L'obiettivo fotografico (a volte chiamato ottica o anche lente, come latinismo da lenslens lentis che significa lenticchia il cui seme ne ricorda la forma) è il dispositivo ottico utilizzato nelle macchine fotografiche, per formare le immagini luminose riprese dalla realtà. È generalmente composto da un complesso sistema di lenti (sistema diottrico), composto da varie lenti (elementi) eventualmente riunite in gruppi (doppietti, tripletti) o, più raramente, da un sistema di lenti e specchi (sistema catadiottrico)Negli schemi di obiettivi catadiottrici ci sono di norma anche lenti aggiuntive ed elementi (menischi) correttori. e presenta spesso un diaframma interno regolabile ed anche una ghiera di messa a fuoco; più di rado, è provvisto anche di otturatore centrale, coassiale al diaframma.

Il compito dell'obiettivo è di formare sul piano focale, dove è posizionata la pellicola o il sensore elettronico, un'immagine reale della scena inquadrata della fotocamera.

Storia Nel 1550, l'accademico italiano Gerolamo Cardano utilizza una lente piano-convessa per concentrare la luce e aumentare la luminosità di una camera stenopeica.

Nel 1568, il cardinale italiano Daniele Barbaro aggiunge un diaframma all'obiettivo diottrico, per ridurre le aberrazioni.

Nel 1814, il fisico inglese William Hyde Wollaston sostituisce la lente di Cardano con un menisco concavo-convesso.

Nel 1829, l'ingegnere ottico francese Charles Chevalier realizza le prime lenti acromatiche composte da un elemento positivo e uno negativo, con due vetri ottici di potere dispersivo uguale e contrario. Produce inoltre gli obiettivi per equipaggiare le fotocamere di Alphonse Giroux per la dagherrotipia, con focale di 40,3 cm (403 mm) f/11.

Il 1840 vede la nascita del primo obiettivo f/3 calcolato matematicamente, ad opera del fisico-matematico slovacco Joseph Petzval.

Nel 1890, l'ottico tedesco Johann Heinrich Dallmeyer risolse il problema delle necessità delle lunghe focali, progettando lo schema ottico a teleobiettivo, riducendo il tiraggio accorciando il fuoco posteriore rispetto alla lunghezza focale.

Nel 1893, l'ingegnere ottico britannico Harold Dennis Taylor realizza il tripletto di Cooke, per la Cooke & Sons, che ridusse la distorsione e migliorò la qualità ai bordi.

Nel corso del Ottocento e del Novecento, furono introdotti, da grandi aziende del settore, vari schemi ottici dai quali nacquero diversi obiettivi. Fra gli schemi più importanti della Zeiss, i cui nomi per vecchia tradizione derivano dal greco, compaiono il Tessar, il Planar, il Distagon, l'Hologon, il Topogon e il Sonnar; della Goerz c'è il Dagor, l'Artar e l'Hypergon; della Schneider c'è il Super-Angulon; della Ernemann c'è l'Ernostar; della Leitz-Leica ci sono il Anastigmat (poi Elmax), gli Elmar e Elmarit, il Hektor, i vari Summar, Summarit e Summaron, il Summicron, il Summilux, il Noctilux.

Caratteristiche Le principali caratteristiche degli obiettivi fotografici, sono il tipo di innesto, il tiraggio e l'angolo di copertura, che servono per capire le possibilità d'uso sulle varie fotocamere e circa la dimensione del fotogramma utile. Ma anche il tipo di schema ottico, per capire la resa e quindi conoscere la tipologia dell'obiettivo: obiettivo diottrico, catrottico o catadiottrico, ecc.

Una volta stabilite queste, in base al formato fotografico, si può conoscere e decidere la lunghezza focale e dunque l'angolo di campo ripreso sul fotogramma, nonché l'apertura massima del diaframma, come indicatore della luminosità ambientale di utilizzo. Ed infine, il tipo di funzionalità, ad esempio circa la messa a fuoco manuale o automatica, la compatibilità con vari automatismi del diaframma, col corpo macchina, eccetera.

