Convertisseurs

Fig. 01 : Nikkor 85 mm f/1.4 Ais et convertisseur Nikon TC-14A.

Un convertisseur arrière est un complément optique qui, associé à un objectif de distance focale donnée, créé une combinaison de distance focale différente. Un convertisseur arrière peut être, soit intégré à demeure au sein même du système optique d’un objectif, soit amovible et donc interchangeable. Cette page est plus particulièrement consacrée à ces convertisseurs accessoires conçus pour être insérés entre un boîtier photographique et son objectif

Un convertisseur peut être de vergence négative ou positive. Dans le premier cas, son grandissement transversal g est supérieur à 1, dans le second cas il est inférieur à 1. La distance focale ƒ’ de l’association [objectif + convertisseur] est égale à celle de l’objectif ƒ0’ multipliée par le grandissement transversal g du convertisseur :

 

ƒ’ = ƒ0’ . g

 

Lorsqu’on associe un convertisseur arrière à un objectif, la pupille d’entrée de ce dernier devient pupille d’entrée de l’association, sans modification de son diamètre Ø (aucun changement n’intervient en amont du diaphragme d’ouverture). Par conséquent, le Nombre d’ouverture N de l’association [objectif + convertisseur] est égale au Nombre d’ouverture N0 de l’objectif multiplié par le grandissement transversal g du convertisseur :

 

N0 = ƒ0’ / Ø

 

N = ƒ’ / Ø = ƒ0’ . g / Ø = N0 . g

 

Ainsi, en associant un convertisseur arrière négatif à un objectif, on dispose d’un ensemble de plus longue distance focale, mais d’ouverture moindre (Nombre d’ouverture N plus élevé). Alors qu’un convertisseur arrière positif forme une combinaison plus lumineuse (Nombre d’ouverture N plus faible), mais de distance focale inférieure.

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1. Convertisseur arrière de vergence négative.

Un convertisseur arrière négatif est un système optique divergent corrigé pour une valeur de grandissement angulaire particulière, inférieure à 1. Son système optique peut être fixe ou mobile. Dans les deux cas, le principe de fonctionnement est identique.

Principe de fonctionnement :

Considérons le système optique du convertisseur Nikon TC-20 (voir figure suivante). Lorsqu’un faisceau de lumière incidente parallèle à l’axe optique pénètre par l’avant du convertisseur, le faisceau émergent à l’arrière est divergent. Le foyer principal image F’ se situe donc à l’avant du système (dans l’espace objet) et aucune image réelle n’est créée. Le foyer principal image F’ est l’image virtuelle d’un point objet situé à l’infini sur l’axe optique. Cette image ne peut être observée que par l’arrière, à travers le convertisseur.

De la même manière, un faisceau de lumière parallèle à l’axe optique pénétrant par l’arrière du convertisseur permet de définir la position du foyer principal objet F à l’arrière du système (dans l’espace image).

Fig. 02 : Système optique et points cardinaux du convertisseur Nikon TC-20.

En considérant toujours le système optique du convertisseur Nikon TC-20, la figure suivante illustre le comportement du faisceau émergent lorsque la convergence du faisceau incident varie.

  • Schéma du haut (rappel). Lorsque les rayons incidents issus d’un point objet C situé à l’infini sur l’axe optique sont parallèles à ce dernier, alors le faisceau émergent est divergent. L’image C’ du point objet C situé à l’infini est virtuelle et se forme en F’ (foyer principal image du système).
  • Cas 1. Lorsque le faisceau incident converge en un point objet C quelconque situé sur l’axe optique au-delà du foyer principal objet F du système, alors le faisceau émergent est divergent. L’image C’ du point objet C est virtuelle et se forme au-delà de F’ (C et C’ sont conjugués).
  • Cas 2. Lorsque le faisceau incident converge précisément au foyer principal objet F du système, alors le faisceau émergent est parallèle à l’axe optique. L’image C’ du point objet C est située à l’infini.
  • Cas 3. Lorsque le faisceau incident converge en un point objet C situé sur l’axe optique en deçà du foyer principal objet F du système, alors le faisceau émergent est convergent. L’image C’ du point objet C est réelle.

Fig. 03 : Comportement d’un faisceau convergent traversant le convertisseur Nikon TC-20.

