Vignettage

[balfly]

Rebonsoir Seba

Là c'est trop costaud pour moi, il va me falloir du temps pour comprendre, si je réussis à comprendre.
En tout cas je ne pense pas que cela cadre avec les hypothèses de mon calcul. 

Les documents photographiques sont superbes.

Au sujet de la distorsion, effectivement c'est discutable. Le calcul photométrique fait intervenir la distorsion surfacique mais du point de vue visuel si on se place au centre de vision il n'y a pas de distorsion, tout du moins avec un capteur sphérique.

Peut-être qu'un schéma avec les pupilles m'aidera.

Cordialement

[seba]

A mon avis le vignettage que tu as trouvé (V=0,5) est bon.

[seba]

Un complément à propos de ce genre d'objectifs.
L'auteur indique que le vignettage est bien égal à cos thêta.
On trouve actuellement beaucoup d'études à propos des objectifs monocentriques.

[balfly]

Bonsoir Seba

Ah ! c'est la 1ère fois que je vois une confirmation de mon calcul !

Bien entendu pour le Sutton c'est plus compliqué (pas sphérique et ruses).

Je crois comprendre que pour le Sutton la principale ruse est la présence de bords inclinés pour le diaphragme, ce qui fait que les rayons obliques voient un diaphragme plus grand donc la luminosité des bords est accrue.
Je soupçonne que cela ne doit pas être favorable à la netteté des bords, mais à l'époque on n'agrandissait pas me semble-t-il.

Quel est le rôle de l'eau ? je présume que c'est pour des raisons de fabrication.

Intéressant d'apprendre qu'il y a des recherches dans cette direction.

Cordialement

[seba]

Le diaphragme avec ses ailettes ajourées est conçu pour éliminer le vignettage.
Ce genre d'objectif n'a pas un unique axe optique (toute ligne passant par le centre est un axe optique) et il n'y a pas d'aberrations telles que la coma, l'astigmatisme ou le chromatisme latéral. L'image au centre et sur les bords présente la même qualité.
Je pense que le concepteur a choisi de l'eau à cause des ailettes du diaphragme.

[seba]

Demain j'essayerai de trouver un schéma d'objectif avec les pupilles.

Bon je n'ai rien trouvé, ce week-end je ferai des mesures sur un nouvel objectif.

[PierreT]

Bonjour,

Demain j'essayerai de trouver un schéma d'objectif avec les pupilles.

Les pupilles d'entrée et de sortie des objectifs monocentriques sont rigoureusement situées dans le plan du diaphragme d'ouverture. Pas de distorsion sensible.

[seba]

Les pupilles d'entrée et de sortie des objectifs monocentriques sont rigoureusement situées dans le plan du diaphragme d'ouverture. Pas de distorsion sensible.

OK, merci.
En fait je cherche pour un rétrofocus.

[PierreT]

Les pupilles d'entrée et de sortie des objectifs monocentriques sont rigoureusement situées dans le plan du diaphragme d'ouverture. Pas de distorsion sensible.

Je précise que ceci est vrai aux valeurs de nombre d'ouverture N élevées, bien sûr, ce qui est toujours le cas pour les monocentiques historiques comme le Sutton.
Pour les monocentriques modernes, beaucoup plus ouverts, la distorsion des pupilles à grande ouverture peut être sensible (mais pas de basculement, ni de déplacement).

En fait je cherche pour un rétrofocus.

Un rétrofocus en particulier ?

[seba]

Un rétrofocus en particulier ?

Le 13/5,6 Nikkor par exemple ?
Ou un autre avec une grande différence entre l'angle d'entrée et l'angle de sortie.
Avec un diaphragme bien fermé pour éviter tout vignettage optique.

[PierreT]

Bonjour,

À ma connaissance, le brevet le plus proche du 13 mm f/5,6 est celui qui a servi de base à l'étude dont les schémas ci-joints sont tirés. Il s'agit d'un 13 mm f/8 représenté ici à N = 16 (pas de vignettage optique). Les pupilles d'entrée et de sortie sont respectivement repérées P et P'. Le grandissement pupillaire vaut gp = 4,28. Comme vous pouviez vous y attendre, la distorsion pupillaire est assez importante. La pupille d'entrée est calculée pour un point objet situé à l'infini. La pupille de sortie est calculée pour le point image correspondant appartenant au plan focal.

[PierreT]

Un zoom sur les pupilles...

