Het vakmanschap achter het Canon EF 85mm f/1.4L IS USM-objectief: de ontwikkelaars aan het woord

Toen Canon begon met de ontwikkeling van de nieuwe EF 85mm f/1.4L IS USM, was hun doel eenvoudig: het merk wilde de nieuwste technologieën ’zonder voorbehoud' gebruiken om een baanbrekend portretobjectief te produceren. Het gebeurt niet vaak dat de objectiefontwerpers zelf in de kijker staan, maar in dit artikel vertellen ze alles over de aandacht voor details en ontwerpexpertise die nodig waren voor dit objectief. Het nieuwe objectief heeft niet alleen specificaties die alle hoofden doen draaien, maar biedt fotografen ook een ongeëvenaarde combinatie van beeldkwaliteit en gebruiksvriendelijkheid.

Yamaguchi, Product Planning Lead bij Canon

De EF 85mm f/1.4L IS USM is het vierde 85mm-objectief in de Canon EF-reeks en de opvolger van de EF 85mm f/1.2L USM, EF 85mm f/1.8 USM en EF 85mm f/1.2L II USM. Yamaguchi legt uit waarom dit nieuwe objectief zo belangrijk is en waar het precies thuishoort in het assortiment van Canon.

"85mm-objectieven zijn erg populair voor portretfotografie", aldus Yamaguchi. "Maar in het huidige assortiment schrikt de prijs van de EF 85mm f/1.2L II USM veel gebruikers af, terwijl veel EF 85mm f/1.8 USM-gebruikers een grotere bokeh willen."

"Tijdens het plannen van de EF 85mm f/1.4L IS USM hebben we gepraat met heel wat professionele fotografen, vooral huwelijksfotografen. Zij zouden dit soort objectief erg vaak kunnen gebruiken. Ze vertelden ons dat de EF 85mm f/1.2L II USM erg geliefd is omwille van zijn uitstekende expressie en bokeh, dankzij zijn grote diafragma. Maar omdat het objectief zo zwaar is, wordt de gebruiker na een tijdje moe. Bovendien is de autofocus niet altijd snel genoeg. Hoewel het een objectief is met een groot diafragma en enkele brandpuntsafstand, vinden sommigen dat het toevoegen van beeldstabilisatie ervoor zou zorgen dat ze zorgeloos kunnen fotograferen."

Iwamoto, Optical Design Lead bij Canon

Iwamoto praat over de belangrijkste doelen van het optische ontwerp, zoals de hoge resolutie, het grootste diafragma en de uitstekende bokeh aan de randen... En hoe alles binnen een strikt beperkte grootte en beperkt gewicht moest passen.

In 2006 lanceerde Canon de EF 85mm f/1.2L II USM als stokpaardje wat betreft bereik. Het objectief heeft een onklopbare reputatie om zijn uitstekende bokeh. Het optische ontwerp van de EF 85mm f/1.4L IS USM neigt meer naar scherpe aflijning, maar behoudt de rijke expressie van zijn oudere broer.

"We wilden het evenwicht vinden tussen een heldere resolutie in het midden van het scherm, wat een kenmerk is van de L-objectieven, en een prachtige bokeh aan de randen, wat ideaal is voor portretfoto's waarbij het onderwerp centraal staat. En dat alles met een realistisch gewicht en dito grootte en kostprijs."

"Alle lenzen in een mid-teleobjectief met groot diafragma moeten een bepaalde diameter groot zijn. Hoe groter de diameter van de beeldstabilisator in een groot, zwaar objectief, hoe groter de afmetingen en het gewicht van het eindproduct. Dus moesten we de diameter en het gewicht van het stabilisatiesysteem verkleinen."

Meestal is de diameter van de lenzen vooraan groter dan die van de lenzen achteraan. De lenzen bij het diafragma hebben de kleinste diameter. De oplossing was dat we het stabilisatiesysteem aan de vattingszijde van het objectief zetten, dicht bij het diafragma. (Fig. 1)

Ondanks alles is het onmogelijk onder een bepaald gewicht te gaan. Het stabilisatiesysteem van dit objectief is ongeveer even groot en zwaar als dat van het EF 400mm f/2.8L IS II USM-superteleobjectief. (Fig. 2)

Het nieuwe optische ontwerp kon alleen werken door de grote diameter van de EF-objectiefvatting op Canon DSLR's.

"Hoe verder het diafragma (EMD-eenheid) verwijderd is van de achterkant van het optische systeem (vattingszijde), hoe groter de diameter van de achterste lens moet zijn. Zo werkt optisch ontwerp. Omdat de beeldstabilisator ook aan de vattingszijde zit, moeten de onderdelen in deze volgorde worden geplaatst: voorste lens, diafragma, beeldstabilisator, achterste lensgroep.

