PHOTOGRAPHIQUES (OBJECTIFS)

PHOTOGRAPHIQUES (OBJECTIFS)

Les objectifs photographiques sont destinés à donner d’un ensemble d’objets, plus ou moins étendus en largeur et en profondeur, des images formées sur un récepteur, en général une émulsion photosensible plane. Ces images doivent être suffisamment nettes, lumineuses, contrastées et, autant que possible, géométriquement semblables à ce que voit le photographe. L’opérateur dispose habituellement, entre certaines limites, du temps de pose et du diamètre utile de l’objectif, grâce aux obturateurs et aux diaphragmes décrits dans l’article PHOTOGRAPHIE. Le rapport y /y des dimensions qui se correspondent sur l’image et sur l’objet est conditionné par la longueur focale f de l’objectif. La mise au point parfois fixe, le plus souvent réglable, est l’opération qui donne au récepteur ou à l’objectif la position la plus favorable.

Les objectifs sont d’autant plus complexes, donc d’autant plus coûteux, qu’on leur demande des qualités plus poussées. On est souvent amené à faire un choix entre ces qualités: un cliché observé à l’œil nu nécessite moins de finesse dans les détails que s’il est destiné à l’agrandissement, un objectif de clarté (ou luminosité) élevée est d’autant plus utile que le champ objet est moins lumineux et les temps de pose plus réduits (cinéma, déplacements rapides...). Les déformations de l’image importent moins dans le cas des paysages que des monuments, le choix de l’étendue angulaire et de la profondeur de champ varie selon les usages.

On ne traitera dans cet article ni des objectifs utilisés en astronomie et en microscopie, ni de ceux qu’on emploie dans les techniques faisant appel à la lumière infrarouge et ultraviolette. Après avoir rappelé les conditions de formation des images et les facteurs de leurs qualités, on indiquera les principaux types d’objectifs en décrivant une forme de départ et une ou plusieurs formes dérivées modernes.

1. Dimensions et qualités des images

Focale, nombre d’ouverture et champ angulaire

On raisonnera sur le cas d’une lentille mince l (fig. 1), de longueur focale f et de centre optique C comportant un diaphragme circulaire coaxial de diamètre O (dans les revues francophones de photographie, la focale est généralement désignée par la lettre F). Il est commode de faire intervenir le rapport n = f /O , qui est appelé nombre d’ouverture de l’objectif; c’est ce nombre qui figure sur la bague du diaphragme. Plus ce diaphragme est ouvert, plus n est petit. En général, les valeurs repères de n sont en progression géométrique de raison 連2, par exemple: 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16, et parfois 22; 32 et 45. Ces valeurs repères sont dites normalisées.

À un point objet A situé sur l’axe de l (soit CA = p ) correspond une image A (soit CA = p ) telle que :

Dès que p est beaucoup plus grand que f , A est voisin du foyer image F de l’objectif.

Quand le point objet s’écarte notablement de l’axe pour se trouver en K, la qualité de l’image et, comme on le verra, son éclairement se trouvent altérés. On choisira comme valeur maximale u de l’angle fait par CK avec l’axe de l la valeur correspondant à une image K de qualité encore proche de celle de A sur l’axe; 2 u est par définition le champ utile de l’objectif. Le support d’émulsion étant supposé rectangulaire et centré sur l’axe, soit d sa diagonale; une valeur «normale» de u est telle que d = f , d’où tg u = 0,5 et 2 u 力 50⁰. Mais le champ est moindre pour beaucoup d’objectifs simples et plus grand pour certains objectifs spéciaux. Les deux plus importants paramètres des objectifs, en photographie «grand public», pour un format d’image donné, sont sa focale et son nombre d’ouverture maximal. Dans la pratique, un objectif de 50 mm de focale (objectif «normal» en format 24 憐 36 mm, «grand-angle» en format 6 憐 6 cm, «super-grand-angle» en format 6 憐 9 cm) et d’ouverture n = 2,8 peut être noté: 2,8/50 mm ou f /2,8 漣 50 mm ou F = 50 mm 漣 2,8; en notation simplifiée, 2,8/50, et quelquefois 1: 2,8/50 mm.

