cercle image, angle de champ et taille de surface sensible
Publié : 24 mai 2010 17:15
Cette proposition de contribution/vulgarisation attend vos remarques constructives
"Cercle image, angle de champ et taille de la surface sensible
J'ai pris l'habitude, lorsque je dois envisager des problèmes d'optiques qui sortent des « standards » (sténopé, chambre, adaptations diverses d'objectif, etc...), de raisonner avant tout en termes de cercle image.
Lorsque les rayons lumineux traversent un système optique (un objectif, un trou sténopé...), les rayons de l'image convergent en un point (point focal) avant de diverger de l'autre côté, donnant une image inversée.
Cette image inversée a la forme d'un cercle et elle est projetée sur la surface sensible, au fond du boitier. C'est une partie de ce cercle, le plus souvent un rectangle ou un carré, qui va impressionner la surface sensible. (film, capteur).
Pour les systèmes optiques standardisés, par exemple une gamme de reflex 24x36 et leurs objectifs, le système de lentilles est étudié pour permettre la projection de l'image sur un cercle image d'une taille donnée (focale de l'objectif), à une distance donnée (tirage optique de l'objectif, c'est à dire distance entre le foyer de l'objectif et l'emplacement du plan de la surface sensible).
Ainsi, chaque focale correspond à un ANGLE DE CHAMP et non à une taille de la photo finale. La taille de l'image dépend de la taille de la surface sensible qui va enregistrer la lumière sur une partie plus ou moins grande d'un même cercle image.
Il faut garder à l'esprit qu'un objectif d'une focale donnée a un angle de champ (de « vue ») fixe, quel que soit le format d'appareil photo pour lequel il est prévu.
28mm : 75°
35mm : 64°
50mm : 47°
85mm : 28°
135mm : 18°
180mm : 13°
300mm : 8°
400mm : 6°
600mm : 4°
L'appareil photo et son objectif dédié sont généralement conçus et optimisés pour une surface sensible (le plus souvent une pellicule) d'une taille donnée (24x36, 6X6, 6X9, etc...)
Et alors, me direz-vous? C'est vrai, pas grand intérêt de comprendre ça si on a un système cohérent, par exemple un reflex, avec l'objectif étudié pour, et qu'on a pas besoin de bidouiller.
Imaginons maintenant que nous puissions changer la taille de la surface sensible (film) que nous mettons dans un appareil (et son objectif!) prévu pour du 6x6.
Le cercle image est étudié pour couvrir ce format 6x6, et guère plus, c'est à dire que son diamètre est juste supérieur à la plus grande diagonale de la surface sensible. Si on met un format plus grand (6x9, 9x12, etc...), que se passe-t-il? Le format de la pellicule est devenu plus grand que le cercle image, on obtient un vignettage, d'autant plus marqué que ce format a grandi.
Faisons maintenant l'inverse : mettons une surface de 24x36 dans un cercle image prévu pour du 6x6. Cette surface n'occupera qu'une partie réduite au centre du cercle image, et tout se passe « comme si » l'on avait utilisé un téléobjectif.
Pour prendre un exemple qui servira plus aux numéristes plus qu'aux argentistes, c'est exactement ce qui se passe lorsque nous utilisons sur des capteurs de taille réduite (souvent de l'ordre de 16x24 environ pour les reflex numériques) des objectifs prévus pour couvrir le 24x36 (argentique ou « full frame » numérique). La focale de l'objectif n'a pas changé, un objectif de 50mm est resté un objectif de 50mm... seulement le capteur ne prend qu'une petite partie de l'image projetée par l'objectif. Tout se passe donc en apparence « comme si » on avait utilisé un objectif avec un angle de champ plus réduit (Ici, un 80mm environ).
Quand est-ce que le raisonnement en termes de cercle image devient intéressant?
Sans aller dans le détail, ceux qui font de la photo à la chambre peuvent changer de format avec un même appareil. Mais les bascules, décentrements, mouvements que permettent les chambres décalent ou penchent l'axe de l'objectif par rapport à la surface sensible, ce qui revient à modifier l'inclinaison du cercle image, et son emplacement sur le plan de cette surface sensible.
