Objectifs ultra-lumineux

Objectifs ultra-lumineux / super-lumineux

Deux siècles d’effort

Ultra-luminous lenses – Ultra-fast – Large aperture / Super-fast lenses and zooms: Samples and historical view. With samples of world's fastest lenses and zoom lenses ever built.
Les objectifs photo à très grande ouverture / haute luminosité.: Exemples et aperçu historique. Avec des exemples de quelques objectifs et zooms parmi les plus lumineux du monde.

On trouvera ci-dessous :

Des exemples notoires ou moins connus d’objectifs dont l’ouverture dépasse f/1,2.
Une partie historique, où l’on voit que f/2,0 voire f/2,8 furent des valeurs longtemps difficiles à atteindre..

Avant-propos

Avertissement

Comme le sujet semble intriguer certains, on trouvera ici quelques classiques du genre, et un peu plus sous forme d’aperçu historique. Ces commentaires privilégient la photographie petit format, ils ne prétendent pas offrir un tableau complet ni remplacer les manuels et ouvrages théoriques.

Cette présentation a entraîné à son tour des questions et réponses, auxquelles se sont ajoutés précisions et commentaires : la page « objectifs ultralumineux » a fini par accuser un sérieux embonpoint. Aussi a-t-elle été divisée en plusieurs pages (3 déc. 2011).

Pour les non-connaisseurs était apparue une ANNEXE censée apporter les lumières qui leur manquent. Cette annexe a été déplacée vers une page autonome (25 sept. 2010). Les notations qui y renvoient figureront sous la forme [*] ci-dessous.

Le goût des extrêmes

Parmi quelques enseignements, on verra qu’il existe un hiatus entre les ouvertures atteintes par certaines optiques très spécialisées, et les objectifs utilisables couramment pour ce qu’il est convenu d’appeler prise-de-vue générale. Pour celle-là, le photographe souhaite bien entendu une image fine et contrastée jusque dans les coins, impeccablement corrigée pour la couleur sur tout le spectre visible (et même un peu plus), mais de plus sans déformation géométrique ni assombrissement à la périphérie, aussi bonne à 50 cm qu’à l’infini, et capable de conserver les détails dans les ombres dans les pires situations de contre-jour. Réunir toutes ces qualités avec en plus une très grande luminosité est une gageure. Comme pour tout problème technique, des choix et donc des compromis sont nécessaires dans le design d’un objectif Voir ci-dessous les remarques sur les reflex [1]. Sur ce thème, voir aussi plus bas le commentaire sur les objectifs Petzval améliorés.

Objectifs pour petits formats

Quand, en 1925, Oscar Barnack (1/11/1879 – 16/1/1936) lança son Leica utilisant le film 35 mm perforé — suivi en 1932 par Zeiss Ikon avec ses beaux Contax, ce fut le triomphe du « petit format ». Le 24x36 (puisque c’est de lui qu’il s’agit) imposait néanmoins une contrainte aux opticiens : il exigeait une définition (pouvoir résolvant) très améliorée par rapport aux formats supérieurs comme le film 120 (56 mm de largeur utile). C’était un défi pour les concepteurs, et on peut voir que les évolutions se firent sur des périodes qui se mesurent en décennies.

Optiques pour cinéma

En image animée (cinéma ou video), la haute définition n’est pas le critère premier. Pour le comprendre, il suffit d’observer à la loupe une bande de film : c’est flou. En revanche, grandes ouvertures très demandées en raison du principe de fonctionnement de la movie camera. Comme le temps de pose est fixe (contrairement à l’appareil photo), seule la modification de l’ouverture permet d’agir sur l’exposition ; dès lors il est souhaitable de disposer du plus grand nombre de crans possible sur la bague de diaphragme. Il existe aussi une raison esthétique qui peut faire privilégier une grande ouverture : comme on obtient ainsi une plus faible profondeur de champ, l’arrière-plan est fondu dans un flou plus accentué, ce qui atténue l’impression de sautillement qui peut parfois être ressentie.