Dimensions de l’image

À une petite droite objet AB, normale à l’axe, de longueur y et vue du point C sous l’angle , correspond une image de longueur:

Si la droite AB est éloignée de l , on a p 力 f , et si, en outre, est faible, on peut écrire y = f .

L’image d’un objet de dimension angulaire donnée est donc d’autant plus grande que la focale est plus longue, ce qui sert de guide dans le choix de cette dernière.

Netteté de l’image

La netteté de l’image peut être caractérisée approximativement par le diamètre de la tache image d’un point (si les bords de cette tache ne sont pas trop dégradés). Il est inutile de chercher à la réduire au-dessous d’une valeur déterminée: d’une part à cause de la limite de séparation de l’œil (correspondant à un diamètre angulaire de l’ordre de 1,5 minute d’arc, soit 4,4 憐 10 size=1^漣4 radian, dans les conditions finales d’observation, presque toujours après agrandissement, une exception étant la photographie à développement instantané); d’autre part du fait des dimensions de la tache de granularité-diffusion de l’émulsion. On se reportera, pour plus de détails, à l’article PHOTOGRAPHIE, ainsi qu’à l’étude sur l’association des images aux récepteurs et de ceux-ci à l’œil (cf. OPTIQUE Optique instrumentale). Les images sont altérées non seulement par la diffraction qui agit surtout à petite ouverture, mais aussi, d’une façon plus ou moins marquée, par les aberrations chromatiques (qui produisent des irisations) et par les aberrations géométriques: sur l’axe, l’aberration sphérique (cas des faisceaux ouverts), et hors de l’axe, l’astigmatisme et la coma (faisceaux inclinés), la courbure de champ (l’image d’un plan objet normal à l’axe est une surface courbe), la distorsion (l’image d’un carré a pour côtés des courbes dont la convexité est tournée soit vers le centre, soit vers le bord du champ). Pour réduire ces aberrations, on a recours à des combinaisons de lentilles spécialement calculées, selon les valeurs souhaitées pour n et u , en fixant au mieux la position des diaphragmes.

Mise au point et profondeur de champ

Effectuer une mise au point, c’est définir le «meilleur tirage» p , c’est-à-dire celui qui correspond à la meilleure qualité d’image d’un objet situé à la distance p de l’objectif. Cela s’obtient en général sous le contrôle de la vue en observant, au moyen d’une loupe de grossissement convenable, l’image qui se forme sur un écran translucide (verre dépoli portant, souvent, en son centre des aides de mise au point telles que microprismes ou télémètre à champ coupé...) mis à la place de l’émulsion Em ou dans un plan conjugué. La variation de tirage se fait par translation soit de cet écran, soit de la lentille frontale de l’objectif, soit – cas le plus fréquent – de l’objectif lui-même placé dans une monture à rampe hélicoïdale graduée en distance objet ou (cas de certains moyens formats) sur un soufflet. Certains appareils possèdent des dispositifs télémétriques de type optique ou électronique (autofocus) qui, couplés avec la translation de l’objectif, automatisent complètement la mise au point ou l’assistent (vérification du «point» par diodes lumineuses en bordure du viseur).

Sur l’axe, de part et d’autre de l’image théorique A , on dispose d’une certaine latitude de mise au point de l’émulsion 梁 p telle que le cône de rayons se dirigeant vers un point image découpe sur l’émulsion dépointée une tache de diamètre inférieur ou égal à la limite de netteté 﨎. Si les aberrations sont négligeables et si le point image est voisin du foyer, on a:

Par exemple, pour n = 8 et 﨎 = 0,02 mm

p = 梁 0,16 mm.

Un tel calcul fournit un ordre de grandeur de la latitude de mise au point. Fait sur l’axe, il ne tient pas compte des aberrations (en particulier de la courbure de champ) qui influent sur la qualité de l’ensemble de l’image.

Toutefois, il est commode d’adopter la même démarche pour obtenir (fig. 2) la latitude de position A¹A² du point objet A, entraînant une même limite de netteté 﨎 dans le plan de l’émulsion Em située rigoureusement en A conjugué de A. A¹A² est appelé «profondeur de champ».

