Diffraction

[seba]

Oui pour le D200 c'est 6,1 microns/pixel (j'avais donné un chiffre de mémoire).
Les bonnettes simples sont courantes. Entre une bonnette simple et une bonnette achromatique, pour les aberrations, c'est le jour et la nuit.
Les bonnettes simples ne sont valablement utilisables que sur des grand-angles ou des objectifs normaux, et il faut diaphragmer à 8 ou 11. Les bonnettes achromatiques peuvent aussi être utilisées avec des téléobjectifs.
On voit sur la photo avec le 200mm ouvert à 4 + bonnette le désastre provoqué par la bonnette simple.
Les différences de saturation sont dues à des expositions inhomogènes.

[balfly]

Bonsoir Seba

Je me suis intéressé aux courbes qui lient l'aberration sphérique à l'ouverture et à ce qu'en disait PierreT.
Pour cela j'ai fait une simulation numérique de rayons monochromatiques sur une lentille simple puis sur un doublet (avec une lentille convergente et une lentille divergente accolées).
Pour le doublet j'ai bien retrouvé qualitativement le comportement indiqué sur les courbes en fonction de la correction apportée par la lentille divergente, correction paramétrée par son indice optique.
J'ai surtout trouvé qu'à f/22 la lentille simple et le doublet ont une aberration sphérique voisine (f/33000 et f/77000),
et que ceci correspond, pour une lentille de 50 mm de distance focale, à une tache de diamètre 1,5 et 0,65 microns.
Ces dimensions sont très inférieures à la tache de diffraction à f/22 et aussi à la taille d'un pixel.
(Avec f = 500 mm ce ne serait plus aussi vrai).
Les objectifs modernes sont plus complexes qu'un doublet, mais je pense que comme on se limite à l'image sur l'axe, le cas du doublet est significatif.
Ce ne serait pas valable pour étudier ce qui se passe dans les coins.

En conclusion, ce n'est pas un résidu d'aberration sphérique qui explique l'écart à f/22 entre 2 objectifs.
PierreT avait raison.
Il faut trouver autre chose.

Cordialement

[balfly]

Bonsoir

Histoire d'appuyer mes affirmations de mercredi, je joins la construction qui m'a servi.
On voit qu'il s'agit de l'association d'une lentille convergente biconvexe symétrique d'indice 1,52 et d'une lentille divergente plan convexe accolée d'indice 1,6344.
Le faisceau incident, monochromatique, est parallèle à l'axe optique.
Le plan principal et le plan focal paraxial sont matérialisés.
On voit dans le tableau :
- la distance focale f de l'ordre de 1000 (peu importe l'unité)
- l'aberration sphérique transversale yf à N = 22 (f/22) de l'ordre de 0,006 (à la même échelle), à multiplier par 2 pour avoir le diamètre
on voit que cette aberration vaut environ 1/80000 de la distance focale.
Cette valeur, à f/22, dépend peu de l'indice de la lentille divergente donc de l'intensité de la correction qu'elle apporte (forme des 3 courbes données par Seba, ici je me suis placé dans le cas de la 3ème courbe).
Je pense que cette construction faite dans un cas particulier conduirait au même ordre de grandeur, à f/22 et sur l'axe optique, avec un objectif plus sophistiqué.
Ce qui me fait dire cela est que dans le cas extrême d'une lentille simple, sans aucune correction, l'aberration sphérique à f/22 n'est que légèrement supérieure à celle d'un doublet (alors qu'à f/2 la différence est énorme).

[seba]

En pratique, si vraiment on constate une différence entre deux objectifs diaphragmés à 22, qu'est-ce qui pourrait expliquer cette différence ?

[seba]

J'ai aussi parlé dans ce fil d'un de mes objectifs certainement avec un gros défaut de fabrication : au fur et à mesure qu'on diaphragme, l'image est de plus en plus douce.
Je montrerai ça demain.

