Influence de la focale sur la luminosité.

[ColineJ]

Bonjour,

J'ai deux objectifs en tête pour un Sony A6500, un SEL50F18 et un Sigma 56mm f1.4 DN Contemporary. (Ce n'est pas un sujet pour en choisir l'un ou l'autre, mais je m'en sers d'exemples pour raisonner de façon un peu empirique)

Je me demande lequel est le plus lumineux, et surtout, en quoi la focale influence cette luminosité.

Le SEL50F18, à ouverture maximale (1.8 ) a donc un diaphragme de diamètre de 27mm, le Sigma, lui, à 40mm. Ça voudrait dire, avec un petit calcul de surface, que le Sigma laisse entre plus de deux fois plus de lumière que le Sony. Du coup, en plus de son ouverture plus grande, la focale du Sigma joue un rôle sur la luminosité ?
De la même façon, le diaphragme d'un Sigma 16mm à 1.4 a un diamètre plus petit, donc, il devrait être moins lumineux, non ?

C'est bien la combinaison, la construction même de l'objectif qui compte, je le comprends bien, mais du coup, qu'est-ce qui est difficile dans la construction d'un objectif à longue focale à grande ouverture ? Existe-t-il une limite ?

Pardon, le message est un peu abscons, mais je m'interroge et je n'explique pas vraiment bien ce qui m'intrigue...Mais en tout cas, si vous avez quelques explications, quelques vulgarisations, je prends !

Merci !

[Verso92]

Le SEL50F18, à ouverture maximale (1.8 ) a donc un diaphragme de diamètre de 27mm, le Sigma, lui, à 40mm. Ça voudrait dire, avec un petit calcul de surface, que le Sigma laisse entre plus de deux fois plus de lumière que le Sony.

Moi j'aurais dit 67% de plus...

[ColineJ]

50/1.8 = 27.7
(27.7/2)² * pi = 560

56/1.4 = 40
(40/2)² * pi = 1256

Donc, la surface est 2.24 fois plus grande pour le Sigma que pour le Sony (sauf si je me suis trompée, évidemment).^^

[Nikojorj]

Tu raisonnes avec la taille de la pupille d'entrée, c'est utile pour imager les étoiles notamment ; mais dans le cas général de surfaces (et pas de points), la focale diminue la luminosité car plus la focale est longue, plus le grandissement est important, et du coup ça "étale" la lumière récoltée sur le capteur.
C'est bien pour ça qu'on estime la luminosité des objectifs avec le rapport d'ouverture : environ 1/2 diaph d'avantage pour le Sigma.

[Verso92]

Pour qu'il y ait deux fois plus de lumière qui atteigne le film, il faudrait passer de f/2 à f/1.4, par exemple.


Passer de f/1.8 à f/1.4 représente un gain de 2/3 d'IL (les 67% de mon post précédent).

[ColineJ]

Pour qu'il y ait deux fois plus de lumière qui atteigne le film, il faut passer de f/2 à f/1.4, par exemple.

Oui, c'est vrai pour une même focale, pas pour des focales différentes.
(Enfin, de ce que je comprends pour le moment)

Tu raisonnes avec la taille de la pupille d'entrée, c'est utile pour imager les étoiles notamment ; mais dans le cas général de surfaces (et pas de points), la focale diminue la luminosité car plus la focale est longue, plus le grandissement est important, et du coup ça "étale" la lumière récoltée sur le capteur.
C'est bien pour ça qu'on estime la luminosité des objectifs avec le rapport d'ouverture : environ 1/2 diaph d'avantage pour le Sigma.

C'est quoi, la pupille d'entrée ?
Au final, ça signifie que le Sigma 16mm est aussi lumineux (mettons pour un sujet donné, l'appareil exposera le même temps) que le Sigma 56mm ? Le rapport d'ouverture (c'est le f1.4, c'est bien ça ?) est une indication de "luminosité" plus que de physique/mathématiques ?

[Verso92]

Oui, c'est vrai pour une même focale, pas pour des focales différentes.

Il y a deux fois plus de lumière qui atteint le film (ou le capteur) à f/1.4 qu'à f/2, quelle que soit la focale (f/1.4, f/2, etc, sont des ouvertures relatives).

[ColineJ]

Relatives à quoi, exactement ? 

[seba]

Oui, c'est vrai pour une même focale, pas pour des focales différentes.
(Enfin, de ce que je comprends pour le moment)

Si c'est quand même vrai car avec le 56mm l'image a une surface 1,25x plus grande.
Le 56/1,4 laisse bien rentrer 2,1x plus de lumière mais comme l'image est 1,25x plus grande elle ne sera plus que 1,7x plus lumineuse.

