Creación de lentes de cine que pesan menos de 1 kg

El lente FUJINON de FUJIFILM es más conocido como el líder en la industria de la transmisión con su tecnología de vanguardia, pero el fabricante generó un gran revuelo también en el mundo del cine con varios lentes de cine FUJINON en los últimos años.

En 2009, FUJIFILM anunció el primer lente de zoom cinematográfico 4K del mundo.
En 2013, anunciaron la serie ZK, desafiando el sentido común con la idea de conectar una unidad de accionamiento a un lente de cine, para que el lente también pueda usarse en el sitio de producción de TV.
Y en 2017, anunciaron la serie MK, dirigida a cinematógrafos con presupuesto  limitado, pero  que no quieren comprometer la calidad de la imagen. El lente de cine FUJINON se reconocía como compacto y liviano, pero incluso entonces, los modelos  existentes pesaban al menos 2 kg. Obtener un lente que pesa menos de 1 kg y, al mismo tiempo, mantener el mismo rendimiento óptico no debe haber sido fácil.

Entrevistamos al equipo de lentes Cine en FUJIFILM sobre el desarrollo de MK18-55mm y MK50-135mm.

Noguchi (planificador de productos): El equipo de planificación del producto decidió la especificación principal del lente cuando comenzó el desarrollo. El objetivo era lograr un lente diseñado para el sensor Super 35mm/APS-C, y es  ultracompacto y liviana, con un peso inferior a 1 kg. Sobre su tamaño compacto, solicitamos al diseñador un diámetro de lente frontal de 85 mm y un tamaño de filtro de 82 mm con un paso de engranaje de 0,8 m.

Elegimos el tamaño de filtro de 82 mm, ya que queríamos el tamaño de filtro que está disponible en la mayoría de los minoristas. Tendría que ir a una tienda especializada para 95 mm, pero la mayoría de los minoristas tienen un filtro de 82 mm disponible.

Yonezawa (Diseñador óptico): La demanda del equipo de planificación de productos era mantener el mismo rendimiento óptico que otros lentes de cine FUJINON, pero debía pesar menos de 1 kg. Además de eso, solicitaron que la operabilidad fuera  la misma que los modelos de alta gama. Pensé que el obstáculo que teníamos que superar  era realmente alto. Incluso el lente XK pesa 2,4 kg sin  la unidad de accionamiento, y eso era el lente más compacto y liviano de nuestra línea. Pensé que un lente que pesa menos de 1 kg era imposible de producir.

Kawamura (Diseñador mecánico): Desde la fase de diseño, nos enfocamos en el objetivo que pesaría menos de 1 kg. Establecimos los valores objetivo de cada pieza mecánica y óptica y cuánto debía pesar cada pieza. Con nuestro primer diseño, nos dimos cuenta de que no era posible alcanzar el valor objetivo debido a las restricciones del diseño óptico, pero al considerar varios elementos como aumentar la relación de las piezas mecánicas y reducir la relación de las piezas ópticas, pudimos obtener el valor final de 980 g.

Yonezawa: El lente frontal tenía originalmente 90 mm de diámetro, pero tuvimos que reducir el tamaño a menos de 60 mm para tener un tamaño de filtro común entre los dos lentes MK. En mi proyecto anterior, me asignaron  diseñar un lente 8K y enfrenté el mismo problema en ese entonces. Apliqué la construcción de zoom de ese lente 8K a los lentes MK y logré que el elemento frontal fuera más pequeño.

Además, usamos muchos lentes de ED (lentes ópticos especiales) para que la aberración cromática se suprima mientras  que se logran el tamaño y la reducción de peso. Utilizamos 4 lentes ED para MK50-135mm y 8 lentes ED para MK18-55mm. Cuando se reduce el tamaño del lente, la aberración de cada elemento se vuelve mayor. Utilizamos un mayor número de lentes ED para que la aberración se pueda suprimir tanto como sea posible para cada elemento, lo que permite obtener el alto rendimiento óptico en este tamaño.

