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Objectif grand angle
Objectif grand angle Canon 17-40 mm f/4
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Photographie numériqueUn objectif grand angle est un objectif à courte focale. L'effet de cette courte focale est de permettre un cadrage large d'objets rapprochés dont on ne peut pas s'éloigner. Par exemple, il peut servir à photographier un paysage dans son ensemble sous la forme d'un panorama. On peut choisir aussi d'utiliser ces objectifs pour accentuer les perspectives.
L'effet de perspective d'un grand angle tend à faire paraître divers plans d'une même image plus éloignés les uns des autres qu'en réalité, à l'opposé des téléobjectifs qui tendent plutôt à « resserrer » les sujets dans un seul et même plan.
Ce phénomène d'incidence sur la perspective n'est pas due à la focale de l'objectif de manière intrinsèque mais par la distance d'utilisation à l'objet photographié.
Il n'y a pas de définition précise de la focale minimale à partir de laquelle on doit parler de « grand angle », mais on part généralement du principe qu'entrent dans cette catégorie tous les objectifs qui ont un angle de vision plus large que la perception naturelle de l'œil humain.
On considère que la focale standard correspond à la diagonale de l'image sur le film ou le capteur. Pour un support de type film 35 mm (format d'image 24 x 36 mm), cette diagonale fait 43 mm. Dans la pratique, les objectifs « standard » des boîtiers reflex ont des focales de 50 mm, alors qu'avec un boîtier reflex numérique à petit capteur, la focale de 35 mm est plus fréquente. Un objectif grand angle aura une focale plus courte.
Sommaire
Du semi grand angle au super grand angle
Voici différentes focales disponibles pour un support de type film 35 mm (format d'image 24 x 36 mm) :
- Le 35 mm ne devrait être considéré que comme un semi grand angle. À un mètre de distance, il permet de faire rentrer un objet d'un mètre sur le plus grand bord de l'image. Pour les photos contenant des personnages en bord d'image, les effets de perspectives quelquefois gênants avec des objectifs grand angle ou très grand angle sont quasiment invisibles avec un 35 mm.
- Le 28 mm était la focale grand angle la plus courante utilisée dans les années 1970. C'est aussi la focale la plus courte de la plupart des zooms transtandards actuels. Cette focale est déjà intéressante pour des paysages ou des effets de perspectives. Le 28 mm et le 35 mm sont également considérés comme des focales « classiques » pour le photo-reportage.
- Le 24 mm peut être considéré comme un vrai grand angle. À un mètre de distance, il permet de faire rentrer un objet de 1,5 m sur le plus grand bord de l'image, (1 mètre sur le petit bord). C'est la plus courte focale couverte par des zooms transtandards. Cette focale est intéressante pour les paysages et les photos de bâtiments élevés. C'est la focale minimale utilisable pour éviter un effet caricatural sur les personnes qui se trouveraient en périphérie de l'image (voir plus loin).
- Le 20 ou 21 mm (selon les marques) était la focale la plus courte disponible dans les années 1970. Les zooms grand angle du début des années 1990 étaient des 20-35 mm. Avec un 21 mm, le champ couvert dans la diagonale est de 90°. Ces objectifs commencent à mériter d'être qualifiés de « très grand angle ».
- Le 18 ou 17 mm mérite le nom de très grand angle voire de super grand angle. À un mètre de distance, un 18 mm permet de faire rentrer un objet de 2 mètres sur le plus grand bord de l'image et le champ couvert sur ce bord est de 90°. L'angle est de 100° dans la diagonale, 104° pour un 17 mm. Ces focales sont intéressantes pour les plans d'ensemble de paysages, les photos de bâtiments élevés, et surtout pour accentuer les perspectives. Elles ne conviennent pas pour photographier de manière réaliste des groupes de personnes. Au milieu des années 1990, les 18-35 mm Sigma étaient les zooms grand angle possédant la plus courte focale. Depuis, divers fabricants ont commercialisé des 17-35 mm, mais 17 mm est la focale la plus courte qu'ils proposent sur un zoom couvrant le format d'image 24 x 36 mm.
- Le 14 mm est la focale fixe la plus courte disponible dans plusieurs marques. Ces objectifs méritent le nom de super grand angle voire d'hyper grand angle, ou grand angle extrême. À un mètre de distance, ils permettent de cadrer un objet de 2,5 x 1,7 m. L'angle de champ est de 104° sur le grand bord de la photo et 114° dans la diagonale.
