Pourquoi les optiques lumineuses sont-elles difficile à réaliser?

Démarré par ducote, Mars 30, 2015, 01:19:56

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ducote

Mars 30, 2015, 01:19:56
Ma question paraîtra peut-être naïve à certains, mais j'aimerais savoir pourquoi il est si difficile d'avoir des optiques lumineuses notamment des zooms. Après un zoom ouvrant à 1,2 tout du long de la focale, ce serait chouette, non?

lolo76760

#1
Mars 30, 2015, 01:32:21

On se heurte aux lois de l'optique.
Déjà mon 24-70 f2.8 pèse 3 tonnes
Mon rêve : un 18-135 F1.0 constant stabilisé STM

ducote

#2
Mars 30, 2015, 01:37:53
Merci, mais quelles sont ces lois? Quelqu'un peut-il l'expliquer sans que ce soit trop compliqué?

Verso92

#4
Mars 30, 2015, 08:18:29
Citation de: ducote le Mars 30, 2015, 01:37:53
Merci, mais quelles sont ces lois? Quelqu'un peut-il l'expliquer sans que ce soit trop compliqué?

Heu... ça remplit des livres et des livres, et demande aux personnes qui travaillent dans le domaine plusieurs années d'étude.
Juste en deux ou trois phrase ? mazette...  ;-)

FredEspagne

#5
Mars 30, 2015, 09:22:29
On va essayer de simplifier au maximum. L'ouverture d'un objectif c'est le rapport entre le diamètre d'entrée de la lumière par rapport à la longueur focale. Un téléobjectif aura une lentille frontale plus importante qu'un grand angle à la même ouverture maximum. Plus les lentilles sont grandes, plus elles ont des défauts qu'il est possible de corriger en ajoutant d'autres lentilles ce qui fait augmenter le volume et le poids de l'objectif sans parler des mécanismes de déplacement des groupes de lentilles pour la mise au point ou la stabilisation.
35 ans de film et labo argentique , 21 de numérique

seba

#6
Mars 30, 2015, 11:41:04
Les aberrations sont plus difficiles à corriger quand l'ouverture augmente.
Et un zoom est plus difficile à corriger qu'une focale fixe sur l'ensemble du range.
Pour un zoom très ouvert on cumule les difficultés.
Et à supposer qu'on y arrive, il serait très gros et très lourd.
Pour le cinéma il y a des zooms très lumineux ( jusqu'à f/1,0 en Super 8 ) mais c'est moins difficile à cause de la petitese du format.

FroggySeven

#7
Mars 30, 2015, 18:09:09 Dernière édition: Mars 30, 2015, 18:14:40 par FroggySeven
J'adore vulgariser, alors je me lance à mon tour !  Merci de me dire ce que t'en pense (= ce que ça t'a aidé à comprendre... ou pas) :

1) la théorie
Dans une belle démonstration qu'on voit en études de physique à bac+1 ou 2,
on calcule qu'une lentille dont les deux faces sont sphériques permet de fabriquer l'image d'un objet.
Seulement voilà, on le fait en simplifiant drastiquement le problème, en particulier en supposant que le diaphragme est "très fermé"...
en se gardant bien d'ailleurs de préciser davantage ce qu'on entend par là !!!
En réalité plus le diaphragme est ouvert, plus les formes des faces de la lentille "parfaite"
(formules monstrueuses, donc c'est plutôt de la simulation sur ordinateur),
s'éloignent d'une sphère ( nota : elles dépendent même en théorie de la distance de mise au point !).
2) la pratique
En pratique, ce n'est pas si grave, et on peut déjà réaliser de très beaux objectifs sans lentilles asphériques
(le problème le plus important dans la conception d'un objectif,
c'est d'abord de faire en sorte que la MaP ne dépende pas de la couleur de l'objet observé).
Mais plus l'optique est lumineuse, plus le besoin de lentilles asphériques se fait sentir.
Or celles-ci coûtent plus cher à fabriquer, en particulier car elles posent des problèmes de polissages
( un lien sur les lentilles... de contacts... mais ça aide à comprendre : https://www.youtube.com/watch?v=auR7NMBpBmE  ).

BLESL

#8
Mars 30, 2015, 19:32:03
On en moule aussi, maintenant, des lentilles asphériques, et on en fait des pas en verre. Mais ça reste plus cher que du standard.
Autre problème des grandes ouvertures : le prix du verre, il y en a plus dans une grande lentille que dans une petite. La monture doit être plus solide, fait appel à plus de matériaux, est donc aussi plus chère.
Moins diffusés que les objectifs plus standards, les frais de recherche et développement sont à rentabiliser sur moins de modèles. Il y a moins de formules standards plan-plan pour les objectifs très ouverts...

