Tout comprendre sur les lentilles et les verres optiques des objectifs

Verre asphérique, apochromatique, à faible dispersion ou encore en fluorine, ces lentilles sont très souvent mises en avant par les fabricants d’objectifs, de jumelles ou de télescopes. Mais quels sont leurs avantages ? Quelle lentille offre la meilleure qualité d’image ? Dans ce guide, nous allons explorer les différents types de verres optiques utilisés et découvrir pourquoi ils sont si importants pour obtenir un rendu de qualité. 

Comment l’histoire a façonné les lentilles optiques ? 

La longue histoire des lentilles optiques remonte à l’antiquité. À l’origine, elles étaient réalisées à partir de cristaux taillés. Avec l’avènement des systèmes optiques tels que les lunettes astronomiques et les microscopes, les limites des verres standards sont apparues rapidement. Les fabricants ont donc commencé à améliorer la qualité des verres pour optimiser la transmission de la lumière et obtenir une visualisation plus nette. C’est ainsi qu’est créé au 17e siècle le premier verre au plomb à forte dispersion. 

Au 19e siècle, la production de verre optique est devenue industrielle grâce à des partenariats tels que celui d’Otto Schott avec Carl Zeiss et Ernst Abbe en Europe, mais également avec l’émergence de grands fabricants en Asie comme Ohara et Hoya. Ces derniers ont permis une production en grande quantité de verres optiques pour la photographie. Depuis les années 1970, la recherche se concentre sur des verres spéciaux offrant une faible dispersion et/ou un haut indice de réfraction.

Qu’est-ce qu’une lentille achromatique ? 

La lentille achromatique, également appelée achromat a été développée au XVIIIe siècle pour corriger les aberrations chromatiques. Ces dernières se produisent lorsque l’élément optique n’est pas capable de concentrer au même point focal les longueurs d’onde des différentes couleurs qui composent la lumière. Cela se traduit par des franges de couleur qui ne s’aligne pas avec les autres. Elles sont visibles autour des éléments en contraste dans l’image. 

À lire : comprendre et éviter l’aberration chromatique en photo

Les verres achromatiques permettent de supprimer ces aberrations chromatiques. Pour ce faire, ils sont le plus souvent composés de deux éléments optiques aux propriétés différentes : un verre à forte dispersion et un verre à dispersion faible. Cette composition dite en doublet achromatique permet de focaliser sur un même point deux longueurs d’onde différentes, généralement le rouge et le bleu. Pour une efficacité encore plus grande, certains fabricants développent des lentilles apochromatiques (verre APO). Elles permettent de concentrer sur le même point non pas deux, mais trois couleurs distinctes : le rouge, le bleu et le vert. Le problème du chromatisme est ainsi entièrement corrigé. 

Les avantages des verres optiques achromatiques dans les objectifs photo sont nombreux. Tout d’abord, ils corrigent l’aberration chromatique, ce qui permet d’obtenir une image plus nette et précise, avec des contours bien définis. En outre, les verres achromatiques peuvent également réduire les reflets. Ils sont particulièrement utiles pour les objectifs grand angle qui sont très sujets aux aberrations chromatiques. 

Qu’est-ce qu’une lentille asphérique ? 

Les verres asphériques sont une autre avancée importante dans le domaine de l’optique. À l’origine, tous les objectifs étaient sphériques, car il s’agit de la forme la plus simple à fabriquer. Cependant, elle n’est pas la plus efficace pour obtenir des images nettes, car elle engendre de nombreuses aberrations sphériques, en particulier sur les bords de l’image. Les verres asphériques adoptent ainsi une courbure variable qui leur permet de corriger ces aberrations. 

Bien que connue dès 1930, ce n’est qu’en 1971 que le premier objectif photo doté d’une lentille asphérique voit le jour. Cependant, il n’était pas sans défauts. Ce n’est que deux ans plus tard que les techniques de fabrication ont atteint le niveau de précision nécessaire pour obtenir une image bien plus nette. De nos jours, les lentilles asphériques sont utilisées pour corriger la distorsion des objectifs grand angle et pour compenser, voire éliminer, les aberrations sphériques des objectifs à très grande ouverture. Le processus d’une lentille asphérique reste plus complexe que pour un verre classique, mais cette technique est devenue courante dans de nombreux objectifs, même ceux d’entrée de gamme. Bien évidemment, la qualité d’une lentille asphérique dépend de facteurs tels que le niveau de polissage de la surface, le procédé de fabrication et le type de verre utilisé.

Qu’est-ce qu’un verre en fluorine ? 