[seba]

Et bien que dire...merci beaucoup et chapeau !
Je vais essayer d'en tirer parti et de poser mes questions.

[balfly]

Bonsoir

A Seba
Pour l'eau je pense qu'il serait effectivement quasi impossible de caser un diaphragme, même simple, dans le verre de de l'objectif.

Au sujet des aberrations sur les bords, je n'avais pas saisi ce que recouvre le système monocentrique : tout changement de direction a un effet invariant, au diaphragme près.
Cependant le fait que le capteur soit cylindrique et non sphérique vient compliquer cet aspect.

Je me suis posé la question de l'ouverture de l'objectif Sutton ?
J'ai fait une simulation pour estimer l'aberration sphérique, j'ai trouvé que pour f/22 elle vaut 3E-5 fois la distance focale ce qui est peu, surtout si le néga n'est pas agrandi comme c'était probablement le cas à l'époque. Là encore le côté non sphérique du capteur fait que le haut et le bas de l'image doivent être, me semble-t-il, moins résolus.

A PierreT
Comme toujours, vos figures optiques sont d'une précision spectaculaire.
Je vais juste vous poser une question :
Je m'intéresse à la surface des pupilles, sur les figures ont voit leur dimension dans le plan de figure mais qu'en est-il pour la dimension dans la direction perpendiculaire ?
Je présume qu'on peut considérer en 1ère approximation une forme elliptique en cas de vignettage simple (diaphragme assez fermé).
Je pense aussi que pour la dimension perpendiculaire on peut poser qu'elle ne change pas quand omega varie, mais ce point-là n'est pas du tout sûr pour moi.

Cordialement

[seba]

Cependant le fait que le capteur soit cylindrique et non sphérique vient compliquer cet aspect.

En pratique, le récepteur cylindrique a deux avantages : faisabilité et surface développable.
On obtient la même image qu'avec un appareil panoramique genre à objectif tournant ou appareil tournant.
Il y a eu des réalisations avec récepteur sphérique, donc le prototype de Baker, et d'autres peut-être (pour certains instruments astronomiques ce n'est pas si rare).

[seba]

Je me suis posé la question de l'ouverture de l'objectif Sutton ?
J'ai fait une simulation pour estimer l'aberration sphérique, j'ai trouvé que pour f/22 elle vaut 3E-5 fois la distance focale ce qui est peu, surtout si le néga n'est pas agrandi comme c'était probablement le cas à l'époque. Là encore le côté non sphérique du capteur fait que le haut et le bas de l'image doivent être, me semble-t-il, moins résolus.

D'après Kingslake il ouvrait à 30, ouverture réduite nécessaire car l'objectif de Sutton n'était pas corrigé de l'aberration sphérique ni de l'aberration chromatique.
Mais l'objectif de Baker en était corrigé et ouvrait à 3,5.

[seba]

Je m'intéresse à la surface des pupilles, sur les figures ont voit leur dimension dans le plan de figure mais qu'en est-il pour la dimension dans la direction perpendiculaire ?

J'allais poser la même question, si c'est possible.

[balfly]

Rebonsoir Seba

Il est clair que le récepteur cylindrique a des avantages, mais il fait disparaître une composante monocentrique (certes dans la direction du champ le plus faible).
Je présume que les appareils panoramiques à objectif tournant ont tout ce qu'il faut pour réduire les aberrations dans la direction perpendiculaire à la rotation.

Avec une ouverture de 30 pas de problème pour l'aberration sphérique.
Question : est-ce qu'on faisait de agrandissements à cette époque (celle de Sutton) ?
Question : est-ce que les plaques sensibles étaient sensibles à autre chose que le bleu-violet à cette époque ?

Cordialement

[seba]

Il est clair que le récepteur cylindrique a des avantages, mais il fait disparaître une composante monocentrique (certes dans la direction du champ le plus faible).
Je présume que les appareils panoramiques à objectif tournant ont tout ce qu'il faut pour réduire les aberrations dans la direction perpendiculaire à la rotation.

Les appareils à objectifs tournants ont des objectifs "normaux", le cercle image a besoin de couvrir la hauteur du format.
Les formules optiques je ne connais pas mais ils ont l'air assez simples (des Tessar ?).

Question : est-ce qu'on faisait de agrandissements à cette époque (celle de Sutton) ?
Question : est-ce que les plaques sensibles étaient sensibles à autre chose que le bleu-violet à cette époque ?