[seba]

J'ai aussi parlé dans ce fil d'un de mes objectifs certainement avec un gros défaut de fabrication : au fur et à mesure qu'on diaphragme, l'image est de plus en plus douce.
Je montrerai ça demain.

Voici l'objectif en question.

[seba]

De gauche à droite et de haut en bas, ouvertures 4 - 5,6 - 8 -11 -16 - 22.
L'image est très moyenne à 4 mais ensuite ça empire !
A 8 et 11 l'image est tout à fait anormalement douce.

[seba]

Une comparaison : 200mm + complément fisheye contre 90mm macro.

[seba]

De gauche à droite : 200/4 + complément, 200/22 + complément, 90/22.
Avec le 200/4 + complément, le moins que l'on puisse dire, c'est que l'image a une certaine enveloppe.
Avec le 200/22 + complément, l'image est toujours très douce.

[seba]

Même chose sur un sujet monochromatique (enfin je l'espère). Ce sont des LED rouges.
Cette fois avec le 200/22 + complément, l'image est comparable (un peu moins bonne quand même) à celle prise au 90/22.
Sur l'image précédente, c'est donc essentiellement (exclusivement ?) l'aberration chromatique qui plombe les performances à 22.
On peut se poser la question : est-ce que des performances différentes à ouverture réduite (au centre de l'image) pourraient s'expliquer plutôt par l'aberration chromatique ?

[balfly]

Bonsoir Seba

Effectivement l'objectif 90 mm est très mauvais.

Sur la 1ère série le pire est obtenu pour f/11.
Je ne pense pas que ce soit de l'aberration sphérique, car dans ce cas le pire serait pour f/4 ou f/5,6 suivant le choix de la correction (zéro de la courbe d'aberration en fonction de l'ouverture).
Je ne suis pas spécialiste, j'imagine qu'il peut y avoir :
un fort décentrement
deux lentilles décollées
mais je pense que l'effet serait maxi à grande ouverture.
Donc je ne vois pas avec les éléments disponibles.

Sur la 2ème série il y a effectivement de l'aberration chromatique mais en principe à f/22 elle doit être très peu visible, donc je pense qu'il y a autre chose.
Peut-être un décentrement dû à l'association des 2 systèmes ?
Comment fait-on pour détecter un décentrement ?
Est-ce que la couleur change quand on décale la mise au point ?

Sur la 3ème série c'est pareil je ne pense pas que l'aberration chromatique à f/4 puisse expliquer ce que je vois. Cela correspond à un très grand nombre de pixels (à moins qu'il y ait eu une renumérisation ?) et comme je présume que la mise au point a été faite à cette ouverture et sur ce sujet rouge, je pense qu'on ne devrait pas voir d'aberration chromatique.

Cordialement

[seba]

Effectivement l'objectif 90 mm est très mauvais.

Il s'agit du fisheye.

Sur la 2ème série il y a effectivement de l'aberration chromatique mais en principe à f/22 elle doit être très peu visible, donc je pense qu'il y a autre chose.
Peut-être un décentrement dû à l'association des 2 systèmes ?
Comment fait-on pour détecter un décentrement ?
Est-ce que la couleur change quand on décale la mise au point ?

Sur la 3ème série c'est pareil je ne pense pas que l'aberration chromatique à f/4 puisse expliquer ce que je vois. Cela correspond à un très grand nombre de pixels (à moins qu'il y ait eu une renumérisation ?) et comme je présume que la mise au point a été faite à cette ouverture et sur ce sujet rouge, je pense qu'on ne devrait pas voir d'aberration chromatique.

Je pense qu'il s'agit bien de l'aberration chromatique.
Du bleu au rouge, longitudinalement les foyers sont très espacés (peut-être 20mm).
Transversalement, l'aberration diminue proportionnellement à l'ouverture et à 22 elle doit être encore importante (sur l'image du coq on voit encore les halos colorés).
Pour la dernière série (LED rouges), le sujet est monochromatique et donc l'aberration chromatique n'apparaît pas.
La diffusion provient de l'aberration de sphéricité, qui est réduite à quasiment rien à 22.

