Vignettage

[seba]

Dans le schéma ci-dessus, quand l'objet est à l'infini, l'image se forme en F' dans la lentille, c'est ça ?
Et comment la distance focale de l'ensemble peut être égale à 87,5mm si chacun des groupes a une distance focale de 49,9mm ? Normalement la puissance de l'ensemble devrait être plus grande.

[PierreT]

Oui, c'est ça. L'objectif ne peut pas être utilisé à l'infini.

Pour illustrer le fait qu'un objectif dissymétrique peut avoir un grandissement pupillaire égal à 1...

Le schéma suivant présente le système optique d'un objectif 60 mm FUJI de tireuse numérique (reproduction négatif ou diapo sur CCD de format inférieur puis impression numérique). L'objectif est optimisé pour les valeurs de grandissement comprises entre g = -0.4 et g = -0.8. Il est représenté ici en situation de grandissement g = -0.8. À pleine ouverture N = 3.9 (N effectif = 7.0 compte tenu du grandissement) il n'y a pas de vignettage optique. La distance focale du groupe frontale est de 69.4 mm ; celle du groupe arrière est de 89.3 mm. La distorsion pupillaire est bien moins forte que dans le cas précédent.

[PierreT]

...
Et comment la distance focale de l'ensemble peut être égale à 87,5mm si chacun des groupes a une distance focale de 49,9mm ? Normalement la puissance de l'ensemble devrait être plus grande.

Bonjour seba,

Nous sommes ici en présence de systèmes "épais" ; l'imbrication des points cardinaux de chacun des deux systèmes est telle que la distance focale globale est supérieure à la distance focale de chacun des deux systèmes. Et comme un schéma vaut mieux qu'un long discours...  Je vous laisse faire les calculs (les valeurs sont arrondies ; avec toutes les décimales, on trouve bien f' = 87.5 mm).

On observe le même phénomène lorsqu'on monte tête-bêche deux 50 mm pour faire de la macro : la distance focale de l'ensemble est souvent supérieure à 50 mm (surtout avec les 50 mm f/1.8 dont la lentille frontale est très enfoncée dans le barillet).

[seba]

Oui merci pour les formules.
On trouve effectivement environ 87,5mm.

[balfly]

Bonsoir PierreT

Et vous avez raison d'être perplexe ! Je voulais juste rester dans un cas type tel qu'on le trouve dans les bouquins d'optique (c'est déjà bien assez compliqué comme cela !). Mais il est vrai qu'il existe aussi des objectifs dissymétriques de grandissement pupillaire égal à 1. En fait, d'un point de vue général, pour que le grandissement pupillaire soit égal à 1 il suffit que le centre des pupilles soit confondu avec le point principal correspondant (P - H et P' - H'), même si ceux-ci ne sont pas situés à la même distance du diaphragme d'ouverture.

Je ne suis plus perplexe !

Je réponds à votre post de 21h49 sur le 85 1.0
Je suis épaté par le fait que vous ayiez toujours sous la main un exemple qui illustre votre propos.

Ce cas illustre parfaitement le fait qu'un objectif symétrique peut avoir de la distorsion pupillaire. Distorsion avec translation longitudinale forte et latérale faible.
Je constate, et c'est évident dans le cas de cet objectif symétrique utilisé symétriquement (G = 1), que le grandissement pupillaire global reste unitaire avec l'inclinaison, c'est conforme à ma formule (12) en absence de distorsion image.
Pour aller plus loin je vois que les angles solides sous lesquels du point B' on voit la pupille 0mm et la pupille 21,6mm sont voisins (je n'ai pas d'info sur ce qui se passe hors du plan de figure), j'en déduis que d'après ma formule (13) le vignettage naturel doit être à peu près en cos^4, donc assez faible ici puisque les angles sont assez petits (je fais cette remarque qui correspond au sujet du fil).

J'en viens maintenant à votre post de 22h18 sur le 60mm Fuji.

Pour moi c'est un objectif qui semble presque symétrique de visu, (je ne connais pas les indices des verres).
Les distances focales des deux groupes montrent une différence, mais est-ce un exemple très caractéristique de système dissymétrique ?
Il est certain que c'est un cas très fin car effectivement le grandissement pupillaire est exactement unitaire.
Pour moi le vignettage naturel est ici, d'après ma formule (13) aussi en cos^4, car la distorsion pupillaire image (entre autres) est négligeable.

