Llevar los objetivos al límite: Cómo los ingenieros de Canon están redefiniendo el diseño de los objetivos ultra gran angular

Cuando Tatsuro Watanabe se unió Canon, anunció su intención de crear el «objetivo perfecto». Con el tiempo, considera algo embarazoso el comentario que hizo en su primer trabajo, pero admite que, «en el fondo, creo que el RF 14mm F1.4L VCM podría ser el indicado».

Este pionero objetivo ultra gran angular es una proeza de ingeniería óptica y mecánica. Habría sido imposible diseñar un objetivo así para una réflex: es ultra gran angular, ultra rápido y, dado su alto grado de especificaciones, notablemente compacto.

El cambio de Canon a diseños de cámara mirrorless ha posibilitado el desarrollo de objetivos más pequeños y ligeros que nunca, comenta Tatsuro, encargado del diseño óptico del RF 14mm F1.4L VCM. «Hasta ese momento, habíamos ofrecido el EF 14mm f/2.8L II USM para las cámaras réflex EOS. En comparación con este modelo, el RF 14mm F1.4L VCM es en realidad más ligero y, aun así, su abertura máxima es dos pasos más luminosa.

«Desarrollamos el objetivo con un claro enfoque en su posible uso en fotografía de cielos estrellados, un género que necesita un objetivo gran angular con apertura luminosa y una longitud focal de unos 14 mm para poder captar bien el cielo estrellado y los sujetos terrestres en una única foto de paisaje. Esto permite utilizar el tiempo de exposición más corto posible y garantizar que las estrellas aparezcan como puntos de luz nítidos y bien definidos».

No es de extrañar que Tatsuro se propusiera crear el mejor objetivo para astrofotografía, dada su dedicación de toda la vida a la astronomía. No solo cursó la materia en la universidad, donde trabajó como voluntario en la construcción de un telescopio de 50 cm de abertura durante sus vacaciones de verano, sino que también desarrolló un equipo para el telescopio Subaru de 8,2 m, operado por el NAOJ en Hawai.

Con el RF 14mm F1.4L VCM, sin embargo, Tatsuro se centró en ópticas más compactas. El secreto para crear este objetivo estelar tan compacto fue la montura RF de Canon, apunta. «Los diseños ópticos de los objetivos RF para el Sistema EOS R cuentan con una montura de gran diámetro y un back focus corto, lo que permite que las lentes de mayor abertura se sitúen más cerca del plano de imagen que en los objetivos EF convencionales».

Tener elementos posteriores de mayor tamaño situados más cerca del sensor implica que los rayos de luz no tengan que desviarse tanto, lo que permite mantener la calidad de imagen en todo el marco, incluso en caso de diafragmas amplios. Este es un factor especialmente importante a la hora de cubrir las exclusivas demandas de la astrofotografía.

«Un alto rendimiento óptico es esencial para hacer cualquier tipo de fotografía astronómica», añade Tatsuro. «Las estrellas son puntos de luz brillantes dispersos por todo el cielo. Los objetivos gran angular con longitudes focales cortas a menudo presentarán tipos de aberración que provocan distorsión de la imagen en los bordes de la fotografía. Para captar las estrellas como puntos nítidos y definidos, el diseño del objetivo debe mejorar la calidad de imagen en las zonas periféricas».

Es un aspecto en el que el objetivo RF 14mm F1.4L VCM destaca y con un rendimiento integral incomparable. «El RF 14mm F1.4L VCM presenta una compleja arquitectura óptica con lentes asféricas GMo, fluorita para la corrección de la aberración cromática, lentes UD y lentes BR, además de técnicas avanzadas de recubrimiento», comenta Tatsuro. «Este es un objetivo particularmente especial, repleto de las potentes tecnologías ópticas de Canon».

El objetivo RF 14mm F1.4L VCM capta las estrellas con una increíble nitidez, incluso en los bordes del marco, donde sus tres lentes asféricas GMo desempeñan una función clave. Estos elementos especializados reducen el velo óptico del coma sagital, el efecto que puede hacer que las estrellas y otros puntos de luz se ven alargadas o con aspecto de cometa en las esquinas. Esto es especialmente evidente al usar objetivos angulares a máxima apertura, justo la combinación que los astrofotógrafos suelen buscar. El equipo de diseño de Canon, sin embargo, se ha asegurado de que el objetivo ha logrado que el objetivo reproduzca estrellas perfectamente definidas en toda la imagen, incluso a f/1,4.