FroggySeven

#9
Mars 30, 2015, 19:48:07 Dernière édition: Mars 30, 2015, 19:53:52 par FroggySeven
Question "naïve", mais je trouve ça intéressant de lister toutes les causes et de les hiérarchiser

Pour illustrer le thème il y a aussi le Sigma 18-35 f/1.8
long et lourd, malgré le format apsc, l'absence de stabilisateur, et le range réduit
(mais un objectif que j'adore car pdf réduite+piqué à P.O.+focale assez courte+mise au point très rapprochée, ça fait un cocktail détonnant).

Jean-Claude

#10
Mars 30, 2015, 21:27:39
des asphériques pas en verre dans une optique photo sérieuse, je ne crois pas

Les asphériques pas chères sont réalisées par surmoulage résine d'une lentille sphérique classique en verre. En général il n'a qu'une surface asphérique sur les deux et on rajoute par surmoulage en résine uniquement la faible épaisseur nécessaire pour passer du profil sphérique à l'asphérique, celà ne coute pas cher et c'est pour çette raison que même des tooms amateur premiers prix en ont. La limitation est que uniquement des profils légèrement asphériques sont possibles et leur diamètre est limité aussi ( plus le diamètre est grand plus la surépaisseur est importante)

Les lentilles asphériques pressées à chaud permettent plus de libertés au niveau du profil asphérique, le diamètre Max. est encore assez limité. Nikon dit qu'il ont du faire des études de développement longue pour la lentille pressée du 14-24 à cause de son diamètre ( il s'agit pourtant d'une lentille du groupe arrière pas vraiment énorme)

Seul le taillage permet toutes les libertés de forme et de diamètre sur les asphériques mais à un prix stratosphérique car l'outillage ne permet que de faire peu de lentilles avant d'être renouvelé (pas de possibilité de grandes séries)

ducote

#11
Mars 31, 2015, 03:27:51
Merci pour les réponses, je crois que j'y vois un peu plus clair (même sans objectif ultra-lumineux  ;D).
Au lycée j'étais très mauvais en optique (bac scientifique tout de même, mais heureusement il n' y a pas eu de question d'optique au bac  ;D).
Et heureusement qu'il n'y a pas besoin d'être calé en optique pour faire des photos.
En tout cas je pense que cela peut être un fil intéressant si les experts peuvent continuer à l'alimenter.

seba

#12
Mars 31, 2015, 06:55:13 Dernière édition: Mars 31, 2015, 07:04:13 par seba
Citation de: FroggySeven le Mars 30, 2015, 18:09:09
En réalité plus le diaphragme est ouvert, plus les formes des faces de la lentille "parfaite"
(formules monstrueuses, donc c'est plutôt de la simulation sur ordinateur),
s'éloignent d'une sphère ( nota : elles dépendent même en théorie de la distance de mise au point !).

En réalité, Ibn-al-Haytam (vers l'an 1000), puis Descartes, avaient déjà calculé une telle lentille (forme idéale pour annuler l'aberration de sphéricité).

Powerdoc

#13
Mars 31, 2015, 08:23:12
Citation de: seba le Mars 31, 2015, 06:55:13
En réalité, Ibn-al-Haytam (vers l'an 1000), puis Descartes, avaient déjà calculé une telle lentille (forme idéale pour annuler l'aberration de sphéricité).

Seba, je n'arrive pas a retrouver le fil que tu avais initié dans la section médias, sais-tu ou il est passé ?

Verso92

#14
Mars 31, 2015, 08:42:14
Citation de: Powerdoc le Mars 31, 2015, 08:23:12
Seba, je n'arrive pas a retrouver le fil que tu avais initié dans la section médias, sais-tu ou il est passé ?

Volatilisé...

FroggySeven

#16
Mars 31, 2015, 10:35:31 Dernière édition: Mars 31, 2015, 10:41:54 par FroggySeven
CitationMôa : (formules monstrueuses, donc c'est plutôt de la simulation sur ordinateur)
Citation de: seba le Mars 31, 2015, 06:55:13
En réalité, Ibn-al-Haytam (vers l'an 1000), puis Descartes, avaient déjà calculé une telle lentille (forme idéale pour annuler l'aberration de sphéricit).

J'avais dit "plutôt" :P ;) dans la mesure ou il me semble que la simulation sur ordinateur est plus accessible
que la démonstration mathématique... qu'à vrai dire je n'ai jamais faite (Merci pour seba pour "Ibn-al-Haytam" que je ne connaissais pas).

D'ailleurs, celle-ci a-t-elle été faite par Ibn-al-Haytam et Descartes pour toutes les distances de mise au point, ou seulement à l'infini  ???

