Photographie/Appareils/Systèmes de mise au point
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[modifier] Mise au point manuelle
[modifier] Mise au point automatisée
Les premiers systèmes de mise au point automatisée ont été réalisés sur les agrandisseurs et les projecteurs de diapositives, qui sont des appareils relativement simples. À partir de 1969, leur développement a véritablement commencé d'abord sur les caméras cinématographiques, puis sur les appareils photographiques mais les premières recherches datent de la fin de la seconde guerre mondiale.
[modifier] Mise au point automatisée sur les agrandisseurs
Elle est généralement réalisée par des moyens mécaniques, par exemple une came qui modifie la position de l'objectif par rapport au film lorsque l'on fait monter ou descendre la tête de l'appareil.
[modifier] Autofocus des projecteurs de diapositives
Lorsque des diapositives d'épaisseurs différentes sont introduites dans le passe-vues d'un projecteur, ou lorsque ces diapositives changent de courbure, il en résulte un décalage de mise au point et une image floue sur l'écran. Il n'est très pratique de refaire la mise au point manuellement en tournant l'objectif du projecteur à chaque vue et très vite, ce mouvement a été provoqué grâce à une télécommande agissant par fil ou plus tard par un rayonnement infrarouge.
À la fin des années 1960, les systèmes de mise au point automatisés se sont généralisés sur les projecteurs (Bauer, Prestinox, Leitz, Rank Aldis, Keystone, Braun, Cabin, GAF, Hanimex, etc.). Le principe est pratiquement toujours le même. Une petite partie de la lumière émise par la lampe de projection est prélevée et projetée sur la diapositive, sur laquelle elle se réfléchit. Ce faisceau réfléchi est repris par un système optique qui le focalise entre deux cellules solidaires de l'objectif lorsque la mise au point est réalisée. Si les diapositives sont montées dans des caches d'épaisseurs différentes, ou si elles se déforment sous l'effet de la chaleur, le faisceau atteint l'une ou l'autre des cellules, donnant naissance à un signal électrique qui, une fois amplifié, sert à commander un moteur qui avance ou recule l'objectif de façon que la mise au point soit conservée.
En principe, il suffit que la mise au point soit faite sur la première diapositive pour que l'autofocus la conserve tout au long de la projection. Cependant, ce système est souvent complété par une télécommande manuelle car il tombe en défaut dans certains cas particuliers. La présence d'images montées sous verre, par exemple, ou encore les déformations irrégulières de certaines diapositives, peuvent faire perdre la mise au point, ce qui nécessite une intervention manuelle.
[modifier] Système Optar
Le système Optar (Optical Automatic Ranging, ne pas confondre avec un autre Optar, OPTical ARchiver) a été mis au point par le Dr H.E. Kallmann en 1954, sur une suggestion émise en 1945 par le Professeur R. Stuart Mackay de l'Université de Berkeley, en Californie.
Le système comportait un objectif auxiliaire à grande ouverture, un modulateur de lumière et une cellule photoélectrique à haute sensibilité, sans oublier un système de commande électronique assez complexe. Est-il besoin de rappeler qu'à cette époque le transistor n'est pas encore, tant s'en faut, un objet d'usage courant.
Le principe du système consiste à utiliser le fait que les images nettes des objets qui font partie de la scène photographiée se forment à des distances variables par rapport à l'objectif, en fonction de l'éloignement des dits objets. La séparation des plans de netteté est d'autant plus grande que ces objets sont plus proches de l'objectif, chacun sait d'ailleurs que la mise au point est beaucoup plus délicate à réaliser pour les objets rapprochés que pour les objets lointains.
Supposons qu'à l'arrière de l'objectif, dans le plan où se forme une image nette, on dispose une grille mobile constituée d'une série de barreaux opaques et parallèles, et juste derrière, une cellule photoélectrique. Lors du déplacement de la grille, cette cellule reçoit un flux lumineux variable de façon périodique, en fonction de la position des barreaux qui occultent plus ou moins le flux lumineux, et ceci à une fréquence égale au nombre de barreaux qui passent à chaque seconde devant un point donné de l'image.
Si le plan de la grille coïncide avec le plan de l'image nette, l'amplitude de la modulation est maximale. Si ces deux plans ne coïncident pas, alors l'amplitude de la modulation est moindre, et elle finit très vite par devenir pratiquement nulle dès que le décalage correspond à une petite fraction de la distance focale de l'objectif utilisé.