De ce que j'ai pu lire, un décentrement peut engendrer de l'astigmatisme ou de la coma sur l'axe (ce qui est impossible pour un système bien centré). Je pense que ce n'est pas le cas ici et ce qu'on voit peut s'expliquer comme je l'ai fait.
En ce qui concerne le comportement bizarre du fisheye, je n'ai pas d'explication.

[balfly]

Bonsoir Seba

OK, j'ai compris, votre but est de montrer qu'il y a des cas où l'aberration sphérique au centre joue un rôle à f/22 (3ème série, photo du milieu).
Je pense avoir montré que pour un doublet et même une lentille simple, celui-ci est négligeable, invisible.
Et de même pour l'aberration chromatique montrer son rôle à f/22 (mais sur ce sujet-là là je n'ai rien dit pour l'instant).

Je ne doute pas qu'il y ait des cas extrêmes, volontaires, où ce n'est pas vérifié. De même on peut imaginer une lampe à leds, dont l'alimentation aurait un rendement déplorable, qui se retrouverait avec une efficacité lumineuse inférieure à celle d'une lampe à incandescence.
Dans le cas du 200 mm + complément, il est probable que le complément est utilisé sur une ouverture plus importante que ce que suggère le f/22 qui appartient au 200 mm utilisé tout seul (indépendamment du fait que le complément ne change pas l'ouverture de l'ensemble, il s'agit d'aller voir ce que sont les ouvertures à l'intérieur du complément).
Je ne pense pas que cela remette en question ce qui s'est dit précédemment car nous parlions sur la base d'optiques plutôt haut de gamme.
Il est cependant toujours intéressant de chercher les limites de ce qu'on affirme.

En conséquence la question de savoir ce qui réduit (un peu) la résolution à f/22 n'a pas encore été résolue.
Je présume qu'il y a plusieurs petites causes qui s'ajoutent :
- aberration sphérique (effet faible mais pas nul)
- aberration chromatique (même corrigée numériquement)
- réflexions parasites (les traitements anti réflexion ne sont pas parfaits, diffusion de lumière par le diaphragme et par d'autres surfaces)
- défauts de forme des lentilles (défauts globaux et locaux)
- inhomogénéité du verre (indice pas rigoureusement constant)
- défauts de volume (microbulles, autres centres de diffusion)
- centrage pas parfait (inévitable !)
- forme du diaphragme (pas parfaitement circulaire, surtout à f/22)
- poussières (inévitables)
Et j'en oublie sûrement.
J'insiste sur le fait que pour les bons objectifs chacun de ces défauts, inévitable, à un effet individuel négligeable, mais l'ensemble peut avoir une contribution pas négligeable.  D'autant plus que contrairement à la composition de phénomènes aléatoires qui peuvent parfois retrancher leurs effet, ici chacun des effets que j'ai cité contribue à l'élargissement de la tache centrale.

Cordialement

[seba]

OK, j'ai compris, votre but est de montrer qu'il y a des cas où l'aberration sphérique au centre joue un rôle à f/22 (3ème série, photo du milieu).
Je pense avoir montré que pour un doublet et même une lentille simple, celui-ci est négligeable, invisible.
Et de même pour l'aberration chromatique montrer son rôle à f/22 (mais sur ce sujet-là là je n'ai rien dit pour l'instant).

Non, effectivement l'image du milieu semble moins bonne mais je ne saurais affirmer que cela est dû à l'aberration de sphéricité, ça vient peut-être d'une mise au point imparfaite (la mise au point est très difficile à faire quand il y a de l'aberration de sphéricité).
Donc en faisant mes manips, je me suis rendu compte qu'à 22 l'aberration chromatique transversale pouvait ne pas être négligeable.
En effet, supposons que ni l'aberration de sphéricité ni l'aberration chromatique ne soient corrigés, en passant de 4 à 22 l'aberration de sphéricité sera environ 150x moindre mais l'aberration chromatique transversale sera seulement 5,5x moindre.

