Dans mon article précédentj'ai discuté de l'impact de la conception d'éléments en verre dans appareil photo du téléphone lentilles. Ici, je vais examiner une autre énigme concernant les objectifs de téléphone, celle des objectifs « téléobjectifs » pour smartphone.

Encore une fois, nous commençons par la limite absolue de la capacité de résolution d'un objectif, qui est la limite de diffraction fournie par le diamètre de la pupille d'entrée (ouverture) de 5 mm, dictée par les exigences de finesse d'un téléphone. La limite de résolution angulaire de 0,008° est calculée à partir de cette pupille d'entrée et de la longueur d'onde de la lumière visible.

En pratique, le plus petit angle de vue total d'un tel objectif est d'environ 10° si l'on veut produire une image de 1K pixels, quelle que soit la taille du capteur. Cela correspond à une distance focale « plein format » de 200 mm, ce qui est utilement « long », mais ne permettra jamais d'attirer des sujets éloignés. Cette limitation est entièrement due à la taille de l’ouverture de l’objectif.

Examinons donc maintenant deux solutions de conception différentes pour fournir une capacité « équivalente à 200 mm » dans un téléphone mobile. La première consiste simplement à utiliser un très petit capteur d’image derrière l’objectif. Des tailles de pixels d'environ 1,3 microns peuvent produire de très bons résultats avec la technologie moderne, et un capteur 1K ainsi équipé aurait un diamètre d'environ 1,3 mm, ce qui, dans la terminologie de la taille des capteurs, est de « type 1/10 ». La distance focale nécessaire pour produire un angle de vue de 10° sur un tel capteur est de 7,4 mm, ce qui pourrait être installé dans les limites de l'espace disponible. Par ailleurs, cet objectif aurait un nombre f de 1,5, ce qui est tout à fait réalisable pour un objectif bien corrigé.

La deuxième solution consiste à utiliser un objectif « périscope », dans lequel un miroir ou un prisme derrière le ou les éléments avant de l'objectif fait tourner le reste de l'objectif de 90° afin qu'il repose latéralement à l'intérieur du téléphone. Notez qu'il ne permet pas une pupille d'entrée plus grande, puisque sa taille est limitée par le prisme/miroir, qui à son tour est dicté par l'exigence de minceur. Mais la conception du périscope permet une structure de lentille plus longue, un capteur plus grand pourrait donc être spécifié. Supposons qu'un capteur de « type 1/2,4 », de 6 mm de diamètre, doive être utilisé. Pour donner un angle de vue de 10°, une distance focale de 34 mm est nécessaire, qui peut être emballée dans le tube périscope. L'objectif aura un nombre f de 6,8.

Une conception périscope permet un objectif plus long dans une contrainte de finesse. Mais il existe d’autres moyens de fournir un angle de vue étroit, qui peuvent s’avérer être une meilleure solution globale.

En termes optiques, aucune des deux solutions n’est meilleure que l’autre. Les deux collectent la même quantité de lumière sous le même angle de vue et utilisent le même taux d’échantillonnage angulaire. Ce qui est le mieux dépend de préoccupations pratiques. Le petit capteur peut avoir un problème avec les capacités de saturation limitées de ses petits pixels limitant l'utilisation de temps de pose allongés. Mais cela pourrait être atténué en composant plusieurs expositions. Sans passer par un cycle de conception et évaluer les résultats, toute détermination quant à ce qui donnerait les meilleurs résultats serait purement spéculative.

Il est cependant probable que le petit appareil photo serait moins cher à fabriquer et plus facile à intégrer dans le téléphone, ce qui explique peut-être pourquoi les objectifs de téléphone de type périscope ne semblent pas avoir pris de l'ampleur.

D’autant plus qu’il existe une solution qui les surpasse tous les deux.

La pupille d'entrée disponible de l'objectif et la résolution angulaire qui en résulte déterminaient la taille des pixels du petit capteur. La taille du capteur était limitée par l'angle de vue de 10°. Placer les petits pixels sur un capteur suffisamment grand pour donner un angle de vue « normal » avec l'objectif fournirait une solution plus flexible permettant à la fois les options « téléobjectif » et « normal ». Bien sûr, un tel capteur contiendrait beaucoup de pixels, peut-être 48 millions d'entre eux – mais ce n'est pas rare de nos jours et les responsables marketing pourraient y voir un avantage.

Il y a une autre leçon à tirer de toute cette discussion. Si vous souhaitez capturer des sujets éloignés avec beaucoup de détails, l'objectif a besoin d'une grande pupille d'entrée, plus elle est grande, mieux c'est. C'est pourquoi les grands stades sportifs ont tendance à être encerclés par des photographes utilisant des objectifs dotés d'une pupille d'entrée de 150 mm.

Bob Newman est actuellement professeur d'informatique à l'Université de Wolverhampton. Il travaille depuis 35 ans dans la conception et le développement d'équipements de haute technologie et deux de ses produits ont remporté des prix d'innovation. Bob est également un passionné d'appareil photo et un photographe amateur passionné.

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