Canon brevetta dei super-teleobiettivi DO con funzione Macro

Canon ha da poco sottoposto un brevetto per dei superteleobiettivi con tecnologia diffrattiva e funzionalità macro.

Gli estremi di questo brevetto sono:

• Patent Publication No. 2012-242742;
• Release Date 2012.12.10;
• Filing date 2011.5.23

La tecnologia Diffractive Optics viene sviluppata ed impiegata da Canon per ridurre il peso e le dimensioni degli obiettivi più voluminosi, cioè i super tele obiettivi, ma pare che l'integrazione di capacità Macro in un obiettivo DO sia tutt'altro che agevole.

Inoltre, si deve comunque cercare di ridurre le aberrazioni che vengono introdotte, ma anche le problematiche relative al gruppo di messa a fuoco.

In generale, un obiettivo dovrebbe avere un autofocus veloce e preciso. Questo diventa più difficile che si verifichi in un teleobiettivo se il gruppo di messa a fuoco deve muoversi su una distanza relativamente lunga, in tal caso potrebbe essere preciso, ma difficilmente sarebbe veloce.

Prima di trattare un pò più nello specifico gli esempi applicativi di questo brevetto, vediamo quali sono le scelte operate dai ricercatori Canon.

Innanzitutto, come detto, l'utilizzo di ottiche diffrattive accorcia la distanza operativa di messa a fuoco, consentendo una messa a fuoco più veloce.

Inoltre, il gruppo di messa a fuoco può essere collocato all'interno, quindi non si ha un allungamento o accorciamento della lente durante la messa a fuoco e ciò rende possibile l'ulteriore accorciamento della distanza di messa a fuoco la quale, tra l'altro risultererebbe ulteriormente più veloce. Di contro, le aberrazioni hanno grosse variazioni agli estremi della messa fuoco.

Canon ha introdotto in questo brevetto un'altra innovazione: la divisione della messa a fuoco su due o più gruppi consentendo di dividere su di essi sia l'escursione che la sensibilità. Il problema che si presenta è che su alcuni range di ingrandimenti macro le aberrazioni diventano molto difficili da correggere, in quanto richiedono un'incremento di dimensioni, quindi di peso, del gruppo di messa a fuoco, il quale si traduce inevitabilmente in un sistema AF più lento e più dispendioso sul piano energetico.

Ad ogni modo, potrebbero essere necessari più motori di messa a fuoco, uno per ogni gruppo, questo potrebbe complicare ancora di più la costruzione della lente, aumentarne leggermente il peso ed il dispendio energetico.

Ma vediamo adesso gli esempi applicativi di questo brevetto. Il primo è un EF 400 f/4 DO Macro 2:1 per il quale la figura che ne schematizza la configurazione ottica è la seguente:

Le caratteristiche sono le seguenti:

• Focal length f = 400.00mm
• Fno. = 4.12
• 2ω = 6.20 ° angle of view
• Image height 21.64mm
• 300.00mm length lens
• BF 55.00mm
• β = -2
• (For the second focus group 2,4) consists of four groups of positive and negative positive negative
• (One side of the image, such as the most protective glass) x 19 lens elements in 12 groups composed
• Maximum effective diameter 97.09mm
• Five 5-sided aspherical
• DOE 1 surface
• Two fluorite
• 1 UD glass sheet
• One low-dispersion glass

Dove DOE è l'elemento di lente difrattiva, UD è la lente ultra-low dispersion. Il comportamento della lente sul piano dell'aberrazione sferica, dell'astigmatismo, della distorsione e dell'aberrazione cromatica di ingrandimento in posizione inf è dato dalla seguente figura:

Ad ulteriore prova che trattasi di una lente macro viene riportato il comportamento della lente in tale modalità:

A ben vedere, il comportamento di un 400 mm in utilizzi macro non è lusinghiero e questo anche per il forte ingrandimento scelto in questa configurazione di esempio: 2:1.

