Les principes de la photographie - chapitre III

Si la distance focale avait été 3 fois plus grande, cette surface aurait été 3 x 3 = 9 fois plus grande. La surface de l'image est toujours en raison directe du carré de la distance focale. La luminosité par contre est en raison inverse du carré de la distance focale. Cependant la luminosité d'un objectif n'est pas déterminée seulement par la distance focale, mais aussi par la grandeur de la plus grande ouverture utile du diaphragme. Plus grande est cette ouverture, plus grande aussi est la luminosité ; une lentille de grand diamètre reçoit en effet de chaque point du sujet un faisceau de lumière plus large qu'une petite lentille.

Tous les points de l'image reçoivent donc un éclairement plus grand, selon que le diaphragme est plus ouvert. (Voyez fig. 15). Nous trouvant ici devant deux cercles dont la superficie dépend du carré de leurs diamètres, nous pouvons énoncer en principe que : la luminosité d'une lentille est en raison directe du carré du diamètre de la plus grande ouverture utile du diaphragme.
En rapprochant ceci de ce qui a été dit plus haut, on peut conclure que la luminosité d'une lentille est en raison directe du carré du diamètre (d) de la plus grande ouverture utile du diaphragme et en raison inverse du carré de la distance focale (f). La luminosité peut donc être exprimée par la formule d² / f². Pour un objectif ayant 13.5 cm de distance focale et 3 cm de diamètre, la luminosité s'exprimerait dès lors comme suit :

On a cependant préféré exprimer la luminosité à l'aide du rapport existant entre le diamètre et la distance focale (d / f). Pour l'exemple cité, la luminosité sera donc:

généralement indiqué par f / 4,5

fig. 15

Fig.  15 : Tous les points de l'image se trouvent d'autant
plus fortement éclairés que l'ouverture du diaphragme est plus grande

On peut aussi conclure de ce qui précède qu'un grand objectif n'est pas nécessairement un objectif de grande luminosité.

Soit par exemple, d'une part un appareil 6 x 9, ayant comme luminosité f / 3,5 et comme distance focale 10,5 cm. et d'autre part un appareil 9 x 12, de même luminosité, mais ayant 13.5 cm de distance focale. Ces deux appareils possèdent pratiquement le même angle de champ. Ils produisent le même cercle d'image nette :
Si par exemple, on photographie d'un même point, un même sujet, l'appareil 9 x 12 présentera sur le verre dépoli la même image que le 6 x 9, mais plus grande.
Il en résulte que si, pour une mise au point identique sur le même sujet, on prend pour les deux objectifs la même ouverture absolue (p. ex. 3 cm) et qu'en conséquence ces objectifs reçoivent une même quantité de lumière, le 9 X 12 doit nécessairement répartir cette lumière sur une surface plus grande que le 6 X 9. Dans ces conditions, l'image obtenue avec l'objectif 9 X 12, sera moins claire que celle provenant de l'objectif 6 X 9 ; pour obtenir le même résultat avec le 9 X 12, il faudrait lui accorder un temps de pose plus long.
Afin de remédier à cet inconvénient, on prendra donc une ouverture plus grande, et ce, dans la mesure ou est plus grande la distance focale. On obtient de cette manière la même ouverture relative. En appliquant ce procédé à l'exemple qui précède, on trouve que : 3 cm pour l'objectif 6 X 9 correspond à une luminosité de f / 3,5.
Pour avoir la même luminosité avec le 9 x 12, il faut que le diamètre de la plus grande ouverture utile de l'objectif soit de 3,86 cm. contre 3 cm. pour l'appareil 6 x 9.

Pertes de lumière dans les objectifs

De ce qui précède, on serait tenté de conclure que deux objectifs ayant un même chiffre de luminosité (p. ex. f/4.5) doivent avoir en pratique une luminosité équivalente. Ce n'est cependant pas tout à fait le cas. Il faut tenir compte de la perte de lumière dans le verre et surtout de la perte de lumière par réflexion sur les faces des lentilles qui se trouvent au contact de l'air. La perte par absorption à l'intérieur du verre est minime, la perte par réflexion au contraire est parfois considérable.
Le tableau ci-après, emprunté à L. P. Clerc, indique
1") La valeur de transmission de l'objectif pour différentes épaisseurs totales de verre, C.à.d. le pourcentage de lumière transmis après absorption.

2") La valeur de transmission de l'objectif après réflexion sur les faces des lentilles.

