TECHNOLOGIE

Hintergrundwissen zum Objektivs: Die Inside-Story von den Entwicklern des
RF 100-300mm F2.8 L IS USM

Die Entwickler verraten, wie sie das bisher fortschrittlichste Supertele-Objektiv von Canon entwickelt haben, das alle Vorteile eines Zooms mit den Qualitäten einer Festbrennweite mit Lichtstärke 1:2,8 kombiniert.
Vier Personen aus dem Entwicklungsteam des RF 100-300mm F2.8 L IS USM sitzen an einem Tisch, eine von ihnen hält eine Kamera mit dem Objektiv in der Hand.

„Wenn man etwas völlig Neues entwirft, stößt man zwangsläufig auf Hindernisse, und man denkt sich: ‚Ah, darum hat das noch niemand so gemacht‘“, sagt Makoto Hayakawa, Leiter der Abteilung Entwicklung/Mechanisches Design (Mitte, mit Objektiv). „Beim RF 100-300mm F2.8 L IS USM konnten wir ein Höchstmaß an optischer Leistung, Zuverlässigkeit, AF-Geschwindigkeit und Präzision in einem leichten Gehäuse zusammen führen. Ich denke, wir konnten die Gewichtsreduzierung erreichen, ohne bei einem einzigen Faktor Kompromisse einzugehen.“

Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM ist das erste 100-300mm F2.8 Objektiv von Canon. Es verbindet die Vielseitigkeit eines Zooms mit der Fokussiergeschwindigkeit, Schärfe und optischen Qualität einer Festbrennweite und einer konstanten Lichtstärke von 1:2,8 über den gesamten Brennweitenbereich sowie einem optischen Bildstabilisator. Als Flaggschiff-Objektiv der L-Serie enthält es neue Technologien und ist so konzipiert, dass es die neuesten Kamerafunktionen unterstützt, darunter High-Speed-Reihenaufnahmen und die erweiterte Motiverkennung und -Nachführung. Bemerkenswert ist, dass es all dies bietet und dabei gleichzeitig das leichteste Objektiv seiner Klasse ist.

Wie also wurde dieses fortschrittliche Objektiv entwickelt, welche Herausforderungen mussten das Entwicklerteam bewältigen und welche technischen Fortschritte wurden bei seiner Herstellung erzielt?

Um das herauszufinden, haben wir mit den Designern und Entwicklern gesprochen, die hinter diesem Objektiv stecken, um mehr darüber zu erfahren.

Sieben Personen, das Entwicklerteam des Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM, stehen nebeneinander, wobei der Mann in der Mitte eine mit dem Objektiv ausgestattete Kamera hält.

Das Entwicklerteam des bahnbrechenden Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM Objektivs: Yuriyo Asami (Produktplanung), Masato Katayose (optisches Design), Nobuyuki Nagaoka (mechanisches Design), Makoto Hayakawa (Entwicklungsleiter/Mechanisches Design), Yumi Toyoda (Elektronik/Firmware Design), Masaaki Igarashi (Design) und Ken Uraba (Fertigungstechnologie).

Was war das Ziel bei der Entwicklung des RF 100-300mm F2.8 L IS USM?

Yuriyo Asami: Momentan wird das Canon Objektiv EF 300mm f/2.8 L IS II USM für diverse Aufnahmesituationen, einschließlich der Sportfotografie eingesetzt. Mit den Fortschritten des Canon EOS R Systems begannen wir, über die Entwicklung eines RF Objektivs nachzudenken, das die Vorteile der hohen Lichtstärke, der geringen Schärfentiefe und des starken Kompressionseffekts bietet, für die das 300mm f/2.8 sich seinen Namen gemacht hat. Daraus entstand die Idee, die Aufnahmemöglichkeiten mit einem F2.8 Telezoomobjektiv zu erweitern, das sich in den unterschiedlichsten Situationen einsetzen lässt.

Makoto Hayakawa: Wir wollten auch den Bedarf nach einem Objektiv mit einer größeren Brennweite als das RF 70-200mm F2.8 L IS USM abdecken, dabei aber eine höhere Lichtstärke als mit dem RF 100-500mm F4.5-7.1 L IS USM erreichen. Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM entstand aus dem Wunsch, die optische Leistung eines Objektivs mit fester Brennweite in einem leichten, kompakten Gehäuse zu vereinen, das eine hohe Mobilität bietet.

