Canon EOS tecnologia

Sensore di immagine CMOS 35mm per Digital Cine Motion Imaging Hybrid IS (Image Stabilizer System) Subwavelength Structure Coating (SWC) DO (Elemento ad Ottica Diffrattiva) IS (Sistema di Stabilizzazione dell'Immagine) USM (Motori ad Ultrasuoni) EMD (Diaframma Elettromagnetico) Autofocus controllato dalla Pupilla Area Autofocus Pellicola Anti-Appannamento Lenti Asferiche Lenti alla Fluorite

Sensore di immagine CMOS 35mm per Digital Cine Motion Imaging

Il nuovo sensore CMOS incorporato nella fotocamera Canon C300 Digital Cinema si basa sulla ben collaudata matrice di colore Bayer per la codifica dei componenti di colore. Importanti progressi negli algoritmi di demosaicizzazione hanno migliorato fortemente la ricostruzione delle componenti video RGB che supportano la correzione del colore e la manipolazione delle immagini richieste in postproduzione. Canon ha tuttavia esplorato un'alternativa a tali algoritmi ricostruttivi in una ricerca volta a ottenere una qualità globale di immagine che aspira a raggiungere quell'estetica superba che viene ormai garantita dalla pellicola cinematografica da 35mm.

 

White paper.

 

Hybrid IS (Image Stabilizer System)

La ricerca Canon sulla stabilizzazione delle immagini è stata avviata negli anni '80 e il primo stabilizzatore ottico di immagine per le fotocamere reflex è stato introdotto nel 1995. Da allora, Canon ha fatto progressi continui sui sistemi per migliorare la compensazione delle vibrazioni della fotocamera. Ebbene, Canon ha introdotto il suo sistema Hybrid IS nell'obiettivo Macro EF 100mm f / 2,8 L IS USM. Questo sistema è stato progettato appositamente per la macrofotografia e rappresenta un ulteriore passo in avanti nel campo della fotografia mondiale.

La tecnologia di stabilizzazione dell'immagine tradizionale era utile per ridurre gli effetti delle vibrazioni della fotocamera in situazioni non macrofotografiche. Nelle riprese macro a mano vicine all'1:1 è difficile ottenere risultati accettabili con gli stabilizzatori tradizionali. Ora, grazie al sistema Canon Hybrid IS, è più semplice ottenere immagini a distanza ravvicinata nitide anche laddove l'uso di un treppiede non fosse possibile.

Il sistema ibrido è in grado di compensare sia per le vibrazioni angolari della fotocamera sia per quelle di spostamento della fotocamera stessa. Tali scostamenti compromettono sia l'immagine formata sul sensore sia quella immagine visualizzata nel mirino, rendendo estremamente difficile registrare immagini nitide.

Il sistema Canon Hybrid IS include un sensore di accelerazione [immagine a destra], oltre al sensore convenzionale di compensazione della velocità angolare [immagine a sinistra].

In base alla quantità di vibrazioni rilevata dai due sensori, l'algoritmo calcola l'entità di sfuocatura sul piano dell'immagine, dopodiché provvede a variare il gruppo di lenti di compensazione, che giace su sfere in ceramica a basso attrito.

 

Subwavelength Structure Coating (SWC)

Il trattamento Subwavelength Structure Coating (SWC) è una nuova tecnologia di rivestimento per le lenti che minimizza il flare e gli effetti fantasma (ghosting) causati dalla luce riflessa.

I riflessi sono causati da grandi cambiamenti nell'indice di rifrazione della luce al confine vetro-aria sulla superficie della lente. Ad oggi, gli sforzi per ridurre al minimo i riflessi sono consistiti nell'applicazione di un sottile rivestimento sulla superficie delle lenti, ma questo approccio può fallire e, a volte, porta a flare e ghosting.

Il rivestimento speciale SWC di Canon riduce al minimo i riflessi allineando infinite strutture a forma di cuneo, più minute rispetto alla lunghezza d'onda della luce visibile, sulla superficie dell'obiettivo.

Questi cunei cambiano continuamente l'indice di rifrazione della luce al confine vetro-aria della lente, eliminando così il confine dove l'indice subisce grandi cambiamenti. Questa mancanza di grandi cambiamenti nell'indice di rifrazione riduce drasticamente i riflessi. L'SWC consente quindi una capacità anti-riflettente superiore in quegli ambienti in cui le precedenti tecnologie di rivestimento non potevano, in particolare nelle situazioni di luce con un ampio angolo di incidenza.

Fonte: Canon Global.

 

DO (Elemento ad Ottica Diffrattiva)

Canon presenta la prima lente multistrato ad Ottica Diffrattiva del mondo, con il tele EF 400mm f/4 DO. Il prototipo sarà in commercio quest'anno.