Intéressons-nous plus particulièrement à ce troisième cas en prenant comme exemple le convertisseur Nikon TC-14A (voir figure suivante). Il est constitué d’un système optique de vergence négative (ƒ’ = -92,2 mm) de foyer principal objet F. Tout rayon incident porté par une droite formant un angle u avec l’axe optique et coupant ce dernier en C (C étant situé en deçà de F) émerge du système sous un angle u’ et coupe l’axe optique en C’. Le point C’ est l’image de C.

Fig. 04 : Principe de fonctionnement du convertisseur arrière négatif (Nikon TC-14A).

Position des plans P et P’ correspondant au grandissement spécifique du convertisseur (g = 1,43).

On définit le grandissement angulaire G du système par la relation :

 

G = u’ / u

 

Les points C et C’ définissent respectivement deux plans, P et P’, perpendiculaires à l’axe optique. Tous les points appartenant à P ont une image correspondante dans P’. Le point D’ appartenant au plan P’ est l’image du point D appartenant au plan P. L’image C’D’ de l’objet CD est plus grande que ce dernier. Le grandissement transversal g du système est défini par le rapport :

 

g = C’D’ / CD

 

Les plans P et P’ étant conjugués, on peut également écrire :

 

g = p’ / p

 

Ces deux rapports sont égaux à l’inverse du grandissement angulaire :

 

g = 1 / G

 

Le grandissement transversal g est positif car image et objet sont de même sens.

Fig. 05 : Nikon TC-14A. Position des plans P et P’ en fonction du grandissement transversal g.

Les plans P et P’ étant liés par la relation de conjugaison objet-image, leur position respective est déterminée par les expressions 1 et 2 qui en découlent (voir figure suivante). À chaque valeur de grandissement transversal g correspond une seule position du plan P et une seule position du plan P’ (le grandissement impose la position de l’objet et de son image).

La position des plans P et P’ du Nikon TC-14A pour les valeurs de grandissement transversal comprises entre g = 1 et g = 2 est représentée graphiquement à la figure suivante.

Fig. 06 : Nikon TC-14A. Position des plans P et P’ en fonction du grandissement transversal g (courbes caractéristiques de grandissement).

En général, un convertisseur est corrigé pour une valeur de grandissement particulière que nous appellerons “grandissement spécifique”. Le grandissement spécifique et la position des plans P et P’ sont les grandeurs fondamentales du convertisseur : elles déterminent sa position au sein du système [objectif-plan image] lorsqu’il est en configuration de mise au point à l’infini.

Le grandissement transversal spécifique du Nikon TC-14A est g = 1,43 (grandissement angulaire G = 0,70). Sa distance focale impose la position des plans conjugués P et P’, et les caractéristiques du système déterminent l’écart ∆P = 16 mm.

Le grandissement transversal spécifique g d’un convertisseur arrière est gravée sur son barillet sous forme d’un “coefficient multiplicateur” arrondi (par exemple “1,4x” pour g = 1,43).

Fig. 07 : Nikon 50mm f/1.8 seul, et associé au convertisseur Nikon TC-14A.

En positionnant le système optique d’un convertisseur de vergence négative à l’arrière d’un objectif de manière à ce que l’image issue de ce dernier coïncide avec le plan P, on obtient une nouvelle image dans le plan P’ agrandie d’un coefficient égal au grandissement transversal g du convertisseur.

Les plans P et P’ déterminent la position respective des faces d’appui des montures frontale et arrière du convertisseur après report du tirage mécanique approprié. À tirage mécanique constant, la distance entre les faces d’appui des montures du convertisseur est strictement égale à ∆P.

Lorsque l’association [objectif + convertisseur] est en configuration de mise au point à l’infini, le foyer principal image Fo’ de l’objectif appartient au plan P, et le foyer principal image F’ de l’association appartient au plan P’.

Le convertisseur arrière modifie l’angle au sommet du cône utile émergent du système auquel il est associé d’un facteur égal à son grandissement angulaire G. Or, cet angle conditionne :

  • la position du point principal image du système, donc sa distance focale ;
  • l’ouverture géométrique du système (voir figure ci-dessus).

 

On a ƒ’association = ƒ’objectif / G = ƒ’objectif x g

 

et Nassociation = Nobjectif / G = Nobjectif x g

 

Pour l’exemple présenté, on peut écrire :

 

ƒ’association = 51,6 / 0,70 = 51,6 x 1,43 = 73,9 mm

 

et Nassociation = 1,8 / 0,70 = 1,8 x 1,43 = 2,6

 

Que ce passe-t-il lorsque le système n’est pas en configuration de mise au point à l’infini ?

