Généralités.
Les objectifs de longue focale et les téléobjectifs, qui correspondent à deux familles de formules optiques différentes, ont des distances focales un peu supérieures ou très supérieures à la diagonale du format utilisé. Ainsi, en format 24 x 36 mm, ces objectifs ont une longueur focale supérieure à 45 mm mais on ne commence à parler de téléobjectif qu'à partir de 70 ou 80 mm. Pour un format donné, plus la distance focale est grande, plus l'angle de champ est étroit, ce qui permet de cadrer en plus gros plan des objets éloignés.
Pour une chambre photographique de 24 x 30 cm, un objectif de focale 400 mm est une focale normale, mais c'est déjà une longue focale puissante pour un appareil reflex 24 x 36 mm. La différence principale tient au diamètre du cercle de couverture, environ 400 mm pour l'objectif de la chambre et 50 mm pour le reflex, ce qui entraîne bien évidemment des conceptions très dissemblables.
Les objectifs de longue focale sont construits selon des formules optiques relativement simples et leur longueur à l'état rétracté est un peu supérieure à leur distance focale. Ainsi, un objectif de 500 mm sera formé d'un groupe de lentilles compact et globalement convergent dont le centre sera situé à environ 500 mm de la surface sensible lorsque la mise au point sera réglée sur l'infini. Par ailleurs, ces objectifs s'allongent lorsque la mise au point est faite sur un sujet proche. C'est acceptable dans le cas d'une chambre d'atelier mais peu commode quand il s'agit de faire entrer le « tuyau » dans un fourre-tout.
Les téléobjectifs ont des formules plus complexes qui comportent généralement deux blocs de lentilles, l'un convergent du côté du sujet et l'autre divergent du côté de la surface sensible, ce qui permet de rapprocher les éléments optiques du boîtier et donc de réduire fortement la longueur des montures. Certains comportent des miroirs qui permettent en quelque sorte de replier le trajet des rayons lumineux, ce qui leur permet d'être encore plus courts.
Objectifs de longue focale.
L'un des meilleurs exemples est l'objectif Telyt 400 mm f/6,8 commercialisé par Leica de 1968 à 1994 ne comporte que deux lentilles accolées pour former un doublet et sa longueur à l'état rétracté est de 384 mm. En y ajoutant l'épaisseur du boîtier (Leicaflex, Leica M ou chambre Visoflex) on obtient... un peu plus de 400 mm depuis le plan du film lorsque la mise au point est réglée sur l'infini. Grosso modo, on a donc un bloc optique simple monté au bout d'un long tuyau qui s'allonge encore lorsque l'on photographie un sujet rapproché ; la nécessité de rester dans des limites raisonnables fait que la distance minimale de mise au point est de 3,6 m, le champ photographié mesure alors 158 x 236 mm.
Cet objectif qui ne pèse « que » 1 840 g se sépare en deux parties pour faciliter son transport et son rangement. La possibilité de le monter sur de nombreux boîtiers modernes, via des bagues d'adaptation, et la qualité des images qu'il fournit le rendent encore attractif malgré son âge ; il est recherché et toujours bien coté en occasion.
Téléobjectifs dioptriques.
Ces objectifs ne comportent aucun miroir, seulement des lentilles. Peut-être faut-il rappeler qu'un dioptre est la surface de séparation de deux milieux, par exemple de l'air et du verre.
Comme indiqué plus haut, tous les téléobjectifs répondent plus ou moins à une formule optique éprouvée depuis longtemps, la lumière traversant successivement un groupe de lentilles globalement convergent, puis un second groupe globalement divergent, avant d'arriver jusqu'à la surface sensible.
La figure ci-dessous montre le cheminement des rayons lumineux dans les deux blocs, symbolisés ici par L1 et L2. Un faisceau de rayons parallèles, issus d'une source située à l'infini, ressort de L1 sous forme d'un faisceau assez fortement convergent, puis de L2 avec une convergence moindre, atteignant finalement le foyer F.
Tout se passe comme si l'on avait disposé une lentille convergente unique au niveau du plan H, et bien entendu la distance de ce plan au foyer représente la distance focale. Il apparaît alors que les éléments optiques ont été rapprochés du foyer et qu'il est donc possible de construire un système moins encombrant qu'avec un élément convergent unique.
À partir de ce schéma de base les formules optiques varient presque à l'infini. En voici trois exemples parmi d'autres, dans une gamme de focales « moyenne ».
