Lentilles en fluorite : une capacité de correction supérieure à celle du verre optique ordinaire

Exposition spéciale : les lentilles en fluorite

• L’un des matériaux essentiels qui contribuent à la haute qualité d’image des objectifs Canon est la fluorite, du fluorure de calcium cristallisé.
• Il est bien connu que l’utilisation de lentilles en fluorite avec des lentilles en verre permet de réduire extrêmement l’aberration chromatique.
• En poursuivant l’amélioration des capacités d’imagerie, Canon s’est lancé dans le développement de sa propre technologie pour former de grands cristaux artificiels de fluorite de haute pureté à partir de minerai de fluorite.

Comment les éléments de lentille en fluorite corrigent l’aberration chromatique

• L’aberration chromatique se produit lorsque des longueurs d’onde de couleurs différentes (rouge, vert, bleu, etc.) sont réfractées selon des angles différents au passage à travers la surface du verre, si bien que chaque couleur converge vers un point focal différent.
• En général, la correction se fait à l’aide d’une combinaison de lentilles concaves et convexes, mais il est impossible de corriger l’aberration chromatique de toutes les longueurs d’onde avec du verre ordinaire.
• La fluorite est un matériau fondamentalement différent du verre optique traditionnel, et elle est utilisée en combinaison avec le verre pour corriger plus efficacement l’aberration chromatique.

L’apparition des lentilles en fluorite et l’amélioration de la qualité d’image des téléobjectifs

• Les lentilles en fluorite réduisent extrêmement l’aberration chromatique au-delà des limites traditionnelles, et leur origine remonte au projet Canon F lancé en août 1966.
• L’objectif des développeurs était d’établir une technologie permettant d’utiliser des cristaux artificiels de fluorite dans des objectifs d’appareil photo.
• C’est en 1968 qu’ils ont réussi à former des cristaux artificiels de fluorite assez grands pour être utilisés dans de grands objectifs photo.

Processus de production des lentilles en fluorite

• Chaque étape du processus de production des lentilles en fluorite exige lenteur et attention méticuleuse.
• La matière première est un minerai de fluorite naturel, qui est broyé et purifié afin d’éliminer les impuretés.
• La cristallisation consiste à chauffer à 1 400℃ puis à refroidir progressivement pour former les cristaux.
• Le processus de traitement thermique (annealing) élimine les tensions internes du cristal afin d’éviter les fissures.
• Les parties inutiles du cristal sont retirées, puis un usinage grossier est effectué pour obtenir la taille nécessaire.
• Les faces supérieure et inférieure du cristal sont polies en forme sphérique, puis finement polies grâce à une technique de polissage spéciale.
• Un film mince est formé sur la lentille polie par un procédé de dépôt.
• Des techniciens expérimentés vérifient la pureté à l’aide d’un interféromètre, et seuls les éléments de lentille ayant passé l’inspection sont envoyés à l’assemblage.

Les objectifs qui utilisent des éléments de lentille en fluorite

• Depuis le FL-F300mm, Canon a produit plus de 39 objectifs utilisant des éléments de lentille en fluorite.
• Les éléments de lentille en fluorite contribuent non seulement à la correction de l’aberration chromatique, mais aussi à la réduction de la taille et du poids des produits.
• Ils sont appréciés par de nombreux photographes, en particulier les photographes sportifs professionnels, les photojournalistes et les passionnés qui photographient les oiseaux sauvages, les trains, les avions, etc.

Avis de GN⁺ :

• Cet article fournit une explication approfondie de la technologie des lentilles en fluorite de Canon et montre le rôle important qu’elle joue dans l’industrie de la photographie.
• L’explication de la manière dont les lentilles en fluorite réduisent l’aberration chromatique et améliorent la qualité d’image offre des informations utiles aux ingénieurs logiciels débutants qui s’intéressent à la photographie et à l’optique.
• L’innovation technologique de Canon et ses efforts constants d’amélioration peuvent aussi inspirer les professionnels d’autres domaines techniques, en soulignant notamment l’importance de la science des matériaux et des technologies de procédé.