Assimilons toujours, pour simplifier, l’objectif à une lentille simple, d’ouverture utile O. Soit A l’image, supposée ponctuelle, d’un point A d’abscisse CA = p et soit 塚 le grandissement y /y correspondant. Au cercle de centre A et de diamètre 﨎 situé dans le plan de l’émulsion Em correspond, dans le plan objet conjugué, un cercle de centre A et de diamètre 﨎/ 塚. Les points situés sur l’axe A ¹ et A ², sur lesquels convergent des faisceaux qui coupent Em suivant un cercle de diamètre 﨎, sont les images de points A¹ et A² d’abscisses p ¹ et p ² telles que:

en posant a = 﨎/f 塚. D’où les limites de la profondeur de champ:

Par exemple, pour p = 10 m et f = 50 mm, en admettant 﨎 = 0,05 mm, d’où a = 0,08, on trouve respectivement pour n = 8 et pour n = 2:

On appelle distance hyperfocale p ⁴ la valeur de p pour laquelle p ² est infini

et la profondeur de champ est maximale.

Dans le cas de f = 50 mm et 﨎 = 0,02 mm, on a respectivement pour n = 8 et pour n = 2:

Dans les appareils bon marché à mise au point fixe, celle-ci correspond à la distance hyperfocale pour l’ouverture maximale. Pour une même valeur du nombre d’ouverture, la profondeur de champ diminue lorsque f augmente ou lorsqu’on attribue à 﨎 une valeur plus faible. D’autre part, f et 﨎 étant donnés, on est conduit à réduire l’ouverture quand on désire une grande profondeur de champ.

Éclairement des images

Nous assimilerons encore une fois l’objectif photographique à une lentille mince. Soit f sa longueur focale et 精 son facteur de transmission. Un diaphragme de diamètre O limite sa surface utile. Nous supposerons en outre que:

– La luminance L du champ objet est constante dans toutes les directions d’observation. Au facteur 精 près, elle est celle de l’ouverture utile vue d’un point quelconque du domaine image.

– Le récepteur photographique plan est situé au foyer de la lentille, perpendiculairement à l’axe (objet à l’infini).

La sensitométrie montre qu’un élément d S d’une émulsion photographique est sensible au flux reçu, c’est-à-dire à l’éclairement. Or ^{[cf. PHOTOMÉTRIE]}, si cet élément d S voit une source de luminance uniforme L sous un angle solide 行 et s’il est incliné de l’angle sur le rayon moyen du faisceau lumineux, son éclairement est:

Dans le cas envisagé, l’éclairement sur l’axe principal ( = 0) s’écrit:

Pour chacun des autres points du champ, on a:

La décroissance de E en fonction du champ est rapide; pour = 15⁰ et 30⁰, on a respectivement cos⁴ = 0,87 et 0,56. Quant au facteur de transmission 精, il est inférieur à l’unité. Il est d’autant plus faible que les pertes de lumière sont plus grandes: les pertes par absorption dans la matière des lentilles portent surtout sur les radiations violettes et ultraviolettes, tandis que les pertes de lumière par réflexion à la surface des lentilles sont réduites (depuis 1945 environ) grâce aux traitements antireflets ^{[cf. INTERFÉRENCES LUMINEUSES]}, qui ont, en outre, l’avantage de diminuer la lumière parasite, productrice d’un voile altérant le contraste des images. Ce voile, et des images fantômes du diaphragme de l’objectif, apparaissent surtout lorsque des zones de forte luminance se trouvent dans le champ de l’objectif ou à son voisinage. On constate aussi une désaturation des couleurs.

L’amélioration produite par le traitement antireflet est considérable, principalement dans le cas des zooms. Les traitements à couches multiples, généralisés depuis les années 1960, ont amené un gain très sensible des performances, surtout pour les objectifs comportant un grand nombre de lentilles. Mais ces traitements sont inégaux et certains objectifs peuvent se révéler décevants à l’usage.

Le temps de pose varie, en première approximation, en raison inverse de E; d’où l’intérêt de disposer de systèmes à grande ouverture (petite valeur de n ) pour la photographie des objets de faible luminance ou encore en mouvement rapide.

