Chapitre 12: Objectif Photographique 12.1 Introduction L’objectif photographique est un instrument optique ressemblant à l’œil: Œil Objectif ----------------------------------------------------------------------------------------- Cornée Objectif Cristallin Iris Diaphragme Pupille Ouverture Rétine Film photographique Accommodation Mise au point Cependant, l’accommodation est réalisée par une modification de la distance séparant l’objectif du film photographique et non pas par modification de la courbure de la lentille.

12.2 La photographie argentique Le film photographique est formé par une émulsion de gélatine incorporant des cristaux (appelés grains) de chlorure et de bromure d’argent (AgCl et AgBr) déposée sur un substrat d’acétate de cellulose. 1) Irradiation 2) Image latente: formation dans les grains d’agrégats Ag0 3) Révélation: réduction complète par agent chimique des cristaux 4) Fixation: dissolution des cristaux non réduits Avec l’image négative formée on pourra transférer avec agrandissement l’image sur papier.

Pour obtenir un film argentique couleur, on construit un film contenant plusieurs couches, chacune sensible à l’une des trois couleurs primaires (bleue, verte et rouge) grâce au colorant organique inséré. Certains films ne sont pas argentiques mais directement basés sur des colorants organiques (par ex. aryl-diazonium). Couche protectrice Couche sensible au vert (colorant magenta) de 5 mm Couche sensible au rouge (colorant cyan) de 5 mm Couche sensible au bleu (colorant jaune) de 5 mm substrat

La sensibilité d’un film photographique dépend de la taille des grains de sels d’argent présents dans le film: Gros grains (~30 mm) grande sensibilité Petits grains (~5mm) faible sensibilité Le sensibilité des films est définie par la densité optique D, telle que: où I est l’intensité lumineuse transmise à travers le film et I0 l’intensité lumineuse incidente. L’échelle usuelle utilisée pour les films photographiques est l’échelle ASA (American Standard Association) , progression géométrique de raison 2: 12, 25, 100, 200, 400, 800, 1600 Deux films dont les sensibilités en ASA sont dans un rapport 2 ont des densités optiques dans un rapport 2.

12.3 Objectif photographique L’objectif photographique est formé par plusieurs lentilles accolées ou non. Certains objectifs peuvent comporter des miroirs (objectifs catadioptriques) et d’autres des lentilles pouvant se déplacer les unes par rapport aux autres (zooms). Le grandissement g est donné par (voir chapitre 8, formule de Newton): et on rappelle que pour la lentille mince f’ = -f. La longueur est appelée tirage de l’objectif. Cette distance est généralement petite. Lorsque la distance est donnée, le grandissement augmente avec la focale. C’est pour cela qu’on utilise un télé-objectif pour obtenir des images détaillées. Lorsque la focale est donnée, on peut essayer de d’augmenter .

Champ angulaire. Portion conique 2qc de l’espace objet dont l’objectif Champ angulaire Portion conique 2qc de l’espace objet dont l’objectif donne une image nette. 2qc film O A’ B’ Compte tenu de la relation de conjugaison appliquée pour un objet lointain (p tend vers l’infini), alors on a et le champ angulaire s’écrit, en introduisant la diagonale l du film::

Pour un objectif reflex 24 x 36 mm, la diagonale du film est 43 Pour un objectif reflex 24 x 36 mm, la diagonale du film est 43.3 mm (théorème de Pythagore). On obtient: Grand angle f’ = 28 mm qc = 75.4° Normal f’ = 50 mm qc = 46.8° Télé-objectif f’ = 135 mm qc = 18.2° Fish-Eye f’ = 8 mm qc = 139.4°

Ouverture Diamètre D de la pupille d’entrée de l’objectif Nombre d’ouverture Rapport entre la distance focale et l’ouverture ( NO) : Tableau des nombres d’ouverture pour un objectif normal de 50 mm: NO 1.4 2 2.4 4 5.6 8 11 16 D /mm 36 25 18 12.5 9 6.25 4.5 3.12 (suite géométrique de raison ) Afin de s’affranchir de la distance focale de l’objectif, on parle de nombre d’ouverture, ou plus exactement d’ouverture, sous la forme f/NO (par exemple une ouverture f/11 équivaut à 4.5 mm pour une focale de 50 mm). On ne travaille pas à trop faible NO en raison des aberrations géométriques. De plus l’approximation de Gauss n’est plus valable.

12.4 Profondeur de champ Profondeur de champ Distance entre les deux points extrêmes A’1 et A’2 de l’espace image situés sur l’axe optique et pour lesquels l’objectif peut former une image nette sur le film photographique. A0 A’0 u0 u’0 A’1 A’2 a On dira qu’une image est nette lorsque l’étendue de l’image d’un objet ponctuel par l’instrument est inférieure à une taille caractéristique. Pour un film photographique, cette taille correspond à la taille d’un grain du film (soit une valeur typique de 100 mm. environ). Pour l’œil, cette taille correspond à celle d’une cellule de la rétine.

La profondeur de champ image est donnée par: où a est la taille des grains. On considère trois points objets de l’axe optique, A0, A1 et A2 et leur image respective A’0, A’1 et A’2. Ces points vérifient tous une relation de Newton de la forme: pour i = 0, 1 ou 2. Ainsi, en prenant les points deux à deux, on a en particulier:

Si les distances et sont inférieures à la profondeur de champ, c’est-à-dire si alors les points objets A0, A1 et A2 formeront tous une image nette sur le film car leur image étendue ne dépassera pas la taille d’un grain. Dans le cas de points objets extrêmes, on pose donc:

On définit ainsi la profondeur de champ dans l’espace objet par la distance . Ainsi, en égalant les deux relations précédentes: en considérant A0 comme le point intermédiaire parfaitement mis au point. La distance est appelée distance optimale de mise au point. Exemple: La profondeur de champ d’un objectif est comprise entre 3 m et 6 m (position des points A1 et A2 extrêmes). La position distance optimale de mise au point est donc = 2 / ( 1/3 + 1/6) = 4 m. On remarque que la distance optimale de mise au point n’est pas symétrique par rapport à la position de A1 et A2 .

Nous avons obtenu précédemment la relation suivante: d’où en ré-arrangeant, il vient: Or, l’angle ui est tel que: On a admis que est équivalent à . En effet, pour une distance objet de l’ordre du mètre (distance usuelle en photo), l’image est proche du point focal image. Finalement, la profondeur de champ s’écrit:

La profondeur de champ est donc augmentée en agissant sur les paramètres suivant: Augmenter la taille des grains (choisir un film très sensible) Augmenter le nombre d’ouverture NO Diminuer la distance focale de l’objectif Exemple: Pour un film de taille de grains de 100 mm, pour un NO donné de 8 et un objectif de 50 mm, alors si l’objet est placé à 5 m, la profondeur de champ est de 16 m (champ compris entre 1.7 m et 17.7 m).

12.5 Durée d’exposition Un paramètre important à prendre en compte en photographie est la quantité de lumière incidente sur la pellicule. Ce paramètre conditionne la durée de l’exposition. La quantité de lumière reçue par unité de temps par la pellicule est proportionnelle à la surface de l’ouverture: La durée d’exposition est généralement calculée par l’appareil et affichée directement dans le viseur. Si Q est la quantité de lumière totale nécessaire pour impressionner le film, la durée d’exposition vaut: Il faut usuellement réaliser un compromis entre la netteté de l’image (profondeur de champ importante nécessitant un fort NO) et la quantité de lumière reçue (nécessitant un petit NO pour une durée d’exposition courte).