Visée reflex et objectifs lumineux

Rappelons que lorsqu’on utilise un appareil-photo reflex [2] la visée se fait à travers l’objectif. Avec ces boîtiers il y a un intérêt certain à disposer d’une grande ouverture, aussi bien pour le confort de l’opérateur que pour l’efficacité des divers automatismes des appareils modernes. Surtout, la précision de la mise-au-point (qui se fait à pleine ouverture, grâce au mécanisme de la présélection) dépend directement de la profondeur de champ [*] : plus celle-ci est étroite (i.e. plus l’objectif est ouvert) et plus le point sera juste. Pour le photographe lui-même, le besoin se fait également sentir quand il utilise un reflex bon marché récent : au lieu d’un pentaprisme, cette catégorie de boîtier est munie d’un médiocre dispositif à miroirs.

Contraintes des reflex

Celà étant dit, rares sont les objectifs à ouverture extrême présentés plus bas qui soient utilisables sur un boîtier reflex, ceci pour une raison mécanique. Les objectifs pour reflex doivent laisser un espace entre la lentille arrière et la surface sensible, afin de permettre la présence et le mouvement du miroir. Or, si on prend l’exemple du Zeiss 50 mm f/0,7, cet intervalle n’est que de 4 mm ! [3]

Remarque sur les non-reflex

Sur les appareils télémétriques, il est préférable d’avoir un objectif compact : autant un reflex se monte sans inconvénient derrière les plus monumentaux téléobjectifs ; autant, pour les appareils à viseur séparé comme les télémétriques (rangefinder cameras), l’optique ne devra pas être trop volumineuse, afin de ne pas encombrer le cadre de visée. Cette nécessité ne facilite pas le design des objectifs très lumineux.

Remarques générales

Les appareils reflex subissent comme les autres l’inconvénient du focus shift [4] qui se manifeste avec certaines formules optiques et particulièrement en augmentant l’ouverture.

Pour les appareils à objectif interchangeable, un facteur limitant la luminosité est simplement le diamètre de la monture. Lors du passage à l’autofocus, l’abandon de l’ancienne monture FD pour l’EF autofocus au large diamètre a permis à Canon de créer son 1,0/50.

Photo numérique

Les capteurs digitaux remplacent de plus en plus la pellicule argentique. Ce nouveau type d’imagerie utilise majoritairement de petits formats, avec pour résultat un accroîssement de la profondeur de champ [*] ; ce qui a de quoi chagriner ceux qui aiment isoler un sujet net sur un décor flou. Pour ceux-là, une ouverture augmentée apparaît plus que jamais comme une nécessité.

Les capteurs des appareils numériques ont leurs contraintes. Citons :

La nécessité d’une définition élevée ;
Une sensibilité particulière à l’aberration chromatique [*] ;
La moindre tolérance aux rayons obliques – la lentille arrière doit se trouver le plus loin possible du capteur : les objectifs doivent se rapprocher du type télécentrique, qui sont par conception plus encombrants.
Une vulnérabilité aux poussières qui mène à une regrettable prédominance de l’usage des zooms pour éviter les changements d’objectif sur le terrain ;
Précision micrométrique requise pour le positionnement de l’optique et du système de visée par rapport au capteur : l’image doit se former au ras de ce dernier alors que pour un film, l’épaisseur de l’émulsion autorise une relative marge d’erreur — et un peu plus de courbure de champ ; exigence difficile à satisfaire rigoureusement en conservant un coût de fabrication raisonnable. Cela pénalise fortement les objectifs très lumineux. Certains boîtiers intègrent d’ailleurs des possibilités d’étalonnage (en anglais : calibration) du système d’autofocus, (AF Microadjustment) pour une adaptation fine à l’exemplaire utilisé. [5]

Tout cela amène quelques réflexions

Pour différentes raisons indiquées ci-dessus, l’utilisation d’objectifs anciens, excellents sur pellicule, ne donne pas forcément les résultats espérés en photo digitale.
L’évolution récente a vu apparaître des appareils au format 24x36 (dits « full frame »), à des tarifs presque abordables par le grand public. Ces boîtiers sont très attirants mais imposent des objectifs de premier ordre pour que l’augmentation du format présente un avantage effectif.
Les appareils numériques ont fini par atteindre une qualité d’image telle que, pour tirer parti au mieux des derniers capteurs, les fabricants se sont remis à calculer et offir des focales fixes, qui semblaient auparavant devoir disparaître des catalogues au profit des zooms.
La solution de certains problèmes peut se trouver dans l’évolution des capteurs et de l’électronique associée. Ils donnent en effet un accès immédiat à l’image, sans le renvoi d’un miroir : l’avenir n’appartient peut-être pas aux reflex...