Il convient toutefois de se rappeler que ce que l’on gagne en luminosité, on le perd en profondeur de champ.

La graduation en ouvertures photométriques T, qui fait intervenir le facteur de transmission de l’objectif, fournit une valeur plus précise de l’éclairement E. La différence n 漣 T peut atteindre une demi-graduation marquée sur la bague d’ouverture (objectifs courants) et une graduation (objectifs à miroirs). D’autre part, lorsque la distance objet p devient faible, l’image peut s’éloigner sensiblement du foyer; pour un même diamètre de diaphragme, l’ouverture du faisceau dans le domaine image diminue. Il peut être alors nécessaire d’apporter un terme correctif à n .

Nous avons jusqu’ici raisonné sur une lentille. Le problème de l’éclairement dans le cas de l’objectif photographique est plus complexe et la loi en cos⁴ n’est pas systématiquement valable. En effet, le plus souvent, le diaphragme est situé à l’intérieur de l’objectif entre deux groupes de lentilles. Ses images, dans les groupes avant et arrière, jouent respectivement le rôle de pupille d’entrée et de pupille de sortie (cf. OPTIQUE -Images optiques). C’est la surface apparente de cette dernière, vue des différents points du champ image, qui intervient dans le calcul de l’éclairement. Il faut donc prendre en considération d’une part sa position, ses dimensions et les aberrations dont elle est entachée, d’autre part l’inclinaison sur l’axe du rayon passant en son centre (inclinaison rarement égale à l’inclinaison qui lui est conjuguée dans le domaine objet). En outre, les diamètres trop faibles de certaines lentilles peuvent, au bord du champ, limiter la surface apparente de cette pupille de sortie par diaphragmation en «œil de chat».

2. Objectifs simples, achromats, aplanats

La lentille simple à diaphragme avant (ou arrière) s’utilise encore sur des appareils très peu coûteux ou pour des disciplines particulières, endoscopie par exemple. Elle n’est pas achromatique et elle doit être fortement diaphragmée car l’aberration sphérique n’est pas minimisée dans les formes adoptées. Par contre, en jouant sur sa courbure et sur la position du diaphragme, il est possible de réduire l’astigmatisme, à condition de tolérer de la courbure de champ, ou vice versa. La première solution n’est la meilleure que si l’on admet de donner à l’émulsion la forme cylindrique qui épousera au mieux la surface courbe du champ; mais cela n’est, dans la pratique, plus fait de nos jours.

C’est ainsi que fut conçu en 1812, avant l’ère de la photographie, le ménisque de Wollaston (fig. 3). Puis vint, en 1840, l’«objectif à paysage» tel celui de E. Français (fig. 4) construit par C. Chevalier et utilisé par J. Daguerre et N. Niepce. C’est un exemple d’achromat à deux verres collés («flint» et «crown») laissant subsister la coma et la distorsion, tout en réduisant notablement les autres aberrations. Ce type d’objectif est utilisé pour la photographie derrière les optiques endoscopiques, et pour certaines très longues focales à mise au point rapide (Novoflex).

En disposant deux systèmes identiques, symétriques par rapport au diaphragme, on peut éliminer la distorsion. Les aplanats de Steinheil en 1875 (fig. 5), dits également «rectilinéaires», ont en outre un champ plan. Leur principale aberration résiduelle est l’astigmatisme. Un «doublet» qui fut très répandu est l’objectif de Petzval, 1840 (fig 6). Dissymétrique, lumineux, facile à monter, mais de champ faible, on l’utilisait presque exclusivement pour le portrait et pour la projection. Ces deux derniers types sont très rarement utilisés de nos jours.

3. Anastigmats

Le nom commercial d’«anastigmat» fut donné aux premiers objectifs d’ouverture relativement élevée, fournissant des images nettes (stigmatiques) dans un champ étendu. Ces qualités ont été obtenues grâce, d’une part, à l’invention d’objectifs de types originaux, le Planar et le Triplet, d’autre part à la fabrication vers 1886 par Schott en Allemagne, puis par Parra Mantois en France, de verres dits «nouveaux» dans lesquels l’introduction de baryte abaissait la dispersion. En associant des systèmes formés de verres dits anciens (combinaisons «normales») et nouveaux (combinaisons «anormales»), on a pu supprimer simultanément le chromatisme et la courbure de champ.

