Technique de l image, finalité photographie, première et deuxième année Optique photo : questions d examen

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1 Technique de l image, finalité photographie, première et deuxième année Optique photo : questions d examen Les questions sont présentées par chapitre et en deux colonnes. La première colonne est relative à la piste verte du cours, la seconde à la piste rouge. Certaines questions appartiennent aux deux pistes, selon le niveau de détail exigé pour la réponse. La majorité des questions nécessitent des réponses courtes et précises (questions ponctuelles) ; d autres demandent des développements plus longs (questions de compréhension). Lors de l examen, les questions ponctuelles peuvent être regroupées pour donner naissance à une question de compréhension. Chapitre 1 : optique géométrique et optique photo Définissez l optique géométrique et énoncez ses deux principes fondamentaux. Définissez précisément la notion d indice de réfraction d un milieu. Définissez précisément la notion de chemin optique. Énoncez et expliquez en détails le principe de Fermat. Montrez qu il implique les principes fondamentaux de l optique géométrique. Définissez en général les phénomènes de réflexion et de réfraction. Énoncez et expliquez les lois de la réflexion. Retrouvez les lois de la réflexion à l aide du principe de Fermat. Énoncez et expliquez les lois de la réfraction. Retrouvez les lois de la réfraction à l aide du principe de Fermat. Distinguez les deux configurations possibles des rayons lumineux incident et réfracté selon la réfringence relative des milieux. Définissez le phénomène de réflexion totale et calculer l angle de réfraction limite. Détaillez les différents types de lentilles convergentes et divergentes. Vérifiez leur convergence (ou leur divergence) à l aide de la formule du fabricant de lentilles. Définissez (à l aide de schémas et de mots) les foyers, les distances focales d une lentille convergente.

2 Donnez (sans les démontrer) les formules principales caractérisant les lentilles convergentes (formule du fabricant, formule de conjugaison, formule du grandissement). Démontrez (par voie géométrique) les formules de conjugaison et du grandissement pour une lentille mince convergente. Définissez (à l aide de schémas et de mots) les foyers, les distances focales d une lentille divergente. Donnez (sans les démontrer) les formules principales caractérisant les lentilles divergentes (formule du fabricant, formule de conjugaison, formule du grandissement). Démontrez (par voie géométrique) les formules de conjugaison et du grandissement pour une lentille mince divergente. Donnez sans la démontrer la formule permettant de combiner deux lentilles non accolées. Donnez et démontrez les relations permettant de calculer la distance de mise au point et le tirage pour une prise de vue photographique. Définissez (à l aide de mots et de schémas) les prises de vue «macro» et «normales». Donnez sans la démontrer la formule de conjugaison de Newton pour une lentille convergente ou une lentille divergente. Définissez les foyers, les plans principaux et les distances focales d un système épais. Donnez sans les démontrer la formule de conjugaison, la formule du grandissement et la formule de Newton pour un système épais. Donnez sans la démontrer la formule de combinaison de deux systèmes épais non accolés. Donnez et démontrez la formule permettant de calculer les distances de mise au point réelles, en fonction des distances de mise au point gravées sur l objectif, en cas d utilisation d une bague d allonge. Savoir appliquer ces formules sur un exemple

3 concret. Donnez et démontrez la formule permettant de calculer les distances de mise au point réelles, en fonction des distances de mise au point gravées sur l objectif, en cas d utilisation d une bonnette. Savoir appliquer ces formules sur un exemple concret. Chapitre 2 : les aberrations et défauts des objectifs Expliquez en quoi consiste le phénomène d aberration chromatique pour un système optique (origine, mesure, effet, correction). Définissez le pouvoir dispersif d un verre. Comparez les aberrations chromatiques d une lentille convergente et d une lentille divergente. Expliquez à l aide de diagrammes d optique l idée de la correction de l aberration chromatique par un doublet. Donnez (sans la démontrer) la relation d achromaticité dans le cas d un doublet achromatique. Etablissez la relation d achromaticité dans le cas d un doublet achromatique. Exercice : pour une lentille 1 de caractéristiques connues (cambrures, indices), calculez toutes les caractéristiques de la lentille 2 à lui accoler pour obtenir un doublet achromatique. Définissez le stigmatisme d un système optique. Distinguez le stigmatisme exact du stigmatisme approché (approximation de Gauss). Donnez une description géométrique complète des aberrations, et classez les aberrations géométriques en aberration de champ et/ou d ouverture. Expliquez en quoi consiste le phénomène d aberration de sphéricité pour un système optique (origine, effet, formes de l image, corrections). Expliquez en quoi consiste le phénomène d aberration de coma pour un système optique (origine, effet, formes de l image, corrections). Expliquez en quoi consistent les phénomènes d astigmatisme et de courbure de champ pour un système optique (origine, effet, formes de l image, corrections). Expliquez en quoi consiste le phénomène de distorsion pour un système optique (origine, effet, formes de l image, corrections). Discutez l influence de la position du diaphragme sur la forme de l image en