[balfly]

Bonsoir Seba

Une question pour commencer : est-ce que les 3 séries de photos récentes sont renumérisées ?

Je pense que pour l'aberration sphérique, qui est le centre du sujet actuel, nous sommes d'accord.

Nous parlons maintenant de l'aberration chromatique au centre (peut-on dire aberration chromatique latérale centrale ?).
En faisant un rapide calcul avec une lentille simple en verre crown BK7 (nuD = 65) de distance focale 50 mm je trouve que l'aberration chromatique longitudinale vaut au maximum 1 mm, ce qui conduit à f/22 à une aberration latérale au centre de l'ordre de 20 microns soit 4 pixels. Ce n'est pas du tout négligeable, mais me semble-t-il plus faible que ce que je vois sur le série 2, photo du milieu (s'il n'y a pas eu de renumérisation).
En faisant une recherche sur le site de DXO je vois que les objectifs Nikon ont des aberrations chromatiques latérales sur l'ensemble du champ qui sont de l'ordre de 5 microns (l'aberration chromatique centrale n'apparait pas, ce qui me semble logique). Je pense que ceci veut dire que la correction de l'aberration chromatique de ces objectifs est assez bonne et que dans ces conditions il serait surprenant qu'à f/22 il reste plusieurs microns au centre, autant que sur les bords à toute ouverture.
En conclusion, je pense que le cas du 200 mm + complément n'est pas représentatif de celui des objectifs actuels qui est celui pour lesquels nous discutons (je pense que dans le cas 200 mm + complément ce n'est pas qu'il y a absence de correction mais qu'il y a aggravation des défauts).
J'aurais préféré trouver un argument plus percutant que celui que je donne ici, ce devrait être possible en faisant une modélisation comme je l'ai faite pour l'aberration sphérique, sur le cas d'un doublet achromatique, j'y pense. 

Cordialement

[seba]

Mes photos redimensionnées, je ne sais plus ce que j'ai fait.
L'aberration chromatique de mon montage n'est pas du tout représentative des objectifs, comme je l'ai dit l'aberration chromatique longitudinale est d'environ 20mm du bleu au rouge (ce qui est énorme, à se demander comment c'est possible). Elle est indépendante de l'ouverture.
La plus petite tache formée sur un écran (intersection du faisceau et d'un plan perpendiculaire au faisceau) en présence de cette aberration s'appelle l'aberration chromatique transversale. Elle est proportionnelle à l'ouverture et avec mon montage elle est tellement énorme qu'elle est encore importante à 22.
Attention l'aberration chromatique latérale (qui augmente en s'éloignant du centre de l'image) n'est pas en relation directe avec tout ceci et elle n'intervient aucunement dans mes images. L'aberration chromatique latérale peut être faible et en même temps l'aberration chromatique longitudinale pas spécialement bien corrigée, ce n'est pas un indice à pendre en compte.

[seba]

L'aberration chromatique latérale peut être faible et en même temps l'aberration chromatique longitudinale pas spécialement bien corrigée, ce n'est pas un indice à pendre en compte.

A titre d'exemple, on voit ici de l'AC latérale à gauche et aucune à droite.
C'est le même objectif, l'aberration chromatique longitudinale (et latérale) n'a pas changé.
On obtient ce résultat simplement en changeant l'emplacement du diaphragme.

[seba]

C'est le même objectif, l'aberration chromatique longitudinale (et latérale) n'a pas changé.

Il faut lire transversale bien sûr (l'AC latérale a bien changé).

[balfly]

Bonsoir Seba

OK pour le langage : transversal et latéral, c'est clair maintenant pour moi.