L’ouverture des premiers modèles était limitée par la présence d’une variation chromatique de l’aberration sphérique qui fut réduite selon un principe de Gauss, en diminuant les angles d’incidence sur les surfaces. L’une des solutions adoptées fut l’augmentation du nombre des lentilles. Jusqu’à la découverte des traitements antireflets, elle fut toutefois freinée, même lorsque le prix de revient n’était pas un obstacle, par l’affaiblissement du facteur de transmission et par la dégradation des images due à la lumière réfléchie parasite.

Objectifs symétriques (souvent dits de type Gauss)

Le Planar de Rudolf (fig. 7) est un objectif symétrique dans lequel les lentilles sont fortement cambrées et le principe de Gauss respecté. Depuis sa fabrication par Zeiss, de très nombreuses variantes ont été proposées. Cet objectif d’une luminosité remarquable (n = 3) à l’époque de sa conception (1896) a vu son ouverture portée à n = 2 dès l’entre-deux-guerres, et, moyennant le dédoublement d’un de ses éléments, on obtient actuellement couramment n = 1,2.

Le Noctilux 1/50 mm (fig. 8), construit en série pour le Leica M4-P à télémètre couplé par E. Leitz à partir de 1976, appartient au type Gauss. Il n’est pas seulement d’une luminosité exceptionnelle (n = 1), parce que celle-ci fut atteinte bien auparavant, mais il a surtout une rare qualité d’image, comparable à celle des meilleurs objectifs standard d’ouverture n = 1,4. De nos jours, la plupart des objectifs standards des reflex, les objectifs «macro» (objectif à longue rampe hélicoïdale pour la photo de près) et les objectifs d’agrandissement de haut niveau appartiennent au type Gauss. Ces objectifs servent aussi à fabriquer des semi-conducteurs.

Objectifs dissymétriques

Le Triplet de Taylor (fig. 9) a été conçu en 1893. D’excellentes performances sont obtenues au moyen de trois éléments séparés. Le dernier est une lentille convergente dont les aberrations (chromatisme, aberration sphérique, coma et, dans une certaine mesure, astigmatisme et courbure de champ) sont réduites par le système correcteur que forment les deux premières lentilles (l’une convergente et l’autre divergente). On ne doit cependant pas dépasser l’ouverture de n = 2,8. Ce type est fréquemment utilisé sur les appareils 24 憐 36 non-reflex de prix modéré, et pour les objectifs d’agrandissement les plus simples.

Dans le Tessar de Rudolf de la Société Zeiss (fig. 10), l’élément arrière est dédoublé en deux lentilles collées. Cette formule a connu un immense succès en raison de l’extraordinaire netteté des images, jusque dans les coins, à condition de s’en tenir à une ouverture de n = 2,8. Plus de quatre-vingts ans après sa sortie (1902), le succès du Tessar ne se dément pas: les non-reflex à objectif fixe, de haute qualité, et les agrandisseurs font appel à ce type d’objectif.

La figure 11 montre le Sonnar calculé par Bertele pour le Contax à télémètre couplé. Ce 2/50 créé en 1929 a l’élément divergent intermédiaire décomposé en trois lentilles collées, ce qui a permis d’allier haute luminosité et netteté d’image. Dès avant 1940, Zeiss proposa un Sonnar à l’ouverture de n = 1,5.

4. Objectifs grand-angle

Les objectifs à très grand champ sont indispensables pour les prises de vues panoramiques (photogrammétrie, relevés d’architecture, simulateurs de vol) et pour certaines prises de vues à distance rapprochée (photographies d’intérieur n’autorisant qu’un faible recul, photographies sous-marines pour lesquelles la diffusion due à l’eau devient vite inacceptable lorsque l’objectif s’éloigne du sujet) ou encore pour produire des effets spéciaux (notamment dans la presse, la publicité, en raison d’une perspective inhabituelle). Pour plusieurs de ces applications, l’absence de distorsion est impérative.

