Fonctionnement d'un appareil photo

Une loupe est constituée d'une lentille convergente. Elle concentre les rayons du soleil en un point appelé le foyer (ou point de focalisation). Ce point est à une certaine distance de la loupe, dépendant de la forme de la lentille, appelée "longueur focale".

Les objectifs des appareils photos sont complexes, formés de plusieurs lentilles, mais on peut en faire un très simplifié avec juste une lentille convergente (une loupe).

Cela permer d'expliquer facilement le principe :

Les rayons lumineux issus de l'objet photographié (la grosse flèche à gauche) sont concentrés par la lentille sur la pellicule ou le capteur numérique (en vert), en formant une image plus petite et inversée.

Avec juste une lentille, la précision de cette image est assez mauvaise, sauf au centre. Dans un vrai objectif d'appareil photo, on combine plusieurs lentilles pour améliorer cette image ; le principe optique reste le même.

J'ai bricolé un "objectif" avec une seule lentille, pour plus d'explications, allez à photos-floues et si vous voulez voir des photos obtenues avec ce système, allez voir la galerie "expo 2015".

Il cache la pellicule ou le capteur numérique sauf au moment où on prend la photo : il s'ouvre alors un court instant pour laisser passer la lumière. La durée d'ouverture, qui est la durée d'exposition de la pellicule à la lumière s'appelle aussi la "vitesse"

La pellicule doit recevoir suffisamment de lumière pour être convenablement exposée, mais quand même pas trop ! Il faut pouvoir régler cette durée d'ouverture pour s'adapter aux conditions d'éclairage et à la sensibilité de la pellicule (voir aussi les pages sur la prise de vue où on parle des différents types de pellicules). Sur un appareil numérique, on peut régler la sensibilité (nombre d'ISO).

Dans les appareils très bas de gamme, cette durée d'exposition est fixe, ce qui limite beaucoup les possibilités (on ne peut faire des photos acceptables qu'avec un bon éclairage) .

Dans de nombreux appareils, un automatisme interne mesure la lumière et règle cette durée. Sur des appareils plus évolués, on peut la régler manuellement.

La vitesse est souvent comprise entre 1/10 et 1/1000 de seconde. Si l'éclairage est très faible, on peut avoir besoin de vitesses plus lentes (jusqu'à quelques secondes). À l'opposé, par grand soleil, on peut utiliser des vitesses plus rapides, si l'appareil le permet.

La distance entre la lentille et la pellicule ou le capteur numérique doit être adaptée à la distance entre l'objet photographié et la lentille pour que le point de concentration (on dit aussi de focalisation) soit bien sur la pellicule.

On dit alors que l'on règle la netteté. Si par exemple l'objet est trop loin :

La focalisation a lieu en avant de la pellicule, et la photo sera floue. Il faudrait alors rapprocher la lentille de la pellicule. La plupart des appareils photos permettent ce réglage, soit manuellement, soit automatiquement : c'est l'autofocus.

Lorsqu'on photographie en même temps des objets proches et d'autres plus lointains, on peut choisir de "faire la netteté" soit sur le premier plan, soit sur l'arrière plan, ou bien on peut essayer un réglage intermédiaire pour que tout soit presque net (ou pas trop flou).

Certains appareils de très bas de gamme n'offrent pas de possibilité de réglage (ils sont dits "fixfocus") : seuls les objets placés à une certaine distance seront parfaitement nets, les autres seront plus ou moins flous !

Avec les mêmes distances que dans la figure précédente, mais en réduisant l'orifice par lequel passe la lumière, on peut rendre la photo presque nette :

Ainsi, on augmente la "profondeur de champ", c'est-à-dire la zone de netteté : les objets proches seront, comme ceux plus éloignés, presque tous nets.

