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161 Technologie des objectifs EF

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Technologie des objectifs EF

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La tâche principale d'un objectif photographique est dereproduire l'image d'un sujet aussi nettement et précisémentque possible sur film ou par capture numérique. Il ne s'agitpas, cependant, d'une tâche aisée, car les éléments de l'objectifpossèdent invariablement des propriétés et imperfections quiles empêchent de faire converger précisément des rayonslumineux en un seul point et tendent à disperser la lumièreprès des bords. Ces propriétés, qui empêchent un groupe derayons lumineux provenant d'un seul point du sujet dereconverger vers le point d'image idéal ou qui entraînent unedispersion lorsque les rayons traversent l'objectif, sontappelées aberrations.En termes simples, le but principal de la conception d'objectifs estde déterminer les données de construction permettant de minimiserles aberrations. Cependant, même s'il n'existe aucune solutionidéale unique pour la conception d'un certain type d'objectifs,d'innombrables solutions s'en approchent. Le problème devientalors le choix de solution, ce choix déterminant largement lesperformances de l'objectif. Une des méthodes de conception d'objectifs utilisée depuis le19ème siècle est une méthode de calcul appelée lancer de rayon.Bien que cette méthode permette de déterminer des aberrations,elle n'autorise les calculs que dans un sens (à savoir le calcul desaberrations pour une conception d'objectif prédéterminée) et parconséquent ne permet pas de déterminer les données deconstruction à partir de spécifications d'aberration. Au milieu des années 1960, Canon est devenue la première sociétéà mettre au point avec succès des logiciels appliqués pourdéterminer de manière analytique des données détaillées deconstruction d'objectif, aux configurations quasi-optimales subissantdes aberrations minimales(valeurs cibles), ainsi que deslogiciels de directionautomatique de la procédured'analyse.Depuis lors, Canon acontinué à développer denombreux autres progra-mmes informatiquesoriginaux destinés à laconception d'objectifs.Actuellement, l'utilisation deces logiciels permet à Canonde produire systéma-tiquement des objectifs deprécision, tout en conservantdans le produit final unconcept d'origine pratique-ment inchangé. Encomparant la conceptiond'un objectif à l'ascensiond'une montagne la nuit,l'avancement de Canon destechniques traditionnelles deconception d'objectifs versses méthodes informatiséesactuelles équivaut à sauterd'un état où une lampe depoche illumine uniquement

les pieds dans une obscurité totale où rien ne peut être fait à partcontinuer à marcher, à un état où l'on peut voir non seulement laroute mais aussi le point visé, garantissant une marche sûre etconstante vers le but souhaité.

Un objectif photographique idéal possède trois exigences généralesconcernant la formation d'image : � Les rayons lumineux d'un seul point du sujet doivent convergervers un seul point après passage à travers l'objectif. � L'image d'un sujet plat et perpendiculaire à l'axe optique doitêtre contenue dans un plan situé derrière l'objectif.� La forme d'un sujet plat et perpendiculaire à l'axe optique doitêtre reproduite précisément sans distorsion dans l'image. À ces troisexigences générales, Canon en ajoute une supplémentaire :� Les couleurs du sujet doivent être reproduites précisément dansl'image. Bien que les quatre exigences ci-dessus soient idéales et ne puissentpar conséquent jamais être satisfaites parfaitement, il est toujourspossible de faire des progrès pour s'en approcher. Le but constant deCanon est de produire des objectifs faisant partie des meilleurs dumarché tant au point de vue de la performance que de la qualité.Pour ce faire, nous nous fixons des buts élevés. Les toutes dernièrestechnologies combinées à des années d'expérience et deconnaissance cumulées sont utilisées pour réaliser des objectifsdotés de la meilleure qualité d'image possible avec la constructionla plus simple possible.

La recherche constante de l'excellence : l'idéedirectrice de la conception des objectifs de Canon

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Photo 1 Conception d'objectifs facilitée par CAO

( )L'objectif idéal selon Canon

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Technologie des objectifs EF

La recherche constante del'excellence : l'idée directrice de laconception des objectifs de Canon

Pour pouvoir offrir des objectifs EF satisfaisant les besoins de tousles types d'utilisateurs, Canon a défini les six buts de conception debase décrits ci-dessous. Pour les objectifs EF Canon, toutes cesconditions sont d'une importance capitale et doivent être satisfaitespour que les objectifs puissent être approuvés pour la production.

Une qualité d'image élevée sur l'ensemble de la zone d'imageOn ne peut dire d'un objectif qu'il offre une qualité d'image élevées'il fournit seulement une résolution ou un contraste élevé. Il doitoffrir les deux. Cependant, selon le type d'objectif, la résolution et lecontraste possèdent généralement une relation d'oppositionmutuelle, où l'amélioration de l'un entraîne la dégradation del'autre. Pour atteindre simultanément ces deux buts, Canon faitbeaucoup appel à des éléments tels que des objectifs asphériques,fluorite, verre UD, verre Super UD et verre à haute réfraction, quipossèdent des caractéristiques optiques remarquables, offrantnetteté, clarté et performances d'imagerie inégalées (qualité d'imageélevée).

Mêmes caractéristiques de reproduction des couleurs réelles pourtous les objectifsLa reproduction des couleurs (balance de couleur) est une traditionCanon et une des caractéristiques les plus importantes desobjectifs EF. Chaque objectif est non seulement conçu pour unebalance de couleur optimale, mais cette balance doit être la mêmepour tous les objectifs interchangeables. Canon a mis au point trèstôt de nombreuses techniques de traitement multi-couche uniqueset spéciaux hautement fiables, et a entrepris un contrôle scrupuleuxde la balance de couleur depuis le développement de la séried'objectifs FD. Pour la série d'objectifs EF, les toutes dernièrestechniques de simulation informatique sont utilisées pourdéterminer le type de traitement optimum pour chaque élémentd'objectif afin d'éliminer les images fantômes et d'obtenir unereproduction des couleurs supérieure, ainsi que pour garantir unebalance des couleurs réelles uniforme entre tous les objectifs.

Effet de flou naturelLorsque les objectifs photographiques enregistrent les sujetstridimensionnels sous forme d'image plate sur film ou capteurd'images pour obtenir un effet tridimensionnel, non seulementl'image mise au point doit être nette, mais l'image hors mise aupoint, ou floue, se trouvant devant et derrière doit sembler naturelle.S'il est prioritaire d'optimiser la qualité du plan d'image de mise aupoint, Canon analyse également les effets de correction desaberrations et autres problèmes à l'étape de conception des objectifspour s'assurer que la partie hors mise au point de l'image paraissenaturelle et agréable à l'œil. Une certaine attention est égalementportée à des facteurs non liés à la conception optique dans larecherche d'un effet de flou naturel, y compris le développementd'un diaphragme circulaire qui réalise des ouvertures avec un degréélevé de rondeur.

Maniabilité supérieureQuelles que soient les performances optiques d'une lentille, il fauttoujours garder à l'esprit qu'un objectif est un outil utilisé pourprendre des photos et qu'il doit par conséquent faire preuve d'unebonne maniabilité. Tous les objectifs EF sont conçus pour offrir unemise au point manuelle sensible, un zoom en douceur et, d'unemanière générale, un fonctionnement remarquable. Depuis l'étapede conception de l'objectif optique, les concepteurs de Canon sontactivement impliqués dans le développement de systèmes optiques(tels que des systèmes de mise au point arrière et interne) pourréaliser une mise au point automatique plus rapide, de meilleuresperformances de mise au point manuelle, un fonctionnement plussilencieux, et des systèmes de zoom multigroupe pour des objectifsencore plus compacts.

Fonctionnement silencieuxCes dernières années, les appareils photo et objectifs sont devenusde plus en plus bruyants, influençant le sujet photographique etgâchant souvent pour le photographe de précieuses opportunités.Pour les objectifs EF, Canon s'est depuis le début attaché de manièreactive à développer de nouvelles technologies permettant deminimiser le bruit du moteur AF dans le but de produire desobjectifs aussi silencieux et performants que les objectifs à mise aupoint manuelle. Depuis lors, Canon a développé de manièreindépendante deux types et quatre modèles de moteursultrasoniques (USM), et approche à grands pas de son but :incorporer un USM silencieux dans tous les objectifs EF.

FiabilitéPour garantir une fiabilité totale (qualité, précision, puissance,résistance aux chocs, aux vibrations et aux intempéries, et durabilitéde fonctionnement) pour chaque objectif de chaque grouped'objectifs EF, les diverses conditions d'exploitation que chaqueobjectif est susceptible de rencontrer sont conjecturées et prises enconsidération dès l'étape de conception. De plus, chaque prototypesuccessif est soumis à des tests stricts jusqu'à la génération d'unproduit final. Un contrôle qualité soigneux basé sur les normesCanon d'origine est réalisé durant la production. En outre, denouveaux facteurs autofocus et numériques sont constammentajoutés à la liste de considérations des normes Canon, en fonctionde ses normes d'objectifs FD, hautement réputées.

Ces six bases de conception constituent l'ossature dudéveloppement des objectifs EF modernes. Leur soutien répond à« l'esprit Canon », qui a donné naissance à un flux permanent denouvelles technologies depuis la création de la société ; c'est cetesprit qui continue de motiver l'effort inépuisable de Canon pouroffrir une qualité d'objectifs inégalée, si proche de l'idéal.

( )Les bases de la conception des objectifs EF Canon

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Développement d'objectifs EF hautes performances

Création de l'objectif idéal, un défi :— développement d'objectifs EF hautes performances —

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1 ( )Processus réels de conception et de développementdes objectifs EF

Le développement d'un objectif EF commence par l'écouteattentive des opinions et demandes des véritables utilisateursd'objectifs EF. Si les demandes des utilisateurs professionnels sont trèsimportantes, les types d'utilisateurs pour lesquels Canon conçoitses produits comprennent également les amateurs, amateursconfirmés et semi-professionnels de tous âge, quel que soit leursexe et leur expérience. En bref, les produits Canon sont conçuspour ceux qui aiment la photographie. Ainsi, les demandes detous les types d'utilisateurs sont regroupées de diverses manièreset recueillies au siège de Canon. Le service de planification desproduits et le service de développement coopèrent étroitementpour analyser les demandes et étudier avec soin la qualitémarchande des objectifs souhaités. Si une demande suffisanteexiste pour un objectif donné, un concept clair du produit quiséduira un large éventail d'utilisateurs est déterminé. Ce conceptest alors étudié avec soin du point de vue de l'utilisateur (focale,fourchette de zoom, ouverture relative, distance de prise de vueminimale, performances d'image requises, taille, poids, coût, etc.)et celui du développeur et du fabricant, et ainsi davantage affinéen un projet concret. Une fois cette étape terminée, la conceptionde l'optique proprement dite de l'objectif peut commencer. Lesobjectifs EF combinant des technologies optiques, mécaniques etélectroniques, les concepteurs chargés de divers domaines telsque la conception des montures d'objectif et de la motorisation, laconception des circuits de contrôle électronique et la conceptionindustrielle collaborent étroitement depuis l'étape de conceptioninitiale et pendant toute la durée du processus de développementafin de produire un objectif optimal basé sur le concept initial.

Conception de lentille optiqueLa figure 1 indique le processus de conception optique de lentilleutilisé par Canon. Une fois les spécifications de base telles que lafocale et l'ouverture maximum définies, le type de lentille estdéterminé. C'est alors que ce qu'on appelle la structure de lalentille est décidée. La structure sélectionnée ici s'applique à tousles usages et propose une conjecture générale de la structure quel'objectif sera susceptible d'avoir, mais comme elle a une largeinfluence sur le flux de processus consécutif, un logiciel spécialest utilisé pour rechercher chaque type de lentille possible avecun algorithme d'évaluation d'origine utilisé pour sélectionner lasolution optimale. Le processus se poursuit ensuite avec l'étapede conception initiale où la solution optimale est analysée enfonction des algorithmes d'aberration et de la théorie de « rayonparaxial » propre à de Canon ; la forme initiale de chaqueélément de l'objectif est alors déterminée. Cette étape deconception initiale étant la partie la plus importante du flux deprocessus de conception, Canon utilise des solutions analytiquesbasées sur la théorie, une riche banque de données et des annéesd'expérience de conception cumulées pour mettre au point unsystème pouvant déterminer la configuration finale idéale en uncourt délai. Une fois la configuration d'objectif initiale déterminée, unordinateur super rapide et extrêmement puissant est utilisé poureffectuer de manière répétée le cycle de conception suivant :lancer de rayon → évaluation → conception automatisée →changement de type/forme → lancer de rayon. Dans ceprocessus, comme illustré dans la figure 2, l'ordinateur fait varierméthodiquement chaque paramètre tel que la courbure de chaquesurface de lentille, l'intervalle de surface (épaisseur) de chaque

Figure 2 Flux du processus de conception d'objectifs automatiséFigure 1 Flux du processus de conceptiond'objectifs (procédure deconception générale) Focale

Rapport d'ouvertureAngle de champTaille d'imageCaractéristiques d'aberration

Spécificationsde la conception

Opérations informatiséesOpérations manuelles

Toutes les spécificationssont-elles respectées ?

Calcul des valeurs descaractéristiques optiques

f1 Lancer de rayonf2 Aberration chromatiquef3 Aberration sphériquef4 Astigmatismef5 Comaf6 Courbure de champ Distorsion | MTF (fonction de transfert de modulation) Diagrammes de points Simulations d'aberrationfn Analyse des erreursde fabrication

ArrêtPossibilité de

modifier f1--fn ?

Terminé

Modification des caractéristiquesde la conception

Création de tableaux et degraphiques exprimant

la relation entreX1~Xn et f1~fn.

Modification des paramètres X1-Xn

Facteurs de constructiondes paramètres d'objectif

X1 Type d'objectifX2 Rayon de courbure de chaque élément d'objectifX3 Nombre d'élémentsX4 Forme de chaque élément d'objectifX5 Type(s) de verreX6 Portée de transmission des longueurs d'onde CoûtXn Valeurs de tolérance

| | | | |

| | | |

RésolutionContrasteDistance de prise de vue minimaleFormat (dimensions)

NON

OUI

NON

OUI

Révision de la conception

Détermination descaractéristiquesde conception

Détermination du type d'objectif

Conception initiale

Simulation de lancer de rayon

Correction de l'aberrationChangement de paramètres(Conception automatique)

Réglages de précision

Evaluation

Evaluationdétaillée desperformances

Conception terminée

�Etapes répétées jusqu'à ce quetoutes les conditions soient remplies

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Technologie des objectifs EF

Développement d'objectifs EFhautes performances

lentille, chaque intervalle de lentille, et les caractéristiquesmatérielles de chaque lentille pour avancer progressivement versla configuration de conception optimale dans laquelle chaquetype d'aberration est réduit à un minimum. Cette partie duprocessus exige le volume de calculs le plus grand et le pluscomplexe de l'ensemble du processus de conception. Cependant,avec les logiciels de conception optique mis au point par Canon,un environnement est disponible pour exécuter les procédures deconception de manière interactive et très efficace.Le logiciel de conception automatisée utilisé dans ce processus aété développé de manière indépendante par Canon selon sespropres théories de conception automatisée. En entrantsimplement les valeurs cibles, la solution optimalecorrespondante peut être obtenue dans un bref délai. Sans que leur raisonnement soit constamment interrompu pardes procédures quelconques, nos concepteurs peuvent recherchertranquillement les valeurs de conception finale optimales endéfinissant les données de départ et valeurs cibles pour les entrerdans le système de conception automatique, en évaluant lesrésultats de simulation et en définissant les valeurs optimales àsaisir de nouveau pour minimiser les aberrations. Ainsi, nosconcepteurs interagissent avec l'ordinateur pour effectuer demanière répétée des jugements précis menant finalement à desvaleurs de conception presque idéales. L'effet de l'utilisation delentilles asphériques ou de matériaux spéciaux tel que la fluoriteou le verre UD peut également être minutieusement étudiéedurant ce processus, en permettant aux concepteurs dedéterminer si leur emploi est nécessaire ou non.En prenant ensuite pour exemple un zoom 28-105 mm ultra-compact, nous décrirons le flux réel du processus de conception.La figure 4 montre la structure de type zoom de cet objectif.

