Objetivos BR, UD, asféricos y de fluorita

A veces, a los fotógrafos les gusta referirse a los objetivos como «cristales», pero, por supuesto, son mucho más complejos que meros trozos de cristal o de vidrio, y los elementos ópticos de los objetivos modernos pueden incluyen materiales como fluorita o plásticos, además de distintos tipos de cristal. Todos estos materiales, cada uno con propiedades únicas, se utilizan para mejorar el rendimiento óptico, desde reducir aberraciones hasta mejorar la nitidez y el contraste.

En esta guía veremos algunos de los materiales y tecnologías que se utilizan en las lentes y cómo contribuyen a mejorar la calidad de imagen.

¿Qué es la aberración cromática?
Objetivos de fluorita
Objetivos esféricos frente a objetivos asféricos
Fabricación de lentes asféricas
Vidrio de dispersión ultra baja
Elementos de Refracción de Espectro Azul (BR)

Cuando la luz pasa a través de un objetivo, se refracta, es decir, se desvía. Es más, los colores diferentes (longitudes de onda de la luz) se refractan a diferentes grados, es decir, la luz también se descompone en los colores que la componen, como la luz que pasa a través de un prisma.

A este fenómeno se le denomina aberración cromática. Significa que el objetivo no puede llevar todos los colores diferentes al mismo punto focal y produce una imagen borrosa. En el peor de los casos, se observa distorsión de color en algunos bordes.

La aberración cromática es inherente a los elementos de vidrio debido a las propiedades físicas del vidrio, pero el uso de otros materiales puede, en cierto punto, aliviar el problema. Cuanto menor sea el índice de refracción del material del objetivo, menos se desviará la luz y más nítida será la imagen. Del mismo modo, cuanto menor sea la relación de dispersión, menor será la ruptura de la luz, lo que facilitará la corrección de la aberración cromática.

Cabe destacar que, además de soluciones ópticas, Canon ha desarrollado métodos avanzados para manejar la aberración cromática de las imágenes en posproducción. La tecnología de red neuronal de Canon utiliza inteligencia artificial para analizar imágenes, detectar la aberración cromática y corregirla de forma inteligente, lo que produce imágenes claras nítidas y limpias con colores realistas.

La fluorita es un cristal natural con tres propiedades especiales que lo hacen sumamente adecuado para su uso en objetivos: transmite bien la luz infrarroja y ultravioleta, y tiene un índice de refracción muy bajo y una dispersión baja. Es decir, en comparación con las lentes de vidrio, las de fluorita reducen enormemente la aberración cromática.

Ya en el siglo XIX, los cristales de fluorita natural se utilizaban en lentes de microscopios, pero en la naturaleza la fluorita crece en cristales muy pequeños y así no resulta adecuada para objetivos fotográficos. Para resolver este problema, Canon desarrolla sus propios cristales de fluorita sintética en cantidades suficientes para crear objetivos fotográficos a partir de ellos.

La siguiente fase consiste en pulir la fluorita en los objetivos; otro desafío, ya que la fluorita es difícil de pulir. Sin embargo, los ingenieros de Canon desarrollaron una nueva técnica de rectificado para garantizar unas lentes de fluorita perfectas. El inconveniente es que se tarda cuatro veces más en pulir un elemento de fluorita que un elemento de vidrio, y esa es una de las razones del aumento del coste de un objetivo de la serie L de Canon. Sin embargo, el resultado son objetivos que eliminan la aberración cromática, lo que da como resultado imágenes más nítidas, ya que la luz se graba como un punto en lugar de como una nebulosa de colores.

El primer objetivo de Canon que contenía un elemento de fluorita fue el FL-F 300mm f/5.6, fabricado en 1969.

Al principio, todos los objetivos eran esféricos. Era la forma de objetivo más fácil de fabricar. Sin embargo, no son los más adecuados para ofrecer imágenes nítidas, ya que no pueden hacer que los rayos de luz paralelos converjan en el mismo punto. Esto causa un problema conocido como aberración esférica. Los diseñadores de objetivos descubrieron que una forma de objetivo asférica eliminaría este tipo de aberración, pues la curvatura del objetivo podría utilizarse para converger los rayos de luz en un único punto. Pero la teoría es una cosa y la práctica, otra.

El grado de asfericidad es tan pequeño que se crearon procesos de fabricación especiales para mantenerse dentro de la tolerancia de 0,1 micras requerida. La medición de la curvatura requiere una precisión aún mayor. Hasta 1971 no se fabricó el primer objetivo de cámara réflex con una lente asférica, el Canon FD55mm f/1.2AL. Pero no era perfecto. De hecho, se tardaron otros dos años en que las técnicas de fabricación alcanzaran los niveles necesarios para lograr grandes ganancias en nitidez de la imagen.

Hoy en día, las lentes asféricas se rectifican y pulen con tanta precisión que incluso si el grado de asfericidad se desvía 0,02 micras (1/50 000 de un milímetro) del ideal, la lente se rechaza.