Avant l'électricité il existait des agrandisseurs solaires ou avec des lampes à pétrole mais c'était galère.
En pratique personne n'agrandissait les négatifs.
La technique de chromatisation des émulsions a été découverte en 1873.

[PierreT]

Bonjour,

...
Je m'intéresse à la surface des pupilles, sur les figures ont voit leur dimension dans le plan de figure mais qu'en est-il pour la dimension dans la direction perpendiculaire ?
Je présume qu'on peut considérer en 1ère approximation une forme elliptique en cas de vignettage simple (diaphragme assez fermé).
Je pense aussi que pour la dimension perpendiculaire on peut poser qu'elle ne change pas quand omega varie, mais ce point-là n'est pas du tout sûr pour moi.
...

Dans l'état actuel, mon programme ne permet que des calculs dans le plan méridien : position des point cardinaux, grandissement, angle de champ, fonction de projection, tirage optique, ouverture, position des pupilles, grandissement pupillaire et sensibilité optique aux déplacements latéraux d'éléments (stabilisation optique). Cela permet de faire tant de choses intéressantes que je n'ai pas encore trouvé le temps d'y inclure un module de calcul de trajectoire pour les rayons "quelconques"... La réponse à la question "qu'en est-il pour la dimension dans la direction perpendiculaire ?" est donc : je n'en sais rien !   Et, en optique, les suppositions sont souvent contredites par le calcul... Si vous saviez, par exemple, le nombre de personnes ayant un très bon bagage en optique qui pensent qu'un doubleur de focale double la distance focale indépendamment de la distance de mise au point (puisque le grandissement est bel et bien doublé quelle que soit la distance de mise au point)...!

Ceci dit, j'essaie tant bien que mal de suivre cette intéressante conversation sur le "vignettage", mais ne peux pas y apporter grand chose de solide (impossible actuellement de me replonger dans des notions de photométries trop longtemps délaissées). Juste quelques réflexions en passant...

- L'étude de la variation de l'éclairement dans le cercle de pleine lumière est complexe car elle impose la connaissance de la géométrie de la pupille de sortie. Faire l'hypothèse d'une pupille de sortie à géométrie peu ou pas variable n'est pas raisonnable car le pourcentage d'erreur introduit peut être très important par rapport aux autres facteurs.

- Dans les brevets d'objectifs, la question de la variation d'éclairement dans le cercle de pleine lumière n'est pas souvent abordée, mais lorsqu'elle l'est elle fait toujours référence (de mémoire) à la loi en cos^4 en considérant uniquement l'angle moyen du faisceau émergent.

Je pense que les auteurs se basent tout simplement sur la loi de conservation de la luminance ("au facteur de transmission près, la luminance de l'image aérienne d'une source est égale à la luminance de la source"). Ainsi, peu importe ce qu'il se passe en amont, l'éclairement du point image ne dépend que de la géométrie de la pupille de sortie dont la luminance est égale, au facteur de transmission près, à la luminance de la source.

[seba]

OK merci.
D'après mes photos des pupilles du 20mm, le diamètre de la pupille d'entrée augmente dans les deux sens.

[balfly]

Bonsoir

A Seba
Au sujet de la chromatisation, c'était juste pour suggérer que la question des aberrations chromatiques n'était pas critique à l'époque de Sutton.

" D'après mes photos des pupilles du 20mm, le diamètre de la pupille d'entrée augmente dans les deux sens. "
Oui, c'est vrai, il est donc clair que la distorsion pupillaire a lieu dans les deux directions, contrairement à ce que je suggérais. Donc je ne peux pas exploiter les 2 figures que PierreT a fourni, c'est bien dommage.

A PierreT
Merci pour cette réponse.

" - L'étude de la variation de l'éclairement dans le cercle de pleine lumière est complexe car elle impose la connaissance de la géométrie de la pupille de sortie. Faire l'hypothèse d'une pupille de sortie à géométrie peu ou pas variable n'est pas raisonnable car le pourcentage d'erreur introduit peut être très important par rapport aux autres facteurs. "
Dans mon calcul de photométrie je pense tenir compte de tous les cas de déformation de pupilles. En même temps je dis bien que la photométrie ne permet pas de tout prévoir.
Par ailleurs mon calcul suppose que les pupilles sont infiniment petites.