[ColineJ]

Oulah, je suis perdue !  
Pourquoi l'image est 1.25x plus grande ?

[seba]

C'est quoi, la pupille d'entrée ?
Au final, ça signifie que le Sigma 16mm est aussi lumineux (mettons pour un sujet donné, l'appareil exposera le même temps) que le Sigma 56mm ? Le rapport d'ouverture (c'est le f1.4, c'est bien ça ?) est une indication de "luminosité" plus que de physique/mathématiques ?

La pupille d'entrée c'est la surface utile qui laisse rentrer la lumière.
L'ouverture relative c'est le rapport diamètre de la pupille d'entrée/distance focale (le rapport distance focale/diamètre de la pupille d'entrée s'appelle le nombre d'ouverture).
Le 56mm ouvre à 1,4 : diamètre 40mm
Le 16mm ouvre à 1,4 : diamètre 11,4mm
Rapport des surfaces des pupilles d'entrée : 12,3
Rapport des surfaces des images : 12,3 également.
La pupille d'entrée plus grande admet plus de lumière mais comme l'image est plus grande dans le même rapport, au final la luminosité sera la même.
L'indication de l'ouverture est bien une relation mathématique en même temps qu'elle indique la luminosité de l'image.

Tout ceci, comme l'a fait remarquer Nikojorj, pour des objets étendus.

[seba]

Oulah, je suis perdue !   
Pourquoi l'image est 1.25x plus grande ?

Quand la distance focale est plus grande, l'image est plus grande.
Par exemple l'image d'un objet qui fait 10mm sur le capteur avec un 50mm fera 11,2mm sur le capteur avec un 56mm (et la surface de l'image sera 1,25x plus grande).

[ColineJ]

Rapport des surfaces des pupilles d'entrée : 12,3
Rapport des surfaces des images : 12,3 également.

Comment obtiens-tu ce résultat ?

(Désolée, je suis peut-être longue à la détente ! :/)

Quand la distance focale est plus grande, l'image est plus grande.
Par exemple l'image d'un objet qui fait 10mm sur le capteur avec un 50mm fera 11,2mm sur le capteur avec un 56mm (et la surface de l'image sera 1,25x plus grande).

Ok, c'est le principe "d'étirement", du coup. C'est assez logique. Si l'angle est réduit et que tout le capteur est utilisé d'une manière ou d'une autre, la place que prennent les objets est plus grande. Ça, c'est acquis désormais. Merci.

[Tonton-Bruno]

La pupille d'entrée c'est la surface utile qui laisse rentrer la lumière.
L'ouverture relative c'est le rapport diamètre de la pupille d'entrée/distance focale (le rapport distance focale/diamètre de la pupille d'entrée s'appelle le nombre d'ouverture).
Le 56mm ouvre à 1,4 : diamètre 40mm
Le 16mm ouvre à 1,4 : diamètre 11,4mm
Rapport des surfaces des pupilles d'entrée : 12,3
Rapport des surfaces des images : 12,3 également.

Tu définis:

• La pupille d'entrée
• L'ouverture relative
• le nombre d'ouverture

Puis tu nous donne des valeurs pour deux éléments que tu n'as pas définis:

• Rapport des surfaces des pupilles d'entrée
• Rapport des surfaces des images

Désolé mais je suis perdu.

[seba]

Comment obtiens-tu ce résultat ?

(Désolée, je suis peut-être longue à la détente ! :/)

Pour le rapport des surfaces des pupilles d'entrée :
56/1,4 = 40 mm
16/1,4 = 11,4 mm

(40/11,4)² = 12,3

Et pour les images :
(56/16)² = 12,3 également (le rapport des surfaces des images est égal au carré du rapport des distances focales).

[ColineJ]

Ok, parfait !
J'ai fait les calculs précis, du coup :

Le rapport de pupilles d'entrées est de 12,31 et celui des images de 12,25. Ça signifie donc que le 56mm est très légèrement plus lumineux que le 16mm, non ? (Juste pour voir si j'ai bien compris ! ^^)

[seba]

Ok, parfait !
J'ai fait les calculs précis, du coup :

Le rapport de pupilles d'entrées est de 12,31 et celui des images de 12,25. Ça signifie donc que le 56mm est très légèrement plus lumineux que le 16mm, non ? (Juste pour voir si j'ai bien compris ! ^^)

En fait les rapports sont les mêmes (16/1,4 ça fait 11,428571... mm).
Mais les ouvertures indiquées par les fabricants sont approximatives, les distances focales aussi.
Sans compter qu'en réalité un objectif ne laisse pas passer 100% de la lumière mais un peu moins (pertes par réflexion sur les lentilles et absortion dans le verre) et ceci est variable selon l'objectif.

