Fabrication d'un objectif

Conception

Conception d'un objectif

La fabrication d'un objectif se décompose en de nombreuses étapes dont la première consiste à en établir la conception de base. Le point de départ de toute conception de base consiste à déterminer le groupe cible des utilisateurs d'un objectif. Est-il destiné à être utilisé par des professionnels et des amateurs avisés ou par des consommateurs du grand public ? Il s'agit là du critère qui détermine le niveau de performance nécessaire dans diverses catégories : performance optique, facteurs de longévité basés sur son utilisation et variations de conditions ambiantes auxquelles il sera soumis dans les endroits typiques où il sera utilisé. Conception d'un objectif  

Une fois le marché cible fixé, on détermine les points suivants :

  • Approche à adopter pour la conception optique
  • Matériaux à utiliser (optiques et mécaniques)
  • Méthode de fabrication des composants mécaniques, par exemple par usinage ou moulage
  • Type d'interface AF à utiliser pour les objectifs autofocus  

Lorsque l'on aborde la conception optique, on dispose de certains modèles de base dans la technique de conception d'objectifs qui se sont imposés comme une sorte de « gabarit » pour la conception des objectifs classiques et qui se répartissent dans les catégories grand-angle, télé et macro.

Cependant, les concepteurs d'objectifs sont aujourd'hui confrontés à bien plus de défis qu'auparavant en raison des progrès réalisés dans la fabrication des matériaux utilisés pour les objectifs, qu'il s'agisse du verre optique lui-même, des matériaux utilisés pour les composants métalliques, des matières plastiques ou de la méthode utilisée pour traiter ces matériaux. Même si ces nouveaux matériaux confèrent aux concepteurs un plus large choix et une plus grande liberté de conception pour les aider à fabriquer des produits performants, ils doivent également faire face à la pression du marché qui exige des produits moins chers. L'idéal est de fabriquer un meilleur objectif à un coût moindre, qu'il soit destiné aux professionnels ou aux amateurs.

Des simulations sur ordinateur pour une préparation efficace de la production

Une fois la conception optique terminée, une simulation sur ordinateur permet de fournir un pronostic précis sur les performances qu'aura l'objectif au centre de l'image et dans les coins. Il ne faut pas oublier que les fabricants d'objectifs ont accompli leurs propres progrès technologiques et utilisé leurs propres techniques de conception et de fabrication à partir de leur propre expérience. Ceci concerne aussi les logiciels qui sont en général développés par des entreprises individuelles et qui leur sont donc exclusifs.

C'est à cette étape que l'on détermine si l'objectif répondra aux critères de performance visés au départ. Le moindre problème possible reconnu ici entraîne une modification de la conception optique.

Développements novateurs dans la conception mécanique

Tandis que les concepteurs optiques doivent relever les défis imposés par la performance optique, les concepteurs mécaniques ont, eux, pour tâche de rendre la conception optique utilisable par les photographes. Le mouvement de chaque lentille optique doit parfaitement fonctionner et être dénué de tout défaut, le tout, de manière durable pour résister à de longues périodes d'utilisation dans des conditions ambiantes très variables.

Assez souvent, lorsque la conception optique est très sophistiquée, la conception mécanique doit surpasser cette sophistication, rompre avec les pratiques de conception classiques pour utiliser de nouvelles méthodes permettant d'atteindre un niveau de qualité plus élevé. Le « mécanisme à triple came » de Tamron est l'exemple parfait de cette approche de conception innovante. Ce mécanisme équipe le zoom 28-200 mm f/3,8-5,6 Asphérique dont la conception innovante et l'excellent rapport coût/performance lui ont valu de nombreux prix. Cette optique n'aurait jamais pu être lancée sur le marché si l'on n'avait pas mis au point cette nouvelle conception mécanique, ni inventé la méthode de fabrication utilisée pour produire cet objectif en série. Le « quadri-came » est un autre progrès technique dont bénéficie le 28-300 mm.

