Comment fonctionne aperture sans "recadrer" l'image frappant le capteur?

Les lentilles ne brillent pas directement à travers la lumière, elles la focalisent, si vous pardonnez le ray-tracing moche:

Les lignes vertes représentent le cône de lumière de frapper la lentille avec une ouverture étroite, le rouge est le cône de lumière par une grande ouverture. Dans ce cas, vous pouvez imaginer l'ouverture immédiatement avant ou immédiatement derrière l'objectif (il n'y a pas beaucoup de différence avec une simple lentille) Quelle que soit l'ouverture, la lumière est toujours focalisée au même point.

C'est un objectif simple, mais il en va de même pour les objectifs complexes. C'est là que votre intuition sur le recadrage (généralement appelé vignettage dans ce contexte) de l'image entre en jeu: dans un objectif complexe, l'ouverture doit être à un endroit approprié. Les Obstructions dans d'autres parties de la lentille provoqueront un vignettage.

J'essayais récemment de comprendre cela moi-même, et j'ai trouvé cette question. Je ne sentais pas que la réponse acceptée était tout à fait complète, alors voici mon coup (no pun intended!):

La première chose à comprendre est que la lumière qui se réfléchit sur un point quelconque d'une surface n'est pas un faisceau de lumière, mais plusieurs, entrant sous de nombreux angles différents et réfléchis sous de nombreux angles différents. La plupart de ces faisceaux ne frapperont jamais l'objectif de l'appareil photo; cependant, certains le font et seront focalisés sur un seul point du capteur d'image (en supposant que le point est au point).

Lumière à partir d'un point de mise au point passant par un objectif

Alors, que se passe - t-il si nous mettons une ouverture derrière (ou devant) l'objectif?

Ouverture derrière l'objectif

La lumière du point frappe toujours le capteur d'image, elle apparaîtra donc toujours dans l'image. Cependant, nous avons maintenant simplement peu lumière de ce point frappant le capteur. C'est pourquoi l'utilisation d'une ouverture plus petite (ou une lentille plus petite) nécessite plus de temps d'exposition; le capteur nécessite plus de temps pour absorber la même quantité de lumière.

Donc, si réduire l'ouverture vous oblige à utiliser des temps d'exposition plus longs, à quoi bon avoir une ouverture? Réduire la lumière exposée peut parfois être utile (par exemple, c'est le but de la pupille d'un globe oculaire, qui est exactement analogue à une ouverture), mais la principale raison d'avoir une ouverture dans un appareil photo a en fait à voir avec des points qui sont hors de mise au point.

De point - trop loin

Hors du point de focalisation-trop près

Notez que, dans les deux cas, les faisceaux lumineux tous viennent de un seul point, mais ils ne frappent pas tous le capteur d'image en un seul point. Au contraire, ils sont répartis en cercle. C'est ce qui fait que les points flous apparaissent flous sur une photo.

(Ce cercle est parfois appelé le Cercle de Confusion. Incidemment, cela explique également pourquoi les points hors foyer qui sont plus brillants que les points environnants apparaissent sous forme de disques circulaires)

Alors, que se passe-t-il lorsque nous mettons une ouverture derrière (ou en face de) l'objectif dans ce cas?

Point de mise au point avec ouverture

Nous voyons une fois de plus que moins de lumière frappe le capteur, ce qui signifie que nous aurons à nouveau besoin d'une exposition plus longue. Cependant, quelque chose d'autre s'est passé: le cercle de lumière (de notre point) frappant le capteur est devenu plus petit. Cela fera en sorte que le point apparaîtra plus au point dans l'image finale! Par conséquent, une ouverture plus petite augmentera la plage de profondeur à laquelle les objets apparaissent au point, c'est-à-dire. il augmente la profondeur de champ.

Ainsi, plus l'ouverture (ou l'objectif) est grande, moins vous aurez besoin de temps d'exposition (en raison de la présence de plus de lumière), mais plus votre profondeur de champ sera faible (en raison de la lumière des points hors foyer frappant une plus grande surface). Inversement, plus votre ouverture (ou objectif) est petite, plus votre profondeur de champ sera grande, mais plus vous aurez besoin de temps d'exposition.

Si nous pouvions obtenir une ouverture infinitésimale†, nous pourrions tout mettre au point en un seul coup... mais nous aurions besoin d'un temps d'exposition extrêmement long, ou d'un capteur extrêmement sensible! C'est essentiellement la façon dont un l'appareil photo à sténopé travail.

^{† Eh bien, l'ouverture devrait toujours être plus grande que la longueur d'onde de la lumière, mais c'est un tout autre sujet...}

J'ai généré les images ci-dessus en utilisant cet outil génial.

Cela pourrait aider à penser à votre œil. Votre œil est essentiellement un appareil photo, et l'iris de votre œil fonctionne remplit la même fonction que l'iris de vos lentilles de caméra. Lorsque vous marchez dehors par une journée brillante, vos iris se contractent pour réduire la quantité de lumière qui frappe votre rétine, mais vous avez toujours le même champ de vision-l'image n'est pas recadrée. La même chose se produit évidemment avec l'objectif de votre appareil photo.

La raison pour laquelle l'image n'est pas recadrée est que les rayons de l'image entière tombent sur toute la surface de l'objectif (que ce soit votre appareil photo ou votre œil). Vous pouvez imaginer un cône de rayons qui partent de chaque point dans le champ de vision, où la pointe du cône est au point et à la base du cône est l'objectif. L'iris réduit le diamètre de la base de ce cône, donc il y a moins de lumière, mais une partie du cône passe néanmoins à travers l'iris et est focalisée par la lentille à un seul point sur le capteur (ou la rétine).

Non, il n'y a pas de recentrage nécessaire lorsque vous modifiez l'ouverture, et l'ouverture ne recadre pas l'image.

Comme vous le savez peut-être, l'image est en miroir et à l'envers lorsqu'elle frappe le capteur. L'image est focalisée en un seul point à l'intérieur de l'objectif et en ressort retournée de l'autre côté. Ce point où tous les rayons lumineux se rencontrent est l'ouverture, c'est pourquoi l'image peut passer à travers un petit trou sans être recadrée.

Les éléments de l'objectif un objectif est en fait pas nécessaire pour produire l'image, seule l'ouverture est nécessaire. Un sténopé n'a pas d'objectifs du tout, il a seulement un petit sténopé qui fonctionne comme ouverture et projette l'image sur le film.

L'effet est nommé camera obscura et c'est là que la caméra tire son nom.