Kawamura (Diseñador mecánico): En términos de diseño mecánico, un lente más pequeño significaba un cuerpo de lente más pequeño. Por lo tanto, la unidad de enfoque, la unidad de zoom y la unidad de apertura también debían ser más pequeñas para caber en ese espacio limitado. Nuestro desafío era cómo podemos incorporar cada unidad mientras mantenemos un buen equilibrio.

Además, usamos plástico para piezas exteriores y de soporte de lentes para recortar el peso. Creo que logramos que el producto final tuviera la apariencia y textura similares del aluminio. Las personas comentaban que "no parece plástico". Trabajamos muy duro para lograr el exterior. Examinamos la compatibilidad de la pintura y agregamos fibra de vidrio para durabilidad. La textura de la fibra de vidrio varía según la longitud, por lo que experimentamos mucho para lograr el producto final.

Toyama (Diseñador óptico): El uso de plástico también significó un desafío en términos de diseño óptico. El plástico le permite recortar peso, pero es vulnerable al cambio de temperatura. Nuestro objetivo es lograr el mismo alto rendimiento óptico del lente de cine FUJINON, aunque el cuerpo del lente esté hecho de plástico.

Para superar el problema, analizamos la combinación de la forma del lente y el material de vidrio y cómo se puede controlar el cambio del punto focal debido a la temperatura. Logramos la calidad que está a la par con la  del exterior de aluminio.

Noguchi: Debemos cuidar mucho el cambio de temperatura. El rendimiento de enfoque del lente debe permanecer sin cambios incluso si hay un cambio de temperatura. La lente está diseñada suponiendo que se utilizará en un entorno hostil.

Sakai (Diseñador): Como modelos insignia, las series HK y ZK recurrieron la solidez del metal sólido. El cilindro del lente se fresa a partir de aluminio. La parte negra es una superficie anodizada negra y la parte verde se trata con alumita verde.

El lente MK es un modelo de entrada. El plástico se utiliza para lograr el peso ligero, pero el concepto de diseño es el mismo que el de otros lentes de cine FUJINON. La apariencia de la alumita negra y verde también se logra para la serie MK. La parte difícil fue lograr la apariencia de alumita en el exterior de plástico. ¿Cómo podemos lograr el brillo personalizado de  la alumita negra? ¿Cómo podemos lograr el realce con pintura? Experimentamos repetidamente la combinación de tonos para lograr la apariencia final.

Asumimos que el lente no es solo para alquiler, sino también para compra. Así que queríamos entregar la alegría de tener el lente con el mejor aspecto. Tratamos de hacerlo lo más parecido al aluminio.

Kakinuma (ingeniero óptico): Adoptamos un mecanismo que puede alcanzar fácilmente el estándar de calidad durante la fase de ajuste. Para mejorar la resolución, el lente de cine FUJINON convencional fue ensamblado por artesanos y desarrollaron ajustes difíciles. Al presentar un revolucionario mecanismo de ajuste del lente MK, se hizo posible determinar automáticamente el rendimiento óptico de antemano para que el trabajo de ajuste para el rendimiento se pueda completar en muy poco tiempo.

Para el proceso de producción de lentes MK, queríamos presentar nuevos mecanismos de ajuste y nuevas instalaciones. Todos los involucrados en el proceso, desde el diseñador óptico, el diseñador mecánico, hasta el personal del sitio de producción compartieron sus ideas.

Sasaki (ingeniero óptico): La precisión de las piezas de los lentes de cine está en escala de micrones. La demanda de precisión es especialmente alta para los lentes de alta resolución, como los lentes 4K. Para construir un lente, se necesitan 20 o más elementos de vidrio. Cada elemento debe ser preciso y la construcción final debe tener un buen equilibrio. Cada lente se fabrica a medida esencialmente, y así era como solíamos producir lentes cinematográficos convencionales.