L'objectif possède une construction par groupe de 4 convexe-concave-convexe-convexe, le mouvement de tous les groupesétant lié à l'action du zoom et le 2ème groupe étant utilisé pourla mise au point. Le type optimal de lentille et la répartition depuissance d'un zoom ultra-compact sont déterminés par lelogiciel qui définit la répartition de puissance. À ce stade, il estpossible d'évaluer diverses spécifications telles que la piste de lacaméra télescopique, l'extension de mise au point, la longueurtotale de l'objectif, le diamètre de l'élément d'objectif avant et ladistance de foyer arrière.Le diagramme suivant, figure 5, montre une construction avec unminimum d'éléments utilisant des lentilles épaisses. La forme dechaque lentille a été sélectionnée à partir de la solution optimaledéterminée à partir des conditions spécifiées. A ce stade, unesimulation de lumière traversant l'objectif est effectuée et lenombre minimum d'éléments requis pour chaque groupe estestimé à partir de la manière dont les rayons lumineuxinfléchissent et des divers algorithmes d'aberration.

Figure 3 Simulation sur ordinateur de caractéristiques d'aberration

Lancer de rayon par ordinateur

Figure 4 Diagramme de projecteur

Figure 5 Figure 8

Figure 6 Figure 9

Figure 7 Figure 10

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Photo 2 Exemple réel de conception de montured'objectif (structure)

Figure 11 Coupe transversale de l'EF 24-70 mm f/2,8L USM

Photo 4 Monture d'objectif de camératélescopique de précision

Photo 3 Exemple réel de conception d'objectif assistéepar ordinateur (optique)

Avec cet objectif, il est ensuite nécessaire d'éliminer lesfluctuations d'aberration causées par le mouvement de miseau point du 1er groupe. Pour ce faire, un élément est ajouté àce dernier. Le 2ème groupe endossant l'essentiel de la chargede grossissement, il doit être puissant et comme il s'agitégalement du groupe de mise au point, la fluctuationd'aberration causée par le zooming et la mise au point doitêtre minutieusement éliminée. Deux éléments (l'un positif,l'autre négatif) sont ajoutés pour en faire un groupe de troiséléments. Le 3ème groupe absorbe la lumière dispersée du2ème groupe, de sorte qu'une lentille négative est ajoutéepour corriger l'aberration de couleurs axiale et l'aberrationsphérique, en en faisant un groupe de 2 éléments. Ainsi, lenombre minimum d'éléments de l'objectif est déterminé ; lerésultat de plusieurs cycles de conception automatisée répétésest illustré dans la figure 6. Elle montre que la convergencedes rayons lumineux s'est fortement améliorée. Enfin, pourmieux corriger l'aberration astigmatique comatique à grandangle, un élément asphérique est ajouté du côté de la surfaced'imagerie du 4ème groupe, où les groupes de rayonslumineux sont relativement écartés de l'axe lumineux.Une fois la construction finale de l'objectif déterminée, toutesles spécifications souhaitées telles que la distance de prise devue, l'ouverture et la focale sont ajoutées à l'équation, et lecycle de conception automatisée est répété de nombreuses fois

tout en variant légèrement les facteurs deconception, tels que le matériau du verreet la répartition de puissance. L'examendu résultat final des figures 7 et 10montre que les groupes de rayonslumineux convergent extrêmement bien.

Conception de monture d'objectifMaintenant que la conception du systèmeoptique est terminée, le processus passe àla conception de la monture qui doit tenirles éléments de l'objectif dans uneposition précise selon les valeurs deconception optique et doit déplacer lesdivers groupes de lentilles avec une

grande précision durant le zooming et la mise au point. Unemonture d'objectif doit satisfaire à plusieurs conditions debase, comme indiqué ci-dessous :� La monture d'objectif doit, quoi qu'il arrive, garder leséléments de l'objectif dans une position précise suivant lesvaleurs de conception optique afin de maintenir desperformances optimales à tout moment.� Les mécanismes doivent être positionnés pour unemaniabilité maximale.� La taille et le poids doivent être appropriés pour uneportabilité maximale.� La construction doit être conçue pour garantir une stabilitéde production intensive maximale.� Les parois internes de la monture d'objectif doiventempêcher les réflexions nocives. � La monture doit être dotée d'une puissance mécanique,d'une durabilité et d'une résistance aux intempériessuffisantes.Les facteurs répertoriés ci-dessous doivent être pris enconsidération lors de la conception des montures pour lesobjectifs EF, qui sont entièrement électroniques. Un support électronique et divers circuits électriquesdoivent être intégrés à l'objectif. Une construction qui réalise à la fois une mise au pointautomatique rapide et une mise au point manuelleremarquable.

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Technologie des objectifs EF

Développement d'objectifs EFhautes performances

Les yeux fixés sur l'avenir : conception de système de contrôle électronique avancé2 Incorporation de nouveaux actionneurs tels que USM, EMD

et IS. Conception de zoom multigroupe et de lentille à foyerarrière et interne. Léger, compact et peu coûteux.L'incorporation de ces facteurs a rendu la conception desmontures d'objectif plus complexe et plus précise d'année enannée, mais malgré cette complexité accrue, des conceptionsoptimales sont obtenues à l'aide de la CAO (conception assistéepar ordinateur), qui nous permet de créer tout en ayant uneprofonde compréhension tridimensionnelle de la constructiond'objectifs ; diverses techniques de simulation informatiquenous permettent en outre d'analyser et d'optimiser laconception. Pour obtenir des objectifs compacts et légers, desmatières plastiques d'ingénierie sont largement employées. Cetemploi des plastiques a été rendu possible seulement après denombreuses années d'analyse des caractéristiques des matières,la mise au point d'une technologie de moulage ultra-hauteprécision, et d'innombrables tests de produits rigoureux, conçuspour garantir une grande durabilité et une grande fiabilité.

Minutieux contrôles de performances des prototypes etévaluations de fiabilitéAprès réalisation d'un prototype en fonction des dessins deconception, l'objectif est testé rigoureusement pour voir si sesperformances satisfont vraiment les buts fixés. De nombreuxtests différents sont réalisés, y compris la comparaison avec desproduits existants de la même classe ; mesure de précision despécifications telles que focale, ouverture relative, niveau decorrection des aberrations, rendement d'ouverture, pouvoir derésolution, performances de transfert de modulation et balancede couleur ; tests sur le terrain dans diverses conditions deprise de vue ; tests de tache fantôme/lumineuse ; testsd'opérabilité ; tests de résistance aux changements detempérature et à l'humidité ; tests de résistance aux vibrations ;tests de durabilité de fonctionnement et de résistance aux chocs.Ces informations sont retransmises aux concepteurs et l'objectifest modifié jusqu'à ce que tous les résultats de ces testssatisfassent les normes de Canon.Actuellement, même les lentilles du groupe d'objectifs EF,hautement réputés, doivent être testées pour s'assurer qu'ellesrépondent aux buts initiaux durant le processus de prototypeavant que la production à grande échelle ne débute et quel'objectif ne sois mis sur le marché comme produit Canon. Pourmaintenir une qualité de produit stable au stade de laproduction à grande échelle, l'analyse des erreurs de fabricationet la définition de niveaux de tolérance appropriés, obtenus àpartir des résultats d'analyse en utilisant les simulations surordinateur dès le développement initial, constituent des facteursextrêmement importants. Ainsi, les hautes performances et laqualité des objectifs EF Canon sont assurées via une fusion detechnologies complexes comprenant des algorithmes decorrection des aberrations et leur application, une technologiede conception automatisée avancée employant des ordinateurshautes performances et des logiciels spécialisés, destechnologies d'évaluation des performances et de mesure dehaut niveau, l'analyse des erreurs de fabrication et destechnologies de définition de tolérances, ainsi que de moulagede précision. Ce n'est qu'alors que les objectifs sontcommercialisés en portant fièrement le nom de Canon.

Sélection d'un nouveau système en gardant un œil sur le futurDans le système EOS, pourquoi la télémétrie est-elle effectuéedans le boîtier de l'appareil photo et la motorisation del'objectif par un moteur intégré à chaque objectif ?La réponse remonte à 1985, lorsque, pour répondre à lanouvelle tendance des reflex mono-objectif à mise au pointautomatique à part entière, la plupart des fabricants d'appareilsphoto reflex autofocus mono-objectif autres que Canon optèrentpour un système de télémétrie/motorisation dans le boîtier(système dans lequel le moteur d'entraînement AF est intégréau boîtier de l'appareil photo et la motorisation de l'objectifs'effectue par un coupleur mécanique). Ce système fonctionnebien avec les zooms standard et objectifs de focale standard ;cependant, tenant compte de la principale caractéristique d'unreflex mono-objectif (possibilité d'interchanger tous les typesd'objectifs, des très grands angulaires aux super téléobjectifs),Canon a décidé de ne pas l'utiliser pour les raisons suivantes :� Un moteur devant être capable de gérer la charge de tousles types d'objectifs interchangeables (qui peuvent varier encouple de mise au point jusqu'à un facteur de 10), l'efficacité dusystème est faible.� L'insertion d'un multiplicateur entre l'objectif et le boîtiercasse la liaison mécanique utilisée pour la transmission de lapuissance d'entraînement AF, entravant les futures extensionsdu système. � Pour un appareil photo qui doit fournir des performancesconstantes dans tous types d'environnements, du froid arctiqueà la chaleur tropicale, il n'est pas souhaitable que tous lesobjectifs dépendent d'un seul moteur en termes de résistance àl'environnement et de durabilité de fonctionnement.Outre ces points faibles technologiques, le système de moteurintégré au boîtier n'est pas conforme au concept élémentaire deCanon en matière de conception de système d'appareil photomécatronique, qui met l'accent sur l'efficacité et la flexibilité dusystème en permettant à l'actionneur idéal de chaque tâche dese trouver à proximité de l'unité d'entraînement correspondanteet en autorisant un contrôle électronique de toutes lesopérations de transmission de données et d'entraînement.De plus, Canon a également jugé que cette tendance àl'automatisation ne concernait pas uniquement le simple ajoutd'une fonction de mise au point automatique aux appareilsphoto reflex mono-objectif, mais signalait l'arrivée d'unepériode innovante qui n'atteindrait sa maturité que quelquestemps plus tard. Canon a examiné les technologies avancéesqu'il développait à l'époque, telles que les technologies decomposants EMD, BASIS (Base-stored Image Sensor) et USM,et les a étudiées avec soin des points de vue de la fusion destechnologies innovantes, des nouvelles fonctions (autofocus) etdu futur potentiel de développement technologique ; la décisionfut alors prise de faire un audacieux bond en avant, pour lesutilisateurs tout comme pour Canon, de secouer les anciennestechnologies contraignantes et de construire un nouveausystème qui finirait par surpasser tous les autres. C'est ainsi queCanon a décidé de développer le système EOS basé sur lesystème de monture entièrement électronique et le systèmed'entraînement par moteur dans l'objectif/de mise au point auboîtier d'origine de Canon.Prouvant que la décision de Canon était bonne, d'autresfabricants d'appareils photo ont commencé à incorporer dessystèmes d'entraînement par moteur dans l'objectif et àéliminer les systèmes de communication de données montésmécaniquement.

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Figure 12 Structure de base du système de contrôle

Tableau 1 Contenu de la communication de données

Microprocesseurdu flash

Moteur de zoom

Batterie

Microprocesseurprincipal

Microprocesseurd'objectif

Informations deposition d'objectif

Informationsde zoom

Image Stabilizer(stabilisateur d'image)

Batterie

CapteurAF

Systèmeoptique

d'autofocus

Informations de focale(codeur zoom)

Contrôle des communicationsde données

Miroir principal

Miroir secondaire

Données

Alimentation

Données

Point de montage électronique (pour lescommunications de données et l'alimentation)

Détection de niveaud'entraînement

Capteur AE

LED delumièreauxiliaire

Actionneur dela mise au point

Emission de commandesd'entraînement d'objectif de contrôle et de calcul de plaged'autofocus

Réglage de l'autofocus

Type d'information

�Type d'objectif (code d'identification)

�Etat de l'objectif

�Mesures

1.Nombre-f à pleine ouverture

2.Ouverture minimale

�Informations relatives à la distance focale

�Informations relatives au moteur autofocus

1.Valeur d'entraînement de la bague de mise au point (position de l'objectif)

2.Facteur de réponse de l'extension d'objectif

3.Facteur de correction de réponse de l'extension d'objectif

4.Constante d'entraînement de la bague de mise au point

5.Niveau maximal de flou artistique

6.Meilleure valeur de correction de la mise au point

Impact

Précision del'autofocus

Réglage de l'autofocus

Structure de base du contrôle du système EOSLe système EOS est centré sur des boîtiers d'appareils photoordinaires et numériques, et comprend divers composants telsqu'une gamme complète d'objectifs EF et de flashes. D'unpoint de vue général de contrôle du système, les diverscapteurs, microprocesseurs, actionneurs, émetteurs lumineux,molettes électroniques, interrupteurs d'entrée et sourcesd'alimentation sont adroitement liés, et les diverses fonctionsde tous les différents composants fonctionnent conjointementpour opérer systématiquement comme un outil d'expressiond'image pour enregistrer et exprimer des instants sélectionnésdans le temps. Les trois principales fonctions de ce systèmesont les suivantes :� Contrôle du système multiprocesseurLe supermicro-ordinateur grande vitesse situé dans le boîtierde l'appareil photo interagit avec les micro-ordinateurs del'objectif et du flash (pour un traitement des données, calcul etcommunication des données à grande vitesse) afin d'effectuerun contrôle de haut niveau du fonctionnement du système. � Système multi-actionneurL'actionneur idéal pour chaque unité d'entraînement se situe àproximité de ladite unité, formant un système multi-actionneurintégré qui réalise une automatisation de haut niveau, uneefficacité élevée et de hautes performances.

� Interfaces entièrement électroniquesTout transfert de données entre le boîtier, l'objectif et le flashs'effectue par voie électronique sans une seule liaisonmécanique. Ceci augmente non seulement la fonctionnalité dusystème actuel, mais crée également un réseau prêt à recevoirles futurs développements du système.

Système de monture et communications de donnéesentièrement électroniques La monture EF est essentielle à la réalisation du transfert dedonnées entièrement électronique entre le boîtier et l'objectif. Ils'agit d'une large monture ayant un angle de rotation des piècesd'adjonction de 60° et une distance d'appui (distance de lasurface de référence de la monture au plan focal) de 44,00 mm.Le transfert d'informations entre le boîtier et l'objectif s'effectueinstantanément via des communications numériquesbidirectionnelles 8 bits utilisant trois paires de broches etcontacts sur les huit broches de la monture du boîtier et les septcontacts (incluant des contacts communs) de la monture del'objectif. Quatre types de commandes sont envoyées depuis lesupermicro-ordinateur à grande vitesse de l'appareil photo versl'objectif :� Envoyer les données de l'objectif spécifié.� Entraîner l'objectif comme spécifié.� Fermer le diaphragme du nombre de paliers spécifié.� Ouvrir le diaphragme en position d'ouverture complète.Les données primaires envoyées par l'objectif en réponse à lacommande � sont indiquées dans le tableau 1. Lescommunications de données s'effectuent immédiatement aprèsmontage de l'objectif sur le boîtier, et par la suite, chaque foisqu'un type d'opération est réalisé. Le transfert d'environ50 types de données s'effectue en temps réel suivant la situation.

