D o m i n i q u e   G u e b e y    J u n g l e      Technique photo


Objectifs ultra-lumineux (suite)

Formules à surfaces asphériques

Introduction

L’idée des surfaces asphériques n’est pas nouvelle, voir plus haut in les triplets à longues focales, le brevet signé A. Sonnefeld et utilisant une « lentille déformée ».

On peut remonter plus loin : René Descartes avait décrit les propriétés d’une lentille asphérique. On peut objecter qu’entre le calcul théorique et la réalisation pratique, il fallut quelques siècles. Mais un procédé peut être empiriquement découvert sans en avoir l’explication servie au préalable sur tableau noir : M. Olaf Schmidt, chercheur à Aalen (Allemagne) s’est intéressé aux loupes en quartz utilisées il y a mille ans par les Vikings pour allumer leurs feux. Il a constaté qu’elles suivaient avec une précision assez remarquable un profil ellipsoïdal (cf New Scientist 7 nov. 1998).

Il est peu probable que les navigateurs nordiques aient été informés des travaux de leur contemporain Ibn Sahl (˜940-1000) : cet ingénieur installé à Bagdad avait étudié la notion d’angle de réfraction, d’où il décrivit une lentille à profil hyperbollique concentrant la lumière sans aberration. Voir dans les références.

Différentes techniques ont été utilisées pour fabriquer les lentilles asphériques :

Ouvertures extrêmes

Asphères et hautes performances

On considère qu’une seule face asphérique permet d’atteindre une correction équivalente à ce qu’apporterait un élément entier constitué de façon classique par des calottes de sphères. C’est ce qui permettait au Leitz 50 mm/1,2 Noctilux primitif (1966) d’en rester aux 6 éléments du Planar standard.

Ci-dessous trois études qui utilisent des faces asphériques et mettent en relief cet effet simplificateur. Noter le Djian 1:0.57 dans lequel 4 éléments de forme annulaire sont assemblés probablement pour faciliter la taille de l’élément asphérique final. L’objectif de Lee ouvre à f/1,0 avec simplement les 6 lentilles en 4 groupes. L’objectif f/0,7 par Gray comporte une lame correctrice à profil asphérique à l’avant.

Ultra fast aspherical lenses : Gray, Lee, Djian
Leica Noctilux ASPH 1:0.95

Le dernier sorti des Noctilux ; voir au début la présentation de ce faramineux objectif.

Leitz Noctilux primitif 1:1.2

Le Noctilux M 50mm f/1,2 à lentilles asphériques fut conçu pour une utilisation spécialisée, du type reportage en éclairage réduit ou non maîtrisé, avec un film sensible et sans finesse excessive. Il comportait 2 faces asphériques situées aux extrémités du bloc optique. Ce choix permet une bonne correction de la coma [*], et favorise un très bon contraste à pleine ouverture au détriment de la définition. Mais il ne permet pas d’agir sur l’aberration sphérique [*].

Le Noctilux primitif f/1,2 "asphérique"

Fabriqué à partir de 1966, il fut abandonné en 1976, surtout pour des raisons de difficultés de fabrication, au profit d’un nouveau Noctilux encore plus lumineux (1:1.0) mais avec des lentilles sphériques classiques (cf supra).


Canon série L standard
Canon FD 1.2/55 mm AL (1971)

Canon fut le premier fabricant qui ait su industrialiser la délicate production des lentilles asphériques, avec une précision de 0,1 micron (1/10.000e de mm). Par rapport au FL 55 mm f/1,2 normal, une amélioration sensible put alors être constatée avec le FD 55 mm f/1,2 AL de mars 1971 au second élément asphérique. Le New FD de 50 mm/1,2 qui lui succédait en octobre 1980 progressait encore un peu tout en conservant une intéressante compacité. Doté d’un élément postérieur flottant, cet objectif était un des meilleurs compromis dans sa catégorie.