Volendo prestazioni migliori, i tecnici Canon hanno scelto una configurazione macro un pò meno spinta, cioè hanno utilizzato un fattore β più piccolo, scegliendo di utilizzare la seguente configurazione ottica:

Questa volta le caratteristica sono le seguenti:

• Focal length f = 390.99mm
• Fno. = 4.12
• 2ω = 6.34 ° angle of view
• Image height 21.64mm
• 256.40mm length lens
• BF 62.35mm
• β = -0.7
• (For the second focus group 2,4) consists of four groups of positive and negative positive negative
• (One side of the image, such as the most protective glass) x 16 elements in 12 groups lens configuration
• Maximum effective diameter 94.90mm
• Four four-sided aspherical
• DOE 1 surface
• 2 UD glass sheets
• Two low-dispersion glass

Questa volta, il comportamento della lente sul piano dell'aberrazione sferica, dell'astigmatismo, della distorsione e dell'aberrazione cromatica di ingrandimento in posizione inf è dato dalla seguente figura:

Mentre, in posizione mod si ha il seguente comportamento:

Come si può ben vedere questa configurazione è più utilizzabile e soffre di limitate variazioni delle aberrazioni tra le due configurazioni, quindi l'ingrandimento macro ottimale per una siffatta lente è pari a 0,7 e sono molti gli esempi di obiettivi con questo fattore di ingrandimento.

Per suffragare ogni dubbio su questa tecnologia sono stati studiati altri esempi di teleobiettivi macro ma a 600 mm e 800 mm.

La configurazione ottica del 600 mm f/4 Macro 1:1 usata per lo studio è stata la seguente:

Le caratteristiche scelte sono state le seguenti:

• Focal length f = 585.00mm
• Fno. = 4.12
• 2ω = 4.24 ° angle of view
• Image height 21.64mm
• 350.00mm length lens
• BF 55.00mm
• β = -1
• (For the second focus group 2,4,5) group configuration 6 positive negative positive positive negative
• (One side of the image, such as the most protective glass) 22 sheets 13 groups lens configuration
• Maximum effective diameter 142.00mm
• Four four-sided aspherical
• DOE 1 surface
• Two fluorite
• 1 UD glass sheet

Mentre, le prestazioni in posizione inf sono state le seguenti:

Infine, le prestazioni in posizione mod sono state le seguenti:

Si può ben notare la spiccata differenza delle aberrazioni tra le due posizioni e le marcate aberrazioni in posizione mod.

L'ultima lente studiata è stato un 800 mm f/5,6 Macro 1:1, la cui configurazione ottica è stata la seguente:

Per questa lente le caratteristiche scelte sono state le seguenti:

• Focal length f = 788.34mm
• Fno. = 5.80
• 2ω = 3.14 ° angle of view
• Image height 21.64mm
• 486.00mm length lens
• BF 110.67mm
• β = -1.02
• (The second and third group is for the focus) consists of four groups of positive and negative polarity
• (One side of the image, such as the most protective glass) x 17 lens elements in 12 groups composed
• Maximum effective diameter 135.92mm
• Two two-sided aspherical
• DOE 1 surface
• One fluorite
• Three Super UD glass
• One low-dispersion glass

Mentre, le prestazioni in posizione inf sono state le seguenti:

Infine, le prestazioni in posizione mod sono state le seguenti:

Anche in questo caso il comportamento del teleobiettivo in posizione non è lusinghiero.

In definitiva, Canon con la tecnologia DO potrà costruire un teleobiettivo da 400 mm f/4 macro con un rapporto di ingrandimento pari a 0,7, aberrazioni ridotte al minimo, ma con una lunghezza massima dalla lente frontale all'innesto pari a 256 mm. Un ultima considerazione merita la totale mancanza in questo brevetto di un accenno al sistema di stabilizzazione dell'immagine.

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