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Technologie des objectifs EF

Développement d'objectifs EFhautes performances

Photo 7 Carte de circuit imprimé électronique de l'objectif monté

Photo 5 Monture électronique -Côté boîtier

Photo 6 Monture électronique - Côté objectif

Avantages du système de monture entièrement électroniqueLes caractéristiques de la monture de grand diamètre,entièrement électronique comprennent :� Réalisation d'une mise au point automatique silencieuse,rapide et de haute précision. L'actionneur optimal pouvant êtresélectionné et incorporé dans chaque objectif, une mise au pointautomatique silencieuse, rapide et précise peut être réalisée pourtous les objectifs, des très grands angulaires aux supertéléobjectifs.� Réalisation d'un contrôle d'ouverture silencieux et très précis.En incorporant l'EMD idéal dans chaque objectif, un contrôle dediaphragme numérique de haute précision est réalisé.� Le diaphragme électromagnétique (EMD) intégré permet defermer l'ouverture pour vérifier la profondeur de champ parsimple appui sur un bouton. De plus, l'EMD intégré améliore laliberté de contrôle de séquence en permettant à l'ouverture derester réduite durant la prise de vue en rafale pour augmenter lavitesse dans ce mode.� Le système de contrôle d'ouverture entièrement électronique apermis le développement d'objectifs TS-E (premiers objectifs aumonde à s'incliner et se décaler avec opération du diaphragmeentièrement automatique).� Réalisation de l'objectif à grande ouverture EF 50 mm f/1,0LUSM. (Exploit physiquement possible uniquement grâce à lamonture EOS de large diamètre.)� Réalisation de la couverture plein cadre du viseur. (Unecouverture de presque 100% est réalisée dans les appareils photode la série EOS-1.) Élimination du blocage du miroir et du viseur avec les supertéléobjectifs. � Lors de l'utilisation d'un zoom faisant varier l'ouverturemaximum en fonction de la focale, les valeurs d'ouverturecalculées par l'appareil photo ou définies manuellement (exceptél'ouverture maximum) sont automatiquement compensées pourque le paramètre d'ouverture ne change pas durant le zoom. Parexemple, lors de l'utilisation de l'EF 28-300 mm f/3,5-5,6L ISUSM avec une ouverture définie manuellement de f/5,6 oumoins, le paramètre d'ouverture ne change pas lorsque l'objectifeffectue un zoom même si la valeur d'ouverture maximum del'objectif change. Ceci signifie que lors de l'utilisation d'unflashmètre ou posemètre séparé pour déterminer les paramètresd'appareil photo appropriés pour une scène donnée, vous pouvezsimplement définir la valeur d'ouverture manuellement enfonction de la mesure sans vous soucier de la position du zoom.� Comme il compense automatiquement et affiche lamodification dans la valeur F effective de l'objectif quand unmultiplicateur est monté, même lors de l'utilisation d'unposemètre ou flashmètre séparé, aucune compensationsupplémentaire n'est requise lorsque vous réglez l'appareil enfonction de la mesure. La possibilité d'agrandir désormais davantage l'ouverturearrière de l'objectif favorise l'amélioration de l'illuminationmarginale dans le système optique. Des avantages apparaissentégalement en termes d'amélioration des performances optiquesquand un multiplicateur est utilisé avec un super téléobjectif.� Le système de monture entièrement électronique ne subissantaucun des chocs, bruit de fonctionnement, abrasion, jeu,exigences de lubrification, réponse médiocre, réductions deprécision causés par le déclencheur ni les restrictions deconception liées aux mécanismes de liaison présents dans lessystèmes qui utilisent des liaisons mécaniques pour le transfertde données, la fiabilité de fonctionnement est fortementaméliorée.

� Le mécanisme de liaison de diaphragme automatiquemécanique ou mécanisme de contrôle d'ouverture du boîtierde l'appareil photo ne sont pas nécessaires, autorisant uneconception de boîtier plus légère et plus compacte ainsiqu'une fiabilité accrue du fonctionnement du système.� Un système d'auto-test de fonctionnement de l'objectifutilisant son micro-ordinateur intégré (qui affiche unavertissement sur l'écran LCD (affichage à cristaux liquides)de l'appareil en cas de dysfonctionnement) garantit unefiabilité élevée.� Tout le contrôle s'effectuant par voie électronique, lesconcepteurs disposent d'une grande souplesse concernantl'incorporation des nouvelles technologies futures telles que lastabilisation d'image et l'amélioration des performances del'appareil photo.La compatibilité avec les nouvelles technologies et futuresmises à niveau du système a déjà été prouvée avec unefonctionnalité AF accrue (vitesses supérieures, meilleurautofocus prédictif pour les sujets en mouvement,compatibilité de mise au point automatique sur plusieurspoints), la réalisation des objectifs TS-E à ouvertureautomatique mentionnés ci-dessus, l'utilisation demoteurs USM dans la plupart des objectifs EF, ledéveloppement du premier objectif à stabilisation d'image aumonde, Image Stabilizer (stabilisateur d'image), ainsi que lacréation d'un système d'appareil photo reflex mono-objectifnumérique pouvant fonctionner avec tous les objectifs EF.

170

de lentille asphérique.� Etablissement d'un système de traitement de lentilleasphérique incorporant des techniques spéciales de meulage et depolissage uniforme Pour un traitement de précision des lentillesasphériques, Canon a mis au point un système spécial qui meulela lentille avec une haute précision en forme asphérique, puis lapolit afin d'obtenir une surface uniforme sans perdre la formeasphérique.Au départ, les étapes de traitement de surface asphérique et demesure de forme ultra-précise devaient êtrer é p é t é e sindéfiniment,de sorte quec h a q u elentille étaiten faitréalisée à lamain.Puis, en 1974,Canon ad é v e l o p p éune machinespéciale ayantla capacité deproduire plusde 1 000l e n t i l l e sasphér iquespar mois,ouvrant ainsila voie à laproduction àg r a n d eéchelle.

Seize technologies utilisées dans les objectifs EFhaute performance

Au-delà de la limite théorique des lentillessphériques : les lentilles asphériques de

super-précision

Photo 8 Lentilles asphériques de précision

Figure 13 Système de mesure de conversion de coordonnées polairesde Canon

La plupart des objectifs utilisés à des fins photographiques sontfabriqués en combinant plusieurs éléments de lentille sphérique.Le rayon de courbure et le type de verre optique utilisés pourchaque élément et la quantité d'espace d'air entre les éléments sontconçus de telle sorte que la combinaison d'objectif final élimine lesdiverses aberrations de lentille à un degré suffisant pour atteindreles performances souhaitées. Aujourd'hui, les ordinateurs offrentdes techniques de conception automatique et de simulationpermettant le développement d'objectifs hautes performances dansun court délai. Cependant, l'utilisation exclusive de lentillessphériques présente un problème de base en ce que les rayonslumineux parallèles entrant dans une lentille sphérique neconvergent théoriquement pas de manière parfaite sur un pointunique, amenant des restrictions concernant les points suivants : performances des objectifs à large ouverture, compensation de la distorsion dans les objectifs super grandangle et taille minimum des objectifs compacts. Pour supprimer ces restrictions et réaliser des objectifs auxperformances encore plus grandes, avec moins de distorsion etune taille réduite, le seul moyen consiste à utiliser la technologiede lentille asphérique.Canon a commencé à développer une technologie de lentilleasphérique au milieu des années 1960 et a établi des théories deconception, ainsi que des technologies de traitement de précisionet de mesure au début des années 1970. En 1971, Canon a réussila sortie commerciale d'un objectif reflex mono-objectif (SLR)incorporant un élément de lentille asphérique : l'FD 55 mmf/1,2AL. Cette réussite peut être attribuée aux deux pointssuivants :� Etablissement d'une technologie de mesure ultra-précisePour mesurer la surface des lentilles asphériques, Canon adéveloppé de manière indépendante le « système de mesure deconversion de coordonnées polaires », dans lequel l'objet àmesurer est placé sur une table rotative et pivoté sur son centre decourbure tandis qu'un interféromètre de calibrage est utilisé pourmesurer la différence entre la surface de l'objet et une surfacesphérique de référence. Les résultats de mesure sont alors traitéspar un ordinateur pour déterminer la forme de la surface. Aveccette technique, on obtient une ultra-haute précision de 1/32èmede longueur d'onde de la lumière, ou 0,02 micron(20 millionièmes de millimètre).Cette technologie de mesure a été l'ossature indispensable audéveloppement consécutif de diverses technologies de traitement

3

1

Photo 9 Exemple de lentille sphérique

Photo 10 Exemple de lentille asphérique

Echelle d'angle

Compteur

Oscillateur laserRayon laser

Prisme fixePrisme déplaçable(Transmet le mouvement de lajauge à l'interféromètre.)

Miroir fixe

Miroir semi-transparent :divise et synthétise le rayon laser.

Eléments du récepteur :convertissent les bandes d'interférence sombres et claires(l'amplitude de déplacement des jauges) de l'interféromètre en courant électrique.

Jauge : convertit ladifférence asphériquede la lentille de test enmouvement vertical.

Mesure le déplacement (δi)des jauges à partir du courant électrique

Interféromètre laser

Centre de rotation de l'objet de test

Sens derotation de lalentille de mesure

Lentille de mesure

Surface sphérique de référence

La différence entre la sphère de référence etla lentille de mesure (δi) correspond à la valeur de mesure du caractère asphérique. δi

171

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Figure 14 Système optique EF 85 mm f/1,2L 2 USM - Diagramme delancer de rayon

Figure 15 Système optique EF 14 mm f/2,8L USM - Diagramme delancer de rayon

Figure 16 Zoom EF/FD : comparaison de taille

Figure 17 Principe de l'effet de lentille asphérique

Aberration sphérique de la lentille sphérique

Alignement du point focal avec la lentille asphérique

Photo 11 Matrice de lentilles asphériques moulées en verre ultra-hauteprécision

Figure 18 Résultats de mesure de précision de forme de surfaceasphérique

Cependant, il existait des limites à la production de masse delentilles asphériques en verre dépoli, de sorte que vers 1978, Canona réussi à appliquer cette technologie de traitement asphérique àun processus de moulage sous pression et développé un systèmeappliqué de moulage plastique haute précision pour produire deslentilles asphériques à faible ouverture en grandes quantités et àfaible coût. Les lentilles fabriquées grâce à ce système étaientemployées dans les appareils photo compacts du système detélémétrie AF et dans certains objectifs de prise de vue(Snappy/AF35MII). Au début des années 1980, Canon a poursuivises efforts de recherche et développement dans le domaine deslentilles asphériques à grande ouverture moulées en verre, et aréussi à développer un système de production appliquée en 1985.Ces lentilles asphériques moulées en verre sont fabriquées enmoulant directement du verre dans une machine à moulerincorporant une matrice métallique asphérique ultra-hauteprécision. Cela permet une précision suffisamment élevée poursatisfaire les exigences de performances des objectifsinterchangeables SLR ainsi que la production à grande échelle à uncoût relativement faible. En 1990, Canon a ajouté une quatrièmetechnologie de production de lentilles asphériques à son arsenal endéveloppant une technologie pour produire des lentillesasphériques hybrides en utilisant de la résine durcissant à la lampeà ultraviolet pour former une couche de surface asphérique sur unelentille en verre sphérique. Dans le développement des objectifs EF,ces quatre types de lentille asphérique offrent aux concepteursd'objectifs Canon une grande souplesse dans leur choix dumeilleur type de lentille pour chaque application. Les lentillesasphériques sont particulièrement utiles pour compenser les aberrations sphériques dans les objectifs à grandeouverture, compenser la distorsion dans les objectifs grand angle et permettre la production de zooms compacts de haute qualité.Des exemples réels de ces applications sont illustrés dans lafigure 14 à figure 16.

Objectif asphérique

Objectif asphérique

EF 28-105 mm f/4-5,6 USM Nouveau FD 35-105 mm f/3,5

φ76,

5 m

m

φ67

mm

68 mm 108,4 mmObjectif asphérique

Niveau de précision de la forme de la surface du moule (défaut d'alignementpar rapport à la surface asphérique des critères de conception)

[µm]-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

1,00° 5° 10° Angle

La série L de super téléobjectifs à monture blanche de Canon estconstamment louée par les photographes professionnels dumonde entier comme offrant des objectifs super-hauteperformance à la netteté inégalée. Le secret de cette performanceest la complète élimination du spectre secondaire par un largeusage de lentilles en fluorite et verre UD.

Fluorite Avec les super téléobjectifs, il existe une limite au degrépossible d'amélioration des performances à l'aide d'éléments delentille en verre optique.Le niveau d'aberration chromatique résiduelle a un impactsignificatif sur le degré de netteté d'image pouvant être obtenuavec des téléobjectifs et super téléobjectifs. Comme illustré dansl'exemple de prisme d'annulation de couleur de la figure 19, lesaberrations chromatiques sont corrigées en exploitant lesdifférentes caractéristiques de dispersion de différents types deverre optique pour aligner les directions de propagation desrayons lumineux avec différentes longueurs d'onde dans la mêmedirection.Dans les objectifs photographiques également, il est possible de

réunir deuxl o n g u e u r sd'onde (parexemple, rougeet bleue) aumême pointfocal en

172

Lentilles en fluorite et UD : une netteté aérienne2

L'objectif EF 85 mm f/1,2L II USM de la figure 14 est conçu avecdes éléments de lentille asphérique faisant que tous les rayonslumineux traversant la lentille convergent vers un seul point.L'image formée par les rayons lumineux pénétrant l'objectif lelong d'une section perpendiculaire à la surface du papiers'évasera à l'ouverture maximum. Les éléments de lentilleasphérique agissent à la fois pour éliminer cet évasement et pourcompenser le composant d'évasement comatique. Cet objectifutilise deux éléments asphériques pour obtenir une bonnecompensation sur l'ensemble de la zone d'image, du centrejusqu'aux bords.L'objectif ultra grand angle de la figure 15 incorpore un élémentde lentille asphérique conçu avec une surface librement incurvéeet un angle de transmission des rayons lumineux qui optimise lescaractéristiques de formation de l'image de la lentille en chaquepoint de la zone d'image. L'utilisation de cette lentille asphériquecompense fortement la distorsion et le flou de l'imagepériphérique, autrefois inévitables dans les objectifs ultra grandangle.La figure 16 montre une comparaison entre un zoom FDprécédent constitué uniquement d'éléments de lentille sphériqueet un nouveau zoom EF de la même catégorie incorporant unélément de lentille asphérique. L'utilisation de l'élément delentille asphérique permet une longueur globale d'objectif pluscourte, ainsi qu'une courbure de champ et une distorsionfortement réduites.

combinant une lentille convexe à faible dispersion avec unelentille concave à large dispersion. Une lentille dans laquelle deuxcouleurs (longueurs d'onde) sont ainsi corrigées est appeléelentille achromatique, ou simplement achromat. Cependant, bienque deux couleurs se rencontrent au même point focal, la couleurintermédiaire (verte) converge toujours à un point focal différent.Cette aberration chromatique, qui persiste même après desmesures de conception de correction d'aberration chromatique,est appelée aberration chromatique secondaire, ou spectresecondaire. Lors de l'utilisation exclusive d'éléments de lentille enverre optique, ce spectre secondaire ne peut pas être réduit àmoins de la longueur focale x 2/1000 mm, suite à des limitationsthéoriques. Ceci est dû au fait que même avec différents types deverre optique ayant différents taux de dispersion, la quantitéproportionnelle de dispersion pour chaque longueur d'onde tendà rester fixe. Utilisation de la fluorite pour la production d'objectifs ultra-haute performanceLa fluorite est une matière qui permet de supprimer la limitethéorique imposée par le verre optique et de réaliser unecorrection pratiquement idéale des aberrations chromatiques.Le verre optique est un matériau principalement produit à partirde silice et comprenant des additifs tels que l'oxyde de baryum etle lanthane. Durant la fabrication, ces substances sont combinéesdans un four, fondues ensemble à une température élevée de1 300° à 1 400°C, puis refroidies lentement.D'autre part, la fluorite présente une structure cristalline et estdotée de caractéristiques extraordinaires impossibles à obteniravec le verre optique : un faible indice de réfraction et une faibledispersion (figure 23). De plus, les caractéristiques de dispersionde la fluorite sont pratiquement identiques avec le verre optiquepour les longueurs d'onde dans la gamme du rouge au vert, maisdiffèrent grandement pour les longueurs d'onde de la gamme duvert au bleu (caractéristique appelée dispersion partielleextraordinaire). L'utilisation de ces propriétés spéciales permetd'améliorer de manière significative les performances d'imageriedes super téléobjectifs, comme décrit ci-dessous.� Elimination minutieuse du spectre secondaireQuand une lentille en fluorite convexe est combinée à unelentille concave en verre optique à large dispersion en fonction derègles de conception pour la correction des longueurs d'onde durouge et du bleu, les caractéristiques de dispersion partielleextraordinaire de la fluorite agissent pour compenserefficacement la longueur d'onde du vert également, en réduisantle spectre secondaire à un niveau extrêmement faible et enréunissant les trois longueurs d'onde (rouge, vert et bleu) aumême point focal, réalisant une compensation d'aberration

