通常、絞りの形状は7枚または9枚の絞り羽根で構成され、絞れば7角形や9角形となります。本来、1、2段絞った状態は点光源が欠ける口径食が減少するので積極的に活用したい絞りですが、絞りの形状が7角形や9角形では、点光源などではボケも多角形になり、きれいなボケ味とはいえません。そこで、7枚または9枚羽根の絞りの形状を開放から2段絞ったところまで、ほぼ円形になるように設計。その結果、通常のレンズではできなかった、自然で美しいボケ味が得られ、点光源を円形にボカした撮影ができます。

通常の球面レンズではレンズ中心付近と周辺付近を通る光が一点に結像しないという球面収差が生じてしまいます。それを防ぐために、レンズの曲率（カーブ）を小さくしたり、凹レンズを組み合わせたりしますが、球面収差は完全には補正しきれず、特に画角が広くて明るい大口径のレンズでは補正が困難でした。この球面収差を補正するために開発されたのが「非球面レンズ」です。非球面レンズは大口径レンズの球面収差補正に威力を発揮し、絞り開放時からにじみの少ない高コントラストの画像を実現。さらに、広角・標準ズームでは、球面収差だけでなく、歪曲収差の補正にも効果的です。また、非球面レンズの採用によりレンズ枚数を減らせるため、コンパクトなレンズ設計が可能です。

通常の光学ガラスを使用したレンズは、焦点距離が長くなるほど色収差の補正が困難になり、コントラストの低下や色にじみが生じ、解像力が低下します。この問題を解決するのが、独自のED（特殊低分散）ガラスです。EDガラスは、通常の光学ガラスに比べて屈折率が低く分散が小さいうえに、分散の度合いが一様でない異常分散特性を有しており、二次スペクトルをきわめて小さくすることができ、望遠レンズで問題となる色収差を大幅に除去。開放から全画面にわたってコントラストの高い鮮鋭な描写を実現しています。大口径望遠レンズや望遠系のズームレンズに多く採用されていますが、広角・標準系のレンズでも、より高度な色収差補正を実現するために採用することがあります。また、スーパーEDガラスは、EDガラスよりもさらに強い色収差補正力を有します。

光学ガラスは入射光の大部分を透過させますが、一部の光はガラスと空気の境界面で反射し、フレアやゴーストを発生させます。それを防ぐには、レンズ表面に薄膜を施し、反射光を減らすコーティングが必要です。そのため、幅広い波長領域でも反射光を大幅に減少させ、フレアやゴーストを徹底的に抑える独自のマルチコーティングを採用しています。

テレフォトタイプとは、望遠の長さを短くできる光学系です。このテレフォトタイプを広角側にも構成したのが、ダブルテレフォトズームタイプ。ズーム全域でテレフォトタイプの光学系を構成し、望遠ズームレンズの大幅なコンパクト化と高性能化を達成しています。

レンズの収差補正は、どの撮影距離でも十分に補正されることが理想ですが、近距離ではとりわけ困難となります。そこで近距離収差補正機構といわれる、フローティング機構を採用。レンズの一部を撮影距離に伴って移動させ、無限遠から最短までの全域にわたって諸収差を良好に補正し、優れた描写性能を実現しています。特に2カ所の空気間隔をフローティングする方式をダブルフローティング方式といい、50mm F2.8 Macro、100mm F2.8 Macroで採用しています。

レンズ系の中央部を移動させて距離合わせするのが、インターナルフォーカシング方式。大口径レンズでもフォーカシングによる全長変化がなくAFも迅速です。さらに、最短撮影距離を短縮化できるとともに、レンズの前玉が回転しないため、偏光フィルター使用時の操作性にも優れています。

レンズ光学系最後部のレンズを移動させてピント合わせするのが、リヤフォーカシング方式。この方式により、スピーディーなAFを達成しています。最短撮影距離の短縮化に加えて、レンズの前玉が回転しないため、偏光フィルター使用時の操作性にも優れています。

「Gレンズ」をはじめとする特に高い精度が要求されるレンズでは、レンズ鏡胴に軽量で剛性に優れたアルミ合金を採用。堅牢さと耐久性を持ち、温度変化の影響も受けにくいため、常に優れた光学性能を発揮します。

レンズに内蔵されている距離エンコーダーは、レンズのフォーカシング機構部分の繰り出し位置を検出し、その検出信号をCPUで距離の情報（信号）に置き換え、カメラに伝達します。レンズの繰り出しをダイレクトに詳細な情報に置き換えられるので、高精度の調光制御に有効です。通常のダイレクト調光では、被写体や被写体周囲の反射率が極端な場合に、その影響を受けてしまう場合がありますが、距離エンコーダー搭載レンズでは、より正確な距離情報をもとに、高精度の調光（ADI調光）を実現できます。

フラッシュHVL-F58AM/F56AM/F42AM/F36AMと距離エンコーダー搭載レンズの組み合わせで、被写体の状況に左右されることなく高精度なフラッシュの自動調光を実現。被写体やその周囲の明るさ、フラッシュのプリ発光による反射光情報、そしてレンズの距離エンコーダーから得られる被写体までの詳細な距離情報などから、最適なフラッシュ光の調光を行います。従来のTTLフラッシュ制御において問題になった白い服や白い壁による調光アンダー、黒い服や夜景などの背景が抜けている場合での調光オーバーに対して威力を発揮します。

SSMとはスーパーソニック・ウェーブ・モーター（超音波モーター）の略。電圧をかけると変形する圧電素子の特性を利用したモーターで、低速で大きな回転力が得られます。起動／停止のレスポンスが速いなどレンズ駆動に適した特性を持ち、モーター静粛性と相まってレンズ駆動が高速かつ静かです。駆動には、より高精度なAF駆動制御が必要ですが、SSMレンズでは、フォーカス駆動環の回転量をダイレクトに検出できる位置検出センサーを採用。AF精度を格段に向上させて、レンズ光学系の性能を十分に発揮します。

歩きながらの動画撮影は、カメラのブレ幅が通常より大きいため、手ブレを補正するのが困難でした。「アクティブモード」では、この大きなブレに対応し、補正レンズのスライドエリアを拡大。通常の手ブレ補正と比較して、ワイド側での補正効果を約10倍に向上させ、手持ちで動きながらの動画撮影でも、手ブレを大幅に抑制します。

フィールドでの撮影で水滴やホコリの浸入を防止するため、各所にシーリング処理を施しています。 ※ 防塵・防滴に配慮した構造となっていますが、ホコリや水滴の浸入を完全に防ぐものではありません。