Les formules optiques historiques

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Après avoir évoqué différents aspects de l’histoire de la photo dans des articles consacrés à l’évolution des formats, des boîtiers, des capteurs… Nous vous proposons de nous pencher ici sur les formules optiques… historiques !

En guise d’avant-propos, de mise en bouche, un petit rappel d’une notion de base pas forcément inutile. Sous forme digeste de schémas.

Schéma optique basique
Schéma optique basique

 

formule optique de base -1
Schéma optique de base -1

 

Avant d’en venir aux formules optiques qui ont propulsé la photographie dans l’ère moderne, offrons-nous une petite information étonnante. Au VII-VIe siècle avant notre ère, habitait dans les steppes situées du nord de la Mer Noire et de la Caspienne une civilisation de nomades cavaliers : les Scythes. Leurs chevaux portaient des parures d’or très finement ornées de figures animales. On a trouvé dans les tombes-tumulus de petits assemblages carrés de fines baguettes de bois. Quand on verse une goutte d’eau dans cet assemblage, elle forme une loupe !

Les orfèvres scythes utilisaient des « instruments optiques » pour fabriquer leurs objets d’orfèvrerie fine !

 

Bijou scythe - Tôle d'or ~ 16cm
Bijou scythe – Tôle d’or ~ 16 cm
Territoire de peuplement scythe dans l’Antiquité

 

L’épopée des formules optiques

À la toute fin du XIXe siècle et au tout début du XXe siècle, les opticiens – astronomes (et un peu photographes) – ont voulu se débarrasser des défauts des simples lentilles en usage jusque là. Pour cela ils ont conçu des combinaisons de lentilles qui permettaient de produire des images beaucoup plus pures, détaillées, sophistiquées. Le grand ancêtre de toute cette démarche est sans conteste Joseph Petzval, né en 1807 dans le royaume de Hongrie (actuelle Slovaquie). Il était mathématicien et physicien. Il réalisa en 1839 le premier calcul d’un objectif dont l’ouverture était de f:3,7 et l’objectif qui en découle. Ce qui à l’époque est prodigieux !  Une trentaine d’années plus tard les travaux optiques vont littéralement exploser. Ainsi a commencé une période d’ébullition créative. Il est intéressant de noter que cette ébullition créative n’a pas concerné que ce domaine de l’activité humaine.

Joseph Petzval
Objectif de J. Petzval
Coupe de l'objectif de J.Petzval
Coupe de l’objectif de J.Petzval

 

La Période créative

Elle a commencé en Angleterre avec la création en 1893 par un certain Dennis Taylor d’une formule à trois lentilles. Comme il travaillait chez Cook and Sons, on a appelé son invention « Le triplet de Cook ».

Le Triplet de Cook

Ce triplet était une combinaison de trois lentilles d’une focale de 184,1 mm et d’une ouverture de f/7,7. Il avait été conçu pour un télescope. Mais Taylor l’utilisa sur une chambre photographique.

Le cliché s’avéra d’aussi bonne qualité que ce que donnait l’objectif de référence de l’époque, le Ross Portable Symetrical, de même focale, mais d’ouverture f/32 ! (voir plus loin les schémas)

Ce triplet était une évolution du travail de Petzval sur la courbure du champ (CCP). Ce travail concernait encore une fois l’optique à usage astronomique. Le triplet permettait de réduire la coma *, la distorsion ainsi que certaines aberrations chromatiques. Mais il ne permettait pas de dépasser f/3,5.

* la coma est une aberration qui forme des halos blanchâtres semblables à des queues de comètes, d’où le nom.

 

Triplet de Taylor (Cook)
Triplet de Taylor (Cook)

 

Le Planar

Très vite, en 1896, est créée en Allemagne par Paul Rudolph, chez Zeiss, la formule Planar.

Composée de 6 lentilles symétriques, cette formule donnait des images très piquées, mais était sensible au flare**. Elle sera 6 ans après, délaissée pour le Tessar (voir plus loin). Dans les années 50, le Planar reviendra en force sur le marché pour les focales moyennes et longues (~ 75 mm). Grâce aux nouveaux traitements de surface qui réduisent ce flare.

La formule Planar est en fait une évolution de la très ancienne formule de double Gauss (ou doublet de Gauss) de 1817. Elle avait été conçue par le physicien Gauss pour un télescope. C’était devenu le Clark double Gauss en 1888.

La formule Planar a été reprise en 1920 par Taylor, de Taylor & Hobson ! Actuellement, elle équipe les objectifs low-coast, mais néanmoins de bonne qualité, comme le Sony FO 50/1,8 ou le Canon EF 50/1,8 ou le Nikkor 50/1,8 D AF…

L’Irix 15, est également un planar, mais très complexifié.