Lunghezza focale

La lunghezza focale degli obiettivi è riferita, per convenzione, alla messa a fuoco ad infinito. Cioè, equiparando gli obiettivi fotografici ad una semplice lente sottile, la lunghezza focale è la distanza misurata sull'asse ottico ed espressa in millimetri, che separa il centro della lente dal piano focale, quando riprende un oggetto posto a infinito. Ma, essendo gli obiettivi composti da vari elementi in più gruppi di lenti (quindi con un ampio spessore, non sottile), tale distanza coinvolge il centro ottico dell'obiettivo, definito "punto nodale posteriore" e che in genere si trova in prossimità del diaframma. In sostanza la lunghezza focale indica la distanza fra il punto nodale posteriore di un obiettivo e il piano focale sul quale gli oggetti all'infinito sono nitidamente messi a fuoco. Le varie regolazioni del fuoco su distanze più vicine del infinito, determinano aumenti della distanza focale e un leggero ingrandimento, che restringe proporzionalmente l'angolo di campo ripreso.

A parità di dimensioni del sensore, la lunghezza focale degli obiettivi determina anche l'angolo di campo della ripresa e quindi un ingrandimento relativo del soggetto ripreso; di conseguenza, lo stesso obiettivo usato per sensori di dimensioni differenti, determina angoli di campo differenti.

Zoom Alcuni obiettivi fotografici, detti zoom, possono variare la lunghezza focale, e quindi variare l'ingrandimento del soggetto, modificando anche l'angolo di ripresa sul fotogramma. Tuttavia, il variare della lunghezza focale, non varia la prospettiva dell'immagine (come qualcuno purtroppo sostiene): per le regole di geometria, il punto di ripresa è il punto di vista, e rimane fisso ed invariato. Semmai, il variare della focale può essere la conseguenza di una eventuale scelta del fotografo di cambiare la prospettiva (o il punto di ripresa), non la causa: se ad esempio il fotografo si spostasse dall'iniziale punto di ripresa, arretrando, cambierebbe la prospettiva e anche la dimensione del soggetto (risulterà un po' più piccolo all'interno del fotogramma), ma cambiando la focale con uno zoom, sarà possibile aumentare l'ingrandimento fino a riottenere di nuovo le dimensioni iniziali del soggetto.

Angolo di campo

L'angolo di campo indica l'estensione angolare dello spazio ripreso dall'obiettivo e proiettato sul fotogramma. A parità di dimensioni del fotogramma, è la lunghezza focale a determinare l'estensione angolare della ripresa, ma in modo inverso: minore è la lunghezza focale e più ampio sarà l'angolo di campo ripreso (e viceversa). L'angolo di campo principale degli obiettivi è determinato dalla diagonale del sensore per cui sono progettati, ma spesso nelle specifiche del obiettivo vengono forniti anche i valori di altezza e larghezza del campo ripreso, espressi sempre come gradi angolari. La forma del sensore è generalmente rettangolare, per cui è la misura diagonale a determinare l'angolo di campo più ampio ripreso sul fotogramma.

L'obiettivo con lunghezza focale pari alla diagonale del sensore, ha un angolo di campo di circa 53°, e in base al rapporto d'aspetto, avrà i relativi valori d'ampiezza (per l'altezza e la larghezza del fotogramma). A parità di sensore, gli obiettivi con lunghezza focale maggiore alla diagonale (tele, medio tele e super tele), avranno un campo ripreso sempre più stretto. Al contrario, gli obiettivi grandangolari (con lunghezza focale minore della diagonale), avranno un campo ripreso sempre più ampio. Così, nella pratica reale è possibile vedere obiettivi fotografici tra l'estremo grandangolo (fish-eye) ad esempio con 220° di campo (diagonale), ai lunghissimi tele-obiettivi con solo 1° di campo. Tuttavia, gli obiettivi di uso più comune forniscono un angolo di campo ripreso tra 90° e 8° circa, o poco più (tra 110° e 5°).