Figure 20 Système optique EF 300 mm f/2,8L USM

Verre UD

Fluorite

Figure 19 Correction d'aberration chromatique àl'aide de prismes

173

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

chromatique pratiquement idéale (performance apochromatique),comme illustré à la figure 21.� Amélioration de la qualité d'image sur l'ensemble de la zoned'image Avec des objectifs de type téléobjectif utilisant uneconception de répartition de puissance avant-convexe/arrière-concave, la longueur physique globale peut être inférieure à lalongueur focale. Pour obtenir un haut niveau de netteté global ducentre de l'image jusqu'aux bords avec ce type d'objectif, il estsouhaitable que l'indice de réfraction du groupe de lentillesconvexes avant soit aussi faible que possible. En conséquence,l'utilisation de la fluorite, grâce à son faible indice de réfraction,est efficace pour améliorer la qualité d'image sur l'ensemble de lazone d'image.� Réduction de la longueur globale de l'objectifPour réduire la longueur totale d'un téléobjectif, il est souhaitablede renforcer autant que possible la puissance mutuelle de laconstruction convexe-concave.Avec le verre optique ordinaire, cependant, l'augmentation de lapuissance mutuelle rend difficile la correction de la courbure dechamp et dégrade la qualité d'image. D'autre part, avec lafluorite, le faible indice de réfraction du matériau bénéficie desconditions stipulées par la somme de Petzval, permettantd'atteindre des réductions significatives de longueur d'objectiftout en maintenant une qualité d'image élevée.Bien que les caractéristiques optiques extraordinaires de lafluorite soient connues depuis les années 1800, la fluoritenaturelle n'est présente dans la nature qu'en petites taillesutilisables uniquement pour les lentilles des microscopes. Bienque les concepteurs d'objectifs aient longtemps voulu utiliser dela fluorite dans les objectifs photographiques, il étaitgénéralement très difficile, voire impossible, d'obtenir desmorceaux formés naturellement et de taille suffisante pour cetusage. Pour résoudre ce problème, Canon a travaillé dur pourdévelopper une technologie de formation de cristal de fluoritesynthétique et a finalement réussi à mettre au point unetechnologie appliquée de production de fluorite (technologie deformation de cristal synthétique de fluorine de calcium <CaF2>)vers la fin des années 1960. Il s'agit d'un exemple de l'esprit etdes efforts incessants de Canon pour mettre à profit ses proprescapacités à créer ce qui est nécessaire pour approcher laréalisation de l'idéal. La première utilisation de fluorite cristalliséartificiellement dans des objectifs photographiques fut destinéeau FL-F 300 mm f/5,6 en 1969 et a depuis été incorporée dans lesobjectifs FD, nouveaux FD, EF,

Photo 12 Cristaux artificiels de fluorite et lentilles en fluoriteFigure 21 Spectre secondaire

Figure 22 Comparaison de correction d'aberration chromatique

Figure 23 Caractéristiques optiques du verre optique et de la fluorite

Photo 13 Objectifs EF traités de manière optimale

R

RV

VB

B

Faible indice de réfraction

Verre optique classique Fluorite

Faible dispersion etdispersion partielleanormale

Verre optique classique

Bleu Vert RougeAberration chromatique

importanteFluorite

Faible aberrationchromatique

EF 600 mm f/4L IS USM

FD 600 mm f/4,5

+

-

Longueur d'onde (nm)

0650500 550 700450

Aberration chromatique résiduelle

174

Clarté inégalée, reproduction des couleurs idéaleTraitement Super Spectra3

et bien d'autres objectifs Canon. Aujourd'hui, les seuls objectifsinterchangeables SLR incorporant de la fluorite sont lesobjectifs EF.

Lentilles UDL'utilisation de la fluorite pour améliorer les performances dessuper téléobjectifs est largement établie, mais un problèmepersiste quant à son emploi dans d'autres types de lentilles. Ceproblème est le coût extrêmement élevé de la fluorite émanantdu processus de production de cristal synthétique. Aussi, lesconcepteurs d'objectifs ont longtemps désiré un verre optiquespécial qui pourrait offrir des caractéristiques similaires à lafluorite mais à moindre coût.Ce souhait a été finalement satisfait dans la dernière moitié desannées 1970 avec le développement du verre UD (ultra-faibledispersion). Les indices de réfraction et de dispersion duverre UD, bien que n'étant pas aussi faibles que la fluorite, sonttous deux bien inférieurs à d'autres types de verre optique. Deplus, le verre UD présente des caractéristiques de dispersionpartielle extraordinaire. En conséquence, l'utilisation de verre UDpeut offrir pratiquement le même effet que la fluorite (deuxéléments de lentille UD équivalent à un élément en fluorite) ensélectionnant la combinaison de lentilles appropriée suivantdivers facteurs tels que la longueur focale.Les éléments de lentille en fluorite et/ou verre UD sont employésdans divers objectifs EF dont le groupe de téléobjectifs/supertéléobjectifs EF 135 mm f/2L USM et EF 600 mm f/4L IS USM, etles zooms téléobjectifs EF 28-300 mm f/3,5-5,6L IS USM, EF 70-200 mm f/2,8L IS USM, EF 70-200 mm f/2,8L USM, EF 70-200 mm f/4L IS USM, EF 70-200 mm f/4L USM et EF 100-400 mm f/4,5-5,6L IS USM. Des lentilles UD sont égalementincorporées aux objectifs grand angle EF 24 mm f/1,4L USM,EF 16-35 mm f/2,8L USM, EF 17-40 mm f/4L USM et EF 24-70 mm f/2,8L USM afin de corriger l'aberration chromatique. En1993, après une amélioration considérable des performances deslentilles UD traditionnelles, une lentille Super UD a étédéveloppée avec succès, reproduisant pratiquement les mêmescaractéristiques que la fluorite ; elle a été utilisée dansl'objectif EF 400 mm f/5,6L USM.Le champ d'expansion rapide de la photographie numérique aégalement fait que l'accent a davantage été mis sur la correctionde l'aberration chromatique dans les objectifs photographiques.Pour répondre à ce défi, les lentilles en fluorite, UD et Super UDcommenceront à être utilisées dans un nombre encore plus grandd'objectifs EF à l'avenir, du grand angle aux super téléobjectifs.

Le traitement de la lentille est une technologie qui utilise unprocessus de vaporisation sous vide pour former un filmtransparent extrêmement fin sur la surface d'une lentille. Lesraisons du traitement d'une lentille comprennent� l'amélioration du facteur de transmission et la réduction de lalumière parasite et fantôme,� la réalisation d'une balance de couleur optimale, et� l'oxydation (brûlure) de la surface de la lentille ; cela est parconséquent efficace pour modifier ou améliorer les propriétés dela lentille et offrir une protection de sa surface.Lorsque la lumière pénètre une lentille, environ 4 à 10 % de la

lumière est renvoyée à la surface de chaque lentille (limite verre-air), entraînant une perte significative de lumière dans lesobjectifs photographiques composés de plusieurs éléments. Deplus, les réflexions répétées entre les surfaces de lentilleatteignant le plan focal peuvent entraîner dans l'image unelumière parasite ou fantôme. Ces réflexions nocives peuvent êtrelargement éliminées pour une large gamme de longueurs d'ondeen traitant la surface de chaque lentille avec un revêtement multi-couche composé de plusieurs fines couches de film ayantdifférents indices de réfraction. Chez Canon, nous utilisonsplusieurs types de traitements multi-couche optimisés suivantl'indice de réfraction de l'élément de lentille à traiter. De plus, certains types de verre (en particulier, ceux possédant dehauts indices de réfraction) tendent à absorber la lumière bleue,les composants combinés dans la production du verre générantune coloration jaune globale. Si ce verre jaunâtre étaitsimplement recouvert d'un traitement multi-couche commed'autres objectifs, la lumière traversant l'objectif aurait unenuance légèrement jaunâtre, produisant une teinte de jaune dansles zones blanches des photos prises sur film couleur. Pourcontrebalancer ceci, les surfaces ayant peu d'effet sur la lumièreparasite et fantôme sont traitées avec des revêtements mono-

Figure 24 Réflexions de surface avec un verre non traité

Figure 25 Absorption lumineuse et réflexion de surface des lentilles

Figure 26 Caractéristiques du traitement Super Spectra (réflectivité)

100 %90,25 %

4,5125 %5 %

Lumière incidenteLumière transmise

Verre

Lumière absorbée Lumière réfléchie

Lumière effective (lumière transmise)

400 500 600 700 nm

50

0

100 %

Lumière incidente

Tau

x de

réflexio

n

400 500 600 700 nm

4 %

3

2

1

0

Protection multi-coucheTraitement Super Spectra

Protection mono-couche

Aucune couche de protection

175

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

couche de couleurs appropriées telles qu'orange, magenta, violetet bleu pour garantir une balance de couleur identique pour tousles objectifs EF interchangeables.Tous les objectifs EF sont traités selon les normes d'origine, quisont encore plus stricts que la plage de tolérance CCI (ColorContribution Index) définie par l'organisation internationale denormalisation, ISO (International Organization forStandardization). Chez Canon, ce processus de traitement estappelé Super Spectra ; il offre des caractéristiques telles qu'unfacteur de transmission élevé, le filtrage des rayons ultraviolets,une dureté de surface très durable et des propriétés stables.Grâce à ces procédures de traitement astreignantes, lesobjectifs EF présentent des caractéristiques d'imageriesupérieures telles que� des images nettes, de contraste élevé, et vives,� une balance de couleur uniforme entre tous les objectifs EF,� une reproduction des couleurs réelles qui ne change pas avecle temps.

Un zoom permet de faire varier constamment la focale sur unegamme donnée et peut maintenir la mise au point durant lezooming (les zooms dont la mise au point change avec lalongueur de focale sont appelés objectifs à foyer progressif). Dansun zoom, une partie du système d'objectif est déplacée le long del'axe optique afin de modifier la longueur focale et une autrepartie se déplace en même temps pour compenser le décalage demise au point en résultant. Ainsi, un zoom doit avoir au moins deux groupes de lentillespouvant être déplacés le long de l'axe optique. La figure 27montre la construction de lentilles de l'EF 28-80 mm f/3,5-5,6 VUSM, un zoom court type, à deux groupes mobiles (zoom d'unelongueur de 40 mm maximum à la position de focale la pluscourte).Le 2ème groupe est appelé variateur, indiquant qu'il s'agit d'ungroupe déplacé pour modifier la longueur focale. Le 1er groupesitué à l'extrémité de l'objectif se déplace simultanément avec le2ème groupe pour compenser le décalage de mise au point ; il estpar conséquent appelécompensateur. Le 2ème grouperemplit également le rôle demise au point en ajustant lepoint focal.Dans un zoom court, le 1ergroupe possède une réfractionnégative (divergence), le 2èmeune réfraction positive(convergence), et l'objectif estconçu avec une construction detype rétro-focus. Ce type deconception est particulièrementbien adapté aux zooms grandangle suite aux fonctionnalitéssuivantes :� L'élément d'objectif avant estdoté d'un petit diamètre,facilitant la réalisation

Nés de l'innovation :zooms multigroupes4

100 mm

250 mm

400 mm

1er

groupe2e

groupe3e

groupe

4e groupe(groupe de

mise au point)

6e groupe(groupe de

mise au point)5e groupe

Figure 28 Construction de zoom multigroupe (EF 100-400 mm f/4,5-5,6L IS USM)

Figure 27 Construction de zoom court (EF 28-80 mm f/3,5-5,6 %USM)

28 mm

50 mm

80 mm

2e groupe 3e groupe1er groupe(mise au point)

Photo 14Anneau de caméra télescopiquehaute précision (EF 100-400 mmf/4,5-5,6L IS USM)

176

Mise au point rapide et tout en douceur :systèmes de mise au point arrière et intérieure5

Figure-29 Systèmes de mise au point arrière et intérieure

EF 70-200 mm f/2,8L IS USM système interne

1,4 m

EF 400 mm f/5,6L USM système arrière

3,5 m

EF 24-70 mm f/2,8L USM système arrière∞

0,38 m

d'une conception compacte et économique.� En position de focale courte, il existe une petite distorsion enbarillet.� La conception d'objectif avec mise au point par le 1er groupepermet la mise au point jusqu'à de faibles distances.Ce type de conception présente cependant un problème car, si lerapport de zoom dans un zoom court est trop important, le 2èmegroupe doit se déplacer davantage, ce qui augmente à la fois lalongueur de l'objectif et la variation d'ouverture maximum. Unrapport de zoom élevé exigerait également une augmentation dupouvoir de réfraction du 2ème groupe, nécessitant par conséquentun plus grand nombre d'éléments d'objectif pour compenser lesaberrations et augmentant la taille globale de l'objectif, ce quirendrait très difficile l'obtention d'un rapport important et d'unetaille compacte. La solution à ce problème est la conception dezoom multigroupe, technologie développée pour contourner leslimitations des petits zooms et obtenir à la fois un rapport élevé etune taille compacte.Dans un zoom court, la variation de focale (zoom) est effectuée parle 2ème groupe seul ; dans un zoom multigroupe, cette tâche estallouée à plusieurs groupes de lentilles. Ainsi, un zoom multigroupeest composé d'au moins trois groupes de lentilles mobiles. Les avantages de la conception de zoom multigroupe sont lessuivants :� Plusieurs groupes de lentilles étant déplacés pour faire varier lafocale, le mouvement de chaque groupe de lentilles peut être réduit,permettant une conception d'objectif compacte. De plus, lechangement d'ouvertures peut être défini comme souhaité sansexiger de mécanisme de diaphragme complexe.� Le zooming étant réparti entre plusieurs groupes de lentilles,chaque groupe peut être conçu avec une réfraction relativementfaible, ce qui permet de compenser les aberrations avecrelativement peu d'éléments d'objectif.� Plusieurs groupes de lentilles étant utilisés, la liberté deconception optique est accrue et davantage d'options sontdisponibles pour compenser les aberrations, comme la conceptionde groupes de lentilles de façon à ce qu'elles annulentmutuellement leurs aberrations respectives (compensation croisée).La technologie de zoom multigroupe est une technologie optique dehaut niveau pouvant répondre à une large gamme d'exigences deconception d'objectif, mais elle n'est possible qu'avec le soutien detechnologies avancées en matière de conception, de traitement et deproduction de monture d'objectif autorisant les mouvements deplusieurs groupes. Actuellement, les objectifs EF 28-90 mm f/4-5,6III, EF 24-85 mm f/3,5-4,5 USM, EF 100-400 mm f/4,5-5,6L IS USMet tous les autres zooms EF sont conçus à l'aide de la technologie dezoom multigroupe, permettant tout à la fois un rapport élevé, unetaille compacte et une qualité d'image exceptionnelle.

Les objectifs photographiques génériques effectuent la mise aupoint en utilisant la méthode globale, dans laquelle tous lesgroupes de lentilles sont déplacés ensemble le long de l'axeoptique, ou la méthode de groupe avant, dans laquelle seul legroupe de lentilles avant se déplace. La méthode de mise au pointglobale a l'avantage d'introduire relativement peu de modification

d'aberration par rapport au changement de distance de prise devue ; elle constitue par conséquent la méthode la pluscouramment utilisée dans les objectifs à focale unique. Avec lestéléobjectifs et super téléobjectifs, cependant, cette méthodedevient moins intéressante en termes de maniabilité, du fait de lataille et du poids accrus du système d'objectif.D'autre part, la mise au point par le groupe avant estprincipalement utilisée dans les zooms et possède l'avantage depermettre une construction d'objectif relativement simple.Cependant, cette méthode a des inconvénients car elle impose desrestrictions de grossissement du zoom et de réductions de taille.Pour surmonter les points faibles de ces deux méthodes, Canon adéveloppé une méthode idéale appelée mise au point arrière (ouintérieure) destinée aux téléobjectifs et super téléobjectifs. Cetteméthode divise le système de lentilles en plusieurs parties etdéplace le groupe de lentilles arrière ou intermédiaire poureffectuer la mise au point.Outre son utilisation pour les téléobjectifs et super téléobjectifs EF,la mise au point arrière est actuellement employée dans lesobjectifs EF 16-35 mm f/2,8L USM et autres zooms. Une méthodede mise au point arrière employant un effet flottant a égalementété développée pour les objectifs grand angle tels que l'EF 14 mmf/2,8L USM, EF 20 mm f/2,8 USM et EF 24 mm f/2,8.Canon a également réussi à employer la mise au point arrièredans des zooms.Ces conceptions de mise au point arrière/intérieure possèdent lescaractéristiques suivantes :� Un groupe de lentilles léger étant déplacé durant la mise aupoint, l'opération de mise au point manuelle s'effectue avecbeaucoup d'aisance. De plus, la mise au point automatique estrapide.� La longueur de l'objectif ne change pas durant la mise aupoint. L'objectif peut être conçu en une construction d'une seulepièce, offrant une rigidité améliorée.

