Objectif photographique


Objectif photographique
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Gauche : 1:2,8/50 Macro
Centre : 1:4-5.6/70-300
Droite : 1:4-5.6/10-20

L'objectif photographique est un système optique convergent formé de plusieurs lentilles, donnant des images réelles sur la surface sensible de l'appareil photographique. Un objectif se caractérise par sa distance focale, son ouverture relative, son angle de champ (définissant le format maximum avec lequel il est utilisable).

La quantité de lumière sortant de l'objectif est toujours plus faible que celle entrant dans l'objectif. La qualité d'un objectif se mesure au fait que le taux de lumière entrant demeure le plus proche possible de 100 %, que les couleurs divergent le moins possible sur le plan sensible, que la géométrie des objets photographiés soit respectée.

Une immense variété d'objectifs existe, depuis l'absence d'objectif, remplacé par un trou minuscule (sténopé) jusqu'à l'objectif de très haute qualité comprenant une vingtaine de lentilles, en plusieurs groupes mobiles et incluant souvent maintenant un moteur de mise au point automatique (exploitant l'autofocus de l'appareil).

Les critères de qualité essentiels sont : définition et contraste, transmission lumineuse, absence d'aberration chromatique, géométrique, de distorsion (optique) et de vignettage.

Sommaire

Champ couvert et format

Article détaillé : Angle de champ.

Le champ couvert par l'objectif dépend du format utilisé. Un objectif de 50 mm est considéré comme « normal » en 24 × 36 (35 mm), mais est déjà un grand angulaire en 6 × 6, et une longue focale avec des formats plus petits. Sur les appareils photo numérique, dont le capteur ne fait qu'un demi pouce de diagonale, c'est la focale équivalente en 24 × 36 qui est donnée commercialement, pas la focale réelle de l'objectif. La focale étant une donnée intrinsèque de l'objectif, elle ne dépend pas du format, mais le champ couvert dépend de ces deux paramètres.

Les objectifs à focale fixe

Objectif à focale fixe Nikon 50 mm f/1.8
Article détaillé : Objectif à focale fixe.

Ce sont les objectifs les plus simples. Leur formule optique comprend généralement 4 à 8 lentilles sauf aux focales extrêmes. Ils sont donc relativement légers et ont un bon rapport qualité/prix.

  • Avantage : un objectif à focale fixe donne, à prix comparable, de bien meilleurs résultats qu'un objectif à focale variable.
  • Inconvénient : si le preneur de vue souhaite ajuster le cadrage, il doit s'éloigner ou s'approcher du sujet ou changer d'objectif. La « couverture » équivalente à celle d'un zoom nécessite d'avoir plusieurs objectifs et, revient plus cher.

Standard

C'est l'objectif de base, il offre une visée de taille normale, en accord avec la vue humaine quand un œil est dans le viseur et l'autre ouvert ; sa distance focale est égale à la diagonale de la surface sensible. C'est souvent l'optique qui offre le meilleur rapport qualité/prix, car il est le plus simple à concevoir.

Pour les formats les plus courants
Format Dimension de l'image Diagonale de l'image Focale « normale »
Capteur 13 × 18 13 mm × 18 mm 22,20 mm 24 mm
Capteur Nikon DX 16 mm × 24 mm 29,00 mm 28 mm, 35 mm
APS 16,7 mm × 25,1 mm 30,15 mm 28 mm, 35 mm
Capteur APS 18 × 24 18 mm × 24 mm 30,00 mm 28 mm, 35 mm
135, 24 × 36, Nikon FX 24 mm × 36 mm 43,27 mm 45 mm, 50 mm
120/220, 4,5 × 6 56 mm × 42 mm 70,00 mm 75 mm
120/220, 6 × 6 56 mm × 56 mm 79,20 mm 80 mm
120/220, 6 × 7 56 mm × 68 mm 88,09 mm 90 mm
Plan film 4 × 5 4" × 5" 162,64 mm 150 mm

Pour un appareil 24 × 36, dont la diagonale d'image est de 43 mm, toutes les focales comprises entre 40 et 58 mm sont considérées comme normales, mais l'objectif « normal » le plus courant est celui de 50 mm. La valeur de 50 mm fut choisie par Oskar Barnack, le créateur du Leica, celle-ci permettant, à l'époque, d'obtenir une meilleure définition que les focales plus courtes.