C'est pourquoi les objectif pour le grand format sont le plus souvent prévus pour générer, à focale égale, des cercles image beaucoup plus grand qui vont permettre ces mouvements sans vignettage (incliner ou « ballader » le cercle image au fond de la boite sans qu'il ne « sorte » de la surface sensible). C'est techniquement plus compliqué à construire, et c'est pour ça que c'est souvent cher, les objectifs GF...
Là ou ça devient carrément intéressant, c'est lorsqu'il s'agit de concevoir et de fabriquer un sténopé.
En l'absence de lentilles, le principe du trou du sténopé a une caractéristique qui va beaucoup nous intéresser : il est si petit que son diaphragme ridicule nous procure une profondeur de champ presque infinie. Conséquence? Nous ne sommes plus limités par un quelconque tirage optique. Où que l'on place la surface sensible par rapport au trou, l'image produite sera nette. Nous ne sommes même plus obligés de projeter sur un plan. Nous allons pouvoir tenter les expériences les plus baroques : surface sensible enroulée, tordue, froissée, pliée, lumière qui passe par plusieurs sténopés, etc...
Mais restons simples.
Pour concevoir un sténopé « simple », je commence par imaginer la taille du cercle image qui sera produit en fonction de la distance du trou à la surface sensible. On calcule aisément celle-ci avec l'approximation suivante : diamètre du cercle image = distance sténopé-film X 3,5
Un tout petit exercice de trigo élémentaire me dira quelles sont les dimensions maximales de la surface sensible que je peux utiliser avant d'arriver au vignettage. Je vais pouvoir choisir mon rendu final (« focale apparente », pour utiliser l'abus de langage courant, mais en fait il s'agit de l'angle de vue), et obtenir une image « comme au fish-eye », ou comme au 35mm, etc...).
Il ne serait d'ailleurs pas très compliqué de générer dans un petit fichier excel les formules de calcul qui devrait intégrer les grandeurs suivantes
-Distance sténopé-surface sensible
-dimensions de la surface sensible
pour nous donner un résultat : angle de champ et/ou dimensions du cercle image
to be continued...
"Cercle image, angle de champ et taille de la surface sensible
J'ai pris l'habitude, lorsque je dois envisager des problèmes d'optiques qui sortent des « standards » (sténopé, chambre, adaptations diverses d'objectif, etc...), de raisonner avant tout en termes de cercle image.
Lorsque les rayons lumineux traversent un système optique (un objectif, un trou sténopé...), les rayons de l'image convergent en un point (point focal) avant de diverger de l'autre côté, donnant une image inversée.
Cette image inversée a la forme d'un cercle et elle est projetée sur la surface sensible, au fond du boitier. C'est une partie de ce cercle, le plus souvent un rectangle ou un carré, qui va impressionner la surface sensible. (film, capteur).
Pour les systèmes optiques standardisés, par exemple une gamme de reflex 24x36 et leurs objectifs, le système de lentilles est étudié pour permettre la projection de l'image sur un cercle image d'une taille donnée (focale de l'objectif), à une distance donnée (tirage optique de l'objectif, c'est à dire distance entre le foyer de l'objectif et l'emplacement du plan de la surface sensible).
Ainsi, chaque focale correspond à un ANGLE DE CHAMP et non à une taille de la photo finale. La taille de l'image dépend de la taille de la surface sensible qui va enregistrer la lumière sur une partie plus ou moins grande d'un même cercle image.
Il faut garder à l'esprit qu'un objectif d'une focale donnée a un angle de champ (de « vue ») fixe, quel que soit le format d'appareil photo pour lequel il est prévu.
28mm : 75°
35mm : 64°
50mm : 47°
85mm : 28°
135mm : 18°
180mm : 13°
300mm : 8°
400mm : 6°
600mm : 4°
L'appareil photo et son objectif dédié sont généralement conçus et optimisés pour une surface sensible (le plus souvent une pellicule) d'une taille donnée (24x36, 6X6, 6X9, etc...)