- Le 12 mm : À un mètre de distance, on peut cadrer un champ de 2 mètres sur 3. Plusieurs modèles d'objectif existent avec cette focale, il existe des zooms, tel le 12-24 mm de Sigma qui affiche 122° dans la diagonale. Voigtländer fabrique un modèle à focale fixe, le 12 mm f/5,6 Aspherical Ultra-Wide Heliar qui annonce seulement 121°, ce dernier fabriqué pour les appareils de type télémétrique utilise une formule optique non retrofocus qui le rend impossible à utiliser sur les appareils de type reflex.
- Le 10 mm : La majorité des fournisseurs d'objectif propose des zooms débutant à 10 mm. Ces derniers sont conçus pour les boîtiers numériques à « petits capteurs » et par conséquent ne couvrent pas le format 24 x 36.
Grands angles et boîtiers numériques
L'avènement des appareils reflex numériques a fait naître un problème dans l'utilisation des objectifs. Pour des raisons d'abord techniques puis de coût de fabrication, les capteurs de la plupart des reflex numériques sont plus petits que la surface impressionnable de la pellicule d'un reflex 24 x 36, même si aujourd'hui Canon , Nikon (format Nikon FX) et Sony vendent également des boîtiers « grand capteur ».
Les petits capteurs n'utilisent donc que la partie centrale de l'image obtenue avec le boîtier argentique. Avec la plupart des marques, il faut appliquer un coefficient multiplicateur de 1,5 pour retrouver la focale d'un objectif qui offrirait le même cadrage en 24 x 36. Le coefficient multiplicateur est de 1,5 pour Nikon (format Nikon DX), Sony et Pentax, 1,6 avec la gamme Canon, et 1,7 chez Sigma. Les plus petits capteurs sont ceux d'Olympus avec un coefficient multiplicateur de 2 et une image au format 4/3.
Pour remédier à ce problème, les fabricants ont conçu des objectifs de focales plus courtes destinés seulement aux appareils à petits capteurs. Alors que les zooms transtandard 28-70 mm ou 28-105 mm sont courants en format 24 x 36, les transtandards de base pour boîtiers numériques sont des 18-50 mm ou 18-70 mm. De même, pour les zooms grand angle, les 10-20 mm, 11-18 mm, 10-22 mm, voire plus modestement 12-24 mm, jouent le rôle des 17-35 mm dans le format 24 x 36. Chez Olympus (dont les capteurs sont plus petits), les transtandards sont des 14-42 à 14-50 mm, et le zoom grand angle est un 7-14 mm.
Calcul de l'angle de champ
L'angle de champ couvert par un objectif peut être calculé au moyen de la fonction mathématique arc tangente selon la formule :
- angle = 2 x arctan (0,5 L / f) (où L est la longueur d'un bord d'image ou de sa diagonale, et f la focale de l'objectif)
Pour un support de type film 35 mm (format d'image 24 x 36 mm), l'angle de champ est donc égal à :
- 2 x arctan (18 / f) pour le grand bord de l'image ;
- 2 x arctan (12 / f) pour le petit bord de l'image ;
- 2 x arctan (21,6 / f) pour la diagonale de l'image.
Grand angle et fisheye
Les objectifs grand angle évoqués dans cette page fournissent une perspective orthoscopique. C'est-à-dire qu'un objectif sans défaut, utilisé pour photographier un objet plan, comme une carte géographique, en fournira une image non déformée si on a pris la précaution de mettre l'appareil photo (et donc le film ou le capteur) bien parallèle à la carte. Dans ces conditions, un objectif 12 mm n'offre (pour le format 24 x 36) qu'un angle de champ de 122° et pour couvrir un angle de champ de 180°, il faudrait une focale nulle.
Il existe pourtant des objectifs permettant de photographier sur 180°. On appelle ces objectifs des fisheyes (œil de poisson), ils fournissent une perspective circulaire, c'est-à-dire que l'image qu'ils enregistrent sans déformation est celle de l'intérieur d'une sphère. Avec ces objectifs, les images d'objets plans sont fortement déformés, les lignes droites étant incurvées vers l'extérieur. En contrepartie, la plupart des fisheyes offrent un angle de visée de 180° dans la diagonale de l'image, et environ 150 ° sur le grand bord, alors que d'autres fournissent une image circulaire couvrant 180° dans toutes les directions.
La focale utilisée pour les fisheye est généralement de 15-16 mm (180° pour la diagonale). Elle peut descendre jusqu'à 8 voire 6 mm (180° et image circulaire).