Le système optique du convertisseur étant fixe, les plans P (image issue de l’objectif) et P’ (récepteur) sont immuables. L’objectif assure la mise au point en réalisant la conjugaison entre le plan objet et le plan P ; et le convertisseur réalise la conjugaison entre le plan P et le plan P’ sur lequel il créé l’image finale. Pour les objets situés dans le plan de mise au point, le grandissement transversal de l’association est donc toujours égal au produit du grandissement transversal de l’objectif (à la distance de mise au point considérée) par le grandissement transversal spécifique du convertisseur.

Fig. 08 : Nikon 50mm f/1.8 seul, et associé au convertisseur Nikon TC-14A.

Comparaison des grandissements transversaux à la distance de mise au point mini.

Par contre, le foyer principal image Fo’ de l’objectif n’appartient au plan P que lorsque l’association est en configuration de mise au point à l’infini. Lorsque le plan objet se rapproche, le système optique de l’objectif avance pour maintenir la conjugaison plan objet-plan P, entraînant avec lui son foyer principal image Fo’. Ce dernier n’appartenant plus au plan P, son image F’ ne se forme plus dans le plan P’. Pour le couple de points Fo’ et F’ le grandissement n’est pas égal au grandissement spécifique du convertisseur.

Fig. 09 : Nikon 50mm f/1.8 associé au convertisseur arrière négatif Nikon TC-14A.

Distance focale à l’infini et à la distance de mise au point mini.

Remarque :

La distance de mise au point mini effective de l’association [objectif + convertisseur] est égale à la distance de mise au point mini de l’objectif augmentée de la distance ∆P.

Dans l’exemple illustré ci-dessus, le foyer principal image Fo’ de l’objectif avance de 7,7 mm à la distance de mise au point mini. Pour le couple de points Fo’ et F’, le grandissement vaut g = 1,28 (voir figure suivante).

Fig. 10 : Nikon TC-14A. Courbes caractéristiques de grandissement.

Grandissement transversal pour le couple de points Fo’ et F’

(objectif en position avancée de 7,7 mm correspondant à la configuration de mise au point mini – faisceau pénétrant dans l’objectif collimaté).

Le tracé de rayons confirme cette valeur. L’illustration suivante est construite selon le même principe que la figure 4, mais les points de convergence C et D des faisceaux incidents ont été déplacés de 7,7 mm vers l’avant. Le rapport de la dimension de l’image C’D’ sur la dimension de l’objet CD (grandissement transversal) est maintenant égal à g = 1,28. Le rapport des angles d'ouverture des cônes émergent et incident (grandissement angulaire) est égal à G = 0,78.

Fig. 11 : Nikon TC-14A. Faisceaux incidents (axial et incliné) convergents en C et D en avant du plan P.

Contrairement aux points appartenant aux plans P et P’ pour lesquels le grandissement du convertisseur est constant et égal au grandissement spécifique, le grandissement du convertisseur pour le couple de points Fo’ et F’, varie avec la position du foyer principal image Fo’ de l’objectif, donc avec la distance de mise au point. Ainsi, la distance focale de l’association varie continument avec la distance de mise au point. Ceci est vrai quel que soit le système optique de l’objectif et quel que soit son principe de mise au point.

Dans notre exemple, lorsque l’objectif est en configuration de mise au point à la distance mini, la distance focale de l’association [objectif + convertisseur] est ƒ’ = 51,6 x 1,28 = 66,0 mm.

L’analyse des positions relatives des points cardinaux de l’objectif et du convertisseur conduit aux mêmes résultats.

Fig. 12 : Association [Nikon 50mm f/1.8 + convertisseur Nikon TC-14A].

Remarque :

Le système optique du convertisseur Nikon TC-14A commercialisé n’est pas rigoureusement conforme au système proposé en exemple dans le brevet. Le ∆P réel du Nikon TC-14A est égal à 17 mm.

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L’illustration suivante présente le système optique du convertisseur Nikon TC-20. Sa distance focale (ƒ’ = -96,6 mm) est du même ordre de grandeur que celle du TC-14A (ƒ’ = 92,2 mm). Il n’y a pas de relation directe entre le grandissement spécifique d’un convertisseur et sa distance focale.