[ColineJ]

J'ai utilisé le rapport précis de 16 sur 1,4, d'où la légère différence. Mais ok, on est à la louche, ensuite, en raison des approximations nominatives. Factuellement, en-dehors d'objectifs spécifiques (type macro, peut-être), je peux m'attendre à ce qu'un objectif qui ouvre à 1.4 me donne à peu près la même luminosité que ce que je connais déjà. Merci beaucoup pour tes explications et le temps que tu as passé à me répondre ! 

(Et mes remerciements s'adressent aux autres participants également !)

[seba]

J'ai utilisé le rapport précis de 16 sur 1,4, d'où la légère différence. Mais ok, on est à la louche, ensuite, en raison des approximations nominatives. Factuellement, en-dehors d'objectifs spécifiques (type macro, peut-être), je peux m'attendre à ce qu'un objectif qui ouvre à 1.4 me donne à peu près la même luminosité que ce que je connais déjà. Merci beaucoup pour tes explications et le temps que tu as passé à me répondre !

(Et mes remerciements s'adressent aux autres participants également !)

Les ouvertures indiquées sont valables pour une mise au point à l'infini (y compris pour les objectifs macro).
En mise au point rapprochée, en général la luminosité de l'image diminue.

Pour certains objectifs l'ouverture annoncée ne reflètera pas la luminosité de l'image, par exemple les objectifs STF qui comportent un filtre incorporé dans l'objectif, ou certains objectifs catadioptriques où le fabricant ne tient pas compte de l'obstruction centrale.

[MMouse]

f/1,8 reste f/1,8 peu importe la focale de ton objectif.
La luminosité réelle d'un objectif peut varier légèrement par rapport à ce qu'annonce le fabricant.
Le diamètre des lentilles est effectivement en partie dépendant de la focale.
Un grand angle peut sembler "plus lumineux" qu'un téléobjectif tout simplement parce qu'on peut l'utiliser sans problème à des vitesses plus basses. Du coup f/2,8 sera considéré comme plutôt lumineux pour un grand-angle, pas vraiment pour un télé...

[Krg]

f/1,8 reste f/1,8 peu importe la focale de ton objectif. ...

C'est d'ailleurs pour çà qu'on retient, avec la focale, cette notion d'ouverture pour caractériser un objectif.

[FredEspagne]

L'ouverture géométrique f, c'est une chose mais la lumière réellement transmise par l'objectif T peut être nettement inférieure. Ce n'est pas pour rien que les objectifs ciné sont tous avec des indices T. Pour avoir une petite idée des différences, voir le catalogue Samyang où l'on a des objectifs photo et leurs équivalents en optieque ciné et vous verrez que f et T, c'est pas pareil (et encore les Samyang sont les moins pires, si j'ose dire. Il y a eu des objectifs 1.4 qui avaient un indice T de 1.7 et plus alors que des objectifs 1.7 étaient avec un indice T de 1.7. Début des années 2000, Ronan Loaëc avait pondu un article dans CI au sujet des "voleurs de lumière".
Les tests de DXO indiquent toujours l'indice T

[Verso92]

L'ouverture géométrique f, c'est une chose mais la lumière réellement transmise par l'objectif T peut être nettement inférieure. Ce n'est pas pour rien que les objectifs ciné sont tous avec des indices T. Pour avoir une petite idée des différences, voir le catalogue Samyang où l'on a des objectifs photo et leurs équivalents en optieque ciné et vous verrez que f et T, c'est pas pareil (et encore les Samyang sont les moins pires, si j'ose dire. Il y a eu des objectifs 1.4 qui avaient un indice T de 1.7 et plus alors que des objectifs 1.7 étaient avec un indice T de 1.7. Début des années 2000, Ronan Loaëc avait pondu un article dans CI au sujet des "voleurs de lumière".
Les tests de DXO indiquent toujours l'indice T

Attention à rester précis :

1 - l'article s'intitulait "les voleurs de diaphragme" (et je ne suis pas sûr du tout que ce soit Ronan qui l'ait écrit).

2 - le chiffre d'ouverture "T" mesuré par DxO n'est pas l'ouverture photométrique de l'objectif, telle qu'on l'entend habituellement, mais celui du couple objectif/boitier.

