Vitesse d’obturation / ouverture / sensibilité
Avec la « focale » de l’objectif, le trio vitesse d’obturation, ouverture et sensibilité sont les quatre paramètres importants d’une image photographique.
Avec les appareils photo numériques, ces paramètres sont stockés dans le fichier image et peuvent être récupérés par les logiciels de traitement photo (ci-dessous le logiciel libre Darktable) :
Vitesse d'obturation
La « vitesse » d’obturation
L’obturateur : rideau (métallique) placé devant la pellicule (ou le capteur). Parfaitement étanche, il empêche la lumière d’arriver sur la pellicule. Il ne s’ouvre qu’au moment de la prise de vue, pendant une durée choisie par le photographe (si l’appareil est en mode manuel) ou le microprocesseur (si l’appareil est en mode automatique). C’est la durée d’exposition que les photographes appellent aussi (improprement) la « vitesse » d’obturation.
On se propose ici de vérifier expérimentalement la durée d’exposition affichée par un appareil.
On va utiliser un capteur de lumière qui possède un temps de réaction court : la photodiode (pour la réalisation pratique, voir la page consacrée à la mise en oeuvre d'une photodiode)
Le montage :
Détail sur le montage :
L’oscilloscope numérique est mis en mode monocoup (« single ») puisqu’il faut enregistrer un évènement unique (ouverture et fermeture de l’obturateur).
Le trigger est réglé sur un niveau de tension :
- supérieur à celui fourni par le montage photodiode quand la photodiode ne reçoit que la lumière ambiante (obturateur fermé)
- mais inférieur à celui fourni par le montage photodiode quand la photodiode reçoit en plus de la lumière par l'obturateur ouvert (on peut facilement faire le réglage si l'appareil photo dispose de la "pause B" : l'obturateur reste ouvert tout le temps que le doigt reste appuyé sur le déclencheur)
Exemples de mesures obtenues avec un appareil photo Rollei SL35E (qui date du début des années 80…) pour différentes "vitesses" d'obturation :
vitesse : "1/2 s" vitesse : "1/15 s"
vitesse : "1/250 s" vitesse : "1/1000 s"
L’obturateur de cet appareil photo fonctionne-t-il encore correctement ?
Diaphragme
Le diaphragme :
Le diaphragme : situé à l’intérieur de l’objectif, il est constitué de lamelles pouvant plus ou moins se refermer :
Sur les anciens objectifs des appareils reflex, on peut lire sur une bague les différentes valeurs de réglage du diaphragme : le nombre d’ouverture.
Sur ce modèle le nombre d’ouverture prend des valeurs allant de 2 à 22 :
Les valeurs de diaphragme ont été normalisées et correspondent en fait à une ouverture plus ou moins grande laissée à l’intérieur de l’objectif :
Ces valeurs étaient crantées sur les anciens appareils. Aujourd’hui, des valeurs d’ouverture intermédiaires sont disponibles grâce à la commande électromécanique du diaphragme.
On se propose d’étudier l’influence du diaphragme sur la luminosité de l’image et de comprendre le fonctionnement de cette échelle normalisée :
N = 1 ; 1,4 ; 2 ; 2,8 ; 4 ; 5,6 ; 8 ; 11 ; 16 ; 22 ; 32
Remarque : Un objectif ne possède généralement pas l’intégralité de cette échelle de valeur
Diaphragme - luminosité
On propose de réaliser sur banc d'optique le montage suivant :
Le luxmètre utilisé est un modèle d'entrée de gamme :
On travaille ici avec une lentille marquée « +8 » … il s’agit en fait de sa vergence exprimée en dioptries : C = +8 δ (le signe + indique qu’il s’agit d’une lentille convergente)
Pour obtenir sur le capteur du luxmètre une image petite de la fenêtre de la lanterne, on a choisi une distance lanterne - lentille assez grande (1,30m), ce qui nécessite alors de placer le capteur du luxmètre un peu après le foyer image de la lentille.
Les diaphragmes sont des disques métalliques fournis avec les bancs d'optique.
Mesures :
La mesure n’étant pas faite dans le noir absolu et la luminosité ambiante pouvant varier au cours de la séance, on mesurera pour chaque diaphragme utilisé :
- la valeur de l’éclairement ambiant perçu par le luxmètre (donc lanterne éteinte)
- la valeur de l’éclairement total perçu par le luxmètre (lanterne allumée)
On pourra alors déduire de ces deux mesures l’éclairement réel :
A l'aide d'un tableur, on pourra chercher à établir un modèle mathématique simple entre la luminosité et le diaphragme :
- L'éclairement est-il proportionnel au diamètre du diaphragme ?
- A quelle caractéristique du diaphragme l'éclairement est-il proportionnel ?
Echelle d'ouvertures
Objectif testé : Rollei 50 mm / f:1,8
Il s’agit d’un objectif de distance focale f = 50 mm et ayant une ouverture maximum de 1,8.
Echelle de diaphragmes pour cet objectif : 1,8 ; 2,8 ; 4 ; 5,6 ; 8 ; 11 ; 16.
On reprend le principe de mesure précédent, l'appareil photo ayant remplacé le dispositif diaphragme-lentille précédent :
On pensera là aussi à déduire la valeur de l'éclairement ambiant. On pourra alors remplir un tableau tel que celui-ci :
- Que remarque-t-on quand on passe d’une valeur de diaphragme à la valeur suivante supérieure :
- Que peut-on en déduire pour les dimensions du diaphragme lorsque l’on passe d’une valeur de diaphragme à la valeur suivante supérieure :
- Le nombre d’ouverture est défini par :
En quoi les mesures réalisées justifient-elles cette formule ?
Sensibilité
Sensibilité :
Elle est exprimée en ISO.
Plus la valeur de la sensibilité est élevée, moins il faut de lumière pour sensibiliser correctement le capteur ou la pellicule.
La quantité de lumière qu'il faut accumuler sur le capteur ou sur la pellicule pendant la durée d'exposition est deux fois moins importante à 800 ISO qu'à 400 ISO.
Voici 4 photographies prises avec des valeurs différentes de "vitesse" d'obturation, d'ouverture ou de sensibilité.
Rassembler les connaissances acquises pour commenter ces valeurs :
