Multi-layer Diffractive Optical Element

Avendo sperimentato sia le lenti asferiche sia quelle in fluorite, Canon ha continuato a sviluppare una tecnologia che combina le caratteristiche di entrambe. La tecnologia Multi-layer Diffractive Optical Element (DO, elemento ottico diffrattivo multilivello) è stata annunciata a settembre 2000 e un prototipo di obiettivo è stato presentato a Photokina 2000, a Colonia. Gli obiettivi della serie EF di Canon che integrano la tecnologia DO riportano la dicitura "DO" nel loro nome, ad esempio come EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO IS USM, anche se gli obiettivi della serie RF di Canon, come ad esempio RF 800mm F11 IS STM, non seguono più questa convenzione, allineandosi a tutti gli altri obiettivi RF, che non includono il materiale dell'obiettivo nei loro nomi.

Gli elementi ottici diffrattivi utilizzano un reticolo di diffrazione che altera il percorso dei raggi luminosi. Nelle lenti normali, si ha diffrazione quando si usa un'apertura piccola. I raggi di luce che passano attraverso questa apertura vengono leggermente curvati, in modo da non seguire più una linea retta. Ciò influisce sulla messa a fuoco e riduce la risoluzione dell'obiettivo. Questa diffrazione è la ragione per cui, nel caso della maggior parte degli obiettivi, si hanno prestazioni migliori con un'apertura di circa due stop al di sotto del massimo, piuttosto che con aperture più piccole.

Tuttavia, un reticolo di diffrazione può essere utilizzato per introdurre correzioni piuttosto che per creare aberrazioni. I reticoli di diffrazione assomigliano un po' a delle versioni in miniatura delle lenti di Fresnel utilizzate nei fari. Sono ampiamente utilizzati negli spettroscopi e nei sistemi di lettura del segnale ottico dei lettori CD e DVD.

Fino al 2000, gli elementi diffrattivi non erano stati utilizzati per le lenti delle macchine fotografiche perché la luce bianca tende a produrre una luce diffratta superflua quando passa attraverso il reticolo. In questo modo si creano flare, che peggiorano la qualità dell'immagine.

Canon ha risolto questo problema creando una costruzione multistrato composta da due elementi ottici diffrattivi multilivello con reticoli di diffrazione circolari concentrici opposti. Quando la luce incidente penetra l'elemento, non viene prodotta luce diffratta superflua e quasi tutta la luce viene utilizzata per l'immagine. Ciò rende possibile l'utilizzo di un elemento ottico diffrattivo per le lenti della fotocamera.

La caratteristica più significativa dell'elemento ottico diffrattivo è che le posizioni in cui le lunghezze d'onda si combinano per formare un'immagine sono invertite rispetto a quelle di un elemento ottico rifrattivo. Combinando un elemento ottico diffrattivo multilivello e un elemento ottico rifrattivo all'interno dello stesso sistema ottico, l'aberrazione cromatica può essere corretta in modo ancora più efficace che con un elemento in fluorite. Inoltre, regolando il passo (spaziatura) del reticolo di diffrazione, l'elemento ottico diffrattivo rende possibili le stesse caratteristiche ottiche di una superficie asferica molata e lucidata, che corregge efficacemente le aberrazioni sferiche e altre aberrazioni.

L'utilizzo di un elemento DO consente inoltre di rendere l'obiettivo molto più compatto di quanto lo sarebbe con un teleobiettivo standard. EF 400mm f/4 DO II IS USM, per esempio, è circa il 26% più corto e il 36% più luminoso dell'obiettivo equivalente 400mm f/4 non-DO.

Canon ha annunciato EF 400mm f/4 DO II IS USM a settembre 2014. Questo super teleobiettivo compatto introduce un elemento ottico diffrattivo di nuova generazione che riduce il flare che a volte può verificarsi nelle precedenti lenti DO.

L'originale design a doppio strato DO presenta uno strato d'aria tra i due reticoli di diffrazione. Quest'aria e il materiale che compone i reticoli possono causare un effetto flare a forma di anello intorno alle sorgenti di luce luminose nell'immagine. Passando a un design gapless, oltre all'uso di un nuovo materiale per i reticoli, si riduce il verificarsi del flare.

Il DO a doppio strato gapless è posizionato più in profondità nell'obiettivo e più lontano dall'elemento frontale in EF 400mm f/4 DO II IS USM rispetto a quanto accade in EF 400mm f/4 DO USM. Ciò significa che è meno esposto a luce indesiderata, che può causare flare. Un'altra conseguenza di questo cambiamento è che l'angolo della luce che raggiunge l'obiettivo è più vicino alla perpendicolare, quindi viene riflessa meno luce e si riduce ulteriormente la probabilità di flare con i soggetti retroilluminati.

Come già detto, l'utilizzo di un elemento ottico diffrattivo multilivello consente una costruzione dell'obiettivo notevolmente più piccola del normale. Questo si rileva particolarmente vantaggioso con super teleobiettivi come RF 600mm F11 IS STM e RF 800mm F11 IS STM, che sono progettati per essere utilizzati con fotocamere mirrorless full frame sistema EOS R.

RF 600mm F11 IS STM è progettato con 10 elementi in 7 gruppi, mentre RF 800mm F11 IS STM ha 11 elementi in 8 gruppi. Entrambi includono un elemento ottico diffrattivo multilivello.

Con la sua lunghezza di 269,5 mm da esteso e pronto per l'uso, RF 600mm F11 IS STM è circa il 40% più corto di EF 600mm f/4L IS III USM. Analogamente, RF 800mm F11 IS STM è circa il 24% più corto di EF 800mm f/5.6L IS USM. Questa riduzione della loro lunghezza di lavoro rende gli obiettivi più facili da usare a mano e più bilanciati sulla fotocamera, soprattutto quando si scatta senza un'impugnatura porta batteria opzionale.

I due obiettivi RF hanno anche un design retrattile, il che significa che possono retratti rispettivamente a 199,5 mm e 281,8 mm di lunghezza, il che li rende più facili da trasportare e da riporre. Con un'apertura senza lamelle fissa a F11, gli obiettivi sono in grado di offrire anche un bellissimo effetto bokeh, mentre la stabilizzazione dell'immagine crea immagini nitide.

L'utilizzo di un'apertura fissa riduce il numero di variabili che devono essere considerate nella progettazione degli obiettivi. Ciò consente di ottimizzare la costruzione ottica per sfruttare al meglio l'elemento DO e massimizzare la qualità dell'immagine.