177

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Qualité d'image à faible distanceremarquablement améliorée : système flottant6

Optimisation des performances d'objectif :élimination des réflexions internes7

Figure 30 Système flottant EF 24 mmf/1,4L USM

Figure 31 Effet flottant(à 0,25 m)

Figure 33 Effet flottant(à 0,95 m)

Figure 32 Système flottant EF 85 mmf/1,2L@USM

0,25 m

Astigmatisme

Sans flottement Avec flottement

0,95 m

Aberration sphérique

Sans flottement Avec flottement

� La bague de mise au point pouvant être placée dans la positionoptimale pour la mise au point et ne bougeant pas d'avant enarrière durant l'opération, un meilleur équilibre est obtenu.� Le système d'objectif peut être réalisé en une conception pluscompacte.� La distance de mise au point minimum peut être raccourciepar rapport aux méthodes de mise au point traditionnelles.� La bague de fixation du filtre ne tournant pas durant la miseau point, une meilleure maniabilité est obtenue avec les filtrespolarisants. Le cadre avant ne bougeant pas durant la mise au point, nonseulement des étuis en corolle avec un bon effet de capuchonpeuvent être utilisés, mais des accessoires tels que des porte-filtreen gélatine peuvent également être utilisés avec l'autofocus.Chez Canon, les objectifs dans lesquels les groupes d'élémentssitués derrière la position d'ouverture (vers la surface du film) sedéplacent sont appelés mise au point arrière, tandis que lesobjectifs dans lesquels les groupes d'éléments situés entrel'ouverture et l'élément avant bougent sont appelés mise au pointintérieure.

Les objectifs traditionnels sont conçus pour atteindre une balanceoptimale de compensation d'aberration à seulement une ouéventuellement deux points de distance de prise de vue sur laplage de mise au point considérée la plus courante pour cetobjectif. Ainsi, bien que les aberrations soient bien compensées àla ou aux distance(s) de prise de vue idéale(s), les aberrationsaugmentent et entraînent une dégradation de l'image à d'autresdistances. Le degré auquel cette dégradation d'image se produitvarie selon le type d'objectif et la taille d'ouverture, avec une

dégradation relativement faible dans les objectifs symétriquesmais assez élevée dans les objectifs asymétriques tels que lesobjectifs de type rétro-focus. Avec les objectifs de type rétro-focus,en particulier, la fluctuation d'aberration augmente à mesure quela focale diminue ou que la taille d'ouverture augmente. Avec desobjectifs grand angle interchangeables pour appareils photoreflex mono-objectif (dont la plupart emploient nécessairementdes conceptions rétro-focus suite au besoin de foyer arrière), lesaberrations sont faibles lors de la mise au point sur des grandesdistances, mais la courbure de champ devient assez prononcée àdes distances de mise au point rapprochées, entraînant le flou del'image périphérique, ou celui de l'image centrale si la mise aupoint est ajustée pour la périphérie.Pour garantir une correction idéale des aberrations dans toute lafourchette de distances de mise au point, Canon a développé lesystème flottant, dans lequel la partie du système d'objectifutilisée pour corriger les aberrations se déplace, ou « flotte », lorsdu réglage de la mise au point. Ce système est employé dansl'EF 24 mm f/1,4L USM et d'autres objectifs grand angle à largeouverture ainsi que l'EF 180 mm f/3,5L Macro USM pouraméliorer les performances à faible distance.Canon a également développé une méthode pour ajouter un effetflottant aux objectifs de mise au point arrière. Dans l'EF 14 mmf/2,8L USM, par exemple, le système d'objectif est divisé engroupes avant et arrière, et seul le groupe arrière est utilisé pourla mise au point. En examinant le système d'objectif dans sonensemble, ce mouvement de mise au point du groupe arrièremodifie la distance entre les éléments d'objectif suivant ladistance de prise de vue et fournit par conséquent un effetflottant. L'optique de l'objectif ayant été conçue depuis le départen pensant à cet effet flottant, les aberrations des distancesrapprochées sont largement corrigées.L'effet flottant a également pour but d'empêcher l'aberrationsphérique, qui tend à devenir assez importante à de faiblesdistances de mise au point avec des objectifs à large ouverture.C'est la raison principale de l'utilisation d'un système flottantdans des objectifs tels que l'EF 50 mm f/1,2L USM, EF 85 mmf/1,2L II USM et l'EF-S 60 mm f/2,8 Macro USM. Le systèmeflottant de ces objectifs diffère de celui des objectifs grand angleen ce que le groupe de lentilles arrière reste fixe et que le restedu système d'objectif est étendu durant la mise au point. Cetteconception offre des performances d'imagerie haute qualité,presque sans aucune lumière parasite, à toutes les distances deprise de vue.

Les images fantômes et la lumière parasite proviennent deréflexions nocives dans l'objectif, qui affectent la qualité del'image. Les objectifs EF sont par conséquent conçus pouréliminer les réflexions à la fois dans les lentilles et la monture.Chaque élément d'objectif est traité avec un revêtement spécialpour empêcher toute lumière nocive en supprimant la réflexionde surface de la lentille. La réflexion de la monture d'objectif estgérée en sélectionnant les meilleures méthodes anti-réflexionpour chaque lentille individuelle parmi les diverses techniquesrépertoriées sur la page suivante.

178

Figure 34 Parties floquées de l'EF 300 mm f/2,8L IS USM pour éliminerles réflexions internes

Figure 35 Diaphragme d'ouverture mobile pour réduction de la lumièreparasite de l'EF 28-135 mm f/3,5-5,6 IS USM

Photo 15 Processus de flocagede l'EF 300 mm f/4L IS USM

Figure 36 Rainures internes de blocagede la lumière de l'EF 24 mm f/2,8

Le secret d'un autofocus silencieux, rapide et fluide : Un système de monture entièrement électronique et d'entraînement moteur incorporé à l'objectif

8

� Techniques de traitement anti-réflexionCette méthode emploie une peinture spéciale sur les surfacesobliques et surfaces de jonction où les éléments de l'objectif sontmaintenus en place par la monture pour empêcher la lumièrepénétrant l'objectif de s'y refléter. Si un traitement standard estutilisé, les réflexions augmentent en fait du fait de la tailleimportante des grains du pigment et du fait que le traitement a unindice de réfraction inférieur au verre. Canon a par conséquentdéveloppé plusieurs types de traitements anti-réflexion spéciaux,possédant un fort indice de réfraction et des grains de pigmentultra-fins ; leur utilisation est fonction de l'endroit et du butauxquels ils sont destinés, générant un effet anti-réflexionsupérieur.� Techniques de flocage électrostatiqueIl s'agit d'une technique utilisant un processus de flocageélectrostatique pour appliquer directement une coucheextrêmement fine aux surfaces nécessitant une finition antireflet.La couche étant perpendiculaire aux surfaces de la paroi, cettetechnique est extrêmement efficace, en particulier pour leslongues sections de monture des téléobjectifs et super téléobjectifsà focale unique, ainsi que les zooms et paresoleils internes.� Techniques de construction anti-réflexion

Outre l'utilisation du flocage et de traitements spéciaux, laprévention des réflexions internes est également obtenue à l'aidede diverses techniques structurelles telles que l'emploi de rainuresbloquant la lumière et de tranchants pour réduire la zone desurface de réflexion (figures 34 et 35), l'emploi de rainuresbloquant la lumière à la surface débordante de la lentille (larainure est remplie de matériau de traitement antireflet et agitcomme un diaphragme fixe : figure 36), et de diaphragmes fixeset mobiles (dans les zooms) doublant les dispositifs d'éliminationde lumière parasite. Ces mesures s'étendent également aux lames,la surface des lames d'ouverture de l'unité EMD (en plastique etmétal) étant traitées avec un revêtement spécial antireflet qui sertégalement de lubrifiant, pour empêcher que des images fantômesn'apparaissent dans la forme des ouvertures maximales.

Le système de monture entièrement électronique etd'entraînement du moteur incorporé à l'objectif constitue laréponse de Canon aux problèmes inhérents aux systèmesd'entraînement incorporés au boîtier ; c'est le point essentiel de lamise au point automatique silencieuse, sans heurts, rapide et trèsprécise qui a fait le succès du système EOS. Ce système donnevéritable corps au concept de création de système d'appareil photomécatronique de Canon, consistant à « placer l'actionneur optimalà proximité de chaque unité d'entraînement correspondante, et àassurer un contrôle électronique complet de tous les signaux detransmission et de contrôle de données ». Ce système logique etextrêmement rationalisé offre les avantages suivants par rapportaux systèmes traditionnels. Fonctionnalités� Chaque objectif EF pouvant être équipé de l'actionneur optimalcorrespondant à ses caractéristiques de fonctionnement AFspécifiques, un entraînement d'objectif sans effort et très rapide estpossible pour tous les objectifs, du très grand angulaire aux supertéléobjectifs. L'avantage de ce système sur les systèmesd'entraînement incorporés au boîtier est d'autant plus importantque l'unité d'entraînement s'éloigne du boîtier dans les supertéléobjectifs longs, permettant à Canon d'incorporer la mise aupoint automatique dans tous ses super téléobjectifs, y comprisl'EF 600 mm f/4L IS USM.� Comme l'actionneur est physiquement proche de l'unitéd'entraînement, l'énergie d'entraînement est transmiseefficacement avec, un bruit et une perte minimum.� L'utilisation du système de monture électronique permet auxconcepteurs d'objectif de choisir parmi une large sélection detypes d'actionneur.� Le système permet une incorporation aisée de nouveauxactionneurs haute performance à mesure de leur développement,offrant un formidable potentiel.Canon exploite actuellement les cinq types d'actionneurs suivants,en sélectionnant le meilleur type selon les caractéristiques dechaque objectif. USM annulaire Micro-moteur USM AFD (« Arc-Form Drive » : moteur sans balais de déformationcirculaire)

Diaphragme à ouverture limitant la lumière diffuse

Lignes de blocage de la lumière Zones de flocage

179

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Figure 37 Divers actionneurs d'objectifFigure 38 Vue du moteur USM del'EF 28-135 mm f/3,5-5,6 IS USM

Figure 39 Construction de moteur USMannulaire

Né avec le système EOS : le moteur ultrasonique avancé9

Micro-moteur générique à courant continu, sans noyau Micro-moteur générique à courant continu, à noyauUn autre type d'actionneur utilisé dans les objectifs EF est l'EMD(diaphragme électromagnétique), qui intègre un moteur pas à pasde déformation du contrôle d'ouverture et une unité à lames dediaphragme dans une seule unité. Pour plus de détails, reportez-vous à la page 182.

Le moteur Ultrasonic (USM) est un nouveau type de moteur qui atrouvé sa première application en tant que moteur d'objectifd'appareil photo dans les objectifs EF Canon. L'USM annulaire, quia fait ses débuts en 1987 dans l'EF 300 mm f/2,8L USM, a étonné lemonde entier avec ses performances de mise au point automatique,silencieuse et super-rapide. Puis, en 1990, Canon a mis au point unenouvelle technologie de production à grande échelle réalisant ledéveloppement d'un USM annulaire pour les objectifs de catégoriecourante. Ceci a été suivi en 1992 par le développement couronnéde succès du micro-moteur USM, un nouveau type d'USMpermettant l'utilisation de techniques de production automatisée,puis en 2002 du micro-moteur USM II ultra-compact, dont lalongueur est inférieure de moitié au micro-moteur USM. Avec cetarsenal d'USM, le jour approche où Canon finira par réaliser sonrêve d'employer un moteur USM dans chaque objectif EF.� Description de l'USM annulaireLes moteurs traditionnels existent dans de nombreux types etconceptions différents, mais ils convertissent tous en principe uneforce électromagnétique en force de rotation. Les moteursUltrasonic, quant à eux, sont basés sur un principe complètementnouveau dans lequel une force de rotation est générée à partir

d'énergie de vibration ultrasonique. USM en phase de recherche etdéveloppement compris, trois types d'USM (classés selon laméthode utilisée pour convertir l'énergie de vibration en force derotation) ont été annoncés à ce jour : onde stationnaire, ondeprogressive et lames vibrantes. Selon cette classification, tous lesUSM utilisés dans les objectifs Canon sont du type ondeprogressive. La construction de base du moteur est très simple,composée d'un stator élastique et d'un rotor tournant. La sectioninférieure du stator se compose d'un anneau métallique élastiqueauquel est fixé un élément céramique piézoélectrique, et sa sectionsupérieure comporte de nombreuses projections espacéesuniformément possédant des coupes trapézoïdales. Le stator estfabriqué dans un matériau spécial ayant un coefficient de dilatationthermique pratiquement identique à l'élément céramiquepiézoélectrique, ce qui minimise la distorsion de l'anneau due auxchangements de température. Ainsi, un fonctionnement stable estgaranti sur une large plage de températures. Le rotor est un anneauen aluminium doté d'un ressort en forme de boudin servant depoint de contact avec le stator, qui le maintient ainsi sous pression.L'aluminium étant un matériau relativement tendre, le point où lerotor est en contact avec le stator reçoit une finition de surfacespéciale résistante à l'abrasion.

� Fonctionnalités de l'USM annulaireLes fonctionnalités de base des moteurs ultrasoniques sont lessuivantes :� Il est facile de se rendre compte des caractéristiques de sortie àcouple élevé et faible vitesse (un moteur USM peut générer unepuissance supérieure en fonctionnant à des vitesses inférieures àcelles d'un moteur traditionnel qui tourne grâce à la forceélectromagnétique), permettant un entraînement direct sans exigerde train réducteur.� Le couple statique est élevé. En d'autres termes, lorsque lemoteur est arrêté, l'objectif est automatiquement maintenu en placepar un effet de frein à disque.

Ressort en formede bride

Elément de tensionen céramique

Rotor

StatorCorps métalliqueélastique

Moteur USM de type annulaire

Micro USM

Micro USM@

Engrenage

Engrenage

Diaphragme électromagnétique (EMD)

180

t=0

PRotor

Stator

t=T/4

t=T/2

P

P

T : Période de l'onde progressive de flexion

Corps métalliqueélastique

Elément de tensionen céramique

Sens de transformation des éléments de tension

Courant alternatif en volts

Polarité des éléments de tension

Elément de tensionen céramique phase A

Elément de tensionen céramique phase B

Courant alternatifphase A (volts)

Courant alternatifphase B (volts)

Détection de la fréquencede résonance

Figure 40 Rotation du rotor due à lapropagation de flexion des ondes

Figure 41 Vibrations générées parl'élément céramique piézoélectrique

Figure 42 Disposition des élémentscéramiques piézoélectriques (bas du stator)

Photo 16 USM annulaire

� La construction est extrêmement simple.� La réponse de marche et d'arrêt et la contrôlabilité sontbonnes. (Un démarrage et un arrêt rapides sont possibles, et lefonctionnement peut être contrôlé précisément.)� Le fonctionnement est très peu bruyant (pratiquementsilencieux).Outre les points précédents, les moteurs USM annulaires deCanon offrent également les fonctionnalités suivantes :� Une efficacité élevée et une faible consommation permettentd'alimenter le moteur USM à partir de la batterie de l'appareilphoto. La forme annulaire du moteur est optimale pourl'incorporation dans une monture d'objectif.� La faible vitesse de rotation est parfaitement adaptée aux finsd'entraînement de l'objectif.� La vitesse de rotation peut être contrôlée constamment dansune large fourchette comprise entre 0,2 tr/min. (une rotationtoutes les cinq minutes) et 80 tr/min., permettant une commanded'entraînement très précise et rapide de l'objectif. Lefonctionnement est stable dans les conditions les plus rudes, avecune large plage de températures d'utilisation, allant de -30°C à+60°C.Pour tout moteur, le système de commande d'entraînement est unsous-système important, nécessaire pour exploiter pleinement lescaractéristiques particulières du moteur. Ceci est également vraipour les moteurs ultrasoniques. Dans les objectifs USM de Canon,des fonctions telles que la détection de l'état de résonanceultrasonique concernant les variations de température, lagénération de deux tensions alternatives de phase différente, lacommande de marche et d'arrêt, et l'ajustement électronique de lavitesse de mise au point manuelle sont toutes contrôlées par unmicro-ordinateur incorporé dans l'objectif.

peut voir que la pointese déplace dans ladirection opposée à cellede l'onde. Le rotor estentraîné par la force defriction à chaque point P,complétant ainsi laséquence d'opérations.Comme le montrent lesfigures 41 et 42, lesondes progressives deflexion sont générées parl'élément céramiquepiézoélectrique (élémentqui s'étend et secontracte lors del'application d'unetension alternative) fixéau bas du stator etentraîné par un circuitélectronique. Cetélément céramiquepiézoélectrique estalternativement polarisédans la direction de sonépaisseur, et reçoit unetension alternative ayantune fréquence proche dela fréquence derésonance vibratoire deflexion du statord'environ 30 000 Hz(cette fréquence setrouve dans la gammeultrasonique, d'où lemoteur USM tire sonnom). La tensionappliquée génère desvibrations (ayant unelargeur d'amplitude deseulement 0,001 mm

� Principe de rotation du moteur USM annulaire

Le principe de fonctionnement d'un moteur USM annulaire est lesuivant : des vibrations sont appliquées au corps élastique appeléstator, générant ainsi des vibrations dans ce dernier.Cette énergie vibratoire est utilisée pour faire tourner de manièrecontinue le rotor par l'intermédiaire du contact de pression entrele rotor et le stator. En termes plus techniques, la force de frictiongénérée par les ondes progressives de flexion dans le statorconstitue la source de la force motrice rotationnelle. La manièredont la force provenant des ondes progressives de flexiongénérées dans le stator est transmise au rotor est illustrée à lafigure 40. Si l'on observe le mouvement de la pointe de chaqueprojection P à mesure que l'onde avance de gauche à droite, on

environ) dans le stator, qui sont combinées à des vibrations dephase différente générées par un élément piézoélectrique fixé aubas du stator, en un point distinct décalé d'un quart de la phasepériodique. Cette onde combinée (onde progressive de flexion,avec 7 ondes vibratoires par cycle) se déplaçant le long du statorconstitue la source de l'énergie de rotation du moteur.� Description et fonctionnalités du micro-moteur USML'USM annulaire est un moteur ultrasonique développé depuis ledébut pour incorporation dans des objectifs de monture ronde.Par comparaison, le micro-moteur USM est un nouveau moteurdéveloppé en tant que moteur ultrasonique miniature polyvalent.Les fonctionnalités du micro-moteur USM sont les suivantes : Comme il n'existe pas de restrictions de diamètre d'objectif, lemicro-moteur USM peut être incorporé dans une large variétéd'objectifs, quelle que soit la construction de système optique. Le stator, le rotor et l'engrenage de sortie sont intégrés dansune seule unité compacte, de taille et de poids environ de moitiéinférieurs à un moteur USM annulaire.