PS:le dernier lien c'est un sujet sur l'autofocus par phase ?!

seba

#17
Mars 31, 2015, 11:52:42
Citation de: FroggySeven le Mars 31, 2015, 10:35:31
D'ailleurs, celle-ci a-t-elle été faite par Ibn-al-Haytam et Descartes pour toutes les distances de mise au point, ou seulement à l'infini  ???

Pour un objet à l'infini je crois.

Citation de: FroggySeven le Mars 31, 2015, 10:35:31
PS:le dernier lien c'est un sujet sur l'autofocus par phase ?!

Oui.

malice

#18
Mars 31, 2015, 11:53:27
Citation de: Verso92 le Mars 30, 2015, 08:18:29
Heu... ça remplit des livres et des livres, et demande aux personnes qui travaillent dans le domaine plusieurs années d'étude.
Juste en deux ou trois phrase ? mazette...  ;-)

Un coup à en perdre son latin ... ou son français ;D

jean33

#19
Mars 31, 2015, 22:35:23
Citation de: seba le Mars 31, 2015, 06:55:13
En réalité, Ibn-al-Haytam (vers l'an 1000), puis Descartes, avaient déjà calculé une telle lentille (forme idéale pour annuler l'aberration de sphéricité).

heu...
t'es sur que le calcul en question ne se limite pas à un objet dans l'axe, et à l'infini ?

FroggySeven

#20
Mars 31, 2015, 22:55:11 Dernière édition: Mars 31, 2015, 23:02:19 par FroggySeven
Je suis allé voir sur wiki : c'est quand même hallucinant qu'on ne m'ait pas parlé de ce gars là pendant mes études...
Les lois de Snell-Descartes, on les appelle comment maintenant ???  Alhazen ???

Ceci dit, cette histoire de lentille asphérique, ça me surprends quand même, en l'an 1000...
On dit juste qu'il "étudie la réfraction" dans le livre VII de son traité d'optique, sans plus de précision.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Trait%C3%A9_d%27optique#Livre_I

seba

#21
Avril 01, 2015, 06:59:28
Citation de: jean33 le Mars 31, 2015, 22:35:23
heu...
t'es sur que le calcul en question ne se limite pas à un objet dans l'axe, et à l'infini ?

L'aberration de sphéricité est une aberration d'ouverture et pas de champ, ceci entraîne que si elle est corrigée sur l'axe elle est aussi corrigée sur tout le champ.
La coma, l'astigmatisme et la courbure de champ, la distorsion, pas plus que le chromatisme, ne sont corrigés, ce qui n'est pas possible avec une unique lentille.
Le calcul porte sur un objet à l'infini mais pas pour d'autres distances (ce qui n'est déjà pas si mal).

seba

#22
Avril 01, 2015, 07:03:28
Citation de: FroggySeven le Mars 31, 2015, 22:55:11
Je suis allé voir sur wiki : c'est quand même hallucinant qu'on ne m'ait pas parlé de ce gars là pendant mes études...
Les lois de Snell-Descartes, on les appelle comment maintenant ???  Alhazen ???

Ceci dit, cette histoire de lentille asphérique, ça me surprends quand même, en l'an 1000...
On dit juste qu'il "étudie la réfraction" dans le livre VII de son traité d'optique, sans plus de précision.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Trait%C3%A9_d%27optique#Livre_I

Non il a calculé la lentille, j'avais lu ça dans plusieurs articles, je vais essayer d'en retrouver un.
Descartes a refait le calcul, sans connaître les travaux d'Alhazen.
Il me semble que les travaux d'Alhazen ont été réétudiés assez récemment (20 ou 30  ans ?), du coup avant on n'en parlait pas du tout.

seba

#23
Avril 01, 2015, 07:17:55
Ou bien c'est un autre bonhomme, Ibn Sahl ?
Je crois que c'est Ibn Sahl, apparemment il a vécu un peu avant (le traité est daté de 984).
On appelait ces lentilles des lentilles anaclastiques (anaclastique signifiait anciennement dioptrique).
On peut faire des recherches avec "lentille anaclastique" ou "anaclastic lenses" et on trouve plus de renseignements.