[Nikojorj]

En fait c'était au départ un article de DxOMark sauf erreur, qui s'appelait f-stop blues et n'est plus sur leur site, mais il y a pas mal d'éléments sur https://luminous-landscape.com/an-open-letter-to-the-major-camera-manufacturers/ par exemple.

[Verso92]

En fait c'était au départ un article de DxOMark sauf erreur, qui s'appelait f-stop blues et n'est plus sur leur site, mais il y a pas mal d'éléments sur https://luminous-landscape.com/an-open-letter-to-the-major-camera-manufacturers/ par exemple.

Oui, toutafé.

Avait suivi l'article dans CI, qui avait fait quelques vagues, sur le forum.


en ce qui me concerne, je m'étais amusé à quelques expérimentations, à l'époque :
https://www.chassimages.com/forum/index.php/topic,104882.msg1929398.html#msg1929398

[Nerva]

Plus la focale est courte, plus le capteur reçoit d'intensité lumineuse.

Avec par exemple un 50 et un 100 mm ouverts chacun à f/2.8 :

50 ÷ 2.8 = 17.86 mm
100 ÷ 2.8 = 35.71 mm

La différence d'éclairement est de :

17.86² ÷ 50 = 6.38
35.71² ÷ 100 = 12.76
12.76 ÷ 6.38 = 2

À ouverture N identique le 100 mm transmet un éclairement double du 50 mm.

[seba]

Plus la focale est courte, plus le capteur reçoit d'intensité lumineuse.

Avec par exemple un 50 et un 100 mm ouverts chacun à f/2.8 :

50 ÷ 2.8 = 17.86 mm
100 ÷ 2.8 = 35.71 mm

La différence d'éclairement est de :

17.86² ÷ 50 = 6.38
35.71² ÷ 100 = 12.76
12.76 ÷ 6.38 = 2

À ouverture N identique le 100 mm transmet un éclairement double du 50 mm.

Non pas du tout. C'est ce qu'on a expliqué plus haut.
Comme l'image est 4x plus grande (en surface) avec le 100mm, l'éclairement sera le même.

[Jean-Claude]

Vos calculs de diamètre de pupille au 1/100 mm ne sont pas corrects car les focales gravées sur les objectifs ne sont pas les focales optiques vraies.
Elles peuvent varier de plusieurs millimètres, le fabricant grave la focale courante la plus proche.
Par ex. un 21mm peut très bien faire 22mm réels

[Verso92]

Plus la focale est courte, plus le capteur reçoit d'intensité lumineuse.

Avec par exemple un 50 et un 100 mm ouverts chacun à f/2.8 :

50 ÷ 2.8 = 17.86 mm
100 ÷ 2.8 = 35.71 mm

La différence d'éclairement est de :

17.86² ÷ 50 = 6.38
35.71² ÷ 100 = 12.76
12.76 ÷ 6.38 = 2

À ouverture N identique le 100 mm transmet un éclairement double du 50 mm.

Ah, OK... c'est donc pour ça qu'il faut sous-exposer d'un IL quand on monte un 100mm à la place d'un 50mm ?

[Jean-Claude]

Ah, OK... c'est donc pour ça qu'il faut sous-exposer d'un IL quand on monte un 100mm à la place d'un 50mm ?

En plus il y a des objectifs qui brillent aux tests et d'autres moins 

[Nerva]

seba
Comment, avec une même ouverture N, une focale d'un diamètre réel double d'un autre peut-elle transmettre un éclairement total identique ? Une bassine de 35.71 cm va collecter plus d'eau qu'une de 17.86 cm. Chaque centimètre-cube du fond de la bassine emmagasinera les gouttes proportionnellement, mais le total sera supérieur pour celle qui a le plus grand diamètre.

[dioptre]

Un petit calcul et quelques définitions  pour remettre les idées en place

[Nerva]

Plus la focale est courte, plus le capteur reçoit d'intensité lumineuse.

Je m'aperçois que ma formulation n'était pas bonne...

[seba]

seba
Comment, avec une même ouverture N, une focale d'un diamètre réel double d'un autre peut-elle transmettre un éclairement total identique ? Une bassine de 35.71 cm va collecter plus d'eau qu'une de 17.86 cm. Chaque centimètre-cube du fond de la bassine emmagasinera les gouttes proportionnellement, mais le total sera supérieur pour celle qui a le plus grand diamètre.

Le 100mm f/2,8 collectera 4x plus de lumière qu'un 50mm f/2,8 mais l'image a une surface 4x plus grande.
Du coup l'éclairement est le même.