Des prototypes pour pouvoir réaliser des essais pratiques approfondis

Fabrication de produits spéciaux

Une fois la conception mécanique terminée, on réalise plusieurs prototypes pour pouvoir évaluer les performances de l'optique dans différentes conditions, des plus favorables aux plus défavorables, et pour évaluer la faisabilité d'une production de cet objectif en grande quantité. On en teste minutieusement la résolution, le contraste et le rendu des couleurs à chaque ouverture de diaphragme, de la plus grande à la plus petite, et à chaque longueur focale s'il s'agit d'un zoom. Pour ce faire, on photographie une mire en laboratoire et on effectue aussi des essais sur le terrain dans des conditions d'éclairement différentes, par exemple, avec le soleil dans le dos, face au soleil, à l'ombre, etc.

Les prototypes sont ensuite testés dans des conditions dans lesquelles température et environnement varient pour voir de quelle manière ces facteurs peuvent éventuellement influencer les performances de l'objectif (bague de mise au point, bague de zoom, mouvements des lamelles du diaphragme). De plus, les objectifs sont soumis à un essai de vieillissement accéléré en laboratoire pour en garantir la longévité. Les ingénieurs de conception optique et mécanique se servent des résultats de tous ces essais pour apporter la touche finale à la conception.

Conception de l'autofocus

Parallèlement à la finalisation de la conception optique et mécanique, on lance celle de l'autofocus. Pour être sûr que l'objectif sera entièrement compatible et qu'il pourra fonctionner avec les boîtiers de toutes les marques, cette étape implique un gros effort de développement logiciel. On réalise d'abord un « montage expérimental » du module AF que l'on monte ensuite dans l'objectif prototype pour réaliser un essai pratique de ses capacités fonctionnelles et un réglage de précision du logiciel par rapport à la conception mécanique. On obtient alors une puce spécialisée (normalement une mémoire ROM) qui commande l'autofocus et est incorporée aux composants mécaniques de l'optique.

Préparation pour la production en série

Une fois que la conception globale de l'objectif est terminée, on passe au processus de fabrication. Il est composé de nombreuses étapes qui permettront d'aboutir au produit fini.

Lentilles en verre

Lentilles asphériques

Les matériaux en verre optique utilisés pour fabriquer les objectifs ne sont disponibles qu'auprès de quelques fabricants seulement qui le fournissent souvent sous forme de « plaque pressée », sorte de plaque de verre coupée en rondelles. Les lentilles en verre sont alors soumises au processus initial de rectification réalisé par une machine appelée « générateur de courbes ». Elle permet de donner une forme aux contours grossiers de la lentille qui est soit concave, soit convexe.

A mesure que la rectification progresse et que la forme des lentilles commence à atteindre les spécifications finales, les particules de polissage contenues dans l'eau pour façonner la surface de la lentille deviennent de plus en plus fines. La vitesse à laquelle les courbes sont générées et rectifiées peut varier selon les caractéristiques du verre, du diamètre et du contour de la lentille. Certains verres comme le LD (Low Dispersion) ou l'AD (Anomalous Dispersion) nécessitent un traitement plus long en raison de la souplesse, de la fragilité et de l'oxydation des matériaux. C'est pourquoi les objectifs dotés de verre LD ou AD sont relativement coûteux, ce qui est d'autre part également dû au fait que ces matériaux sont au départ aussi plus chers. Le prix plus élevé de ces matériaux est en tout cas justifié puisque ces verres de haute technologie permettent de réduire efficacement les aberrations chromatiques.

Une fois le polissage final terminé, les lentilles sont soumises à un processus de centrage qui garantit la parfaite excentricité des différentes lentilles. En d'autres termes, les lentilles sont rectifiées régulièrement de leur circonférence jusqu'à l'axe optique. On utilise aussi un autre type de lentille optique dans la fabrication des objectifs appelé « asphérique hybride » qui permet de compenser les aberrations sphériques, une forme de bruit optique apparaissant lorsque les rayons lumineux sont diffractés par des lentilles sphériques et qu'ils ne convergent pas tous au même point du plan de l'image. Cette perte de qualité d'image peut être en grande partie éliminée en utilisant des lentilles asphériques (c'est-à-dire des lentilles qui ne peuvent pas être dérivées d'une forme sphérique). Le fait d'utiliser des lentilles asphériques permet aussi de réduire efficacement les distorsions d'un objectif.  