Le fisheye 6 mm de Nikon quant à lui peut atteindre 220° de diagonale, il est rarissime et pèse plusieurs kilos.
Construction optique d'un grand angle
Rétrofocus AngénieuxLa plupart des objectifs grand angle sont construits selon le modèle du « téléobjectif inversé » ou « rétrofocus » formulé en 1950 par Angénieux. Si l'objectif était constitué d'une lentille unique, sa focale serait la distance entre le centre de cette lentille et le plan du film ou du capteur permettant de donner une image nette d'un objet éloigné. Or, sur un appareil photo reflex, il y a une distance d'environ 4 cm entre le plan du film ou du capteur et la bague de fixation de l'objectif. Pour un objectif de 35 mm ou moins, il faudrait donc que les lentilles rentrent à l'intérieur du boîtier, ce qui est incompatible avec la présence du miroir incliné qui sert à la visée, puis pivote rapidement vers le haut au moment de la photo.
Le principe de construction du montage rétrofocus est celui de l'application de la formule de Gullstrand. Il consiste en l'occurrence à placer une lentille optique divergente avant et une convergente arrière, à l'inverse du montage téléobjectif, utilisé pour les objectifs de longue focale.
Dans la marque Voigtländer un objectif super grand angle (12 mm) construit à partir d'un groupe de lentilles fortement convergent existe. Mais il est destiné à un boîtier à visée télémétrique 24 x 36, donc sans miroir, ce qui permet aux lentilles de pénétrer à l'intérieur du boîtier.
Au contraire, la seule solution pour un boîtier reflex est de placer le bloc de lentilles de courte focale plus loin du plan film ou du capteur qu'il devrait l'être pour fournir une image nette. Dans de telles conditions, l'objectif ne fournira une image nette que pour des objets rapprochés ou très rapprochés. Pour corriger la netteté des objets éloignés, on rajoutera une ou plusieurs lentilles divergentes à l'avant de l'objectif.
En quelque sorte, un objectif grand angle peut être considéré comme un objectif myope auquel on met des lunettes.
Les défauts optiques des grands angles
Les objectifs grand angle de par leur nature, sont les optiques les plus sujettes aux aberrations de sphéricité (entre autres, difficulté pour avoir une image nette à la fois au centre et sur les bords de l'image). Mais c'est probablement le défaut optique que les concepteurs d'objectifs grand angle cherchent à corriger en premier.
La construction très dissymétrique (lentilles convergentes à l'arrière, divergentes à l'avant) d'un objectif grand angle de type rétrofocus favorise l'apparition d'une distorsion en barillet : la partie centrale de l'image étant moins rapetissée que la partie périphérique, les lignes droites du sujet photographié apparaissent incurvées vers l'extérieur. Pour corriger ce défaut, les lentilles divergentes d'un objectif grand angle sont des ménisques divergents : vu de l'extérieur de l'objectif, elles sont bombées, quelquefois très fortement. Elles pourraient donc faire penser à une lentille convergente. Mais elles sont encore plus incurvées vers l'intérieur sur la face interne qu'elles ne le sont sur la face externe.
L'emploi de lentilles asphériques dans les objectifs grand angle permet également de réduire les aberrations de sphéricité et la distorsion.
Les objectifs très grand angle (21 mm et en deçà dans le format 24 x 36) donnent des images très typées dans lesquelles les personnages situés en périphérie de l'image paraissent allongés vers l'extérieur de la photo, alors qu'au centre, les proportions largeur/hauteur sont normales. Il ne s'agit pas là d'un défaut optique des objectifs grand angle, mais de la conséquence de règles de géométrie. En étant très près du sujet, l'objectif grand angle photographiera de face les objets situés au centre de la photo, mais de profil ceux (en relief) situés en périphérie. Mais lorsqu'on regardera la photo, sous un angle plus fermé qu'à la prise de vue, on s'attendra à ce que tous les objets de la photo aient été photographiés de face. Comme ce n'est pas le cas, on obtiendra des déformations quelquefois surprenantes.
Un autre défaut courant avec les objectifs grand angle est le vignetage (bords de l'image plus sombre que le centre). La construction rétrofocus des objectifs grand angle limite en partie ce défaut. En revanche, sur le 12 mm Voigtländer, le vignetage est tellement important qu'il est équipé d'un filtre gris dégradé pour assombrir le centre de l'image. Mais ce grand angle non rétrofocus présente en revanche une très faible distorsion.
Finalement, l'aberration chromatique est le seul défaut optique auquel les objectifs grand angle sont moins sujets que les autres catégories d'objectifs.
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