Tập 10: Ống kính Siêu Tele
– Động cơ siêu thanh, Zoom và Cuộc cách mạng Mirrorless

Trong chuyên mục trước, “Tập 9: Ống kính Siêu Tele – Kỷ nguyên của Tự động lấy nét và Thấu kính Tán sắc thấp Đặc biệt”, tôi đã tiếp tục câu chuyện về quá trình phát triển các ống kính siêu tele của SIGMA. SIGMA đã thành công trong việc sản xuất hàng loạt kính SLD (Thấu kính tán sắc siêu thấp) và đạt được sự giảm thiểu đáng kể quang sai màu. Tuy nhiên, trong làn sóng tự động lấy nét của ngành công nghiệp, chúng tôi đã phải đối mặt với những thách thức mới và khó khăn trong việc tăng tốc độ và hiệu suất AF trên các ống kính siêu tele của mình.

Tự động lấy nét nhanh – một mục tiêu khó khăn

Năm 1992, SIGMA đã phát hành APO 800mm F5.6 và APO 1000mm F8, hai ống kính siêu tele hiệu suất cao sử dụng kính SLD.
Tuy nhiên, tính năng AF được điều khiển bởi động cơ DC tích hợp trong thân máy (hoặc động cơ DC tích hợp bên trong ống kính đối với ngàm EOS) và bánh răng giảm tốc đã tạo ra tiếng ồn lớn khi vận hành và độ phản hồi không tốt. Ống kính của chúng tôi khó có thể vượt qua các ống kính sử dụng USM (Động cơ siêu âm) của Canon cả về tốc độ và chất lượng.

Cố chủ tịch SIGMA Michihiro Yamaki đã tóm tắt sự khác biệt một cách chua chát rằng: “Ống kính của chúng ta ồn ào và chậm chạp, trong khi của Canon làm việc nhanh như chớp.”.

Động cơ siêu thanh

Tại thời điểm này, tôi muốn giới thiệu hai công ty quan trọng: TẬP ĐOÀN SHINSEI và CÔNG TY TNHH FUKOKU.
Ông Toshio Sashida của TẬP ĐOÀN SHINSEI là người phát minh ra Động cơ Siêu âm. Cơ chế của động cơ siêu âm là áp dụng điện áp tần số cao vào một bộ phận gọi là stator, trong đó gốm được gắn vào một vòng kim loại để tạo ra rung động siêu âm, và rotor được quay bởi sóng (sóng chạy) của rung động đó. Những động cơ này mang tính đột phá – những động cơ sử dụng bất cứ thứ gì ngoại trừ lực từ trường – điều chưa từng được áp dụng trước đây. Tuy nhiên, các động cơ này đã phải đối mặt với một số vấn đề trong giai đoạn đầu. Một vấn đề lớn liên quan đến độ chính xác và ma sát của các điểm tiếp xúc giữa các stator tạo ra sóng chạy và các rotor, bộ phận quay thực tế. Sự thiếu chính xác nhỏ nhất, hoặc các vật thể lạ dù là nhỏ nhất, sẽ gây ra âm thanh khó chịu và thậm chí khiến stator và rotor ngừng di chuyển. Sashida đã tìm ra giải pháp cho những vấn đề này bằng cách thêm “thanh trượt” (sliders) – một vật liệu ma sát – vào giữa rotor và stator. Công ty được yêu cầu sản xuất các vật liệu thanh trượt này là CÔNG TY TNHH FUKOKU.

CÔNG TY TNHH FUKOKU (sau đây gọi tắt là FUKOKU) là nhà sản xuất cao su và gioăng phớt nắm giữ thị phần gạt nước ô tô lớn nhất thế giới. Vì vật liệu thanh trượt cần phải vừa đàn hồi vừa có độ ma sát cao để truyền các rung động vi mô do sóng chạy tạo ra, Sashida coi cao su là lựa chọn tốt nhất và quyết định tiếp cận FUKOKU về việc sản xuất, vì FUKOKU cũng sở hữu công nghệ phân tích rung động mạnh mẽ sẽ chứng tỏ lợi thế. FUKOKU đồng ý với yêu cầu của TẬP ĐOÀN SHINSEI, nhưng thay vì chỉ cung cấp vật liệu thanh trượt, FUKOKU tuyên bố họ muốn xử lý toàn bộ quá trình sản xuất động cơ siêu âm.

