Il y a eu de très bonnes réponses, mais il y a quelques détails qui n'ont pas été mentionnés. Premièrement, la diffraction a toujours lieu, à chaque ouverture, lorsque la lumière s’incline autour des bords du diaphragme et crée un " disque aéré ". La taille du disque aérien et la proportion du disque qui comprend les anneaux externes, ainsi que l'amplitude de chaque onde dans les anneaux externes, augmentent à mesure que l'ouverture diminue (l'ouverture physique diminue). Whuber a mentionné dans sa réponse:
Imaginez une scène composée de nombreux petits points de lumière discrets.
Vous réalisez que chacun de ces points de lumière, une fois focalisé par votre objectif, génère son propre disque aérien sur le support de formation d'image.
Concernant l'image moyenne
Il convient également de noter que la limite de diffraction n’est pas réellement une limitation d’une lentille. Comme indiqué ci-dessus, les objectifs créent toujours un motif de diffraction. Seuls le degré et l'étendue de ce motif changent lorsque l'objectif est arrêté. La "limite" de diffraction est fonction du support d'imagerie. Un capteur avec des photosites plus petits, ou un film avec un grain plus petit, aura une limite de diffraction plus basse que ceux avec des photosites / grains plus gros. Cela est dû au fait qu'un plus petit photosite couvre moins de la zone du disque aérée qu'un plus grand photosite. Lorsque le disque aéré augmente en taille et en intensité au fur et à mesure que l'objectif est arrêté, il affecte les photosites voisins.
La limite de diffractionC’est le point où les disques aérés deviennent suffisamment gros pour qu’ils commencent à affecter plus d’un seul site de photos. Une autre façon de voir les choses est lorsque les disques aérés de deux sources lumineuses ponctuelles pouvant être résolues par le capteur commencent à fusionner. À une large ouverture, deux sources de lumière ponctuelles imagées par un capteur peuvent n’affecter que les photosites voisins. Lorsque vous fermez l’ouverture, le disque aéré généré par chaque source de lumière augmente au point où les anneaux extérieurs de chaque disque aéré commencent à se fondre. C'est le point où un capteur est "limité par la diffraction", puisque les sources de lumière ponctuelles individuelles ne se résolvent plus en un seul site de photosite ... elles sont en train de fusionner et de couvrir plus d'un site. Le point où le centre de chaque disque aéré se confond est la limite de résolution, et vous ne pourrez plus résoudre les détails les plus fins quelle que soit l'ouverture utilisée. C'est la fréquence de coupure de diffraction.
Il convient de noter qu’un objectif peut résoudre un point plus petit que les pixels d’un support d’imagerie. C'est le cas lorsque des disques aérés focalisés par une lentille ne couvrent qu'une fraction d'un photosite. Dans ce cas, même si deux sources lumineuses ponctuelles hautement résolues génèrent des disques aérés qui se confondent sur un seul site de photosite, le résultat final sera le même ... le capteur ne détectera qu'un seul point lumineux, quelle que soit l'ouverture. La "limite de diffraction" d'un tel capteur serait plus élevée (par exemple, f / 16) que pour un capteur capable de résoudre distinctement les deux sources de lumière ponctuelles (qui pourrait être limitée par la diffraction à f / 8). Il est également possible et probableces sources de lumière ponctuelles NE seront PAS parfaitement focalisées sur le centre d'un site de photos. Il est tout à fait plausible qu'un disque aérien soit focalisé à la frontière entre deux photosites, ou à la jonction de quatre photosites. Dans un capteur noir et blanc ou un capteur foveon (couleurs empilées), cela ne ferait qu’atténuer. Dans un capteur de couleur, où une jonction carrée de 4 photosites capturera un motif alterné de couleurs GRGB, un disque aéré peut affecter la couleur finale rendue par ces 4 photosites et provoquer un ramollissement ou une résolution incorrecte.
