Objectifs et ouvertures relatives

Une petite question aux photographes et techniciens de ce milieu :

Je crois que j'ai bien compris le principe d'un objectif et de son diaphragme : à partir de l'ouverture maximale, la quantité de lumière transmise est divisée par deux à chaque fois que l'ouverture est divisée par racine de 2.

Ces incréments (F1, F1.4, F2, F2.8, etc...) sont utilisés comme référence un peu partout dès que l'on parle d'objectifs, ce qui est logique puisque ce sont des valeurs très facilement mesurables (il suffit de connaitre la longueur de l'objectif et le diamètre maximal du diaph). En revanche cette échelle (et notamment l'ouverture maximale) ne témoigne pas directement de la quantité de lumière transmise mesurée en T (l'ouverture photométrique) telle qu'on la trouve sur les objectifs de cinéma.

Je vois par exemple qu'entre mon 70-200 Canon (F2.8 L IS) et mon 24-105 (F4 L IS), à focale et diaph identiques (70 mm à F4), le 70-200 est plus lumineux que le 24-105 malgré ses 1500 grammes de verre. Pas des masses évidement, mais presque 1/3 de diaph quand même.
Je sais que c'est des zooms, et qu'ils n'ont pas la même construction, mais ça renforce mon impression que l'on attribue une trop grande importance à cette échelle de mesure notamment l'ouverture maximale qui est un argument marketing incontournable pour vendre un caillou et j'en viens à ma question : les constructeurs se sont lancés dans une course à l'ouverture maximale, et on peut trouver des 600 mm qui ouvrent à F/2.8 ! C'est un chiffre magnifique sur le papier mais ça veut aussi dire que le diaphragme a un diamètre maximal de 21.4 cm ! Ce qui est à rapporter aux 5 cm de la monture de l'objectif. Le diaph est donc obligatoirement, de par sa taille même, très éloigné du foyer optique. Y a-t-il un avantage au niveau de l'ouverture ? Un 600 mm qui ouvre au max à F/4 mais avec un diaph moins éloigné du foyer ne transmet-il pas autant de lumière ?

 

Pour illustrer ma question voici un petit schéma : imaginez un objectif qui aurait deux diaphs placés à des distances différentes de la monture. Le plus proche ne laisserait-il pas exactement passer autant de lumière que le second, ce malgré une ouverture relative à la longueur bien inférieure ?

 

En principe les ouvertures relatives sur les zooms sont données pour la plus courte focale.
Il est bien évident que l'on ne peut faire rentrer plus de lumiére que celle qui pénétre par la face frontale.
Quand à l'emplacement du diaphragme les constructeurs le placent à un endroit qui assure le meilleur rendement optique ainsi que la facilité mécanique.
De plus ton schéma est idéal et donc par trop simpliste,car les lentilles sont en groupes complexes et le centre optique de l'ensemble n'est sûrement pas à la frontale de l'ensemble.
Sur ce sujet il faut pouvoir discuter avec un spécialiste de l'optique et pas avec l'opticien qui vends des lunettes!!!
je viens de regarder sur un site un télé objectif (et non pas un zoom) de 600mm ouverture maxi f/4 ce qui est déja trés grand, ainsi que le prix 11999.99€
A+
Noël

 

Merci Noël pour ta réponse,

Je me doute bien que les fabricants essayent d'optimiser au maximum la construction de leurs objectifs, c'était juste une petite question que je me posais depuis un certain temps.

Si c'était techniquement possible, ne pourrait-on pas fabriquer un objectif avec le diaph au niveau de la lentille frontale juste pour pouvoir annoncer une fabuleuse ouverture à F/1.4 ou même F/1 si l'objectif est aussi long que large ? Et cet objectif finalement ne produirait pas spécialement une profondeur de champ plus courte ou une plus grande transmission de la lumière que le même avec un diaph au milieu de l'objectif ouvrant à F/2.8 ?

 

non , il vaut beaucoup mieux que le diaphragme soit au foyer optique ou proche, ce qui permet de retirer les lumieres parasites et autres faisceaux mal partis pour etre nets sur le capteur

pour autant que je sache , cet aspect est preponderant sur la qualité de l'image par rapport à recuperer quelques photons de plus

 

Si je ne me trompe, l'ouverture annoncée, n'est pas en liaison avec le diametre du diaph, mais effectivement avec le diametre de la lentille frontale. C'est bien elle qui "commande" la luminosité maxi de l'objectif. Le diaph est supposé (lorsqu'il est ouvert) laisser passer toute la lumière que peut recevoir la lemtille. C'est- elle qui..coute cher, pèse lourd, encombre, etc... S'il suffisait de faire un objectif avec un grand diaph et une petite lentille frontale...Et d'un autre coté, si on se donne du mal pour fabriquer une grosse lentille, alors on n'a pas interet a la brider avec un diaphragme plus petit.
Comme tu l'as bien montré dans ton dessin, pour uner luminosité donnée, le diametre du diaph n'est pas significatif. Seul celui de la lentille frontale l'est..

En fait, tu serais plus proche de la vérité en disant acause de ses 1500 g....Parce que le verre, c'est pas vraiment transparent. Mine de rien ça bouffe de la lumière.Pour un diametre donné, une simple lentille enverra plus de lumière sur le capteur qu'un objectif a 18 lemtilles... Mais peut etre qu'il y aura quelques aberrations....