" - Dans les brevets d'objectifs, la question de la variation d'éclairement dans le cercle de pleine lumière n'est pas souvent abordée, mais lorsqu'elle l'est elle fait toujours référence (de mémoire) à la loi en cos^4 en considérant uniquement l'angle moyen du faisceau émergent.
Je pense que les auteurs se basent tout simplement sur la loi de conservation de la luminance ("au facteur de transmission près, la luminance de l'image aérienne d'une source est égale à la luminance de la source"). Ainsi, peu importe ce qu'il se passe en amont, l'éclairement du point image ne dépend que de la géométrie de la pupille de sortie dont la luminance est égale, au facteur de transmission près, à la luminance de la source."
OK, mais à cette occasion j'ai découvert que la conservation de la luminance, qui suppose la conservation du flux, ne peut être vérifiée qu'en présence de distorsion (lorsque le grandissement pupillaire est non unitaire), ce qui fait que, l'éclairement dépendant de la distorsion, le plus souvent la loi en cos^4 n'est pas vérifiée, alors que la luminance se conserve.
Juste pour revenir sur la conservation de la luminance : c'est en fait une conséquence de la conservation de l'étendue optique et de la conservation du flux, ce qui fait que si on suppose la conservation de la luminance et qu'on trouve que le flux ne se conserve pas on est face à une situation impossible. Comme la luminance se conserve effectivement, alors il faut ajouter un autre phénomène qui est la distorsion. Tout est dit dans la démonstration que j'ai fournie il y a quelques jours.
J'aimerais bien trouver une étude sérieuse de la question. Je suis sûr qu'elle existe, ma démarche n'a rien d'extraordinaire, mais est-elle disponible sur le Net ? Je n'ai fait que de piètres recherches sur goo... Peut-être sur des sites spécialisés en optique.

Cordialement

[seba]

J'ai photographié aussi les pupilles d'un 12mm (Nikkor 12-24/4 à 12mm).
On retrouve un peu la même chose que pour le 20mm et je pense que pour le 13/8 on peut estimer la surface d'après le schéma de PierreT.

[seba]

Bien alors d'après les mesures faites sur le schéma de PierreT, l'angle d'entrée du faisceau est de 59°, l'angle de sortie 21°, la section du faisceau axial est égale à 0,52mm² et je propose pour la section du faisceau marginal 1,30mm².
Si j'applique la formule « intuitive », l'éclairement au bord vaut 2,5.(cos21)^3 soit 2,03 fois l'éclairement au centre. Donc image 2 fois plus lumineuse au bord qu'au centre. Ce qui m'étonnerait beaucoup. Qu'est-ce qui cloche ?
Peut-on calculer le vignettage sinon ?

[balfly]

Bonsoir

A Seba
A partir de vos photos de pupilles j'ai trouvé un grandissement pupillaire sur l'axe de 6,33.
En 24x36 ceci correspond à des angles d'entrée de 61° et de sortie de 16° si je ne fais pas d'erreur de calcul.
En faisant le même calcul que l'autre fois j'arrive à un rapport total des surfaces, en tenant compte de l'effet d'inclinaison en cosinus, de 4,5.
En faisant les mêmes hypothèses ce rapport devrait être égal, d'après la formule (12) à (cos16)^4/(cos61)^4 = 15,5.
L'écart est important, ceci peut être dû à la non validité des hypothèses (probable) et aux conditions dans lesquelles vos mesures sont faites. Mais vous avez le droit de penser que c'est la formule (12) qui n'est pas valable. Il ne me semble pas raisonnable d'en déduire le vignettage.

A PierreT
En voulant exploiter les 2 figures que vous avez fournies, je me suis aperçu que ma démonstration qui suppose l'objet et l'image à distances finies, ne s'applique pas dans le cas que vous proposez puisque l'objet est à l'infini. Il faudrait que je traite à part ce cas particulier.
J'ajoute qu'en toute rigueur ces figures ne permettent pas de faire des calculs photométriques car l'étendue de l'image et celle de la source n'apparaissent pas (dit autrement, le flux émis ou reçu par un point géométrique est nul, qu'il soit près ou à l'infini). Il est possible de les inventer, mais il faut avoir une information sur la distorsion image.
Ce n'est pas une critique, je trouve vos constructions merveilleuses, c'est simplement que telles quelles elles ne correspondent pas à l'usage qui m'intéresse dans ce fil, elles ne permettent pas de déterminer le vignettage.

Cordialement