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Un objectif d'appareil photo (également connu sous le nom d'objectif photographique ou objectif photographique) est un objectif optique ou un assemblage d'objectifs utilisé en conjonction avec un corps d'appareil photo et un mécanisme pour créer des images d'objets sur un film photographique ou sur d'autres supports capables de stocker une image chimiquement ou électroniquement.

Il n'y a pas de différence de principe majeure entre un objectif utilisé pour une caméra fixe, une caméra vidéo, un télescope, un microscope ou un autre appareil, mais la conception et la construction détaillées sont différentes. Un objectif peut être fixé de façon permanente à un appareil photo, ou il peut être interchangeable avec des objectifs de différentes longueurs focales, ouvertures et autres propriétés.

Alors qu'en principe une simple lentille convexe suffira, en pratique une lentille composite composée d'un certain nombre d'éléments de lentille optique est nécessaire pour corriger (autant que possible) les nombreuses aberrations optiques qui surviennent. Certaines aberrations seront présentes dans n'importe quel système de lentilles. C'est le travail du concepteur d'objectifs de les équilibrer et de produire un design qui convient à une utilisation photographique et éventuellement à une production de masse.

Les lentilles rectilignes typiques peuvent être considérées comme des "lentilles" à trou d'épingle "améliorées". Comme illustré, une "lentille" à trou d'épingle est simplement une petite ouverture qui bloque la plupart des rayons de lumière, sélectionnant idéalement un rayon vers l'objet pour chaque point sur le capteur d'image. Les lentilles sténopé ont quelques limitations sévères:

Un appareil photo à sténopé avec une grande ouverture est flou car chaque pixel est essentiellement l'ombre du diaphragme, donc sa taille n'est pas inférieure à la taille de l'ouverture (troisième image). Ici, un pixel est la zone du détecteur exposée à la lumière d'un point de l'objet.

Rendre le trou d'épingle plus petit améliore la résolution (jusqu'à une limite), mais réduit la quantité de lumière capturée.

À un certain moment, rétrécir le trou n'améliore pas la résolution en raison de la limite de diffraction. Au-delà de cette limite, rendre le trou plus petit rend l'image plus floue et plus sombre.

Les lentilles pratiques peuvent être considérées comme une réponse à la question: "comment une lentille sténopé peut-elle être modifiée pour admettre plus de lumière et donner une taille de spot plus petite?". Une première étape consiste à placer une simple lentille convexe au niveau du trou d'épingle avec une distance focale égale à la distance par rapport au plan du film (en supposant que la caméra prendra des photos d'objets éloignés). Cela permet au trou d'épingle d'être ouvert de manière significative (quatrième image) car une lentille convexe mince plie les rayons lumineux proportionnellement à leur distance par rapport à l'axe de la lentille, les rayons frappant le centre de la lentille passant directement à travers. La géométrie est presque la même qu'avec une simple lentille sténopé, mais plutôt que d'être éclairée par des rayons de lumière uniques, chaque point d'image est éclairé par un "crayon" focalisé de rayons lumineux.

Un objectif d'appareil photo peut être constitué d'un certain nombre d'éléments: d'un, comme dans l'objectif ménisque de la Box Brownie, à plus de 20 dans les zooms plus complexes. Ces éléments peuvent eux-mêmes comprendre un groupe de lentilles collées entre elles.

L'élément avant est essentiel à la performance de l'ensemble de l'assemblage. Dans toutes les lentilles modernes, la surface est enduite pour réduire l'abrasion, les reflets et la réflectance de la surface, et pour ajuster l'équilibre des couleurs. Pour minimiser l'aberration, la courbure est généralement réglée de sorte que l'angle d'incidence et l'angle de réfraction soient égaux. Dans un objectif à focale fixe, c'est facile, mais dans un zoom, il y a toujours un compromis.

La lentille est généralement focalisée en ajustant la distance entre l'ensemble de lentilles et le plan d'image, ou en déplaçant des éléments de l'ensemble de lentilles. Pour améliorer les performances, certains objectifs ont un système de came qui ajuste la distance entre les groupes lorsque l'objectif est mis au point. Les fabricants appellent cela des choses différentes: Nikon l'appelle CRC (correction de proximité); Canon appelle cela un système flottant; et Hasselblad et Mamiya l'appellent FLE (lentille flottante).

Le verre est le matériau le plus couramment utilisé pour fabriquer les lentilles, en raison de ses bonnes propriétés optiques et de sa résistance aux rayures. D'autres matériaux sont également utilisés, tels que le verre de quartz, la fluorite, les plastiques comme l'acrylique (plexiglas), et même le germanium et le verre météoritique. Les plastiques permettent la fabrication d'éléments de lentilles fortement asphériques qui sont difficiles voire impossibles à fabriquer en verre, et qui simplifient ou améliorent la fabrication et les performances des lentilles. Les plastiques ne sont pas utilisés pour les éléments les plus extérieurs de tous, mais pour les verres les moins chers car ils se rayent facilement. Les lentilles en plastique moulé sont utilisées depuis de nombreuses années pour les appareils photo jetables les moins chers et ont acquis une mauvaise réputation: les fabricants d'optiques de qualité ont tendance à utiliser des euphémismes tels que «résine optique». Cependant, de nombreux objectifs modernes à hautes performances (et à prix élevé) de fabricants populaires incluent des éléments asphériques moulés ou hybrides, il n'est donc pas vrai que tous les objectifs avec des éléments en plastique soient de mauvaise qualité photographique.

Le tableau de test de résolution USAF de 1951 est une façon de mesurer le pouvoir de résolution d'une lentille. La qualité du matériau, des revêtements et de la construction affecte la résolution. La résolution de l'objectif est finalement limitée par la diffraction, et très peu d'objectifs photographiques approchent cette résolution. Ceux qui le font sont appelés "diffraction limitée" et sont généralement extrêmement coûteux.

Aujourd'hui, la plupart des objectifs sont multicouches afin de minimiser les reflets de l'objectif et autres effets indésirables. Certaines lentilles ont un revêtement UV pour empêcher la lumière ultraviolette de tacher la couleur. La plupart des ciments optiques modernes pour coller des éléments en verre bloquent également la lumière UV, éliminant ainsi le besoin d'un filtre UV. Les photographes UV doivent se donner beaucoup de mal pour trouver des objectifs sans ciment ni revêtements.

Un objectif aura le plus souvent un mécanisme de réglage de l'ouverture, généralement un diaphragme à iris, pour réguler la quantité de lumière qui passe. Dans les premiers modèles d'appareils photo, une plaque rotative ou un curseur avec des trous de différentes tailles était utilisé. Ces arrêts Waterhouse peuvent encore être trouvés sur les objectifs modernes et spécialisés. Un obturateur, pour régler le temps pendant lequel la lumière peut passer, peut être incorporé dans l'ensemble d'objectif (pour une meilleure qualité d'image), dans l'appareil photo, ou même, rarement, devant l'objectif. Certains appareils photo avec des obturateurs à feuilles dans l'objectif omettent l'ouverture, et l'obturateur fait double emploi.

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