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phorum - équipements et procédés - Ouverture relative.

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 Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   25-04-2006 19:17

Bonsoir,

C'est vraiment une question de débutant :

Je ne comprends toujours pas cette notion d'ouverture relative, ou plutôt je ne comprends pas comment un même film, avec la même lumière mesurée , peut être exposé correctement alors qu'avec une focale de 150 mm à f/8 le diamètre du diaph est de 150/8 = 18,75 mm et que si on met devant un 90 mm à f/8, le diamètre du diaph est de 90/8 = 11,25 mm
Parce qu'avec un 90 mm, l'ouverture du diaph est plus près du film ????
Je connaissais l'indice de soufflet, mais pas celui du diaph ;-)))
Y'a quelque chose qui m'échappe.


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   25-04-2006 19:56

je viens de lire dans le bouquin de P Groulx que, si l'on s'en tenait à des diamètres d'ouverture pré-déterminés, la quantité de lumière ne serait pas la même selon la focale utilisée.
Cela ne fait qu'ajouter à ma confusion ;-(((


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: mikel 
Date:   25-04-2006 20:16

Bonsoir,


Votre calcul permet de connaitre l'ouverture maxi d'une optique. Mais vous divisez la focale par 8 qui est déja un résultat.

Il faut diviser la focale par le diamètre maxi du diaph en mm.

Par exemple 150/18.75=8 ouverture max. Les autres ouvertures sont normalisées par le diaph.




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   25-04-2006 21:15

Oui, merci. Je crois avoir compris
Ce que je ne comprends toujours pas et ne comprendrai sans doute jamais, c'est que deux diamètres différents, quand il sont distants de 150 mm et de 90 mm, par exemple, laissent entrer la même quantité de lumière à une ouverture relative donnée.

Par exemple ce paragraphe :

"Puisque le diamètre est une fraction de la DISTANCE FOCALE, il est aisé (sic) de concevoir que deux objectifs de distance focale différente réglés à la même ouverture relative, n'auront pas le même diamètre de diaphragme, mais laisseront passer la même quantité de lumière "

Autant je comprends que la lumière diminue avec l'allongement du soufflet, autant je ne pige pas qu'elle varie en fonction de la distance focale.


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: nicofuzz 
Date:   25-04-2006 21:47

Je ne suis pas spécialiste en optique mais ce ne serait pas également une histoire de distance ?

- La distance focale est la distance séparant le plan focal et le centre optique (la "lentille mince" qui approxime l'objectif photo), pour une mise au point à l'infini. Le film serait donc situé à 150 mm du centre optique avec un objectif de 150 mm et à 60 mm plus proche pour un objectif de 90 mm.

La distance "film" - "objectif" étant plus faible, il faut une ouverture absolue plus grande pour obtenir une "quantité de lumière" égale. Ce qui correspondrait bien aux valeurs données plus haut à f/8:

150 / 8 = 18.75 mm
90 / 9 = 11.25 mm

L'ouverture absolue serait plus grande pour compenser la distance focale plus grande.


C'est mon raisonnement a priori, et c'est peut-être qu'une vue de l'esprit je ne sais pas...

Qu'en pensent les pros de l'optique ?

Nicolas.




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: nicofuzz 
Date:   25-04-2006 21:50

oops... il fallait lire:

...il faut une ouverture absolue plus petite pour obtenir...

et

90 / 8 = 11.25 mm

Nicolas.




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   26-04-2006 00:15

C'est ce que je pense aussi, d'où ma comparaison avec l'indice de soufflet. Mais je crois que c'est trop simple. Une autre piste : l'angle de champ = plus de lumière entre dans un objectif gd angle? D'autres paramètres entrent en jeu : le nombre de lentilles....

On s'y perd aussi : grande ouverture ou grand nombre d'ouverture. Par convention on a l'habitude de dire petite ouverture pour un grand nombre d'ouverture. Mais vous n'aviez pas tort.