«Dos de estas lentes se encuentran en la parte frontal del objetivo, mientras que la tercera está situada en el grupo de enfoque posterior», explica Tatsuro. «La lente asférica GMo delantera tiene un diámetro amplio, lo que la hace difícil de fabricar. Gracias a la estrecha colaboración con nuestras instalaciones de producción, fuimos superando de forma sistemática cada uno de los desafíos de fabricación, uno por uno».

El equipo también incorporó una lente UD y lentes ópticas BR para suprimir aún más la aberración cromática. La lente óptica BR (lente de refracción de espectro azul) se hace de resina, como nos cuenta Tatsuro, que luego se intercala entre lentes convexas y cóncavas y se coloca cerca del centro del objetivo, justo detrás de las hojas de abertura. «Este elemento refracta de forma significativa las longitudes de onda más cortas del rango azul», añade. «Al hacerlo, minimiza la aberración cromática procedente de fuentes de luz puntuales próximas al centro de la imagen».

También se aplica revestimiento de estructura de sublongitud de onda y un revestimiento ASC (Air Sphere Coating) a determinadas superficies para suprimir el velo óptico y las luces parásitas.

«Los objetivos ultra gran angular a menudo incluyen una lente frontal sobresaliente que permite que la luz entre desde distintos ángulos», apunta Tatsuro. «En algunos casos, puede que el parasol y los revestimientos de las lentes estándar integrados no eviten totalmente las luces parásitas y el velo óptico.

«El revestimiento de estructura de sublongitud de onda es una tecnología especialmente avanzada diseñada para reducir significativamente los reflejos de la luz que entra en la lente en ángulos oblicuos. Este revestimiento especial forma estructuras de escala nanométrica en la superficie de la lente, lo que crea una potente capa antirreflectante».

El revestimiento ASC, añade, es especialmente eficaz ante reflejos producidos por la luz que entra casi en ángulo vertical. «El ASC forma una película que contiene dióxido de silicio y aire en la superficie de la lente. Como incorpora aire (con un índice de refracción más bajo que el del vidrio óptico) en una proporción específica, crea un recubrimiento con un índice de refracción ultrabajo».

El RF 14mm F1.4L VCM no solo marca un antes y un después por su diseño óptico. Mantener un objetivo fijo de tan alto rendimiento lo más portátil posible fue uno de los principales objetivos del equipo.

«El uso de un accionador del motor de bobina de voz (VCM), común en todos los objetivos RF de focal fija híbridos F1.4L, reduce significativamente el tamaño y el peso de estos objetivos», explica Naoki Saito, responsable del diseño eléctrico del RF 14mm F1.4L VCM.

«Hasta ese momento, la única opción para llevar un grupo de lentes pesadas como las que se utilizan en este objetivo era incluir un motor USM de tipo anillo. Dado que el diámetro de un motor de tipo anillo determina el diámetro mínimo del propio objetivo, resulta extremadamente difícil diseñar un objetivo más compacto con esta tecnología de motor».

Desde un punto de vista mecánico, el motor USM de tipo anillo también necesita de una estructura de soporte más grande, comenta Nobuyuki Nagaoka, responsable del diseño mecánico del RF 14mm F1.4L VCM. «Aunque esto no supone un problema en los teleobjetivos de gran tamaño, se convierte en un obstáculo importante cuando se busca reducir el tamaño en el extremo más corto del rango focal. En cambio, un VCM ofrece una mayor libertad de diseño; un conjunto de menor tamaño y peso que, aun así, proporciona el alto empuje necesario para mover los grupos de lentes de enfoque».

A pesar de usar un VCM compacto, es poco espacio disponible para los componentes estructurales internos (conocido como la «base principal») también supuso un reto, como explica Nobuyuki. «La parte más desafiante del diseño mecánico fue garantizar que la estructura tuviera la resistencia suficiente y, al mismo tiempo, pudiera alojar los actuadores y las placas de circuitos flexibles», comenta.

