En photographie, on utilise trois types d'objectifs : grands angles, focales normales et téléobjectifs. Pour corriger les aberrations chromatiques et géométriques, les objectifs comportent de nombreuses lentilles (de 4 à 20 pour des objectifs de qualité).
En particulier pour la correction des aberrations chromatiques un ensemble est constitué par l'association des lentilles convergentes et divergentes réalisées avec des verres de natures différentes.
Pour le format 24x36 (mm), les grands angles ont une focale de 28 à 35 mm.
Avantages : Objectifs simples, légers, lumineux avec une grande profondeur de champ et une mise au point rapprochée.
Inconvénients : Distorsion importante pour les objets proches et convergence des verticales.
Focale normale : Elle correspond à la diagonale de l'image soit 43 mm. En pratique on prend 50 mm.
Téléobjectifs : 85 mm à 800 mm.
Avantages : Permettent la prise de vues de sujets éloignés sans déformations.
Inconvénients : Objectifs complexes, lourds et encombrants, peu lumineux, faible profondeur de champ, mise au point rapprochée impossible.
Pour les appareils numériques compacts la dimension du capteur est faible la focale "normale" est de l'ordre de 10 mm. Pour les appareils numériques reflex, la taille du capteur est
de 24 mm par 36 mm ce qui permet d'utiliser les mêmes optiques que sur les appareils argentiques.
Téléobjectifs
Si l'on construit un objectif avec un système convergent la longueur de l'objectif est au moins égale à la distance focale. Pour éviter cet inconvénient majeur on utilise soit des objectifs avec des miroirs (monture de type Cassegrain) simples à fabriquer mais très peu lumineux soit on introduit derrière le système convergent un système divergent qui permet de diminuer la longueur de l'objectif.
Si on modélise un téléobjectif par l'association d'une lentille convergente de distance focale F'1 > 0 et d'une lentille divergente de focale F'2 < 0 écartées d'une distance e, la distance focale F' du téléobjectif résultant est donnée par la relation :
F' = F'1.F'2 / (F'1 + F'2 − e).
Retrouver cette relation (ou regarder le chapitre sur les doublets dans un cours d'optique).
On choisit e pour que le système soit voisin d'un système afocal (le plan focal objet de la lentille divergente est alors confondu avec le plan focal image de la lentille convergente comme dans la lunette terrestre).
Utilisation :
Dans le programme, on a f1 = 100 mm, f2 = −22 mm et e = 85 ou 90 mm. (Système afocal pour e = 78 mm). Pour un objet situé à l'infini, l'objectif donne une image (en jaune) située dans son plan focal. L'image finale (en vert) est dans le plan focal image du téléobjectif.
En glissant le point vert avec la souris, on peut évaluer le grandissement.
La case "Plans principaux" permet d'effectuer la construction du plan principal objet du téléobjectif et de visualiser la distance focale (H'F'). On peut ainsi constater la diminution d'encombrement.
Les doubleurs de focale sont des systèmes divergents qui se fixent entre un objectif classique et le boîtier.
On obtient alors un téléobjectif.
Zooms
Le zoom est un système à focale variable qui permet de modifier simplement le cadrage.
En pratique les zooms sont des systèmes optiques complexes comprenant entre 10 et 20 lentilles dont plusieurs sont mobiles par rapport aux autres.
Il faut en particulier que la mise au point soit conservée quand on fait varier la focale ce qui impose une mécanique complexe.
On peut schématiser un zoom par l'association d'un système convergent avec un système divergent.
On peut reprendre la même configuration que pour le téléobjectif ou mettre le système divergent avant le système convergent.
Utilisation :
Dans le programme, on a f1 = −100 mm, f2 = 50 mm et 10 < e < 120 mm.
Pour un objet situé à l'infini, l'objectif donne une image (en jaune) située dans son plan focal. L'image finale (en vert) est dans le plan focal image du téléobjectif.
En glissant le point vert avec la souris, on peut évaluer le grandissement.
La case "Plans principaux" permet d'effectuer la construction du plan principal objet du téléobjectif et de visualiser la distance focale (H'F').
Ce programme représente un zoom datant de 1950 qui comporte 7 lentilles en deux groupes. Le premier groupe est divergent et le second convergent.
On effectue le tracé des rayons pour deux inclinaisons de sources à l'infini.
Les curseurs permettent de modifier
la position du groupe convergent et la position du marqueur de distance jaune.
Il faut noter que les calculs pour réaliser ce zoom ont été réalisé à la règle à calcul et avec des tables de logarithmes.