大家好。欢迎来到 “光学设计部”。这是一档深入探讨LUMIX镜头的专栏。
在“光学设计部”中，我们的设计人员将为大家介绍镜头设计的解读和特点，分享一些在说明书上看不到的细节和想法。
对于正在考虑购买镜头的朋友，我们希望大家能够更好的了解LUMIX镜头的设计理念；对于已经拥有LUMIX镜头的用户，我希望大家能通过拍摄体验到这些镜头背后不为人知的细节和用心。
这是一篇由开发者撰写的文章，里面可能会使用许多专业术语来解读镜头。相信大家读完之后，也会对你的镜头有更深的了解。
本期的内容为LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6，它是松下LUMIX S5系列、LUMIX S9的套机镜头，开发由工藤先生担当。
起源
2020年，我们发布了LUMIX S5相机，这款相机致力于在更加紧凑的设计中凝聚高端全画幅相机的性能。
而本期要介绍的LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6就是这样一款，与LUMIX S5相匹配的体积紧凑、价格经济实惠的标准变焦镜头。
它重量轻、体积紧凑，能够涵盖20mm的广角到60mm的标准镜头范围，并且在广角端还附带有一定的微距摄影功能。因此，它的适用场景非常广泛，包括风光、日常扫街和静物等等。
在本文中，我们将解释这颗镜头的四个功能以及一些光学设计的要点。
从20mm开始的新标准变焦镜头
说到标准变焦镜头，在单反时代也好，在无反时代也好，起点一般就是24mm或者28mm左右。
然而随着时代的发展，自拍和Vlog制作越来越普及。28mm甚至24mm的焦段在许多拍摄场景中逐渐显得不那么尽如人意了。我们经过市场调查，发现市场上对更广的广角的标准镜头是有所需求的。
因此，符合时代需求的、更理想的标准变焦镜头被我们规划为一款“可以覆盖20mm广角到标准视角的紧凑型变焦镜头”。
那为什么是20mm？
如果广角端的焦距到16mm左右，透视感就已经变得异常强烈，视角也太广，并不适合大多数日常场景使用，而20mm可以恰当地发挥广角透视感的焦距。
而20mm相比传统标准变焦镜头的24mm广角来说，视角仍有大约10度的差距，可以捕捉到更广的范围。而在广角端，10度的视角比60-70mm的变化（约6度）更大。
所以这颗镜头最大的设计难点是如何在保证20mm广角的情况下，进一步实现小型化。
20mm和24mm的视角变化：
60-70mm的视角变化：
而解决这个问题的光学设计关键点是设计一款第一组为正焦距的光学设计，最大程度地利用无反相机大卡口和短法兰距的优势。
下面这张图展示了这颗镜头的光学结构：
通过采用“正负正负正”五组镜片的配置，可以让光圈在广角端和长焦端形成对称的配置，从而可以在各种焦段下都实现良好的像差校正。
此外，通过在变焦时移动第一组镜片，可以在保持紧凑尺寸的同时尽可能增加变焦比。并且第一片为正焦距的镜片还可以尽可能多地校正广角端产生的畸变现象。
而这一切的设计也得益于L卡口较大的尺寸和更短的法兰距。
保证整个变焦范围内的高成像性能
虽然定位是紧凑便携、价格实惠的套机镜头，但这颗镜头在设计时也非常注重在整个变焦范围内的成像性能。
正如上面的光学结构图所示，这颗镜头还使用了2片非球面镜片、3片超低色散镜片和1片超高折射镜片，从用料上实现了出色的成像性能。
另外，在生产时，我们也追求比以往更高的零件精度，引入了更多的光学调整环节。实际上，设计和制造是息息相关的，生产零件的精密程度越高，在光学设计层面的自由度就越大。
详细的生产调整本期暂且按下不表，今后有机会再给大家分享。大致是为了这颗镜头，松下引入了新的生产方式，例如将多个零部件整合到一起，使其更小更轻，使用到的零件更少。也因为小型化的需求，我们将公差控制到了几微米的程度。
下图是LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6的MTF图。如上所述，通过我们的光学和机械设计方法，尽管是从20mm开始的3倍变焦，但我们能够在广角端和长焦端实现一直到边缘的高分辨率性能。
下面的照片是在最大光圈下拍摄的，从中心到边角的分辨率表现都很优秀，不要仅仅因为它是套机镜头就低估它。
15cm的最近对焦距离，拓展表达范围
接下来我们来说说最近对焦距离。我们认为，减小镜筒尺寸和缩短最近对焦距离与镜头的易用性直接相关。
LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6 的最近对焦距离在广角端约为 15 cm，在长焦端约为 40 cm。最短拍摄距离的定义是被摄体到成像平面的距离，所以说在广角端，被摄物体和镜头前部可以接近到5cm左右。
为了缩短最近对焦距离，需要通过增加对焦镜片组与末端镜片组之间的距离来确保足够的对焦行程。在长焦端，由于镜头尺寸的限制，很难进一步缩短。因此我们选择在广角端处保证尽可能大的对焦行程，从而缩短最近对焦距离。
焦距为20mm至26mm时，最短拍摄距离为15cm，26mm时最大放大倍数为0.43倍。通过更接近广角端，可以享受更自由的构图，例如在融入背景的同时对拍摄对象进行特写。
20mm端近摄：
此外，以最近拍摄距离进行拍摄时，前镜组可能会与附近的被摄体或物体接触而变脏。为了防止污垢附着，前景组表面配备了氟涂层，以防止污垢附着，并更容易去除可能附着的污垢。
这颗镜头还具有防尘、防滴、耐低温性能，为了实现它在低温和高温下的性能一致性，我们在镜头内部还设置了温度传感器，可以通过检测温度的变化，自动校正镜头的焦点移动量。
更好的视频性能
LUMIX是众多内容创作者的合作伙伴，因此不仅注重静态摄影，我们也会特更加注重视频的性能，而其中一点就是呼吸效应。
为了抑制呼吸，需要限制光线进入聚焦镜组的角度。LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6通过优化各组光焦度、有效校正整个光学系统的各种像差并抑制呼吸现象来实现这一目标。
我们还致力于使对焦和光圈单元在视频拍摄过程中更加安静。对焦由步进马达驱动，采用高精度微步控制和平滑的加减速曲线，实现安静的操作，让创作者舒适地享受视频拍摄。
上述高精度微步控制也应用于光圈控制，即使在视频拍摄过程中被摄体亮度变化较大的场景下，也能确保平滑的光圈驱动（F值变化）。因此，视频拍摄过程中屏幕上的离散曝光变化较少，从而可以拍摄高质量的视频。
写在最后
以上是对LUMIX S 20-60mm F3.5-5.6的说明。如果您已经拥有它，我们希望您能更加关注它的成像性能表现。
并且希望这篇文章能够对您选择镜头有所帮助！
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