Elemento óptico de difracción multicapa

Tras ser pioneros en elementos de objetivo asféricos y de fluorita, en Canon desarrollamos una tecnología que combina las características de ambos. En septiembre de 2000, se anunció la tecnología de elemento óptico de difracción (DO) multicapa y se mostró un prototipo de objetivo en la exhibición Photokina 2000 en Colonia. Los objetivos de la serie EF de Canon que incorporan tecnología DO llevan las letras «DO» en el nombre, como el EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO IS USM, aunque los objetivos de la serie RF de Canon, como el RF 800mm F11 IS STM, ya no siguen esta nomenclatura para alinearlos con el resto de objetivos RF, que no incluyen los materiales del objetivo en el nombre.

Los elementos de óptica de difracción utilizan una red de difracción que modifica la ruta de los rayos de luz. La difracción se encuentra en objetivos normales cuando se utiliza una abertura pequeña. Los rayos de luz que pasan a través de esta abertura se doblan muy ligeramente, por lo que ya no se desplazan en línea recta. Esto afecta al enfoque y reduce la resolución del objetivo. Esta difracción es el motivo por el que muchos objetivos ofrecen el mejor rendimiento a una abertura aproximada de dos pasos por debajo del máximo, en lugar de en las aberturas más pequeñas.

Sin embargo, se puede usar una red de difracción para introducir correcciones en lugar de crear aberraciones. Las redes de difracción se parecen un poco a versiones en miniatura de los objetivos Fresnel utilizados en un faro. Se utilizan ampliamente en espectroscopios y en los sistemas ópticos de lectura de señales de los reproductores de CD y DVD.

Hasta 2000, los elementos de difracción no se habían utilizado en objetivos para cámaras porque la luz blanca tiende a producir luz difractada superflua a medida que pasa por la red. Esto produce velo óptico, que degrada la calidad de imagen.

Canon ha resuelto este problema creando un diseño multicapa a partir de dos elementos de óptica de difracción de una sola capa con redes de difracción circulares concéntricas opuestas. Cuando la luz incidental entra en el elemento, la luz difractada superflua no se produce y casi toda la luz se utiliza para la imagen. Esto permite utilizar un elemento óptico de difracción en un objetivo para cámara.

La característica más significativa del elemento óptico de difracción es que las posiciones en las que se combinan las longitudes de onda para formar una imagen están invertidas en relación con las de un elemento óptico de refracción. Mediante la combinación de un elemento óptico de difracción multicapa y un elemento óptico de refracción dentro del mismo sistema óptico, se puede corregir la aberración cromática incluso de forma más eficaz que con un elemento de fluorita. Además, ajustando la separación (espaciado) de la red de difracción, el elemento óptico de difracción permite las mismas características ópticas que una superficie asférica desbastada y pulida, de forma que se corrigen eficazmente las aberraciones esféricas y de otro tipo.

El uso de un elemento DO también permite que el objetivo sea mucho más compacto de lo que sería con un diseño de teleobjetivo estándar. El EF 400mm f/4 DO II IS USM, por ejemplo, es un 26 % más corto y un 36 % más ligero que un objetivo de 400 mm y f/4 que no sea DO.

En septiembre de 2014, Canon anunció el EF 400mm f/4 DO II IS USM. Este superteleobjetivo compacto introdujo por primera vez un elemento óptico de difracción de nueva generación que reduce el velo óptico que se puede producir a veces en objetivos DO anteriores.

El diseño DO de doble capa original intercala una capa de aire entre las dos redes de difracción. Este aire y el material que compone las redes pueden provocar cierto velo óptico con forma de anillo alrededor de las fuentes de luz brillantes en la imagen. El cambio a un diseño sin separación, además del uso de un nuevo material para las redes, reduce la aparición de velo óptico.

El elemento DO de doble capa sin separación también está colocado a mayor profundidad en el objetivo y más lejos del elemento frontal en el EF 400mm f/4 DO II IS USM que en el EF 400mm f/4 DO USM. Esto significa que está menos expuesto a la luz no deseada, que puede provocar velo óptico. Otro impacto de este cambio es que el ángulo de la luz que llega al objetivo está más cerca de ser perpendicular, por lo que se refleja menos luz y se reduce aún más la posibilidad de que aparezca velo óptico en los sujetos retroiluminados.

Como ya se ha mencionado, el uso de un elemento óptico de difracción multicapa permite que el objetivo sea bastante más pequeño que una estructura del objetivo tradicional. Esto resulta especialmente beneficioso en superteleobjetivos como el RF 600mm F11 IS STM y el RF 800mm F11 IS STM, diseñados para su uso en cámaras mirrorless Full Frame del sistema EOS R.

El RF 600mm F11 IS STM se ha diseñado con 10 elementos en 7 grupos, mientras que el RF 800mm F11 IS STM tiene 11 elementos en 8 grupos, y ambos incluyen un elemento óptico de difracción multicapa.

Con una longitud de 269,5 mm cuando está extendido y listo para su uso, el RF 600mm F11 IS STM es casi un 40 % más corto que el EF 600mm f/4L IS III USM. Del mismo modo, el RF 800mm F11 IS STM es casi un 24 % más corto que el EF 800mm f/5.6L IS USM. Esta reducción en su longitud útil hace que los objetivos sean más fáciles de usar a mano y se sientan más equilibrados en una cámara, especialmente al capturar sin una empuñadura batería opcional.

Ambos objetivos RF también cuentan con un diseño plegable que permite contraerlos hasta 199,5 mm y 281,8 mm respectivamente, por lo que son más fáciles de transportar y guardar. Con una abertura sin hojas fija de f/11, los objetivos también pueden capturar un atractivo y suave efecto bokeh, mientras que la estabilización de imagen ayuda a conseguir imágenes nítidas.

El uso de una abertura fija reduce el número de variables que deben tenerse en cuenta en el diseño de los objetivos. Esto permite optimizar la estructura óptica para hacer el mejor uso del elemento DO y maximizar la calidad de imagen.