Les objectifs possèdent un diaphragme réglable. Si l'ouverture est grande, la profondeur de champ est très faible. Ce diaphragme est parfois réglé automatiquement par les dispositifs électroniques qui dosent la quantité de lumière arrivant sur la pellicule. Sur les appareils plus évolués, on peut choisir manuellement l'ouverture de ce diaphragme et ainsi moduler la profondeur de champ.

Les différentes ouvertures du diaphragme sont indiquées par des nombres, par exemple : 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 : quand on passe d'une valeur à la suivante, la quantité de lumière est divisée par 2.

Si on ferme le diaphragme, il faut augmenter la durée d'exposition (diminuer la vitesse d'obturation) pour qu'il rentre suffisamment de lumière sur la pellicule ou le capteur numérique.

Lorsqu'on photographie des objets très éloignés ("à l'infini"), les rayons lumineux arrivent sur l'objectif en étant presque parallèles, et ils se focalisent sur la pellicule ou le capteur numérique placée à une distance qui est la longueur focale de la lentille (voir les rappels faits plus haut).

On peut avoir, suivant la forme de la lentille, un objectif "courte focale" ou bien "longue focale", et cela influe sur l'angle de prise de vue :

La relation entre la longueur focale et l'angle dépend de la dimension de la pellicule. Avec le format 24 x 36, on obtient une image sur la pellicule de 24 mm en hauteur et 36 mm en largeur et on a la correspondance suivante :

Sur les appareils numériques, le capteur est très souvent plus petit ; les fabriquants donnent les focales équivalentes en 24x36 (ils feraient mieux de donner les angles de champ !)

Avec une simple lentille, la longueur focale et l'angle de vue sont fixes. On obtient un objectif à "focale fixe", dont les possibilités d'utilisation sont réduites.

En combinant différentes lentilles, on peut réaliser des objectifs dont on peut régler la longueur focale, donc l'angle de prise de vue : ce sont les zoom.

Ces objectifs sont très pratiques, mais ils offrent, outre leur coût plus élevé, quelques inconvénients :

• la précision de la photo est souvent moins bonne qu'avec un objectif de focale fixe

• la luminosité est plus faible : il passe moins de lumière à travers ces systèmes optiques complexes, ce qui est gênant pour faire des photos lorsqu'il fait sombre.

Il y a des zooms donnant des plages de focales différentes, par exemple de 28 mm à 80 mm, ou bien de 70 mm à 300 mm. Certains vont même de 28 mm à 300 mm, mais leur qualité optique est modeste, sauf pour le très haut de gamme, donc très chers : c'est une affaire de compromis !

On a vu plus haut que fermer le diaphragme permettait de rendre plus nets les premiers plans et les arrières plans.

Dans certains cas, ce n'est pas intéressant : parfois il vaut mieux "isoler" le sujet principal en réduisant la profondeur de champ de façon à ce que le fond, le décor qui est en arrière de la photo soit flou (par exemple pour un portrait).

Mais il y a un inconvénient à fermer trop le diaphragme :

Il ne passe alors pas beaucoup de lumière vers la pellicule qui doit quand même en recevoir une quantité suffisante. On compense alors par une durée d'exposition (voir le paragraphe obturateur) plus longue.

Mais si l'objet photographié est en mouvement, la photo pourra être floue ; cela dépend de la rapidité du mouvement, de la durée d'exposition. Pas de problème pour une photo de paysage, mais une voiture de course (en mouvement !) sera floue à des vitesses inférieures au 1/500 de seconde.

EXEMPLE :

Voir aussi la page "prise de vue" pour les réglages vitesse - diaphragme

Dans les appareils compacts, il y a 2 systèmes optiques séparés, un pour la visée et un pour la prise de vue :

Dans les appareils réflexes, il y a un miroir renvoyant dans le viseur l'image obtenue par l'objectif de prise de vue. Ce miroir s'escamote juste avant de prendre la photo :

Les appareils numériques offrent une autre possibilité de visée sur l'écran arrière, mais c'est difficile à utiliser en plein soleil.