Pourquoi les objectifs principaux grand angle ont-ils des ouvertures relativement petites?

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J'ai remarqué que la plupart des objectifs grand angle (au moins pour Canon) ont des ouvertures un peu plus petites que leurs homologues normaux ou téléobjectifs. Par exemple, le premier Canon 24 mm standard est f / 2,8 tandis que le premier 50 mm est f / 1,8.

Théoriquement, il devrait être possible de fabriquer des objectifs grand angle à grande ouverture, car leur ouverture sera beaucoup plus petite que les objectifs à focale plus longue. Alors, pourquoi n'y a-t-il pas d'objectifs grand angle avec des ouvertures plus grandes? Une ouverture plus grande limite-t-elle la plus petite ouverture qu'un objectif peut avoir, car cela pourrait avoir un impact sur la profondeur de champ pour la photographie de paysage.

— ab.aditya
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Je pense que c'est parce que s'il est probablement possible de faire un objectif grand angle à grande ouverture, il est plus ou moins inutile de se faire aux dépens de le faire. Les objectifs grand angle sont des objectifs paysage, et les situations sont rares où vous voulez moins de 4 pieds de netteté dans un paysage.

— ElendilTheTall

@ElendilTheTall À grand angle, votre profondeur de champ est énorme à toutes les distances de mise au point raisonnables, ce n'est donc pas la raison du manque d'objectifs grand angle rapides. Par exemple, si vous aviez un 14 mm f / 1,4 en plein écran et que vous le focalisiez à plus de 15 pieds, votre profondeur de champ serait mesurée en miles et non en pieds!

— Matt Grum

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Objectif Voigtländer 17,5 mm f / 0,95 pour caméras micro-4/3. C'est un grand angle avec une grande ouverture.

— Esa Paulasto

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De manière générale, les objectifs à grande ouverture sont plus faciles à concevoir plus la distance focale est longue. La raison pour laquelle vous ne voyez aucun objectif 400 mm f / 1,4 est due à des difficultés de fabrication, par exemple en gardant une faible dispersion tout en produisant des éléments de la taille requise pour de telles ouvertures. Il convient de rappeler que la désignation f / 1,4 signifie que la taille de la butée d'ouverture est la distance focale divisée par 1,4, ce qui pour un 400 f / 1,4 est un énorme 285 mm. Techniquement, c'est l'image de la butée d'ouverture qui doit être de cette taille, ce qui signifie que l'élément avant doit être au moins aussi grand.

Si vous regardez le plus large des superteles de Canon, vous voyez un motif qui 150 mm semble être à peu près la limite de ce qui est économique:

400 / 2,8 = 142 mm
600 / 4,0 = 150 mm
800 / 5,6 = 142 mm

Les objectifs dont la distance focale est inférieure à la distance d'enregistrement (environ 46 mm pour la plupart des reflex numériques) doivent intégrer ce que l'on appelle un design rétrofocal, qui est essentiellement un groupe de téléobjectif inversé (ou "convertisseur grand angle") à l'arrière de l'objectif. Plus l'objectif est large, plus les corrections doivent être effectuées en raison de la conception rétrofocale, et ces corrections sont plus difficiles pour les objectifs à grande ouverture.

Vous pouvez le voir si vous regardez la conception des Canon 24 mm f / 2,8 et 50 mm f / 1,8:

Canon 24 mm f / 2,8

50 mm f / 1,8

La raison pour laquelle le 50 mm offre un bon rapport prix / performances en matière d'ouverture est que pour les appareils photo 35 mm, ce 50 mm se trouve au point idéal où la distance focale est suffisamment longue pour permettre une conception non rétrofocale plus simple, mais pas trop longue pour les gros morceaux de le verre doit être utilisé pour donner un bon nombre f /.

— Matt Grum
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Supplémentaire: en plus de résoudre le problème mécanique (distance entre l'élément arrière et le plan du film), les rétrofocaux produisent également un cercle d'image plus grand pour une distance focale donnée. Les véritables objectifs grand angle nécessitent généralement un filtre dégradant (un filtre ND gradué plus dense au centre qu'aux bords) pour ramener le vignettage à un niveau acceptable à des ouvertures plus larges. Cela signifierait que votre objectif pourrait avoir un f-stop de, disons, 1,4, mais un t-stop de 2,8 avec le filtre en place, sans gain net. Et vous devrez changer les filtres lorsque vous changez les ouvertures.

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Les objectifs grand angle modernes sont en fait des téléobjectifs inversés. Il y a donc beaucoup de verre même si la distance focale est plus petite. De plus, la quantité de verre nécessaire pour corriger les aberrations est plus importante que dans un objectif à focale normale.

Canon possède à la fois un objectif 28 mm f / 2,8 et un objectif 28 mm f / 1,8. Selon ce tableau (PDF), le f / 2.8 est une construction d'objectif à 5 groupes 5, tandis que le f / 1.8 est une construction d'objectif à 9 groupes 10. Vous avez donc presque doublé le nombre d'éléments en verre tout en ouvrant un peu plus d'un arrêt, et 28 mm n'est pas un angle de vue très extrême.

La grande ouverture n'a pas d'effet sur la plus petite ouverture. Il peut y avoir un problème mécanique en ce que vous n'obtiendrez pas un f / 32 très précis sur un angle large extrême, en raison de la forme des lames d'ouverture.

De plus, alors qu'une ouverture plus petite augmentera la profondeur de champ apparente, vous perdrez la netteté due à la diffraction. Recherchez ce sujet dans ce site pour plus d'informations!

— gerikson
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Parce que ce n'est pas si simple!

Faire une lentille rapide ne consiste pas seulement à faire "un plus grand trou". La lentille a besoin de "courber" la lumière pour couvrir toute la monture, et plus la courbure est extrême (comme en grand angle), plus les aberrations sont grandes ...

— fortran
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Belle et simple explication (correcte) !!!

— Joop