Cordialement

[PierreT]

Bonjour,

Pour plus de dissymétrie, je vous propose cet autre exemple qui constitue aussi une bonne illustration de la complexité des choses...

Objectif de reproduction de haute résolution d'origine Asahi conçu pour travailler à une valeur de grandissement précise (g = -0,112).

C'est un objectif dissymétrique (f1' = 94 mm , f2' = 53 mm) de grandissement pupillaire unitaire (remarque : les pupilles paraxiales d'entrée et de sortie sont de mêmes dimensions mais ne présentent pas la même courbure).

Les pupilles des faisceaux inclinés sont très différentes en basculement, déplacement et grandissement. Les pupilles du faisceau le plus incliné (22,5°) présentent un basculement de 49,2° à l'entrée, 25° à la sortie, et un déplacement de -56,2 mm à l'entrée et +18.1 mm à la sortie. Le rapport w'/w n'est plus que de 0,88... Et pourtant la distorsion de cet objectif en bord de champ ne dépasse pas 0,02% ! Pour le vignettage, je vous laisse faire (pas de vignette optique)...

[seba]

J'essayerai de le mesurer.

Je n'ai pas encore pris le temps pour mesurer le vignettage.
Je pars en voyage 3 semaines, j'essayerai de m'en occuper à mon retour.

[balfly]

Bonsoir PierreT

Je trouve cet exemple excellent : objectif nettement dissymétrique et grandissement pupillaire précisément égal à 1.
Effectivement la distorsion pupillaire vient compliquer les choses, il y a en particulier une belle translation pupillaire.
A priori mon calcul tient compte de ces cas.
En utilisant les outils de mesure de Phsp j'ai évalué avec le maximum de précision possible les divers angles qui apparaissent dans ma formule (12) qui est la base de ma démonstration.
J'ai trouvé pour le terme de gauche 0,674 et pour le terme de droite 667. Ils devraient être égaux, l'écart est de 1%.
Il y a plusieurs causes qui peuvent expliquer un écart bien supérieur :
- j'ai supposé qu'il n'y a pas de distorsions pupillaires dans la direction perpendiculaire au plan de figure
(en fait pour la formule (12) il suffit qu'il n'y ait pas de distorsion pupillaire globale)
- j'ai mesuré les angles à 0,1° près et au pixel près, ce qui peut occasionner un écart bien supérieur à 1%
- mon calcul suppose que les pupilles sont infiniment petites (disons f/22), ici ce n'est pas du tout le cas (la dissymétrie de la pupille de sortie latérale le montre).
Ceci me conduit à dire que ma formule (12) est quantitativement vérifiée ici mais qu'il faut rester prudent.
Il me semble cependant que peu à peu la validité de mon calcul se dégage.
Enfin en utilisant les formules (13) ou (14) j'arrive au vignettage naturel V = 0,67 soit environ 1/2 diaph.
En tout cas merci pour ce bel exemple.

Bonsoir Seba

Je vous souhaite un bon voyage. Votre mesure du vignettage à votre retour m'intéresse, même si je pense que ce n'est pas facile.

Cordialement

[seba]

Je n'ai pas encore pris le temps pour mesurer le vignettage.
Je pars en voyage 3 semaines, j'essayerai de m'en occuper à mon retour.

Voici mes mesures.
Donc le zoom 12-24/4 à 12mm et ouverture 22.
Le sujet est une feuille de papier, en haut c'est au centre de l'image, en bas dans un angle du format APS-C (même surface de papier du même point de vue en changeant le cadrage).
En haut le temps de pose est de 0,63s.
En bas c'est 0,63s , 0,77s , 1,0s , 1,3s. A 1,0s on a la même densité que pour le centre.
Donc le vignettage c'est environ 2/3 d'IL.

[balfly]

Bonsoir Seba

Je suis content que vous ayiez poursuivi à votre retour.
Le résultat que vous trouvez est dans la fourchette que l'on peut attendre, d'après notre discussion.
Le changement de couleur reste à expliquer (effet de balance des couleurs ?).

