Multi-layer Diffractive Optical (DO)-element

Na als eerste bedrijf zowel asferische als fluoriet-objectiefelementen op de markt te hebben gebracht, ontwikkelde Canon een technologie die eigenschappen van beide combineert. Deze multi-layer Diffractive Optical (DO)-element-technologie werd in september 2000 aangekondigd. Vervolgens werd op de Photokina 2000-beurs in Keulen een objectiefprototype getoond. Canon-objectieven uit de EF-serie waarin DO-technologie is verwerkt zijn te herkennen aan "DO" in hun naam, zoals de EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO IS USM. Voor Canon-objectieven uit de RF-serie, zoals de RF 800mm F11 IS STM, wordt daarentegen niet langer deze naamgevingsconventie gevolgd, dit om één lijn te trekken met de andere RF-objectieven, waarvan de naam ook geen objectiefmaterialen bevat.

Diffractive Optical (DO)-elementen maken gebruik van een diffractierooster dat de lichtbaan wijzigt. Je komt diffractie wel tegen op gewone objectieven wanneer een klein diafragma wordt gebruikt. De lichtbaan die dit diafragma passeert wordt enigszins gebogen, zodat het licht niet langer in een rechte lijn valt. Dit heeft gevolgen voor de scherpstelling en verlaagt de resolutie van het objectief. Vanwege deze diffractie leveren de meeste objectieven de beste prestaties met een diafragma ongeveer twee stops onder het maximum in plaats van met de kleinste diafragma’s.

Er kan echter een diffractierooster worden gebruikt om correcties door te voeren en aberratie te elimineren. Diffractieroosters lijken enigszins op miniatuurversies van de fresnel-objectieven die worden gebruikt in vuurtorens. Ze worden ook vaak gebruikt in spectroscopen en in de optische signaallezers van CD- en DVD-spelers.

Tot 2000 werden er nog geen diffractieve elementen gebruikt in cameraobjectieven aangezien wit licht ertoe neigt om bij het passeren van het rooster overmatig gebogen licht te produceren. Dit heeft lichtreflecties tot gevolg, waardoor de beeldkwaliteit afneemt.

Canon heeft dit probleem opgelost door een meerlaagse constructie te ontwikkelen, gemaakt van twee eenlaagse Diffractive Optical (DO)-elementen met tegenoverliggende concentrische ronde diffractieroosters. Wanneer licht het element binnendringt, wordt er geen overmatig afgebogen licht geproduceerd, en wordt praktisch al het licht gebruikt voor de afbeelding. Hierdoor wordt het mogelijk om een DO-element te gebruiken in een cameraobjectief.

De belangrijkste eigenschap van het DO-element is dat de golflengten (kleuren) die worden gecombineerd om een beeld te vormen, in omgekeerde volgorde op het focuspunt aankomen ten opzichte van een refractief optisch element. Door een multi-layer DO-element te combineren met een refractief optisch element in hetzelfde optische systeem, kan chromatische aberratie zelfs effectiever worden gecorrigeerd dan met een fluoriet-element. Bovendien kan door aanpassing van de dichtheid van het diffractierooster, het DO-element dezelfde optische eigenschappen bieden als een geslepen asferisch oppervlak, wat effectieve correctie biedt voor sferische en andere aberratie.

Door het gebruik van een DO-element kan een objectief ook veel compacter worden gemaakt dan dat deze zou zijn met een standaard teleobjectiefontwerp. De EF 400mm f/4 DO II IS USM is bijvoorbeeld ongeveer 26% korter en 36% lichter dan een equivalent niet-DO 400mm f/4-objectief.

In september 2014 kondigde Canon de EF 400mm f/4 DO II IS USM aan. Dit compacte superteleobjectief was het eerste objectief met een DO-element van de nieuwe generatie waarmee de overstraling werd beperkt die soms kon ontstaan in oudere DO-objectieven.

In het oorspronkelijke tweelaagse DO-ontwerp bevond zich tussen de twee diffractieroosters een laag met lucht. Door de luchtlaag en het materiaal van de roosters kon er wat ringvormige overstraling ontstaan rond heldere lichtbronnen in de afbeelding. Door over te gaan op een openingsloos ontwerp, plus het gebruik van een nieuw soort materiaal voor de roosters, kon overstraling grotendeels worden tegengegaan.

De tweelaagse DO zonder opening bevindt zich tevens lager in het objectief en is verder verwijderd van het voorste element in de EF 400mm f/4 DO II IS USM ten opzichte van de EF 400mm f/4 DO USM. Dit betekent dat het minder wordt blootgesteld aan ongewild licht, hetgeen overstraling kan veroorzaken. Een ander gevolg van deze aanpassing is dat de hoek van het licht dat het objectief bereikt, bijna loodrecht is, waardoor er minder licht wordt gereflecteerd en de kans op overstraling bij onderwerpen met tegenlicht nog verder wordt beperkt.

Zoals eerder vermeld, kan door het gebruik van multi-layer Diffractive Optical (DO)-elementen een objectief aanzienlijk kleiner worden gemaakt dan mogelijk is bij traditionele objectiefconstructie. Dit biedt vooral voordelen bij superteleobjectieven zoals de RF 600mm F11 IS STM en RF 800mm F11 IS STM, die zijn ontworpen voor gebruik op full-frame EOS R-systeemcamera’s.

De RF 600mm F11 IS STM is gebouwd met 10 elementen in 7 groepen, terwijl de RF 800mm F11 IS STM 11 elementen heeft in 8 groepen Beide bevatten een multi-layer DO-element.

Bij een lengte van 269,5 mm bij extensie (en gereed voor gebruik), is de RF 600mm F11 IS STM bijna 40% korter dan de EF 600mm f/4L IS III USM. Zo is de RF 800mm F11 IS STM bijna 24% korter dan de EF 800mm f/5.6L IS USM. Door deze reductie in lengte zijn de objectieven gemakkelijker vast te houden in de hand en krijgt de camera een betere balans, vooral bij het maken van opnamen zonder optionele battery grip.

Beide RF-objectieven hebben een intrekbaar ontwerp, wat inhoudt dat ze kunnen worden ingetrokken tot een lengte van respectievelijk 199,5 en 281,8 mm, waardoor ze makkelijk zijn mee te nemen en op te bergen. Met een vast diafragma zonder lamellen bij f/11, kunnen de objectieven tevens op aantrekkelijke wijze een zachte bokeh vastleggen, terwijl beeldstabilisatie voor scherpere beelden zorgt.

Door het gebruik van een vast diafragma kan het aantal variabelen worden beperkt waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van de objectieven. Hierdoor wordt het mogelijk de optische constructie te optimaliseren om op de best mogelijke wijze gebruik te maken van het DO-element en de beeldkwaliteit te maximaliseren.