其声明中可以知道，其在5月的60-600mm镜头上使用了线性马达机构，
称作 HLA High-response Linear Actuator；
之后在11月的 Sports 70-200mm F2.8 DG DN OS 上使用Dual HLA构造，
其官方提供了视频说明：
可以看到两组HLA机构在工作时呈现相向运动。
小结
为什么这样的设计会出现在无反/微单世代？其实相关的技术可能在2008已经具备，但欠缺了一个重要条件，即镜头与机身之间的高速低延迟的数据链路。
在2008或者说2010世代，各厂几乎还在沿用80年代以来的自动对焦世代单发卡口，所谓的数据传输也是从80年代以来修修补补的低强度链路。
作为一个佐证，这一时期的防抖也只能二选一，即镜头防抖或传感器防抖，
因为没有一个数据的高速公路来协同防抖运动数据，来实现镜头与传感器的协同防抖。
无反世代，这种更换卡口带来的数据高速公路冗余，协同其他技术进步一起，使得这种对焦的复杂反馈控制得以高效执行。
 |
| FE 70-200 GM上，前对焦组采用环形超声波马达，后组以直线电机推动 |
在各个厂牌的出现顺序上，奥林巴斯敢为天下先，可以说其技术直觉是敏锐且准确的。
意外的是，第二个出现的是徕卡。
徕卡的技术……技术嗅觉显然是敏锐的，并且有勇气在新迈入的SL机型上使用这类新出现的技术。
至于第三个出现的索尼，似乎也不是很奇怪；
它在传感器以外的相机设计上，在E卡口系统取得市场领先地位后，显然开始变得保守。
2018年的无反卡口大爆发带来了更多入局者，昔日强大的佳能和尼康以及一直蛰伏的松下都跟随推进了这一技术区块。
两个第三方厂商，适马和腾龙，倒是很晚才进入，可能设计和实施上，确实有其难度。
前文分析过，这是一个颇为强调机身通讯的整体设计，所以和机身这方面要有一个握手的契机。
放在腾龙来说，可能要与其主擅的E卡口，还有新进的Z卡口机身都有协议，后者可以看到还有相当深入的合作；
适马自己有在L卡口联盟，而70-200也在索尼E上有施展。
在系统工程来说，副厂推出较晚也就可以理解了。
扩展阅读
- 浮动对焦镜组
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