Les voleurs de lumière
Les spoilers qui ont tourmenté les utilisateurs d'optique depuis l'invention du premier télescope de Galilée en 1610 sont l'absorption et les réflexions, qui réduisent considérablement la quantité de lumière utilisable qui atteint les yeux de l'observateur. Chaque élément optique (lentille individuelle, prisme ou miroir) absorbe inévitablement une partie de la lumière qui le traverse. Mais ce qui est bien plus significatif, c'est le fait qu'un faible pourcentage de la lumière est réfléchi par chaque surface air-verre. Pour les optiques non traitées, cette « perte de réflexion » varie entre 4 et 6 % par surface, ce qui ne semble pas trop grave jusqu'à ce que l'on réalise que les instruments optiques modernes ont entre 10 et 16 de ces surfaces. Le résultat net peut être une perte de lumière pouvant atteindre 50 pour cent, ce qui est particulièrement gênant dans des conditions de faible luminosité.
Mais ce qui est plus grave, c'est que la lumière réfléchie ne disparaît pas, laissant une image plus sombre. Au lieu de cela, il continue de rebondir d'une surface à l'autre à l'intérieur de l'instrument, une partie de la lumière provenant de ces deuxième, troisième et quatrième réflexions sortant finalement par les pupilles de sortie de l'instrument et dans les yeux du spectateur. Une telle lumière diffusée est appelée « fusée éclairante » et est définie comme « une lumière non formatrice d'image, concentrée ou diffuse, transmise à travers le système optique ». Le résultat est un éblouissement ou un flou voilant qui obscurcit les détails de l’image et réduit le contraste. Dans des cas extrêmes, cela peut même provoquer des images fantômes. Un exemple extrême serait si vous essayiez d'observer du gibier sur le côté ombragé d'une crête basse avec la lumière du soleil qui coule sur le dessus et dans la lentille de l'objectif de l'instrument. (Ne regardez jamais directement le soleil, avec ou sans optique, car cela pourrait causer de graves lésions oculaires.)
Revêtements antireflets monocouches
La solution tant attendue au problème de la perte de lumière réfléchissante est arrivée au milieu des années 1930, lorsque Alexandar Smakula, un ingénieur de Carl Zeiss, a développé et breveté le « système de revêtement de lentille non réfléchissant Zeiss » (maintenant appelé revêtement antireflet ou AR), qui a été salué comme « le développement le plus important du siècle dans la science optique ». Peu de temps après, les besoins militaires de la Seconde Guerre mondiale ont accéléré le développement du revêtement, qui a été utilisé par les forces alliées et de l'Axe dans des instruments optiques allant des jumelles aux viseurs de bombe.
La théorie derrière les revêtements AR (voir l’illustration ci-dessous) est un concept scientifique très complexe. En application, il consiste en un film transparent, généralement de fluorure de magnésium MgF2, d'une épaisseur d'un quart de longueur d'onde de lumière (environ six millionièmes de pouce), déposé, par bombardement moléculaire, sur une surface de verre propre. Le développement d’une méthode permettant d’appliquer un film aussi microscopiquement mince, réalisé dans des chambres à vide, a été un grand triomphe technologique. Ce revêtement antireflet monocouche a réduit la perte de lumière réfléchissante de 4 à 6 pour cent pour les surfaces non revêtues à environ 1,5 à 2 pour cent pour les surfaces revêtues, augmentant ainsi la transmission globale de la lumière d'environ 70 pour cent pour les instruments entièrement revêtus, ce qui, compte tenu de la réduction concomitante des reflets dégradant l’image, il s’agit d’une amélioration remarquable.
Revêtements antireflet multicouches
Un inconvénient majeur des revêtements monocouches, encore largement utilisés, est qu’ils ne fonctionnent parfaitement que pour la longueur d’onde (couleur) spécifique de la lumière, où l’épaisseur du revêtement est égale au quart de la longueur d’onde. Cette lacune a finalement conduit au développement de revêtements multicouches à large bande capables de réduire efficacement la perte de lumière réfléchissante sur une large gamme de longueurs d'onde. Les meilleurs revêtements multicouches actuels peuvent réduire la perte de lumière réfléchissante à seulement deux dixièmes de un pour cent sur chaque surface air-verre.