Wir haben die Kombination des EF 300mm f/2.8 L IS II USM mit einem EF-EOS R Adapter als Maßstab für Länge, Gewicht und Abbildungsqualität gesetzt. Das Objektiv selbst wiegt etwa 2,35 kg. Auf dieser Grundlage fügten wir einen 3fach-Zoom hinzu, legten ein Zielgewicht von maximal 2,6 kg fest, um die Handhabung bei Aufnahmen aus der freien Hand zu erleichtern, und entwickelten so eine Technologie nach der anderen.

Seitenansicht des RF 100-300mm F2.8 L IS USM, bei der das Gehäuse an der Fassung transparent gemacht wurde, um die internen Komponenten sichtbar zu machen.

Die Entwickler erreichten die Verkleinerung sowie die Verbesserung der Abbildungsqualität durch gewagte Innovationen im mechanischen und optischen Design. Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM ist das erste Objektiv mit zwei Nano-USMs zur elektronischen Steuerung der Innenfokussierung, wobei sich die Antriebsbereiche der beweglichen und der Fokussierlinse überschneiden – eine radikale Designentscheidung, die ihre eigenen Herausforderungen mit sich brachte.

Wie habt ihr die hohe Abbildungsqualität für alle Brennweiten und Aufnahmeabstände erreicht?

Masato Katayose: Was das optische Design betrifft, so haben wir eine hohe Abbildungsqualität von der Mitte bis zum Rand des Bildes erreicht, indem wir das geringe Auflagemaß des RF Bajonetts genutzt und die Linsen näher am Bajonett platziert haben. Wir haben Fluorit- und UD-Linsen eingesetzt, um in jeder Gruppe die Aberrationen besonders im Telebereich zu reduzieren. Wir haben drei UD-Linsen in der Nähe der Blende verwendet, um die chromatische Aberration in der Bildmitte zu reduzieren.

Für die letzte Linsengruppe wurde eine gepresste asphärische Linse (GMo) mit einem großen Durchmesser verwendet. Dies war ein wichtiger Faktor bei der Reduzierung der Anzahl der Linsen und der Erzielung einer hohen Abbildungsqualität. Wir haben das Objektiv so konstruiert, dass chromatische Aberrationen gründlich reduziert werden und der weiche Bokeh-Effekt des EF 300mm f/2.8 Objektivs erhalten bleibt. Zur Reduzierung von Geisterbildern haben wir außerdem die ASC-Vergütung (Air Sphere Coating) eingesetzt, um einen hohen Antireflexionseffekt zu erzielen.

Hayakawa: Bei der mechanischen Konstruktion haben wir eine neue kugelgelagerte Struktur eingebaut, die den Nockenring der Zoom-Linsengruppe hält, der sich beim Zoomen vor und zurück bewegt. Die kugelgelagerte Struktur verhindert ein Klappern und stabilisiert die Position der Linsengruppe. Obwohl es sich beim RF 100-300mm F2.8 L IS USM um ein Zoomobjektiv handelt, konnten wir so eine optische Leistung gewährleisten, die sich mit der eines Objektivs mit fester Brennweite messen kann.

Ein Techniker mit weißen Handschuhen reinigt den Sensor einer Canon Kamera.

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Ein Mann hält einen Design-Prototyp des RF 100-300mm F2.8 L IS USM in der Hand, auf dem Tisch vor ihm liegen verschiedene Prototypen von Komponenten.

Masaaki Igarashi hält einen Prototyp des RF 100-300mm F2.8 L IS USM in der Hand, vor ihm auf dem Tisch liegen verschiedene Prototypen von Komponenten. „Das Canon EOS R System basiert auf dem Bajonett als Schlüsselkomponente“, erklärt er. Damit ist das RF Bajonett der Ausgangspunkt beim Objektiv- und Kameradesign. Weiter merkt er an: „So haben wir beispielsweise speziell für die weite Bajonettöffnung einen neuen Strukturring für das RF 100-300mm F2.8 L IS USM entwickelt, um ihm ein ausgewogenes Design zu verleihen, wenn es am Kameragehäuse befestigt ist.“

Hände halten einen Teil des Mechanismus eines RF 100-300mm F2.8 L IS USM Objektivs.

„Um das Gewicht des Objektivs zu reduzieren, haben wir in großem Umfang Magnesiumlegierungen verwendet“, verrät Ken Uraba. „Durch den Einsatz einer Kombination von Verbundwerkstoffen wollten wir eine leichte Struktur schaffen, die gleichzeitig die internen Komponenten zuverlässig vor Vibrationen und Stößen schützt.“

Apropos mechanische Konstruktion: Könnt ihr uns etwas über den verbesserten Autofokus erzählen?