Table des matières

Avant-propos
Quelques specimens
Anciens objectifs
- Formules symétriques — rectiligne
- Unar
L’ancêtre Petzval
Le triplet et sa famille
- Taylor & Cooke
- Tessar
- Diverses variantes du triplet
  - Heliar
  - Pentac
  - Hektor
  - Primoplan
- Ultrastigmat
- Ernostar
- Sonnar
- Extrapolations ultralumineuses
  Fujinon, Zunow, Tachonar, Switar
Du Dagor au Plasmat
Gauss et sa postérité
- Les origines
- Le Planar
  - Naissance et destinée du Planar
  - Planar f/2,0
    Opic, Xenon f/2, Biotar, Summar, Summitar, Ultron, Helios
- Variantes ultra-lumineuses du type Gauss
  - Emergence des Planar améliorés
  - Ultra-lumineux simples
    Canon S 50 mm f/1,2 & f/0,95
  - Hybridations
    Simlar
  - Planar spéciaux
    Leitz 1:0.85, Herzberger f/0,8
  - Digression : l’idée de Luboshez
  - Du Xenon au Summilux pre-asph
    Xenon f/1,5, Summarit, Nokton, Summilux
  - Planar ultra-lumineux des années 50
    Nikkor-N 5cm f/1,1 - Hexanon 60 mm f/1,2 - Angénieux f/0,95 - Ultrac 25/0,98
  - La vague des reflex
  - Planar à grand angle de champ
  - Approche des limites ?
Formules à surfaces asphériques
- Introduction
- Ouvertures extrêmes
- Ouvertures raisonnables
  VC Nokton f/1,5, Summilux ASPH
Focales non standard ou variables
Références et ressources

Notes

[1] Autre exemple : en photographie aérienne, le sujet se trouve à des centaines de mètres sinon plus : on n’aura pas à se préoccuper de la correction à courte distance. En revanche, les énormes et rapides variations de température subies par le matériel imposent des formules à lentilles séparées, les collages risquant d’entraîner simplement la destruction de l’objectif.
[2] Reflex mono-objectif s’entend, ou SLR — Single Lens Reflex)
[3] C’est une des raisons pour lesquelles les premiers objectifs standards pour reflex poussés à f/1,4 puis f/1,2 furent des 58, 57 ou 55 mm au lieu des 50 mm courants.
[4] Focus shift : déplacement (shift=glissement) du centre optique en fonction de l’ouverture du diaphragme qui apparaît dans certaines configurations optiques, et ce d’autant plus que l’objectif est lumineux. Cela peut entraîner des erreurs de mise au point. Certains appareils autofocus (comme le Konica Hexar [http://www.dg77.net/photo/hexar/index.htm#objectif]) peuvent intégrer une correction automatique.
[5] Back, front, shift focus. Ne pas confondre :
- Le focus-shift indiqué supra est le résultat des lois de la nature, le trajet des photons à travers les lentilles aboutit à différentes aberrations que l’on maîtrise plus ou moins, jamais toutes en même temps, mais qui peuvent se calculer.
- Le back/front focus qui affecte les appareils-photo numériques est inhérent à l’imperfection des réalisations humaines quand elles deviennent complexes. L’assemblage d’une monture, d’un bloc optique, d’une surface sensible, d’un viseur et d’un autofocus fait partie de ces systèmes dont il ne faut pas attendre plus qu’ils ne peuvent donner. S’il arrive que le cumul des écarts de fabrication des différents composants s’additionne au lieu de s’annuler, on sort simplement de la plage de tolérance, même si chaque élément est manufacturé dans les normes.