4 présence de distorsion. Chapitre 3 : les objectifs photographiques Définissez un objectif photographique et donnez en les caractéristiques qualitatives générales. Quels sont les paramètres quantitatifs principaux d un objectif photographique? Distinguez les objectifs selon leur correction pour l aberration d astigmatisme, leur aspect dis(symétrique). Définissez les notions de champ couvert dans l espace sujet, image, et la notion de champ utile d un objectif. Calculez l angle de champ utile d un objectif photographique sans décentrement. Calculez l angle de champ utile d un objectif photographique avec décentrement. Représentez graphiquement la relation liant l angle de champ utile à la focale de l objectif. Définissez la notion d objectif normal en photographie et en cinématographie. Donnez des exemples d objectifs normaux pour les différents formats utilisés en photographie argentique et en prise de vue cinéma. Détaillez la classification des objectifs de prise de vue sur base du champ couvert. Détaillez la combinaison optique d un objectif de type normal non anastigmat, et liez ses performances optiques à la correction des diverses aberrations géométriques et physiques. Détaillez la combinaison optique d un objectif de type normal anastigmat, et liez ses performances optiques à la correction des diverses aberrations géométriques et physiques. Pour un quelconque des objectifs historiques présentés dans le cours (donné par son schéma de lentilles), être capable d expliquer ses performances optiques (résistance aux aberrations) en liaison avec la combinaison de lentilles utilisées. Définissez les objectifs à longue focale en

5 général et expliquez le problème d une combinaison de type «classique» pour obtenir un objectif à longue focale. Donnez les caractéristiques générales de l image donnée par un objectif de longue focale (grandissement, champ utile, perspective). Détaillez la combinaison optique et les propriétés optiques du téléobjectif par rapport à un objectif normal de longue focale (sur base de schémas optiques). Donnez (sans les démontrer) les formules de la focale du téléobjectif et de son facteur d amplification. Expliquez comment on peut utiliser un élément afocal comme complément téléobjectif ou comme élément d une combinaison téléobjectif. Définissez les objectifs à courte focale en général et expliquez le problème d une combinaison de type «classique» pour les boitiers reflex. Donnez les caractéristiques générales de l image donnée par un objectif de courte focale (grandissement, champ utile, perspective). Détaillez la combinaison optique et les propriétés optiques de l objectif grand angle rétrofocus par rapport à un objectif de courte focale de type normal (sur base de schémas optiques). Expliquez comment on peut utiliser un élément afocal comme complément réducteur de focale ou comme élément d une combinaison grand angle. Définissez et donnez les caractéristiques Etudiez théoriquement la combinaison téléobjectif. Etablissez les formules de la focale et de l amplification du téléobjectif. Détaillez les différentes configurations limites possibles pour la combinaison de type téléobjectif. Décrivez en détail un objectif à courte focale de type normal. Décrivez en détail un objectif à grand angle spécial obtenu grâce à l utilisation de ménisques extrêmes divergents.

