Les objectifs, la distance focale et l’ouverture

Sur les appareils photos, qu’ils soient reflex ou non, un objectif est caractérisé par deux notions : sa plage de focale et son ouverture. Comprendre ces deux informations est essentiel pour savoir ce dont est capable l’objectif.

La focale

La première information concerne la focale. Elle est définie comme la distance, exprimée en millimètres, qui sépare le centre optique de l’objectif de la surface sensible (la pellicule ou le capteur) ou plus simplement, la distance entre la lentille, et le capteur.

Elle correspond aussi au facteur de grossissement de l’objectif. Plus la focale est élevée, plus le facteur de grossissement est important. A l’inverse, une focale faible permet d’inclure plus d’éléments dans la photo.  Pour bien comprendre le principe, vous trouverez ci-dessous une animation flash permettant de comprendre le phénomène de « zoom ». Cliquez sur la lentille bleue, puis déplacez-la pour constater l’effet que cela donne sur le capteur de l’appareil photo.

Le problème, c’est que donner une focale sans donner les dimensions du capteur qui se trouve derrière ne permet pas de se faire une idée du zoom réel de l’objectif. En effet, plus le capteur numérique est petit, plus l’effet de « zoom » va être important. Ceci est dû au fait que l’image sur le capteur le plus petit sera un crop (une partie) du plus grand, et équivaut donc à un zoom.

C’est donc pour cela que sur l’appareil TZ7 de panasonic, la plage de focale varie de 4.1 à 49.2mm. Pour avoir la même image sur un reflex de type full frame (le capteur mesure 24 mm sur 36 mm), il faut une plage focale de 25-300 mm.

Afin de pouvoir faire des comparaisons, les constructeurs fournissent toujours ce que l’on appelle l’équivalent 24×36 (ou équivalent 35 mm), qui correspond aux focales ramenées sur un capteur de taille 24x36mm.

Voici quelques exemples d’une scène prise avec différentes focales :

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Petite information utile : pour passer d’un capteur APS-C (équipent les reflex d’entrée de gamme) à un équivalent 24×36, il suffit de multiplier la focale par 1,5 (1,6 pour les capteurs Canon qui sont légèrement plus petits).

L’angle de champ

Une focale donnée correspond aussi à un angle de champ donné. En effet, plus la focale va être élevée, plus l’angle dans lequel les objets seront visibles va être réduit.

Voici les angles de champs correspondant aux focales :

On parle souvent de la focale équivalente à la vision humaine, correspondant au 50 mm. En termes de champ couvert, un 50 mm monté sur un full frame correpond à un champ de 47 mm. L’oeil humain est capable de discerner des formes sur un champ d’environ 40 ° (et de voir réellement net sur seulement quelques degrés). On a donc bien des valeurs similaires. Attention, un 50 mm monté sur un APS-C (qui est donc un crop du capteur full frame), la zone couverte est alors de seulement de 30° (50 mm sur un full frame équivaut à un 50*1.6=80mm), soit bien moins que la vision humaine. De même, les objets percues au travers d’un 50 mm apparaissent identiques qu’à l’oeil nu, quelque soit le format du capteur.

L’ouverture

En photo, l’ouverture (noté f) est le rapport du diamètre « utile » de l’objectif à la distance focale de celui-ci.

N= focale / diamètre

En photo, on la note f/# ou simplement f (attention à ne pas confondre avec la focale).

L’ouverture quantifie la quantité de lumière qui va atteindre le capteur numérique à une focale donnée. Plus ce nombre est petit, plus l’objectif va être lumineux. Cette notion influe donc sur les paramètres suivants :

• Plus f sera petit, plus le temps de pose sera réduit (très utile pour les environnements où la lumière manque comme en intérieur),
• Plus f sera petit, plus la profondeur de champ va être réduite. Cette notion étant un peu complexe, elle est abordée dans un article à part.

Bien sûr, dimininuer l’ouverture entraîne malheureusement quelques désavantages, comme l’augmentation des aberrations optiques et la diminution de la quantité de lumière sur le capteur. Il faut donc une qualité plus importante dans la fabrication des lentilles, ce qui explique que plus l’objectif va avoir une ouverture faible, plus il va être couteux à produire afin de conserver une bonne qualité d’image.

Afin de pouvoir contrôler l’ouverture, les objectifs disposent d’une pièce mécanique qui permet de limiter la lumière les traversant : le diaphragme.

Par convention, il a été décidé d’utiliser une suite d’indices d’ouverture pour laquelle l’éclairement serait divisé par deux pour le passage d’une valeur à celle supérieure. Les indices de référence sont donc les suivants :

1 / 1,4 / 2 / 2,8 / 4 / 5,6 / 8 / 11 / 16 / 22 …

On a donc deux fois plus de lumière traversant l’objectif avec une ouverture à 1,4 qu’avec une ouverture à 2. Bien sur, il existe des valeurs intermédiaires, mais connaître cette table permet de mieux situer les ouvertures données par les constructeurs d’objectifs.

On voit que l’ouverture est une notion reliée à la focale. Ainsi, de manière générale, les constructeurs indiquent les ouvertures aux focales minimales et maximales (exemple, 17-55 3,5/5,6 indique une ouverture de 3,5 à 17 mm, et de 5,6 à 55 mm). Il existe aussi des zooms à ouverture constante (exemple, tamron 17-50 2.8).

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