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Cette page donne un apperçu de l'évolution des optiques, à commencer par les lentilles simples, et pour terminer par les optiques les plus complexes. Il est recommandé de lire préalablement la page de la théorie du fonctionnement des lentilles.
Dans ce chapitre, nous décrivons les optiques multi-lentilles. |
Lentille a(po)chromatique
Les premières émulsions photographiques étaient orthochomatiques (uniquement sensible à la lumière verte). Dès qu'on a commencé à utiliser des émulsions panchromatiques ou des émulsions couleur, de nouveaux problèmes sont apparus. La lentille se comporte comme un prisme et produit une dispersion de la lumière selon sa longueur d'onde. C'est très beau, mais c'est absolument pas ce qu'on cherche. La dispersion rend l'image floue (émulsion panchromatique noir et blanc) ou faussée (les différentes teintes ne se recouvrent pas lors de l'emploi de film couleur).
Aberration chromatique
La photo de droite est prise à travers le collimateur d'un projecteur. Le collimateur sert à concentrer les rayons lumineux de la lampe. Une aberration n'a ici aucune importance, il s'agit simplement de concentrer la lumière. Il s'agit d'une simple lentille convexe sphérique (loupe).
Doublet achromatique
La seconde photo est prise à travers l'objectif du même projecteur. L'image projetée à l'écran ne peut pas avoir d'aberrations. L'optique ne peut pas produire de déformations. La puissance de la lentille (dioptrie) est moindre que celle d'une lentille non-compensée. De plus, la lentille est asphérique (voir lentilles simples).
Un double achromatique en pratique
“Diffractive Optics”
Pour réduire la dispersion, il faut combattre le mal par le mal. On utilise pour cela une seconde lentille (concave) qui va réduire l'effet de la première. La lentille concave doit avoir un taux de dispersion élevé pour éliminer la dispersion créée par la lentille convexe. Les deux lentilles sont collées dos-à-dos et forment un doublet achromatique. On colle les deux lentilles l'une contre l'autre pour réduire les pertes (passages d'un milieu réfractaire à un autre). La lentille principale (convexe) est en verre de type Crown (BK7) et la lentille correctrice en verre Flint (F1). La résultante est une lentille moins puissante que la lentille principale, mais les défauts de dispersion sont réduits.
On peut comparer l'utilisation d'une lentille correctrice à la contre-réaction utilisée dans les amplificateurs haute fidélité: le but est d'obtenir un son de meilleure qualité, mais le gain est réduit, ce qui oblige l'utilisation d'un ou de plusieurs étages d'amplification supplémentaires.
Plus tard, on utilisera du verre au fluor pour parfaire la correction: il s'agit des optiques apochromatiques.
Il est possible d'utiliser deux lentilles convexes pour réduire la dispersion sans atténuer le gain de l'ensemble. La lentille de correction utilise la diffraction au lieu de la réfraction. Les deux phénomènes produisent une dispersion inverse. On peut ainsi construire des optiques plus compactes (“DO” chez Canon), mais ce principe ne permet pas d'obtenir des images aussi contrastées. L'avantage des optiques “Diffractive Optics” est qu'il permet de réduire la taille et le poids des optique, avec comme inconvénient une réduction de la netteté. Comparez en cela les optiques EF 70-300mm ƒ/4.5-5.6 DO IS USM et EF 75-300mm ƒ/4-5.6 IS USM.
Terminologie:
Réfraction: les rayons sont brisés lors du passage d'un materiau à un autre (air et eau, air et verre,...)
Dispersion: l'angle des rayons brisés varie selon la fréquence (couleur) de la lumière
Diffraction: les rayons sont brisés par un effet d'interférence par microstructures.
Lentilles multiples
Triplet de Cooke
Les doublets donnent une image à peine satisfaisante. L'emploi de lentilles en triplet comme le triplet de Cooke permet de réduire les aberrations grâce à la construction symmétrique. Les lentilles convexes sont en verre crown et la lentille concave en verre flint. Les optiques lumineuses sont enfin disponibles: du ƒ/6.3 début 1900 et ƒ/2.8 vers 1930. La netteté maximale est atteinte à ƒ/11.
Zeiss
Tessar
ƒ/2.8
45mm
Les deux barres verticales dans les dessins indiquent le diaphragme (dessiné en position d'ouverture maximale).