Objectifs symétriques

Le premier objectif à grand champ fut en 1900 l’Hypergon de von Hoëgh (fig. 12), formé de deux ménisques convergents identiques dont les rayons extérieurs appartiennent à une même sphère au centre de laquelle est placé le diaphragme. Le champ est plan et sans astigmatisme, mais l’ouverture est très faible car ni l’aberration sphérique, ni le chromatisme ne sont corrigés.

On part souvent d’une formule dérivée du type Gauss, dont les éléments extrêmes sont cambrés et agrandis, complétés le cas échéant de lentilles divergentes, pour faire des grands-angulaires symétriques destinés aux appareils non-reflex à objectif interchangeable et aux chambres à plan film. On peut atteindre un champ 2 u voisin de 100⁰ et, en petit format, une ouverture de n = 1,4. Le Minolta Rokkor 2,8/28 (1980) appartient à ce type (fig. 13).

Le Super-Aviogon calculé par Bertele (fig. 14) est composé de 10 lentilles réparties en 4 groupes; il date de 1961. Du fait de ses caractéristiques (ouverture, champ) et de ses faibles aberrations résiduelles (distorsion en particulier), il est utilisé en photogrammétrie sur des chambres de prises de vues aériennes (Wild).

Objectifs dissymétriques

L’objectif de Robert Hill (fig. 15) permet d’embrasser un champ encore plus étendu. À l’avant, un ménisque divergent de grand diamètre réfracte, à l’intérieur d’un cône d’angle 2u 力 90⁰, les rayons reçus dans un champ 2u = 180⁰. Le groupe arrière constitue, avec son diaphragme antérieur D, un objectif Ob qui photographie l’image donnée par le ménisque dans son plan focal F 1. Ce ménisque joue donc pour Ob le rôle de «préobjectif amplificateur de champ». Cet objectif a été conçu en 1924.

De cette combinaison originale dérivent les objectifs modernes dénommés «Fish-eye». On notera que l’angle intervenant dans le calcul de l’éclairement au bord du champ est u et que la longueur focale f de l’ensemble est plus courte que le tirage x . Cette particularité est mise à profit sur les appareils reflex, où le miroir mobile impose un tirage élevé, incompatible avec la formule symétrique.

Cette dernière particularité se retrouve dans le Rétrofocus Angénieux 2,5/35 lancé en 1950 (fig. 16), l’un des premiers objectifs grand-angle destinés aux caméras reflex. Dans ce système, la divergente 1, associée à la convergente 2, constitue un amplificateur de champ afocal, et le groupe de lentilles 3 forme un objectif de type Tessar. La pupille d’entrée D^e est petite.

Dans l’Hypergonar de H. Chrétien (1930), l’amplificateur de champ afocal est un anamorphoseur composé de lentilles cylindriques à axes verticaux. Ainsi, au niveau du film, l’image est compressée horizontalement; elle est ensuite projetée sur grand écran au moyen d’un objectif de même type qui annule la première anamorphose.

Le préobjectif afocal Subawider de 1980 (fig. 17) est destiné à la photographie sous-marine. Réalisé en matière plastique, il a été calculé en tenant compte de l’immersion de ses deux faces extérieures dont l’une, la face avant S, est asphérique. Il a été plus particulièrement conçu pour l’objectif Nikkor f = 35 mm monté sur le boîtier Nikonos.

La formule de grand-angle Rétrofocus a été mondialement adoptée. Elle a permis d’atteindre, dans la dernière décennie, un angle de champ spectaculaire (et cela quasiment sans distorsion) et une ouverture très élevée. Citons parmi les records du genre, destinés aux reflex 24 憐 36:

– Nikkor 5,6/13: champ 118⁰;

– Canon 2,8/14: champ 114⁰, luminosité élevée en raison d’une lentille asphérique;

– Nikon, Pentax et Zeiss 3,5/15: 110⁰; ces deux derniers ont une lentille asphérique;

– Canon 1,4/24 et Olympus 2/21: d’une luminosité insurpassée pour leur angle de champ (respectivement 84⁰ et 92⁰); le premier comporte un élément asphérique.