Et alors, me direz-vous? C'est vrai, pas grand intérêt de comprendre ça si on a un système cohérent, par exemple un reflex, avec l'objectif étudié pour, et qu'on a pas besoin de bidouiller.
Imaginons maintenant que nous puissions changer la taille de la surface sensible (film) que nous mettons dans un appareil (et son objectif!) prévu pour du 6x6.
Le cercle image est étudié pour couvrir ce format 6x6, et guère plus, c'est à dire que son diamètre est juste supérieur à la plus grande diagonale de la surface sensible. Si on met un format plus grand (6x9, 9x12, etc...), que se passe-t-il? Le format de la pellicule est devenu plus grand que le cercle image, on obtient un vignettage, d'autant plus marqué que ce format a grandi.
Faisons maintenant l'inverse : mettons une surface de 24x36 dans un cercle image prévu pour du 6x6. Cette surface n'occupera qu'une partie réduite au centre du cercle image, et tout se passe « comme si » l'on avait utilisé un téléobjectif.
Pour prendre un exemple qui servira plus aux numéristes plus qu'aux argentistes, c'est exactement ce qui se passe lorsque nous utilisons sur des capteurs de taille réduite (souvent de l'ordre de 16x24 environ pour les reflex numériques) des objectifs prévus pour couvrir le 24x36 (argentique ou « full frame » numérique). La focale de l'objectif n'a pas changé, un objectif de 50mm est resté un objectif de 50mm... seulement le capteur ne prend qu'une petite partie de l'image projetée par l'objectif. Tout se passe donc en apparence « comme si » on avait utilisé un objectif avec un angle de champ plus réduit (Ici, un 80mm environ).
Quand est-ce que le raisonnement en termes de cercle image devient intéressant?
Sans aller dans le détail, ceux qui font de la photo à la chambre peuvent changer de format avec un même appareil. Mais les bascules, décentrements, mouvements que permettent les chambres décalent ou penchent l'axe de l'objectif par rapport à la surface sensible, ce qui revient à modifier l'inclinaison du cercle image, et son emplacement sur le plan de cette surface sensible.
C'est pourquoi les objectif pour le grand format sont le plus souvent prévus pour générer, à focale égale, des cercles image beaucoup plus grand qui vont permettre ces mouvements sans vignettage (incliner ou « ballader » le cercle image au fond de la boite sans qu'il ne « sorte » de la surface sensible). C'est techniquement plus compliqué à construire, et c'est pour ça que c'est souvent cher, les objectifs GF...
Là ou ça devient carrément intéressant, c'est lorsqu'il s'agit de concevoir et de fabriquer un sténopé.
En l'absence de lentilles, le principe du trou du sténopé a une caractéristique qui va beaucoup nous intéresser : il est si petit que son diaphragme ridicule nous procure une profondeur de champ presque infinie. Conséquence? Nous ne sommes plus limités par un quelconque tirage optique. Où que l'on place la surface sensible par rapport au trou, l'image produite sera nette. Nous ne sommes même plus obligés de projeter sur un plan. Nous allons pouvoir tenter les expériences les plus baroques : surface sensible enroulée, tordue, froissée, pliée, lumière qui passe par plusieurs sténopés, etc...
Mais restons simples.
Pour concevoir un sténopé « simple », je commence par imaginer la taille du cercle image qui sera produit en fonction de la distance du trou à la surface sensible. On calcule aisément celle-ci avec l'approximation suivante : diamètre du cercle image = distance sténopé-film X 3,5
Un tout petit exercice de trigo élémentaire me dira quelles sont les dimensions maximales de la surface sensible que je peux utiliser avant d'arriver au vignettage. Je vais pouvoir choisir mon rendu final (« focale apparente », pour utiliser l'abus de langage courant, mais en fait il s'agit de l'angle de vue), et obtenir une image « comme au fish-eye », ou comme au 35mm, etc...).
Il ne serait d'ailleurs pas très compliqué de générer dans un petit fichier excel les formules de calcul qui devrait intégrer les grandeurs suivantes
-Distance sténopé-surface sensible
-dimensions de la surface sensible
pour nous donner un résultat : angle de champ et/ou dimensions du cercle image
to be continued...