Mise au point et profondeur de champ

La mise au point

On obtient l’image nette d’un objet par réglage de la distance séparant le centre optique de l’objectif du plan de l’image.

Quelques définitions

Le tirage optique est la distance séparant le centre optique de l’objectif du plan de l’image.

La distance focale est la distance séparant le centre optique de l’objectif du plan de l’image lorsqu’un objet situé à l’infini forme une image nette.

Lorsqu’on effectue la mise au point sur un objet situé à l’infini, le tirage est donc égal à la distance focale :

map_infini

Pour obtenir l’image nette d’un sujet proche, il faut éloigner l’objectif d’une distance supplémentaire qu’on appelle allongement.

Lorsqu’on effectue la mise au point sur un objet proche, le tirage est alors égal à la distance focale augmentée de l’allongement :

map_sujet_proche

Le réglage de la mise au point

La mise au point s’effectue en éloignant ou en rapprochant le centre optique de l’objectif du plan du film ou du capteur ; les objectifs d’appareils photo sont équipés pour ceci d’une bague de réglage de la mise au point :

mise_au_point

Le diaphragme et l’ouverture relative

Les objectifs d’appareil photo sont équipés d’une bague de réglage de l’ouverture du diaphragme :

ouverture

Les schémas ci-dessous montrent le diaphragme d’un objectif à différentes valeurs d’ouverture :

En ouvrant ou en fermant le diaphragme de l’objectif, on obtient une image plus ou moins lumineuse ; nous verrons ici que le choix d’une ouverture de diaphragme a également une incidence sur la profondeur de champ.

L’ouverture relative indique la luminosité de l’objectif ; cette valeur (notée n), est égale à la distance focale divisée par le diamètre de l’objectif ou du diaphragme.

n = f / ∅

Les valeurs de l’ouverture du diaphragme sont normalisées ; le tableau ci-dessous donne, pour chacune de ces valeurs et pour un objectif de 50 mm, le diamètre de l’ouverture du diaphragme correspondant :

f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16
35,4 mm 25 mm 17,7 mm 12,5 mm 8,84 mm 6,25 mm 4,42 mm 3,13 mm

La profondeur de champ

Dans l’espace de la scène, il n’existe théoriquement qu’un seul plan de netteté ; tout objet situé en avant ou en arrière de ce plan sera considéré comme flou.

profondeur_de_champ

En pratique, on admettra une certaine tolérance de netteté, et donc l’existence de deux limites, situées en avant et en arrière du plan de netteté, entre lesquelles tout objet donnera une image considérée comme nette. On appelle profondeur de champ la distance séparant ces deux limites.

Les objectifs d’appareil photo sont équipés d’une échelle de profondeur de champ indiquant la distance du premier plan net et la distance du dernier plan net en fonction de la distance de mise au point et l’ouverture du diaphragme :

map_et_pdc

Quelques définitions

Le cercle de confusion

C’est le cercle à l’intérieur duquel, compte tenu des limites de résolution du système optique, deux points distincts d’un objet ne peuvent être distingués dans le plan image et semblent donc confondus. Le diamètre du cercle de confusion est une valeur qui représente la tolérance de netteté admise d’un système optique et qui sert à établir l’échelle de profondeur de champ ou la table de table de profondeur de champ d’un objectif. La valeur du diamètre du cercle de confusion la plus communément retenue par les opticiens est égale à 1/1730e de la diagonale du format.

Exemple :

Format Diagonale Diamètre du cercle de confusion
24 x 36 43,3 mm 0,025 mm
16 x 24 28,8 mm 0,017 mm

La profondeur de foyer

C’est, compte tenu de la tolérance de netteté admise, la distance séparant les limites de netteté en avant et en arrière du plan image ; on considérera que toute modification du tirage de l’objectif dans les limites de cette distance n’aura aucune incidence sur la netteté apparente de l’image.

La distance hyperfocale

La distance hyperfocale (H) est la distance séparant l’appareil photo du premier plan net lorsqu’on fait la mise au point sur l’infini. Autrement dit, quand on fait la mise au point sur l’infini, le sujet est net de la distance hyperfocale (H) à l’infini.

hyperfocale

Si on fait la mise au point sur la distance hyperfocale (H), le sujet sera net de la moitié de cette distance hyperfocale (H/2) à l’infini. En photographie de paysage, on évitera dont de faire systématiquement le point sur l’infini ; en faisant la mise au point sur l’hyperfocale, on bénéficiera d’une plus grande profondeur de champ.

map_hyperfocale

Calcul de la distance hyperfocale

Il existe une formule simple pour calculer la distance hyperfocale :

H = f2 / (n × e)

où :

  • H est la distance hyperfocale
  • f représente la distance focale
  • e représente le diamètre du cercle de confusion
  • n représente l’ouverture

En application de cette formule, le tableau ci-dessous donne, pour un appareil 24 x 36 équipé d’un objectif de 35 mm, une estimation de la distance hyperfocale H (en mètres) à différentes ouvertures :

f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16
H 24,50 m 17,32 m 12,25 m 8,66 m 6,13 m 4,33 m 3,06 m
H/2 12,25 m 8,66 m 6,13 m 4,33 m 3,06 m 2,17 m 1,53 m

On constate que la profondeur de champ est d’autant plus grande que le diaphragme est fermé :

  • à f/2 et en calant la mise au point à 24,50 m, le sujet sera net de 12,25 m à l’infini ;
  • en fermant le diaphragme à f/11 et en calant la mise au point à 4,33 m, le sujet sera net de 2,17 m à l’infini.