L'optique Tessar est une amélioration. De nombreux appareils photos sont équipés d'une telle construction, c'était d'ailleurs la rérérence dans les années '70. Les optiques Tessar sont compactes et lumineuses. Sony utilise une telle construction dans ses caméscopes et Pentax pour ses primes.
Double Gauss
Encore plus compliqué et encore meilleur: la formule double Gauss est ce qui se fait de mieux. Les optiques peuvent être très lumineuses (ƒ/1.4 avec netteté maximale à ƒ/5.6). Les premières optiques "parfaites" étaient appellées Anastigmat: on était enfin parvenu à réduire les aberrations à un niveau inperceptible.
Les lentilles combinées se conduisent comme une lentille simple tant que les verres sont montés les uns près des autres. La puissance (dioptrie) de chaque lentille individuelle est ajoutée au tout, les lentilles concaves ayant une dioptrie négative. Dans les optiques complexes, un ensemble fonctionnel de lentilles est souvent appellé un groupe.
Les optiques sont maintenant parfaites, les défauts ne sont plus apparents. Mais cela ne suffit pas, et les constructeurs vont s'empresser d'ajouter des améliorations de toutes sortes. Ces améliorations qui vont surtout augmenter le confort d'utilisation sont décrites à la page suivante.
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Les premières émulsions photographiques étaient orthochomatiques (uniquement sensible à la lumière verte). Dès qu'on a commencé à utiliser des émulsions panchromatiques ou des émulsions couleur, de nouveaux problèmes sont apparus. La lentille se comporte comme un prisme et produit une dispersion de la lumière selon sa longueur d'onde. C'est très beau, mais c'est absolument pas ce qu'on cherche. La dispersion rend l'image floue (émulsion panchromatique noir et blanc) ou faussée (les différentes teintes ne se recouvrent pas lors de l'emploi de film couleur).
On peut comparer l'utilisation d'une lentille correctrice à la contre-réaction utilisée dans les amplificateurs haute fidélité: le but est d'obtenir un son de meilleure qualité, mais le gain est réduit, ce qui oblige l'utilisation d'un ou de plusieurs étages d'amplification supplémentaires. Plus tard, on utilisera du verre au fluor pour parfaire la correction: il s'agit des optiques apochromatiques. Il est possible d'utiliser deux lentilles convexes pour réduire la dispersion sans atténuer le gain de l'ensemble. La lentille de correction utilise la diffraction au lieu de la réfraction. Les deux phénomènes produisent une dispersion inverse. On peut ainsi construire des optiques plus compactes (“DO” chez Canon), mais ce principe ne permet pas d'obtenir des images aussi contrastées. L'avantage des optiques “Diffractive Optics” est qu'il permet de réduire la taille et le poids des optique, avec comme inconvénient une réduction de la netteté. Comparez en cela les optiques EF 70-300mm ƒ/4.5-5.6 DO IS USM et EF 75-300mm ƒ/4-5.6 IS USM. Terminologie: |
L'optique Tessar est une amélioration. De nombreux appareils photos sont équipés d'une telle construction, c'était d'ailleurs la rérérence dans les années '70. Les optiques Tessar sont compactes et lumineuses. Sony utilise une telle construction dans ses caméscopes et Pentax pour ses primes.
Encore plus compliqué et encore meilleur: la formule double Gauss est ce qui se fait de mieux. Les optiques peuvent être très lumineuses (ƒ/1.4 avec netteté maximale à ƒ/5.6). Les premières optiques "parfaites" étaient appellées Anastigmat: on était enfin parvenu à réduire les aberrations à un niveau inperceptible. Les lentilles combinées se conduisent comme une lentille simple tant que les verres sont montés les uns près des autres. La puissance (dioptrie) de chaque lentille individuelle est ajoutée au tout, les lentilles concaves ayant une dioptrie négative. Dans les optiques complexes, un ensemble fonctionnel de lentilles est souvent appellé un groupe. Les optiques sont maintenant parfaites, les défauts ne sont plus apparents. Mais cela ne suffit pas, et les constructeurs vont s'empresser d'ajouter des améliorations de toutes sortes. Ces améliorations qui vont surtout augmenter le confort d'utilisation sont décrites à la page suivante. |