Omdat het diafragma relatief ver van de vatting zit in dit objectief (zie fig. 3 hieronder), moet de diameter van de achterste lensgroep groter zijn. En omdat objectieven met een groot diafragma al elementen bevatten met een grote diameter en de objectiefdiameter groter wordt als het objectief ook een beeldstabilisator heeft, moet het diafragma naar achteren worden geplaatst. Het was moeilijk om het stabilisatiesysteem en de achterste lensgroep met zo weinig mogelijk lenzen te ontwerpen en tegelijk optimale optische prestaties te behouden."

De brede EF-vatting is een van de factoren die het optische ontwerp van de EF 85mm f/1.4L IS USM mogelijk maakten.

De integratie van een stabilisator was niet de enige uitdaging voor het optische ontwerpteam. De vereiste grootte en het vereiste gewicht van het nieuwe objectief betekenden dat we ook een speciale scherpstelgroep moesten ontwerpen (fig. 3 hierboven).

"Als we het volledige objectief binnen beperkte afmetingen wilden realiseren, moesten zowel de scherpstelgroep als de optische stabilisator licht zijn en konden ze slechts beperkt bewegen. Voor dit objectief gebruikten we een nieuwe optische volgorde, vanaf de voorzijde van het objectief: voorste groep, scherpstelgroep, diafragma, optische stabilisator en achterste groep."

De stabilisatie- en scherpstelsystemen waren echter niet de enige aspecten waarmee het team rekening moest houden bij het ontwerpen: het nieuwe objectief moest ook een uitstekende aberratiecorrectie hebben. "De belangrijkste factor voor de EF 85mm f/1.4L IS USM is het corrigeren van de axiale chromatische aberratie en sferische aberratie. Omdat de scherptediepte erg laag is, moet ook de veldkromming worden gecorrigeerd om een hoge beeldkwaliteit te krijgen. Glas met een hoge brekingsindex en glas met afwijkende dispersiekenmerken zijn uitstekend om deze afwijkingen te corrigeren."

Het belang van glastechnologie, materialen en vooruitgang wordt vaak over het hoofd gezien. Iwamoto legt uit dat meer dan de helft van de glazen onderdelen in de EF 85mm f/1.4L IS USM gemaakt zijn van materialen die nog niet in de praktijk werden gebruikt toen de EF 85mm f/1.2L II USM in maart 2006 op de markt verscheen.

De correctie van axiale chromatische aberratie (kleurschifting in wazige gebieden) is belangrijk bij elk objectief dat bedoeld is voor gebruik met een groot diafragma. Gelukkig had het Canon-team de oplossing.

"Om de axiale chromatische aberratie te corrigeren, plaatsten we glas met afwijkende dispersiekenmerken voor of dicht bij het diafragma. Daarbij gebruikten we glas met een hoge brekingsindex voor de positieve lens, wat cruciaal is om de kenmerken van het beeldveld te verbeteren. In dit objectief worden chromatische aberratie en beeldveld verbeterd door de optimale glasopstelling: het objectief heeft zowel een hoge brekingsindex als afwijkende dispersiekenmerken."

Door het gebruik van nieuwe glassoorten en asferische objectieven die toen nog niet bestonden toen de EF 85mm f/1.2L II USM werd ontwikkeld, kon het ontwerpteam elk soort aberratie corrigeren en tegelijk het objectief kleiner maken.

Maar er was nog een technische uitdaging die ze moesten overwinnen: ghosting. "Voor dit objectief gebruikten we een gecementeerd objectief met drie elementen als achterste lens. Het is moeilijk om de assen van de drie lenzen precies op elkaar af te stemmen in een gecementeerd objectief met drie elementen, maar omdat de lensoppervlakken van het achterste element bijzonder gevoelig zijn voor reflecties, besloten we dit te gebruiken om het contactoppervlak met de lucht te verkleinen. En hoewel we door de beeldstabilisatie meer lenzen in het objectief moesten verwerken, konden we de reflecties tot een minimum beperken."

Okuda, Mechanical Design Lead bij Canon

Okuda praat over de mechanische uitdagingen van de beeldstabilisatie in het ontwerp van dit nieuwe objectief. Het klinkt misschien als een doodnormale vraag, maar Okuda legt uit dat beeldstabilisatie toevoegen en tegelijk de operationele prestaties behouden die fotografen verwachten, niet zo eenvoudig was.

"Het ontwikkelingsteam dacht eerst dat het bijna onmogelijk zou zijn om een niet te groot, redelijk geprijsd 85mm f/1.4-objectief met beeldstabilisatie te maken, zoals de afdeling voor productplanning vroeg.

"Maar we hoopten dat het zou lukken als we de volgorde van de optische elementen veranderden, nieuwe glaselementen gebruikten en compacte mechanische componenten op schaal 0,1 mm in lagen gebruikten."