Calcul de la profondeur de champ

Deux formules simples permettent d’obtenir respectivement les valeurs approchées des distances du premier plan net (PPN) et du dernier plan net (DPN) en fonction de la distance de mise au point :

PPN = H × D / (H + D)

et

DPN = H × D / (H - D)

où :

  • PPN est la distance du premier plan net ;
  • DPN est la distance du dernier plan net ;
  • H représente la distance hyperfocale (voir la formule de calcul à la section précédente) ;
  • D représente la distance de mise au point.

La profondeur de champ est égale à la différence de ces deux valeurs.

N.B. : Ces formules donnent une bonne approximation de la profondeur de champ en photographie générale (lorsque la dimension de l’image est inférieure à la dimension de l’objet) pour des distances de mise au point supérieures à dix fois la distance focale (par exemple de 50 cm à l’infini pour un objectif de 50 mm). En photographie rapprochée ou en macrophotographie (lorsque la dimension de l’image est supérieure à la dimension de l’objet), il faudrait employer d’autres formules donnant une évaluation plus exacte.

Règles de variation de la profondeur de champ

La profondeur de champ varie en fonction de quatre facteurs :

  • le format ;
  • la focale ;
  • l’ouverture relative ;
  • la distance de mise au point.

Soient les conditions de test suivantes :

Format Focale Ouverture Distance de mise au point
24 x 36 50 mm f/4 5 m

Les tableaux qui suivent montrent la variation de la profondeur de champ en fonction du format, de la focale, de l’ouverture et de la distance.

La profondeur de champ varie en fonction du format

Format Cercle de confusion Focale Premierplan net Dernier plan net Profondeur de champ
24 x 36 0,025 mm 50 mm 4,17 m 6,25 m 2,08 m
16 x 24 0,017 mm 33,3 mm 3,84 m 7,15 m 3,30 m

pdc_var_format

Pour des focales équivalentes dans les deux formats (produisant le même angle de champ), et une même tolérance de netteté (le diamètre du cercle de confusion étant proportionnel au format), la profondeur de champ est d’autant plus grande que le format est petit.

La profondeur de champ varie en fonction de la focale

Focale Premier plan net Dernier plan net Profondeur de champ
50 mm 4,17 m 6,25 m 2,08 m
35 mm 3,55 m 8,45 m 4,90 m

pdc_var_focale

Pour un même format, la profondeur de champ est d’autant plus grande que la focale est courte.

La profondeur de champ varie en fonction de l’ouverture

Ouverture Premier plan net Dernier plan net Profondeur de champ
f/4 4,17 m 6,25 m 2,08 m
f/8 3,57 m 8,33 m 4,76 m

pdc_var_ouverture

La profondeur de champ est d’autant plus grande que le diaphragme est fermé.

Les photographies ci-dessous montrent l’incidence de l’ouverture du diaphragme sur la profondeur de champ :

pdc_nikkormat_ft2
Source : Mode d’emploi du Nikkormat FT2
Source : Manuel d'utilisation du Nikon FM
Source : Manuel d’utilisation du Nikon FM

La profondeur de champ varie en fonction de la distance de mise au point

Distance de mise au point Premier plan net Dernier plan net Profondeur de champ
5 m 4,17 m 6,25 m 2,08 m
3 m 2,68 m 3,41 m 0,73 m

pdc_var_distance

Plus le sujet est proche, moins on dispose de profondeur de champ.

Trucs et astuces

Pour déterminer le point et l’ouverture optimums

Sur les objectifs à mise au point manuelle, on trouve :

  • une échelle des distances, gravée sur la bague de mise au point,
  • et, sur la partie fixe de l’objectif : un repère de mise au point, et une échelle de profondeur de champ de part et d’autre de ce repère.

Pour faire le point et déterminer l’ouverture à utiliser, on procède comme ceci :

1. Faire la mise au point sur le sujet le plus éloigné et repérer la distance sur l’échelle des distances (repère A).

mise_au_point_a

2. Procéder de même pour le sujet le plus proche (repère B).

mise_au_point_b

3. Pour faire le point : tourner la bague de mise au point de telle sorte que les deux repères (A et B) se trouvent à égale distance du repère de mise au point.

mise_au_point_c

4. Sur l’échelle de profondeur de champ, lire l’ouverture indiquée en face des repères A et B et régler le diaphragme à cette ouverture.

Pour une évaluation visuelle de la profondeur de champ

Avec un appareil à visée reflex, il suffit de regarder dans l’oculaire de visée, mais, la visée se faisant à pleine ouverture pour faciliter la mise au point, vous n’avez qu’un aperçu de la profondeur de champ à cette ouverture, et non à l’ouverture réelle. Pour une évaluation de la profondeur de champ à l’ouverture réelle, appuyez sur le bouton prévu à cet effet. En appuyant sur le bouton, le diaphragme se ferme à l’ouverture réelle et l’image s’assombrit, mais vous avez maintenant un aperçu de la profondeur de champ réelle.

Chapitre suivant : Le contrôle de l’exposition.