El lente MK no tiene ningún compromiso en términos de su rendimiento, pero revisamos el proceso de producción al lograr un plazo de entrega más corto. No podemos decirle en detalle, pero introdujimos un mecanismo que puede predecir el desempeño final en la etapa de producción temprana, por lo que el lente de alta calidad se puede lograr en un período mucho más corto.

Yonezawa: El cambio focal es inevitable para los lentes fijos, porque un lente fijo típico combina el zoom y el grupo de enfoque en un solo grupo para lograr el tamaño compacto. Por otro lado, los lentes Cine usan un zoom y un grupo de enfoque separados. Hace que el  lente sea más grande en tamaño, pero la posición del grupo de enfoque permanece sin cambios mientras se usa el zoom. Con esta construcción, el cambio focal se puede minimizar mientras se usa el zoom.

La construcción del lente MK es la misma que la de los modelos de alta gama como ZK y XK Series. La única diferencia es la forma, el tamaño y la posición del lente. El grupo de enfoque que permanece sin cambios en su posición se encuentra frente al grupo de zoom. En la parte posterior del grupo de enfoque se encuentran la apertura y otro grupo que permanece fijo en la misma posición. Con esta construcción, el cambio focal se minimiza mientras se usa el zoom.

Yonezawa: La respiración también tiene que ver con la construcción del lente. Como se mencionó, los lentes fijos utilizan el mismo grupo de enfoque y zoom, por lo que inevitablemente el zoom cambia cuando se intenta cambiar el enfoque para que cambie el ángulo de visión. El zoom y el enfoque son independientes para el lente MK. El grupo de zoom no se mueve al cambiar de enfoque, por lo que la respiración puede minimizarse.

Kakinuma: Los errores de cada pieza se acumulan en el desplazamiento del eje óptico. El lente MK tiene un mecanismo de ajuste que ajusta el error de cada lente y grupos móviles. El lente cinematográfico convencional y el lente de transmisión también usan el mismo mecanismo, por lo que lo colocamos en el lente MK.

Tanaka (Diseñador óptico): Los colores se pueden cuantificar en valores numéricos con CCI (Índice de contribución de color). Ajustamos los números a los de los modelos de gama alta. Para ajustar el color, la transmitancia de luz por longitud de onda debe establecerse en un valor determinado. El valor depende del material y el recubrimiento del lente, pero tomamos todo eso en cuenta para tener el mismo valor que los modelos de alta gama.

Kawamura: El par de torsión es el mismo que el de otros lentes FUJINON Cine. El anillo de enfoque puede girar completamente hasta 200 grados, lo que es igual a la serie XK. Si el ángulo es más estrecho, es difícil lograr un ajuste de enfoque.

Noguchi: La serie HK puede girar hasta 280 grados. Esto se debe a que asumimos la serie HK como lente de operación de dos hombres, por lo que el ángulo es más amplio. Diseñamos las series ZK, XK y MK asumiendo que sería una operación de una sola persona. 280 grados es demasiado ancho para rotar con una sola mano, por lo que entrevistamos a cinematógrafos de todo el mundo y llegamos a la conclusión de que 200 grados es el ángulo óptimo.

Kawamura: En términos de paso de engranaje, todos nuestros lentes usan 0,8M. El mismo mecanismo se utiliza para el anillo de diafragma para un funcionamiento sin problemas en todo el rango.

Hayashi (planificador de productos): Pasamos gran parte de nuestro tiempo  debatiendo sobre  el par de torsión. Originalmente, el torque del anillo de enfoque era más pesado, pero decidimos hacerlo más liviano al final, ya que sería más fácil para la operación de una sola persona. A diferencia de los modelos de alta gama que usaban metal, se usó plástico, por lo que la variación en la dimensión fue difícil de superar.

Con respecto a la sensación del anillo, utilizamos la impresora 3D e hicimos varios  patrones y verificamos cada operabilidad. También pedimos consejos a los cinematógrafos y reflexionamos sobre los comentarios sobre el diseño. Fui a la fábrica a verificar el par de torsión en la producción.