6 générales des objectifs «zooms». Détaillez les groupes composant un objectif zoom. Définissez le pouvoir résolvant d un objectif photographique. Détaillez la procédure expérimentale utilisée pour mesurer le pouvoir résolvant d un objectif. Quels sont les principaux facteurs de variation du pouvoir résolvant. Définissez la fonction de transfert de modulation (FTM) d un objectif photographique. Discutez à l aide d une courbe la valeur du taux de modulation en fonction de la position du point image. Expliquez les deux modes de compensation qui peuvent être utilisés dans les objectifs zooms. Chapitre 4 : ouvertures et diaphragmes Définissez le diaphragme d ouverture, distinguez le du diaphragme de champ et donnez ses principales caractéristiques. Expliquez en détails le rôle du diaphragme en optique photographique. Définissez (à l aide de mots et de schémas) les pupilles d entrée et de sortie d un objectif photographique. Donnez (sans la démontrer) la loi de l éclairement du film en fonction de l ouverture. Calculez l éclairement du film en fonction de l ouverture. En particulier, montrez que l éclairement du film est proportionnel à l inverse du carré du nombre d ouverture. Donnez (en mots et en formules) les lois de variation de l éclairement et construisez les suites des indices de diaphragme (en crans, en demi crans, et en tiers de crans). Discutez les limites (inférieure et supérieure) de la suite des indices de diaphragme permis pour un objectif donné. Justifiez les limites de subdivisions de l échelle des diaphragmes (en particulier l arrêt de la division au tiers de cran). Décrivez qualitativement l origine de la sousexposition du film en prise de vue rapprochée et discutez (sans formules) les techniques de corrections possibles. Décrivez précisément (en utilisant les

7 formules) les corrections d exposition à adopter pour les prises de vue en macrophoto. Justifiez les limites d application des corrections d exposition pour les prises de vue rapprochées. Définissez et décrivez l échelle photométrique des diaphragmes (échelle T). Chapitre 5 : distance hyperfocale et profondeur de champ Définissez la netteté absolue, la notion de tolérance de netteté, et la netteté relative. Définissez le pouvoir séparateur de l œil et donnez son ordre de grandeur. Montrez que le pouvoir séparateur de l œil est déterminé par l écartement des cônes e la rétine. Définissez la notion de cercle de confusion et expliquez comment on les calcule à partir du pouvoir séparateur de l œil. Montrez comment on calcule le diamètre du cercle de confusion à partir du pouvoir séparateur de l œil. Donnez l ordre de grandeur des tolérances de netteté sur les différents supports photographiques (négatifs, positifs, etc.). Définissez la notion de latitude de mise au point. Définissez la distance hyperfocale et donnez (sans la démontrer) la formule qui permet de la calculer. Définissez la distance hyperfocale et établissez la formule qui permet de la calculer. Définissez les plans antérieur et postérieur de netteté et donnez (sans les démontrer) les formules (approchées et exactes) qui permettent de calculer leur position. Calculez la position des plans antérieur et postérieur de netteté ainsi que la position de leurs plans conjugués (calcul approché). Calculez la position des plans antérieur et postérieur de netteté ainsi que la position de leurs plans conjugués (calcul exact). Définissez la profondeur de champ et établissez la formule qui permet de la calculer.

8 Définissez la profondeur de foyer et donnez (sans la démontrer) la formule permettant de la calculer. Quel est l intérêt principal de la distance hyperfocale? Justifiez à l aide des formules. Démontrez la formule permettant de calculer la profondeur de foyer. Montrez que pour les reproductions grandeur nature, la profondeur de champ est indépendante de la focale. Définissez la profondeur de champ, décrivez sa variation en fonction des paramètres de la prise de vue (éventuellement à l aide d un calcul de dérivées). Calculez la distance de mise au point et le diaphragme optimal pour une prise de vue dont les plans de netteté sont connus. Expliquez comment l usage de bonnettes permettrait de visualiser la profondeur de champ. Enoncez et expliquez la règle empirique des 1/3 2/3. Expliquez l adage «à cadre égal, profondeur de champ égale». Définissez et calculez le champ antérieur (champ en avant) et le champ postérieur (champ en arrière), montrez que le champ postérieur est toujours plus important que le champ antérieur. Calculez la distance de mise au point pour laquelle la règle 1/3 2/3 est exacte. Vérifiez sur un exemple numérique la validité de l adage «règle des 1/3 2/3». Justifiez par un calcul théorique la validité de l adage «à cadre égal, profondeur de champ égale (quelle que soit la focale)». Vérifiez sur un exemple numérique la validité de l adage «à cadre égal, profondeur de champ égale (quelle que soit la focale)». Un exercice du type de ceux figurant dans la liste donnée en fin de chapitre. Chapitre 6 : pertes d éclairement dans le champ de l image Définissez le phénomène de vignettage et le phénomène de vignettage mécanique. Expliquez (à l aide de schémas et de mots) le phénomène de vignettage mécanique.

