PHOTOGRAPHIE Optique photographique

Distance focale

La distance focale est l'une des caractéristiques fondamentales d'un objectif puisqu'elle conditionne non seulement la dimension de l'image mais également le champ enregistré. Pour une lentille mince, elle correspond à la distance du centre optique au foyer image F' ; elle est notée f' et est positive pour les systèmes optiques convergents.

Il ne faut pas considérer cette grandeur comme une donnée isolée car elle est dépendante du format. Chaque objectif est en effet classé selon le format qu'il doit nécessairement couvrir afin d'éviter un phénomène de vignettage (perte d'homogénéité de la lumière entre le centre et les bords). La terminologie la plus utilisée est celle de cercle de couverture.

En photographie, on distingue les formats classiques suivants : le petit format (24 × 36 mm), les moyens formats (4,5 × 6 cm ; 6 × 6 cm ; 6 × 7 cm), les grands formats (4 × 5 inches et 8 × 10 inches). L'A.P.S. (advanced photographic system), dernière évolution de la photographie argentique, admet un format plus petit que le 24 × 36. Les formats numériques les plus répandus sont donnés en fonction de la diagonale du capteur (cf. photographie - Appareils photographiques numériques).

L'objectif qui, en fonction du format, donne la même impression de perspective qu'à l'œil nu est considéré comme la focale normale. Toutes les focales inférieures sont des grands-angles. Toutes les focales supérieures sont des téléobjectifs. Un objectif possédant un angle de champ variable est un zoom. Lorsque la variation de focale s'étend de part et d'autre de la focale normale, on parle de zoom transtandard. Ainsi, en 24 × 36 mm, la focale dite normale est le 50 mm ; en 4 × 5 inches, c'est le 150 mm. Toutefois, pour des raisons de conception optique, plus le format est petit, plus la distance focale normale tend à être supérieure à celle qui restitue correctement la perspective.

Angle de champ

Cette grandeur caractérise le champ qui sera enregistré sur la surface sensible. On dissocie généralement l'angle de champ horizontal de l'angle de champ vertical (sauf pour les formats carrés tel le 6 × 6 cm). Ces angles sont définis par les relations suivantes (fig. 1) :

ou

L'angle de champ 2α d'un objectif dépend donc du format et de la distance focale f'. Généralement, un angle de 40⁰ horizontal correspond à un objectif de focale normale. Cela représente une distance focale de 50 mm pour le format 24 × 36 mm. Or cette même valeur est considérée comme une courte focale pour les formats de dimensions supérieures et une longue focale pour les formats de dimensions inférieures. Vraisemblablement, une classification en unités angulaires (horizontales par exemple) permettrait de s'affranchir de la distance focale. Ainsi, tous les objectifs de 40⁰ d'angle de champ horizontal correspondraient à des focales normales, quel que soit le format utilisé. Cette remarque ne s'applique pas aux grands formats, puisque l'objectif « couvre » plus que le format du film afin de pouvoir procéder à des bascules et des décentrements (cf. 3. Chambres grand format). Dans ce cas, la classification des objectifs grand format s'effectue en fonction du cercle de couverture. Celui-ci correspond au champ de pleine lumière qui caractérise la surface où l'éclairement admet une quasi-uniformité et une valeur maximale. Étant fonction de la taille et de la position de la pupille de sortie, le cercle de couverture est d'autant plus important que le diaphragme est fermé et que le film est éloigné de l'objectif.

L'ouverture du diaphragme

L'ouverture du diaphragme permet de régler la quantité de lumière nécessaire à une exposition correcte de la surface sensible. On dissocie le nombre d'ouverture géométrique N (ou A dans la littérature anglo-saxonne) du nombre d'ouverture photométrique T. Ce dernier tient compte non seulement du diamètre de la pupille d'entrée mais également de la transmission de la lumière dans l'objectif. Sur les objectifs modernes, grâce aux performances des traitements antireflets N et T sont confondus. Les objectifs anciens, en particulier ceux qui ont été utilisés pour le cinéma, possèdent souvent deux graduations distinctes dont l'écart peut atteindre une valeur de diaphragme.

L'ouverture conditionne principalement deux entités importantes : l'éclairement de la surface sensible et la profondeur de champ. Mais, cependant, on oublie trop souvent son rôle quant à la qualité de l'image.

L'ouverture relative 1/N est définie par la relation suivante :

où ∅P_E représente le diamètre de la pupille d'entrée et f' la distance focale.

En général, pour l'ouverture du diaphragme, les objectifs admettent une échelle en progression géométrique de raison √2, par exemple 1,4 ; 2 ; 2,8 ; 4 ; 5,6 ; 8 ; 11 ; 16 ; 22. Certains objectifs « ferment » (grandes valeurs de N) à 32, 45, 64, voire 90 ; d'autres « ouvrent » (petites valeurs de N) à 1 (Noctilux 50/1 de chez Leica ou le Canon EF 50/1). Par le passé, des systèmes ouvrant à 0,7 ou 0,85 (notamment pour le cinéma) ont été fabriqués. Le passage d'une valeur de diaphragme à l'autre augmente, ou diminue, la quantité de lumière par deux sur le récepteur photosensible.

En supposant l'objet à l'infini, c'est-à-dire l'émulsion au foyer image, l'éclairement E est donné par la relation :

où L représente la luminance du sujet, θ le demi-angle que fait le rayon par rapport à l'axe optique, τ le facteur de transmission (toujours inférieur à l'unité, mais d'autant plus élevé que la qualité des traitements antireflet est grande) et 1/N l'ouverture relative.