Exemples d'optiques pour les appareils 24 × 36 : 50 mm f/1,4 ; 50 mm f/1,8.

Grand-angulaire

Article détaillé : Objectif grand angle.

Un objectif de courte focale (ou objectif grand angle), couvrant un grand angle de champ. Pour les objectifs destinés aux appareils reflex, la formule est celle du téléobjectif inversé ou « rétrofocus » : on a une courte focale et un tirage mécanique suffisant. La distance focale d'un grand-angulaire est de 20 à 35 mm (en 24 × 36).

Exemples pour les appareils 24 × 36 : 35 mm f/2,8 ; 28 mm f/3,5 ; 20 mm f/2,8.

Téléobjectif

objectif de focale 400 mm et ouverture f/5,6
Article détaillé : Objectif de longue focale.

Un téléobjectif permet d'obtenir une image plus grande, donnant donc l'impression d'être prise de plus près. Pour cela, sa longueur focale est supérieure au standard. La distance focale d'un téléobjectif est de 85 mm et au-delà (en 24 × 36). Au-dessus d'un rapport 5 (250 mm en 24 × 36) on emploie souvent le terme « super-téléobjectif ».

La formule optique des téléobjectifs était généralement assez simple (2 groupes) et s'est compliquée pour diminuer l'encombrement et obtenir une grande ouverture maximale (5 à 7 groupes de lentilles).

Téléobjectifs courants pour les appareils 24 × 36 : 135 mm f/2,8, 200 mm f/3,5, 300 mm f/4, 600 mm f/8.

Téléobjectifs exceptionnels : 300 mm f/2,8, 500 mm f/4, 800 mm f/5,6.

Objectif à miroirs ou catadioptriques

Article détaillé : Objectif catadioptrique.

Les objectifs de très longue focale (500 mm et plus) sont si longs (30-50 cm) et lourds (plusieurs kg) que l'on doit les monter sur un pied.

Une alternative est l'utilisation d'un objectif à miroirs, inspiré par les télescopes de type Schmidt-Cassegrain ou Maksutov-Cassegrain.

  • Avantage : Ce type d'objectif permet de diviser la longueur par deux et est beaucoup plus léger, le miroir étant mince et les lentilles arrières sont de faible diamètre.
  • Inconvénient : Il ne peut y avoir de diaphragme et l'ouverture est donc fixe (généralement f/8 pour les 500 mm et f/11 pour les 1 000 mm). La profondeur de champ est faible et les éléments hors du champ de netteté sont dédoublés (effet « pointilliste »). Le vignetage est important.

Objectif macro

Le même objectif macro au rapport 1:1 (en haut) et mis au point à l'infini (en bas)
Article détaillé : Objectif macro.

Ces objectifs sont calculés pour donner la meilleure image avec des sujets placés très près (quelques dizaines de millimètres) et donc obtenir de forts grossissements. Le tirage important, permettant une mise au point rapprochée et un rapport de reproduction élevé, est généralement obtenu grâce à une double rampe hélicoïdale de mise au point. Une diminution de la focale intervient généralement de façon simultanée (voir illustration).

La mise au point fine est plutôt effectuée en déplaçant l'ensemble appareil - objectif par rapport au sujet une fois le grandissement choisi avec la bague.

Les « macros » atteignent couramment le rapport 1:1 (la taille de l'image sur la surface sensible étant alors égale à la taille réelle du sujet) en autorisant une mise au point à courte distance, moyennant un fort allongement de l'objectif.

Rappelons cependant que le domaine de la macrophotographie correspond aux situations telles que la taille de l'image formée sur la surface sensible est au moins aussi grande que celle de l'objet. Sans accessoires spéciaux tels que soufflets ou bagues-allonges, les objectifs « macro » atteignant le rapport 1 ne font qu'effleurer le domaine de la macrophotographie mais couvrent en revanche très bien celui de la proxiphotographie, ou photographie rapprochée. À côté de cette utilisation privilégiée, ils peuvent être utilisés pour des sujets plus éloignés, paysages, monuments ou personnages où ils sont souvent aussi efficaces que les objectifs normaux.