Fig. 13 : Principe de fonctionnement du convertisseur arrière négatif Nikon TC-20.

Position des plans P et P’ correspondant au grandissement spécifique g = 2.

L’illustration suivante illustre l’effet du convertisseur Nikon TC-20 sur le faisceau axial d’ouverture maxi traversant l’objectif Micro-Nikkor 105 mm f/2.8 VR.

Fig. 14 : Association [AF-S VR Micro-Nikkor 105 mm f/2.8G + convertisseur TC-20].

Conclusion :

Pour une association [objectif + convertisseur arrière de vergence négative], le grandissement des points images conjugués des points objets situés dans le plan de mise au point est toujours égal au produit du grandissement de l’objectif (à la distance de mise au point considérée) par le grandissement transversal spécifique du convertisseur (coefficient multiplicateur).

La distance focale de l’association est égale au produit de la distance focale de l’objectif par le grandissement transversal spécifique du convertisseur (coefficient multiplicateur) uniquement lorsque le système est en configuration de mise au point à l’infini. À distance de mise au point finie, le grandissement transversal appliqué aux foyers diminue, réduisant d’autant la distance focale de l’association.

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2. Convertisseur arrière de vergence positive.

Un convertisseur arrière positif est un système optique convergent corrigé pour une valeur de grandissement angulaire particulière, supérieure à 1.

Principe de fonctionnement (voir figure suivante) :

Soit un système de vergence positive de foyer principal image F’. Tout rayon incident porté par une droite formant un angle u avec l’axe optique et coupant ce dernier en C (C étant situé en deçà de F’) émerge du système sous un angle u’ et coupe l’axe optique en C’. Le point C’ est l’image de C.

Fig. 15 : Principe de fonctionnement d’un convertisseur arrière positif (étude Minolta).

Position des plans P et P’ correspondant au grandissement transversal spécifique (g = 0,70).

On définit le grandissement angulaire G du système par la relation :

 

G = u’ / u

 

Les points C et C’ définissent respectivement deux plans, P et P’, perpendiculaires à l’axe optique. Tous les points appartenant à P ont une image correspondante dans P’. Le point D’ appartenant au plan P’ est l’image du point D appartenant au plan P. L’image C’D’ de l’objet CD est plus petite que ce dernier. Le grandissement transversal g du système est défini par le rapport :

 

g = C’D’ / CD

 

Les plans P et P’ étant conjugués, on peut également écrire :

 

g = p’ / p

 

Ces rapports sont égaux à l’inverse du grandissement angulaire :

 

g = 1 / G

 

Le grandissement transversal g est positif car image et objet sont de même sens.

Les plans P et P’ étant liés par la relation de conjugaison objet-image, leur position respective est déterminée par les expressions 1 et 2 qui en découlent (voir figure suivante). À chaque valeur de grandissement transversal g correspond une seule position du plan P et une seule position du plan P’ (le grandissement impose la position de l’objet et de son image).

La position des plans P et P’ du convertisseur Minolta choisi comme exemple pour les valeurs de grandissement transversal comprises entre g = 0,5 et g = 1 est représentée graphiquement à la figure suivante.

Fig. 16 : Convertisseur arrière positif 0,7x (étude Minolta).

Position des plans P et P’ en fonction de grandissement transversal g (courbes caractéristiques de grandissement).

En général, un convertisseur n’est corrigé que pour son grandissement spécifique. Le grandissement spécifique et la position des plans P et P’ sont les grandeurs fondamentales du convertisseur : elles déterminent sa position au sein du système [objectif-plan image] lorsqu’il est en configuration de mise au point à l’infini.

Le grandissement transversal spécifique du convertisseur Minolta pris pour exemple est g = 0,7 (grandissement angulaire G = 1,43). Sa distance focale impose la position des plans conjugués P et P’, et les caractéristiques du système déterminent l’écart ∆P = 4.5 mm.

Le grandissement transversal spécifique g d’un convertisseur arrière est gravée sur son barillet sous forme d’un “coefficient multiplicateur” arrondi (par exemple “0,7x”).

Fig. 17 : Minolta 50mm f/1.4 seul, et associé au convertisseur arrière positif 0.7x.

