ouverture

Une ouverture est une ouverture physique, généralement circulaire ou parfois rectangulaire, qui limite le diamètre d'un faisceau lumineux traversant un système optique. Dans les appareils photo, les microscopes, les télescopes et les projecteurs, l'ouverture se situe à un plan spécifique du trajet optique et agit comme une contrainte: les rayons lumineux en dehors de son diamètre sont entièrement bloqués, tandis que ceux qui se trouvent à l'intérieur passent pour atteindre le capteur, l'échantillon ou l'écran en aval. La taille de cette ouverture régit directement la luminosité de l'image, la profondeur de champ et la résolution des détails fins.

Les ouvertures se répartissent en deux catégories principales: fixes et variables. Une ouverture fixe, meulée dans du verre optique ou moulée dans un barillet d'objectif, ne peut pas être ajustée et est dimensionnée pour une application spécifique, comme un collimateur ou une lentille relais. Une ouverture variable, contrôlée par un diaphragme à iris ou un ensemble de lames réglables, permet à l'opérateur de modifier le diamètre effectif pendant l'utilisation. En photographie, cette ouverture variable est exprimée par un nombre f: f/1.4, f/8, f/16, et ainsi de suite. Les nombres f plus petits (comme f/1.4) représentent des ouvertures physiques plus grandes et admettent plus de lumière; les nombres f plus grands (comme f/16) représentent des ouvertures plus petites et réduisent la transmission de la lumière mais augmentent la profondeur de champ.

Ouverture et performance optique

Le diamètre d'une ouverture affecte profondément à la fois la transmission de la lumière et la qualité de l'image. Une ouverture plus grande laisse passer plus de photons, éclaircissant l'image et réduisant le temps d'exposition nécessaire dans des conditions de faible luminosité, mais elle admet également plus de lumière hors axe et peut introduire des aberrations si l'optique environnante n'est pas bien corrigée. Une ouverture plus petite rejette la lumière des bords de l'objectif, ce qui réduit souvent l'aberration sphérique et améliore la netteté, mais elle limite également la diffraction des détails fins à des grossissements élevés. En microscopie, l'ouverture numérique, définie comme n fois le sinus de la moitié de l'angle du cône de lumière convergeant vers l'échantillon (où n est l'indice de réfraction du milieu), détermine à la fois la résolution et le pouvoir de collecte de lumière; un objectif à haute AN (1.3 à 1.4 pour l'immersion à l'huile) résout des structures plus fines mais nécessite plus d'éclairage qu'un objectif sec à faible AN (0.25 à 0.4).

Un désalignement ou une contamination d'un diaphragme d'ouverture peut gravement dégrader le contraste et l'uniformité de l'image. La poussière ou les empreintes digitales sur la surface de l'ouverture diffusent la lumière dans le trajet optique, créant un voile et réduisant le contraste; c'est pourquoi les diaphragmes d'ouverture des instruments de précision sont protégés derrière des fenêtres ou scellés. Dans certains systèmes, une ouverture peut être intentionnellement surdimensionnée pendant l'alignement pour permettre un maximum de lumière pour la visualisation, puis réduite au diamètre correct lors de l'assemblage final. Le terme «diaphragme d'ouverture» fait référence à l'ouverture qui limite l'angle du cône du faisceau lumineux axial; d'autres ouvertures du système peuvent être plus grandes et servir de «diaphragmes de champ» pour définir l'étendue de l'image plutôt que sa luminosité.

Le nom «ouverture» vient du latin «apertura», signifiant «ouverture». En optique industrielle, la taille de l'ouverture est toujours spécifiée comme un diamètre en millimètres ou comme un rapport (nombre f), jamais comme un rayon ou une surface, car la relation entre le diamètre et le pouvoir de collecte de lumière est ce qui compte en pratique. Lors de la spécification d'un système optique, l'ouverture est listée avec la distance focale, la longueur d'onde et l'ouverture numérique pour définir la capacité de collecte de lumière et les performances limitées par la diffraction du système.