Le rassemblement global de la lumière d'un objectif dépend-il uniquement de l'ouverture?

Mon impression est que la valeur d'ouverture d'un objectif détermine sa capacité de collecte de lumière, mais je ne suis pas sûr de comprendre comment cela fonctionne ...

Lorsque l'on considère la collecte de lumière dans les télescopes, elle dépend du diamètre de la lentille d'objectif (ou miroir). Cela est parfaitement logique pour moi, car la lumière est rayonnée dans toutes les directions, donc une zone plus grande signifie que vous collectez plus de lumière. Il me semble que cela devrait être la même chose pour les objectifs de l'appareil photo - un objectif plus grand capterait davantage le cône de lumière du sujet et le concentrerait sur le capteur.

Ce qui m'a fait penser, c'est que j'ai vu un objectif F / 0,95, mais il n'a pas l'air beaucoup plus grand que les objectifs F / 2,8, donc je ne comprends pas la physique de la façon dont cela fonctionnerait.

Essentiellement oui, la capacité de collecte de lumière d'un objectif est déterminée par son ouverture maximale. Les vitesses de transmission des matériaux utilisés ont également un effet mais il est très faible.

Votre intuition est correcte en ce que vous vous attendez à ce qu'un objectif à grande ouverture ait un grand barillet, mais l'ouverture est spécifiée comme un rapport de la taille * apparente ** de l'ouverture de l'objectif divisé par la distance focale. Ainsi, un objectif 200 mm f / 2.0 doit avoir un élément avant suffisamment grand pour voir une ouverture 200 / 2,0 = 100 mm, donc le canon doit être d'au moins 10 cm. Cependant, un 20 mm f / 2.0 ne semble avoir qu'une ouverture de 10 mm, ce qui est petit par rapport à la plupart des tailles d'objectif.

Pour compliquer les choses, les objectifs grand angle nécessitent des éléments avant plus grands que ceux dictés par leur ouverture pour éviter le vignettage à travers la monture. Pour les distances focales inférieures à environ 50 mm, les tailles d'objectif augmentent à mesure que la distance focale diminue malgré les ouvertures, et donc la capacité de collecte de lumière, diminuant également.

Voici un bel exemple, cet objectif Nikon n'est que f / 2.8:

mais est absolument énorme, en raison de sa nature extrêmement grand angle.

* notez que 100 mm f / 2.0 ne signifie pas que l'ouverture physique au milieu de l'objectif est en fait de 50 mm de diamètre, mais seulement que l'image de ladite ouverture vue de l'avant de l'objectif semble avoir un diamètre de 50 mm. L'ouverture réelle est souvent plus petite, mais l'élément avant de l'objectif doit être suffisamment grand pour accueillir sa taille théorique.

Vous avez presque raison de dire que le diamètre physique de la lentille a un effet direct sur les propriétés de collecte de lumière de la lentille.

Cependant, vous devez également prendre en compte la distance focale de l'objectif.

Le calcul est assez simple:

Ouverture maximale (F-Stop) = Longueur focale / Diamètre de l'objectif

Par exemple, choisissons f / 4 car c'est un joli chiffre rond facile ...

• Pour atteindre f / 4 par exemple à 400 mm, le diamètre de l'objectif sera de 100 mm.
• Pour atteindre f / 4 à 100 mm, le diamètre de l'objectif devrait être de 25 mm.
• Pour atteindre f / 4 à 50 mm, le diamètre de l'objectif sera de 12,5 mm.

Donc, disons, un objectif de 50 mm, pour atteindre f / 0,95 comme vous l'avez dit dans votre question, et comme cela est inférieur à f / 1, le diamètre de l'objectif devra en fait être légèrement plus grand que la distance focale de l'objectif à 52,63 mm.