J'ai moi-même fait, il y a un mois, une mesure (autre appareil, autre objectif) suivant le même procédé que vous, procédé que je trouve convenable.
Mais au lieu d'opérer à vitesse variable j'ai travaillé en Raw (comme d'hab) et fait les mesures dans RawDigger sur un des 2 canaux verts non dématricé, dans ce cas il y a un

bonne certitude de linéarité (mais la méthode des vitesses variables que vous utilisez me semble convenable elle aussi) et pas d'effet de balance des couleurs (elle intervient, si

je ne fais pas erreur, en sortie du fichier Raw). Je dis cela parce que j'étais resté involontairement en balance auto.
Par ailleurs j'ai fait une photo pour chaque coin et j'ai trouvé que d'un coin à l'autre il y avait pas mal d'écart, avez-vous constaté cet effet ?
J'ai aussi constaté une variation sensible entre la photo initiale (n° 1) prise en mode manuel au centre et la photo finale (n° 6) prise de même au centre (à titre de contrôle).
En faisant des moyennes j'ai trouvé un vignettage un peu plus faible (- 0,1 IL) que celui qu'indique DXO.

Au total je suis d'accord avec vous mais la précision n'est pas garantie (2/3 IL peut devenir à mon avis 1/2 IL ou 1 IL).

Cordialement

[seba]

Le changement de couleur reste à expliquer (effet de balance des couleurs ?).

Oui c'est peut-être la balance des blancs auto (je ne me rappelle plus quel était le réglage) et le recadrage.
Je referai une série en BdB manuelle.
J'ai procédé par décadrage pour être certain que la luminance du sujet soit identique.
Ce faisant il me semble aussi important de faire attention à l'influence du flare dû à la source de lumière.

[seba]

Nouvelle mesure en BdB manuelle. Cette fois les couleurs sont stables.
J'ai fait plus attention au flare et cette nouvelle mesure ne colle pas tout à fait avec la précédente, ici le vignettage semble à peine supérieur à 1/3 d'IL.

[balfly]

Bonsoir Seba

Vous arrivez à peut-être 0,4 IL or j'avais prévu 0,5 IL. L'écart est à mon avis dans les limites de précision.
La question du flare, je suis d'accord, je n'y avais pas pensé.
Pour le coin faites vous la mesure juste au coin ou un peu avant ?
Au sujet de la mesure dans les 4 coins ? Pour moi c'est une méthode pour voir s'il n'y a pas de cause d'erreur cachée.

Cordialement

[seba]

Les crops du coin sont des crops de 100x100 pixels collés tout contre le coin (appareil Nikon D200).
Je n'ai fait la mesure que pour un coin, ma méthode manque de toute façon de précision, mais en gros ça rejoint ton calcul.

[balfly]

Bonsoir Seba

J'ai refait une série de mesures en prenant les précautions que l'on vient de signaler.
Mais j'ai rencontré un problème, pour éviter d'avoir un temps de pose trop long (f/22, 200 ISO) j'ai éclairé ma feuille de papier avec un projecteur peu décalé.
J'ai constaté sur les photos qu'il y avait une zone anormalement lumineuse dans un coin de la feuille, correspondant aux lois de la réflexion. La feuille est finalement un médiocre diffuseur. Il se peut aussi que le support sous la feuille joue un rôle. Le résultat de mes mesures est convenable mais cela explique des écarts d'une mesure à l'autre (mesures faites en dehors de la zone de réflexion maximum, mais elle doit malgré tout jouer un rôle).
Je referai des mesures mais j'ai besoin de réfléchir... moi aussi.

Cordialement

[seba]

Voici une idée d'appareil photo inhabituel conçu pour un demi-angle de champ horizontal de 85°.
Il est équipé d'un sténopé disposé comme indiqué (incliné de 75°).
Quels seraient les éclairements relatifs en A, B et C ?