La lente che lo equipaggerà contiene in sè le caratteristiche sia delle lenti alla fluorite, sia di quelle asferiche, per cui rappresenta una rivoluzione nell'ottica fotografica.

Le lenti multistrato ad ottica diffrattiva sono costruite in modo da alterare il percorso della luce all'interno di esse e in modo da non disperdere parte di quella luce come nelle lenti normali: qui tutta la luce viene forzata a formare l'immagine. Inoltre, lenti di questo tipo correggono l'aberrazione cromatica (i diversi colori vanno a fuoco in punti differenti) anche meglio delle costose lenti in fluorite, mentre, calibrando la spaziatura del gruppo diffrattivo si corregge anche l'aberrazione sferica, rendendo inutile il ricorso alle altrettanto costose lenti asferiche.

La costruzione di queste nuovissime lenti richiede una precisione micrometrica e strumentazioni tridimensionali brevettate da Canon stessa.

 

IS (Sistema di Stabilizzazione dell'Immagine)

Una delle cause del fallimento di una fotografia è sempre stata il "mosso", per cui l'unica alternativa ad un treppiede era l'utilizzo di pellicole molto sensibili o il ricorso ad appoggi di fortuna. Canon ha quindi sviluppato un sistema di stabilizzazione dell'immagine, utilizzandolo sia nelle telecamere, sia incorporandolo negli obiettivi. Le vibrazioni trasmesse dalla mano alla fotocamera si trasmettono all'obiettivo e quindi alle lenti. Il movimento delle lenti causa lo spostamento dell'immagine formata rispetto all'asse ottico. Se, quindi, le lenti si muovessero indipendentemente dal resto, il problema sarebbe risolto. Questo è stato il presupposto allo sviluppo del sistema di stabilizzazione Canon.

Il sistema si basa sull'accoppiamento di due giroscopi vibranti che rilevano le vibrazioni verticali e orizzontali e comandano una reazione uguale e contraria al sofisticato gruppo ottico addetto alla correzione. I tempi di risposta della correzione sono nell'ordine di 1/2,000 di secondo. Ne risulta un effetto correttivo pari a 2 stop in termini di esposizione: si ha quindi un guadagno prima dell'immagine realmente mossa di due stop (equivalenti ad un obiettivo più luminoso o ad una pellicola più rapida di due stop). Il sistema di stabilizzazione è utile anche nella tecnica del panning (seguire un soggetto in movimento con la fotocamera in movimento). Un software rileva il movimento di tipo "panning" e disabilita la correzione nella direzione del panning, limitandosi a correggere solamente la vibrazione nelle direzioni non desiderate.

 

IS Mode 2: questa nuova tecnologia determina automaticamente se il movimento è fatto consciamente e blocca la correzione. Il sistema IS Mode 2 determina inoltre la mancanza di vibrazioni per prevenire gli errori dovuti ad appoggio su treppiede.

 

USM (Motori ad Ultrasuoni)

Nel 1987 Canon adottò per la prima volta un motore ad ultrasuoni (USM) negli obiettivi autofocus. Le caratteristiche principali erano un'alta velocità e una bassa rumorosità, fatto che conquistò i fotografi sportivi e naturalisti di tutto il mondo. Fu per questa innovazione senza paragoni che ben presto le ottiche manuali furono abbandonate.

Nel 1992 Canon sviluppò un micromotore USM che poteva essere prodotto industrialmente: attualmente i micromotori USM equipaggiano quasi tutti gli obiettivi della gamma Canon.

Il funzionamento del motore USM è basato sulla trasmissione di una vibrazione generata da un'onda ad ultrasuoni. Per questo, l'anello del motore non richiede nè ingranaggi, nè sorgenti di campo elettromagnetico e fornisce una risposta rapidissima priva di rumore e a bassissimo consumo energetico. Il range di utilizzo del sistema va da -30°C a +60°C.

 

EMD (Diaframma Elettromagnetico)

L'EMD (Diaframma Elettromagnetico) è un attuatore che controlla il diaframma, il quale integra sia un motore a passi e un diaframma a lamelle nella stessa unità, utilizzato per una piena trasmissione elettronica dei dati all'interno dell'attacco EF. Ogni obiettivo EF incorpora una unità EMD come unità base del sistema EOS. L'EMD controlla le lamelle del diaframma tramite il motore a passi e il diametro dell'apertura è controllato da un segnale elettronico proveniente dal corpo macchina, per superare i problemi meccanici dei diaframmi convenzionali. Inoltre, fornisce benefici che i diaframmi convenzionali non assicuravano.

 

Il controllo digitale ad alta precisione del diaframma è molto più accurato del sistema meccanico. L'operatività è estremamente silenziosa, essendo assenti i leveraggi meccanici. La compattezza è maggiore, per via dell'integrazione dei componenti.

