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Il ne faut pas perdre de vue que l'on considère ici la lumière sous sa forme ondulatoire. Les deux ondes réfléchies produites grâce au traitement vont se combiner de diverses façon. On dit qu'elles vont interférer. Si elles sont en phase, on obtient une interférence « constructive », leurs effets s'ajoutent et la réflexion est maximale. Si elles sont en opposition de phase, leurs effets se soustraient et dans le cas idéal on obtient une interférence « destructive » telle que toute vibration est supprimée, la réflexion est annulée.
Il ne faut pas perdre de vue que l'on considère ici la lumière sous sa forme ondulatoire. Les deux ondes réfléchies produites grâce au traitement vont se combiner de diverses façon. On dit qu'elles vont interférer. Si elles sont en phase, on obtient une interférence « constructive », leurs effets s'ajoutent et la réflexion est maximale. Si elles sont en opposition de phase, leurs effets se soustraient et dans le cas idéal on obtient une interférence « destructive » telle que toute vibration est supprimée, la réflexion est annulée. De ce fait, la lumière qui ne peut pas être réfléchie sur le dioptre est transmise quasi intégralement par celui-ci.


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Pour qu'une interférence destructive soit parfaite, deux conditions doivent être réalisées. Il faut d'une part que les deux ondes aient exactement la même amplitude et d'autre part qu'elles soient en exacte opposition de phase.
* '''même amplitude''' :
La réflexion sur un dioptre dépend directement de la différence des indices de réfraction des deux milieux ; le coefficient de réflexion sur une surface de séparation air-verre vaut r = (N-1)/(N+1), où N est l'indice du verre. On montre facilement que la couche anti-reflets doit posséder un indice n égal à la racine carrée de N. Par exemple, avec un verre d'indice 1,69, il faut une couche mince d'indice 1,3 pour réaliser l'égalité des amplitudes.
* '''opposition de phase''' :
La lumière réfléchie sur le second dioptre doit être décalée d'une demi-longueur d'onde par rapport à celle que renvoie le premier. Il faut donc que l'épaisseur du revêtement correspondes à /4, puisque la couche est traversée deux fois par la seconde onde réfléchie.

En incidence normale, la correction fournie par le traitement n'est donc en principe valable que pour une seule longueur d'onde. Si l'incidence de la lumière n'est pas normale au dioptre, le chemin optique se trouve allongé et la correction fonctionne encore mais pour une longueur d'onde un peu plus grande, donc pour un rayonnement décalé vers le rouge. En pratique, l'amélioration concerne presque tout le spectre visible.



'''à suivre'''
'''à suivre'''

Version du 9 avril 2009 à 10:45

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Le problème à résoudre

Lorsqu'elle traverse les surfaces polies qui limitent les divers milieux transparents qui constituent les systèmes optiques, la lumière subit toujours des pertes. Une partie non négligeable est en effet réfléchie, ce qui présente deux inconvénients notables :

  • d'une part, le flux lumineux s'affaiblit au fur et à mesure de la traversée des dioptres successifs, ce qui assombrit les images,
  • d'autre part, les multiples réflexions qui se produisent sur les divers dioptres peuvent former des images parasites qui se superposent aux images utiles ; plus généralement, elles conduisent à dégrader ces images en leur ajoutant un éclairement indésirable particulièrement visible dans les parties qui devraient rester sombres. Les anglo-saxons appellent « flare » cet éclairement parasite

Remarquons toutefois que la réflexion sur la première lentille n'engendre pas d'image parasite ni de flare puisque la lumière renvoyée ne revient pas dans le système optique. Il n'en va évidemment pas de même pour les réflexions qui se produisent sur les dioptres suivants.

Sur une surface air-verre courante, les pertes peuvent atteindre de 6 à 10 % selon les conditions opératoires. Ces réflexions indésirables ont pendant longtemps bridé l'imagination des opticiens. Les objectifs anciens comportant plus de 4 ou 5 lentilles sont rares car au-delà, la baisse de transmission globale et les éclairements parasites deviennent prohibitifs. Afin de rendre les dioptres plus transparents, on pratique aujourd'hui des traitements de surfaces particuliers, dits traitements anti-reflets, grâce auxquels les réflexions parasites ne concernent plus qu'un très faible pourcentage de la lumière incidente. Grâce à ces traitements, on peut désormais réaliser des systèmes optiques comportant jusqu'à 15 ou 20 lentilles, comme c'est le cas pour la quasi totalité des objectifs à focale variable actuels. Les lentilles qui constituent les lunettes et autres jumelles d'observation, les microscopes et endoscopes, et d'une manière générale presque tous les systèmes optiques modernes, possèdent des surfaces traitées. Les verres correcteurs des lunettes de vue sont eux-aussi le plus souvent traités, ce qui facilite entre autres la conduite de nuit.