Une des caractéristiques des objectifs macro est la planéité de mise au point sur tout le champ ce qui les rend aptes à la reproduction de documents.

Les objectifs à focale variable

Zoom Nikkor 18-70 f/3,5-4,5

Ils sont communément nommés zooms.

Exemples : 35-350 f/3,5-5,6 ; 28-400 f/2,8-5,6 ; 70-300 f/4-5,6.

  • Avantage : La bague du zoom fait varier la longueur focale, permettant de cadrer le sujet plus serré ou plus large et donc rendre le cadrage plus aisé. En fait il s'agit de modifier artificiellement l'angle de prise de vue tout en restant à la même distance du sujet. Dans les cas où il n'est pas toujours possible de s'approcher du sujet ou de s'en éloigner, c'est un objectif qui offre un grand confort lors de la prise de vue.
  • Inconvénient : Pour les objectifs courants, la qualité n'est pas toujours au rendez-vous, les ouvertures sont faibles, et, de ce fait, le risque de flou de bougé est plus important. Il est fort difficile de construire un tel objectif performant à toutes les focales.

Toutefois, les grands progrès faits par les opticiens depuis la fin des années 1990, offrent des zooms de plus en plus performants en termes de piqué, de couverture lumineuse (voir vignettage) et de déformations (voir distorsion en barillet ou en coussinet).

Les objectifs pour numérique

Avec le même objectif :
En rouge, la zone couverte par un capteur ou un film 24 x 36 mm. À l'intérieur, en bleu, la zone couverte par un capteur au format Nikon DX.

Après l'arrivée du numérique, des appareils reflex à objectif interchangeable sont apparus, basés sur les systèmes existant en photographie argentique.

De fait, la grande majorité des capteurs montés sur les appareils numérique sont plus petits que 24 x 36 mm et n'enregistrent par conséquent qu'une partie de la surface normalement exposée sur un film au format 35 mm. Lorsqu'on choisit un objectif, il faut donc appliquer à la valeur de distance focale réglée sur l'objectif une multiplication d'un facteur de généralement 1,5 (ou plus selon la taille du capteur) pour obtenir l'équivalence avec l'optique utilisée en format 24 x 36. Par exemple une optique de 35 mm donnera un résultat équivalent à un 50 mm, un 200 mm un résultat équivalent à un 300 mm, etc..

Certains objectifs sont dits « pour numériques », leur couverture est suffisante pour un capteur de petite taille (en général entre 15 et 16 mm de large et entre 22 et 24 mm de long). Si ce type d'objectif est monté sur un boîtier de format 24 x 36 mm (argentique ou numérique), l'image obtenue présentera un fort vignettage.

Les boîtiers numérique reflex dits « Full Frame », ont un capteur (tels le FX de Nikon) munis d'une quantité de points de capture et d'une surface très élevées permettant de couvrir toute la surface du 24 x 36 mm et de générer des images de grande qualité. Ces capteurs sont généralement d'une définition supérieure à 20 mégapixels. Comme pour l'argentique, les objectifs spécifiques « numérique» ne sont pas adaptés à ces boîtiers, mais certains sont capables de détecter automatiquement la présence d'un objectif « numérique » et de s'adapter pour réaliser tout de même la prise de vue au prix d'une résolution inférieure.

Les objectifs spéciaux

Le fish-eye donne une perspective curviligne, rendant l'image semblable à celle qui est réfléchie par un miroir convexe. Les objectifs fish-eye pour 24 × 36 ont une focale comprise entre 6 et 16 mm. Certains donnent une image couvrant tout le format ; d'autres, une image circulaire inscrite dans le format.

Des objectifs très particuliers

La plupart des objectifs sont conçus pour donner une image de qualité optimale en lumière visible et dans l'air. Il existe des objectifs spéciaux, corrigés pour travailler en ultraviolet (en plus du visible) ou en infra-rouge.