Las lentes asféricas ayudan a compensar la distorsión de los objetivos gran angular y llegan a compensar (incluso eliminar) las aberraciones esféricas de los objetivos con un diafragma amplio. También permiten que Canon pueda producir objetivos más compactos de lo que antes era posible utilizando solo lentes esféricas. Esto es porque los diseños de los objetivos tradicionales a menudo implicaban montajes complejos de varias lentes para minimizar aberraciones, cuando un objetivo asférico puede hacer lo mismo; el resultado es un objetivo más compacto y ligero con una nitidez superior.

Las lentes asféricas rectificadas se debastan y pulen de forma individual con un nivel de precisión extremadamente preciso. El proceso es adecuado para distintos tipos de vidrio y se puede usar para producir lentes asféricas con grandes diámetros en comparación con los objetivos esféricos.

El rectificado y pulido de una lente asférica es un proceso largo y costoso, pero los avances en la fabricación ahora también permiten moldear los objetivos asféricos. Las lentes asféricas moldeadas en plástico (PMO) se forman inyectando resina óptica en un molde de superficie asférica; para finalizar la lente, se aplica un revestimiento. Estas lentes cuentan con la ventaja de pesar poco, poderse producir en gran cantidad a un coste más bajo y facilitar la gran mejora de la calidad de la imagen en objetivos de nivel básico.

Las lentes asféricas moldeadas con vidrio (GMo) de gran diámetro se fabrican con distintos tipos de vidrio óptico suavizado por altas temperaturas y, a continuación, moldeado en un molde de metal asférico. Naturalmente, los moldes deben fabricarse con gran precisión para garantizar que el vidrio fundido tenga exactamente la forma correcta. También deben tener en cuenta el cambio en las dimensiones de los elementos, una vez que el vidrio se ha enfriado y pulido.

El moldeado de vidrio permite fabricar grandes cantidades, y las lentes resultantes mantienen las propiedades de resistencia al calor y a los arañazos propias del vidrio. Aunque su fabricación sigue siendo un proceso de precisión, las lentes moldeadas son menos costosas de producir que las lentes rectificadas, lo que hace que su uso en objetivos de consumo sea factible.

En 1990, Canon desarrolló una cuarta tecnología para producir objetivos asféricos «réplica» utilizando una resina para lograr una capa superficial de objetivo asférico sobre una lente esférica. La resina óptica se añade sobre el objetivo de vidrio esférico, se presiona para que tome forma en un molde de prensa de superficie asférica y se deja endurecer a la luz ultravioleta. Este proceso se puede usar con distintos materiales de vidrio y tamaños de bases, lo que ofrece una gran flexibilidad de diseño. Además de ser rentables, las lentes asféricas réplica también son más ligeras que sus equivalentes rectificadas.

Como el único fabricante que utiliza cuatro tecnologías de producción de lentes asféricas, Canon puede adaptarse a las distintas necesidades, ya que puede elegir la tecnología más adecuada en función de lo que necesite cada lente.

La aparición del vidrio UD (de dispersión ultrabaja) y el vidrio Super-UD se produjo después de que Canon hubiera incorporado con éxito la fluorita en algunos de sus objetivos. El uso del vidrio óptico en lugar de la fluorita para corregir las aberraciones cromáticas resulta más rentable, por lo que Canon comenzó a dirigir sus investigaciones a objetivos de alto rendimiento fabricados con vidrio óptico. A lo largo de los años, Canon ha utilizado más de 100 tipos diferentes de vidrio en sus objetivos, cada uno con propiedades ligeramente diferentes.

El vidrio UD es similar a la fluorita en que tiene un índice de refracción bajo y una baja dispersión. Aunque no es tan bueno como la fluorita, su rendimiento es significativamente mejor que el del vidrio óptico normal. Por ello, el uso del vidrio UD ha permitido a Canon fabricar una gama de objetivos con un rendimiento superior a menor coste que antes.

En varios objetivos de la serie L se han combinado lentes de vidrio UD con lentes de fluorita para lograr resultados óptimos. La tecnología resulta adecuada para diferentes tipos de objetivos, desde gran angular hasta superteleobjetivo.

La luz azul (longitud de onda corta) es especialmente problemática para los ingenieros de objetivos, ya que es difícil corregir su trayectoria a través de una lente de la misma forma que la luz verde y roja de longitud de onda más larga, lo que significa que puede causar distorsiones azules.

Sin embargo, en agosto de 2015, Canon presentó el EF 35mm f/1.4L II USM, el primer objetivo que incorpora un elemento de Refracción de Espectro Azul (BR). El elemento BR utiliza un nuevo elemento óptico orgánico que tiene diferentes características de dispersión que los elementos estándar. Se coloca entre los objetivos de vidrio cóncavo y convexo para controlar la trayectoria de la luz azul y minimizar la aberración cromática.

Canon sigue desarrollando nuevos materiales ópticos para ampliar aún más las posibilidades de diseño y fabricación de objetivos. La tecnología de elemento óptico de difracción multicapa de Canon, por ejemplo, utiliza un fenómeno óptico para emular las características de las lentes asféricas y de fluorita y lograr objetivos más pequeños y ligeros, con un mejor rendimiento en aberturas más pequeñas.