Nobuyuki Nagaoka: Wir haben eine elektronische Innenfokussierung mit zwei Nano USMs verwendet, die wir bereits in anderen L-Serie RF Zoomobjektiven eingesetzt haben. Nano USMs haben hervorragende Steuerungseigenschaften, sind sehr leise und eignen sich sowohl für Video- als auch für Fotoaufnahmen. Ich glaube, wir haben in den Bereichen AF-Geschwindigkeit und -Präzision sowie optische Leistung das höchste Niveau erreicht.

Außerdem haben wir ein optisches Design entwickelt, bei dem sich die Antriebsbereiche der Fokussierlinse und der beweglichen Linse überschneiden. Da es sich dabei um eine noch nie dagewesene Konstruktion handelte, wussten wir zunächst nicht, ob sie überhaupt möglich war.

Yumi Toyoda: Beim Elektronik-/Firmwaredesign hatten wir die Aufgabe, ein Steuersystem zu entwickeln, das Zusammenstöße zwischen der Fokus-Einheit und den beweglichen Linsen verhindert. Um die beweglichen Linsen mit den beiden Nano-USMs mit höchster Präzision zu steuern, haben wir den Steuerungsalgorithmus verbessert und so die Steuerung einer komplexen Gruppe von Linsen ermöglicht.

Die Ausschnittdarstellung des RF 100-300mm F2.8 L IS USM Objektivs zeigt den Witterungsschutz.

Als Objektiv der Canon L-Serie bietet das RF 100-300mm F2.8 L IS USM einen erweiterten Witterungsschutz, zu dem auch der Schutz vor dem Eindringen von Staub und Spritzwasser sowie eine hohe Stoßfestigkeit gehört. Außerdem ist das Objektiv mit der legendären weißen Thermobeschichtung von Canon versehen, die dafür sorgt, dass es auch bei langen Aufnahmen in der Sonne „einen kühlen Kopf bewahrt“.

Zwei der Entwickler des RF 100-300mm F2.8 L IS USM sitzen an einem Tisch. Einer von ihnen hat das Objektiv vor sich, der andere ein Teil des Mechanismus.

Die Optimierung der Leistung des RF 100-300mm F2.8 L IS USM, insbesondere die verbesserte Bildstabilisierung, stellte eine Herausforderung sowohl für das mechanische als auch das elektronische Design dar. „Es war nicht einfach, einen Steuerungsalgorithmus zu entwickeln, der die Eigenschaften des Gyrosensors im Objektiv optimal ausnutzt“, sagt Yumi Toyoda. „Dank der Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen dem Kameragehäuse und dem Objektiv, konnten wir einen leistungsstarken IS realisieren, indem wir die Steuerung mit der Kamera über den gesamten Zoombereich koordinierten.“

Und was ist mit der Bildstabilisierung?

Nagaoka: Der optische Bildstabilisator des EF 400mm f/2.8 L IS III USM Objektivs war der Ausgangspunkt unseres Designs. Wir haben einen neuen Antrieb entwickelt, der für das Gewicht und den Bewegungsumfang der beweglichen Linsengruppen optimiert wurde – einer der höchsten Werte überhaupt – um dem IS die nötige Reaktionsgeschwindigkeit zu geben. Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM selbst bietet einen optischen 5,5-Stufen-IS, der mit einer Kamera mit kamerainterner Bildstabilisierung (IBIS) auf 6 Belichtungsstufen erhöht wird.

Toyoda: Der koordinierte IS hat es möglich gemacht, Verwacklungsinformationen über Kamera und Objektiv hinweg genau zu erkennen und zu korrigieren. Grundlage hierfür sind die Gyrosensoren an Kamera und Objektiv sowie der Beschleunigungssensor der Kamera und die Live-View-Bilder. Um niederfrequente Wackler zu erkennen, z.B. Bewegungen des gesamten Körpers bei Freihand-Aufnahmen, haben wir das RF 100-300mm F2.8 L IS USM so konstruiert, dass es von vorn herein gegen solche niederfrequente Wackler resistenter ist.

Entdecke dank Einblicken von Mitgliedern der Designteams von Canon die Designkonzepte und Technologie hinter der neuesten Canon Ausrüstung.