Les « super téléobjectifs » répondent aux besoins très particuliers des reporters sportifs et des photographes animaliers. Les focales utilisables sur le terrain vont grosso modo de 400 à 800 mm. Seuls quelques fabricants possèdent le savoir faire et l'envergure industrielle nécessaires pour la conception, la fabrication et la commercialisation de ces pièces d'optique extraordinaires à tous points de vue, conciliant un « piqué » irréprochable, un encombrement relativement raisonnable, un poids pas trop élevé, une luminosité élevée et une solidité à toute épreuve ou presque.
Le prix de ces téléobjectifs atteint ou dépasse largement celui d'une petite voiture, ce qui les met hors de portée de l'amateur moyen, qui n'en a d'ailleurs pas forcément l'usage.
Il existe également des téléobjectifs de focale encore supérieure, 1 000, 1 200, 1 700, voire 2 500 mm. Oublions. Mais si malgré tout vous êtes prêt à débourser le prix d'un autobus pour en acquérir un, pensez tout de même à réserver quelque argent pour rémunérer l'équipe de sherpas qui assurera son transport et celui des accessoires qui vont avec, en particulier un trépied capable de supporter sans fléchir une charge pouvant atteindre plusieurs dizaines de kg.
Voir aussi :
Objectifs catadioptriques.
Voir l'article détaillé qui traite de ce sujet.
Propriétés particulières et problèmes pratiques sur le terrain.
La principale caractéristique des téléobjectifs est qu'ils permettent d'obtenir de forts grandissements en photographiant des sujets éloignés que, pour diverses raisons, on ne peut ou on ne veut pas approcher. Dans la plupart des autres cas, on a tout avantage à se placer plus près du sujet.
Les téléobjectifs puissants posent à leurs utilisateurs de nombreux problèmes. Outre ceux liés au poids et au prix, on peut citer les difficultés de mise au point, les particularités concernant la perspective, la profondeur de champ et le flou de bougé. Les déceptions, au début, sont nombreuses, et ce d'autant plus que la focale est plus grande. Heureusement, avec l'apparition de la photographie numérique, seules les photographies réussies coûtent un peu d'argent. Il faut « apprivoiser » la bête et l'apprentissage peut prendre... un certain temps !
Perspective et distance orthoscopique.
Il ne faut jamais oublier qu'une image obtenue à l'aide d'un objectif de grande distance focale (par rapport au format...) est presque toujours regardée de trop près. Lorsqu'une photo obtenue avec un objectif de focale normale et suffisamment agrandie est observée depuis une distance égale à sa diagonale, la perspective de la scène est approximativement respectée. Dans tous les cas, si l'on veut respecter les perspectives et retrouver l'angle de vision que l'appareil avait lors de la prise de vue, il faut observer les images depuis la distance orthoscopique, laquelle est d'autant plus grande que cet angle était plus petit. Pour un format donné de surface sensible, en choisissant un objectif dont la focale est n fois plus grande que la focale normale, la distance orthoscopique sera également multipliée par n.
Ainsi, un tirage de 24 x 36 cm obtenu à partir d'une surface sensible de 24 x 36 mm devrait être regardé depuis une distance de 50 cm si le cliché a été fait avec un objectif de 50 mm et depuis une distance de 500 cm si l'objectif avait une distance focale de 500 mm, ce que l'on ne fait évidemment jamais. Ceci a plusieurs conséquences faciles à comprendre :
Profondeur de champ.
Les défauts de netteté étant d'autant plus apparents que l'on se rapproche de l'épreuve finale, la profondeur de champ est très fortement diminuée si l'on ne respecte pas la distance orthoscopique. C'est souvent un avantage car cela permet de faire disparaître dans le flou les éléments indésirables qui ne se trouvent pas dans le même plan que le sujet (plus proches ou plus éloignés de l'appareil) mais en revanche cela peut rendre la mise au point très délicate. Les photographes animaliers connaissent bien ce problème, et ils ont appris à débrayer la mise au point automatique dans tous les cas difficiles, en particulier pour les sujets peu contrastés.
Flou de bougé.
Les objectifs de longue focale et les téléobjectifs amplifient tout, les images, certes, mais aussi l'effet des moindres mouvements intempestifs et des vibrations. Ils procurent donc facilement des photographies entachées d'un notable flou de bougé, surtout lorsque leur qualité moyenne oblige à les utiliser avec un diaphragme relativement fermé et donc avec des temps de pose qui tendent à s'allonger.