En positionnant le système optique d’un convertisseur de vergence positive à l’arrière d’un objectif de manière à ce que l’image issue de ce dernier coïncide avec le plan P, on obtient une nouvelle image dans le plan P’ réduite d’un coefficient égal au grandissement transversal g du convertisseur.

Lorsque l’association [objectif + convertisseur] est en configuration de mise au point à l’infini, le foyer principal image Fo’ de l’objectif appartient au plan P, et le foyer principal image F’ de l’association appartient au plan P’.

Le convertisseur arrière modifie l’angle au sommet du cône utile émergent du système auquel il est associé d’un facteur égal à son grandissement angulaire G. Or, cet angle conditionne :

  • la position du point principal image du système, donc sa distance focale ;
  • l’ouverture géométrique du système (voir figure ci-dessus).

 

On a ƒ’association = ƒ’objectif / G = ƒ’objectif x g

 

et Nassociation = Nobjectif / G = Nobjectif x g

 

Pour l’exemple présenté, on peut écrire :

 

On a ƒ’association = 52 / 1,43 = ƒ’objectif x 0,70 = 36,4 mm

 

et Nassociation = 1,4 / 1,43 = 1,4 x 0,70 = 1.0

 

Les contraintes d’utilisation d’un convertisseur positif sont importantes :

  • le tirage optique de l’association étant inférieur à celui de l’objectif seul, il n’est pas possible de conserver la même valeur de tirage mécanique.
  • les aberrations induites par la forte ouverture numérique résultante imposent de limiter la taille du cercle image et, par conséquent, l’angle de champ.

Que ce passe-t-il lorsque le système n’est pas en configuration de mise au point à l’infini ?

Le système optique du convertisseur étant fixe, les plans P (image issue de l’objectif) et P’ (récepteur) sont immuables. L’objectif assure la mise au point en réalisant la conjugaison entre le plan objet et le plan P ; et le convertisseur réalise la conjugaison entre le plan P et le plan P’ sur lequel il créé l’image finale. Pour les objets situés dans le plan de mise au point, le grandissement transversal de l’association est donc toujours égal au produit du grandissement transversal de l’objectif (à la distance de mise au point considérée) par le grandissement transversal spécifique du convertisseur.

Fig. 18 : Minolta 50mm f/1.4 seul, et associé au convertisseur arrière positif 0.7x.

Comparaison des grandissements transversaux à la distance de mise au point mini.

Par contre, le foyer principal image Fo’ de l’objectif n’appartient au plan P que lorsque l’association est en configuration de mise au point à l’infini. Lorsque le plan objet se rapproche, le système optique de l’objectif avance pour maintenir la conjugaison plan objet-plan P, entraînant avec lui son foyer principal image Fo’. Ce dernier n’appartenant plus au plan P, son image F’ ne se forme plus dans le plan P’. Pour le couple de points Fo’ et F’ le grandissement n’est pas égal au grandissement spécifique du convertisseur.

Fig. 19 : Minolta 50mm f/1.4 associé au convertisseur arrière positif 0.7x.

Distance focale à l’infini, et distance focale à la mise au point mini.

Remarque :

La distance de mise au point mini effective de l’association [objectif + convertisseur] est égale à la distance de mise au point mini de l’objectif diminuée de la distance ∆P.

Dans l’exemple illustré ci-dessus, le foyer principal image Fo’ de l’objectif avance de 7,7 mm à la distance de mise au point mini. Pour le couple de points Fo’ et F’, le grandissement vaut g = 0,76 (voir figure suivante).

Fig. 20 : Convertisseur arrière positif 0,7x (étude Minolta). Courbes caractéristiques de grandissement.

Grandissement transversal pour le couple de points F0’ et F’

(objectif en position avancée de 7,7 mm correspondant à la configuration de mise au point mini – faisceau pénétrant dans l’objectif collimaté).

Le tracé de rayons confirme cette valeur. L’illustration suivante est construite selon le même principe que la figure 15, mais les points de convergence C et D des faisceaux incidents ont été déplacés de 7,7 mm vers l’avant. Le rapport de la dimension de l’image C’D’ sur la dimension de l’objet CD (grandissement transversal) est maintenant égal à g = 0,76. Le rapport des angles d’ouverture des cônes émergent et incident (grandissement angulaire) est égal à G = 1,31.

Fig. 21 : Convertisseur arrière positif 0,7x (étude Minolta).

Faisceaux incidents (axial et incliné) convergents en C et D en avant du plan P.