Phát triển động cơ siêu thanh

Năm 1994, Michihiro Yamaki đã tiếp cận FUKOKU để cùng phát triển động cơ siêu âm cho các ống kính rời. Vì FUKOKU đã thành công trong việc phát triển và sản xuất hàng loạt động cơ siêu âm, thách thức lớn của việc phát triển động cơ siêu âm cho ống kính rời liên quan đến việc tìm ra công suất, khả năng điều khiển và cơ chế liên kết tối ưu cũng như các giải pháp để tích hợp động cơ vào trong ống kính.
Nhằm mục đích hoàn thiện việc điều khiển và dẫn động động cơ siêu âm, SIGMA đã thêm một động cơ siêu âm vào phiên bản năm 1995 của ống kính APO TELE MACRO 400mm F5.6 ngàm Canon EOS và SIGMA SA vào năm 1996 và trình bày nó như một nguyên mẫu tại Photokina 1996. Nhân dịp này, các động cơ siêu âm được đồng phát triển với FUKOKU này đã được đặt một cái tên độc quyền – “HSM” (Hyper Sonic Motor – Mô-tơ siêu thanh).

Tiếp bước Canon và Nikon, việc SIGMA công bố phát triển động cơ siêu thanh đã gây ra tác động lớn trong ngành. Tuy nhiên, vẫn còn cả núi vấn đề cần giải quyết. Về phần dẫn động của động cơ siêu thanh, bộ phận điện tử và phần mềm của SIGMA, nơi có nhiều kinh nghiệm với AF, đã phát huy khả năng của mình, và với sự hỗ trợ từ FUKOKU, quá trình phát triển diễn ra suôn sẻ. Tuy nhiên, bộ phận thiết kế cơ khí không thể tạo ra một cơ chế liên kết thỏa đáng. Nhưng các vấn đề không chỉ nằm ở việc liên kết các động cơ siêu thanh mà còn ở các phương pháp tích hợp chúng vào ống kính. Các động cơ siêu thanh tạo ra âm thanh khó chịu khi có sự xáo trộn nhỏ nhất trong lúc di chuyển thấu kính lấy nét – việc loại bỏ những âm thanh cọt kẹt này đã chứng tỏ là khó khăn đối với đội ngũ phát triển.

Tóm lại, những ống kính nguyên mẫu được trình bày tại Photokina 1996 hoàn toàn chưa được xem xét để sản xuất – chúng là những ống kính “chắp vá” được vận hành chỉ để triệt tiêu âm thanh khó chịu. Bộ phận thiết kế cơ khí đã mất thêm nửa năm nữa trước khi họ phát triển thành công một cơ chế liên kết phù hợp và loại bỏ mọi âm thanh không mong muốn.
Ống kính SIGMA APO TELE MACRO 400mm F5.6 HSM cuối cùng đã sẵn sàng để phát hành vào năm 1997.

Sự tiến bộ nhanh chóng của HSM

APO TELE MACRO 400mm F5.6 HSM đã gây bất ngờ cho thị trường. Tuy nhiên, về nhiều mặt, ống kính này vẫn là một “nguyên mẫu tiên tiến”. Nó không phải là một sản phẩm được định sẵn để tạo ra doanh số lớn, một phần do mức giá 145.000 Yên (khoảng 1.300 đô la) – tương đối cao đối với một ống kính một tiêu cự trong danh mục 400mm F5.6.

