Technique Photo: La distance focale

Pour beaucoup la focale est une notion simple, et accessible, qui correspond au grossissement de l’image. Hors nous confondons là, une paramètre optique et l’une de ses conséquences. Pour les opticiens, en effet, la distance focale est une notion beaucoup plus complexe, … Je vais essayer d’expliquer la notion technique du terme focale, et je passerai ensuite très vite aux conséquences pratiques.

Définitions

Dans un système optique,

  • Le centre optique est le point précis ou les rayons entrants ne sont pas déviés. Les parties incidentes et émergentes de ces rayons sont parfaitement parallèles.
  • Le foyer est le point de convergence des rayons lumineux.

La distance focale est la distance entre le centre optique d’un système et son foyer.

Distance focale dans le cas d'une lentille
Distance focale dans le cas d’une lentille

Dans le cas des lentilles le centre optique correspond au centre de la lentille.

Les systèmes optiques plus complexes possèdent plusieurs points similaires au centre optique appelé point nodaux.

En photographie,

  • Le centre optique d’un objectif ou d’un zoom est souvent assimilé au point nodale arrière (point nodale d’émergence), c’est-à-dire celui qui est situé côté boîtier.
  • Le négatif ou le capteur se trouve dans le plan de convergence des rayons
Distance focale dans le cas d'un reflex
Distance focale dans le cas d’un reflex

Nous avons donc la situation suivante:

En pratique, on assimile souvent la focale d’un objectif à son angle de champ. L’angle de champ est une notion plus facile à appréhender, elle correspond grossièrement à l’ange de vision.

Angle de champ
Angle de champ

Pour un capteur 24×36, la focale dite normale ou moyenne, est égale à la diagonale du capteur, c’est-à-dire environ 43mm. A cette focale, l’image est perçue à travers l’objectif selon le même angle de champ que la vision humaine.

Toujours pour un capteur 24×36, on parle de

  • Grand angle pour une focale inférieure à 35mm,
  • Fish-Eye pour des focales inférieures à 20mm,
  • Longue focale au delà de 70mm,
  • Télé-objectifs, lorsqu’un objectif a une longueur inférieure à sa longueur de focale,
  • Trans-standard, lorsque la focale minimale et la focale maximale sont dans des catégories différentes. Le 18-200mm est un trans-standard.

Conséquences photographiques

Une modification de la focale a deux conséquences:

  • Un grossissement des objets visés,
  • Une déformation de la perception de l’objet visé et de son environnement.

Le grossissement est facile à comprendre: plus la focale est importante, plus le grossissement est important, et inversement.
La distance focale agit également sur l’angle de champ: Plus la focale est importante, plus l’angle de champ est faible. Pour une focale de 28mm, l’angle de champ est de 75°, tandis qu’à 500mm est inférieur à 5°.

Les « déformations » sont de deux types:

  • Les grandes focales “rapprochent” les éléments de premier et d’arrière plan, et “aplatissent” l’image.
  • Avec les faibles focales, l’angle de champ est plus important que celui de la vision humaine, et ces focales semblent déformer les perspectives.

Ce dernier point est particulièrement important à comprendre, car nous confondons souvent perspective et distorsion.
La distorsion est un défaut optique de l’objectif qui se traduit par la courbure des lignes droites du sujet photographié. La distorsion dépend donc de la qualité des objectifs, et pour un objectif donné, de l’ouverture utilisée lors de la prise de vue.

Distorsion optique
Distorsion optique

(image Wikipedia)

La perspective est le phénomène de perception visuelle par lequel l’œil perçoit en deux dimensions un monde en trois dimensions. La perspective ne dépend QUE du point de vue, c’est-à-dire de la position de prise de vue par rapport au sujet. Si l’on prend deux photos, strictement depuis le même endroit, l’une avec une focale de 28mm, l’autre avec une focale de 50mm, les zones communes aux deux photos seront identiques. Le point de vue n’ayant pas changé, nous avons la même perspective.
Si l’on cherche à obtenir la même photo en 28mm et 50mm, nous serons obligés de nous approcher du sujet lors de l’utilisation du 28mm. Le point de vue change, les points et droites de fuite ne sont plus les mêmes, d’où la déformation apparente des perspectives.

Argentique / Numérique

Toutes les informations données précédemment concernent une pellicule 24×36. Hors la plupart de nos appareils numériques sont équipés de capteurs dont la taille est inférieure au 24mmx36mm. La figure suivante présente les différents formats utilisés aujourd’hui.

Capteur Taille Facteur
multiplicatif
Full Frame 24mm x 36mm 1
APS-H 19mm x 29mm 1.3 à 1.4
APS-C 15mm x 22mm 1.5 à 1.6
Compact 1/1.8 pouces à 1/2.5 pouces 3 et plus

Ces dimensions sont données à titre indicatif, et peuvent varier d’une marque à une autre.

