Photographie » Technique » Physique » Optiques » Traitement anti-reflet

Chaque passage d'un milieu optique à un autre (air-verre) produit une réflection, et donc une perte de lumière. La perte est d'environ 4% pour le verre ordinaire (non traité). Le traitement consiste en l'application d'une ou plusieurs fines couches de materiaux transparent. Le but final n'est pas tellement de réduire les pertes, mais d'éviter les réflections.

Le problème: éblouissement (flares) et réduction du contraste

La lumière réfléchie produit des éblouissements (flares) et réduit le contraste de l'image. Cela est surtout visible si la lumière frappe directement la lentille fontale de l'optique (objectif). Même si le soleil n'est pas directement visible sur l'image, le fait que ses rayons frappent l'objectif produit des éblouissements.

Solution

Le traitement se compose d'une couche speciale anti-reflets (coating). C'est une réalisation pratique par les laboratoires de Carl Zeiss (en 1935) d'une découverte faite par Rayleigh en 1886: du verre ancien, légèrement terni, réflète moins la lumière et en laisse passer plus. Le traitement anti-reflet était un secret militaire allemand pendant la seconde guerre mondiale.

La lumière qui frappe l'optique a une certaine fréquence, et donc une longueur d'onde. la fréquence détermine la couleur. Toutes les teintes visibles sont limitées à une bande réduite, ce qui fait que le traitement agit pratiquement pour toutes les longueurs d'ondes, et donc toutes les couleurs.

Le but de la couche anti-reflet est de produire une seconde réflection qui s'oppose à la réflection au contact du verre. Le coating doit avoir une épaisseur d'un quart de la longueur d'onde. Les rayons réfléchis par le verre et les rayons réfléchis par le coating sont en anti-phase et s'éliminent mutuellement. L'effet recherché est ainsi atteint. La couche anti-reflet ne modifie pas les paramètres de l'optique.

Une autre application de l'interférence destructive sont les compact discs où les "creux" contenant l'information numérique ont une profondeur correspondant au quart de la longueur d'onde.

Le coating doit avoir un indice de réfraction qui se situe entre celui du verre (environ 1.6) et celui de l'air (1.0). Si la couche aurait un indice d'1.6, il n'y aurait pas de réflection entre le verre et le coating. Et inversément, si le coating a un indice de réfraction égal à celui de l'air, il n'y aurait pas de réflection sur le coating même. Le produit utilisé est généralement le fluorure de magnésium.

Mais les rayons lumineux se composent de différentes fréquences. La couche anti-reflet ne fonctionne bien que pour une seule fréquence (et donc couleur). L'angle d'incidence joue aussi un role pour déterminer le pic de fréquence. Un coating simple a une épaisseur d'environ 140nm (nanomètres), ce qui correspond au pic de sensibilité de nos yeux. Cette fréquence est la mieux éliminée par le coating simple couche. Pour éliminer les réflections sur tout le spectre lumineux, on utilise un coating multicouches, d'épaisseurs différentes et d'indices variant d'1.0 à 1.6, qui réduit les reflets sur toutes les fréquences (couleurs) et angles d'incidence.

Il faut signaler que toutes les couleurs sont réfléchies. Mais la couche anti-reflets simple élimine mieux la composante jaune-vert (nos yeux y sont le plus sensible et cette partie du spectre contient le plus d'énergie lumineuse). Ce qui est réfléchi, c'est le restant, ce qui donne une teinte bleue aux reflets. Les fabricants d'optiques utilisent parfois une monocouche d'épaisseur différente pour chaque lentille de l'optique, et c'est ainsi que l'optique peut avoir un reflet émeraude si la première lentille est compensée pour l'orange.

Un coating multi-couches réduit les réflections de toutes les fréquences: l'optique aura donc une teinte plus foncée (attention: il ne s'agit pas du verre qui est teinté!) Les optiques les plus chères ont un coating dont l'indice de réfraction varie graduellement. Ces optiques éliminent le mieux les réflections.

En principe, le coating n'a que peu d'influence sur la teinte de la lumière traversant la lentille. Un coating simple couche a tendance à mieux laisser passer les tons jaunes-verts, mais ce phénomène est peu apparent (différence d'environ 1%). La balance des blancs automatique corrigera aisément ce défaut. Pour éliminer totalement une dominance couleur éventuelle, les fabricants utilisent soit des couches d'épaisseur différente pour chaque lentille de l'optique ou utilisent un coating multicouche sur toutes les lentilles.

A droite, il y a chaque chaque fois une optique sans couche anti-reflet et une optique mono-couche. La première optique est corrigée pour les tons jaunes-vert et la réflection est bleutée. La seconde optique est corrigée pour les tons oranges et donne des reflets verts. Le fabricant d'optique utilisera différents couchages sur les différentes lentilles pour éviter une couleur dominante.

L'optique non traité provient d'une camera vidéo des années 80. La qualité optique est déterminée principalement par la qualité du tube de prise de vue et de l'enregistrement video (VHS). Un coating a été jugé non-nécessaire.

Micro coating

Les meilleures optiques actuelles ont reçu un micro-coating, composé de cristaux plus petits que la longueur d'onde (Nano Cristal Coating chez Nikon, Subwavelength Structure Coating chez Canon).

Cette structure ne fonctionne pas en renvoyant une réflection inverse, mais en absorbant toute la lumière, un peu comme une structure en nid d'abeille dans une chambre anéchoïque. L'avantage est que ce système fonctionne pour toutes les longueurs d'ondes (toutes les couleurs) et tous les angles d'incidence. De plus, comme on élimine totalement les réflections, on augmente la transmittance de la lentille traitée (les coatings classiques ne font que réduire les réflections).

Traitement anti-reflet

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