Với việc phát hành APO 70-200mm F2.8 EX HSM vào năm 1998, SIGMA đã thành công trong việc sản xuất hàng loạt các ống kính được trang bị HSM. Như tôi đã viết trong tập 2 của “Giai thoại của Ohsone”, ống kính này đã trở thành một cú hích lớn thúc đẩy cả việc sản xuất HSM của SIGMA cũng như sự phổ biến của dòng EX. Số lượng ống kính được trang bị HSM tăng nhanh sau khi ống kính này được phát hành, nhờ vào khả năng phát triển được cải thiện của SIGMA. Việc phát hành nhanh chóng các ống kính siêu tele (không tính các loại ống kính khác) trong khoảng thời gian này là rất phi thường:

Các Mô-tơ Siêu thanh đã góp phần cải thiện vượt bậc hiệu suất AF. Tốc độ AF – thời gian cho đến khi chủ thể được lấy nét – đã có những bước nhảy vọt đáng kể, độ chính xác cũng vậy, và hầu như không có âm thanh nào nghe được trong quá trình lấy nét tự động. Tầm nhìn của Michihiro Yamaki về việc “làm việc nhanh như chớp” đã được hiện thực hóa. Khi danh tiếng của các ống kính dòng EX tăng lên, mức giá cao hơn do sử dụng cả kính tán sắc thấp đặc biệt và động cơ siêu âm đã sớm được chấp nhận ngày càng nhiều hơn.

Những thách thức cho ống kính zoom siêu tele AF

Hãy cùng xem xét các ống kính zoom siêu tele. Như tôi đã viết trong tập 9 của “Giai thoại của Ohsone,” SIGMA đã phát hành SIGMA APO ZOOMτ 100-500mm F5.6-8 và SIGMA APO ZOOMω 350-1200mm F11 nối tiếp nhau vào năm 1986. Cả hai đều là những ống kính hiệu suất cao sử dụng kính SLD nhưng việc thêm chức năng AF đồng nghĩa với việc chúng tôi phải đối mặt với nhiều vấn đề hơn. Tất nhiên là khẩu độ tối, nhưng vấn đề đáng kể hơn nằm ở thiết kế của các ống kính tele và siêu tele vào thời điểm đó: cơ chế lấy nét phụ thuộc hoàn toàn vào nhóm thấu kính đầu tiên ở phía trước ống kính. Việc di chuyển các thành phần thấu kính lớn và nặng này bằng mô-tơ AF là phi thực tế – đối với các ống kính zoom như vậy, việc thiết kế cơ chế lấy nét trong (inner focusing) là rất quan trọng.
Nhưng cơ chế lấy nét trong cho ống kính zoom vẫn cần phải vượt qua một rào cản thiết kế lớn khác vào thời điểm đó: bất cứ khi nào tiêu cự thay đổi (zoom vào hoặc ra), thấu kính lấy nét phải di chuyển tương ứng để tránh bị mất nét.
SIGMA cuối cùng đã giải quyết được vấn đề này và với việc phát hành 28-105mm F4-5.6 UC ZEN vào năm 1993, đã hiện thực hóa một ống kính zoom có cơ chế lấy nét trong. Tuy nhiên, trước khi cơ chế lấy nét trong có thể được áp dụng cho các ống kính zoom siêu tele, một chương trình tính toán mới, cũng như nhiều cơ chế cam chuyên dụng, vẫn cần được thiết kế.

Công ty đầu tiên hiện thực hóa ống kính zoom siêu tele với cơ chế lấy nét trong là TAMRON, khi họ phát hành ống kính SP 200-400mm F5.6 IF vào năm 1994.

Vào thời điểm đó, SIGMA đã thử nghiệm các cấu trúc mới cho cơ chế lấy nét trong lấy cảm hứng từ ống kính EF 35-350mm F3.5-5.6 L của Canon và sau đó bắt đầu phát triển công nghệ lấy nét trong cho các ống kính siêu tele. Nói cách khác, trong giai đoạn này, SIGMA không chỉ cố gắng phát triển động cơ siêu âm mà còn cả cơ chế lấy nét trong cho các ống kính siêu tele của mình.