Des objectifs donnant une image aux contours très adoucis (objectifs « soft-focus ») utilisés par exemple pour des portraits flatteurs.

Objectifs articulés

  • Objectif à décentrement (shift) : l'objectif à décentrement est souvent utilisé pour redresser les perspectives architecturales.
  • Objectif à bascule (tilt) : le dispositif de bascule permet d'ajuster le plan de netteté.
  • Objectif à soufflet (bellow) : le soufflet permet les réglages de bascule et de décentrement avec une latitude importante comme les bonnes vieilles chambres grand format. Il est utilisé pour les prises de vue architecturales de grande précision. Il permet également la macro en augmentant le tirage (voir Les accessoires et compléments).

Objectifs stabilisés

Certains modèles d'objectifs emploient un système de stabilisation qui atténue l'effet des mouvements de l'appareil sur l'image, lorsque l'appareil est tenu à main levée dans des conditions de lumière faible par rapport à la focale utilisée.

L'objectif est muni de gyroscopes entraînés par des moteurs et des capteurs qui mesurent les déviations de l'objectif avec un échantillonnage haut (de l'ordre de 1 000 mesures à la seconde) ; un système intégré fait bouger un groupe de lentilles interne pour compenser le bougé. On gagne ainsi entre 2 et 3 diaphragmes (par exemple, une photographie nette avec un téléobjectif de 200 mm demande une vitesse d'au moins 1/250 de seconde ; avec un objectif stabilisé, on obtient un résultat passable à 1/60, voire 1/30 de seconde).

Des systèmes semblables peuvent être intégrés à des appareils numériques bridge, ou au boîtier d'un appareil réflex (c'est le parti pris de Sony, Olympus et de Pentax).

Objectifs ultra-lumineux

Pour ses programmes spatiaux, la NASA commanda au fabricant Carl Zeiss des objectifs dotés d'une ouverture incroyablement grande ; un objectif 50 mm f/0,7 a été crée. Ce dernier est célèbre pour avoir été utilisé par le réalisateur Stanley Kubrick sur le tournage du film Barry Lyndon pour filmer des scènes éclairées à la bougie.[réf. nécessaire]

Le fabricant a également créé des objectifs d'une ouverture de f/0,55 utilisés en lithographie ultraviolette.

Il existe une lentille d'intensification de 210 mm f/0,3 dénommé "Night Owl", servant à des dispositifs de vision nocturne.

Les accessoires et compléments

Bague-allonge

Article détaillé : Bague-allonge.
Jeu de bagues-allonge

Simple dispositif mécanique sans contenu optique, elle augmente le tirage de l'objectif et permet d'augmenter le grandissement pour une prise de vue « macro ». L'augmentation du tirage diminue proportionnellement l'ouverture photométrique, l'image s'assombrit. Ces bagues donnent l'effet d'un "zoom" sans l'être vraiment car elles éloignent le capteur du diaphragme donnant ainsi une surface réduite de l'image prise.

Bonnette

Article détaillé : Bonnette (optique).

Complément optique (lentille) fixé à l'avant de l'objectif comme un filtre. Elle est généralement utilisée pour diminuer la longueur focale, en fonction de sa puissance exprimée en dioptries et permettre des prises de vues rapprochées. Elle ne modifie pas l'ouverture de l'objectif mais augmente le vignetage et la diffraction.

Convertisseur de focale (doubleur, tripleur)

Doubleur de focale
Article détaillé : Multiplicateur de focale.
A Olympus EC-20 2x teleconverter lens attached between a camera.

Accessoire optique composé de plusieurs lentilles. Il se place à l'arrière de l'objectif dont il multiplie la longueur focale par un facteur ×1,5, ×2 (doubleur) ou ×3 (tripleur).

Généralement utilisé avec les télé-objectifs il permet d'obtenir des longueurs focales impressionnantes au regard de la taille de l'objectif. L'ouverture maximale est cependant diminuée en proportion (divisée par deux avec un doubleur) et les qualités optiques en baisse.