A la différence des autres fabricants, Canon continue d’offrir et faire évoluer son objectif standard ultra-lumineux. Le dernier 50 mm EF 1.2 L USM qui perpétue cette lignée est à même de satisfaire celui que le foisonnement actuel des zooms ne comble pas de joie.


Noct Nikkor

Nikon, rival de Canon, ne pouvait que lancer en 1977 son AI « Noct Nikkor » 58 mm f/1,2. Devenu AIS en 1987, il fut discontinué en 1997. Son schéma était classique : 7 éléments en 6 groupes. La surface asphérique de la lentille frontale était façonnée par polissage manuel, ce qui explique son tarif notoirement supérieur à celui de son rival de chez Canon. Comme avec le Noctilux primitif, l’emplacement de la surface asphérique à une extrémité permet une excellente correction de la coma [*] mais guère de l’aberration sphérique [*]. Cet objectif est dépourvu d’éléments flottants pour le maintien du champ à courte distance : avec tout ça (focus shift [*], aberration sphérique [*], courbure de champ [*]…) le Noct-Nikkor est moins à l’aise en prise de vue générale que son concurrent de chez Canon, au point que son utilisation à pleine ouverture sur un boîtier numérique est assez problématique.

Le Noct-Nikkor (avidement recherché par certains scientifiques) est un objectif spécialisé et répond exactement à son cahier des charges : restituer sans déformations ni lumières baveuses des objets lumineux pas trop proches photographiés dans la pénombre. Pour le reste, il faut reconnaître qu’un objectif standard f/1,4 moins ambitieux et 12 fois moins cher à l’origine fera au moins aussi bien. On précisera quand même que le Noct-Nikkor écrase le Nikkor 50/1,2 AIS ordinaire (cf supra).


Canon EF 50 mm f/1,0 L USM

Cet objectif, présenté au début, constitue un effort remarquable pour surmonter et dépasser toutes les difficultés du genre. A la différence des Noctilux et Noct-Nikkor qui viennent d’être mentionnés, l’emplacement assez central des surfaces asphériques permet une bonne correction de l’aberration de sphéricité et des défauts qui lui sont liés.

Les courbes FTM qui sont reproduites ici n’ont rien de déshonorant à f/1 (du moins dans un cercle de 24mm de diamètre). Mais à f/8, outre que ça ne monte pas très haut, on constate un fort astigmatisme (écartement des relevés sagitaux et tangentiels — représentés respectivement en traits pleins et pointillés) [*]. Ce qui tend à prouver que tout l’effort a été porté sur les performances à pleine ouverture, au détriment de l’optimisation pour l’usage courant. Sauf besoin impérieux et très particulier, l’excellent modèle ouvert à f/1,4 reste le choix le plus judicieux.


Canon 85 mm f/1,2 L
EF 85 mm f/1,2L USM EF 85 mm f/1,2L USM

A côté du 50 mm f/1,2, Canon propose depuis 1976 un 85 mm de même ouverture, muni d’un élément asphérique, et de lentilles flottantes (pseudo flottantes en fait car il s’agit d’un groupe fixe) pour conserver la qualité optimale à courte distance. Il a connu 4 versions et deux formules optiques successives :

Très semblable extérieurement dans sa version EF au 1:1.0/50 mm, ce 85 mm d’une qualité indéniable semble avoir joui, lui, d’un succès constant depuis son apparition il y a maintenant plus de quarante ans. Si on veut couper les cheveux en quatre, on notera les avis qui attribuent un poil de contraste en plus pour la version FD mais les angles légèrement meilleurs avec l’EF.


ARRI / Zeiss Master Prime

Cette gamme d’objectifs cinématographiques, tous f/1.2 - t/1.3, allant du Distagon T* XP 12 mm au Sonnar T* XP 150 mm, constitue une évolution significative. Dotés (entre autres raffinements) de surfaces asphériques et de doubles trains d’éléments flottants, ils semblent très appréciés des professionnels quand leur budget en autorise la location.