La masse des téléobjectifs, tant qu'elle ne dépasse pas 2 ou 3 kg, est un facteur favorable à la stabilité grâce à l'inertie mécanique qu'elle oppose aux mouvements provoqués par les tremblements musculaires de l'opérateur, par le vent, etc. En compensant tout ou partie de ces mouvements, les systèmes de stabilisation permettent d'obtenir des images nettes malgré des temps de pose relativement longs, mais ils ne compensent pas les mouvements des sujets, bien au contraire : si le temps de pose s'allonge, il en est de même pour la distance parcourue par les sujets mobiles. L'usage d'un pied très rigide est toujours une bonne idée ; un monopode est plus maniable mais n'offre qu'une stabilité limitée. La meilleure solution est offerte par les boîtiers les plus modernes qui permettent d'opérer avec des sensibilités très élevées sans que cela entraîne des défauts rédhibitoires, la montée du bruit numérique étant désormais relativement bien maîtrisée.
Hétérogénéités et turbulences atmosphériques.
C'est une cause de problèmes rarement évoquée et pourtant bien réelle. L'air peut être très instable dans certaines conditions, par exemple en bord de mer ou en montagne pendant une journée chaude. L'indice de réfaction et la densité de l'air varient légèrement selon la température et la teneur en vapeur d'eau et si les conditions sont telles que l'atmosphère n'est plus homogène, alors les rayons lumineux ne se propagent plus tout-à-fait en ligne droite. Les objets photographiés apparaissent alors déformés et ceci, d'autant plus qu'ils sont plus éloignés : si, dans un espace limité, on peut considérer l'atmosphère comme homogène, il n'en est plus de même lorsque la lumière qui parvient à l'appareil parcourt des distances importantes. De plus, le déplacement erratique des masses d'air rend ces déformations mouvantes. Avec un temps de pose court, les objets lointains vont alors paraître déformés, avec un temps de pose long, ils seront également flous.
En présence de turbulences atmosphériques, non seulement le meilleur téléobjectif du monde ne fournira jamais d'image parfaite des objets éloignés, mais les dégâts seront toujours d'autant plus importants que sa focale sera plus longue.
Les deux yeux ouverts.
Plus la focale de l'objectif est grande, plus le champ couvert est étroit et dans le viseur d'un appareil reflex, on ne voit rien d'autre que cette petite portion d'espace ; tout ce qui peut se passer en-dehors est donc totalement ignoré, sauf si...
La photographie ci-dessous, par exemple, a été faite avec un objectif de 300 mm, équivalent 480 mm avec un appareil demi format (et fortement recadrée par la suite). Le saut des dauphins est très rapide et peut se produire n'importe où au large. Si l'on se contente de la vision dans le viseur, la probabilité de réussir à les photographier est extrêmement très faible. En revanche si l'on garde les deux yeux ouverts, on peut percevoir à la fois, d'un œil, ce qui se passe dans le cadre et de l'autre, l'ensemble de l'environnement. Ainsi, dès qu'il se passe quelque chose, on peut orienter le téléobjectif pour tenter d'enregistrer l'événement. À ce petit jeu on ne gagne pas à tous les coups mais on augmente notablement ses chances d'obtenir une image intéressante.
Garder les deux yeux ouverts nécessite une certaine habitude. Les deux images perçues simultanément sont en effet très différentes mais le cerveau s'habitue au bout d'un certain temps, comme il peut le faire en d'autres circonstances, par exemple quand on porte pour la première fois des lunettes munies de verres progressifs.
Stabilité, trépieds, supports, etc..
Avec un téléobjectif puissant, la stabilité est essentielle. Si l'on n'a pas l'intention de beaucoup marcher, un trépied sérieux peut se révéler très utile mais pour la randonnée ou la montagne, le poids et éventuellement l'encombrement font partie des ennemis. Il existe beaucoup d'accessoires censés stabiliser le matériel, tels que crosses d'épaule, monopodes, etc. ; on peut aussi bricoler un simple bâton de randonnée en lui ajoutant une rotule ou imaginer divers dispositifs « maison ». Cependant, l'efficacité ce ces accessoires est relativement limitée, ils réduisent tous la mobilité et ils alourdissent toujours le sac. C'est pourquoi la plupart des photographes expérimentés ne les utilisent pas, préférant adopter des positions stables et bloquer leur respiration au moment de la prise de vue ; on recommande d'ailleurs de pratiquer ce blocage après une inspiration modérée, plutôt qu'après une expiration complète. 