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Die koordinierte Bildstabilisierung nutzt auch die Vorteile der Kameraentwicklung, nicht wahr?

Toyoda: Das ist richtig. Das gilt besonders für das RF Bajonett, mit dem die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen Kamera und Objektiv im Vergleich zum EF Bajonett deutlich gesteigert wurde. Informationen zu Fokus, Zoom, Blende und Objektivfehlern sowie IS-Informationen werden praktisch in Echtzeit ausgetauscht.

Ein Entwickler hält einen Teil des internen Mechanismus des RF 100-300mm F2.8 L IS USM, während das komplette Objektiv an einer Kamera befestigt vor ihm auf dem Tisch liegt.

Ein wesentliches Ziel des optischen Designs war es, das weiche Bokeh von F2.8-Objektiven zu erreichen. Die Neun-Lamellen-Irisblende des RF 100-300mm F2.8 L IS USM gibt Spitzlichter und unscharfe Bereiche hervorragend wieder, während eine asphärische Linse aus gepresstem Glas – ungewöhnlich für ein Superteleobjektiv – zusammen mit UD- und Fluorit-Linsen für eine unglaubliche Detailgenauigkeit sorgt und chromatische Aberration, Geisterbilder und Streulicht reduziert.

Ein Fotograf mit einer Warnweste trägt eine Kamera mit einem angebrachten RF 100-300mm F2.8 L IS USM über der Schulter.

Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM ist das leichteste Objektiv in seiner Klasse. Mit seinem vielseitigen Zoombereich, der durch die Kompatibilität mit den RF 1.4x und 2.0x Canon Extendern noch erweitert werden kann, bietet es professionellen Anwendern eine leichte Komplettlösung, die viel einfacher zu transportieren ist als eine Tasche voller Festbrennweiten für die gleichen Anforderungen.

Wie konntet ihr die Größe und das Gewicht im Vergleich zu anderen Supertele-Zoomobjektiven so stark reduzieren?

Nagaoka: Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM ist mit zwei Nano-USMs mit Linearantrieb ausgestattet. Die Nano-USMs verbessern die Agilität der Vor- und Zurück-Bewegungen, und die mechanische Struktur des Fokusantriebs wurde vereinfacht, was zur Gewichts- und Größenreduzierung beiträgt.

Katayose: Was das optische Design betrifft, so haben wir durch die Platzierung von drei aufeinander folgenden konvexen Linsen nach dem vorderen Element den Durchmesser der weiterführenden Linsen so weit wie möglich reduziert. Wir haben die Anzahl der Linsen reduziert, indem wir asphärische Linsen mit großem Durchmesser aus gepresstem Glas (GMo) verwendet haben. Bei der Auswahl der Glasmaterialien berücksichtigten wir neben den optischen Eigenschaften auch das spezifische Gewicht und arbeiteten daran, die Dicke der konkaven Linsen zu verringern, was zu einer verbesserten Abbildungsqualität und einer erheblichen Gewichtsreduzierung führte.

Ken Uraba: Bei der Objektivverarbeitung haben wir unser gesamtes Know-how genutzt, einschließlich der hochpräzisen Bearbeitungstechnologie für große asphärische Linsen in unserem Werk in Utsunomiya. Die Verbesserung der Oberflächengenauigkeit von verdünnten konkaven Linsen bis nahe an die Verarbeitungsgrenze trug wesentlich zur Gewichtsreduzierung und zur Verbesserung der Abbildungsqualität bei.

Eine Hand, die sich neben den Bedienelementen an der Seite des RF 100-300mm F2.8 L IS USM befindet.

Das RF 100-300mm F2.8 L IS USM ist das erste Supertele-Zoomobjektiv mit einem Objektiv-Steuerring, wie ihn auch unsere RF Festbrennweiten haben. Dieser kann individuell zur Steuerung von Blende, Belichtungszeit, ISO oder Belichtungskorrektur konfiguriert werden. Ergonomie und Benutzerfreundlichkeit standen bei der Gestaltung im Vordergrund. Vom Layout der Bedienelemente bis hin zur Beschaffenheit und den Konturen des Tubus ist alles darauf ausgelegt, eine bequeme Handhabung und Bedienung zu gewährleisten.

Ein mit einem Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM aufgenommenes Foto eines Tischtennisspielers, der kurz nach dem Schlag des Balls, der im Vordergrund unscharf abgebildet ist, in der Bewegung eingefroren ist.