Ces optiques couvrent au moins le super 35 (18,66x24,99 mm), certaines font sensiblement mieux. Pour la prise de vue très rapprochée, il existe d’ailleurs un Master Prime Macro f/2.0 de 100 mm, dont le bloc optique équipe le Carl Zeiss Makro-Planar T* de 100 mm pour 24x36 – vendu en montures ZE (Canon), ZF (Nikon) et ZK (Pentax).


Voigtlander Nokton 35mm f/1.2 aspherical
Conception

En 2003, Voigtländer-Cosina a lancé le 35 mm le plus rapide de l’histoire (mais réservé aux boîtiers à visée télémétrique), le Nokton 1:1.2/35 mm aspherical, objet complexe avec ses 10 éléments en 7 groupes, incluant 3 faces asphériques. Ce n’est pas une mince affaire d’obtenir une telle luminosité pour un angle de champ de 63° (contre 46° pour un 50 mm ; et 28,5° pour un 85 mm).

Dans une page de son site, Marco Cavina relève la similitude de ce Nokton avec le 100 mm f/1,0 conçu en 1931 par Rudolph (cf les références infra). Schématiquement : une lunette de Newton projetant une image aérienne (faisceau de rayons parallèles) récupérée par un objectif ad-hoc — suivi d’une addition du type Piazzi-Smith pour la planéité du champ… un principe similaire au 1.4/25 prototype pour Contax.

Description

Mensurations de la version 1 : long./diam. 63mm x 77.8, 490g — ce n’est pas un objectif compact !

La nouvelle version apparue en 2011 apporte une certaine amélioration : 62mm x 60.8, 470g. Mise au point minimum : 50 cm, inférieure à ce que permettent généralements les télémètres.

Diaphragme à 12 pales : rarissime en petit format !

VC Nokton 35 mm f/1,2 aspherical VC Nokton 1:1.2/35 mm aspherical
Performances

En suivant les conclusions de l’étude faite par Erwin Puts, (cf références) on peut résumer ainsi son rendement :

Remarque : personne ne se plaint de focus-shift [*] avec cet objectif, ce qui est exceptionnel sur un ultra-lumineux. Cela peut s’expliquer par la complexité de la formule ; et faire mieux accepter le gabarit volumineux (on n’a rien sans rien).

Sur le terrain

A priori, le faible contraste n’obsède pas les utilisateurs du Nokton 35/1,2 : ceux-là font simplement des photos, et leur objectif permet d’assurer une image dans des conditions qui ne sont pas celles de la prise-de-vue confortable en studio. Ce d’autant plus que vignettage [*] et flare sont bien contenus, choses importantes en available light. A pleine ouverture, la profondeur de champ réduite [*] permet d’isoler le sujet d’une façon sans équivalent avec tout autre 35 mm. Mais, comparé à un Noctilux de 50 mm, la profondeur de champ plus étendue (ainsi que la focale bien adaptée) devrait amener un taux d’échec inférieur en reportage sur le vif en conditions difficiles.

Certains avancent le contraste limité comme argument en faveur de son utilisation sur un boîtier numérique (sur le Leica M8, c’est l’équivalent d’un 48 mm en 24x36 ; et d’un 54 sur un Epson RD1 ou Sony NEX). Cf infra dans les références.

Evolutions

Suite à l’apparition du Leica M8 en 2006, cet objectif fut modifié à partir de janvier 2007 par Cosina : monté sur un M8, le Nokton 35/1,2 ne pouvait pas atteindre tout-à-fait l’infini (n.b. : problème inexistant avec un M9). Il s’agit d’une modification mécanique mineure à la base du fût.

A côté du modèle noir, il a été produit mi-2007 une version argent à tirage limité (300 exemplaires).

