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Après un passage chez [[Pathé]], il fonde d'abord à Paris en [[1935]], puis dans une vieille école désaffectée à Saint-Héand, une entreprise d'[[optique]] spécialisée dans le domaine [[cinématographique]], les [[Angénieux|Établissements Pierre Angénieux]]. C'est au sein de celle-ci qu'il fera le choix de l'[[optique géométrique]] au détriment de l'[[optique physique]] pour le calcul des [[Objectif photographique|objectifs]], rejoignant en cela l'« école allemande » ([[Carl Zeiss]] et [[Ernst Abbe]]). Il développe alors des méthodes de calcul qui permettent de réduire d'un facteur 10 le temps nécessaire à la conception d'un objectif.

En [[1950]], il invente le révolutionnaire [[Rétrofocus]] - nom de maque devenu d'usage courant - qui, en rejetant le [[point principal|plan principal image]] (et donc le foyer) loin derrière la dernière lentille, permet de monter un [[objectif grand angle]] sur un système [[Appareil photographique reflex mono-objectif|reflex mono-objectif]].

En [[1953]], Pierre Angénieux parvient à repousser les limites de l'[[Ouverture (photographie)|ouverture]] d'un objectif en mettant au point un objectif de 25mm de focale atteignant f/0,95 d'ouverture contre f/1,4 auparavant ce qui permet d'opérer dans de très faibles conditions d'éclairages. Cet exploit lui vaut d'être choisi en 1954 par le constructeur américain [[Bell & Howell]] pour équiper ses caméras 16mm BH 70 et ce, pendant 35 ans.

En [[1956]], s'appuyant sur ses méthodes de calcul des combinaisons optiques, il relève le défi de créer un objectif à focale variable — ou [[zoom]] — à mise au point rigoureuse et constante. Pour ce faire, un ou plusieurs groupes compensateurs se déplacent de façon non linéaire et très précisément coordonnée aux déplacements du groupe servant à modifier la distance focale (le « variateur »). Cette compensation dite mécanique permet, moyennant un mécanisme à cames très précis, la construction de zooms de haute définition et grande amplitude de variation. Le rapport, limité à 4 (17-{{Unité|68|mm}}, f/2) en 1956, atteint 10 (10-{{Unité|120|mm}}, f2.2) dès 1958 pour les caméras et en 1962 pour les objectifs photos. Le rapport (range) de 20 est atteint en 1964 . Il perfectionnera encore ses inventions avec, en 1968, un zoom à diaphragme automatique.

En [[1964]], Pierre Angénieux reçoit à [[Hollywood]] un [[Oscar du cinéma|Oscar]] pour le"récompenser premierla découverte et la commercialisation d'un objectif zoom de rapport 10".