OBJECTIFS

Lentille optique diffractive multicouche

Découvrez la technologie de lentille optique diffractive multicouche de Canon qui associe les caractéristiques des lentilles asphériques et en fluorine pour offrir des objectifs plus petits et plus légers dotés de performances améliorées pour les ouvertures plus petites.
Pionnier des lentilles asphériques et en fluorine, Canon a également développé une technologie qui associe les caractéristiques de chacune. La technologie de lentille optique diffractive multicouche (DO) a été annoncée en septembre 2000 et un objectif prototype a été présenté lors du salon Photokina 2000 à Cologne. Les objectifs de la série EF de Canon qui intègrent la technologie optique diffractive intègrent les lettres « DO » dans leurs noms, tel le EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO IS USM, bien que les objectifs de la série RF de Canon, comme le RF 800mm F11 IS STM, ne suivent plus cette convention, s'alignant ainsi avec tous les autres objectifs RF qui n'incluent pas les matériaux des objectifs dans leur nom.

Les lentilles optiques diffractives utilisent un réseau de diffraction qui modifie le trajet des rayons lumineux. On rencontre la diffraction dans les objectifs ordinaires lors de l'utilisation d'une petite ouverture. Les rayons lumineux qui passent à travers cette ouverture sont très légèrement courbés et ne se déplacent donc plus en ligne droite. Cela modifie la mise au point et réduit la résolution de l'objectif. C'est en raison de cette diffraction que la plupart des objectifs sont les plus performants à une ouverture d'environ deux diaphs en dessous du maximum, plutôt qu'aux plus petites ouvertures.

Cependant, un réseau de diffraction peut être utilisé pour insérer des corrections plutôt que pour créer des aberrations. Les réseaux de diffraction ressemblent un peu à des versions miniatures de lentilles de Fresnel utilisées dans les phares. Ils sont largement utilisés dans les spectroscopes et dans les systèmes de lecture de signaux optiques des lecteurs de CD et de DVD.

Jusqu'en 2000, les lentilles diffractives n'étaient pas utilisées dans les objectifs d'appareils photo, car la lumière blanche a tendance à produire une lumière diffractée superflue lorsqu'elle passe à travers le réseau. Cela provoque des reflets, ce qui dégrade la qualité de l'image.

Canon a résolu ce problème en créant une construction multicouche composée de deux lentilles optiques diffractives à une couche avec des réseaux de diffraction circulaires concentriques opposés. Lorsque la lumière incidente pénètre dans la lentille, la lumière diffractée superflue n'est pas produite et presque toute la lumière est utilisée pour l'image. Une lentille optique diffractive peut alors être utilisée dans un objectif d'appareil photo.
Le schéma d'une lentille optique diffractive multicouche vu de face et de côté, plus le design sans espace de Canon vu de côté.

À gauche : une représentation d'une lentille optique diffractive multicouche (vue de face et de côté). Le réseau de diffraction est beaucoup plus précis que ce qui est indiqué ici : pendant la fabrication, la hauteur et l'inclinaison du réseau ainsi que sa position nécessitent une précision au micron près (un micron équivaut à un millième de millimètre). À droite : l'innovation Canon d'une lentille optique diffractive double couche sans espace réduit les reflets qui peuvent résulter du vide d'air entre les deux réseaux de diffraction du design précédent.

Le schéma d'une lentille optique diffractive, montrant une aberration chromatique avec des longueurs d'onde qui se concentrent sur différents points dans l'ordre inverse.

Contrairement aux lentilles optiques classiques, la lentille optique diffractive concentre les longueurs d'onde dans l'ordre inverse.

Le schéma d'un objectif classique, montrant une aberration chromatique provoquée par différentes longueurs d'onde lumineuses qui se concentrent sur différents points.

L'aberration chromatique, où la lumière de différentes longueurs d'onde se concentre à différentes positions sur l'axe optique, est une caractéristique commune aux lentilles en verre classiques (illustrées ici) et à la lentille optique diffractive (DO) multicouche (image suivante).

Le schéma d'un objectif intégrant l'optique diffractive, associé à un objectif classique, montrant comment l'aberration chromatique est supprimée.

En associant une lentille optique diffractive (à gauche) à une lentille d'objectif classique (à droite), l’aberration chromatique peut être supprimée.

La caractéristique la plus importante de la lentille optique diffractive est l'inversement des positions où les longueurs d'onde s'associent pour former une image, par rapport à celles d'une lentille réfractive. En associant une lentille optique diffractive multicouche et une lentille optique réfractive au sein du même système optique, l'aberration chromatique peut être corrigée encore plus efficacement qu'avec une lentille en fluorine. En ajustant également l'inclinaison (espacement) du réseau de diffraction, la lentille optique diffractive permet d'obtenir les mêmes caractéristiques optiques qu'une surface asphérique meulée et polie, ce qui corrige efficacement les aberrations sphériques et autres.