Contrairement aux points appartenant aux plans P et P’ pour lesquels le grandissement du convertisseur est constant et égal au grandissement spécifique (objets situés dans le plan de mise au point), le grandissement du convertisseur pour le couple de points Fo’ et F’, varie avec la position du foyer principal image Fo’ de l’objectif, donc avec la distance de mise au point. Ainsi, la distance focale de l’association varie continument avec la distance de mise au point. Ceci est vrai quel que soit le système optique de l’objectif et quel que soit son principe de mise au point.

Dans notre exemple, lorsque l’objectif est en configuration de mise au point à la distance mini, la distance focale de l’association [objectif + convertisseur] est ƒ’ = 52.0 x 0,76 = 39,7 mm.

L’analyse des positions relatives des points cardinaux de l’objectif et du convertisseur conduit aux mêmes résultats.

Fig. 22 : Association [Minolta 50mm f/1.4 + convertisseur arrière positif 0,7x]. Points cardinaux des éléments de l’association.

Conclusion :

Pour une association [objectif + convertisseur arrière de vergence positive], le grandissement des points images conjugués des points objets situés dans le plan de mise au point est toujours égal au produit du grandissement de l’objectif (à la distance de mise au point considérée) par le grandissement transversal spécifique du convertisseur (coefficient multiplicateur).

La distance focale de l’association est égale au produit de la distance focale de l’objectif par le grandissement transversal spécifique du convertisseur (coefficient multiplicateur) uniquement lorsque le système est en configuration de mise au point à l’infini. À distance de mise au point finie, le grandissement transversal appliqué aux foyers augmente, amplifiant la distance focale de l’association.

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3. Convertisseur arrière mixte (vergence négative).

Un convertisseur arrière mixte est un système optique comprenant deux convertisseurs élémentaires. La vergence du premier est négative, celle du second est positive. La vergence du premier étant plus forte (en valeur absolue) que celle du second, l’ensemble est de vergence négative. À nombre d’éléments égal, ce type de combinaison offre, en théorie, plus de liberté dans la correction des aberrations qu'un convertisseur négatif simple.

Le convertisseur Nikon TC-300 (TC-301 en version Ais) est un bon exemple de convertisseur mixte (voir figure suivante). L’image issue de l’objectif (plan P) se forme entre les deux convertisseurs élémentaires. L’image finale (plan P’) est à plus de 83 mm du plan P : un convertisseur mixte est plus encombrant qu’un convertisseur négatif classique.

Fig. 23 : Système optique du Nikon TC-300/TC-301.

Position des plans P et P’ correspondant au grandissement spécifique du convertisseur.

Chacun des deux convertisseurs élémentaires fonctionne selon le même principe qu’un convertisseur classique. Le grandissement global d’un convertisseur mixte est égal au produit des grandissements de chacun de ses convertisseurs élémentaires.

Fig. 24 : Convertisseur Nikon TC-300/TC-301.

Grandissement de chacun des deux convertisseurs élémentaires, et grandissement global.

Optimisé pour les objectifs de distance focale égale ou supérieure à 300 mm, ce convertisseur ne convient qu’aux systèmes dont le tirage optique est au moins égal à 70 mm.

Fig. 25 : Nikkor-ED 300 mm f/4.5 associé au convertisseur Nikon TC-300.

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4. Convertisseur arrière à grandissement variable (vergence négative).

Les convertisseurs arrières à grandissement variable (de vergence positive ou négative) sont généralement intégrés à demeure au sein même du système optique de certains téléobjectifs. Leur capacité à déplacer le foyer principal image du système auquel ils sont intégrés est intéressante car elle permet d’effectuer la mise au point par de faibles déplacements d’éléments de dimensions réduites. Ils peuvent être mono ou, plus souvent, multi groupes (certains groupes pouvant être mobiles et d’autres fixes). À ma connaissance, il n’existe qu’un convertisseur arrière à grandissement variable de type complément optique amovible (objet de cette page) : le Nikon TC-16A.

Le Nikon TC-16A est un convertisseur de vergence négative de coefficient multiplicateur nominal 1,6x (de conception très similaire à celle du TC-14A). Son système optique est mobile le long de l’axe optique et motorisé de manière à transformer tout objectif à mise au point manuelle de distance focale comprise entre 24 et 300 mm et de Nombre d’ouverture N égal ou inférieur à N = 2 en un objectif autofocus.