Par ailleurs, la qualité d’image ne le cède en rien à celle obtenue avec des objectifs plus courants de la meilleure qualité.

Le Fish-eye Nikkor 2,8/6 (fig. 18) fournit une image ronde sur le film 24 憐 36, avec un champ qui dépasse la demi-sphère (220⁰). Le super Fish-eye C.E.R.C.O. 2,3/5,6 constitue un record de champ d’ouverture (226⁰). Avec les objectifs de ce type, la perspective obtenue au niveau de l’image est faussée. La restitution des vraies dimensions angulaires peut être obtenue par projection sur un écran sphérique, au moyen d’un objectif identique à celui de prises de vues. Ce procédé est celui qui est retenu dans le cas d’un simulateur d’appontage réalisé avec le Fish-eye Panrama R.E.O.S.C. (1982) 4/12 avec 2 u = 160⁰.

5. Téléobjectifs

Dans les combinaisons classiques, le plan principal image H se trouve à l’intérieur de l’objectif. D’où une distance «face avant-émulsion» que nous désignerons par m , du même ordre de grandeur que f . Or, un objectif de très longue focale, donc encombrant, devient nécessaire pour obtenir d’objets lointains (terre vue d’un satellite, animaux dans le milieu naturel) des images de dimensions convenables. À titre d’exemple, avec une focale de 50 mm, l’image d’un objet de 1 m de diamètre, situé à 1 km, a une dimension (0,05 mm) proche de la limite de résolution de l’émulsion; une focale de 1 m, soit 20 fois plus grande, fournira une image de 1 mm. La combinaison «téléobjectif» permet de réduire m . Elle est schématisée sur la figure 19 par une première lentille l ¹, convergente, de focale f ¹ et une deuxième lentille l ², divergente, de focale f ²; soit e leur écartement et l’intervalle entre ¹ (foyer image de l ¹) et ² (foyer objet de l ²). La focale de l’ensemble est:

Pour une valeur f donnée, un choix judicieux de e , f ¹ et f ² permet de placer le foyer image F du téléobjectif en arrière de l ² et le plan principal image H en avant de l ¹. Notons toutefois que le changement d’objectif sur un même appareil ne doit pas entraîner, au niveau de l’émulsion, une variation importante de la tache de diffusion. D’où la nécessité d’une réduction des aberrations résiduelles, d’autant plus poussée que la focale est plus longue.

Grâce à l’emploi de verres spéciaux, de fluorine, et à des combinaisons complexes allant jusqu’à 10 lentilles, les constructeurs ont pu réaliser les longs téléobjectifs lumineux qui sont requis par les reporters et, plus spécialement, les photographes de sport. Citons, pour le format 24 憐 36 mm: Olympus 2/250, Leitz 2,8/280, Canon, Nikon, Pentax et Tamaran 2,8/300, Olympus 2,8/350, Canon 2,8/400, Pentax 5,6/600, Kinoptik 8/1000, etc.; à noter que, pour les très longs foyers, on se sert généralement d’objectifs à miroirs, incomparablement plus courts et plus légers que les téléobjectifs conventionnels.

6. Objectifs à focale variable

Au lieu de substituer l’un à l’autre plusieurs objectifs, selon le grandissement désiré, on utilise de plus en plus des systèmes, dits zooms, qui permettent une variation continue de f , sans modifier la mise au point (sauf dans le cas, rare, des varifocaux), la qualité et l’éclairement de l’image. Ce résultat est obtenu par déplacement, au moyen d’une commande unique, d’un ou de plusieurs groupes de lentilles. Ces appareils appartiennent à deux types de base: ils sont soit à compensation mécanique, soit à compensation optique (voir l’article de R. Kingslake et celui de P. Lacomme et G. Penciolelli).