L’aube se levait à peine sur l’année 2011 quand est apparue, en tête de la page Discontinue Announcement du site de Cosina (cf www.cosina.co.jp [http://www.cosina.co.jp/seihin/voigt/english/dispo.html] ), la nouvelle que la production du NOKTON 35mm F1.2 Aspherical était terminée. Mais très peu de temps après, le fabricant annonça officiellement qu’une nouvelle version était en préparation. Il semble que le verre composant un des éléments n’était plus disponible, imposant une révision de l’optique (attendue impatiemment pour septembre 2011).


Ouvertures raisonnables

Recherche de qualité

On a dit qu’avec des surfaces asphériques, le nombres d’éléments peut être réduit. Par suite la trajectoire des rayons lumineux est plus facile à maîtriser et la correction pourra être améliorée. Sans oublier le simple fait que moins d’éléments signifie non seulement moins de dispersion mais aussi moins de reflets : le contraste ne peut qu’en bénéficier.

VC Nokton 50 mm f/1,5 aspherical (1999-2009 / 2013…)

Restons chez Cosina. Depuis 1999, cette société a acquis le droit d’utiliser le nom de la firme créée par Johann Christoph Voigtländer (cf Petzval supra) ; ce qui lui permet d’arborer sans complexes excessifs "Since 1756" (depuis 1756) sur des articles produits au 21e siècle dans les environs de Nagano (Japon). Mais on notera surtout que ce fabricant parvient lui aussi à produire industriellement des surfaces asphériques.

Ainsi, en novembre 1999, le VC Nokton 50 mm ouvert à f/1,5 fit une apparition remarquée. Ses performances surclassaient le Leica Summilux-M non asphérique d’alors. Avec seulement six éléments mais la lentille arrière composée de deux faces asphériques, ce Nokton se caractérise par une bonne qualité sur tout le champ. A pleine ouverture la définition est bonne, mais il faut diaphragmer un peu pour atteindre un contraste élevé. Excellent à partir de f/3,5, cet objectif ne bat de record dans aucun domaine, mais (hormis une certaine sensibilité au flare ) il est peu susceptible de critique importante.

Ce Nokton fut produit en monture M39 (ce qui le rend utilisable sans problème sur baïonnette Leica-M avec une bague d’adaptation). Certains le trouvent un peu plus encombrant que ce qui serait souhaitable, mais on peut soupçonner que la critique vient plutôt d’adeptes des anciens Leica à monture vissante, dont le système de visée est très proche de l’objectif.

Rayé du catalogue Voigtländer en 2009, ce Nokton Aspherical réapparaît en 2013, en monture M cette fois, mais avec un look ostensiblement vintage.


Leica ASPH
35 mm Summilux Aspherical et la suite

En 1989 était apparu un nouveau Leica asphérique : le Summilux (donc ouvert à f/1,4) 35 mm Aspherical. Les deux faces asphériques étaient polies par retouches manuelles, ce qui entraînait là encore un tarif très élevé. On chuchote que le travail était exécuté dans les ateliers d’Angénieux à Saint-Héand (Loire).

Par la suite Leica mit au point une technique de façonnage par injection sous pression du verre à l’état visqueux sur des moules de très haute précision, autorisant une production plus régulière et moins onéreuse. Avec cette technique apparut en 1994 un nouveau Summilux de 35 mm (mais toujours pas de 50 mm). Portant le label ASPH, il était muni d’une seule face asphérique. Ce nouveau calcul avait la particularité d’enterrer par sa qualité les 50 mm classiques avec une focale plus courte, ce qui la rend pourtant plus difficile à optimiser. Ce Summilux s’offre même le… luxe d’égaler les performances du 35 mm Summicron f/2,0 ASPH sorti dans la même période.