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: fabrice 
Date:   26-04-2006 09:54

Ce qui te perturbe Jean, c'est le fait d'avoir des diamètres de pupille différents. En fait ce qui importe c'est de comparer l'angle du cone de lumière qui arrive sur l'image; le demi angle du cone en fait. Imagine qu'on prenne un rayon lumineux parallèle à l'axe de l'objectif et qu'on l'éloigne de l'axe jusqu'à ce qu'il touche le bord du diaphragme; le rayon lumineux est alors à l'ouverture maxi. Maintenant en sortant de l'objectif ce rayon lumineux va converger vers le foyer. L'angle que fait le rayon avec l'axe nous donne la réelle ouverture...en fait on prend le sinus de cet angle et on obtient ce que les opticiens appellent l'ouverture numérique. Avec ton exemple on peut vérifier que les deux objectifs ont la même ouverture. Tu as un 150 à f/8 et tu trouves donc une ouverture de pupille de 18.75...j'ai le droit de considérer l'objectif en lentille simple mince et de faire coincider pupille d'entrée et de sortie et le diaphragme (tu peux sauter cette dernière phrase Jean car elle peut t'embrouiller :-)))). Si je calcule le sinus de l'angle de l'ouverture maxi alors je trouve 18.75/(2*150)...car l'axe optique, le demi diamètre de la pupille et le rayon forme un triangle rectangle de grand coté 150 (la focale) et de petit coté 18.75/2...donc 18.75/(2*150)=0.0625....l'ouverture numérique de l'objectif vaut 0.0625.
Si je fais le même calcul avec le 90, on trouve 11.25/(2*90)=0.0625....euréka c'est pareil :-))
Le diamètre de pupille est plus petit avec le 90 mais l'image est également plus proche également (ce que tu as correctement remarqué)....bon c'est dans la réalité plus compliqué, mais paraxialement parlant c'est à dire en assimilant l'objectif à une lentille mince, chose autorisée, c'est ce qu'il se passe.
Dit autrement, trace un cone d'axe 150mm de long avec une ouverture de 18.75 d'un coté, si tu déplaces cette ouverture le long de l'axe, les deux traits qui forment le cone coupent l'ouverture et réduisent donc son diamètre; la pupille diminue mais l'angle du cone est inchangé et c'est lui qui détermine la quantité de lumière :-)))

fab


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   26-04-2006 10:08

Ouf !
Enfin, j'ai l'explication !
Merci infiniment, Fabrice.:-)))))

JG


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   26-04-2006 10:41

Bonjour à tous

Juste une petite remarque pour appuyer ce que dit Fabrice.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, on peut se représenter la distribution de lumière au centre du film, sur l'axe optique, comme ce qu'on obtiendrait en éclairant le film avec un négatoscope masqué par un trou dont le diamètre est identique à celui du diaphragme (il y a une finesse pour les optiques épaisses, mais si on admet le raisonnement pour la lentille mince, le reste est moins important)

La quantité de lumière qui tombe par cm2 de film augmente comme la surface du trou (donc comme le carré du diamètre) et diminue comme le carré de la distance trou->film.

Donc cela ne dépend que du rapport entre la distance trou-> film et le diamètre du trou, qu'on appelle : nombre d'ouverture ou ouverture relative, c'est exactement la même chose qu'avec un sténopé.

De plus, ce modèle très simple explique parfaitement la notion de nombre d'ouverture effectif en macro-photo, ce nombre double lorsqu'on est en position 2f->2f.

On généralise aux optiques épaisses en considérant le diamètre de la pupille d'entrée, ce qui ne tombe pas sous le sens...






 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean-Paul Planchon 
Date:   26-04-2006 11:09

Fabrice,
il me semble que 18.75/(2*150) est égal à la tangente de l'angle en question et non du sinus ...........???