[Nerva]

Le 100mm f/2,8 collectera 4x plus de lumière qu'un 50mm f/2,8 mais l'image a une surface 4x plus grande.
Du coup l'éclairement est le même.

Oui, comme j'ai souligné, j'ai fait une bourde en formulant : l'éclairement reçu par le capteur au lieu de celui transmis par l'objectif.

[Nikojorj]

Comment, avec une même ouverture N, une focale d'un diamètre réel double d'un autre peut-elle transmettre un éclairement total identique ? .

Avec des dessins : http://www.pierretoscani.com/ouverture.html

[philooo]

Le 100mm f/2,8 collectera 4x plus de lumière qu'un 50mm f/2,8 mais l'image a une surface 4x plus grande.

Pour un fabricant d'un système donné, l'image a la même surface, qui est celle du cercle image, de l'ordre de celle du capteur.
 
C'est l'objet qui est 4x plus petit (en angle solide, ou en surface pour les angles faibles), donc qui envoie 4x moins de lumière.
Ceci étant compensé par une grande ouverture absolue - l'ouverture physique de l'iris et le diamètre des lentilles - pour une même ouverture relative.

Un 100mm f/2.8 pour moyen format capte un objet (et fournit une image) réellement plus grand(e) qu'un 100mm f/2.8 pour 24x36 : il collecte et envoie davantage de lumière, qui est répartie sur une plus grande surface de capteur ou de pellicule.

[seba]

Pour un fabricant d'un système donné, l'image a la même surface, qui est celle du cercle image, de l'ordre de celle du capteur.
 
C'est l'objet qui est 4x plus petit (en angle solide, ou en surface pour les angles faibles), donc qui envoie 4x moins de lumière.
Ceci étant compensé par une grande ouverture absolue - l'ouverture physique de l'iris et le diamètre des lentilles - pour une même ouverture relative.

Un 100mm f/2.8 pour moyen format capte un objet (et fournit une image) réellement plus grand(e) qu'un 100mm f/2.8 pour 24x36 : il collecte et envoie davantage de lumière, qui est répartie sur une plus grande surface de capteur ou de pellicule.

C'est l'image d'un objet donné qui est plus grande avec le 100mm qu'avec un 50mm (à l'intérieur du cercle image).
Peu importe le diamètre du cercle image : qu'il fasse 20mm ou 100mm, l'éclairement du capteur sera toujours le même.

[Verso92]

Pour un fabricant d'un système donné, l'image a la même surface, qui est celle du cercle image, de l'ordre de celle du capteur.

Non.


La taille du cercle image est choisie par le concepteur. Quelquefois, elle est sensiblement plus large que la diagonale du capteur.

[Nerva]

Cas de figure de l'exemple de Dioptre, une grande carte gris neutre éclairée de façon parfaitement homogène.

A f/2.8 le posemètre indique admettons 1/1000.
L'objectif de 50 mm cadre une surface 4 fois plus grande que le 100 mm. Il me semble donc que 4 fois plus de traits lumineux sont collectés avant d'être transmis au capteur.

Le 50 à 2.8 a un diamètre de 17.86 mm.
Le 100 à 2.8 a un diamètre de 35.71 mm.

Étant donné que le 100 mm a besoin d'un diamètre double (et une surface multipliée par 4) pour exposer également au 1/1000, si je raisonne bien, le 50 mm est plus lumineux ("lumineux" n'est peut-être pas le bon terme).

C'est en gros ce que je voulais écrire lors de mon premier message...

[seba]

J'ai du mal à comprendre ton raisonnement.
Le 50mm f/2,8 va capter un flux, d'une surface donnée du sujet, disons de 100 lumens.
Le 100mm f/2,8 va capter de la même surface du sujet un flux de 400 lumens.
Comme le 100mm va donner une image 4x plus grande en surface, ces 400 lumens seront étalés sur une surface 4x plus grande.

[dioptre]

J'ai du mal à comprendre ton raisonnement.
Le 50mm f/2,8 va capter un flux, d'une surface donnée du sujet, disons de 100 lumens.
Le 100mm f/2,8 va capter de la même surface du sujet un flux de 400 lumens.
Comme le 100mm va donner une image 4x plus grande en surface, ces 400 lumens seront étalés sur une surface 4x plus grande.

C'est comme la pluie qui tombe dans des bassines !
La grande bassine récoltera plus de litres d'eau que la petite
mais les deux récolteront la même hauteur d'eau de 4mm par exemple

Ce qui intéresse le cultivateur-photographe c'est la hauteur d'eau tombée ; et dans son pluviomètre c'est la même que dans son champ de 4 hectares