JCCU

#24
Avril 01, 2015, 11:48:40
Citation de: Jean-Claude le Mars 30, 2015, 21:27:39
des asphériques pas en verre dans une optique photo sérieuse, je ne crois pas

Les asphériques pas chères sont réalisées par surmoulage résine d'une lentille sphérique classique en verre. En général il n'a qu'une surface asphérique sur les deux et on rajoute par surmoulage en résine uniquement la faible épaisseur nécessaire pour passer du profil sphérique à l'asphérique, celà ne coute pas cher et c'est pour çette raison que même des tooms amateur premiers prix en ont. La limitation est que uniquement des profils légèrement asphériques sont possibles et leur diamètre est limité aussi ( plus le diamètre est grand plus la surépaisseur est importante)

Les lentilles asphériques pressées à chaud permettent plus de libertés au niveau du profil asphérique, le diamètre Max. est encore assez limité. Nikon dit qu'il ont du faire des études de développement longue pour la lentille pressée du 14-24 à cause de son diamètre ( il s'agit pourtant d'une lentille du groupe arrière pas vraiment énorme)

Seul le taillage permet toutes les libertés de forme et de diamètre sur les asphériques mais à un prix stratosphérique car l'outillage ne permet que de faire peu de lentilles avant d'être renouvelé (pas de possibilité de grandes séries)

En plus (je ne sais pas si c'est toujours vrai mais c'était le cas à une époque), les lentilles moulées ont un bokeh différent: le moule a des "sillons" très fins -issu du taillage du moule- qui créent ces effets de bokeh

seba

#25
Avril 01, 2015, 12:04:02
Citation de: JCCU le Avril 01, 2015, 11:48:40
En plus (je ne sais pas si c'est toujours vrai mais c'était le cas à une époque), les lentilles moulées ont un bokeh différent: le moule a des "sillons" très fins -issu du taillage du moule- qui créent ces effets de bokeh

Un fabricant a minimisé le problème (je ne sais plus lequel). Ils font la finition du moule à la main.

seba

#26
Avril 01, 2015, 13:10:14
Citation de: seba le Avril 01, 2015, 07:17:55
Ou bien c'est un autre bonhomme, Ibn Sahl ?

Oui c'est ça, c'est bien Ibn Sahl (et pas Ibn-al-Haytam alias Alhazen).
Ses travaux ont été redécouverts assez récemment.
J'avais lu ça la première fois dans une revue scientifique.

Or, récemment, un manuscrit d'Ibn Sahl qui contient la forme exacte de loi de la réfraction a été retrouvé en partie dans la bibliothèque Milli, à Téhéran, et en partie dans celle de Damas, en Syrie. L'auteur de cette découverte, Roshdi Rashed, spécialiste en histoire des sciences arabes de l'Université Paris VII, avait déjà découvert de nombreux manuscrits importants dans les musées de différents pays du monde arabe. Le traité d'Ibn Sahl, intitulé Sur les instruments ardents, a été écrit entre 983 et 985. Ibn Sahl y étudie les miroirs ardents, puis les lentilles ardentes. Pour les lentilles, il a besoin de la loi de la réfraction et commence par faire référence à l'Optique de Ptolémée, mais rejette les valeurs numériques proposées par l'auteur. Il s'aperçoit que la notion de milieu a une importance capitale et caractérise chacun d'eux par un rapport constant (l'inverse de l'indice de réfraction du milieu, divisé par l'indice de l'air). Puis, il donne la loi moderne de la réfraction. Enfin, il calcule les surfaces anaclastiques que Descartes croyait avoir découvertes. Ainsi, Ibn Sahl devrait être reconnu comme le premier a avoir établi la loi de la réfraction.

FroggySeven

#27
Avril 01, 2015, 15:29:38
J'aimerais bien savoir comment Ibn Sahl (a ne pas confondre avec Alhazen si j'ai bien compris) a décrit la réfraction quantitativement :
des constructions géométriques, ou une formule avec des fonctions trigonométrique ???

'faudrait savoir si on appelle ça encore les lois de Snell-Descartes... ou pas !

seba

#28
Avril 01, 2015, 15:38:53
Citation de: FroggySeven le Avril 01, 2015, 15:29:38
J'aimerais bien savoir comment Ibn Sahl (a ne pas confondre avec Alhazen si j'ai bien compris) a décrit la réfraction quantitativement :
des constructions géométriques, ou une formule avec des fonctions trigonométrique ???

C'est indiqué sous le croquis.

FroggySeven

#29
Avril 01, 2015, 15:47:07
Pas compris si tu faisais de l'humour ou pas (je suis un boulet), mais sur wiki il y a des commentaires en dessous qui laissent à penser que les sinus n'apparaissent pas explicitement (on a juste rapport des hypothénuses=cte qui dépend des 2 milieux)

J'aimerais bien tirer ça au clair, et expicliter précisément ce qu'Ibn Sahl à trouver...

seba

#30
Avril 01, 2015, 15:49:22
Humour oui.
Mais voici ce qu'on peut trouver comme explication.
La relation géométrique déterminée par Ibn Sahl est équivalente à la loi des sinus.

FroggySeven

#31
Avril 01, 2015, 16:11:26
génial !  merci  :D
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