Les connaisseurs en étaient encore à discuter lequel est préférable quand apparut en 2001 le Summicron-M de 28 mm f/2,0 ASPH. Un objectif de 28 mm est un véritable grand-angulaire (champ diagonal 75°), pour lequel il est particulièrement ardu d’obtenir une grande luminosité jointe à une qualité satisfaisante, et surtout homogène. Pour les 28 mm, à part le Nikkor 1:1.4 AF D, une ouverture de 1:2 était le maximum offert habituellement, et encore n’obtenait-on jamais une image aussi contrastée qu’avec les modèles normaux ouverts à f/2,8. Or ce Summicron offre, avec un gabarit modeste (41 mm de long), des mesures sur banc meilleures sur les bords à pleine ouverture que le 35 mm, ce qui est étonnant avec un angle de champ de 75°.

Summilux 35mm ASPH
Summicron 28 mm ASPH

Le 35 mm ASPH, reconnaissable à ses deux sufaces extrèmes négatives, rompait avec le classicisme du double-Gauss. Le Summicron de 28 en adoptait la partie avant, tandis que son groupe arrière est inspiré de la structure retrofocus (cf infra) de l’Elmarit f/2,8.

Une nouvelle version du Summicron ASPH de 28mm f/2 est apparue en 2016, mieux adaptée aux capteurs numériques.

En 2010 apparut une troisième version du Summilux 35, ASPH encore mais cette fois au groupe arrière flottant, comme le 50 mm décrit ci-après. Le schéma est inchangé de prime abord mais il a quand-même fait l’objet d’un recalcul. La conception de cet ultime 35 lumineux vise une parfaite adaptation au capteur du M9 : les appareils numériques sont moins tolérants que les argentiques, notamment aux écarts de mise-au-point. Dès le M8 (2006) certains utilisateurs s’étaient plaint d’un focus shift [*] sensible. Le Summilux 35 ASPH « V2 » de 2010 bénéficie d’une correction chromatique améliorée, tout comme d’une planéité de champ mieux maintenue à courte distance.


Leica 50 mm Summilux ASPH
Leica Summilux-M 1:1,4/50 mm ASPH Leica Summilux-M 1:1,4/50 mm ASPH

En ce qui concerne le 50 mm, le successeur du Summilux M de 1962 s’est fait attendre jusqu’en 2004. Mais le résultat répond aux espérances : le nouveau Summilux-M 1:1.4/50 mm ASPH obtient des mesures sensiblement supérieures à celles du Summicron 1:2.0 à diaphragme égal. Non seulement le niveau général mesuré sur banc FTM est très élevé (globalement, ses performances à f/1,4 sont celles de très bons objectifs à f/2, et ainsi de suite jusqu’à f/2,8) ; mais encore les courbes de plus faible définition (5-10 pl/mm, indiquant la netteté des contours généraux des objets) sont remarquablement proches du plafond de 100%. En d’autres termes : même sur des tirages de format modeste, une différence pourra être perçue par rapport à des optiques de bonne qualité.

Pour conserver de bonnes performances aux plus courtes distances, il comporte un groupe arrière flottant – avec l’inconvénient d’une certaine complexité mécanique. Si l’on précise que son indifférence au flare n’a rien a envier au Noctilux, on pourra trouver cette optique ultra-lumineuse proche de l’idéal longtemps rêvé d’un objectif standard vraiment universel. Ce n’est plus seulement un objectif de reportage en condition difficile : il rend également possible des illustrations soignées de haute qualité en toutes circonstances.

Cet objectif est en fait apochromatique [*]. Cela ressort des propos du head optics designer de Leica lors de la Photokina 2008 [http://dfarkas.blogspot.com/2008/09/photokina-2008-day-2-taking-it-easy-and.html] . Le fabriquant a jugé inutile (futile ?) de rendre publique cette caractéristique ; sans commentaire (sauf à dire que certaines firmes ne se gênent pas pour affubler du sigle « APO » des produits qui peinent à répondre à la stricte définition de l’apochromatisme).