lunettes correctrices sans traitement (en haut) et avec traitement (en bas)

Utilisation des phénomènes d'interférence

Le principe des traitements anti-reflets consiste à recouvrir les dioptres de couches transparentes minces dont l'épaisseur est soigneusement déterminée. Lorsque la lumière traverse un dioptre ainsi traité, il se produite deux réflexions : une première lors du passage de l'air à la couche anti-reflets (si la lentille est située dans l'air), puis une deuxième réflexion lors du passage de la couche anti-reflets au verre. C'est le fait de créer deux réflexions au lieu d'une qui va permettre d'obtenir l'effet recherché.

double réflexion obtenue avec une lame d'épaisseur /4

Il ne faut pas perdre de vue que l'on considère ici la lumière sous sa forme ondulatoire. Les deux ondes réfléchies produites grâce au traitement vont se combiner de diverses façon. On dit qu'elles vont interférer. Si elles sont en phase, on obtient une interférence « constructive », leurs effets s'ajoutent et la réflexion est maximale. Si elles sont en opposition de phase, leurs effets se soustraient et dans le cas idéal on obtient une interférence « destructive » telle que toute vibration est supprimée, la réflexion est annulée. De ce fait, la lumière qui ne peut pas être réfléchie sur le dioptre est transmise quasi intégralement par celui-ci.

>>>> ou >>>>

Pour qu'une interférence destructive soit parfaite, deux conditions doivent être réalisées. Il faut d'une part que les deux ondes aient exactement la même amplitude et d'autre part qu'elles soient en exacte opposition de phase.

  • même amplitude :

La réflexion sur un dioptre dépend directement de la différence des indices de réfraction des deux milieux ; le coefficient de réflexion sur une surface de séparation air-verre vaut r = (N-1)/(N+1), où N est l'indice du verre. On montre facilement que la couche anti-reflets doit posséder un indice n égal à la racine carrée de N. Par exemple, avec un verre d'indice 1,69, il faut une couche mince d'indice 1,3 pour réaliser l'égalité des amplitudes.

  • opposition de phase :

La lumière réfléchie sur le second dioptre doit être décalée d'une demi-longueur d'onde par rapport à celle que renvoie le premier. Il faut donc que l'épaisseur du revêtement correspondes à /4, puisque la couche est traversée deux fois par la seconde onde réfléchie.

En incidence normale, la correction fournie par le traitement n'est donc en principe valable que pour une seule longueur d'onde. Si l'incidence de la lumière n'est pas normale au dioptre, le chemin optique se trouve allongé et la correction fonctionne encore mais pour une longueur d'onde un peu plus grande, donc pour un rayonnement décalé vers le rouge. En pratique, l'amélioration concerne presque tout le spectre visible.


à suivre


Traitement « Subwavelength Structure Coating » (SWC) de Canon

Canon a annoncé le 17 septembre 2007 l'utilisation d'un nouveau traitement anti-reflets qui réduit encore les images parasites et le « flare » provoqués par les réflexions de la lumière sur les surfaces des lentilles. Ce traitement doit être utilisé en priorité pour les objectifs grand-angulaires de fort diamètre destinés aux appareils reflex EOS.

Les réflexions sont d'autant plus importantes que la différence des indices des matériaux constituant les dioptres est plus élevée. La protection classique monocouche, qui repose sur les phénomènes d'interférences, tombe en défaut lorsque l'angle d'incidence des rayons est élevé, et selon Canon, elle peut même dans certains cas augmenter la production des images-fantômes.

Canon utilise des couches minces dans lesquelles l'indice de réfraction varie de façon continue, ce qui est particulièrement efficace pour éviter les grands écarts d'indice et donc diminuer fortement les réflexions indésirables, en particulier pour les grands angles d'incidence. Ce traitement se révèle particulièrement efficace pour les lentilles à forte courbure telles que celles que l'on trouve dans les objectifs grand angulaires. Il est prévu de le généraliser progressivement à l'ensemble de la gamme optique.

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