Ceci dit, il faut s'efforcer de profiter au maximum des appuis qui peuvent se présenter : troncs d'arbres, poteaux, murets, rochers, etc. En s'asseyant, coudes sur les cuisses ou les genoux, on gagne aussi beaucoup en stabilité. Bref, avec l'expérience, chacun s'arrange au mieux avec les moyens du bord.
Une règle mnémotechnique que l'on trouve écrite un peu partout peut se révéler utile : elle consiste a adopter, pour le format 24 x 36, un temps de pose égal, au maximum, à l'inverse de la distance focale. Par exemple, avec un téléobjectif de 500 mm, on s'efforcera de ne pas adopter un temps de pose plus long que 1/500 s. Il s'agit là bien entendu d'un ordre de grandeur que chacun interprétera en fonction de ses capacités physiques, de son état de fatigue, etc. 
La stabilisation des images, obtenue selon les appareils par le déplacement du capteur ou de certains éléments optiques des objectifs, permet des gains substantiels lorsque l'on se trouve en présence de sujets immobiles. En revanche, en permettant d'allonger les temps de pose, elle peut se révéler catastrophique si le sujet photographié est mobile.
Convertisseurs de focale.
Un chapitre spécial de ce livre est consacré aux convertisseurs de focale.
Il s'agit de systèmes optiques afocaux que l'on place généralement entre l'objectif et le boîtier ou, dans quelques cas, devant l'objectif. Le terme « afocaux » signifie que ces systèmes n'ont pas de distance focale et donc que s'ils reçoivent un faisceau de rayons parallèles, ils délivrent à la sortie un autre faisceau de rayons parallèles mais dont l'angle avec l'axe optique est différent de celui du faisceau entrant. En associant ce type de convertisseur à un objectif, on obtient un ensemble optique dont la focale résultante et donc l'angle de champ diffèrent de ceux de l'objectif de base.
Les systèmes qui nous intéressent ici sont ceux qui allongent la distance focale en agrandissant l'image fournie par l'objectif de base. Si la focale est multipliée par un certain facteur formula_1, la surface de l'image est formula_2 fois plus grande et son éclairement est divisé par formula_2.
Les multiplicateurs formula_4 doublent la surface de l'image (formula_5) et divisent « géométriquement » l'éclairement par deux, ce qui équivaut à fermer le diaphragme d'un cran. En réalité la perte est un peu plus forte en raison de l'absorption de la lumière par les lentilles du convertisseur. Un 500 mm f/8 devient donc un 700 mm f/11, ce qui reste raisonnable. Les grands fabricants proposent de tels multiplicateurs spécialement étudiés pour leurs super téléobjectifs, proposant ainsi les meilleures associations possibles. Un multiplicateur formula_4 de bonne qualité permet de disposer de deux focales différentes sans alourdir véritablement le fourre-tout mais son coût n'est pas négligeable pour autant.
Les doubleurs de focale multiplient la surface de l'image par quatre et font donc perdre un peu plus de deux ouvertures de diaphragme, etc. En même temps, ils multiplient également par quatre, et même un peu plus, l'effet des défauts optiques de l'objectif de base et l'on atteint les limites du procédé. Un très bon doubleur associé à un très bon objectif ne donnera généralement qu'une image de qualité moyenne, c'est donc une solution de dépannage et rien de plus. En outre, la diminution de l'éclairement des images perturbe le fonctionnement des systèmes de mise au point automatique.
Il vaut mieux oublier les tripleurs de focale qui ont pu connaître un petit succès dans les années 1970 ; ils ont d'ailleurs pratiquement disparu des catalogues des fabricants.
La tentation d'associer un zoom et un multiplicateur de focale est grande, surtout chez les amateurs qui n'ont pas les moyens de s'offrir des téléobjectifs presque aussi chers que des voitures de gamme moyenne. C'est là aussi une solution de dépannage. Si l'on veut bien y réfléchir quelques instants, l'association d'un télézoom et d'un multiplicateur n'est pratiquement intéressante que si le télézoom est réglé au voisinage de sa plus grande distance focale, c'est-à-dire sur la position pour laquelle sa qualité d'image et sa luminosité sont les plus faibles.