Tailles des différents capteurs
Tailles des différents capteurs

Même si les règles d’optique et les définitions restent les mêmes, ce changement de taille induit quelques explications: depuis la sortie des reflex numériques, nous nous sommes tous collés une table de conversion dans la tête: en APS-C, un 35mm est équivalent à un 50mm en 24×36, un 50mm est équivalent à un 80mm, … Hors la différence entre un capteur « plein format » (FF ou Full Frame) et un petit capteur est un peu plus subtil qu’un simple coefficient multiplicateur.

La focale est une propriété intrinsèque d’un objectif, un 50mm reste un 50 mm, quelque soit la taille du capteur. Les images générées par cet objectif sont toujours les mêmes. Cependant, les petits capteurs ne prennent que la partie centrale de l’image délivrée.

Le capteur ne prend donc en compte qu’une partie de l’image initiale, comme nous pouvons le faire avec la fonction « Crop » ou « Recadrer » d’un logiciel graphique. A focale égale, le grossissement semble ainsi plus important avec un petit capteur qu’avec un capteur « Plein Format ».
Le facteur de grossissement supplémentaire se calcule en faisant le ratio entre la taille d’un capteur 24×36 et la taille du petit capteur. Dans le cas d’un APS-C, 24/15 = 1.6. Donc le grossissement de notre 50mm est 1.6 fois plus important avec un petit capteur, qu’avec un 24×36.

Une autre façon d’aborder la chose est de dire que, la taille du capteur réduit l’angle de champ des objectifs. Un 50mm avec un capteur APS-C aura un angle de champ équivalent à un 80mm.

Même si le grossissement est plus important, nous avons toujours à faire à un 50mm, et « subissont » donc les mêmes caractéristiques qu’un 50mm: les déformations de l’image, la profondeur de champ restent celles d’un 50mm, et pas celles de 80mm.

Conclusion

En démarrant cet article, je n’avais absolument pas prévu d’aller aussi loin, sur cette notion de distance focale, que je pensais plus simple. J’ai notamment compris que le passage d’un négatif 24×36 à un capteur de taille inférieure, entraîne d’autres conséquences que la simple multiplication de focale.

Bibliographie

Autres articles de cette série

  1. Technique Photo: Mesure d'exposition (22 novembre 2008)
  2. Technique photo: Vitesse d'obturation (10 novembre 2008)
  3. Profondeur de champ (5 avril 2008)
  4. Technique Photo: L'ouverture (1 mars 2008)
  5. Technique Photo: La distance focale (16 février 2008)
  6. Technique Photo: Tutoriaux (15 février 2008)

7 thoughts on “Technique Photo: La distance focale”

  1. Un grand merci pour cette réponse. Je vais aller jeter un oeil sur la page wikipedia et creuser encore un peu, voir si je peux trouver une réponse. Si je tombe sur quelque chose, je le relayerai ici !

    Encore merci ! 🙂

  2. Bonjour,
    Bonne question. Je ne vais pas prétendre donner la réponse absolue, parce que je n’en n’ai pas les compétences. Je pense que le défaut de votre raisonnement est de considérer que le point nodal correspond à la dernière lentille, ce qui n’est pas vrai. Le point nodal d’une optique peut être situé au milieu, voir en avant.
    D’ailleurs, je me demande si le terme point nodal est correct, parce que beaucoup de sites parlent plutôt de centre optique.

    J’ai trouvé cet article sur Wikipédia, qui donne, au paragraphe « Construction optique d’un téléobjectif », un début de réponse. Pour raccourcir les optiques à longues focales, les constructeurs ajoutent à l’arrière des lentilles qui corrigent la convergence.des rayons.

  3. Bonjour !

    Tout d’abord, un très grand merci pour l’excellente série de dossier que vous écrivez concernant la technique photo. J’y apprends énormément de choses !

    Cependant j’aurais une question concernant la distance focale évoquée dans cet article et, au fond, la mécanique des objectifs.

    Sur le second schéma (http://www.emmanuelgeorjon.com/images/2008/02/distance_focale_reflex.png), on comprend bien qu’en photographie numérique, la distance focale est la distance séparant la lentille située le plus au fond de l’objectif (point nodal arrière) du capteur.
    Si l’on regarde ensuite le schéma suivant (http://www.emmanuelgeorjon.com/images/2008/02/angle_de_champ.png), cela signifie alors qu’un objectif ayant une distance focale de 28mm possède en réalité son point nodal arrière à 28mm du capteur. Ok, très bien.

    Imaginons à présent un objectif avec une distance focale de 400mm. Faut-il comprendre que 400mm de vide séparent la « dernière » lentille (point nodal arrière) de l’objectif du capteur ? Cela me paraît curieux, surtout au vu de la taille et du poids d’un tel objectif.
    Même question pour un zoom trans-standard 18-200mm: faut-il comprendre que la bague de zoom permet en fait de faire glisser la « dernière » lentille (point nodal arrière) afin de l’éloigner ou de la rapprocher du capteur, créant ainsi la distance focale voulue et laissant un vide équivalent entre les deux éléments ?

    J’imagine que le mécanisme est plus complexe, surtout au vu du nombre de lentilles composant un objectif ou un zoom, mais je tenais tout de même à poser cette question.

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