Filtre

Complément optique introduit la plupart du temps à l'avant de l'objectif (par vis ou baïonnette) sauf avec certains objectifs (très grand-angle, fish-eye, téléobjectifs avec une lentille frontale de grand diamètre) où on le positionne à l'arrière, parfois sans démonter l'objectif, grâce à une « vanne » ou tiroir.

Quand il est neutre optiquement il n'a pas d'effet sur le rendu des couleurs, mais sur la qualité :

  • filtres à tons de gris pour contrôler l'ouverture de l'objectif,
  • filtre UV limitant l'effet bleuté des lointains ensoleillés,
  • filtre polarisant qui rétablit le contraste des paysages par fort soleil au zénith ou élimine les reflets à la surface de l'eau.

Les filtres colorés modifient l'équilibre des couleurs :

  • filtre froid (bleuté) améliore le rendu des ciels ou le contraste des paysages enneigés, et corrige la dominante jaune des éclairages artificiels de type lampe à incandescence.
  • filtre chaud (jaune, rose) par exemple pour un portrait plus flatteur,
  • filtre magenta corrige la dominante verte des éclairages artificiels de type tube luminescent.
  • etc.

En photographie numérique, ces filtres colorés sont de moins en moins utilisés car ils absorbent une part importante de la lumière pour produire un effet qu'on peut pratiquement toujours obtenir en post-traitement en corrigeant la balance des blancs, et ce avec beaucoup plus de latitude sur le résultat final.

Il existe aussi une grande variété de filtres à effets pour créer des effets de diffraction, de flou, d'images multiples...

Soufflet

Uniquement mécanique, c'est un accessoire souvent lourd et toujours encombrant. Le mouvement du soufflet est en effet guidé avec précision par un ou des rails. À l'instar d'une bague allongée, il augmente le tirage et donc l' aggrandissement possible en prise de vue « macro ». Son atout est de pouvoir faire varier ce tirage, en général entre 50 et 150 mm.

Inverseur

Dispositif d'adaptation permettant d'installer un objectif à l'envers sur l'appareil, également pour augmenter le grossissement. On obtient des rapports pouvant être très supérieurs à 2 avec un objectif grand-angle. On l'associe presque toujours à un soufflet pour obtenir des coefficients d'agrandissement importants.

Un autre intérêt de cette solution est de faire travailler l'objectif dans des conditions « proches » de celles pour lesquelles il a été calculé (distance devant la lentille frontale importante par rapport à une distance à la lentille arrière faible).

Vu l'acrobatie mécanique et optique que ce montage représente, il est à réserver à l'usage en studio.

La luminosité et l'ouverture maximale

L'ouverture, notée N=f/D est le rapport entre la focale de l'objectif et le diamètre de sa pupille d'entrée ; f/2 par exemple pour un objectif de 50 mm de focale indique une ouverture du diaphragme de 25 mm (ouverture = focale/diaphragme = 50/25 = 2). On comprend que plus la focale augmente, plus il est difficile d'obtenir un objectif lumineux. Les valeurs courantes d'ouverture sont comprises entre f/1,4 et f/32.

Elles sont en progression géométrique de raison racine (2) de sorte que la quantité de lumière soit doublée ou divisée par 2 d'une valeur à la suivante.

De ce fait, les valeurs usuelles sont typiquement :

1 ; 1.4 ; 2 ; 2.8 ; 4 ; 5.6 ; 8 ; 11 ; 16 ; 22...

La normalisation de ces valeurs permet l'utilisation des posemètres selon la norme ISO.

La valeur d'ouverture dans la dénomination d'un objectif est son ouverture maximale. Quelques objectifs exceptionnels, généralement des focales fixes de 50 mm, atteignent f/1 voire f/0,95 ou encore f/0,9 mais ils sont très chers.

Les zooms ont généralement une ouverture maximale variable en fonction de la focale utilisée.

La dénomination suivante : 28-350 f/3,5-5,6 signifie que l'ouverture maximale à 28 mm est f/3.5 et que l'ouverture maximale à 350 mm est f/5,6.

Il y a une grande relation entre l'ouverture maximale et le prix de l'objectif ; plus cette ouverture est grande, plus l'objectif sera cher. Plus l'objectif sera lumineux, et plus il sera facile de réussir des photos en basse lumière.