181

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Micro USM II

Micro USM

Attachmentflange

Output gear

Elémentpiézoélectrique

Rotor

Oscillateur 1

Ressort depression

Flasque de fixation

Arbre

Elémentpiézoélectrique

Rotor Oscillateur 2Oscillateur 1

Oscillateur 2

Sens de rotation

Rotor

Stator

Groupe d'élémentspiézoélectriques phase A

Groupe d'élémentspiézoélectriques phase B

Elément piézoélectrique de détectiondes ondes oscillatoires résonantes

Objectif intégré

Système Micro USM Micro USM@

EF 50 mm f/1,4 USM

EF 28-90 mm f/4-5,6@ USM

EF 28-200 mm f/3,5-5,6 USM

EF 55-200 mm f/4,5-5,6@ USM

EF 70-300 mm f/4-5,6 IS USM

EF 75-300 mm f/4,5-5,6# USM

EF 90-300 mm f/4,5-5,6 USM

EF 28-105 mm f/4-5,6 USM

EF-S 18-55 mm f/3,5-5,6@ USM

Moteur USM de type annulaire (type MI) Moteur USM de type annulaire (type LI)

EF 14 mm f/2,8L USM

EF 20 mm f/2,8 USM

EF 24 mm f/1,4L USM

EF 28 mm f/1,8 USM

EF 35 mm f/1,4L USM

EF 50 mm f/1,2L USM

EF 85 mm f/1,8 USM

EF 100 mm f/2 USM

EF 100 mm f/2,8 Macro USM

EF 135 mm f/2L USM

EF 180 mm f/3,5L Macro USM

EF 200 mm f/2,8L@ USM

EF 300 mm f/4L IS USM

EF 400 mm f/4 DO IS USM

EF 400 mm f/5,6L USM

EF-S 60 mm f/2,8 Macro USM

φ11

26,7

11

φ11

13,4

6

φ62

10

26

φ77

10

45

EF 85 mm f/1,2L@USM

EF 300 mm f/2,8L IS USM

EF 400 mm f/2,8L IS USM

EF 500 mm f/4L IS USM

EF 600 mm f/4L IS USM

Diamètre externe (mm)

Longueur (mm)

Poids (g)

EF 16-35 mm f/2,8L USM

EF 17-40 mm f/4L USM

EF 20-35 mm f/3,5-4,5 USM

EF 24-70 mm f/2,8L USM

EF 24-85 mm f/4-5,6 USM

EF 24-105 mm f/4L IS USM

EF 28-105 mm f/3,5-4,5@ USM

EF 28-135 mm f/3,5-5,6 IS USM

EF 28-300 mm f/3,5-5,6L IS USM

EF 70-200 mm f/2,8L IS USM

EF 70-200 mm f/2,8L USM

EF 70-200 mm f/4L IS USM

EF 70-200 mm f/4L USM

EF 70-300 mm f/4,5-5,6 DO IS USM

EF 100-300 mm f/4,5-5,6 USM

EF 100-400 mm f/4,5-5,6L IS USM

EF-S 10-22 mm f/3,5-4,5 USM

EF-S 17-55 mm f/2,8 IS USM

EF-S 17-85 mm f/4-5,6 IS USM

Photo 17 Micro-moteur USM (à gauche) et micro-moteur USM@(à droite)

Figure43 Construction de micro-moteur USM/micro-moteur USM@

Figure 44 Caractéristiques d'un élémentpiézoélectrique

Figure 47 Principe d'entraînement derotation du rotor du micro-moteur USM

Figure 46 Principe de vibrationdu stator du micro-moteur USM

Figure 45 Construction d'élémentspiézoélectriques de micro-moteur USM

Tableau 2 Types d'USM et objectif monté

Le coût est inférieur à celui du moteur USM annulaire,permettant un usage dans les objectifs de prix courant.

� Construction de base de micro-moteur USM

Comme illustré à la figure 43, le micro-moteur USM a uneconstruction intégrée dans laquelle l'élément piézoélectrique, lestator et le rotor sont empilés verticalement et combinés avecl'engrenage desortie en uneseule unitécompacte. Lestator se composede cinq couchesd ' é l é m e n t spiézoélectriques,chacune entouréeau-dessus et endessous dedisques à vibreurmétallique. Dansson ensemble,l'unité de stator

fonctionne comme une tige cylindrique élastique.Le rotor, qui est combiné à la boîte à ressorts, est maintenu encontact avec le stator sous pression par les ressorts intégrés dansla circonférence interne de la boîte à ressorts. La rotation du rotorest transmise directement à l'engrenage de sortie avec un rapportde 1:1. Les divers composants du moteur (stator, rotor etengrenage de sortie) sont combinés dans une seule unité demicro-moteur USM grâce à un arbre de stator passant au centredes composants et un collet placé au sommet et maintenantl'ensemble. Le moteur est incorporé dans un objectif commeillustré à la figure 37.

� Principe de fonctionnement du micro-moteur USM

Les vibrations ultrasoniques qui constituent la source de l'énergiede rotation sont générées à l'aided'un circuit électronique pourentraîner les quatre couchesd'éléments piézoélectriquesayant les caractéristiquesindiquées dans la figure 44.Chacune des quatre couchespiézoélectriques est composée dedeux éléments piézoélectriquesdivisés en deux phases (A et B)qui sont décalés entre eux etpositionnés avec un écart dephase de 90°. Tout en bas de lapile se trouve une cinquièmecouche d'élémentspiézoélectriques utilisée pour ladétection des ondes vibratoiresde résonance (figure 45).

182

Photo 18 Unité d'EMD

Figure 48 Construction d'EMD

Figure 49 Construction de moteur pas à pas

Contrôle électronique numériqued'une précision inégalée : EMD10

Aimant du rotor

Bobine 1 Bobine 2

Stator 1 Stator 2

Lamelle du diaphragme

Aimant du rotor/Engrenage

Carte PC souple

Bobine

Stator

Ces cinq couches sont incorporées dans la base du stator. Si latension alternative est appliquée uniquement à la phase A de cegroupe d'éléments piézoélectriques, l'expansion et la contractiondes éléments piézoélectriques entraîne une légère vibration de lapointe du stator à gauche et à droite (figure 46). Si la tensionalternative est appliquée uniquement à la phase B, l'expansion etla contraction des éléments piézoélectriques entraîne une légèrevibration de la pointe du stator vers l'arrière et vers l'avant. Enfin,si un courant alternatif variant de 90° est ajouté aux phases A etB, les vibrations des deux phases se combinent et génèrent unepetite onde de vibration rotationnelle (1 onde de vibration parcycle, amplitude : 0,002 mm) qui entraîne une oscillation de lapointe du stator dans un petit mouvement circulaire, commeillustré à la figure 47. A son tour, le rotor qui est toujours encontact avec le stator suite à la puissance de ressort ajoutéecommencera également à tourner, du fait de la friction généréepar l'onde de vibration rotationnelle. La rotation du rotorprovoque à son tour la rotation de l'engrenage de sortie auquel ilest connecté directement. Le principe de fonctionnement d'unmoteur USM annulaire consiste en des vibrations de frictioncausées par les ondes progressives de flexion générées dans lestator ; ce principe est fondamentalement le même pour le micro-moteur USM, alors que le rotor tourne dans la direction opposéedes ondes.

� Micro-moteur USM@Le micro-moteur USM II est un moteur ultrasonique ultra-compact développé pour répondre à la demande d'un espaceencore plus réduit pour l'incorporation de l'actionneurd'entraînement AF, du fait de la taille de plus en plus compactedes montures d'objectif. Ses caractéristiques sont les suivantes.Dans les micro-moteurs USM traditionnels, le stator et le rotorsont disposés en ligne. Si la longueur de l'unité était simplementraccourcie sans modifier cette disposition, la fréquence derésonance de la vibration de flexion dans le stator deviendraitextrêmement élevée, empêchant d'atteindre une amplitude devibration suffisante. Pour surmonter ce problème, une dispositionplaçant une partie du stator à l'intérieur de la zone du rotor a étédéveloppée, ainsi qu'un format de vibration complètementnouveau pour le micro-moteur USM II, dans le but de diminuer lalongueur de l'unité sans élever la fréquence de résonance. Il enrésulte une unité ultra-compacte mesurant et pesant environmoitié moins que le micro-moteur USM, mais avec à peu près lesmêmes performances. Le micro-moteur USM II fut d'abord inclusdans l'objectif EF 28-105 mm f/4-5,6 USM, et des projets sont encours pour étendre son utilisation à d'autres objectifs,

essentiellement des zooms ultra-compacts.Chaque objectif EF incorpore un EMD (diaphragmeélectromagnétique) qui commande de manière électronique lediamètre d'ouverture de l'objectif et est destiné à être utilisé avecle système de monture de transmission de données entièrementélectronique de l'EOS. L'EMD est un actionneur de contrôled'entraînement du diaphragme formé pour s'adapter aisémentdans la monture ronde d'un objectif, et constitue en fait uncomposant intégrant à la fois un moteur pas à pas de déformationet une unité à lames de diaphragme dans une seule unité(photo 18).

Le contrôle du diamètre d'ouverture s'effectue par un signal àimpulsions électriques qui correspond à une valeur de paramètresélectionnée manuellement avec la molette électronique del'appareil photo ou déterminée automatiquement par son micro-ordinateur.Les caractéristiques de l'EMD sont les suivantes :� Le contrôle étant effectué par voie électronique, sa précision estbien supérieure.� L'entraînement étant fourni par le moteur pas à pas, on obtientune réponse marche/arrêt et une contrôlabilité supérieures.� Le choc de liaison inhérent aux systèmes de levier mécaniqueétant éliminé, le fonctionnement est extrêmement silencieux.� À tout moment, l'ouverture peut être fermée pour vérifier laprofondeur de champ par simple pression sur un bouton, que lemode de contrôle d'exposition défini sur l'appareil photo soitautomatique ou manuel.� Une durabilité et une fiabilité supérieures sont obtenues grâceà une charge moindre durant l'entraînement.� En augmentant la puissance d'entraînement du moteur, lesystème peut fonctionner avec des ouvertures à large diamètre. L'absence de nécessité de connexion mécanique avec le boîtierde l'appareil photo offre une grande liberté dans la conception dela disposition de l'ouverture.

183

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Fusion de l'AF et de la mise au pointmanuelle permanente11

Figure 50 Mécanisme de transmissionde la puissance d'entraînement

Figure 51 Mécanisme de mise au point manuelle

Photo 19 Mécanisme de mise au point manuelle mécanique permanente,intégré à l'unité de mise au point

Bague de mise au point

Anneau 2 Anneau 1

Moteur USMRotor

Stator

Groupe de lentilles de mise au point

Clé de mise au point

Roue

Came

Système de mise au point

Bague de réglage de puissance

Roue

1er anneau

2e anneau

Bague de réglage de puissance

Sens de rotationde la 1ère bague

Sens de rotationde la roueSens de rotation

de la bague deréglage de puissance

La construction effective de l'EMD (figure 48) utilise un moteurpas à pas et un pignon pour contrôler la rotation d'un anneauengagé avec les lames du diaphragme. Le moteur pas à pas dedéformation, qui sert de source d'entraînement, utilise les forcesd'opposition et d'attraction mutuelles d'aimants fixés au stator etau rotor et disposés comme illustré à la figure 49 pour fairetourner le rotor d'un pas pour chaque impulsion électrique. Quandun signal de contrôle d'ouverture est envoyé du boîtier del'appareil photo à l'objectif, le micro-ordinateur intégré del'objectif convertit le signal dans le nombre d'impulsionscorrespondant et utilise la commande numérique pour réglerprécisément le diaphragme sur le diamètre requis. Ainsi, une foisle signal de contrôle électrique reçu du boîtier de l'appareil photo,le contrôle d'ouverture des objectifs EF équipés d'EMD s'effectueentièrement à l'intérieur de l'objectif lui-même. Les avantages dece système offrent un important potentiel de développement et ontdéjà permis à Canon de développer les premiers objectifs àinclinaison-décalage (TS-E) du monde équipés d'un diaphragmeautomatique, en plus d'autoriser l'usage d'objectifs EF sur d'autresproduits tels que la caméra vidéo à objectif interchangeable XL2de Canon. Les derniers modèles d'EMD emploient une ouverturede monture dans laquelle la forme de lame est optimisée pour unmeilleur effet de flou.

Le système EOS a été créé pour offrir une photographiecomplètement automatisée, mais a en même temps été conçu pourlaisser au photographe la liberté de contrôler les élémentsaboutissant à l'image imaginée entre ses mains, restant ainsifidèle à ce concept fondamental : fournir l'automatisation tout enrespectant la volonté du photographe. Ce concept peut égalementêtre vu à l'œuvre dans les objectifs EF, dont la mise au pointmanuelle permanente permet un ajustement final après autofocus. Mise au point manuelle mécanique permanenteCette fonction permet au photographe d'effectuer une mise au pointmanuelle dès que le contrôle AF One-shot est terminé, sans basculer enmode de mise au point manuelle. La mise au point manuellepermanente employait à l'origine une méthode de mise au point

électronique pour l'EF 85 mm f/1,2L USM et d'autres objectifs EFprécoces, mais utilise aujourd'hui un système mécanique dans presquetous les objectifs USM équipés d'une bague de mise au point manuelleet d'une échelle de distance, tels que l'EF 24-85 mm f/3,5-4,5 USM,l'EF 16-35 mm f/2,8L USM et l'EF 300 mm f/2,8L IS USM.Ce mécanisme de mise au point manuelle mécanique permanenteest un type de mécanisme différentiel comprenant trois anneaux etun rouleau intégré à un des anneaux. Voici une description de laconstruction.Le moteur USM fait tourner l'anneau 1 autour de l'axe optique,l'anneau 2 pivote autour de l'axe optique lorsqu'on le fait tournermanuellement. Le rouleau est situé entre les anneaux 1 et 2, et sonaxe de rotation est relié à l'anneau de sortie.La rotation de l'anneau 1 ou 2 en autofocus ou en mise au pointmanuelle fait tourner le rouleau sur l'axe optique, poussé par larotation d'un des deux anneaux. L'axe de rotation du rouleau étantfixé sur l'anneau de sortie, le mouvement du rouleau en retour faittourner l'anneau de sortie, en le faisant pivoter autour de l'axeoptique. Le groupe de mise au point est déplacé en transmettant larotation de l'anneau de sortie à une hélice ou une came.Grâce à un mécanisme différentiel intégré à l'entraînement parengrenages, la mise au point manuelle permanente est égalementobtenue dans l'EF 50 mm f/1,4 USM, qui est équipé d'un micro-moteur USM.