Les premiers verres en fluorine ont fait leur apparition au 19e siècle dans les lentilles des microscopes. Ils sont développés à partir de fluorure de calcium, qui est une forme de cristal naturel. Celui-ci présente l’avantage d’être extrêmement pur pour maximiser la transmission de la lumière sur un large spectre (dont l’infrarouge et l’ultraviolet). Cette lentille dispose également d’un indice de réfraction très bas et affiche une faible dispersion. À noter que la fluorine qui compose les objectifs, jumelles ou télescopes est toujours synthétisée, car sa forme naturelle est insuffisante pour couvrir le diamètre des optiques. 

Les avantages du verre en fluorine varient selon la forme de la lentille, mais on note toujours une transmission optimale de la lumière, une nette diminution des aberrations chromatiques et des images de plus haute qualité. La fluorine est également plus légère tout en étant plus robuste que le verre classique. L’obtention d’une lentille en fluorine nécessite cependant un processus complexe de moulage et de meulage, ce qui explique le tarif plus élevé des objectifs qui adoptent cette solution technique. 

À noter que la fluorine est aussi utilisée comme simple traitement de surface sur la lentille frontale de nombreux objectifs. Sa résistance plus élevée que le verre conventionnel permet de faciliter le nettoyage de la lentille, en réduisant le risque de rayure. Par ailleurs, la fluorine dispose d’un fort pouvoir oléofuge, permettant de repousser les éclaboussures et les traces de gras. La vidéo ci-dessous illustre bien cette capacité : 

Qu’est-ce qu’un verre ED (Extra-low Dispersion) ? 

Les verres optiques ED (Extra-low Dispersion), sont une autre variante des optiques utilisées dans les objectifs photo. Suivant les fabricants, ils peuvent également se nommer verres XD (eXtra-faible Dispersion) ou verre HD (haute densité). Dans tous les cas, ils présentent une dispersion minimale de la lumière, ce qui permet d’éliminer efficacement l’aberration chromatique. Ils peuvent avoir un profil achromatique pour compenser avec précision un certain nombre d’aberrations optiques, comme l’aberration sphérique, le coma et la distorsion. En combinant les fonctions du verre ED et d’un profil asphérique dans un seul élément, les lentilles asphériques ED peuvent être utilisées pour fabriquer des lentilles compactes et légères offrant des performances optiques élevées. Ces verres sont souvent utilisés en conjonction avec d’autres types d’optiques, tels que les verres en fluorine, pour obtenir une correction encore plus précise.

Il existe également des verres SLD (Special Low Dispersion) et des verres super ED (verres ELD) qui offrent une dispersion encore plus faible. Toutefois, il n’existe pas de norme qui impose les matériaux à utiliser pour ces lentilles ED. De ce fait, la qualité du verre ED peut varier considérablement en fonction de l’objectif ou du fabricant. 

L’importance des traitements de surface 

Malgré des lentilles optiques sans cesse plus qualitatives et techniques, il y a toujours un risque de dévier et de perturber la transmission de la lumière dès lors qu’un changement de milieu se produit sur son trajet. Cela est d’autant plus critique sous une lumière vive, comme lorsque le soleil ou l’éclairage est directement placé dans le cadre. 

Pour limiter ces risques, les fabricants peuvent appliquer des traitements sur les surfaces sceptiques. Le plus souvent, il s’agit de traitements multi-couches qui appliquent plusieurs revêtements de matériaux sur la lentille. Ces couches sont conçues pour réduire les réflexions et les reflets. Cela permet d’améliorer la qualité d’image, en particulier en éliminant les reflets qui peuvent causer des images fantômes ou des halos. Chaque fabricant utilise ses propres techniques. Par exemple, Nikon utilise un traitement multicouche appelé « Nano Crystal Coat » sur certaines de ses lentilles pour minimiser les reflets, tandis que Sigma utilise un traitement similaire appelé « Super Multi-Layer Coating » et Sony exploite la technologie “Nano AR Coating”. Enfin, des traitements peuvent également être appliqués pour augmenter la robustesse de l’optique et sa résistance aux intempéries. 

Quelle est la meilleure lentille pour vos objectifs ?

Après avoir examiné les principaux verres optiques utilisés dans les objectifs, vous pourriez vous demander quelle est la meilleure lentille pour vos objectifs. Malheureusement, il n’y a pas de réponse simple à cette question, car chaque type de verre optique a ses propres avantages et inconvénients en termes de correction d’aberrations, de dispersion de la lumière, de netteté et de qualité globale de l’image. 

En réalité, le meilleur objectif est une combinaison minutieuse de différentes lentilles pour associer les avantages de chaque optique tout en corrigeant les défauts d’autres. Par exemple, un objectif peut inclure des lentilles asphériques pour corriger la distorsion, des lentilles ED pour minimiser la dispersion de la lumière et des lentilles LD pour minimiser les aberrations chromatiques. Lorsque vous choisissez une lentille pour votre objectif, il est donc important de considérer l’effet de chaque optique sur la qualité de l’image globale. 

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