Remarque :

Le convertisseur Nikon TC-16A, introduit en 1986, est compatible avec de nombreux boîtiers autofocus de la marque. Son système optique est identique au TC-16 commercialisé trois ans plus tôt, mais compatible uniquement avec le boîtier Nikon F3AF.

Principe de fonctionnement :

Le grandissement spécifique du convertisseur impose la position des plans P (image issue de l’objectif) et P’ (récepteur) et, par conséquent, la position des faces d’appui de ses deux montures. Réciproquement, la position du système optique du convertisseur par rapport aux plans P et P’ détermine son grandissement. En donnant au système la possibilité de se mouvoir le long de l’axe optique, on créé un système à grandissement variable.

La figure suivante présente le système optique du Nikon TC-16A. L’objectif (non représenté) est supposé inerte en configuration de mise au point à l’infini. Le plan P’ étant fixe par rapport à la face d’appui du boîtier, toute translation du système optique du convertisseur induit un déplacement dans le même sens du plan conjugué P. Durant le processus, le grandissement varie puisque la position du système par rapport aux plans conjugués varie.

Principe de fonctionnement du convertisseur arrière mobile Nikon TC-16A.

Fig. 26-1 : Position avancée - grandissement g = 1,60.

Fig. 26-2 : Position reculée - grandissement g = 1,54.

Les courbes caractéristiques de grandissement du Nikon TC-16A sont représentées figure suivante, ainsi que son système optique en position avancée (en haut) et reculée (en bas). L’amplitude maxi de translation est de 4,2 mm environ. En position avancée, la conjugaison du plan P (image issue de l’objectif en configuration de mise au point à l’infini) et du plan P’ (récepteur, fixe) s’effectue avec le grandissement transversal g = 1,60. Cette configuration (effective uniquement lorsque l’objectif est en position de mise au point à l’infini) correspond au grandissement spécifique du convertisseur.

Fig. 27 : Nikon TC-16A. Courbes caractéristiques de grandissement.

Le déplacement du système optique du convertisseur vers l’arrière réduit d’autant la valeur de p’ (distance H’C’), ce qui induit une diminution de la valeur de p (distance HC) et une réduction du grandissement transversal g. Le recul du plan P conjugué de P’ est directement proportionnel au déplacement vers l’arrière du système optique du convertisseur (voir figure ci-contre). Au regard de l’objectif, ce recul du plan P a pour effet de rapprocher le plan objet conjugué (plan de mise au point). En résumé, le déplacement du système optique du convertisseur vers l’arrière, induit un rapprochement du plan de mise au point.

Fig. 28 : Nikon TC-16A.

Déplacement du plan P en fonction du déplacement

du système optique du convertisseur.

Les courbes caractéristiques de grandissement du Nikon TC-16A sont représentées figure suivante, ainsi que son système optique en position avancée (en haut) et reculée (en bas). L’amplitude maxi de translation est de 4,2 mm environ. En position avancée, la conjugaison du plan P (image issue de l’objectif en configuration de mise au point à l’infini) et du plan P’ (récepteur, fixe) s’effectue avec le grandissement transversal g = 1,60. Cette configuration (effective uniquement lorsque l’objectif est en position de mise au point à l’infini) correspond au grandissement spécifique du convertisseur.

Fig. 29 : Nikon TC-16A.

Plage des distances de mise au point couverte par la seule action du convertisseur en fonction de la distance focale de l’objectif

(pour deux configurations de mise au point de l’objectif).

La plage des distances de mise au point couverte par le seul déplacement du système optique du convertisseur est représentée graphiquement ci-dessus, à gauche. On remarque que la translation maxi du système (limitée à 4,2 mm) est assez restrictive pour les objectifs de longue distance focale.

Bien entendu, cette plage peut être décalée vers le bas à tout moment en agissant sur la bague des distances de l’objectif, mais la mise au point sur l’infini ne sera, dès lors, plus possible par la seule action du convertisseur (voir ci-dessus, à droite).

Selon la configuration de mise au point de l’objectif et la position du système optique du convertisseur, un même objet peut être photographié à différentes valeurs de grandissement.

Voir un exemple d'association (avec analyse par les points cardinaux) sur cette page.

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PT, le 14 juin 2017.

Pierre Toscani (2008-2016) • Photos, textes et illustrations ne sont pas libres de droits