Zooms à compensation mécanique

Dans ceux-ci, deux groupes internes sont mobiles et leurs déplacements respectifs réalisent la solution rigoureuse du problème. Toutefois, l’un au moins de ces mouvements n’est pas linéaire et nécessite une came; ces objectifs demandent donc une construction de haute précision. La figure 20 représente un modèle de P. Angénieux en 1983, le 3,5/70-210. Ce télézoom a un fonctionnement très classique dans sa catégorie: 1 est le groupe qui sert à la mise au point; 2 est le variateur qui recule linéairement de f = 70 à 210 mm; 3 est le compensateur qui recule non linéairement de f = 70 à 150 mm puis avance de f = 150 à 210 mm; 4 est l’objectif proprement dit, fixe. La figure représente l’objectif à la focale 70 mm; les flèches indiquent le sens et l’amplitude de la translation des lentilles.

Zooms à compensation optique

Dans ces appareils, deux groupes de lentilles sont couplés; ils se déplacent par rapport à d’autres groupes fixes et permettent d’obtenir une mise au point rigoureuse pour quatre valeurs de f . Entre ces valeurs, les écarts de mise au point sont négligeables tant que les variations de f ne dépassent pas une certaine limite. Au-delà, il devient nécessaire de déplacer l’une des lentilles non couplées au moyen d’une came, combinant ainsi les compensations mécanique et optique.

Le zoom Tokina 3,5-4,5/35-200, créé en 1982, marie les compensations optique et mécanique. La figure 21 le représente à la focale 35 mm, et, comme dans le cas précédent, les flèches schématisent le sens et l’amplitude du mouvement des lentilles, de f = 35 à 200 mm. Les groupes 1 et 4 ont un mouvement couplé (compensation optique) tandis que le groupe 3 commandé par une came (compensation mécanique) se déplace linéairement, mais d’une moindre valeur. Le groupe 2 est fixe.

7. Objectifs catadioptriques

Lors de la réalisation d’objectifs de très grande ouverture ou de très longue focale, l’introduction de miroirs peut être indispensable. Ces derniers présentent l’intérêt d’être exempts de chromatisme, et leurs aberrations géométriques peuvent être réduites au moyen de lentilles «correctrices».

Sur la caméra Odelca (1947) de Oldelft, destinée à la photographie d’écrans radiologiques de faible luminance, l’objectif est constitué d’un miroir sphérique concave très ouvert, d’un ménisque divergent épais (correctrice de Bouwers) et d’une lentille mince à surface asphérique; ses caractéristiques sont f = 100 mm, n = 0,65.

L’objectif Sidetel-C.E.R.C.O. (1982), destiné au format 24 憐 36 mm, comprend un miroir concave et cinq lentilles correctrices qui constituent un véritable télescope de caractéristiques f = 2 000 mm, m = 900 mm, n = 7,4.

La plus longue focale en petit format est le 14/5200 Canon qui grossit 104 fois par rapport à l’objectif standard, pèse 100 kg (sans support ni siège pour le photographe), mais n’a été construit qu’à cinq exemplaires. Les objectifs à miroirs sont de plus en plus fréquemment utilisés en photographie pour les focales supérieures à 200 mm. En effet, malgré l’inconvénient d’une ouverture fixe (sauf rares exceptions) et faible, ils permettent un gain extrême de volume et de poids. Ainsi, plusieurs objectifs de focale 300 mm à l’ouverture de 1 = 5,6 n’ont que 6 cm de long et pèsent à peine 300 grammes.

Les calculs programmés sur ordinateur ont facilité, dans les combinaisons optiques contemporaines, l’introduction d’un nombre élevé de lentilles: une trentaine dans les zooms cinéma, 20 dans le Nikkor 11/360-1200.

Dès maintenant, de nouvelles techniques apparaissent qui pourraient modifier la conception des objectifs, telles l’obtention de nouveaux types de verre, la réalisation de surfaces asphériques par dépôt de matériaux transparents, l’utilisation de lentilles à gradients d’indice.

Pour que ces techniques puissent être efficacement utilisées, il faut une fabrication extrêmement précise, car le moindre décentrage d’une lentille peut amener une chute désastreuse des performances. La partie métallique (barillet) doit donc faire l’objet d’un soin particulier. Il n’est pas excessif de dire que, de ce point de vue, l’essor des zooms est lié aux machines d’usinage à commande numérique qui permettent, automatiquement et avec une précision remarquable, le fraisage des cames commandant la translation des ensembles de lentilles.

Encyclopédie Universelle. 2012.