Non, il n'est pas possible d'utiliser n'importe quel objectif sur n'importe quel appareil photo. Outre les problèmes de monture physique et de tirage optique, il faut aussi prendre en compte le cercle de couverture de l'optique et la taille du capteur de l'appareil que l'on souhaite utiliser. Dans cet article nous éclaircissons la notion de cercle de couverture.

Définition

Le cercle de couverture est la zone circulaire (comme son nom l’indique) dans laquelle un capteur peut être placé pour effectuer une image.

Cercle de couverture et capteur.

Pourquoi les lentilles sont-elles circulaires si les capteurs sont rectangulaires ?

Voilà, en substance, la question qu’il faut se poser pour comprendre l’existence d’un "cercle" de couverture et non pas d’un rectangle de couverture. Effectivement : les capteurs photographiques étant tous rectangulaires, pourquoi s’obstiner à faire des objectifs cylindriques ?

La première réponse possible est liée aux propriétés optiques du système. Dans l’exemple simple d’une limite de diffraction pour le système, il faut savoir qu’une pupille de système rectangulaire limiterait davantage la résolution verticalement qu’horizontalement dans l’image finale. Un effet pas vraiment voulu quand les pixels sont carrés. Certaines aberrations optiques sont aussi réduites par la symétrie de révolution du système.

Deuxième réponse possible, le processus de fabrication : le fait que les lentilles soient à symétrie de révolution facilite beaucoup le polissage et l’assemblage. Certaines étapes du processus, comme l’application d’une couche antireflet noire sur les bords des lentilles, sont très simple sur des systèmes cylindriques, beaucoup moins dans le cas rectangulaire.

Enfin, l’assemblage en objectifs est facilité. La mise au point peut ainsi se faire facilement par rotation de l’optique (qui est à symétrie de révolution), un système beaucoup plus simple que celui qu’il faudrait construire pour des lentilles rectangulaires.

Cercle de couverture et optimisation des optiques

Le cercle de couverture est le cercle d’image pour lequel l’optique a été conçue et, en particulier, pour lequel la qualité d’image sera maximale. Il est possible d’observer de la lumière en dehors de ce cercle, mais la qualité optique ne sera pas forcément au rendez-vous.

Objectif APS-C utilisé sur un capteur plein format.

Recadrage à 100 % sur un coin de l’image. La résolution s’effondre et le vignettage est assez prononcé.

Les concepteurs ont veillé à ce que la résolution et les aberrations soient contrôlées sur cette zone de l’image. Certains objectifs transmettent de la lumière sur un cercle un peu plus grand que leur cercle de couverture, et certains zooms APS-C se retrouvent ainsi partiellement utilisables sur capteur plein format, au prix néanmoins d’une très mauvaise qualité optique sur les coins de l’image.

Impact pour le photographe

Utiliser de petits cercles de couverture sur de grands capteurs

Des testeurs cherchent parfois à vérifier si certaines optiques APS-C sont aussi utilisables sur plein format. Le plus souvent, les résultats sont mitigés : vignetage très marqué et résolution en périphérie d’image mauvaise, comme on a pu l’observer sur les exemples précédents.

Ce comportement n’est pas du tout surprenant puisque tout système optique voit ses performances dégradées en s’éloignant du centre. Les concepteurs optiques travaillent à optimiser le comportement de l’optique pour l’image finale et ils ignorent donc ce qui se passe en dehors du cercle de couverture.

Employer de grands cercles de couverture sur de petits capteurs

Nous avons vu qu’il n’était pas réellement possible d’utiliser des optiques à petit cercle de couverture sur des capteurs plus grands (optique APS-C sur capteur 24 x 36, par exemple). Est-il possible de faire le contraire ? La réponse est oui, avec un petit prix à payer tout de même.

Petit capteur et grand cercle de couverture.

Du point de vue de l’optique, si l’optique avait une résolution infinie, quelle que soit la taille du capteur utilisé, les performances obtenues devraient être les mêmes, au prix seulement d’un facteur de recadrage. Ce recadrage dépend de la taille comparée des deux capteurs, et il s’explique par le fait qu’on recadre dans le cercle de couverture de l’objectif pour ne garder qu’une partie centrale de l’image possible. Ci-dessous, une table donne les facteurs de recadrage pour les principaux formats d’image avec le 24 x 36 comme référence.

Capteur 6x7 645 24x36 APS-C 4/3
Recadrage 0.5 0.62 1 1.5 2

Visuellement, sur l'image précédente, on observerait ceci :

Recadrage pour différentes tailles de capteur.

En pratique, les optiques n’ont pas une résolution infinie. Elles sont, au minimum, limitées par la diffraction, et souvent aussi limitées par des aberrations optiques. Or, plus on recadre dans le cercle de couverture (plus on utilise un capteur petit), plus l’optique doit être performante pour maintenir un niveau de résolution donné. Pour un capteur 24 x 36 de 24 MPx, un pixel mesure 6 microns de côté, alors qu’un capteur APS-C de résolution équivalente aura des pixels plus petits, de l’ordre de 4 microns. Qui dit pixel plus petit dit plus grande exigence sur le pouvoir de résolution de l’optique.

Il est donc possible d’utiliser une optique avec un capteur plus petit que son cercle de couverture, mais cela ne lui rendra peut-être pas justice.

Bien que moins importante, il convient de noter que les dimensions des optiques sont proportionnelles aux dimensions des capteurs associés. Si vous recherchez de la compacité, les optiques pour des plus grands formats sont en général un mauvais choix.

Un cas très particulier : les objectifs "tilt-shift"

Les objectifs tilt-shift sont assez particuliers, puisque leur cercle de couverture est volontairement plus grand que les capteurs auxquels ils sont destinés. En effet, la bascule ou le décentrement permettent de n’observer qu’une partie du cercle de couverture prévu. Dans le cas du décentrement de l’objectif, le cercle de couverture est décentré, ce qui se traduit par un déplacement du cadrage de l’image. Dans le cas de la bascule, il est incliné par rapport à l'axe, souvent pour produire un effet de miniature.

Annexe : les cercles de couverture standard et les appellations associées

Canon Nikon Sony Pentax Fuji Olympus Panasonic Leica
4/3 - - - - - M Zuiko Lumix G DG
APS-C EF-S, EF-M DX E DA XF - - T
24x36 EF FX FE DFA - - - M, SL
645 - - - DFA645 GF - - S
Timothée Cognard

Ingénieur en Optique de formation, photographe de coeur... Collectionneur compulsif de focales fixes. Ses publications 

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