Les invités non invités : quand la lumière devient voyou

Dans le monde de la fabrication de verres, la lumière est notre meilleure amie, jusqu'à ce qu'elle ne le soit plus. Que vous produisiez des lentilles pour des systèmes de sécurité haut de gamme, des ADAS automobiles ou des endoscopes médicaux délicats, vous connaissez le défi. Vous concevez un ensemble parfait d'éléments en verre, uniquement pour qu'un faisceau de lumière malveillant rebondisse à l'intérieur et crée des « artefacts optiques » que personne n'a demandés.1

Nous appelons ces invités non invités « Flare » et « Ghosting ». Dans un film cinématographique, une petite touche peut paraître « artistique ». Mais dans le monde réel ? C'est un désastre. En matière de sécurité, un phare parasite peut aveugler une caméra, lui faisant manquer une plaque d'immatriculation.4 En conduite autonome (ADAS), un voyant « fantôme » peut être interprété à tort par un algorithme comme un véritable obstacle, conduisant à un dangereux freinage fantôme.6 Et en chirurgie, une vue brumeuse et évasée d’un endoscope, c’est comme essayer de conduire dans une tempête de neige, sauf que la vie de quelqu’un est en jeu.8

Pour chasser ces « fantômes » de nos verres, nous avons développé une gamme de technologies de revêtement. Mais avant de parler du remède, diagnostiquons le problème.

Rencontrez les « fantômes » dans votre objectif

Flare et ghosting sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils ont des personnalités et des « scènes de crime » différentes.

Voile évasé : Le "voile blanc" brumeux

Le voile évasé est comme un tueur d’humeur pour vos images. Cela se produit lorsqu'une source de lumière puissante se trouve juste à l'extérieur du cadre, mais que sa lumière se répand toujours dans l'objectif et se disperse partout.1 Le résultat ? Vos noirs profonds se transforment en gris boueux, le contraste disparaît et l’image entière semble avoir été prise à travers un fin rideau de dentelle blanche.3

C’est un cauchemar pour les caméras de sécurité à vision nocturne ou les objectifs automobiles qui se dirigent vers le coucher du soleil. Sans traitement, une surface vitrée standard réfléchit environ 4 % de la lumière.12 Dans un objectif à 10 ou 15 éléments, cette « rébellion » de lumière s’accumule rapidement.

Fantôme : le fantôme polygonal

Si les reflets sont une « brume », les images fantômes sont un « fantôme ». Il s’agit de points lumineux distincts, souvent polygonaux (prenant la forme de l’ouverture de l’objectif) qui apparaissent symétriquement à l’opposé de la source lumineuse.10

Les images fantômes sont causées par le rebond de la lumière entre les surfaces internes de la lentille.3 Pour un objectif à zoom complexe ou un télescope médical à fort grossissement comportant de nombreuses couches de verre, garder ces « fantômes » à distance équivaut à jouer à un jeu de flipper à enjeux élevés.

Capteur/Flare à points rouges : la spécialité numérique

À l’ère du numérique, nous sommes confrontés à un nouveau problème : le capteur lui-même est un miroir.1 La lumière atteint le capteur CMOS/CCD, rebondit vers l'élément de lentille arrière, puis est à nouveau réfléchie vers le capteur.10 Cela crée souvent un motif de points rouges ou de points lumineux autour d’une source lumineuse – un casse-tête courant dans la surveillance moderne.10

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Revêtements antireflet (AR) : la « magie » des interférences

Notre arme principale contre ces artefacts est le revêtement antireflet (AR). La science ressemble à de la science-fiction : nous utilisons la nature ondulatoire de la lumière pour faire en sorte que les réflexions « s'annulent ».17

L'astuce du "quart d'onde"

En appliquant un film microscopique d'une épaisseur très spécifique (exactement un quart de la longueur d'onde de la lumière cible), nous créons une situation dans laquelle la lumière réfléchie par le dessus du revêtement et la lumière réfléchie par le verre en dessous sont désynchronisées de 180 degrés.18 Lorsqu'ils se rencontrent, ils se détruisent mutuellement et l'énergie est « poussée » à travers la lentille au lieu d'être réfléchie.

La règle de base est la suivante :

Épaisseur = longueur d'onde / (4 * indice de réfraction) 18

Monocouche ou multicouche : pourquoi plus c'est mieux

Au début, on utilisait des revêtements monocouches (comme le fluorure de magnésium, MgF2), qui fonctionnaient très bien pour une couleur (généralement le vert) mais échouaient pour d'autres. C'est pourquoi les verres bon marché ont souvent une teinte violette ou bleue : le revêtement ne fonctionne pas pour ces couleurs.12

Les objectifs professionnels modernes utilisent le « Multilayer AR ». En empilant différents matériaux (comme le dioxyde de titane, TiO2 et le dioxyde de silicium, SiO2), nous pouvons maintenir les réflexions en dessous de 0,5 %, voire 0,1 % sur tout l'arc-en-ciel.17

La nano-révolution : SWC et ASC

Les revêtements traditionnels ont du mal avec les objectifs grand angle où la lumière frappe à des angles abrupts.22 Pour ces verres « courbés », nous avons besoin du gros calibre : les nano-revêtements.