184

Mise au point électronique prédéfiniecommandée par micro-ordinateur12

Figure 52 Photographie avec mise au point prédéfinie

Mise au point prédéfinie

Photographiez une autre scène

Reprise de la position de mise au point

Photo 20 Unité de fonctionnement de la mise au point prédéfinie de l'EF300 mm f/2,8L IS USM

Fonction d'arrêt AF :désactivation temporaire de l'autofocus13

Impulsions

Mise au point

010Mémorisé à 3

010Passe à 8

010Revient à 3

Bague de mise au point Fenêtre d'échelle de distance

Panneau de commande

Sélecteur de mise au point prédéfinie Bouton de mise au point prédéfinie

Bague de lecture

Bouton d'arrêtde l'autofocus

La mise au point prédéfinie est une fonction actuellementproposée sur 4 super téléobjectifs (EF 300 mm f/2,8L IS USM,EF 400 mm f/2,8L IS USM, EF 500 mm f/4L IS USM etEF 600 mm f/4L IS USM) et qui mémorise de manièreélectronique une position de mise au point librement sélectionnéepour permettre au photographe de prédéfinir instantanémentl'objectif sur cette position chaque fois qu'il le souhaite. En

appuyant sur le sélecteur de mise au point prédéfinie du tableaude commande, la position de l'objectif de mise au point à cemoment là est mémorisée par le micro-ordinateur à l'intérieur del'objectif. Dans cet état, une mise au point automatique normalepeut toujours être effectuée comme d'ordinaire. Puis, dès quenécessaire, tourner l'anneau de reproduction permet de réglerl'objectif sur la position de mise au point mémorisée en moinsd'une demi-seconde. Cette fonction peut être utilisée efficacementdans des situations telles que :� Prise fréquente de photos à une certaine distance fixeLa mise au point prédéfinie est utile dans des situations tellesque les événements sportifs, où la plupart des photo sont prises àune certaine distance et l'AF normale occasionnellement utilisée,ou à l'inverse, lorsque l'AF normale est utilisée la plupart dutemps mais que des photos à une certaine distance fixe sontparfois requises. Une fois la position de mise au point prédéfinie,il n'est pas nécessaire de régler à nouveau l'objectif sur cetteposition pour chaque prise de vue. De plus, la position de mise aupoint étant mémorisée par le micro-ordinateur de l'objectif, lamise au point sur la position prédéfinie est possible même si lesujet n'est pas couvert par le collimateur AF du viseur.� Mémorisation de l'infiniLors de la prise fréquente de photos à une distance de prise devue infinie, il peut être beaucoup plus pratique d'utiliser lafonction de mise au point prédéfinie au lieu de recourir à la miseau point manuelle ou automatique pour régler l'objectif à chaqueprise de vue. (Etant donné l'effet des variations de température, laposition d'infini des super téléobjectifs est fournie avec un certainjeu, ou dérive. Aussi, la position de mise au point définie lorsquel'anneau de mise au point manuel est tourné à fond dans ladirection de l'infini ne correspond pas véritablement à l'infini.)� Réduction de la perte de temps liée à la mise au point AFincorrecteDurant la mise au point automatique AI Servo, l'objectif peut sedérégler considérablement si un obstacle s'interpose entrel'objectif et le sujet. En prédéfinissant la position de mise au pointà une distance fréquemment occupée par le sujet principal, vouspouvez utiliser l'anneau de reproduction chaque fois que ceci seproduit pour réinitialiser rapidement la mise au point de l'objectifà la distance générale du sujet, en minimisant le temps perdupour refaire la mise au point.

La fonction d'arrêt de l'autofocus est disponible sur l'EF 300 mmf/2,8L IS USM et d'autres objectifs de super téléobjectifs à largeouverture de la série IS de type L.Elle permet au photographe de désactiver temporairementl'autofocus quand un obstacle passe entre l'appareil photo et lesujet durant la mise au point automatique AI Servo, de sorte quela mise au point ne passe pas du sujet à l'obstacle. Les boutonsd'arrêt AF se trouvent à quatre emplacements, autour de lapoignée utilisée pour la photographie à main levée, à l'avant del'objectif. L'appui sur un bouton d'arrêt AF désactivetemporairement l'autofocus, qui redémarre lorsque le bouton estrelâché.

185

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Avancée dans la technologie d'objectifs :le Image Stabilizer (stabilisateur d'image)15

Construction anti-poussière et

anti-projection supérieure pour résister

aux pires conditions de prise de vue

14Figure 53 Principe de mouvement parallèle du Image Stabilizer(stabilisateur d'image)

Photo 21 Capteur gyroscopique de détection de secousse

Groupe de lentilles IS

Déplacement du groupe de lentilles IS vers le bas

Rayons lumineux corrigés

Tremblement de l'appareil

Plan focal

Vers le sujet

1. Objectif immobile

2. Tremblement de l'appareil photo

3. Correction du tremblement

Le super téléobjectif EF 300 mm f/2,8L IS USM, l'EF 24-70 mmf/2,8L USM et d'autres zooms de la série L sont conçus pour êtreutilisés dans des conditions de photographie professionnelledifficiles ; ils offrent des joints anti-poussière et anti-projectionsur les pièces externes.� Un anneau en caoutchouc sur la connexion de montureremplit l'espace entre l'objectif et l'appareil photo.� Les pièces mobiles des anneaux de mise au point manuelle,de zoom et de reproduction sont anti-poussière et anti-projection.Une construction anti-poussière et anti-projection a également étéemployée sur l'extension de zoom de l'EF 24-70 mm f/2,8L USM.� Les boutons d'arrêt AF et de mise au point prédéfinieprésentent une construction anti-poussière et anti-projection.� Un matériau caoutchouc anti-poussière et anti-projection estinstallé sur les connexions du tableau de commande et les autrespièces externes.� Du caoutchoucest installé àl ' o u v e r t u r ed'insertion dup o r t e - f i l t r einstantané arrière,r e m p l i s s a n tl'espace entre leboîtier del'objectif et leporte-filtre afind'écarter lesgouttelettes d'eauet particules depoussière.

Les secousses de l'appareil photo constituent une cause majeured'images floues, en particulier avec les téléobjectifs. En principe,une vitesse d'obturation au moins aussi rapide que l'inverse de lafocale de l'objectif (ex. :1/300 sec. pour 300 mm) peut éviter uneimage floue due aux secousses de l'appareil photo. Cependant,dans des conditions d'éclairage faible ou avec un film lent, unevitesse d'obturation inférieure sera requise, entraînant une imagefloue pour les prises de vue à main levée. Pour résoudre ceproblème, Canon a développé le Image Stabilizer (stabilisateurd'image) (IS).

� Mode de fonctionnement du Image Stabilizer(stabilisateur d'image)

Le Image Stabilizer (stabilisateur d'image) (IS) décale un groupede lentilles parallèlement au plan focal.

Lorsque l'objectif tressaille suite à une secousse de l'appareilphoto, les rayons lumineux du sujet sont courbés par rapport àl'axe optique, entraînant une image floue. Lorsque l'objectif estdécentré, les rayons lumineux sont déviés. En décalant le groupede lentilles IS sur un plan perpendiculaire à l'axe optique pours'adapter au degré de secousse d'image, les rayons lumineuxatteignant le plan focal peuvent être stabilisés.La figure 53 montre ce qui se passe quand l'objectif est bougévers le bas. Le centre de l'image se déplace vers le bas sur le planfocal. Lorsque le groupe de lentilles IS se décale sur le planvertical, les rayons lumineux sont réfractés de sorte que le centrede l'image retourne au centre du plan focal. Les secoussesd'image se produisant à la fois dans le sens horizontal et vertical,le groupe de lentilles IS peut se décaler verticalement ethorizontalement sur un plan perpendiculaire à l'axe optique pourcontrebalancer la secousse.La secousse de l'appareil photo est détectée par deux capteursgyroscopiques (l'un pour le mouvement de lacet et l'autrepour l'inclinaison). Illustrés à la photo 21, les capteursgyroscopiques détectent l'angle et la vitesse de secousse del'appareil photo causée par la prise de vue à main levée. Pouréviter les erreurs de sortie des capteurs gyroscopiques causéespar les mouvements d'obturateur et de miroir, les capteursgyroscopiques de l'objectif sont protégés par un boîtier.

L'EOS-1V/HS, EOS-1Ds Mark II, EOS-1Ds, EOS-1DMark II N, EOS-1D Mark II et EOS-1D possèdent des boîtiersanti-poussière et anti-projection

186

Photo 22 Unité Image Stabilizer (stabilisateur d'image)

Figure 54 Système de Image Stabilizer (stabilisateur d'image) de l'EF 70-200 mm f/2,8L IS USM

Mécanisme de verrouillage de la compensation optique

Aimant

LED IR

Monture de l'objectif à compensation optique

Tige de fixation de la monture de l'objectif à compensation optique

Aimant

Axe de guidage

Circuit imprimé

Tige de fixation de la monture del'objectif à compensation optique

Culasse (plateau magnétique)

Mouvement de compensation optique

Détecteur de position

Aimant

Culasse

Aimant

Compensation optique

Détecteur de position

LED IR

Le groupe de lentilles IS est entraîné directement par une bobinemobile. Il est petit, léger et très réactif et offre un excellentcontrôle. Il peut gérer une large gamme de fréquences (environ0,5 Hz à 20 Hz). La position du groupe de lentilles IS est détectéepar les diodes infrarouges situées sur la monture du groupe delentilles IS et le capteur de position (PSD, Position SensingDevice) de la carte de circuit imprimé. Un rétro-contrôle est parconséquent incorporé pour des ajustements précis. L'unité IScomporte également un mécanisme verrouillant le groupe delentilles IS au centre lorsque la fonction IS est désactivée oul'appareil photo éteint (figure 54).

� Système de Image Stabilizer (stabilisateur d'image)

Le Image Stabilizer (stabilisateur d'image) fonctionne comme suit.� Quand le déclencheur de l'appareil photo est enfoncé à moitié,le verrou du système optique du stabilisateur est libéré en mêmetemps que démarre le gyroscope de vibration.� Le gyroscope de vibration détecte le composant de vitesseangulaire de la vibration de l'objectif causée par la secousse, ettransmet un signal de détection au micro-ordinateur.� Ce signal de détection est converti en signal d'entraînementdu système optique du stabilisateur par le micro-ordinateur, quitransmet ensuite ce signal au circuit d'entraînement du systèmeoptique du stabilisateur.� L'actionneur du système optique du stabilisateur déplace lesystème en parallèle en réponse au signal d'entraînement.� Le statut d'entraînement du système optique du stabilisateurest converti en signal de détection par le capteur d'emplacementet le circuit de détection tous deux installés dans l'unité ImageStabilizer (stabilisateur d'image), et ce signal est ensuite transmisau micro-ordinateur.� Le micro-ordinateur compare le signal d'entraînement désignéà l'étape 3 avec le signal de détection désigné à l'étape 5, eteffectue un rétro-contrôle, augmentant ainsi la contrôlabilité du

système optique du stabilisateur. Ce micro-ordinateur, le premierde type 16 bits haute vitesse dans un objectif EF, peut contrôlersimultanément la stabilisation d'image, le moteur USM et l'EMD.(Figure 56)

� Mode 2 du Image Stabilizer (stabilisateur d'image)

Les caractéristiques du Image Stabilizer (stabilisateur d'image)décrites ci-dessus sont définies pour une efficacité optimale lorsde la photographie de sujets immobiles, mais lors d'une tentativede panoramique sur un sujet mobile, les secousses générées enretour peuvent affecter l'image du viseur, interférant avec lecadrage. Ceci se produit parce que les mouvements de l'appareilphoto tels que le panoramique sont jugés saccadés, activantImage Stabilizer (stabilisateur d'image).Pour résoudre ce problème, Canon a développé le mode 2 ImageStabilizer (stabilisateur d'image). Dans ce mode, si unmouvement ample comme un panoramique continue pendant untemps prédéfini, la Image Stabilizer (stabilisateur d'image) dans

187

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Figure 55 Contrôle de stabilisation du mode 2 Image Stabilizer (stabilisateur d'image)

Figure 56 Flux du processus du système Image Stabilizer(stabilisateur d'image)

Figure 57 Diagramme d'effet du Image Stabilizer (stabilisateur d'image)de l'EF 70-200 mm f/2,8L IS USM

1/100 1/200 (s)1/25

(%)100

50

01/501/13

Image Stabilizer (stabilisateur d'image) désactivé

Image Stabilizer (stabilisateur d'image) activé

Correspond à environ 3 crans

A une distance de 200 m

Vitesse d'obturationP

ourcentage d'images réussies

1. Mouvement horizontal de l'appareil photo

2. Mouvement vertical de l'appareil photo

Mouvement de l'appareil photo

(arrêt de la stabilisation d'image)

Mouvement de l'appareil

photo (arrêt de la

stabilisation d'image)

Sens de la stabilisation d'image

Sens de la stabilisation d'image

la direction du mouvement est désactivée. Cela stabilisant l'imagedu viseur durant le mouvement, un cadrage précis est possible.Dans le mode 2 du Image Stabilizer (stabilisateur d'image), sivous effectuez un panoramique, la stabilisation d'image sepoursuit verticalement par rapport au mouvement de l'appareilphoto, ce qui permet de contrôler les secousses verticales durantle panoramique. (Figure 55)Le mode 2 du Image Stabilizer (stabilisateur d'image) a étéintroduit pour la première fois sur l'EF 300 mm f/4L IS USM.Depuis, il a été monté sur d'autres objectifs, principalement destéléobjectifs/zooms téléobjectifs.

� Image Stabilizer (stabilisateur d'image) compatible avecun trépied

Lorsque les premiers objectifs IS étaient utilisés avec un trépied,le Image Stabilizer (stabilisateur d'image) fonctionnait mal,exigeant que le photographe désactive cette fonction. Cependant,l'EF 300 mm f/2,8L IS USM et d'autres nouveaux modèles de la

série IS de super téléobjectifs de type L sont équipés d'un ImageStabilizer (stabilisateur d'image) pouvant être utilisé avec untrépied, ce qui évite les dysfonctionnements. Le systèmeemployant un gyroscope de vibration pour détecterautomatiquement le montage de l'appareil sur un trépied, lephotographe peut se concentrer sur la photo sans devoir penser àactiver et désactiver le stabilisateur. Quand un pied est utiliséavec tout objectif de la série IS, la stabilisation d'image estidentique à celle obtenue durant une photographie à main levée.

� Effet de la stabilisation d'image

La fonction de stabilisation d'image pour les objectifs EF ad'abord été utilisée sur l'EF 75-300 mm f/4-5,6 IS USM en 1995.Converti en vitesse d'obturation, l'effet de la stabilisation d'imageéquivaut à environ deux positions. Avec un téléobjectif 300 mm,ceci permet une photographie à main levée à l/60 seconde. Plustard, grâce aux améliorations dans la conception de l'unité deImage Stabilizer (stabilisateur d'image) et de l'algorithme utilisé,les performances de cet effet ont encore été accrues, à troispositions avec l'EF 70-200 mm f/2,8L IS USM commercialisé en2001, et à 4 positions avec l'EF 70-200 mm f/4L IS USM mis surle marché en 2006. La limite inférieure de photographie à mainlevée à des vitesses d'obturation lentes a par conséquent étéréduite sensiblement.Lorsque le mode 2 du Image Stabilizer (stabilisateur d'image) estactivé et un multiplicateur installé, il fournit des effets de ImageStabilizer (stabilisateur d'image) équivalents. La fonction deImage Stabilizer (stabilisateur d'image) est également efficacepour la photographie en gros plan et dans des endroits instables.Cette fonction offrant aux photographes tous ces avantages, ellesera installée sur un plus grand nombre d'objectifs EF en tant

que technologie standard, et sera utilisée dans encoreplus d'objectifs dans le futur.