[balfly]

Bonsoir Seba

Intéressant.
Mon 1er réflexe est que le sténopé travaille à la limite entre l'optique géométrique et la diffraction (disons 50%).
Or cette dernière n'est pas directement du domaine de la Photométrie, en particulier la conservation de la luminance le long d'un faisceau élémentaire n'est plus vérifiée en sa présence, ce qui ne veut pas dire que l'on ne peut pas prendre la diffraction en compte, mais c'est plus compliqué (il y a de la Convolution).
- J'ai fait un calcul en supposant qu'il n'y a pas de diffraction.
- J'ai supposé que le trou est très petit (infiniment petit en toute rigueur).
- Il peut y avoir un problème, en réalité, au niveau de l'épaisseur de la plaque porte-trou sous une incidence de 75° (effet oeil de chat).

Je me suis posé une question au sujet de la source lumineuse, est-ce un plan (et quelle est son orientation ?) ou une hémisphère centrée sur le trou (par exemple) ?
Cependant après étude de la question je me suis aperçu que, grâce à la conservation de la luminance, cela n'a pas d'influence sur le résultat.
J'ai juste supposé que la luminance de la source est constante spatialement et angulairement.

A part cela je ne comprends pas bien le système, est-ce un cylindre d'axe horizontal à section circulaire ou rectangulaire ?
L'image doit être très déformée ?

Je donne le résultat de mon calcul effectué dans le plan de figure, plutôt facile avec les lois de la Photométrie, en appelant E l'éclairement :
EB / EA = (cos75°)^2 = 0,067
EC / EA = (cos10°) * (cos(85°)^3 / (cos75°) = 0,0025
Ces valeurs, hautement médiocres relativement au vignettage, me surprennent,
je soupçonne que vous devez être sur d'autres.
Je peux bien sûr fournir les calculs, mais cela ressemblera, en beaucoup plus court, à ceux de mon pdf.

A titre de comparaison j'ai trouvé que pour un sténopé classique, sous un angle total de 85°,
le rapport entre les bords et le centre vaut :
EB / EA = (cos42,5°)^4 = 0,3 soit -1,76 IL
ce qui n'est pas catastrophique, comme pour un objectif classique de 23 mm en 24x36.

Cordialement

[seba]

Mon 1er réflexe est que le sténopé travaille à la limite entre l'optique géométrique et la diffraction (disons 50%).
Or cette dernière n'est pas directement du domaine de la Photométrie, en particulier la conservation de la luminance le long d'un faisceau élémentaire n'est plus vérifiée en sa présence, ce qui ne veut pas dire que l'on ne peut pas prendre la diffraction en compte, mais c'est plus compliqué (il y a de la Convolution).
- J'ai fait un calcul en supposant qu'il n'y a pas de diffraction.
- J'ai supposé que le trou est très petit (infiniment petit en toute rigueur).
- Il peut y avoir un problème, en réalité, au niveau de l'épaisseur de la plaque porte-trou sous une incidence de 75° (effet oeil de chat).

Oui on prendra ces hypothèses et on suppose que la plaque est suffisamment mince pour qu'il n'y ait pas d'effet oeil de chat.

Je me suis posé une question au sujet de la source lumineuse, est-ce un plan (et quelle est son orientation ?) ou une hémisphère centrée sur le trou (par exemple) ?
Cependant après étude de la question je me suis aperçu que, grâce à la conservation de la luminance, cela n'a pas d'influence sur le résultat.
J'ai juste supposé que la luminance de la source est constante spatialement et angulairement.

En effet c'est ce qu'on peut expérimenter, à savoir que l'orientation du sujet n'a pas d'importance.

A part cela je ne comprends pas bien le système, est-ce un cylindre d'axe horizontal à section circulaire ou rectangulaire ?
L'image doit être très déformée ?

Le récepteur est plan, le schéma est un plan de coupe perpendiculaire au récepteur et passant par le sténopé.

Je donne le résultat de mon calcul effectué dans le plan de figure, plutôt facile avec les lois de la Photométrie, en appelant E l'éclairement :
EB / EA = (cos75°)^2 = 0,067
EC / EA = (cos10°) * (cos(85°)^3 / (cos75°) = 0,0025
Ces valeurs, hautement médiocres relativement au vignettage, me surprennent,
je soupçonne que vous devez être sur d'autres.
Je peux bien sûr fournir les calculs, mais cela ressemblera, en beaucoup plus court, à ceux de mon pdf.