Bộ đôi zoom siêu tele

Tại PMA (một triển lãm thương mại máy ảnh của Mỹ) vào tháng 2 năm 1996, SIGMA đã sẵn sàng công bố APO 135-400mm F4.5-5.6 ASPHERICAL RF, ống kính siêu tele đầu tiên của chúng tôi có AF, nhờ vào cấu trúc cam lấy nét trong mới.
Các phản ứng tích cực một cách ấn tượng, nhưng vào lúc này, cố chủ tịch công ty Michihiro Yamaki đã có một ý tưởng đáng ngạc nhiên: “Liệu có thể chỉ thay đổi ba thành phần thấu kính đầu tiên của thiết kế 135-400mm để đạt được tiêu cự 500mm không?” Ngạc nhiên hơn nữa, câu trả lời từ đội ngũ thiết kế quang học là: “Có, điều đó là có thể!”
Và cứ như thế, thêm một ống kính zoom siêu tele nữa – APO 170-500mm F5-6.3 ASPHERICAL RF – đã ra đời và được phát hành cùng với 135-400mm vào năm 1996. Hai ống kính zoom siêu tele hỗ trợ AF này đã thành công ngoài mong đợi. Chúng đã trở thành những sản phẩm chủ lực của SIGMA.

Sau đó, dòng sản phẩm zoom siêu tele AF của SIGMA đã trở thành cái gọi là “bộ 3 hàng đầu” với sự bổ sung của APO 50-500mm F4.5-6.3 EX RF HSM mà tôi đã viết trong Tập 1.

Kỷ nguyên của zoom siêu tele

Do sự thành công vang dội của các ống kính zoom siêu tele, sự phát triển của các ống kính siêu tele một tiêu cự của SIGMA đã chậm lại kể từ năm 2000. Việc ra mắt SGV (SIGMA Global Vision) vào năm 2012 cũng không thay đổi được tình hình này nhiều. Chỉ có một ống kính một tiêu cự duy nhất, 500mm F4 DG OS HSM | Sports, đã được phát hành kể từ đó. Ống kính này nằm ở đỉnh cao tuyệt đối về hiệu suất quang học và khả năng AF, vượt xa bất kỳ ống kính zoom nào, nhưng thật khó để thấy những điểm kết quả hữu hình hướng tới sự chuyển dịch rõ ràng về sự quan tâm đối với các ống kính zoom siêu tele.

Zoom siêu tele trong kỷ nguyên mirrorless

Tôi muốn kết thúc loạt bài này bằng một cái nhìn ngắn gọn về các ống kính siêu tele trong kỷ nguyên máy ảnh không gương lật (mirrorless).
Khi tôi nghiên cứu các ống kính được tạo ra cho tiêu chuẩn Micro Four Thirds từ những ngày đầu của máy ảnh mirrorless, tôi đã ngạc nhiên trước độ chính xác của AF cũng như sự nhẹ nhàng và kích thước nhỏ gọn của các thấu kính lấy nét. Tôi tự hỏi, sẽ tuyệt vời biết bao nếu đạt được những đặc điểm tương tự cho các ống kính siêu tele full-frame hoặc ống kính đường kính lớn.
May mắn thay, tất cả mười một ống kính siêu tele hỗ trợ AF mà SIGMA đã phát triển đều sử dụng cơ chế lấy nét trong; chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu kỹ lưỡng về các thiết kế quang học dựa vào các thấu kính nhỏ của nhóm thấu kính phía sau để lấy nét.

Ống kính cuối cùng tôi muốn giới thiệu trong loạt bài này là 100-400mm F5-6.3 DG DN OS | Contemporary, ống kính zoom siêu tele mới nhất của SIGMA dành cho máy ảnh mirrorless. Ống kính này có hiệu suất quang học tốt nhất trong số các ống kính zoom siêu tele trong lịch sử của SIGMA, được sản xuất ở kích thước phù hợp với sự nhỏ gọn của máy ảnh mirrorless. Và vì thấu kính lấy nét nhẹ được di chuyển trực tiếp bởi động cơ, ống kính này hoạt động rất tốt với tất cả các tính năng AF mới nhất của máy ảnh mirrorless (chẳng hạn như AF nhận diện khuôn mặt và mắt).

Tôi sẽ rất vui mừng nếu loạt bài về siêu tele này kích thích bạn trải nghiệm những khả năng mới được tạo ra bởi ống kính siêu tele kỷ nguyên mirrorless của chúng tôi, và nếu bạn nhớ đến lịch sử phong phú của các ống kính siêu tele SIGMA – được giới thiệu trong tập 8, 9 và 10 của chuyên mục này – khi bạn thử dùng 100-400mm F5-6.3 DG DN OS | Contemporary.