 

Héhé et oui mais justement, dans cet exemple c'est le 70-200 qui pèse 1500 grammes, pas le 24-105, d'où le "malgré". Je suppose qu'il doit y avoir moins de lentilles dans le 70-200 car les deux ont une lentille frontale de la mêmetaille.

 

Fectivement, le "malgré" se rapportait au 70-200... Mon erreur aura eu le mérite de nous faire expliquer par homero la double graduation...Merci homéro!

Donc, on revient essayer de comprendre.
précisons: le verre absorbe, je l'ai dit et je le maintient!!!
Mais la quantité de verre n'est pas tout: le nombre de lentilles est important, non seulement à cause de l'épaisseur de verre, mais aussi parce qu'à chaque entrée et sortie de la lentille il y a perte par réflexion. Pour limiter cela, chaque lentille reçoit des traitements anti-reflet plus ou moins sophistiqués. Alors, en plus du nombre d'interfaces, la qualité desdits interfaces entre aussi en jeu...cela peut largement compenser le déficit de verre!

Mais regardons tes objectifs:
tout d'abord ce sont des zooms... Comme l'ouverture maxi est liée au diamètre de la lentille frontale (en général constant!) et a la focale (en général variable sur un zoom!) , elle va varier en fonction du réglage... Alors, si l'ouverture de ton 70-200 est donnée pour la plus courte focale le diam requis est 25 mm, pour la plus longue ça devient 71. Le 1er cas est plus commercial: grosse ouverture annoncée pour pas beaucoup de verre (enfin, 1,5 kg tout de même!) La 2e est plus honète...on se garde son 2,8 à toutes les focales. mais on pourrait annoncer quasi f:1 à 70 mm !!!! On comprend pourquoi, les fabricants préfèrent annoncer l'ouverture maxi à la courte focale!!:lol:

Se pose alors une question: comment s'y prend-on pour garder une ouverture constante quand on zoome??? parce qu'enfin, pour avoir la même ouverture, il faut faire varier le diamètre du diaph.... Problème mécanique ou solution optique?

Ensuite, tu nous dit "les 2 ont une lentille frontale de même taille"...
ya quelque chose qui cloche:
Un 70-200 qui ouvre à 2,8, a forcément une lentille frontale bien plus grande qu'un 24-105 qui ouvre à 4.... theoriquement 25 et 6 mm si le calcul se fait a la focale la plus courte...ou 71 et 26 à la plus longue... Tiens, curieux 25 si Canon est commercial et 26 si XXX est honète??? coincidence?

 

Erf, je n'ai pas dû comprendre ce que tu voulais dire par "taille de la lentille frontale". En fait mes 3 zoms : le 24-105, le 70-200 et le 100-400 ont une lentille frontale en 77mm (en fait le diamètre du filtre), donc à priori il me semble que ça veut dire qu'elles sont de la même taille, non ?

Pour ce qui est de l'ouverture constante, de toute façon même sur les zooms a ouverture variable, il y a toujours une variation du diamètre d'ouverture du diaph. ça peut se calculer (un zoom 5x dont l'ouverture maxi varie de F3.5 à F5.6 a clairement un diamètre qui s'ouvre quand on allonge la focale) mais ça se voit même à l'oeil nu : quand on actionne le zoom on peut voir l'iris se fermer ou s'ouvrir donc c'est clairement mécanique. Quand à la raison pour laquelle on ne construit pas de 70-200 f/ 1 - 2.8 c'est à mon avis qu'à f/1 il serait tellement bourré de défauts optiques et d'abérations chromatiques que ça ruinerait purement et simplement ses performances, ce qui serait pour le moins malvenu sur des optiques à plus de 2000 euros / pièce.

 

Tout d'abord, non, la lentille frontale n'est pas le filtre, ou tout verre protecteur place devant l'objectif.Nous parlons optique, pas mécanique!! C'est bien la premiere lentille de la combinaison dans l'objectif...

Mais, comme ta question me donne a reflechir, j'y suis allé moi aussi d'un petit dessin...

Q'y voit on???
Un zoom 2-7, avec une lentille frontale de 6. Ceci donne, en position GA F:0,33 et en télé F/1,17... (les longueurs sont exprimées en carreaux de mon outil de dessin!)
Pour garder toute l'ouverture, on doit déplacer le diaph lors de la variation de focale.
Remarque qu'il faut garder le diaph assez loin du centre optique, car sinon, on aurait des problèmes de diffraction a petite ouverture, en raison d'un trou trop petit. (du reste, ce phénomène interdit aujourd'hui, sur les objectifs a tres courte focale des compacts numériques ou des camescopes grand public, de fermer le diaph à des 22 comme on trouve fréquement en 24x36)
A déplacer le diaph, autant, en plus, faire varier son diametre!
On voit aussi que la restriction mecanique du porte filtre, afin d'éviter le vignetage, doit être calculé sur la trajectoire lumineuse en position GA, ce qui donne un porte filtre nettement plus grand que nécessaire en position télé. Ceci est d'autant plus vrai que la courte focale est plus courte.
La raison )pour laquelle on ne construit pas de F:1, c'est que ça serait trop gros, trop lourd, trop cher, etc...et eventuellement que ça serait bourré d'aberrations. Mais des objectfs F:1,2 (et je crois meme 0,8, ça s'est fabriqué dans les années 70/80...et des bons...

 

canon commercialise encore des objectifs à f:1.2 en focales fixes Canon France - Objectifs à focale fixe