Mon introduction aux revêtements multicouches a eu lieu en 1971, lorsque Pentax a commencé à utiliser son « Super Multicoating » sur les objectifs des appareils photo, où il éliminait presque les reflets et les images fantômes lors de la photographie de sujets à contre-jour brillant. Les fabricants d'optiques sportives ont mis un peu de temps à prendre le train en marche, et ce n'est qu'en 1979 que Carl Zeiss a présenté son multicouche « T* », qui a augmenté la transmission lumineuse des jumelles Zeiss à un peu plus de 90 %, tout en améliorant simultanément le contraste de l'image. La raison pour laquelle il a fallu si longtemps pour passer des premiers revêtements monocouches aux revêtements multicouches à large bande d'aujourd'hui est que ces derniers, bien que basés sur les mêmes principes scientifiques, sont incroyablement complexes, impliquant plusieurs fines couches de divers fluorures, oxydes, dioxydes, etc. Comme on peut s'y attendre, les ordinateurs jouent un rôle majeur dans la formulation et l'application de ces revêtements.
Bien que la transmission globale de la lumière continue de s'améliorer légèrement, les niveaux les plus élevés que je connais actuellement sont d'environ 92 % pour les jumelles et 95 % pour les lunettes de visée, ce qui est bien au-dessus des moyennes de ces instruments. La principale raison pour laquelle les lunettes de visée ont tendance à avoir une transmission lumineuse légèrement meilleure que les jumelles est qu'elles utilisent de simples lentilles de montage plutôt que des prismes compliqués pour l'érection de l'image.
De même, les jumelles à prisme de Porro ont tendance à avoir une meilleure transmission de la lumière que les jumelles à prisme en toit de qualité optique similaire. Des exceptions notables sont les jumelles Carl Zeiss qui utilisent des prismes en toit d'Abbe-Koenig au lieu des prismes en toit de type Pechan, largement utilisés, qui ont une surface en miroir (généralement aluminisée ou argentée) où entre 4 et 6 pour cent de la lumière disponible est perdue lors de la lumière interne. réflexion. (Dans un processus appelé « réflexion interne totale », les prismes de Porro et les prismes en toit d'Abbe-Koenig obtiennent une réflexion à 100 % sur toutes leurs surfaces internes, sans aucun revêtement.) Les solutions de certains grands fabricants au problème des prismes de Pechan sont des multi-spéciaux. superposez des revêtements réfléchissants qui obtiennent une réflexion de 99,5 % sur les surfaces en miroir.
La mise en garde ici est qu'il ne faut pas trop se laisser emporter dans la quête de quelques points de pourcentage supplémentaires de transmission lumineuse. Considérez, par exemple, qu'un gain de 5 % en transmission lumineuse dans un instrument optique haute performance équivaut à peu près à un gain de 150 ips en vitesse initiale dans un fusil magnum .300 – vous ne remarquerez jamais la différence.
Une transmission lumineuse à 100 % sera-t-elle un jour atteinte dans l’optique sportive ? Il ne faut jamais dire « jamais », mais, à part modifier les lois de la physique, la réponse est presque certainement non !
Couleurs de revêtement
Beaucoup pensent que la qualité des revêtements AR peut être déterminée par la couleur de la lumière réfléchie par les surfaces. Peut-être, mais pour y parvenir avec certitude, il faut une expertise considérable. La couleur observée n'est pas celle du matériau de revêtement lui-même, qui est incolore, mais la couleur réfléchissante ou les couleurs réfléchissantes combinées des longueurs d'onde de la lumière pour lesquelles le revêtement est le moins efficace. Par exemple, un revêtement qui est le plus efficace dans les longueurs d’onde rouge et bleue produira un reflet vert. À l’inverse, si le revêtement est plus efficace dans les longueurs d’onde vertes, la réflexion sera une combinaison de rouge et de bleu, comme le magenta. Les reflets provenant des revêtements monocouches de fluorure de magnésium vont généralement du bleu pâle au violet foncé. Alors que les couleurs réfléchies par les derniers revêtements multicouches peuvent être presque toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, avec différentes couleurs apparaissant sur diverses surfaces optiques dans tout le système, une réflexion blanche brillante (incolore) indique généralement une surface non revêtue.
Bien que non scientifique, le test à faire soi-même suivant pour évaluer les revêtements AR est à la fois éducatif et informatif. Le seul outil nécessaire est une petite lampe de poche ou, à défaut, un plafonnier. L'astuce consiste à diriger la lumière vers l'objectif de l'instrument afin que, lorsque vous regardez le long du faisceau, vous puissiez voir des images de la lumière réfléchie par les différentes surfaces air-verre de l'instrument. (Remarque : la réflexion proviendra à la fois des côtés proches et éloignés des lentilles et des prismes.) Maintenant, sur la base des informations ci-dessus, concernant la couleur, vous aurez une idée des types de revêtements utilisés et, plus important encore, si certains les surfaces ne sont pas recouvertes.