Revêtement de structure sub-onde (SWC) : apprendre des papillons

Les papillons de nuit ont développé des yeux qui ne reflètent pas la lumière, sinon les prédateurs les repéreraient la nuit. Leurs yeux sont recouverts de minuscules « nano-cônes » plus petits qu’une longueur d’onde de la lumière.12

CFC imite cela. Au lieu d'un saut « semblable à une falaise » de l'air (indice 1,0) au verre (indice 1,5), SWC crée une « rampe douce ». La lumière ne se rend même pas compte qu’elle pénètre dans le verre, elle ne se reflète donc pas.23 Il s’agit de la technologie « furtive » ultime pour les objectifs grand angle.22

Air Sphere Coating (ASC) : piéger la lumière dans des bulles

L'ASC est une couche contenant des sphères d'air nanoscopiques.23 Étant donné que l'air a l'indice de réfraction le plus bas (1,0), ces bulles créent une couche « à indice ultra-faible » qui absorbe presque toute la lumière frappant le centre de la lentille.23 C’est la solution parfaite pour les caméras de sécurité qui doivent faire face à des projecteurs à haute intensité.

18

Verres automobiles : les enjeux de sécurité

Pour les producteurs de verres automobiles, il n’y a aucune marge d’erreur. Une caméra ADAS est les « yeux » de la voiture. Une lumière fantôme apparaissant à côté d’une vraie voiture peut tromper l’ordinateur de la voiture en lui faisant mal calculer les distances.6

De plus, ces lentilles vivent en enfer. Ils doivent survivre entre -40 °C et 85 °C et résister aux lavages de voiture et au gravier.28 Pour cela, nous recommandons :

1. 

Pulvérisation par faisceau d'ions (IBS) : Cela crée un revêtement si dense qu'il agit comme une armure, empêchant l'humidité de s'infiltrer et empêchant le revêtement de se décoller en cas de chaleur extrême.17

2. 

3. 

Revêtements durs (DLC) : Ajout de couches de « Diamond-Like Carbon » pour garantir que la lentille ne soit pas rayée par les débris de la route.31

4. 

Endoscopes médicaux : la guerre contre le brouillard

En chirurgie, l'ennemi n'est pas seulement une fusée éclairante, c'est du brouillard. Lorsqu’un oscilloscope à température ambiante entre dans un corps chaud et humide, il s’embue instantanément.

La règle des « 50 millisecondes »

Les chirurgiens s'appuient sur la vidéo en temps réel. Si un télescope s'embue ou crée une lumière parasite, cela crée un décalage visuel ou une distorsion. Des études montrent que même un délai de 50 ms peut altérer la coordination œil-main d'un chirurgien.32

La solution ?Revêtements superhydrophiles.33 Contrairement aux revêtements « craignant l'eau » (hydrophobes) qui font perler l'eau (ce qui provoque une diffusion/une éruption), les revêtements superhydrophiles agissent comme une éponge microscopique. Ils répartissent l’eau en une feuille parfaitement plate et transparente.33 Le brouillard devient essentiellement une fenêtre transparente !

Entretien : Ne tuez pas votre « magie » avec une empreinte digitale

Même le meilleur nano-revêtement SWC au monde peut être détruit par une seule empreinte huileuse. Les huiles ont un indice de réfraction élevé qui « remplit » les nanostructures, transformant ainsi votre revêtement coûteux en un morceau de verre réfléchissant.25

C'est pourquoi leRevêtement au fluor (AF) est vital pour l’élément le plus extérieur. Il crée une surface « antiadhésive » qui repousse l'huile et les empreintes digitales, permettant de les essuyer sans rayer les délicates couches AR en dessous.23

Réflexions finales : Équilibrer la lumière et l’ombre

Les reflets et les images fantômes ne sont pas des « défauts » : ce sont simplement la physique qui nous fait une farce. En combinant l'AR multicouche traditionnel avec des nanostructures et des revêtements protecteurs spécialisés, nous pouvons adapter « l'œil » parfait pour n'importe quelle application.

En fin de compte, en tant que fabricant de verres, votre travail ne consiste pas seulement à fabriquer du verre. Il s'agit d'apporter de la clarté là où cela compte le plus : la sécurité sur les routes, la précision en salle d'opération et la vigilance la nuit.

L’avenir de l’optique est prometteur et, avec les bons revêtements, il sera enfin sans reflets.