Utiliser une lentille optique diffractive permet de disposer d'un objectif beaucoup plus compact qu'avec un design de téléobjectif standard. Le EF 400mm f/4 DO II IS USM, par exemple, est environ 26 % plus petit et 36 % plus léger qu'un objectif équivalent 400mm f/4 sans la technologie optique diffractive.
L'objectif Canon EF 400mm f/4 DO IS II USM.

L'objectif Canon EF 400mm f/4 DO II IS USM, un super téléobjectif de photographie sportive compact et léger offrant d'excellentes performances grâce à ses optiques diffractives.

Le plan de coupe de l'objectif Canon EF 400mm f/4 DO IS II USM, montrant la lentille optique diffractive.

Ce plan de coupe montre comment la lentille optique diffractive prend place dans les optiques de l'objectif.

Lentilles optiques diffractives double couche sans espace

En septembre 2014, Canon a annoncé le EF 400mm f/4 DO II IS USM. Ce super téléobjectif compact a introduit une nouvelle génération de lentille optique diffractive qui diminue les reflets susceptibles d'apparaître avec les lentilles optiques diffractives antérieures.

Le design original de la lentille optique diffractive double couche prend en sandwich une couche d'air entre deux réseaux de diffraction. Cet air et le matériau qui compose les réseaux peuvent provoquer des reflets en forme d'anneau autour des sources de lumière vive dans l'image. Le changement pour un design sans espace, plus l'utilisation d'un nouveau matériau pour les réseaux, diminuent l'apparition des reflets.

La lentille optique diffractive double couche sans espace est également positionnée plus loin dans l'objectif et plus éloignée de la partie avant dans le EF 400mm f/4 DO II IS USM que dans le EF 400mm f/4 DO USM. Elle est donc moins exposée à la lumière indésirable qui peut provoquer des reflets. Ce changement a aussi un effet sur l'angle de la lumière atteignant l'objectif qui devient plus perpendiculaire. Moins de lumière est donc reflétée et la probabilité de reflets avec des sujets à contre-jour est encore plus réduite.
Le plan de coupe des lentilles optiques dans un super téléobjectif.

Une représentation des lentilles optiques dans un super téléobjectif : un design élégant, conçu avec précision mais assez encombrant.

Le plan de coupe d'un super téléobjectif à la même échelle, montrant comment l'utilisation d'une lentille optique diffractive offre un objectif plus petit et plus léger.

Un objectif doté d'une lentille optique diffractive multicouche peut être rendu plus petit et plus léger qu'un objectif équivalent fabriqué avec des lentilles optiques classiques.

Objectifs RF

Comme mentionné, l'utilisation d'une lentille optique diffractive multicouche offre un objectif beaucoup plus compact que la construction classique de l'objectif. C'est particulièrement avantageux pour les super téléobjectifs comme le RF 600mm F11 IS STM et le RF 800mm F11 IS STM, conçus pour être utilisés sur des appareils photo hybrides plein format du système EOS R.

Le RF 600mm F11 IS STM est fabriqué avec 10 éléments répartis en 7 groupes tandis que le RF 800mm F11 IS STM dispose de 11 éléments répartis en 8 groupes. Tous deux incluent une lentille optique diffractive multicouche.

Avec une longueur de 269,5 mm lorsqu'il est étendu et prêt à l'emploi, le RF 600mm F11 IS STM est presque 40 % plus petit que le EF 600mm f/4L IS III USM. De la même façon, le RF 800mm F11 IS STM est presque 24 % plus petit que le EF 800mm f/5.6L IS USM. Ce raccourcissement rend les objectifs plus maniables et ils semblent plus équilibrés sur un appareil photo, en particulier lorsque vous prenez des photos sans grip batterie optionnel.

Les deux objectifs RF présentent également un design télescopique : ils se rétractent en longueur respectivement jusqu'à 199,5 mm et 281,8 mm et sont ainsi plus faciles à transporter et à ranger. Avec une ouverture sans lame fixe à f/11, les objectifs produisent des flous d'arrière-plan naturels et attrayants, tandis que la stabilisation de l'image assure la netteté des images.

L'utilisation d'une ouverture fixe diminue le nombre de variables à prendre en considération dans le design des objectifs. Cela permet d'optimiser la construction optique afin d'utiliser au mieux la lentille optique diffractive et de maximiser la qualité de l'image.

Rédigé par Angela Nicholson


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