Où à quoi correspond matériellement ce qu'on lit sur un objectif...

Suite à divers posts érronés à ce sujet, il convient de rendre à Paul ce qui est à Pierre... Euh... Enfin de rendre à César ce qui est à Jules (ou le contraire), ad honores.




- 50mm, f/1.4 qu'est-ce que cela signifie exactement ?
- la focale f vaut 50 mm et le diamètre du diaphragme vaut 50/1.4 = 35.7mm




La focale (ou distance focale)

Pour la focale, tout le monde est d'accord ou presque. Bien qu'on ne sache jamais trop à quoi correspond physiquement exactement la focale, on sait qu'un grand angle a une focale courte et un télé une focale longue.
Physiquement, si on voulait quelque chose de plus quantitatif, il faudrait se rapporter au fonctionnement de la camera obscura (chambre noire ou sténopé). Pour ce qui nous concerne, un objectif de 200 mm est équivalent à une chambre noire équipée d'un trou à 200 mm du plan film.




Du coup, si on sait qu'on est en 24x36 (ou moins pour les réflex non full frame et autres bridges ou compacts), connaissant la taille de son capteur, on arrive directement à remonter à l'angle d'ouverture. C'est mâgique, c'est de la trigonométrie, si vous êtes à l'aise avec la fonction tangente, vous devriez y arriver.

Nota bene : la définition stricte de la focale est tout autre, c'est en réalité pour une lentille mince (donc pas un objectif photo) la distance à laquelle viennent focaliser des rayons lumineux qui viennent d'infiniment loin, et pour un système épais (objectif d'appareil photo), c'est la distance entre le plan principal et ce point de focalisation. Reportez-vous à la littérature spécialisée (optique géométrique) pour plus de détails.

Assez universellement, la focale est notée f. On pourra dire un objectif de focale f=50mm.
Pour un zoom, on règle l'objectif à une focale donnée comprise entre les deux valeurs extrêmes en fonction de l'angle d'ouverture que l'on veut avoir pour le cadrage. Pour les zooms utilisés sur les APN, on a souvent accès après la prise de vue à la focale dans les données EXIF de la photo.



Le diaphragme (ou nombre d'ouverture)

C'est ici que les choses se compliquent légèrement...

En introduction ou en parallèle, il est utile de se rapporter à l'article de Jeff sur le diaphgrame.

Sur votre objectif, vous pouvez lire par exemple
50mm - f/2

On vient de le voir, "50 mm" représente la focale et indique plus ou moins directement l'angle d'ouverture de l'objectif pour une taille de pellicule/capteur donnée.

"2" est le nombre d'ouverture et il va nous renseigner sur la quantité de lumière que l'objectif laisse passer. Par définition, si le nombre d'ouverture est 2, le diaphragme va être capable de s'ouvrir de f/2 mm. On entend par diaphragme la taille de l'iris que l'on voit en regardant l'objectif par le côté filtre.

Remarque : parfois, sur les objectifs, il est noté 1:2 au lieu de f/2. 1:2 signifie bien évidemment 1/2 et est appelé "ouverture relative". C'est seulement une autre définition pour l'inverse du nombre d'ouverture.

Ici, en gardant notre exemple :
Pour notre objectif de 50mm à f/2
- f vaut 50 mm
- on en déduit que le diaphragme qui vaut f/2 ouvrira donc de 25 mm.

Pour ce qui est des nombres successifs d'ouverture de diaphragme...
Sur les vieux objectifs d'appareil photo, on peut lire quelque chose comme ceci :



Pour les appareils modernes, le principe est exactement le même, sauf qu'il est géré automatiquement.
Cette suite de nombres correspond à des valeurs de nombre d'ouverture pour lesquelles la lumière qui entre dans l'objectif est à chaque fois multipliée par deux.

La lumière qui entre dans le diaphragme est proportionnelle à la taille de l'ouverture... donc à l'aire du diaphragme. Or cette aire est proportionnelle à la taille du diaphragme au carré (et oui ! ce serait un volume, ce serait proportionnel à la taille du diaph au cube)
Donc si on veut que deux fois plus de lumière rentre, il faut que le carré de la taille du diaph soit multiplié par deux, donc que la taille du diaph elle-même soit multipliée par racine de deux...
... Et OOOOooooh ! miracle ! quel est le rapport entre deux valeurs de diaph successives ? racine de deux !
En effet :
1.4 x racine(2) ~ 2
2 x racine(2) ~ 2.8
2.8 x racine(2) ~ 4
etc...

En poussant un peu plus loin et en faisant le parallèle avec le temps d'exposition, vu que deux fois plus de lumière rentre quand on expose deux fois plus longtemps, si on regarde les incréments de diaphgrame dans la photo ci-dessus, on en déduit que le capteur sera illuminé avec la même intensité pour les valeurs de diaph et d'expo suivantes :
- pose de 1/25e à 4
- pose de 1/50e à 2.8
- pose de 1/100e à 2
...

Et voilà !


Pour finir

Certains zooms présentent des caractéristiques qui semblent un peu plus complexes, comme par exemple ce vieux minolta d'avant Jésus-Christ :



La focale peut être fixée entre 35 et 105 mm.
L'ouverture max à 35 mm sera de f/3.5 soit un diamètre de diaphragme de 10 mm et l'ouverture max à 105 mm sera de f/4.5 soit un diamètre de diaphragme de 23.3 mm.


Ce petit compte rendu est un assomoir de nombres (d'où le titre), mais il semblait nécessaire. Il n'a malheureusement pas la prétention d'être exhaustif (loin de là !) mais serait plutôt une introduction pour ceux qui veulent aller plus loin dans la théorie de l'optique géométrique qui régit la prise de vue.