Okuda legt uit welke invloed de grootte- en gewichtsbeperkingen hebben op de werking van de autofocus- en beeldstabilisatiesystemen van de EF 85mm f/1.4L IS USM.

"Ultrasonische motoren (USM's), ofwel de actuatoren achter de autofocus, bestaan in verschillende uitvoeringen, afhankelijk van de diameter. Om de buitenste diameter klein genoeg te houden om lang uit de hand te fotograferen, besloten we een relatief klein type USM te gebruiken. Dit type is verwerkt in veel EF-objectieven, zoals de EF 35mm f/2 IS USM en EF 85mm f/1.8 USM. We begonnen bij het optische systeem en onderzochten het ontwerp met de optische ontwerpleider, zodat elk onderdeel binnen de beperkte USM-diameter zou passen."

De huidige EF 85mm f/1.2L II USM gebruikt een USM met grote diameter in de EF 400mm f/2.8L IS II USM superteleobjectieven. Hieronder zie je hoeveel kleiner de USM in de EF 85mm f/1.4L IS USM is.

Bij een objectief met groot diafragma is de scherptediepte erg laag en moet de autofocus extreem nauwkeurig zijn. Zoals je zou verwachten, is de scherpstelgroep van dit type objectieven ook zwaar en is de duurzaamheid van het hele transportmechanisme belangrijk.

"We gebruiken uiterst slijtvaste kogellagers in het transportmechanisme van dit objectief om de belasting te verminderen en de resolutie en nauwkeurigheid te verbeteren. De kogellagers dragen ook bij tot de snelle autofocus. De zware scherpstelgroep moet worden aangedreven door de beperkte kracht van de motor, maar het scherpstelobjectief kan snel worden bediend omdat de kogellagers het werk verlichten."

Het beeldstabilisatiemechanisme was een bijzondere uitdaging op mechanisch vlak: de stabilisatiegroep in dit objectief is ongeveer even groot en zwaar als die van een superteleobjectief.

"We moesten een beeldstabilisator met een redelijke grootte ontwerpen, waarbij het transportsysteem inbegrepen was. Daarom verminderden we de transportbelasting door een transportmechanisme met extreem lage wrijving te gebruiken. Dat mechanisme werkt met meerdere keramische lagers voor de bewegende onderdelen. Zo verminderen we de nodige transportkracht en wordt de beeldstabilisator compacter en lichter."

De ontwikkelaars hebben een beeldstabilisatie-effect met vier stops gecreëerd (85mm-brandpuntsafstand met een EOS-1D X Mark II, die voldoet aan de CIPA-normen).

Er is nog een aspect van mechanische prestaties dat vaak over het hoofd wordt gezien, namelijk de betrouwbaarheid. Dan gaat het niet alleen over de duurzaamheid en consistente kwaliteit op lange termijn, maar ook over de bestendigheid van het objectief tegen stoten en schokken bij normaal gebruik. Okuda legt uit welke oplossingen Canon heeft bedacht en ontworpen om die betrouwbaarheid te optimaliseren.

"Hoewel we oplossingen hebben bedacht voor een lichtgewicht ontwerp, is de impact van schokken, zoals valpartijen, niet te onderschatten. Het objectief weegt immers nog steeds bijna 1 kg. Om de betrouwbaarheid te verbeteren, hebben we een schokdemper aan de voorkant van het objectief gezet. De filterhouder is zo ontworpen dat die zich terugtrekt wanneer je erop duwt. De schokdemper verspreidt de impact wanneer iets tegen het uiteinde van het objectief stoot."

Het kan gebruikers verbazen dat sommige objectieven ingebouwde schokdempers hebben, maar dit is een van de resultaten van het grondige, gedetailleerde denkwerk achter het ontwerp van Canons L-objectieven.

"We besloten een schokdemper te gebruiken omdat dit een objectief is met een vaste lengte en een groot diafragma. Dit gebruiken we niet bij alle EF-objectieven, maar alleen wanneer het nodig is op basis van de configuratie en simulaties van het objectief. Naast dit objectief gebruiken we ook schokdempers in de EF 24-70mm f/4L IS USM, EF 11-24mm f/4L USM, EF 35mm f/1.4L II USM en EF 24-105mm f/4L IS II USM."

De conclusie van Yamaguchi

Yamaguchi vindt de EF 85mm f/1.4L IS USM een ideaal objectief voor portretfotografie door zijn uitstekend gebalanceerde resolutie, beeldstabilisatie, gewicht en grootte.

"Als je binnen of bij weinig licht fotografeert, zijn je foto's dankzij dit objectief haarscherp zonder dat je de ISO-instellingen moet aanpassen. Het objectief weegt weinig en beschikt over beeldstabilisatie, dus kun je uit de hand fotograferen zonder moe te worden. We zijn benieuwd naar wat je zult vinden van de ongeziene expressie van dit objectief. Dit was tot nu toe niet mogelijk."