Mon Canon 450D, un capteur 12.2mp APS-C, a une limite de diffraction de f / 8.4. En revanche, le capteur Canon 5D Mark II, capteur plein format de 21,1mp, a une limite de diffraction de f / 10.3. Le plus grand des capteurs, bien qu’il ait près de deux fois plus de mégapixels, peut faire une pause supplémentaire avant de rencontrer sa limite de diffraction. En effet, la taille physique des photosites sur le 5D II est supérieure à celle du 450D. (Un bon exemple de l'un des nombreux avantages des capteurs plus grands.)
Clés dans le mélange
Vous pouvez souvent rencontrer des tableaux sur Internet qui spécifient une ouverture spécifique limitée par diffraction pour des formats spécifiques. Je vois souvent que f / 16 est utilisé pour les capteurs APS-C et f / 22 pour Full Frame. Dans le monde numérique, ces chiffres sont généralement inutiles. L'ouverture limite de diffraction (DLA) est finalement fonction du rapport entre la taille d'un point de lumière focalisé (y compris le motif du disque aéré) et la taille d'un seul élément capteur de lumière sur un capteur. Pour toute taille de capteur donnée, APS-C ou Full Frame, la limite de diffraction changera en fonction de la taille des photosites. Un exemple de ceci peut être vu avec la gamme d'appareils photo EOS Rebel de Canon au fil des ans:
Camera | DLA
--------------------
350D | f/10.4
400D | f/9.3
450D | f/8.4
500D | f/7.6
550D | f/6.8
L'histoire doit être similaire pour la taille du grain du film. Les films avec un grain plus fin seraient finalement plus susceptibles de se ramollir par diffraction aux ouvertures inférieures que les films avec des grains plus gros.
La fréquence de coupure de diffraction
La diffraction est souvent présentée comme un destructeur d'image et les gens parlent de la "limite de diffraction" comme étant le point où il n'est plus possible de résoudre une image "utilement". Au contraire, la limite de diffraction n'est que le point où la diffraction commence à affecter une image pour le support d'image que vous utilisez. La fréquence de coupure de diffraction est le point auquel une netteté supplémentaire est impossible pour une ouverture donnée. Il s'agit bien d'une fonction de l'objectif et de l'ouverture physique.
La formule de la fréquence de coupure de diffraction pour les systèmes optiques (parfaits) est la suivante:
fc = 1 / (λ * f #) cycles / mm
Ceci indique que l'inverse de la longueur d'onde de la lumière focalisée multiplié par le nombre f de la lentille est le nombre de cycles par millimètre pouvant être résolus. La fréquence de coupure de diffraction est généralement le point où la résolution atteint la longueur d'onde des fréquences de la lumière elle-même. Pour la lumière visible, λ entre 380 et 750 nm, ou 0,38 à 0,75 microns. Jusqu'à ce que la fréquence de coupure soit atteinte pour une ouverture donnée, une résolution plus importante peut être obtenue.
Exemples visuels
La séquence d'images de Whubers ci-dessus est un bon exemple de l'effet de la diffraction, ainsi que de l'effet des aberrations optiques lorsque la lentille est grande ouverte. Je pense qu’il souffre d’un léger décalage de la mise au point dû à l’aberration sphérique; j’ai donc créé un fichier GIF animé qui montre les effets du changement de l’ouverture d’un objectif Canon 50 mm f / 1.4, de son ouverture la plus large à son plus étroite, en butée complète. .
(Remarque: L’image est grande, 3,8 mégawatts, alors laissez-la entièrement télécharger pour voir la comparaison de netteté à chaque arrêt.) L’image montre une aberration optique marquée lorsqu’elle est grande ouverte, en particulier l’aberration chromatique et certaines aberrations sphériques une légère frange pourpre ... J'ai essayé de me concentrer complètement.) Arrêté à f / 2, le CA est considérablement réduit. De f / 2,8 à f / 8, la netteté est optimale et f / 8 est idéal. À f / 11, la netteté diminue légèrement, à cause de la diffraction . À f / 16 et particulièrement f / 22, la diffraction affecte visiblement la netteté de l'image. Notez que même avec le flou de diffraction, f / 22 est toujours beaucoup plus net que f / 1,4 ou f / 2.
