从研发的初期阶段就决定采用手动式增倍镜。没有什么执行器（驱动系统）比人类的手动作更快、反应更迅速。而且从可靠性和精度的观点来看，手动式也更加合理。
　　光学设计上的问题是，在抑制像差产生的同时应如何配置增倍镜。一般的增倍镜会增加拍摄镜头的长度。但内置式无法实现这样的效果，只能运用镜片的折射能力相应地延长焦距。镜片组负担过重很可能导致产生像差。
　　光学设计者经过深思熟虑后提出，“可在一支镜头中，通过取出或插入对200-400mm和280-560mm变焦镜头像差影响都比较少的部分镜片组，来切换这两种变焦镜头的焦距。这应该是实现高画质光学系统的增倍镜片组的理想配置方法”。
　　增倍镜的镜片组采用了针对其光学系统进行优化的4组8片结构。此结构主要考虑到了像差，但由于体积过大，影响到了手抖动补偿的光学系统。但这里不能让步，于是光学设计者向值得信赖的机械设计负责人直接提出了“削减IS影像稳定器厚度”的要求。
　　最终完成的镜头结构在正常拍摄时有20组25片，而插入增倍镜时有24组33片。是EF镜头史上最庞大的镜头结构。

　　光学设计结束后，研发进入了机械设计阶段。其中的一大难点就是如何流畅且高精度地驱动巨大的第2镜片组。
　　实际上，从镜头前端镜片向内观察，转动变焦环时，巨大的镜片组会前后移动相当长的距离。这就是第2镜片组，在光学上是变焦和高画质的关键。
　　而且，第2镜片组超乎想像的重。仅这组镜片的总重量就超过了200克。要流畅地驱动如此重的玻璃块，对于EF镜头来说是从未尝试过的。
　　这就需要驱动镜片的变焦凸轮镜筒和支撑镜筒的框架具备相当的强度。负责机械设计的团队讨论了材质、形状和零件表面的加工方式。设计过程中因为没有超过200克的设计标准值，只能根据经验推测大致的数值，并输入3D CAD中。仅针对驱动镜片组进行设计，可能会变成强度过大，过于笨重的大型镜头。在与外壳分担强度、配置执行器等多个方面，都能取得适当的平衡才更为重要。
　　零件数是超远摄定焦镜头的2倍以上。3D CAD生成的画面中，有许多零件的形状都从未见过。将这些零件组装后，这款拥有强大可靠性和操作性的新镜头应该就接近完工了。
　　不过，这款拥有EF镜头史上最多的约900个零件的镜头，着实让机械设计者们费了不少脑筋。设计规模过于庞大，因此需要反复进行高效的模拟。“实在是很困难的设计，后期基本靠摸索”（机械设计负责人）说道。模拟器无法做到的，只能借助于机械设计者的经验和智慧。根据以往亲自研发镜头的先例，决定零件厚度和配置间隔等无计其数的参数。机械设计进入了依靠个人专业技艺的领域。

　　要验证设计是否稳妥，只能进行实验并分析结果。除画质外，EF镜头还配备了环境适应性、耐撞击、耐振动以及耐久性等多个实验项目和评价标准。
　　不过，品质检验的负责人比以往更加谨慎。这是因为这款产品拥有佳能EF镜头从未尝试过的庞大镜头结构和精致的机械结构，“有可能会出现意想不到的缺陷”。
　　因此，研发人员在假设专业摄影师使用的前提下，对这款镜头进行了严苛的可靠性试验，甚至让人惊呼“这样的测试也要做么？”
　　例如，为了测试增倍镜插拔机构的操作限度，研发者们花费数日，反复进行了上万次的开关切换操作。另外，在下落撞击试验中，将试作镜头安装在相机上重现了下落的场景。实验室的地板上不断回荡着会让摄影师崩溃的撞击声音。
　　通过了这样高强度测试的试作镜头，还需要接受画质评价测试的洗礼。为了在整个变焦区域内获得高画质，需要一边细微地移动焦距，一边检测分辨率、对比度和像差的变化。检测结束后，还要在插入增倍镜的状态下重复进行相同的实验。
　　制作一支镜头，需要花费相当于以往数支变焦镜头的时间和劳动力。而且这项实验共耗费了超过一个月的时间。机械设计的负责人将结果反馈给分析和设计部门，并等待下一次试作和评价实验。时间转瞬即逝，留下的试作镜头足有几十支。