Les amateurs auront noté que la partie avant dérive du Summicron, alors que l’arrière ressemble à celle du 35 mm Summilux ASPH. L’élément supplémentaire en arrière du diaphragme ne manque pas d’évoquer le Summilux R dernière version.


Développements récents
AF-S Nikkor 50mm f/1.8 G

Pour les nikonistes, l’AF-S Nikkor 50mm f/1.8 G de 2011 offre 7 éléments en 6 groupes, dont une lentille asphérique : on a vu des objectifs ouverts à f/1.2 avec moins que ça. Cet effort est significatif des évolutions à l’ère de la photo numérique, d’autant plus intéressant qu’il porte sur le modèle “économique” traditionnel, alternative au f/1,4 considéré à tort ou à raison comme davantage “pro” (cf supra sur les objectifs de base). Autre particularité : son étanchéité soignée.


Leica Apo-Summicron-M 50 mm f/2 ASPH « AA »

Apparu en mai 2012, le Leica Apo-Summicron-M 50 mm f/2 ASPH est vendu un prix double de celui du Summilux ASPH f/1,4, ce dernier pourtant deux fois plus lumineux et réputé être le meilleur 50/1,4 jamais produit. Ce qui suffit à montrer qu’avec le Cron AA on est très loin du simple objectif « standard ». Il comprend 8 lentilles dont une surface asphérique ; le fabriquant annonce une rigoureuse correction apochromatique [*]. Cet ultime Summicron adopte une partie arrière flottante directement inspirée de la lignée des 35 mm ASPH. La naissance de ce 50 mm exceptionnel concorde avec l’apparition du boîtier Leica M Monochrom [http://www.dg77.net/photo/leicaM/index.htm#M], doté d’une définition remarquable à des sensibilités très intéressantes — mais en noir et blanc seulement. Ce type d’appareil photo impose l’utilisation d’optiques spécifiquement étudiées. On n’est donc pas obligé de s’intéresser au Summicron ”AA“ : en argentique ou pour des impressions jusqu’à 40x50 cm, je vous suggère d’essayer plutôt un Summarit-M, qui risque peu de vous décevoir pour six fois moins cher.


Carl Zeiss Otus 55mm f/1.4 APO-Distagon

Annoncé à la Photokina de septembre 2012 (sortie fin 2013), l’Otus (alias Distagon) 1,4/55, destiné au format 24x36, est un nouveau tour de force de la vieille maison d’Oberkochen. Par ses performances il concurrence directement le 50 Summilux-M ASPH supra. La qualité au centre peut même être comparée au moins lumineux Leica Apo-Summicron-M 50 mm f/2 ASPH précédent. Mais ce dernier reste au dessus du lot en raison de son homogénéité phénoménale (définition et contraste aux sommets jusque dans les coins). L’Otus a le défaut d’un fort encombrement, tendance qui semble la norme actuelle [1].

Les experts de Zeiss n’ont pas hésité à utiliser une formule de type retrofocus [http://www.dg77.net/photo/tech/fastga.htm#telinv] et multiplier les éléments en adoptant pour la partie arrière une structure télécentrique, ce qui permet aux photons d’atteindre sous un bon angle les microlentilles du capteur numérique. La dénomination Distagon est un signe des temps : le bon vieux Planar [http://www.dg77.net/photo/tech/fastgaus.htm#planar] a atteint ses limites et n’est plus le modèle à suivre.


Olympus M.ZUIKO DIGITAL ED 25mm 1:1.2 PRO

Objectif standard ultra-lumineux pour format M43 (Micro Four-Thirds), apparu fin 2016.

On arrive maintenant à 19 lentilles…

Angle de champ : 47°. M.a.p. mini 30 cm ; long. 87 mm ; diam. 70 mm. Poids : 410 g.


Notes

Cre : 02 dec 2011 - Maj : 15 dec 2016

A propos de ces pages / about these pages : http://www.dg77.net/about.htm
Gen : 17/10/2017-09:27:54,13