Quand un rayon lumineux traverse une lentille, sa direction est modifiée à cause de la réfraction. Tous les rayons lumineux perpendiculaires au plan de la lentille convergent, après l'avoir traversée, en un point situé sur l'axe passant par le centre de la lentille, et perpendiculaire au plan de celle-ci. La distance entre ce point et le centre de la lentille est appelé la distance focale. C'est la caractéristique optique fondamentale de la lentille.
Etant donné un point dont la distance d au plan de la lentille est supérieure à la distance focale f, tous les rayons lumineux émanant de ce point vont, après traversée de la lentille, converger (à peu près) en un point situé à distance d' du plan de la lentille. C'est la propriété de focalisation.
Soit h et h' les distances à l'axe du point source et du point de convergence respectivement. En faisant l'approximation que l'épaisseur de la lentille est nulle, le rayon passant par le centre de la lentille est rectiligne, et la similitude des triangles donne les égalités suivantes:
(d' - f) / h' = f / h et d' / h' = d / h.
On en déduit que
d' = d f / (d - f)
et
h' = h f / (d - f).
Donc un objet situé à distance d va se projeter sur une image inversée à distance d', dont la taille sera multipliée par un facteur f / (d - f). On a trois cas:
Dans un appareil photographique, on place le film à distance d' du plan de la lentille. La focalisation de l'image est l'opération de réglage de d' en fonction de la distance d de la scène.
En pratique on peut avoir quelques petits problèmes:
Trois paramètres contrôlent l'exposition du film lors d'une prise de vue: le rayon d'ouverture de l'iris, la durée d'exposition, et la sensibilité du film.
En réglage manuel, l'ouverture de l'iris est contrôlée par une graduation dont les valeurs 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, progressant en suite géométrique avec facteur racine de 2, sont inversement proportionnelles au rayon d'ouverture de l'iris. Donc quand on passe d'une valeur à celle immédiatement supérieure (de 4 à 5.6 par exemple), le rayon d'ouverture de l'iris est divisé par racine de 2, c.-à-d. la surface d'ouverture est divisée par 2: le film reçoit donc 2 fois moins de lumière.
La sensibilité du film est inversement proportionelle à la quantité de lumière nécessaire pour l'impressioner. Donc à pour une illumination donnée constante dans le temps, l'impression du film sera déterminée par le produit
surface d'ouverture de l'iris × durée d'exposition × sensibilité du film.
Donc si l'on double la sensibilité du film, il faudra soit diviser par 2 la durée d'exposition, soit passer à la valeur immédiatement supérieure de la graduation d'ouverture de l'iris (par exemple de 4 à 5.6).
Il y a deux normes pour la mesure de la sensibilité d'un film. La norme américaine ASA utilise une échelle linéaire; donc un film 200 ASA est 2 fois plus sensible qu'un film 100 ASA. La norme allemande DIN utilise une échelle logarithmique indiquée en degrés, ou 1° correspond à un facteur de racine cubique de 2; donc une augmentation de 3° indique un doublement de la sensibilité. On a les correspondances suivantes entre les deux normes:
21° DIN = 100 ASA,
22° DIN = 125 ASA,
23° DIN = 160 ASA,
24° DIN = 200 ASA, etc.
La norme internationale ISO combine les normes ASA et DIN; l'écriture ISO 100/21 désigne 100 ASA et 21° DIN.
Il faut noter qu'un film de sensibilité supérieure coûte plus cher, et utilise un plus gros grain, ce qui implique une plus faible résolution: les détails les plus fins de la scène ne seront plus visibles sur la photo.
Le système de balayage par rayon lumineux utilisé pour afficher les images sur un écran induit un scintillement. Pour éviter que celui-ci n'influe sur la prise de vue, il faut que le temps d'exposition soit au moins le double de la période de ce scintillement.
J.C. Russ propose de prendre un appareil avec distance focale de 35 mm, un film 100 ASA, et de régler l'ouverture de l'iris sur 8, et la durée d'exposition à 1/2 seconde.
Si on veut faire des diapositives, on prend un film ordinaire pour photos, et on affiche l'image en négatif: au développement, le négatif d'un négatif donnera un positif. C'est moins cher qu'un film à diapositives, et le résultat sera au moins aussi bon.