Autres types de revêtements
Faute d'espace pour une couverture approfondie des autres types de revêtements optiques, je propose les brefs résumés suivants.
Revêtements à correction de phase (P) :Développé par Carl Zeiss (qui d'autre ?) et introduit sous le nom de « revêtement P » en 1988, le revêtement de correction de phase est le deuxième en importance après le revêtement antireflet dans les instruments à prisme en toit. Le problème (inexistant dans les prismes de Porro) est que les ondes lumineuses réfléchies sur les surfaces opposées du toit se polarisent de manière elliptique de manière à être déphasées d'une demi-longueur d'onde les unes par rapport aux autres. Cela entraîne des interférences destructrices et une détérioration ultérieure de la qualité de l’image. Les revêtements P corrigent le problème en éliminant les déphasages destructeurs.
Revêtements réfléchissants :Ces revêtements de type miroir, qui doivent souvent leur efficacité à des interférences constructives, sont utilisés plus souvent qu'on ne le pense dans l'optique sportive. Les exemples incluent : la plupart des télémètres laser et les quelques lunettes de visée qui utilisent des séparateurs de faisceau ; les viseurs à point rouge où un revêtement spécifique à la longueur d'onde est utilisé pour refléter l'image du point vers l'œil du tireur ; et, comme indiqué précédemment, dans les instruments à prismes en toit dotés de prismes de Pechan.
Revêtements hydrophobes (hydrofuges) :L'archétype du revêtement hydrofuge est le revêtement Rainguard de Bushnell qui évacue l'eau et résiste à la buée externe. J'ai testé de manière approfondie le revêtement Rainguard dans des climats froids où respirer par inadvertance sur l'oculaire d'une lunette aurait obscurci la vue de la cible. Les résultats ont été que, même lorsque je respirais intentionnellement sur les lentilles de l'objectif et de l'oculaire, les faisant s'embuer ou se givrer, je pouvais toujours voir les cibles suffisamment bien pour tirer.
Revêtements résistants à l'abrasion :Un inconvénient persistant de certains revêtements antireflet est qu’ils ont tendance à être mous et, par conséquent, à se rayer facilement. Heureusement, les revêtements « résistants » d’aujourd’hui, même s’ils ne sont pas encore universellement utilisés, améliorent considérablement la durabilité des optiques extérieures, allant des lunettes aux lunettes de visée. Le revêtement le plus résistant, de loin, que j'ai testé se trouve sur les surfaces externes des lentilles plaquées en T des lunettes de visée Black Diamond 30 mm Titanium de Burris. Je ne pouvais pas le rayer, même avec le tranchant d'un couteau de poche tranchant comme un rasoir. Ce dernier n'est pas recommandé.
Désignations des revêtements
Les termes suivants sont souvent utilisés par les fabricants d'optiques pour décrire dans quelle mesure leurs instruments sont protégés par les revêtements AR.
Une optique traitée (C) signifie qu'une ou plusieurs surfaces d'une ou plusieurs lentilles ont été traitées.
Entièrement revêtu (FC) signifie que toutes les surfaces air-verre ont reçu au moins une seule couche de revêtement antireflet, ce qui est une bonne chose.
Multicouche (MC) signifie qu'une ou plusieurs surfaces d'une ou plusieurs lentilles ont reçu un revêtement AR composé de deux couches ou plus. Lorsqu'elle est utilisée par des fabricants réputés, cette désignation implique généralement que l'une ou les deux surfaces extérieures de la lentille sont multicouches et que les surfaces intérieures ont probablement des revêtements monocouches.
Entièrement multicouche (FMC) signifie que toutes les surfaces air-verre doivent avoir reçu des revêtements antireflet multicouches, ce qui est le mieux.
Malheureusement, tous les revêtements AR d’un type donné ne sont pas égaux, et certains peuvent même être faux. Aussi beaux qu'ils soient à voir, je suis très sceptique quant à la valeur des revêtements dits « rubis », qui réfléchissent une quantité éblouissante de lumière rouge, faisant apparaître les objets observés d'un vert épouvantable. Lorsque de grands fabricants, tels que Carl Zeiss, Leica, Nikon et Swarovski, commenceront à utiliser du rubis ou d'autres revêtements décalés, je commencerai à y croire. La première ligne de défense contre les revêtements de qualité inférieure et faux consiste à acheter auprès d’un fabricant ayant fait ses preuves en matière d’honnêteté. Cela ne veut pas dire que même les meilleures entreprises hésitent à vanter leur revêtement exclusif. Ce sont généralement les publicitaires qui se laissent emporter.