** le flare est le reflet coloré, irisé, créé par une source lumineuse forte qui entre dans le champ photographique, entièrement ou partiellement. La plus perturbante étant le soleil.

 

Planar (Zeiss) formule initiale à 6 lentilles
Planar (Zeiss) formule initiale à 6 lentilles
Planar (Zeiss) de 50mm /f:1,4
Planar (Zeiss) de 50 mm /f:1,4

 

Effet de flare et de coma cumulés
Effet de flare et de coma cumulés

Le Tessar

Le Tessar arrive en 1902 en Allemagne. Il est créé par Paul Rudolph, chez Zeiss. Sa réputation s’établit rapidement, car il fournit des images piquées et globalement un peu supérieures à celles des Triplet et des Planar.

Le Tessar a existé en 6 versions, de 28mm f/2,8 sur Nokia N8 à 75mm f/4,5 sur Rollei 6×6, en passant par 37,5 mm (KMZ), 50 mm (tous les fabricants avec de nombreuses ouvertures, de 3,5 à 0,9) et 55 mm (Pentax entre autres).

Tessar
Tessar

 

Le Biotar

La formule du Biotar est très proche de celle du Planar.

Elle a été créée en 1927 par Willy Merté chez Zeiss. Le Biotar de 75mm f/1,5 sera commercialisé en 1940. Cette date, à elle seule, explique que le biotar ait été peu produit ! Il s’est prolongé avec les Hélios produits par KMZ après la guerre : les Hélios 40 -85mm f/1,5- et 44 -58mm f/2-, des formules biotar à bokeh tournant, et les courtes focales Orion, Véga, Uran (pour Uranus), Mir (nom de la première étoile variable découverte dans la constellation de la baleine)… Le lien avec l’astronomie n’est évidemment pas fortuit…). 

Il semble que les firmes Oprema-Jena (successeur de Carl Zeiss Jena) et Meyer Optik relancent des objectifs de formule Biotar. La production sera confiée à Kenko Tokina et l’optique devrait voir le jour en montures Canon EF, Nikon F, Sony E, Fujifilm X, Pentax K et M42.

Nota : Vous aurez remarqué, à ce stade de l’article, que de nombreux noms sont liés à la toponymie des planètes, au cosmos. Et plus particulièrement chez les Russes. C’est évidemment lié au fait que les premières recherches ont été le fait d’astronomes et d’opticiens liés à l’astronomie. Et que les liens entre ce milieu astronomique, celui des instituts de recherche et de la production optique étaient plus étroits en URSS, dans le monde russe en général.

Biotar (Carl Zeiss Jena) 58mm / f:2
Biotar (Carl Zeiss Jena) 58 mm / f:2
Bokeh tournant d'un Biotar de 75mm / f:1,5
Bokeh tournant d’un Biotar de 75 mm / f:1,5

 

Il convient de noter que les formules Planar, Tessar, Biotar et Sonnar sont des formules symétriques inspirées de la formule optique du double Gauss

Combinaison de type double Gauss

Le Sonnar

La formule Sonnar apparaît en 1930. Elle est créée par Ludwig Bertele, chez Zeiss (encore !).

 

Sonnar de 50mm /f:1,5

 

Cette formule permet d’augmenter l’ouverture jusqu’à f/1,8. Le premier Sonnar est un 6 lentilles, créé pour les télémétriques Contax en 1926. Rapidement le Sonnar se verra ajouter une septième lentille (schéma ci-dessus). Il cessera d’être symétrique. Les Sonnar de courtes focales (< 35 mm) se sont avérés incompatibles avec les reflex à cause du débattement du miroir. Il a fallu attendre les formules rétro-focus trouvées (au sens propre du terme !) en 1945 en Allemagne pour les voir arriver sur les reflex.

Enfin la formule Sonnar a été largement reprise par d’autres fabricants pour son piqué, son coût de production réduit et son ouverture. KMZ (Zenit) par exemple a produit beaucoup de formules Sonnar. En allemand Sonnar se prononce Zonnar. D’où le nom de ZK des objectifs russes produits à Krasnogorsk (KMZ). Ils ont ensuite été appelés Jupiter 3, Jupiter 9… Les Pentax DA 40 Ltd, DA 70, FA 43, FA 50, FA 77 sont des Sonnar (parfois revus et/ou simplifiés). Le Pentax DA 40 Ltd est un Sonnar simplifié. Le Sigma 35 ART semble bien en être un aussi, mais nettement plus complexe.

Le Summicron

Les Summicrons de Leica sont également des formules Sonnar.

Summitar (Leica) de 1939
Summitar (Leica) de 1939
Summicron (Leica) de 19553
Summicron (Leica) de 1953

Les Cassegrain et Maksoutov

Ces deux formules, assez proches d’ailleurs, ne concernent que les objectifs catadioptriques, à miroir. C’est à dire qu’elles sont très directement liées à la photographie astronomique. Elles permettent d’obtenir des objectifs trois fois plus courts que les télescopes de focales équivalentes ! Mais ces objectifs ne sont pratiquement utilisables que sur pied.

