Appareil photographique :
Un appareil photographique comporte un objectif et un détecteur (film photographique ou détecteur CDC). Le détecteur est fixe l'objectif est mobile pour assurer la mise au point. Sur les appareils argentiques la mise au point se fait par une rotation hélicoïdale de la monture de l'objectif et par translation pour les appareils numériques.
Les objectifs comporte en général un grand nombre de lentilles pour obtenir un système corrigé au mieux des aberrations géométriques et chromatiques. Un objectif est caractérisé par sa distance focale F et par son ouverture O = 2h. Les courtes focales ont un grand champ et donnent des images très petites des objets éloignés. Les longues focales ont un champ réduit mais donnent des images lisibles des objets éloignés.
La durée d'exposition (temps de pose) est fonction de la lumière ambiante et de l'ouverture de l'objectif. Celle-ci, qui est en fait le diamètre de la pupille d'entrée, est caractérisé par le nombre n = F/O.
Un diaphragme circulaire permet de modifier l'ouverture utile de l'objectif en fonction des conditions de prise de vue. Sur les appareils manuels des crans permettent de repérer la valeur de O. Quand on passe d'un cran à un autre, la quantité de lumière est soit doublée soit divisée par deux. Les valeurs de la graduation seront donc entre eux comme 1, 1,414, 2, 2,82, 4 ...
L'usage veut que les ouvertures repères utilisées sont F/2, F/2,8, F/4, F/8, F/11, F/16...
Si a est l'angle maximum des rayons sur l'axe, on h = F.sin(a) et n = 1/2.sin(a)
Profondeur de champ :
Soit A le plan de front conjugué du plan A' du détecteur. C'est le plan de mise au point. Comme le diaphragme est circulaire, un point M pris hors de A donne un faisceau qui coupe le détecteur selon un cercle (le cercle de diffusion). Si la dimension de ce cercle est inférieure à une certaine limite d alors l'image est acceptable. Pour les capteurs CDC d est la taille des pixels. Pour les émulsions d est de l'ordre de la taille des grains d'halogénure d'argent (variable selon la nature de l'émulsion. En pratique d est de l'ordre de 1/30 mm.
On considère que sur le détecteur on forme une image nette des objets compris entre les plans de front A1 et A2. La distance A1A2 est la profondeur de champ. La distance entre les plans images conjugués doit donc vérifier 2.A'1A.tg(a) < d et 2.AA'2.tg(a) < d.
La profondeur de champ est d'autant plus grande que la focale est courte, que le plan de mise au point est éloigné et que l'objectif est fermé.
Distance hyperfocale :
Si le plan du détecteur est confondu avec le plan focal le plan de mise au point est à l'infini. On obtient une image nette des objets dont la distance est supérieure à D appelée distance hyperfocale.
Des formules de Newton on tire que D = F.F / (n.d).
Avec des objectifs à courte focale très diaphragmés réglés sur l'hyperfocale, il n'est plus utile de faire la mise au point.
Utilisation :
L'objectif est remplacé par une lentille mince de même distance focale. Le plan focal (objet à l'infini) est tracé en blanc.
Pour rendre les phénomènes plus visibles j'ai utilisé une focale assez longue ( F = 10 cm)
Les boutons [+] et [−] permettent de modifier l'ouverture de l'objectif.
La liste de choix permet de modifier la distance de mise au point. Par commodité j'ai laissé l'objectif fixe et déplacé le plan du détecteur (tracé en vert).
Avec le slider "Dobjet", on modifie la position du plan objet. Le plan image correspondant est tracé en jaune.
Le cercle rouge qui est dessiné sur la partie droite correspond à l'image fortement grossie de l'intersection du faisceau avec le plan du détecteur.
Le diamètre du petit cercle blanc tracé pour indiquer l'échelle est de 1/3 mm.
En pratique on pourra considérer que l'image est nette si le cercle rouge est invisible.