Les aberrations optiques des objectifs

[Fred_76]

Voici une rapide description en images des principales aberrations optiques qu'on peut rencontrer sur nos objectifs, avec une illustration de ce qu'ils provoquent sur l'image.

 

On se rend compte que l’on a deux familles de défauts :

• Ceux qui affectent uniformément l’ensemble de l’image, à savoir le chromatisme longitudinal et l’aberration de sphéricité, aussi appelés sphéro-chromatisme et la courbure de champ. Ceux-là sont globalement bien corrigés sur les optiques de milieu et haut de gamme, moins sur les objectifs bas de gamme.
• Ceux qui s’aggravent quand on s’éloigne du centre de l’image (chromatisme latéral, coma, astigmatismes). Ils sont bien plus difficiles à corriger que les autres et rares sont les objectifs qui en sont exempts.

Les aberrations fonctionnent généralement de concert. On cumule très souvent la coma avec l'un des astigmatismes (voire les deux), ce qui produit les étoiles en forme de mouettes...

 

Dans tous les cas, ces aberrations diminuent quand on ferme l’objectif. Par exemple l'objectif Sigma Art 20 mm f/1.4 ne commence à donner le meilleur de lui même qu'à f/2.2 environ.

 

Mais il est dommage de posséder un entonnoir à photons très ouvert et de devoir le fermer drastiquement ! Malheureusement, les objectifs les mieux corrigés sont généralement aussi les plus chers (quoique). Il faut donc faire des compromis entre la qualité de l’image qu’on attend et les moyens dont on dispose. On peut aussi recadrer les images pour n'en conserver qu'une zone centrale "raisonnablement corrigée" et les assembler en panoramas pour reconstituer un plein champ non entaché d'aberrations : c'est fastidieux mais c'est possible. 

 

 

Aberration	Description	Partie affectée / traitement	Exemple
Chromatisme longitudinal	Les rayons de lumière qui arrivent dans l’axe optique ne convergent pas au même endroit selon leur longueur d’onde.   Si on fait la mise au point, par exemple sur une longueur d’onde moyenne dans le vert, les rayons rouges seront focalisés derrière le capteur et les bleus devant.	Ensemble de l’image   Les objectifs de hautes et moyennes gammes sont bien corrigés. Ce défaut peut aussi se corriger en post traitement.
Chromatisme latéral	Le phénomène est le même que le chromatisme longitudinal, rend compte de l’incidence du rayon, les lentilles auront un comportement différent selon l’épaisseur traversée par les rayons lumineux.   Responsable des franges pourpres sur les objets contrastés en bord d’image.	S’aggrave quand on s’éloigne du centre de l’image.   Les objectifs de hautes et moyennes gammes sont bien corrigés. Ce défaut peut aussi se corriger en post traitement.
Sphéricité	Pour réduire les coûts, les fabricants privilégient les lentilles à surfaces sphériques. Mais ces surfaces ne sont pas idéales et ne focalisent pas les rayons de façon idéale. Les fabricants utilisent donc diverses lentilles convexes, concaves… pour pallier ce défaut, voire utilisent des lentilles asphériques bien plus couteuses à fabriquer.	Ensemble de l’image   Affecte surtout les objectifs de bas de gamme. Les objectifs de haute et moyenne gamme sont moins touchés.   Se réduit quand on ferme l’ouverture.
Coma	La coma est causée par un écart de focalisation des rayons hors axe passant par les lentilles. Plus on s’éloigne du centre, plus l’image d’une source ponctuelle s’étale en forme de goutte d’eau.   Ce défaut est difficile à corriger et touche donc même les objectifs de plus haute gamme. Les zooms en particulier ne sont vraiment corrigés que pour une petite gamme de leurs focales.	S’aggrave quand on s’éloigne du centre de l’image.   Affecte d’autant plus les objectifs qu’ils sont ouverts.   Se réduit quand on ferme l’ouverture.
Courbure de champ	La zone où l’image focalisée se projette est rarement aussi plane que le plan du capteur. Ainsi, si la mise au point est effectuée correctement au centre du capteur, il est possible qu’elle ne soit plus correcte un peu au-delà. Le photographe doit donc faire la mise au point de façon à maximiser la plage de netteté, en trouvant un compromis.	Affecte toute l’image, mais se concentre sur un anneau selon l’endroit où la focalisation est effectuée.   Se réduit en fermant l’ouverture.
Astigmatisme tangentiel	Étale l’image d’une étoile dans un axe allant du centre de l’image vers les bords, d’autant plus que l’étoile est éloignée du centre de l’image.   Très difficile à corriger, ce problème affecte même des objectifs de haute gamme.	S’aggrave quand on s’éloigne du centre de l’image.   Affecte d’autant plus les objectifs qu’ils sont ouverts.   Se réduit quand on ferme l’ouverture.
Astigmatisme radial ou sagital	L’image de l’étoile s’étale sur le bord d’un cercle centré sur le centre de l’image. Les étoiles ont l’aspect d’une mouette.   Très difficile à corriger, ce problème affecte même des objectifs de haute gamme.	S’aggrave quand on s’éloigne du centre de l’image.   Affecte d’autant plus les objectifs qu’ils sont ouverts.   Se réduit quand on ferme l’ouverture.

 

Illustrations tirées de https://www.handprint.com/ASTRO/ae4.html

 

On trouve ensuite d'autres problèmes sur les objectifs d'occasion ou ceux qui ont du vécu. Ces objectifs ont souvent reçu des coups ou tout simplement l'usure du du temps et leurs lentilles ne sont plus toutes parfaitement centrées sur l'axe optique. Le groupe mobile peut aussi avoir un biais qui va perturber la mise au point et l'image sera nette, mais elle changera un poil quand on bougera l'objectif... On pourra aussi constater que la focalisation n'est pas homogène sur toute l'image, par exemple que les étoiles seront bien nettes à droite, mais floues à gauche. Ou encore que la coma ou les aigrettes d'astigmatisme ne seront pas orientées depuis le centre de l'image comme on s'y attendrait.

 

Il n'y a alors pas d'autre choix que d'envoyer l'objectif en révision chez le fabricant, s'il le permet, sans garantie de résultat car les réglages des fabricants ont un cahier des charges "diurne" bien éloigné de l'exigence des photographes du ciel nocturne.