„Durch die Gewichtsreduzierung der Fokussiereinheit konnten wir Nano-USMs anstelle des bisherigen Ring-USM verwenden, was auch eine schnellere Fokussteuerung ermöglicht hat“, erklärt Toyoda. „Außerdem haben wir die Algorithmen für die Bildraten des Nano USM verbessert, da die Geschwindigkeiten von Reihenaufnahmen immer höher werden.“ Aufgenommen mit einer Canon EOS R3 und einem Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM Objektiv bei 300mm, 1/4.000 Sek., F2.8 und ISO 6.400.

Wie verhält sich die Gewichtsreduzierung zu Benutzerfreundlichkeit, Robustheit und Ergonomie?

Asami: Auch wenn wir sagen, dass das Objektiv leichter und kleiner ist, glaube ich, dass die Benutzer den Unterschied zwischen dem reinen Gewicht und einer guten Handhabung des Objektivs verstehen. Deshalb haben wir darauf geachtet, ein Objektiv zu entwickeln, das sich beim Halten zusammen mit der Kamera leicht anfühlt und einfach zu bedienen ist.

Masaaki Igarashi: Bei der Platzierung der Objektivfunktions-/Fokusvorwahltaste wurde sorgfältig darauf geachtet, die optimale Position für die Fingerspitzen der rechten Hand zu finden, um die Bedienung so intuitiv wie möglich zu machen.

Ein Fotograf mit Warnweste verwendet eine Canon EOS R3 mit dem RF 100-300mm F2.8 L IS USM Objektiv auf einem Einbeinstativ.

„Beim RF 100-300mm F2.8 L IS USM haben wir besonderen Wert auf Stabilität in Bezug auf den Schwerpunkt und die Robustheit gelegt“, sagt Hayakawa. „Deshalb haben wir uns entschlossen, den Objektivtubus vollständig zu fixieren. Wir haben auch die Position der Stativschelle so angepasst, dass der Schwerpunkt bei Aufnahmen mit einem Einbeinstativ näher an den Händen des Benutzers als am Auflagepunkt des Stativs liegt.“

Ein mit dem Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM aufgenommenes Action-Foto von zwei Fußballspielern, einer mit blauem und einer mit rotem Trikot, die aufeinandertreffen, während der eine den Ball wegkickt.

„Wir haben daran gearbeitet, die Präzision der Fokus-Nachführung beim Zoomen zu verbessern“, sagt Toyoda. „Wir haben die Ausrichtungsmethode für die Nachführsteuerung so verbessert, dass eine Fokusverschiebung automatisch korrigiert und der Fokus beibehalten wird. Dadurch konnten wir die Leistung der Fokusnachführung über den gesamten Zoombereich beibehalten. Da das RF 100-300mm F2.8 L IS USM auch die Fokus-Breathing Korrektur des Kameragehäuses unterstützt, reduziert es ungewollte Veränderungen des Blickwinkels bei der Veränderung des Fokus während der Videoaufnahme.“ Aufgenommen mit einer Canon EOS R3 und einem Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM Objektiv bei 200mm, 1/2.700 Sek., F2.8 und ISO 250.

Welche neuen Aufnahmemöglichkeiten ergeben sich daraus?

Asami: Dank der verbesserten Mobilität und Tragbarkeit erwarten wir, dass dieses Objektiv in der Presse- und Wildlife-Fotografie sowie bei großen Sportturnieren eingesetzt wird.

Hayakawa: Die Reichweite des RF 100-300mm F2.8 L IS USM kann mit dem Canon Extender RF 1.4x auf 140–420mm erweitert werden und mit dem Canon Extender RF 2x auf 200–600mm. Die Möglichkeit, das Objektiv mit Extendern zu verwenden, wird das Gewicht und die Größe der Objektive, die man beim Shooting mit sich führen muss, [drastisch] reduzieren und den Transport erleichtern.

Habt ihr das Gefühl, dass ihr mit diesem Objektiv erreicht habt, was ihr euch vorgenommen habt?

Asami: Ich denke, dass wir ein Objektiv geschaffen haben, mit dem sowohl professionelle Fotografen als auch anspruchsvolle Amateure glücklich werden. Ich hoffe, dass die Benutzer das Objektiv in die Hand nehmen und den Fortschritt bis ins Detail spüren und ihre Aufnahmemöglichkeiten weiter ausbauen.

Peter Wolinski & Sarah Bakkland

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