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.