Objectif photo : convexe ou concave ? Explications

L'objectif photographique crée la magie optique : projeter l'image du sujet sur le plan image (capteur ou film). Il réfracte, condense et focalise les rayons lumineux. C'est le cœur de la magie de l'appareil photo.

Savez-vous qu'un objectif photo est en réalité un ensemble de plusieurs éléments optiques travaillant de concert ?

Des lentilles convergentes (convexes) et divergentes (concaves) sont utilisées pour réduire les aberrations et assurer les fonctions téléobjectif et zoom. Sous sa forme la plus simple, un objectif photographique serait une unique lentille convexe.

L'élément clé : la lentille qui réfracte la lumière pour la converger ou la diverger vers le plan image. Convexe = convergence. Concave = divergence.

Le lien avec l'œil humain

Point commun important : œil et appareil photo utilisent tous deux une lentille convexe pour la mise au point. C'est notre sujet : convexe ou concave ?

Réfraction de la lumière

Avant d'aller plus loin : la lumière ne voyage pas toujours en ligne droite. Elle se courbe en passant d'un milieu (air) à un autre (eau, verre) : réfraction. C'est pourquoi les objectifs simples ont des défauts à corriger.

Types de lentilles

Deux grandes familles : convergentes (convexes) et divergentes (concaves). Propriétés distinctes. Toutes deux participent au fonctionnement de l'objectif photo.

Lentilles convergentes (convexes)

Utilisées en lunettes (hypermétropie) et objectifs photo. Plus épaisses au centre. Réfractent la lumière vers un point focal derrière la lentille — principe de base des objectifs photo.

Corrigent l'hypermétropie (vision de loin nette, flou de près) : forment l'image sur la rétine.

Lentilles divergentes (concaves)

Opposées : plus épaisses sur les bords. Réfractent la lumière vers l'extérieur — les rayons « semblent » converger en un point virtuel devant la lentille.

Corrigent la myopie (vision de près nette, flou de loin) : l'image se forme devant la rétine, la lentille concave la repousse vers l'arrière.

Utilisation dans la fabrication d'objectifs photo

Les deux types sont employés. Exemples :

L'objectif photographique le plus simple

Forme la plus simple : une unique lentille convexe. La lumière traverse, se courbe vers l'intérieur. Image formée sur le plan image... à l'envers. Comme nos sténopés de cours de physique.

Mais rarement utilisé en pratique : une lentille sphérique simple ne peut produire une image parfaitement nette sur tout le plan image.

Pourquoi ?

La lumière des bords converge en un foyer différent de celle du centre (courbure sphérique + indices de réfraction variables). Résultat : aberration sphérique.

Correction : éléments asphériques.

Téléobjectifs

Exemple classique d'association convexes/concaves. En tête : lentille divergente (réfraction). Suivie d'une convergente (rayons parallèles → grossissement). Enfin, une seconde divergente à l'arrière condense les rayons grossis. Téléobjectif à focale fixe.

Même principe : lunettes de Galilée (télescope galiléen).

Ajoutez une autre paire convexe/concave + mécanisme de translation dans le corps → zoom téléobjectif.

Complexité de fabrication = prix élevé. Ingénieurs : mouvement précis + qualité optique. Objectifs fixes (prime) : pas de mécanisme mobile → focus sur netteté optique seule → moins chers.

Correction des aberrations chromatiques

Convexes + concaves d'indices différents corrigent les aberrations chromatiques. D'abord, comprendre le phénomène.

Aberration chromatique : incapacité du verre à focaliser toutes les longueurs d'onde (couleurs) sur le même point. Lumière = spectre. Verre : certaines couleurs convergent devant le plan image, d'autres derrière.

Exemple : rouge (grande longueur d'onde) → foyer arrière. Bleu (courte) → foyer avant. Plan image = capteur/film.

Noms : décalage coloré, saignement de couleur, principalement aberration chromatique.

Solution : lentilles convergentes/divergentes d'indices différents → annulation (correction d'aberration) → toutes longueurs d'onde convergent sur même point → image nette, sans saignement.

Aberrations sphériques

Comme pour les chromatiques : association concave/convexe pour corriger l'aberration sphérique. Ces deux types collaborent dans de nombreuses situations de construction d'objectif.

Vidéo explicative fonctionnement lentilles :

Conclusion

Convexes et concaves : propriétés différentes, mais toutes deux essentielles dans les objectifs photo. Associées pour corriger aberrations et permettre le zoom sur sujets lointains.

Impossible de dire qu'un seul type est utilisé. Les deux sont importants et fréquemment employés.

Pour en savoir plus sur les types d'objectifs et choisir le vôtre : guide détaillé pour choisir ses objectifs photo.