Il existe un rapport direct entre l'ouverture de l'objectif et son champ de netteté (ou profondeur de champ). En effet pour un objectif donné, plus l'ouverture utilisée est grande (chiffre f petit, ex. f/1,8) moins le champ de netteté sera étendu (ou moins la profondeur de champ sera grande). Ce qui fait qu'avec un objectif très ouvert à la prise de vue, il sera possible d'avoir, pour un portrait, les yeux nets et le nez flou.

Le diaphragme

Article détaillé : Diaphragme (photographie).
Le diaphragme à pleine ouverture, ouverture intermédiaire et ouverture minimum.

À l'exception des appareils d'entrée de gamme, tous les objectifs sont munis d'un diaphragme. Il s'agit d'un assemblage de lamelles mobiles (6, 8, 10 suivant la taille de l'objectif et son prix), à l'intérieur de l'objectif entre les groupes de lentilles avant et arrière.

Un mécanisme (manuel ou automatique) fait varier l'ouverture et permet de modifier la quantité de lumière qui atteint la surface sensible. Le diaphragme est d'autant plus ouvert que la valeur indiquée (sur l'objectif, dans le viseur) est petite. Par la même occasion, il modifie la zone de netteté ou profondeur de champ qui est d'autant plus importante que l'ouverture du diaphragme est petite.

Voir aussi dans le Wikilivre de photographie le chapitre sur la profondeur de champ.

Sur les appareils reflex, le diaphragme est toujours ouvert en grand, pour permettre une visée lumineuse, confortable. Il est fermé à la valeur affichée par l'appareil juste avant la prise de vue, grâce au levier de présélection.

Pour juger de la profondeur de champ, il faut actionner un levier (ou touche) dit « testeur de profondeur de champ ». L'ouverture sélectionnée est ajustée, la visée s'assombrit, mais la zone de netteté perçue dans le viseur est celle obtenue lors de l'exposition.

Qualités et défauts

Ouverture photométrique « T »

Elle tient compte de la transmittance de l'objectif. Toujours inférieure à l'ouverture géométrique, elle est nettement inférieure avec la plupart des zooms.

Cette valeur est rarement indiquée sur les objectifs photo. C'est sans importance sur l'exposition pour les appareils qui mesurent la lumière à travers l'objectif (notamment les réflex).

Résolution

Elle correspond à l'inverse du pouvoir séparateur. Toujours meilleure au centre que sur les bords, elle s'améliore souvent nettement quand on ferme le diaphragme de quelques crans.

Quand le diaphragme est trop fermé, apparaissent des phénomènes de diffraction qui font chuter la résolution (exemple : fermeture de 16 et plus en 24 × 36).

Distorsion

Distorsion.png

Elle peut être en barillet ou en coussinet. Elle se mesure en pourcentage, positif pour une déformation en barillet et négatif en coussinet.

Vignetage

Article détaillé : Vignetage.
Vignettage.png

Tous les objectifs donnent une image dont la périphérie est plus sombre ; il se mesure en différence d'IL (indice de lumination). Ce défaut peut être invisible (inférieur à 0,1 IL), sensible (à partir de 0,3 IL) à gênant (au-delà de 1 IL).

Ce sont les objectifs grand angle et les zooms qui souffrent le plus de ce défaut, surtout ceux à grande ouverture. Il est particulièrement visible dans les photos sur fond uni clair et sur le ciel bleu.

En général le défaut de vignetage s'estompe quand on ferme le diaphragme d'un à deux crans.

Un pare-soleil ou un filtre mal adapté peut également provoquer du vignetage (exemple : un pare-soleil de 50 mm utilisé avec un 35 ou un 28 mm).

Rendu chromatique

Un objectif parfait doit transmettre le blanc, blanc. La plupart des objectifs le transmettent un peu jaune ou rose (ils ont un rendu « chaud ») ou vers le vert ou le bleu (rendu « froid »).

Aberration chromatique

Article détaillé : Aberration chromatique.

Celle-ci dépend beaucoup de la qualité de fabrication et des matériaux de l'objectif.

Annexes

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