Jean-Paul


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   26-04-2006 11:17

J'ai fait un dessin et j'ai pigé ;-))


 
 Re: Ouverture relative,sinus et tangente
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   26-04-2006 11:30

Pour J.P.P

Que je salue au passage

En toute rigueur il faut prendre le sinus, et cela ne tombe pas sous le sens non plus.
mais avec les optiques de chambre qui n'ouvrent jamais plus que f/2,8, on peut confondre sinus et tangente sans induire d'erreur photométrique mesurable.




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean-Paul Planchon 
Date:   26-04-2006 11:50

Merci Emmanuel,
je vois qu'en optique (comme ailleurs) on s'accommode de certaine approximations :-)))

Jean-Paul


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: fabrice 
Date:   26-04-2006 11:58

Ha merde j'espérais qu'on ne rebondirait sur cette histoire de tangente et sinus :-))) Bien vu Jean Paul :-)))
En fait il faudrait un dessin pour l'expliquer...mais dans la réalité cette fameuse ouverture que l'on calcule par f/d c'est la hauteur d'un triangle, et c'est le rayon incliné qui porte la focale et qui est l'hypothénuse (les plans principaux sont courbes en fait), résultat le rapport "diamètre de pupille/2 fois la focale", c'est un sinus :-)))
Je t'avouerais que c'est un truc qui m'a également perturbé à une époque mais on trouve la réponse dans l'aplanétisme et en sortant du domaine paraxial...même Emmanuel a été troublé :-))) lorsqu'il a vu dans OSLO (soft d'optique) le modèle de lentille parfaite avec un décalage entre l'impact d'un rayon entrant dans la lentille et celui du rayon qui sort (le rayon entre dans une lentille une hauteur et sort à une autre hauteur, c'est perturbant :-)))

fab


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   26-04-2006 11:59

je vois qu'en optique (comme ailleurs) on s'accommode de certaine approximations :-)))
Chacun peut se rendre compte qu'il n'y a pas lieu de s'inquiéter parce que l'approximation consiste à confondre 4.N^2 avec (1+4.N^2) dans l'expression d'un temps de pose ; avec N=4 on doit par exemple comparer 1/65 seconde avec 1/64 seconde, ce qui est toujours allègrement confondu sur les graduations des obturateurs...avec 1/60 seconde par exemple.




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: nicofuzz 
Date:   26-04-2006 12:08

hum hum, je vais essayer de tracer le dessin.

Merci bien pour ces explications... Il y a toujours des choses qu'on admet et d'autres qu'on comprend, j'espère que je comprendrai ;)

Nicolas.


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: fabrice 
Date:   26-04-2006 12:11

En fait il ne s'agit pas d'une approximation sinus-tangente!!

fab


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   26-04-2006 12:35

Partant de l'éclairement au centre, on trouve en poussant le modèle du négatoscope dans ses retranchements, que si on n'est plus en face du trou mais dans le coin du film, il y a un premier facteur d'obliquité parce qu'on voit le trou de côté, et que sa surface apparente diminue ; il y a un deuxième facteur d'obliquité parce que le film est incliné par rapport au rayon moyen, et enfin la distance entre le centre du trou et le coin du film est plus grande que lorsqu'on est en face.
Chaque facteur d'obliquité pour le trou et le film compte pour un cosinus, et le carré de la distance qui augmente dans le coin compte pour deux cosinus, au total cela fait quatre cosinus qui se multiplient.

Cette histoire va bientôt ressembler à celle de la devinette des chats dans les coins, on remplacerait les chats par les cosinus (je l'ai déjà racontée, mais il y a de nouveaux lecteurs qui ne vont peut-être pas chercher dans les 13000 messages d'archives pour cela ;-)

Dans une pièce qui a quatre coins
Il y a un chat dans chaque coin
Un chat devant chaque chat
Et un chat assis sur chaque queue de chat.
Combien cela fait-il de chats ?

(La réponse dépend du souvenir que vous pouvez avoir d'une fameuse publicité pour les Frères Ripolin)




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean-Paul Planchon 
Date:   26-04-2006 15:08

Je suis désolé,
Je ne voulait pas ajouter de la confusion par ma remarque et j'admet que le sinus et la tangente sont proches pour des angles faibles.
Fabrice trouve d'autres explications mais cela a l'air très complexe.