Il s'agit d'une méthode composite consistant à associer du verre et de la résine pour produire une lentille d'objectif à surface non sphérique. La surface asphérique de la lentille est obtenue grâce au processus de centrage.

Le revêtement : des couches ultrafines qui sont ultra-efficaces

Revêtement multicouche

Une fois les lentilles formées, on passe à l'étape suivante qui est celle du revêtement. Il s'agit de l'un des facteurs critiques de la production d'un objectif pour lequel chaque fabricant a mis au point sa propre technique exclusive. Les revêtements d'une lentille d'objectif servent à la protéger de l'oxydation et des réflexions indésirables.    

Les réflexions réduisent non seulement la transmission lumineuse d'une lentille (la surface de toute la lentille fait perdre environ 4 % de lumière à cause de la réflexion), mais elles sont aussi largement responsables de la perte de contraste de l'image, réduisant ainsi considérablement la qualité d'image d'un objectif.  

Une méthode de traitement multicouche est utilisée pour obtenir un rendu des couleurs optimal et une transmission maximale de la lumière. Tamron a maintenant mis au point de nouveaux « traitements de surface interne » (c'est-à-dire des traitements multicouches sur les surfaces collées des groupes de lentilles) pour réduire encore davantage les réflexions et garantir une meilleure qualité d'image.

Pièces mécaniques

Appareil de moulage par injection

Les composants du barillet et les éléments esthétiques sont moulés sous pression et/ou usinés. Les pièces disposant de chemins de came et d'hélicoïdes font partie des composants les plus délicats de tous car leur précision influence fortement la qualité et les performances finales de l'objectif. Aujourd'hui, un nombre croissant de ces pièces sont fabriquées en polycarbonates de haute technologie grâce à une technique de moulage par injection de très haute précision. 

Composants d'un objectif

Inutile de préciser que les composants du fût de l'objectif fabriqués en polycarbonates de haute technologie allègent sensiblement l'objectif.

Les surfaces internes du barillet de l'objectif sont soumises à un traitement soigné et approfondi pour pouvoir fournir une surface antireflet. Il s'agit là encore d'un processus délicat permettant de réduire la lumière diffuse qui a tendance à se former à cause de la lumière parasite renvoyée d'arrière en avant dans le barillet de l'objectif.

Production en série

Production d'objectifs
Contrôle de qualité

Une fois la fabrication des pièces terminée, on assemble l'objectif. Pour pouvoir optimiser l'efficacité de la production et assurer le respect des spécifications de conception, plusieurs composants clés comme le mécanisme du diaphragme sont fabriqués comme des sous-ensembles. On assemble l'ensemble de la structure mécanique d'un objectif avant de mettre les lentilles en place.

Une fois l'assemblage final terminé, on réalise différents réglages pour être sûr que les fonctions de l'objectif correspondent bien aux standards de conception. On vérifie le mouvement mécanique, la résolution optique et la réaction de l'autofocus, etc. Selon l'objectif, il peut aussi être soumis ensuite à des essais de vibration et de choc et/ou de chute.  

La production en série est lancée dès que tous les essais et réglages finaux sont terminés et l'objectif peut enfin être commercialisé sur le marché. Les contrôles et essais continuent aussi pendant la production en série afin de garantir que l'objectif répond bien aux standards de qualité stricts de la norme ISO 9001. De plus, chez Tamron, on vérifie que tous les processus de production sont écocompatibles et on les optimise en permanence. Tamron s'engage depuis de nombreuses années dans la protection de l'environnement et promeut activement au sein de l'entreprise de multiples mesures visant à le protéger, comme l'imposent les exigences strictes de la norme ISO 14001.