 

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Formules de Cassegrain et de Maksoutov pour les objectifs catadioptriques

Les formules optiques elles-mêmes

Quelques réflexions sur les formules optiques. Ces quelques formules optiques citées ici arrivent historiquement dans un laps de temps très réduit. Leur but commun est l’amélioration de la qualité de l’image qu’elles donnent. A l’exception de formules de Cassegrain et de Maksoutov toutes les recherches optiques ont  concerné d’abord des focales proches de 50 mm. Elles ne concernaient donc pas tel ou tel type de photographie. Mais tout simplement LA photographie. C’est une des raisons pour lesquelles elles vont régner sur l’optique pendant pratiquement 60 ans. Certes, de ces 60 années il faut en retrancher 10 pour les deux guerres mondiales pendant lesquelles les « progrès techniques » ont surtout concerné l’art de tuer.

À l’exception des formules rétro-focus évoquées plus haut. Il faudra attendre les zooms pour voir (!) les formules optiques passer de 6-7 lentilles à 12-15. Ce n’est qu’avec le numérique et la présence massive de l’électronique dans le monde photographique que les formules à 15 lentilles en 10 groupes (chiffres indicatifs) vont se généraliser à tous les types d’objectifs, de haut de gamme il va sans dire.

Les moyens de calculs

Avant l’apparition, et surtout la multiplication de moyens de calcul puissants, la création d’optiques de formules complexes était limitée. Car cette création est justement très complexe et très longue. Ce qui a été, dans la pratique,  un obstacle  indépassable. Cette période est désormais derrière nous. À cela s’est ajoutée l’apparition de verres spéciaux plus nombreux. Ainsi que la capacité industrielle de fabrication en série de lentilles asphériques. Et enfin la mise au point de divers traitements des surfaces qui ont fait entrer la production optique dans une autre ère. Le résultat final a été l’effacement de la référence aux formules.

Cette référence, quasi obligée autrefois, tend à disparaître. Pour plusieurs raisons, outre celles que nous venons d’évoquer. La première étant probablement que leurs brevets sont tombés dans le domaine public. La plupart d’entre eux étaient allemands. Or après la guerre, tous les brevets allemands ont été rendus libres de droits par les alliés. Une sorte de réparation de guerre. Comme les ZK évoqués plus haut. Les célèbres formules optiques évoquaient un passé glorieux. Ce passé étant entaché de zones moins glorieuses, on a pris l’habitude de moins l’évoquer. Et puis le calcul des formules optiques est devenu trop complexe pour être fait sans l’aide de l’ordinateur. Et ce dernier a rarement la mémoire des traditions ou la poésie des noms qui évoquent le cosmos. O tempora, o mores… (*)

Enfin les formules sont devenues réellement complexes, elles évoluent beaucoup plus vite qu’autrefois, il serait peut-être illusoire de leur donner un nom que personne ne retiendrait de toute façon. Vraiment. Autres temps, autres mœurs… (*)

(*) L’un égale l’autre…

  • AlainK
    26 janvier 2021 at 23 h 26 min

    Vingt ans de photos (moches) derrière moi, à lire – sans rien y comprendre – les noms de ces formules. Je dormirai moins bête ce soir. Merci de partager vos connaissances gracieusement, et merci à Internet de permettre cette diffusion fantastique.

  • Valia
    27 janvier 2021 at 11 h 40 min

    Il ne faut pas se diminuer comme ça, cher Lecteur. Pour ma part acquérir des connaissances et ne pas les partager ne présente qu’un intérêt discutable. Merci pour votre commentaire.

  • raffin
    28 janvier 2021 at 8 h 43 min

    Merci pour cette excellent article

    • Valia
      29 janvier 2021 at 20 h 32 min

      Merci,pour ce commentaire, court mais éloquent!

  • JCSerres
    3 février 2021 at 10 h 30 min

    Merci pour cet article très intéressant sur les formules optiques employées en photographie, on peut se reporter à une ancienne publication de Photo-Revue, par Robert Andréani, le titre étant L’OBJECTIF PHOTOGRAPHIQUE et datant de 1965!

    • Valia
      6 février 2021 at 12 h 17 min

      Merci pour cette indication.Effectivement, cet ouvrage peut s’acheter sur la toile. Mais il n’existe que sous cette forme, ce qui n’est pas très commode. A ma connaissance il présente pas mal d’objectifs, mais sans présenter le schéma des formules optiques concernées. Et surtout il se limite, forcément, à des objectifs antérieurs à 1965, ce qui nous renvoie … loin.