9 Définissez le champ de contour, le champ de pleine ouverture et le champ total. Précisez l effet du diaphragme sur le vignettage mécanique. Expliquez (à l aide de schémas et de mots) comment se mesure le vignettage optique. Décrivez (à l aide de schémas, d une formule et de mots) dans le cas idéal le vignettage optique d un objectif. Etablissez théoriquement la formule du vignettage optique d un objectif dans le cas où l objectif peut être assimilé à une lentille mince. Décrivez la formule du vignettage optique d un objectif dans le cas général. Chapitre 7 : la perspective en photographie Donnez les règles générales de la perspective photographique. Définir le raccourci perspectif. Comment se calcule t il? La perspective dépend elle de la focale? Justifiez votre réponse. Définir les bascules et le décentrement d une chambre technique. Enoncez la règle de Scheimpflug. Donnez des exemples de configuration où elle s applique. Définissez et caractérisez une prise de vue en configuration anti Scheimpflug. Énoncez et démontrez géométriquement la règle de Scheimpflug pour les chambres photographiques. Caractérisez (à l aide de mots, de schémas et de formules) la géométrie de la zone de netteté relative pour une chambre photographique. Montrez que la profondeur de champ est infinie en configuration Scheimpflug lorsque la mise au point est réglée sur l infini. Chapitre 8 : optique physique Définissez le phénomène de diffraction et expliquez comment il se manifeste visuellement en photographie. Énoncez le critère de Rayleigh et expliquez

10 Décrivez l effet de la diffraction sur les ouvertures utiles en photographie argentique. Décrivez l effet de la diffraction sur les ouvertures utiles en photographie numérique. comment il limite le pouvoir séparateur d un instrument d optique. Décrivez l effet de la diffraction sur le pouvoir résolvant des objectifs photo en argentique et en numérique. Décrivez (à l aide de schémas et de mots) les différents états de polarisation de la lumière. Décrivez la polarisation rectiligne de la lumière et expliquez comment il est possible d obtenir de la lumière polarisée rectilignement par réflexion vitreuse. Donnez une application de ce phénomène en photographie. Décrivez la polarisation elliptique de la lumière et expliquez comment il est possible d obtenir de la lumière polarisée elliptiquement. Décrivez la polarisation circulaire de la lumière et expliquez comment il est possible d obtenir de la lumière polarisée circulairement. Décrivez la polarisation rectiligne de la lumière et expliquez comment il est possible d obtenir de la lumière polarisée rectilignement par transmission. Enoncez la loi de Malus. Expliquez en détail une application de la polarisation rectiligne par transmission. Décrivez la polarisation rectiligne de la lumière et expliquez comment il est possible d obtenir de la lumière polarisée rectilignement par diffusion. Donnez un exemple mettant en évidence ce type de polarisation. Caractérisez les pertes de lumière par absorption et par réflexion dans les objectifs photographiques. Expliquez le principe de fonctionnement qualitatif d une couche antireflet. Donnez le principe détaillé de fonctionnement d une couche antireflet. Énoncez en français et en formule la loi de Wien pour une source incandescente. Illustrez la sur un graphique présentant plusieurs courbes d émission, en fonction de la température. Énoncez en français et en formule la loi de Stefan Boltzmann pour une source incandescente. Illustrez la sur un graphique présentant plusieurs courbes d émission, en fonction de la température. Expliquez les principales idées physiques à la base du modèle théorique du corps noir de Planck. Quelles sont les conséquences théoriques directes de la formule de Planck? Définissez la notion d émissivité pour un

11 corps réel, par rapport au corps noir théorique ; de quoi dépend a priori l émissivité? Définissez précisément (avec des mots et un schéma) la notion de corps gris et le facteur de corps gris. Définissez précisément (avec des mots et un schéma) la notion de température de couleur d une source réelle. Définissez les deux échelles permettant de mesurer les températures de couleur des sources. Reliez ces deux échelles l une à l autre par une formule. Donnez la formule permettant de calculer la valeur de correction d un filtre convertisseur de température de couleur. Appliquez cette formule sur un exemple précis Un exercice du type de ceux figurant dans la liste donnée en fin de chapitre.

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