Por este motivo Canon diseñó el objetivo RF 14mm F1.4L VCM únicamente para obtener una mayor calidad de imagen; la cámara se encargaría de corregir electrónicamente la distorsión.

La corrección de objetivos integrada en las cámaras del Sistema EOS R más recientes es rápida y muy eficaz, lo que permite a los diseñadores de Canon centrarse en optimizar los objetivos para lograr el mejor rendimiento y la máxima portabilidad.

«Como resultado, logramos un rendimiento óptico equivalente al de los objetivos que eliminan la distorsión mediante métodos ópticos y que, además, consigue reducir el tamaño y el peso», añade Tatsuro. «Este diseño de objetivo solo es posible porque Canon fabrica sus propios objetivos y puede desarrollarlos para complementar el funcionamiento de la cámara».

Además de lograr un rendimiento increíble en la fotografía profesional, el RF 14mm F1.4L VCM es un innovador objetivo híbrido concebido para la grabación de vídeo. Equipado con un anillo del iris dedicado para lograr un ajuste suave y silencioso de la abertura durante la grabación, por ejemplo, y una abertura circular de 11 hojas para lograr zonas iluminadas y un bokeh de aspecto cinematográfico.

Los diseñadores del objetivo también se centraron en minimizar la respiración del enfoque para reducir los molestos cambios en el campo de visión mientras el objetivo ajusta el enfoque. Para lograrlo, utilizaron una disposición óptica diferente a la de los otros objetivos RF de focal fija híbridos: añadieron una lente adicional al grupo focal e incorporaron una lente cóncava asférica GMo.

«Debido a las características del diseño de construcción del objetivo, se suele tener que elegir entre optimizar la calidad óptica y suprimir la respiración del enfoque», comenta Tatsuro. «Aun así, gracias a la minuciosa configuración del diseño del objetivo, conseguimos combinar una gran calidad de imagen con una disminución de la respiración del enfoque».

Añadir más objetivos al grupo focal inevitablemente aumenta el peso pero, como destaca Naoki, es aquí donde entran en juego las habilidades de los ingenieros electrónicos y mecánicos de Canon.

«Los VCM son actuadores que proporcionan un gran empuje y, aun así, funcionan con muy poco ruido o vibración, pero su control requiere un alto grado de ingenio», apunta. «Por ejemplo, se requiere un ajuste cuidadoso y preciso para mover grupos de objetivos pesados a altas velocidades y detenerlos de forma abrupta y mantener, al mismo tiempo, la vibración bajo control. Cuando se graban películas es esencial contar con un control preciso para mantener el ruido del motor al mínimo absoluto. Canon pudo superar estos retos gracias al diseño de algoritmos de control y a la compilación de estructuras mecánicas que lo hicieron posible».

El RF 14mm F1.4L VCM es prueba de la dedicación, competencias y experiencia de los ingenieros ópticos de Canon. Logra una imagen de calidad excepcional en un diseño increíblemente ligero (calidad sin cantidad) y reformula las expectativas de lo que se puede lograr con objetivos ultra gran angular de abertura amplia.

«Este objetivo fue meticulosamente diseñado con una configuración que equilibra diversos factores, incluido el rendimiento óptico, pero que pone especial énfasis en captar paisajes estelares», comenta Tatsuro. «Buscamos formas de minimizar distintos tipos de aberración que afectan la calidad de imagen y el resultado es un objetivo que logra imágenes nítidas y precisas hasta los bordes de la imagen.

«Nuestro objetivo es desarrollar objetivos que permitan a los fotógrafos experimentar nuevos campos de expresión a los que, hasta ese momento, no podían acceder», añade. «Nuestro objetivo es ampliar las oportunidades de disparo mediante el uso de tecnologías de última generación para crear objetivos más compactos y ligeros, capaces de ofrecer un rendimiento sobresaliente sin el peso y el volumen que podrían disuadir a los usuarios de llevarlos consigo. Estamos seguros de que el RF 14mm F1.4L VCM será uno de esos objetivos».