Notez qu'il peut être plus facile de basculer l'équation vers:

Diamètre de la lentille = distance focale / ouverture maximale (F-Stop)

Pour répondre à votre question initiale sur un objectif f / 0,95 qui n'est pas beaucoup plus grand qu'un objectif af / 2,8, vous devez vous assurer que les deux objectifs ont la même distance focale. Ensuite, vous verriez que le 0,95 était en effet plus grand que le 2,8, et en utilisant l'équation ci-dessus, vous pouvez déterminer exactement quels devraient être les diamètres des lentilles physiques dans chacun ;-)

J'espère que cela à du sens???

D'autres ont déjà expliqué la différence entre la pupille d'entrée et la lentille frontale. Je voudrais ajouter un mot pour expliquer pourquoi le pouvoir de collecte de lumière est donné par les nombres F.

La différence entre un télescope et un objectif photographique est que vous utilisez généralement un télescope pour l'image de petits objets (de petite taille angulaire). Votre sujet rentrera alors presque toujours dans le champ de vision, quelle que soit la distance focale de la lunette. En revanche, vous utilisez le plus souvent un appareil photo pour capturer une scène entière qui remplit complètement le cadre. Ensuite, des focales plus courtes vous permettent de capturer davantage de la scène ... et donc plus de lumière!

Cela fait une grande différence dans la façon dont le «pouvoir de collecte de lumière» est apprécié. Pour un astronome, le pouvoir de collecte de lumière est la capacité d'une lunette à recueillir le flux lumineux d'une petite source fournissant un éclairement donné sur la terre. Elle est donc équivalente à la surface de la pupille d'entrée. Pour un photographe, la puissance de collecte de la lumière est la capacité d'un objectif (ou d'un appareil photo) à recueillir le flux lumineux d'une scène étendue de luminance moyenne donnée . Cela dépend alors à la fois de la pupille d'entrée et du champ de vision. C'est pourquoi nous utilisons des nombres f au lieu de diamètres d'ouverture bruts.

Voir également cette réponse à une question connexe .

Pensez à arrêter votre télescope. De nombreuses lunettes sont livrées avec des bouchons d'objectif qui ont un trou circulaire coupé au centre avec un capuchon secondaire dessus.

Si vous utilisez votre lunette avec le capuchon d'objectif sur mais le capuchon secondaire sur OFF, vous avez maintenant arrêté votre lunette. Votre lunette f8 pourrait maintenant être, disons, une lunette f20 sans aucune modification du diamètre de l'objectif . Cela m'a vraiment fait peur depuis que j'ai commencé dans les télescopes avant les caméras et j'ai eu exactement la même confusion que vous.

Avez-vous un vieil appareil photo argentique 35 mm assis? Ouvrez le dos et regardez à travers la lentille, essentiellement, votre œil est maintenant le film. Appuyez sur l'obturateur. Vous verrez un bref éclair de lumière à travers l'ouverture principalement circulaire. (Encore mieux, réglez la vitesse d'obturation lentement pour que le flash bref soit moins bref.) Jouez maintenant avec le réglage d'ouverture, comparez, par exemple f2.8 avec f16. Remarquez comment la taille du trou circulaire change?

Si vous ne possédez pas un vieil appareil photo argentique, essayez ceci avec votre reflex numérique, mais en regardant de face, cherchez quelque chose à changer à l'intérieur de l'objectif, directement au centre, lorsque vous jouez avec l'ouverture.

Les caméras sont souvent arrêtées. Vous devez le faire pour à la fois modifier la durée de l'exposition et contrôler la profondeur de champ.

Les télescopes sont rarement arrêtés. Vous ne voulez probablement le faire que pour l'observation solaire ou lunaire. Pourquoi? Vous n'avez pas besoin de lumière supplémentaire, mais à moins que vous n'ayez un réfracteur APO, l'arrêt de celui-ci diminuera considérablement l'aberration chromatique. J'ai eu la chance de voir le télescope Galileo à Philadelphie. Il mesurait peut-être 1 à 1,5 pouces de diamètre, mais il a été réduit à quelque chose de minuscule, comme 0,5 "environ! Cela a été fait pour réduire les aberrations dans ses lentilles primitives.