Mon calcul.
Par rapport à un sténopé dont l'axe serait perpendiculaire au récepteur,
au point A on a E =  cos75° = 0,288
au point B on a E = (cos75°)^3 = 0,0173
au point C on a E = (cos10°)x(cos85°)^3 = 0,000652
Donc éclairement relatifs 1 - 0,067 - 0,0025
soit la même chose que toi

C'est une tentative pour réduire le vignettage par rapport au cas où l'axe du sténopé serait perpendiculaire au récepteur, cas dans lequel les éclairements relatifs seraient 1 - 0,0045 - 0,000058

[balfly]

OK Seba

Je suis encore tout surpris qu'on soit d'accord.

Une remarque, pour moi dire que l'éclairement au point A vaut cos75° n'a pas grand sens, seuls les rapports d'éclairement en ont un.
Mais je reconnais que c'est du pinaillage.

Par contre, comme je l'ai dit, si l'axe du sténopé est perpendiculaire au récepteur on a une loi en (cos(85°/2))^4 qui conduit à un vignettage assez faible, symétrique sur les 2 côtés. Je ne comprends pas pourquoi il y a 3 valeurs et pourquoi elles sont si faibles.
Ou alors j'ai mal compris, dans l'exemple initial du sténopé le champ angulaire total valait bien 85° ? Pas de rayons dans le plan de figure en dehors de la zone entre les points A et C ?

[seba]

Par contre, comme je l'ai dit, si l'axe du sténopé est perpendiculaire au récepteur on a une loi en (cos(85°/2))^4 qui conduit à un vignettage assez faible, symétrique sur les 2 côtés. Je ne comprends pas pourquoi il y a 3 valeurs et pourquoi elles sont si faibles.
Ou alors j'ai mal compris, dans l'exemple initial du sténopé le champ angulaire total valait bien 85° ? Pas de rayons dans le plan de figure en dehors de la zone entre les points A et C ?

C'est en quelque sorte un demi-champ qui vaut 85° (c'est 85° par rapport à la perpendiculaire au récepteur).
Donc si l'axe du sténopé était perpendiculaire au récepteur, l'éclairement E à 85° serait (cos85°)^4 fois plus faible.

[seba]

Avec ce dessin c'est plus parlant.
L'idée c'était essayer d'uniformiser l'éclairement en inclinant le sténopé.
Malheureusement on n'a plus qu'un demi-champ.
Et le vignettage reste rédhibitoire.

[seba]

Il y a des appareils photo très grand angle avec un sténopé (Zero Image Camera), voici une image.
Le vignettage est important mais ça reste supportable.

[balfly]

Bonsoir Seba

On est d'accord sur le fait qu'il ne reste qu'un demi champ, donc pour l'équivalent en mode classique de sténopé le vignettage est en (cos42,5°)^4 !
Je ne pense donc pas que le sténopé incliné soit un progrès.
Cependant la recherche est intéressante, peut-être y a-t-il une bonne solution ?
Avec un récepteur sphérique centré sur le trou il y aurait un gain important puisque le vignettage serait en (cos42,5°)^1. On revient au monocentrique. Je pense qu'on peut difficilement faire mieux (sauf à ruser sur la forme du trou comme pour le Sutton ?).
Pour la photo de Zero Image Camera, je trouve que le vignettage est énorme, mais il est vrai que les coins de la photo correspondent à des zones obscures. C'est ambigu.

[seba]

On est d'accord sur le fait qu'il ne reste qu'un demi champ, donc pour l'équivalent en mode classique de sténopé le vignettage est en (cos42,5°)^4 !
Je ne pense donc pas que le sténopé incliné soit un progrès.

Non c'est plutôt à comparer avec le schéma du dessus où le champ est de 170°.
Avec l'appareil du dessous un pourrait retrouver le même champ en faisant 2 photos à assembler (le but étant de retrouver un champ de 170°).

Pour la photo de Zero Image Camera, je trouve que le vignettage est énorme, mais il est vrai que les coins de la photo correspondent à des zones obscures. C'est ambigu.

Une autre image.

[seba]

Ce n'était peut-être pas super clair ce que je voulais comparer, il s'agit de l'éclairement relatifs en A , B et C ,  et l'éclairement relatif en D , E , F.