 

Autofocus controllato dalla Pupilla

Canon ha sviluppato il controllo dell'automatismo della messa a fuoco tramite movimento della pupilla. Il meccanismo viene azionato sempre dalla semipressione del pulsante di scatto, ma in questo caso l'AF si attiva sulla cella AF più vicina al punto esatto dove il fotografo sta guardando attraverso il mirino.

Il controllo tramite pupilla avviene per illuminazione infrarossa della stessa e lettura dei raggi riflessi dalla cornea e monitoraggio delle posizioni relative dell'occhio e della pupilla stessa: questo permette ad un sensore di calcolare l'angolo di inclinazione dell'occhio e attivare il sensore nella direzione calcolata.

Un algoritmo avanzato controlla le variabili che causerebbero un errore: luce diretta sull'occhio, presenza di occhiali, lacrime, ecc. L'algoritmo richiede una brevvissima calibrazione iniziale, per poter memorizzare le caratteristiche fisiche dell'occhio del fotografo (o di altri fotografi).

 

Area Autofocus

Canon prosegue nella ricerca di ottenere una messa a fuoco automatica virtualmente in qualunque punto dell'inquadratura. All'inizio era uno solo il punto di messa a fuoco, poi furono tre, poi cinque. Con l'uscita della EOS-3 si è arrivati a 45 punti di messa a fuoco in un'area di 8x15 mm. I punti sono disposti sia in verticale sia in orizzontale e sono attivi anche nelle riprese caratterizzate da elevato movimento. Questo sistema è stato installato anche nella EOS1-V, dopo una notevole serie di test da parte di molti professionisti. I 45 punti sono assistiti da un sensore CMOS con una efficienza da 30 a 40 volte superiore ai sensori AF convenzionali.

 

Pellicola Anti-Appannamento

Quando aria calda viene in contatto di un vetro freddo, allora l'umidità dell'aria si condensa sul vetro. In queste condizioni, lenti di obiettivi e mirini di fotocamere si appannano e bisogna far passare molto tempo prima che la condensa se ne vada.

Il problema è molto sentito se si fotografa d'inverno: bisogna prestare la massima attenzione a non alitare sui vetri sensibili dell'attrezzatura, per evitare di perdere tempo prezioso.

La tecnologia Anti-Fogging sviluppata da Canon consente di assorbire la condensa in un sottile film sintetico depositato sulla superficie del vetro. Il film è formato da due polimeri, uno organico e uno inorganico. Il primo assorbe la condensa, mentre il secondo impedisce che il primo si disaggreghi e si distacchi dal vetro. Il film è resistente all'abrasione.

 

Lenti Asferiche

Una lente fotografica sferica ha un difetto fondamentale: le è impossibile far convergere raggi entranti parallelamente in un punto di fuoco solo, per cui forma un'immagine non nitida. Alcuni gruppi ottici standard correggono questo difetto, ma non sono adatti a contenere le dimensioni o il peso dell'insieme. Questi limiti vengono superati con l'uso di elementi ottici asferici, che però sono difficili da costruire, richiedendo un'accuratezza di lavorazione pari a 0.1µm o meno. Per produrre industrialmente lenti asferiche Canon ha sviluppato una linea di costruzione dedicata, grazie anche all'utilizzo di strumenti di controllo con una precisione di 0.02µm (interferometro laser) e a macchine per la lavorazione meccanica asferica mai costruite prima. Canon ha poi perfezionato il sistema, differenziando le lavorazioni a seconda delle esigenze fotografiche.

 

Lenti alla Fluorite

La suddivisione della luce in differenti colori (lunghezze d'onda) causa l'aberrazione cromatica al passaggio attraverso una lente convenzionale: i differenti colori vengono focalizzati a distanze differenti, causando una sfocatura cromatica. Per correggere questa aberrazione si rende necessario un gruppo ottico costituito da una lente convessa e da una lente concava, che però non riesce a correggere il verde. Per questo, Canon ha costruito le lenti alla fluorite per far coincidere il fuoco dei colori quasi alla perfezione. La fluorite (CaF2) è un minerale dalle caratteristiche particolari, come il basso indice di rifrazione e una bassa dispersione, però non si trova in sufficienti quantità e dimensioni per ricavarne delle lenti industriali.

Per questo Canon sviluppò nel 1969 un processo di cristallizzazione sintetica della fluorite e costruì il primo obiettivo dotato di lente alla fluorite. Attualmente quasi tutti i teleobiettivi e gli zoom professionali montano un elemento in fluorite. Una cura particolare è richiesta in fase di lavorazione (molatura e politura), che richiede tecnologie sofisticate: abrasione diamantata microscopica per arrivare ad una lucidatura con ruvidità inferiore 0.002 µm.