La cellule est donc traversée par un courant électrique dont la composante alternative contient des informations sur la présence d'un sujet et sur la précision de la mise au point. Ce courant peut être amplifié et la qualité de la mise au point appréciée à l'aide d'indicateurs visuels ou sonores, mais on peut aussi s'en servir pour commander directement un moteur de mise au point. En effet, en déplaçant la grille d'avant en arrière, on peut explorer l'espace aux environs du plan de mise au point et détecter les zones où la modulation est maximale, ce qui correspond aux plans de netteté des images des divers éléments su sujet.
Comme on peut d'en douter, la réponse de la cellule est toujours plus forte et plus significative si l'image est de petite taille et fortement contrastée. Si l'on essaie de faire la mise au point sur une surface de grandes dimensions et dont la luminance est à peu près uniforme, le signal reste très faible et il est difficile de l'amplifier suffisamment sans être gêné par le bruit de fond inhérent à tout système électronique.
Ce problème de mise au point sur des sujets faiblement contrastés se retrouve évidemment avec les appareils autofocus modernes.
Au lieu d'utiliser une grille formée de barres rectilignes et animée d'un mouvement de translation, on préfère généralement faire appel à un disque tournant muni de barres radiales ou en encore d'une bande opaque enroulés en spirale d'Archimède.
Afin de permettre une détection plus facile de la zone de mise au point, on préfère souvent utiliser un ensemble de deux grilles ou disques décalés dans l'espace, ou encore un disque transparent suffisamment épais muni des bandes de modulation sur les deux faces. On peut de cette façon obtenir un effet différentiel, les deux signaux prenant la même valeur lorsque les deux plans des bandes de modulation se trouvent à égale distance de part et d'autre du plan de mise au point. Si tel n'est pas le cas, les deux signaux prennent des valeurs différentes, le plus intense correspondant à la grille qui se trouve le plus près du plan de mise au point, et dans ces conditions le sens de l'écart constaté permet de savoir s'il faut faire avancer ou reculer le système pour rétablir l'égalité.
L'amplitude de la modulation à la sortie de la cellule varie en fonction du détail des images, mais elle ne dépend pas de leur éclairement. Cependant, le bruit lié au système de mesure est fonction de la racine carrée de cet éclairement et le signal obtenu est donc de meilleure qualité lorsque le niveau lumineux est élevé.
Le dispositif Optar a été utilisé pour des prises de vues aériennes et pour diverses applications militaires. Son principal mérite a été de constituer un système précurseur ouvrant la voie à tous ceux que nous connaissons actuellement sur les appareils modernes.
[modifier] Le système télémétrique d'Alphonse Martin
L'inventeur français Alphonse Martin, qui avait déjà réalisé les premiers dispositifs de réglage automatique du diaphragme, a également présenté en 1960 un système télémétrique permettant un réglage automatique de la mise au point.
Avec le système Optar, l'amplitude de la modulation est significative lorsque les sujets présentent un contraste suffisant et que la position de la grille coïncide avec le plan de mise au point. Les contrastes des objets dont les images sont situées en avant ou en arrière de la grille passent donc à peu près inaperçus.
Le système télémétrique d'Alphonse Martin utilise des éléments sensibles formés de photo diodes de très petite taille et montées par paires. Lorsque l'un de ces éléments reçoit l'image nette d'un sujet contrasté, les deux photo diodes délivrent des signaux très différents ; si l'image n'est pas nette, les deux signaux sont en revanche peu différents ou presque identiques.
L'image formée par un objectif peut être reçue non plus par une seule paire de photo diodes, mais par un ensemble de paires de photo diodes se trouvant en quelque sorte « balayées » successivement grâce à un miroir oscillant. Ces cellules étant toutes décalées par rapport au cercle théorique de mise au point, donnent toutes des signaux différents selon le contraste de l'image qu'elles reçoivent.
Si la mise au point est réalisée, les deux paires de photo diodes situées de part et d'autre du cercle théorique de mise au point fournissent les mêmes signaux. Si tel n'est pas le cas, alors c'est une autre paire de photo diodes, plus éloignée ou plus rapprochée, qui fournit le signal le plus important, ce qui permet de savoir où se fait la mise au point et de déplacer l'objectif en conséquence grâce à un servomoteur.
Ce système a fait l'objet de diverses réalisations pratiques, en particulier pour des applications militaires de télémétrie.
