Obiettivi in fluorite, asferici, UD e BR

A volte i fotografi usano in modo improprio il termine "vetro" per riferirsi agli obiettivi, ma ovviamente si tratta di molto più che semplici pezzi di vetro; anzi, a volte gli elementi ottici degli obiettivi moderni non sono nemmeno in vetro. Possono essere fatti, ad esempio, di fluorite.

La fluorite è un cristallo presente in natura con tre proprietà speciali che la rendono estremamente adatta alla fabbricazione di obiettivi: trasmette bene la luce infrarossa e ultravioletta, ha un indice di rifrazione molto basso e una bassa dispersione.

Cosa significa per le tue immagini? Quando la luce attraversa una lente, si rifrange, ovvero si piega. Inoltre, si scinde nei colori fondamentali, proprio come quando attraversa un prisma. A un indice di rifrazione inferiore del materiale dell'obiettivo corrisponde una minore curvatura della luce e una maggiore nitidezza dell'immagine. Analogamente, a un rapporto di dispersione inferiore, corrisponde una minore scissione della luce che semplifica la correzione dell'aberrazione cromatica.

L'aberrazione cromatica è intrinseca agli elementi in vetro. Il problema si verifica perché l'obiettivo non è in grado di far convergere tutti i diversi colori (lunghezze d'onda della luce) nello stesso punto di messa a fuoco e, nel peggiore dei casi, sono visibili aloni colorati lungo i bordi. Gli elementi ottici in fluorite hanno un indice di rifrazione inferiore, che riduce questo effetto.

Già nel XIX secolo, i cristalli naturali di fluorite venivano usati nelle lenti dei microscopi, ma in natura la fluorite si trova in cristalli molto piccoli, che non sono adatti agli obiettivi fotografici. Per ovviare a questo problema, Canon sviluppa artificialmente i propri cristalli di fluorite in quantità tali da permettere la fabbricazione di obiettivi fotografici.

Il passo successivo consiste nel molare la fluorite per ricavarne le lenti e rappresenta un'altra sfida, dal momento che la fluorite è difficile da molare. Tuttavia, gli ingegneri di Canon hanno sviluppato una tecnica di molatura innovativa che garantisce elementi ottici perfetti. Lo svantaggio è che la molatura degli elementi in fluorite richiede tempi quattro volte più lunghi rispetto al vetro, tra i motivi alla base del prezzo più alto degli obiettivi serie L. Il risultato, tuttavia, è un obiettivo che elimina del tutto l'aberrazione cromatica, regalando immagini più nitide, dal momento che la luce viene registrata come un punto e non come un insieme indistinto di colori.

Il primo obiettivo Canon con un elemento in fluorite è stato l'obiettivo FL-F 300mm f/5.6, prodotto nel 1969.

Inizialmente tutte le lenti erano sferiche. Sono le lenti più semplici da realizzare, ma non sono ideali per ottenere immagini nitide, in quanto non riescono a far convergere nello stesso punto raggi di luce paralleli. Ciò causa il problema denominato aberrazione sferica. I progettisti di obiettivi hanno poi scoperto che una lente asferica avrebbe eliminato questo tipo di aberrazioni poiché la sua curvatura poteva essere utilizzata per far convergere i raggi di luce in un unico punto. Tuttavia, conoscere la teoria è una cosa, metterla in pratica è un'altra.

Il grado di asfericità è talmente piccolo che sono stati creati processi produttivi ad hoc per rimanere all'interno della tolleranza richiesta di 0,1 micron. Misurare la curvatura richiede una precisione ancora maggiore. Si è dovuto aspettare il 1971 per vedere il primo obiettivo per fotocamera reflex con lente asferica. Ciononostante, non era perfetto. Sono serviti altri due anni prima che le tecniche produttive raggiungessero i livelli necessari per ottenere evidenti miglioramenti della nitidezza dell'immagine.

Oggi, le lenti asferiche vengono molate e lucidate con una precisione tale che se il grado di asfericità si discosta di soli 0,02 micron (un cinquantamillesimo di millimetro) dall'ideale, l'elemento viene scartato.

Le lenti asferiche contribuiscono a compensare la distorsione negli obiettivi grandangolari e a compensare (o persino eliminare) le aberrazioni sferiche negli obiettivi con un'ampia apertura massima. Permettono, inoltre, a Canon di produrre obiettivi più compatti rispetto a quanto era possibile fare usando soltanto lenti sferiche.

La molatura e la lucidatura di una lente asferica sono processi lunghi e costosi, ma oggi i progressi produttivi consentono anche di ottenere lenti asferiche stampate. Naturalmente gli stampi devono essere realizzati con la massima precisione per garantire che il vetro fuso assuma la forma esatta. È necessario, inoltre, tenere in considerazione la variazione delle dimensioni dell'elemento dopo che il vetro si è raffreddato ed è stato lucidato.

Sebbene sia un processo di precisione, la produzione di elementi stampati è meno costosa rispetto a quella di elementi molati, il che li rende adatti per gli obiettivi di largo consumo.

Il vetro UD (ultra-low dispersion) e il vetro Super-UD hanno fatto la propria comparsa dopo che Canon è riuscita a integrare la fluorite in alcuni dei suoi obiettivi. Usare il vetro ottico invece della fluorite per correggere le aberrazioni cromatiche è più conveniente, perciò Canon ha concentrato la propria ricerca su obiettivi a elevate prestazioni realizzati in vetro ottico. Negli anni Canon ha utilizzato più di 100 tipi di vetro nei propri obiettivi, tutti con proprietà leggermente diverse.

Il vetro UD è simile alla fluorite perché ha un basso indice di rifrazione e una bassa dispersione. Pur non essendo all'altezza della fluorite, offre prestazioni notevolmente migliori del comune vetro ottico. Perciò, grazie al vetro UD Canon è riuscita a realizzare una gamma di obiettivi con prestazioni superiori e costi più contenuti rispetto al passato.

In molti obiettivi serie L, sono stati combinati elementi in vetro UD e in fluorite per ottenere risultati ottimali. Questa tecnologia si adatta a diversi tipi di obiettivi, dal grandangolare al teleobiettivo.

La luce blu (lunghezza d'onda corta) crea particolari problemi agli ingegneri ottici, poiché è difficile correggerne il percorso attraverso una lente allo stesso modo della luce verde e rossa (maggiori lunghezze d'onda), determinando la possibile creazione di bordi blu.

Tuttavia, nell'agosto 2015 Canon ha presentato EF 35mm f/1.4L II USM, il primo obiettivo dotato di elemento ottico rifrangente dello spettro del blu (BR). L'elemento BR usa un nuovo elemento ottico organico con caratteristiche di dispersione diverse dagli elementi standard. Si trova tra due lenti di vetro, una concava e una convessa, per controllare il percorso della luce blu e ridurre al minimo l'aberrazione cromatica.

Canon continua a sviluppare nuovi materiali ottici per ampliare ulteriormente le possibilità di progettazione e fabbricazione dei propri obiettivi. Ad esempio, la tecnologia Multi-layer Diffractive Optical Element (elemento ottico diffrattivo multilivello) di Canon combina le caratteristiche degli elementi asferici e in fluorite per garantire a obiettivi più piccoli e leggeri prestazioni superiori ad aperture ridotte.