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Quelques définitions et explications d'optique appliquées à la photographie sous-marine
 L'indice de réfraction
 La réflexion totale
 Les distances et taille apparentes
 La distance focale
 Le rapport de grandeur
 La tolérance de netteté
 Le numéro de diaphragme
 Profondeur de champ
 La tolérance de netteté
 Distance hyperfocale
 Premier plan net
 Dernier plan net
 Profondeur de champ
 Macro - Tube allonge
 Macro - Numéro de diaphragme reel

L'indice de réfraction :

Chaque fois que la lumière change de milieu, elle subit une déviation de sa direction originale. C'est la réfraction. L'exemple le plus connu est le baton plongé dans l'eau. Il apparait cassé. Ce phénomène provient des différences d'indices de réfraction (n) de chaque milieu.

nair = 1

neau = 1,33
n : Indice de réfraction

En réalité l'indice de référence est le vide, son indice est 1. Comme l'indice de l'air est très proche de celui du vide : 1,0002926 on l'assimile à 1. Pour information, l'indice de réfraction décrit également le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et celle du milieu considéré. On peut ainsi déterminer la vitesse de la lumière dans l'eau :

Veau = Vair / Indiceeau = 300 000 / 1,33 = 225 563 Km/Seconde


La réflexion totale :

Un autre phénomène intéressant en photographie sous-marine est la réflexion totale. Ce phénomène fait que dans l'eau, si on regarde la surface sous un certain angle (l'angle de réfraction limite), la surface de l'eau se comporte comme un mirroir. L'angle de réfraction limite se calcule avec la formule de la réfraction : n.Sin(i) = n'.Sin(i').

Angle Réfraction Limite : Sin (i') = Sin (90°) / 1,33 = 1 / 1,33 = 0,7518 d'où i' = 48° 75'


Les distances et taille apparentes :

En photographie sous marine, on est constamment sous l'influence de la réfraction. Le trajet de la lumière dans l'appareil photo se fait dans l'air tandis que le le trajet de la lumière entre le sujet et l'objectif se fait dans l'eau. Pour les calculs de distances, on fera une approximation supplémentaire en négligeant la partie aèrienne entre la lentille et le dome ou  l'extrémité de l'objectif.

Sous l'eau, les objets semplent plus près et plus gros que dans l'air. Pour calculer la distance apparente et la taille apparente, on appliquera les relations suivantes :

Distapp = DistRéelle / neau

Tailleapp = TailleRéelle x neau
n : Indice de réfraction

La distance focale :

Un objectif photo est caractérisé par sa focale et son ouverture. L'objectif est constitué d'un ensemble de lentilles de verre, assemblées en groupe de lentilles. Pour simplifier et calculer les caractéristiques d'un objectif photo, on assimilera l'objectif à une lentille simple.

Une lentille est carractérisée par son centre optique C, origine de toutes les distances, et par ses foyers F et F'. Les deux foyers sont equidistants et se trouvent de part et d'autre du centre optique. Le foyer est le point où se rencontrent les rayons qui proviennent de l'infini et qui sont parallèles à l'axe optique. La distance qui sépare le centre optique du foyer est appellé focale, notée f.


Le rapport de grandeur :

Le rapport de grandeur est le rapport entre la taille de l'image et la taille de l'objet photographié. On le désigne par le symbole m. Il est également égal au rapport entre le tirage et la distance de prise de vue.

m : Rapport de grandeur
y' : Taille de l'image ( m )
y : Taille de l'objet ( m )
p' : Tirage de l'objectif ( m )
p : Distance de prise de vue ( m )

Dans le cas de la macrophotographie, on carractérisera les tubes allonges par le rapport de grandeur. Par exemple chez Nikon, on trouvera 3 taille de tubes : 1:2 (m = 0,5), 1:1 (m = 1) et 2:1 (m = 2).

Exemple : Si on veut photographier une limace de 50 mm sur un film 24x36 en hauteur, et que la limace remplisse le champ du film, il faudra un système de m = 36 / 50 = 0,72.


Le numéro de diaphragme :

Les diaphragmes actuels sont dits à iris. Ils sont composés de lamelles métalliques, noircies et matées pour éviter les réflexions. Les numéros de diaphragmes ( k ) correspond au rapport entre la focale ( f' ) et le diamètre du diaphragme ( d )  :

k : Numéro de diaphragme
f' : Focale de l'objectif ( mm )
d = Diamètre du diaphragme ( mm )

Les numéros de diaphragmes ont été fixés selon l'échelle internationale suivante, en une progression géométrique de raison √ 2 soit 1,414 :

1 - 1,4 - 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32 etc.

Lorseque l'on passe à un numéro immédiatement supérieur ou inférieur de cette échelle, le temps de pose double ou devient moitié de ce qu'il était.

Le mécanisme de l'iris par chevauchement de lamelle fait qui'il est possible de positionner le diaphragme entre deux numéros de diaphragme. C'est ainsi que des objectifs affichent une ouverture de 3,5.


Relation avec le temps de pause :

Les temps de pause sont directement proportionnels aux numéros de diaphragme. Exemple :

Temps de pause : N° de diaphragme :
1/1000 1,4
1/500 2
1/250 2,8
1/125 4
1/60 5,6
1/30 8
1/15 11
1/8 16
1/4 22
1/2 32
1 45
2 64

Les temps de pause sont en général notés 250, 125, 60 etc au lieu de 1/250, 1/125, 1/60 etc. On constate donc que plus le diaphragme est fermé (n° de diaphragme grand), et plus le temps de pause est long. Ceci est logique puisque en fermant le diaphragme, on limite la quantité de lumière sur le film. Il faut donc augmenter le temps de pause pour bien exposer le film.