[modifier] Le système Auto-Focus Canon
Comme le précédent, il utilisait deux objectifs, l'un pour la prise de vues et l'autre pour la mise au point, et il a d'abord servi sur une caméra.
À l'arrière de l'objectif de mise au point se trouvait un miroir qui renvoyait le faisceau lumineux pour former une image entre les deux groupes de lentilles. Une cellule au sulfure de cadmium était disposée dans cette région, en principe dans le plan image.
Derrière le viseur se trouvait une seconde cellule, dite de référence ; le montage était réalisé de façon que le viseur couvre le même champ que l'objectif de prise de vues et qu'il présente en son centre un cadre de mise au point couvrant le même champ que l'objectif de mise au point. La lumière entrant dans ce cadre agissait sur la cellule de référence, qui débitait un courant proportionnel à l'éclairement reçu.
Un micromoteur permettait de déplacer en même temps l'objectif de prise de vues et la cellule située entre les lentilles de l'objectif auxiliaire. Le déplacement de celle-ci permettait de suivre le plan d'image nette, en fonction de la distance de l'objet photographié.
Lorsque l'opérateur pressait le bouton de mise au point, le micromoteur entrait en action et déplaçait la cellule, qui à un certain moment atteignait le plan de mise au point ; cette position correspondait à un courant électrique maximal, puisque la concentration de lumière était alors maximale sur ce plan. Naturellement la représentation de la liaison entre l'objectif de prise de vue et la cellule de détection est très simplifiée par rapport au mécanisme réel.
En fait, lorsque la cellule de mesure atteignait le plan de mise au point, elle était traversée par un courant de même intensité que la cellule de référence. En comparant les deux intensités, on pouvait détecter la bonne position et arrêter l'action du micromoteur. Bien entendu, il fallait une amplification convenable des signaux fournis par les cellules ; en choisissant un objectif auxiliaire très ouvert, on améliorait par ailleurs la sensibilité du système grâce à la faible profondeur de champ obtenue, et cela permettait de localiser le plan de mise au point avec davantage de précision.
[modifier] Le Focus-Matic de Bell & Howell
Ce dispositif, présenté en France en 1969, ne comporte aucun composant électronique, mais un simple balancier analogue à celui des petits télémètres simplifiés destinés autrefois aux amateurs. Il est adapté aux caméras d'amateurs, mais pas aux appareils photographiques dans la mesure où il ne peut fonctionner qu'en position verticale.
Lorsque l'on vise la base d'un sujet à filmer, à condition que celui-ci et l'opérateur reposent sur un même plan horizontal, l'axe optique de l'objectif est d'autant plus incliné vers le bas que le sujet est plus proche ; sa valeur permet d'en connaître approximativement la distance. Comme on utilise le plus souvent des objectifs de courte focale liés à des formats de surfaces sensibles très petits, la profondeur de champ est très importante et une précision extrême n'est pas indispensable.
[modifier] Systèmes à infrarouge
[modifier] Système Bolex Automatic Infrared Rangefinder (AIR, 1968)
Il fait appel à une source de rayonnement infrarouge de longueur d'onde bien déterminée, qui émet un faisceau dirigé vers le sujet. Le rayonnement réfléchi par celui-ci est capté par un miroir sphérique et concentré sur un ensemble de cellules sensibles photorésistantes constituant un détecteur ; l'endroit où se produit sa focalisation dépend de la distance à laquelle se trouve le sujet. En général l'une des photorésistances reçoit plus de rayonnement que l'autre, le jeu consistant à rééquilibre les deux valeurs pour obtenir la mise au point.
Les signaux fournis par les deux photorésistances sont traités et servent à commander un servomoteur qui agit sur la bague des distances de l'objectif, laquelle entraîne le détecteur dans son mouvement. Lorsque ce dernier atteint la position pour laquelle l'équilibre des éclairements est réalisé, les signaux s'équilibrent et le servomoteur est arrêté.
La mise au point ainsi obtenue est rapide et précise, elle permet de suivre automatiquement un sujet en mouvement, mais elle se fait uniquement sur la partie du sujet dont l'image occupe le centre du viseur. Il n'est donc pas possible de faire en sorte que le sujet principal soit décentré, par exemple placé aux points forts du cadre, si l'image formée au centre correspond à une partie du sujet située à une distance différente de l'élément principal.
La portée du dispositif est de l'ordre de 20 m en intérieurs et de 10 m en extérieurs.
| Appareils et chambres photographiques
(Études générales seulement, les divers modèles sont décrits au chapitre « fabricants »).
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