Ces pertes s'entendent pour des lentilles claires et bien polies. Pour connaître approximativement la transmission totale d'un objectif, il faut multiplier l'un par l'autre les deux chiffres figurant au tableau ci-dessus.
Exemple: Un objectif comportant 3 lentilles libres (triplet) d'une épaisseur totale de 2 cm transmet 72.1 X 0.953 = 68.711/10 de la lumière qu'il reçoit.
De deux objectifs de même type, utilisés dans les mêmes conditions, (c.à.d. ouverture relative utile maximum, même angle d'image) mais dont les distances focales diffèrent. Celui dont la distance focale est la plus grande sera le moins lumineux, attendu que cet objectif est nécessairement plus épais que l'autre.
Dans l'exemple ci-dessus, la transmission totale pour une épaisseur de 4 cm serait de 72.1 x 0.907 = 65,4 % au lieu de 68.7 %, c.à.d. 3,3 % de perte de lumière en plus. Dans les lentilles collées, la perte de lumière par réflexion est négligeable.

Les réflexions internes et leur suppression

La perte de lumière n'est pas le seul ni même le plus grave inconvénient des réflexions internes des objectifs très lumineux. Il entre dans l'appareil des rayons qui ne sont pas destinés à l'image proprement dite, ce qui doit forcément être nuisible.
Ce que nous appellerons la "lumière parasite" agit sur l'émulsion sensible en provoquant un voile général ou local ou même des images "secondaires". Un voile général léger rend le plus souvent l'image plus plate, moins brillante. Un voile local et des images secondaires peuvent rendre le négatif inutilisable.

Fig. 16a. La tache lumineuse

Un défaut bien connu est la tache lumineuse. La fig. 16a montre comment elle se produit. Les rayons lumineux émanant du sujet sont brisés par la lentille et, en cas de mise au point correcte, se rejoignent dans le plan de l'image.
En même temps cependant une partie de la lumière est réfléchie par les surfaces de séparation air-verre.

On voit dans la figure comment ce phénomène se produit sur une des faces de la lentille. Les rayons réfléchis se concentrent sur le foyer F'. La tache claire est d'autant plus nettement marquée que ce foyer se trouve plus près du plan de l'image. Si le foyer F se trouve très loin du plan de l'image, il ne se produit pas de tache proprement dite, mais les rayons lumineux provoquent un voile général. Parfois il se forme sur le plan de l'image une reproduction déformée de l'ouverture du diaphragme. Avec certains objectifs, ce défaut est toujours à craindre, si une source de lumière très vive avec arrière-plan sombre apparaît dans le plan de l'image.

La figure 16b illustre clairement le cas. L'image parasite du diaphragme, dans le coin inférieur droit, est symétrique par rapport à la source lumineuse.

On peut même vérifier d'une manière très simple jusqu'à quel point un objectif déterminé est sujet aux réflexions internes nuisibles. A cet effet, on braque sur le soleil l'appareil mis au point sur l'infini et avec obturateur ouvert. On examine alors l'image sur le verre dépoli. Si l'appareil n'est pas muni d'un verre dépoli, on en place un soi-même pour faire cet essai.

L'appareil doit être disposé de telle façon, que l'image du soleil ne tombe pas au milieu du verre dépoli, mais se présente à peu près comme la source lumineuse dans la figure 16b. On colle par dessus l'image de la source lumineuse une rondelle de papier noir pour protéger l'œil contre l'éblouissement. Les défauts apparaissent encore plus clairement sur le verre dépoli, lorsqu'on braque l'appareil sur une source lumineuse très vive, ponctuelle si possible, s'opposant à un arrière-plan obscur, comme dans la figure 16b.
Pour rendre les réflexions internes aussi inoffensives que possible, les fabricants calculent les courbures des lentilles et leurs distances réciproques de manière que le foyer des réflexions soit très éloigné du plan de l'image. Ils évitent ainsi la formation
des images secondaires, du moins dans les conditions courantes, mais le faible voile général subsiste.
Il est naturel par conséquent que l'on ait cherché un moyen radical pour combattre les réflexions internes. On a imaginé la "fluoruration" des surfaces de contact air-verre, qui donne des résultats intéressants. C'est un traitement superficiel des lentilles au
fluor, qui peut être appliqué à n'importe quel objectif et augmente la luminosité effective de 20 à 40 %, la profondeur de champ restant inchangée. D'autre part, les défauts signalés ci-dessus sont éliminés, et les images obtenues sont notablement plus brillantes.

Source du document: Manuel de photographie Gevaert, édition 1949

Page crée le 9 avril 2008