Si l'on souhaite déterminer le temps de pause pour un numéro de diaphragme qui ne fait pas partie de l'échelle internationale, on appliquera la relation suivante :

T : Temps de pause recherché ( s )
T : Temps de pause à k ( s )
k : numéro de diaphragme
k : Nouveau numéro de diaphragme

Exemple : 1/15 ème à 2. Temps da pause à 20 ?    T = (1/15) . (20 / 2)2 = 6,66 secondes.


La tolérance de netteté :

La tolérance de netteté est la limite entre ce qui est net et ce qui est flou. Lorsequ'un point ou un trait dépasse 1/10 ème de mm, notre oeil le voit flou.Un point-objet n'est pas un point-image mais une tache image appellée cercle de diffusion.

La tolérance de netteté (u) des négatifs est variable selon les individus. Des valeurs ont été fixées :

- 1/30 ème de mm pour le format 24x36
- 1/20 ème pour les 6x6 et les 6x9
- 1/10 ème pour les formats 9x12 et supérieurs

Distance hyperfocale :

La distance hyperfocale (h) est la distance de l'avant-plan encore nette, à un certain numéro de diaphragme, lorseque la mise au point est faite sur l'infini.

h : distance hyperfocale ( mm )
f :  focale de l'objectif ( mm )
u : tolérance de netteté ( mm )
k : numéro de diaphragme

Exemple : Objectif de 35 mm, diaphragme 8 et 3 mètres : h = 35 2 / ( 0,03 . 8 ) = 4 593 mm = 4,59 m.

La distance hyperfocale n'est pas très utilisée en photographie sous marine car ces distances sont bien souvent trop éloignées pour la porte des flashs sous-marins. On pourrait utliser cette distance pour les photos d'ambiance, sans flashs. Le règlage à faire serait alors de positionner la bague des distances sur la distance hyperfocale. La zone de netteté s'étendrait alors de la moitié de la distance hyperfocale jusqu'à l'infini.


Premier plan net :

C'est la distance qui sépare l'avant-plan net du centre optique de l'objectif (disons l'objectif).

Pv : Premier plan net ( m )
P : Distance de prise de vue ( m )
h : Distance Hyperfocale ( m )

Dernier plan net :

C'est la distance qui sépare l'arrière-plan net du centre optique de l'objectif.

Pv : Premier plan net ( m )
P : Distance de prise de vue ( m )
h : Distance Hyperfocale ( m )

NB : Si ( h - P ) devient négatif, on admet qu'il s'agit de l'infini.


Profondeur de champ :

La profondeur de champ (pc) peut être définie comme étant une zone de netteté qui s'étand de l'avant-plan net du sujet (Premier plan net, ppn), passe par le plan de mise au point et finit à l'arrière plan net (Dernier plan net, dpn).

pc : Profondeur de champ ( m )
Ph : Dernier plan net ( m )
Pv : Premier plan net ( m )

Macro - Tube Allonge :

Un tube allonge est un tube (sans aucune lentille) qui se place entre le boîtier et l'objectif pour en augmenter le tirage, et ainsi permettre des grandissements supérieurs.

- Pour un mise au point réglée sur l'infini :

Le grandissement est déterminé comme suit :

Ginfini = Tb / f G : Grandissement
Tb : Tirage de la bague ( mm )
f : Focale de l'objectif ( mm )

La distance de mise au point réelle est déterminé comme suit :

Dréelle = ( 1 + 1 / Ginfini ) . f D : Distance réelle ( mm )
G : Grandissement
f : Focale de l'objectif ( mm )

- Pour un mise au point différente, on tient compte du tirage de l'objectif :

Tirage de l'objectif à la distance de mise au point :

Tobj = ( Dmap . f ) / (Dmap - f ) Tobj : Tirage de l'objectif (mm)
Dmap : Distance de mise au point ( mm )
f : Focale de l'objectif ( mm )

Le tirage total de l'objectif et du tube allonge est :

Ttot = Tobj + Ttube
Ttot : Tirage de l'ensemble (mm)
Tobj : Tirage de l'objectif (mm)
Ttube : Tirage du tube (mm)

Le grandissement est déterminé comme suit :

Gmap = ( Ttot - f ) / f G : Grandissement
Ttot : Tirage de l'ensemble (mm)
f : Focale de l'objectif ( mm )

La distance de mise au point réelle est alors :

Dréelle = ( 1 + 1 / Gmap ) . f D : Distance réelle ( mm )
G : Grandissement
f : Focale de l'objectif ( mm )

Macro - Numéro de diaphragme reel :

Les numéros de diaphragme qui sont inscrits sur les objectifs ont été déterminés en fonction du diamètre du diaphragme et de la focale de l'objectif (voir diaphragme). Si on utilise un tube allonge, on va modifier le tirage de l'ensemble (Tube + Objectif). Les numéros de diaphragme doivent donc être recalculés.

k Obj+Tube = Ttot / ( f / k ) k Obj+Tube : No de diaphragme
Ttot : Tirage de l'ensemble (mm)
f : Focale de l'objectif ( mm )
k : numéro de diaphragme (Obj)

 

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