J'ai fait une simulation numérique sur un doublet achromatique constitué d'une lentille convergente en verre crown BK 7 (très classique) et une lentille divergente accolée en LaSF 9, verre flint assez haut de gamme. Après avoir cherché le réglage optimal (en ajustant le rayon de courbure commun) j'ai trouvé que sur l'intervalle 400 nm-700 nm l'aberration longitudinale vaut 0,14% de la distance focale. Ceci a pour conséquence, sur un objectif de 50 mm, une aberration chromatique longitudinale de 70 microns et transversale à f/22 de 3 microns. Cette valeur est faible, à peine décelable me semble-t-il, d'autant plus que j'ai fait le calcul sur un intervalle spectral assez élevé.
J'ai fait aussi le calcul en prenant un flint moins performant, SF 11, et j'ai trouvé 0,15%, donc pratiquement la même chose.
Enfin j'ai fait le calcul avec la lentille simple en BK 7 et là j'ai trouvé 1,5% donc 10 fois plus (résultat prévu approximativement connaissant le facteur d'Abbe de ce verre).

Ce résultat montre que cette correction par doublet, assez minimaliste de nos jour, a déjà un effet énorme, je pense qu'on peut en déduire que pour les objectifs actuels de qualité on a encore mieux, mais il ne servirait à rien d'avoir beaucoup mieux.

Pour les longues focales c'est plus délicat. Ainsi avec un 500 mm à f/22 on a, suivant mon 1er calcul une aberration chromatique de 30 microns, donc là il faut améliorer la correction de cette aberration, sachant que par contre il y a, me semble-t-il, moins de problèmes de champ à corriger.

Il me semble qu'au total nous sommes d'accord aussi sur le fait que pour les bons objectifs l'aberration chromatique n'explique pas à elle seule la chute de contraste à f/22, au centre, en FTM.

Je me suis posé la question : comment la FTM prend-elle en compte l'aberration chromatique ?

Cordialement

[seba]

Oui a priori la correction de l'aberration chromatique semble suffisante, cependant en macro dans certains cas ça joue peut-être un rôle (vu le grandissement).
Théoriquement, si on constate une différence à 22 pour la qualité de l'image au centre, je ne vois que trois choses.
Soit c'est le fait des aberrations (de sphéricité et chromatique mais on a vu qu'elles sont trop faibles).
Soit il y a un problème de mise au point dû à un focus shift en passant de la pleine ouverture à 22.
Soit encore (et c'est une hypothèse), la forme du diaphragme joue un rôle (à cause des "étoiles" de diffraction).
Pour les téléobjectifs l'aberration chromatique est une aberration plus difficile à corriger et, en ce qui concerne les objectifs photo, seuls les verres genre ED ou la fluorine donnent vraiment satisfaction.
Pour la FTM, je n'en sais rien mais toutes les aberrations influencent la mesure.

[balfly]

Bonsoir Seba

Je ne crois pas que le fait d'être en macro change vraiment la question de l'aberration chromatique, ce n'est pas l'aberration qui est agrandie, c'est simplement que la distance de focalisation dépend un peu de la longueur d'onde, donc je pense que l'effet est accru à cause de l'augmentation du tirage (effet doublé à G = 1). Il est vrai que la correction risque d'être un peu perturbée par le changement de tirage (je ne sais pas bien ce qu'il en est), mais on peut penser que les objectifs macro sont prévus pour cela (pas les objectifs usuels utilisés inversés sur soufflet).
Pour la question qui nous intéresse, différence à f/22 pour la qualité de l'image au centre, je suis d'accord avec vous mais j'ajouterai que toute cause qui réduit le contraste va décaler vers le bas la FTM donc réduire la résolution à C = 0,5 (ou autres).
J'ai l'impression qu'à ce stade nous sommes un peu au bout de cette question, mais l'inspiration peut venir un jour.

Cordialement