Apertura o luminosità

L'apertura di una lente (sottile) è determinata dal suo diametro, per cui maggiore è il diametro (a parità di focale) e maggiore è la luminosità delle sue immagini. Tuttavia, l'apertura di un obiettivo fotografico reale, che è generalmente variabile con un diaframma interno, tra il valore di massima apertura (o apertura indicata dell'obiettivo) e il valore utile di minima apertura (diaframma chiuso), non segue esattamente questo principio, in quanto non è mai una lente sottile, ma è almeno costituito da un paio di gruppi di lenti posti davanti e dietro al diaframma. L'apertura o la chiusura del diaframma determina l'aumento o la diminuzione della luce che attraversa le lenti, e dunque, anche la luminosità dell'immagine ripresa.

I valori di apertura vengono espressi come rapporto focale, ovvero quante volte il diametro effettivo di apertura è pari alla lunghezza focale ƒ: ad esempio, ƒ/2 significa che l'apertura effettiva è 1/2 la lunghezza focale dell'obiettivo, quindi per ƒ = 100 mm, ƒ/2 = 50 mm di diametro, ecc. Però, ad ogni raddoppio o dimezzamento del diametro, l'area dell'apertura cambia di 4 volte tanto e ciò vuol dire 4 volte più o meno luce in ingresso. Perciò, ogni aumento o riduzione del diametro della √2, significa il raddoppio o il dimezzamento della luce in ingresso. E ogni raddoppio o dimezzamento della luce in ingresso, viene chiamato ƒ-stop. I vari diaframmi vengono indicati sull'ottica di conseguenza: ad esempio ƒ/1 - ƒ/1,4 - ƒ/2 - ƒ/2,8 - ƒ/4 - ƒ/5,6 - ƒ/8 - ƒ/11 - ƒ/16 - ƒ/22, ecc. Ciò serve per semplificare le regolazioni del tempo di esposizione, usando vari obiettivi di lunghezza focale diversa, poiché anche il tempo di posa viene indicato con lo stesso principio degli ƒ-stop, raddoppiando o dimezzando i valori del tempo (1 secondo - 1/2 sec - 1/4 - 1/8 - 1/15 - 1/30 - 1/60 - 1/125 - 1/250 - 1/500, ecc).

Siccome il numero del diaframma è un denominatore, più piccolo è il numero, più luminosa sarà l'immagine a parità di tempo di esposizione, ma anche più piccolo è il numero, più veloce dovrà essere il tempo di esposizione, e da questi due concetti, nascono i relativi concetti di «ottica luminosa» e di «obiettivo veloce».

La regolazione del diaframma determina anche la profondità di campo e di conseguenza quella di fuoco (anche se ci sono differenze), dove la forma delle sue lamelle influisce, anche se lievemente, sulla forma dello sfocato.

Il valore del diaframma col numero più piccolo indicato sul obiettivo, corrisponde al valore di massima apertura, deve tutte le altre "aperture" sono possibili solo chiudendo il diaframma, fino al valore più alto/chiuso (che raramente è maggiore di ƒ/32 per gli obiettivi del formato 24x36). Nel nominativo degli obiettivi a focale fissa, viene specificato un solo valore di apertura, quello massimo (ad esempio ƒ/2,8). Perciò, sugli obiettivi zoom di solito vengono indicati almeno i due valori, per la focale più corta e per la focale più lunga dello zoom: ad esempio, in uno "zoom 80-200 mm ƒ/3,5-4", il valore ƒ/3,5 è l'apertura più ampia ottenibile alla focale di 80 mm, e il valore ƒ/4 è l'apertura più ampia ottenibile alla focale di 200 mm. In genere, aperture maggiori di ƒ/2,8 (2 - 1,8 - 1,4 - 1,2 - ecc.), si trovano più facilmente in ottiche a focale fissa, con schemi semplici e valori di focale vicini a quella del obiettivo normale (tra circa 35 e 90 mm eq), i quali possono arrivare anche a dei valori inferiori a ƒ/1 (ad esempio, ƒ/0,95 del tipico Leica Noctilux-M 50 mm).

Messa a fuoco