Micro-ordinateur

Appareil photo

Image Stabilizer (stabilisateur d'image)

Circuit d'entraînementdu moteur USM

Circuit d'entraînementdu diaphragmeélectromagnétique (EMD)

Détecteur gyrovibratoirede vibrations (lacet)

Détecteur gyrovibratoirede vibrations (tangage)

Sélecteur demode IS

Interrupteur ON/OFF IS

Données de multiplicateur

Circuit d'entraînement de centrage/verrouillage

de groupe de lentilles IS

Circuit d'entraînementde groupe de lentilles IS

Circuit de détection de positionde groupe de lentilles IS

Actionneur de verrouillagede groupe de lentilles IS

Actionneur d'entraînementde groupe de lentilles IS

Détecteur de positionde groupe de lentilles IS

Les éléments optiques diffractifs sont, comme leur nom l'indique,des éléments optiques appliqués au phénomène de diffraction. Ilsont beaucoup attiré l'attention pour leur capacité à s'adapter àl'aberration chromatique, meilleure que les lentilles UD ou fluoritemalgré leur forme asymétrique. L'incorporation de ces élémentsdans des objectifs photographiques était néanmoins difficile,principalement suite à des problèmes d'évasement de diffraction.Canon a résolu ce problème en développant son objectif DO destructure unique et en devenant le premier fabricant d'objectifs aumonde à incorporer cette lentille dans un objectif photographique.Le premier modèle à employer cette lentille (l'EF 400 mm f/4 DOIS USM) est un super téléobjectif présentant des spécifications à lafois compactes et légères, et une qualité d'image remarquable.

� Diffraction

Il s'agit d'un phénomène dans lequel les ondes lumineusescontournent un objet et pénètrent dans la zone d'ombre de cetobjet. L'évasement estun processus dediffraction courant seproduisant dans leso b j e c t i f sphotographiques lorsquele diamètre d'ouvertureest petit. Ce phénomèneest lié à la natureondulatoire de lalumière.Tandis que l'évasementde diffraction consiste enfait en des rayonslumineux néfastesaffectant la qualitéd'image en contournantl'arrière du diaphragme,le même principe peutêtre utilisé pourcontrôler la direction dela lumière.Par exemple, quand dela lumière pénètre deuxfentes très proches, lemême type d'évasementse produit que lors del'utilisation d'une faibleouverture. Dans ce cas,comme illustré dans lafigure ci-dessous, unecertaine direction émerge, le long de laquelle il est plus facile pourles ondes lumineuses de se propager. Ici, la direction dans laquellele mouvement ondulatoire devient plus intense est celle danslaquelle les phases des ondes lumineuses se dégageant des deuxfentes s'alignent. C'est pourquoi les ondes lumineuses sepropagent, entraînant une intensification dans plusieurs directions,une direction dans laquelle les longueurs d'onde se décalent d'uncycle et se chevauchent, une dans laquelle ils se décalent de deux

188

Nouvelles possibilités dans les systèmes optiques : objectif DO (élément optique diffractif multi-couche)16

Photo 23 Objectif DO

cycles et se chevauchent, et ainsi de suite. La direction danslaquelle les longueurs d'onde se décalent d'un cycle (une longueurd'onde) et se chevauchent est appelée diffraction primaire, et cetteconstruction à fentes est appelée treillis de diffraction. Lesfonctionnalités du treillis de diffraction comprennent :� La modification de l'espacement entre les fentes (période detreillis) change la direction de diffraction.� Plus le cycle de diffraction est étendu, plus la diffraction estélevée (angle de diffraction).� La lumière aux longueurs d'onde plus élevées possède ungrand angle de diffraction.

� Eléments optiques diffractifs mono-couche

Les treillis de diffraction utilisant une construction à fentes (treillisde diffraction de type amplitude) générant une lumière diffractéeen bloquant la lumière, ils ne peuvent pas être employés dans dessystèmes optiques. Un treillis de diffraction de type phase a étésuggéré, dans lequel le treillis serait de la forme d'une lame decouperet, et par conséquent ne bloquerait pas la lumière. Untreillis de diffraction de type phase générerait une lumièrediffractée en formant le treillis de diffraction dans un cercleconcentrique, comme une lentille de Fresnel. En changeantpartiellement la période du treillis (espacement), un effet identiqueà celui d'un objectif asphérique pourrait être obtenu, permettantde compenser divers problèmes, dont les aberrations sphériques.Comme mentionné ci-dessus, la lumière quittant le treillis dediffraction possède un angle de diffraction supérieur auxlongueurs d'onde plus élevées. En d'autres termes, la lumièreayant une longueur d'onde plus élevée forme une image plusproche du treillis de diffraction, tandis que la lumière de longueurd'onde inférieure forme une image plus éloignée. Parcomparaison, pour la lumière pénétrant un objectif de réfraction(convexe) avec une puissance positive, la lumière ayant unelongueur d'onde plus courte forme une image plus proche dutreillis de diffraction, tandis que la lumière de longueur d'ondeplus élevée forme une image plus éloignée. Ceci signifie quel'ordre de l'aberration chromatique est inversé avec un objectifréfractif et un élément optique diffractif. S'ils sont combinés, ilsannulent leur aberration chromatique réciproque, permettant unecorrection effective. Contrairement à la technique de compensationd'aberration chromatique précédente, qui combinait des objectifsconvexes et concaves, la nouvelle technique n'utilise que desobjectifs convexes, permettant d'amoindrir la puissance de chaquegroupe d'éléments de l'objectif, et offrant par conséquent unecorrection efficace d'autres aberrations en plus de la couleur.

Figure 58 Diffraction

Figure 59 Principe de génération delumière diffractée

Lumière diffractéeprincipale

Longueur d'onde de la lumièreZone de blocage de la lumière

Arrivée de lumière

Intervalle du réseau

Angle dediffraction

Arrivée delumière par la fente

Fente (légèreouverture de l'objectif, etc.)

Longueur d'onde

Zone de blocage de la lumière (lamelle du diaphragme, etc.)

Arrivée de lumière

189

Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Figure 60 Construction d'objectif DO (illustration) Photo 24 Avec objectif DO installé

Figure 61 Principe de correction d'aberration chromatique par objectif DO

Figure 62 Différence de lumière diffractée entre un élément optiquediffractif mono-couche et un objectif DO

Arrivée de lumière(lumière blanche)

Elément optique diffractif mono-couche Objectif DO

La quasi-totalitéde l'arrivée de lumière estutilisée pour laphotographie

Production de lumièrediffractéeinutile pour laphotographie

Lumière diffractée pouvant être utilisée pour la photographieLumière diffractée générant des perturbations

Elément optique réfractif classique

Objectif DO

Combinaison de l'élément optique réfractif et de l'objectif DO

Image formée de longueursd'onde bleue, verte et rouge,

dans cet ordre précis

Image formée delongueurs d'onde

rouge, verte et bleue,dans cet ordre précis

Aberration chromatiqueéliminée

Aberration chromatiqueopposée par rapport à unélément optique réfractif

Aberrationchromatique

Réseau de diffraction

Elément optique en verre

Réseau de diffraction

Objectif DO double-couche Objectif DO triple-couche

Elément optique en verre

Vue transversaleVue avant

� Développement de l'objectif DO

Les éléments optiques diffractifs mono-couche, utilisés dans leslecteurs optiques des lecteurs de CD et DVD, qui emploient deslasers, n'ont pas pu être exploités dans le domaine des objectifsphotographiques. Ceci est dû au fait que, contrairement à lalumière laser, la lumière utilisée par les objectifs photographiques(région de lumière visible) est constituée d'un certain nombre delongueurs d'onde différentes. Pour utiliser des éléments optiquesdiffractifs dans un objectif photographique, toute la lumièrepénétrant l'objectif doit être à 100% diffractée. L'objectif DO, avec

sa structure diffractive multi-couche, a été développé commeméthode de transformation de toutes les régions de lumièrevisible en lumière photographique. L'objectif DO, dans le cas del'EF 400 mm f/4 DO IS USM, incorpore deux éléments optiquesdiffractifs mono-couche avec des treillis de diffraction en cercleconcentrique, disposés de manière à se faire face (figure 62). Lalumière pénétrant dans l'objectif ne générant pas de lumièrediffractée inutile, l'objectif DO réussit à utiliser pratiquementtoute cette lumière comme lumière photographique, rendantpossible l'application aux objectifs photographiques.L'objectif DO réel est composé d'une lentille en verre sphériqueet d'un treillis de diffraction formé dans un moule utilisant unplastique spécial sur la surface. L'épaisseur du treillis dediffraction n'est que de quelques micromètres et la période detreillis change progressivement de quelques millimètres àquelques dizaines de micromètres. Pour former ce treillis dediffraction, la précision des période, hauteur et positionnement dutreillis de diffraction doit être contrôlée à des unités inférieuresau micromètre. De nombreuses technologies ont été utiliséespour atteindre ce niveau de précision, y compris une technologiede micro-fabrication ultra-haute précision 3D développéespécifiquement dans ce but, ainsi que la technologie defabrication de lentilles asphériques hybrides acquise avec lesobjectifs EF, la technologie de positionnement haute précision, etbien plus encore.

� Réalisation d'objectifs plus petits

En prenant l'EF 400 mm f/4 DO IS USM pour exemple,examinons le processus de réduction de taille des téléobjectifs enappliquant un objectif DO.Avec des éléments optiques diffractifs, les emplacements oùl'image est formée le long de l'axe optique pour les longueursd'onde de 400 nm, 500 nm et 600 nm s'alignent à des intervalleségaux. Cependant, le verre optique ayant des caractéristiques dedispersion non linéaires, les emplacements de formation d'imagepour chaque longueur d'onde seront espacés de manière nonuniforme pour les éléments optiques réfractifs. En conséquence,les méthodes suivantes ont été utilisées pour optimiser l'efficacitéde la compensation d'aberration chromatique de l'objectif DO.La figure 63-� montre un objectif 400 mm f/4 conçu en utilisantuniquement des éléments optiques réfractifs traditionnels.

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Figure 63 Principe permettant des optiques réduites grâce à un objectif DO

Figure 64 Objectif compact à focale unique grâce à un objectif DO Figure 65 Zoom compact grâce à l'objectif DO

99,9 mm

EF 70-300 mm f/4-5,6 IS USM

Objectif DO triple-coucheObjectif asphérique

EF 70-300 mm f/4,5-5,6 DO IS USM

148,2 mmVerre UD

Fluorite 317 mm

Objectif DO double-couche232,7 mmFluorite

Objectif 400 mm f/4 exclusivement conçuavec des élémentsoptiques réfractifs

EF 400 mm f/4 DO IS USM

2 080 g

3 000 g

�Objectif 400 mm f/4 utilisant les techniques classiques.

�Lentilles rapprochées pour une réduction de l'encombrement.

�Eléments en fluorite et en verre UD remplacés par du verre ordinaire pour réordonner l'aberration chromatique.

�Eléments avant remplacés par un objectif DO.

Augmentation de l'aberration chromatique

Suppression de l'aberration chromatique

Verre protecteur

Verre UDFluorite

Image formée de longueurs d'onde bleue,verte et rouge, dans cet ordre précis

Image formée de longueurs d'onde verte,rouge et bleue, dans cet ordre précis

Objectif DO

Si, comme illustré dans la figure 63-�, la réfringence de chaqueélément d'objectif est augmentée, et que les éléments d'objectifsont rapprochés afin de rendre l'ensemble de l'objectif pluscompact, l'aberration chromatique (en particulier pour le bleu)dégénère à un degré remarquable. Cela signifie que l'inclusiond'un élément optique diffractif sera insuffisante pour compenserl'aberration chromatique. Aussi, comme illustré à la figure 63-�,la dispersion de chaque élément d'objectif a été optimisée pouraligner l'aberration chromatique par ordre de longueur d'onde.Enfin, comme illustré à la figure 63-�, en plaçant un objectif DOdont la réfringence est appropriée devant l'élément avant del'objectif, la compensation de l'aberration chromatique estcomplète. Ainsi, en comparaison avec des systèmes optiquesconçus uniquement avec des éléments optiques de réfractiontraditionnels, l'objectif EF 400 mm f/4 DO IS USM est 27 % pluscourt (317 mm → 232,7 mm) et 31 % plus léger (3000 g →2080 g), ce qui en fait effectivement un objectif compact et léger(figure 64).

� Qualité d'image amélioréeL'objectif DO placé dans le groupe avant annulant presquecomplètement l'aberration chromatique générée dans le groupede lentilles réfractives, l'aberration chromatique résiduelle estsupprimée jusqu'à des niveaux extrêmement faibles. Leséléments optiques diffractifs étant également caractérisés par uncomportement asphérique, l'aberration sphérique est égalementcorrigée efficacement, offrant une qualité d'image exceptionnelleà la résolution et au contraste élevés.Un objectif DO sera inclus dans de nombreux objectifs EF dans lefutur en tant qu'éléments optiques innovants plus performantsque les lentilles fluorite, UD et asphériques.

� Objectif DO triple-coucheEn principe, l'objectif DO offre aussi la possibilité de contribuer àun zoom plus compact. Cependant, il serait difficile d'employerl'objectif DO double-couche utilisé dans l'EF 400 mm f/4 DO ISUSM dans des zooms pour les raisons suivantes.

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Technologie des objectifs EF

Seize technologies utilisées dans lesobjectifs EF haute performance

Figure 66 Différences de diffraction entre les objectifs DO double-couche et triple-couche

Lumière pénétrant dans un téléobjectif

Objectif DO double-couche Objectif DO triple-couche

Lumière diffractée utilisable

Lumière diffractée utilisable

Lumière pénétrant dans un objectif grand angle

Lumière diffractée inutile

Les changements d'angle d'incidence génèrent une lumière diffractée inutile

La lumière n'est pas diffractée inutilement, même si l'angle

d'incidence change

Dans les objectifs à focale unique tels que l'EF 400 mm f/4 DO ISUSM, l'angle de la lumière pénétrant l'objectif (angle d'incidence)est fixe pour l'essentiel. Dans les zooms, cependant, l'angle devue changeant selon la focale, l'angle d'incidence subit égalementune modification importante. Avec l'objectif DO traditionnel, leschangements dans l'angle d'incidence entraîneraient lagénération de lumière diffractée non requise pour laphotographie, qui deviendrait une lumière parasite et diminueraitfortement les performances d'imagerie. Pour résoudre ceproblème, Canon a développé un objectif DO triple-couche,nouveau type d'objectif DO avec trois treillis diffractifs disposéssur l'axe optique, qui peut compenser les changements de focale.En utilisant trois couches de treillis diffractifs, même si l'angle dela lumière pénétrant dans l'objectif DO change, aucune lumièrediffractée superflue n'est générée, et pratiquement toute lalumière incidente peut être employée comme lumièrephotographique (figure 66).L'objectif DO triple-couche a d'abord été appliqué dansl'objectif EF 70-300 mm f/4,5-5,6 DO IS USM. Ci-dessous figureune explication des processus ayant permis de rendre cet objectifcompact. � La réfractivité de chaque élément de lentille du systèmed'objectif de base (EF 75-300 mm f/4-5,6 IS USM) a étéaugmentée, et l'espace entre les lentilles individuelles a étéréduit.� Les aberrations chromatique et sphérique, qui étaientaggravées en rendant l'objectif plus compact, ont étésimultanément compensées par l'objectif DO triple-couche placédevant la lentille avant.L'EF 70-300 mm f/4,5-5,6 DO IS USM est par conséquent 30%plus court (142,8 mm→99,9 mm) que le traditionnel EF 75-300 mm f/4-5,6 IS USM (figure 65), qui ne comporte que deséléments optiques réfractifs, et il compense toute aberrationchromatique et sphérique restante tout en offrant une qualitéd'image élevée comparable à celle des objectifs L.

EF LENS WORK III Les yeux d'EOS

Septembre 2006, Huitième édition

Organisation et publication Canon Inc. Lens Products GroupProduction et éditorial Canon Inc. Lens Products GroupImpression Nikko Graphic Arts Co., Ltd.Remerciements pour leur coopération : Brasserie Le Solférino/Restaurant de la Maison

Fouraise, Chatou/ Hippodrome de MarseilleBorély/Cyrille Varet Créations, Paris/Jean Pavie,artisan luthier, Paris/Participation de la Mairie deParis/Jean-Michel OTHONIEL, sculpteur

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