[GN⁺]

Avis Hacker News

• Explication de l’indice de réfraction d’un matériau

  • L’indice de réfraction est généralement d’environ 1,5, mais ce n’est pas une valeur unique fixe : il varie selon la longueur d’onde.
  • Le graphique de l’indice de réfraction en fonction de la longueur d’onde montre une courbe décroissante allant de l’ultraviolet vers l’infrarouge.
  • En raison de cette propriété, une lentille convexe présente un grossissement plus important dans le bleu, encore plus élevé dans le vert, modéré dans le rouge, et n’est techniquement exacte que pour le jaune de vapeur de sodium.
  • Pour corriger cela, on utilise des lentilles convexes et concaves de compositions chimiques différentes afin de compenser le grossissement supplémentaire dans le bleu.
  • Les cristaux de fluorure de calcium (CaF2) présentent une courbe totalement plate sur ce graphique de l’indice de réfraction selon la longueur d’onde, ce qu’on appelle une « dispersion anormale ».
  • Le fluorure de calcium permet naturellement de focaliser toutes les couleurs au même point, réduisant ainsi le besoin d’utiliser de nombreuses lentilles.
  • Canon tente depuis des décennies d’agrandir des cristaux optiquement transparents de calcium et de fluor jusqu’à une taille adaptée aux appareils photo.

• Brève explication de l’importance de la dispersion

  • Les lentilles apochromatiques sont optimisées pour trois longueurs d’onde différentes de la lumière.
  • Autrefois, les calculs étaient faits à la main, mais aujourd’hui l’optimisation peut être effectuée rapidement à l’aide d’ordinateurs.
  • Les ordinateurs réalisent cette optimisation à partir des données réelles d’indice de réfraction et de dispersion fournies par les fabricants de verre.
  • Le fluor possède aussi des propriétés particulières en tant que revêtement.

• Avantages des lentilles en fluorure de calcium

  • Les lentilles en fluorure de calcium offrent des avantages importants à fort grossissement ou lorsqu’on atteint les limites de vitesse d’un système.
  • Associées à la stabilisation VR, elles réduisent nettement l’aberration chromatique.
  • Les logiciels modernes de retouche photo corrigent les effets de l’objectif (vignetage, distorsion en coussinet) ainsi que l’aberration chromatique.

• Nouvelles informations sur l’utilisation par Canon des lentilles en fluorure de calcium

  • Les téléobjectifs Canon utilisent aussi des éléments holographiques, et il existe des méthodes innovantes de correction des couleurs via le fluorure de calcium.

• Le fait que les lentilles incluent des éléments en plastique

  • Les objectifs modernes ne contiennent pas seulement du verre, mais aussi des éléments en plastique spécialement conçus.

• Manque d’explication sur la prévention de l’aberration chromatique

  • L’explication de la raison pour laquelle cela aide à prévenir l’aberration chromatique fait défaut.
  • Comme l’indice de réfraction est presque identique à celui du verre, l’explication pourrait tenir au fait que la dispersion de vitesse de groupe est opposée.

• Importance des lentilles Super UD et UD

  • Les lentilles Super UD et UD sont depuis longtemps le gold standard, et le fluorure de calcium y joue un rôle majeur.

• Possibilité de corriger l’aberration chromatique par logiciel

  • L’aberration chromatique peut être corrigée par logiciel, notamment en prenant une photo distincte pour chaque couleur puis en ajustant leur taille.

• Expérience personnelle concernant les performances des lentilles en fluorure de calcium

  • L’objectif FD 300/2.8 S.S.C. en fluorure de calcium, sorti en 1975, offre des performances remarquables.
  • Il convient bien à l’astrophotographie, et même si son prix a augmenté sur le marché de l’occasion, il reste intéressant par rapport aux objectifs autofocus modernes.