Jean-Paul


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   26-04-2006 15:54

12 chats ?
et,

Merci à tous pour vos réponses à ma question que je croyais idiote, dans la série "L'optique pour les nuls"

JG


 
 [digression] douze chats
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   26-04-2006 16:08

12 chats ?
Ceux qui se rappellent les frès Ripolin ont envie d'en mettre 12 de plus pour asseoir un chat sur chaque queue de chat et les messieurs plus en remettront au moins une ou deux douzaines.
Mais ceux qui aiment les choses simples n'en verront que 4, un par coin, assis sur leur queue, qui se regardent en diagonale ;-)




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   26-04-2006 16:17

;-))))))))))))))))))))))))))


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: fabrice 
Date:   26-04-2006 17:52

Je rigole Jean Paul, pas besoin de t'excuser :-)))
MAIS je crois qu'on a ici un petit problème car cela ne sert à rien d'accepter que le sinus est proche de la tangente car dans le cas de la définition de l'ouverture l'explication n'est pas la :-))
Prenons le cas des grandes ouvertures, la ou le sinus est loin de la tangente un sinus u de 0.25 c'est une ouverture de 2, un sinus u de 0.5 une ouverture de 1.

fab


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean-Paul Planchon 
Date:   26-04-2006 18:08

OK Fabrice,
Cela mériterais un dessin.

Jean-Paul


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   26-04-2006 23:13

Pas besoin de dessin.
Tout est question de définition.

Ce que Fabrice appelle ouverture c'est la quantité : 1/(2.sin u)

Mais on peut toujours définir le nombre d'ouverture nominal N comme le rapport de la focale au diamètre de pupille d'entrée. Tant qu'on n'a pas dità quoi cela servait, on n'a rien dit de faux.

On peut aussi définir le nombre effectif N_eff aui tient compte du facteur de soufflet en macro : N_eff = N.(1+G) mais cette valeur n'est utile qu'avec les optiques quasi-symétriques.

Donc ne pas confondre le nombre d'ouverture avec ce qu'on appelle ouverture numérique définie à partir du sinus du demi-angle en entrée ou en sortie.

La formule photométrique fondamentale pour le centre du champ est :
E = pi.T.L sin^2 (alpha' )
dans lequel
E éclairement dans le plan image ; pi=3,141592 ; T = facteur de transmission de l'optique (voisin de 1 dans les optiques modernes) ; L la luminance de l'objet
et sin^2 (alpha') le carré du sinus de l'angle sous lequel on voit la pupille de sortie.
Cette formule est très générale et elle contient tout ce qu'il faut savoir pour la macro même avec une optique dissymétrique ( je pense au terrifiant grand angulaire Canon de J.P.P et son grandissement pupillaire de 2)

si l'optique est aplanétique, et si la source est lambertienne, un calcul qui se simplifie comme par miracle nous donne pour la position infini-foyer dans une optique épaisse quelconque, au centre du champ :
E = pi.T.L / (1 + 4.N^2)
avec N qui se réfère à la pupille d'entrée

Si on préfère utiliser l'ouverture au sens de Fabrice, le terme "1" dans 1+ 4.N^2 disparaît.


Bon tout cela est dans un article en gestation depuis des mois.. il est urgent que Yves Colombe et moi-même le fassions enfin sortir !!




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Ansell 
Date:   26-04-2006 23:31

arréter, je crois que mon cerveau va exploser. Je ne comprends plus. Je vais me coucher
A+


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean GOUPY 
Date:   26-04-2006 23:38

Quand je lis , dans un bouquin : " il est aisé de comprendre ..." Je sais déja que je ne comprendrai pas. Ca évite à l'auteur une explication.
Alors, Emmanuel, dans cet article à venir, pensez aux nuls qui ne comprennent pas aisément ;-))
Merci
JG


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean-Paul Planchon 
Date:   26-04-2006 23:58

Emmanuel,
Qu'est-ce qu'une optique aplanétique et une source lambertienne?

Au fait.....merci de toutes ces explications.

Jean-Paul


 
 Re: Ouverture, lambertienne et aplanétique
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   27-04-2006 17:57

Qu'est-ce qu'une optique aplanétique et une source lambertienne?

aplanétique : désigne un système optique idéal capable de former d'une portion d'objet plan une image nette dans une portion de plan au voisinage d'un couple de points conjugués. Pour satisfaire cette propriété, il faut satisfaire une condition mathématique sur les sinus des angles des rayons mesurés par rapport a l'axe en entrée et en sortie (condition des sinus d'Abbe).
Le miroir parabolique (paraboloide de révolution) n 'est pas aplanétique, dès qu'on s'écarte de l'axe une sévère aberration de comma apparaît.
Le dioptre sphérique est aplanétique.
Une optique pour usage photo doit être en principe le plus proche possible d'une optique aplanétique.

Le tracé de rayons symbolique de la lentille mince, lorsqu'on l'étend loin hors de l'axe ou pour des rayons inclinés, n'est pas aplanétique car il réalise une condition sur les tangentes et non pas sur les sinus.... mais on l'aime bien tout de même.

Une source lambertienne est une source idéalisée qui émet la lumière de la même façon dans toutes les directions, sa luminance est constante même si on la regarde de façon rasante.
Un écran de magnésie très mat est une bonne réalisation d'une source lambertienne.
Un objet poli est au contraire une source dont la luminance est très variable en fonction de l'angle sous lequel on le regarde : par exemple un miroir est exactement l'opposé d'une source lambertienne.




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Jean-Paul Planchon 
Date:   27-04-2006 18:09

C'est fou ce qu'on s'instruit ici,
merci

Jean-Paul


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Emmanuel Bigler 
Date:   27-04-2006 18:33

C'est fou ..

Continuons la folie.
Poussons le modèle du négatoscope avec son cache circulaire jusqu'à l'absurde.

Si on est suffisamment loin du négatoscope, on peut effectivement dire que l'éclairement reçu par le film augmente proportionnellement à la surface du trou.

Mais si on s'approche du négatoscope trop près, il arrive un moment où augmenter la surface du trou ne ramène plus de lumière du tout.

On atteint pour l'éclairement reçu la limite obtenue pour N=0 (et T=1 dans notre cas):
E_lim = pi.L

Si on se donne 10% comme erreur acceptable sur le calcul de l'éclairement reçu, en gros c'est pour N=1,4 qu'il faut prendre la vraie formule : pour N=1,4, 4.N^2=8, 1+4.N^2 =9, cela fait 12% d'erreur.

Donc pour les optiques de chambre raisonnables on peut tout oublier et confondre le rapport focale sur diamètre avec la vraie ouverture 1/(2.sinus(u))




 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: Georges Giralt 
Date:   27-04-2006 21:41

Bon, OK, je vais au lit....


 
 Re: Ouverture relative.
Auteur: fabrice 
Date:   28-04-2006 10:06

Un système aplanétique est un système corrigé de l'aberration sphérique et de la coma.
L'aberration sphérique est une aberration d'ouerture, elle est présente sur l'axe. La coma est une aberration de champ, et c'est la première à se manifester dès que l'on s'éloigne de l'axe.

"Le dioptre sphérique est aplanétique."..........il convient d'ajouter "sous certaines conditions particulières" :-))


"Donc pour les optiques de chambre raisonnables on peut tout oublier et confondre le rapport focale sur diamètre avec la vraie ouverture 1/(2.sinus(u))"

C'est la que ça cloche Emmanuel....pour moi, si le système est aplanétique (il vaut mieux :-))) il n'y a pas à confondre f/d et 1/(2*sin u) car c'est la même chose???

fab

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