Pourquoi le trou dans un sténopé est-il généralement un cercle?

Je sais que pour les caméras à sténopé et les caméras obscuras, les trous sont généralement ronds (ils sont circulaires). Mais je ne vois pas le lien entre la forme du trou et la formation de l'image.

De l'article de Wikipédia sur la caméra au sténopé ,

Le meilleur sténopé est parfaitement rond ( car les irrégularités provoquent des effets de diffraction d'ordre supérieur ) et dans un morceau de matériau extrêmement fin. Les trous d'épingle produits industriellement bénéficient de la gravure au laser, mais un amateur peut toujours produire des trous d'épingle de qualité suffisamment élevée pour le travail photographique.

Il y a une taille optimale théorique pour une ouverture de trou d'épingle . D'un point de vue géométrique, plus l'ouverture du trou d'épingle est petite, plus l'image produite sera nette - mais cela ne vaut que pour un point. Plus petite que cette taille, la netteté de l'image devient limitée par la diffraction . Le comportement ondulatoire de la lumière interagissant avec les murs d'ouverture crée son propre motif d'interférence, et à (ou au-delà) la taille d'ouverture limitée par la diffraction, cela domine la clarté de l'image.

Un cercle est la seule forme à courbure constante. Toute autre forme aura des courbes plus serrées ou des bords plus étroits qu'un cercle. Si vous conservez strictement la courbure et la distance de bord minimales, mais qu'aucune n'est constante, alors par définition, vous avez une partie de la forme plus grande qu'elle ne devrait l'être. Ainsi, un cercle est la forme optimale pour équilibrer le désir d'une ouverture plus petite (à des fins de clarté de l'image) avec une limite inférieure à la taille de l'ouverture en raison de la limitation de la diffraction.

Le trou d'épingle projette (projette) de minuscules cercles d'image sur le mur arrière de la caméra. C'est aussi l'endroit où nous positionnons le matériel photosensible afin de pouvoir reproduire cette image sur film ou papier ou peut-être même la numériser. Pour que l'image apparaisse nette, les cercles d'image doivent être si minuscules qu'ils apparaissent comme des points sans forme perceptible. Les critères: ½ mm de diamètre vu à une distance de lecture normale de 14 à 16 pouces (355 à 400 mm).

Maintenant, l'image projetée par le trou d'épingle est assez faible. Vous seriez tenté d'agrandir le trou d'épingle pour gagner en luminosité de l'image. Lorsque vous agrandissez le trou d'épingle, les cercles d'image s'agrandissent et cela dégrade la netteté de l'image.

De même, vous pourriez être tenté de réduire le diamètre du trou d'épingle pour gagner en acuité supplémentaire. Au fur et à mesure que le trou d'épingle rétrécit, l'image diminue et l'acuité est acquise, jusqu'à un certain point. Bientôt, les démons jumeaux de la diffraction et de l'interférence font des ravages. La diffraction est un effet de bord, les rayons lumineux qui rencontrent un bord tranchant ne s'arrêtent pas brusquement, ils saignent en rayons non obstrués près des limites de l'obstacle (bordure en trou d'épingle). Des interférences ont également été causées au bord de la frontière. Il s'agit à la fois d'une annulation et d'un renforcement des rayons lumineux. Ces deux phénomènes sont conjointement responsables d'une perte d'acuité lorsque le trou d'épingle est comprimé.

Face à ces démons jumeaux, il est préférable que le rivage du trou d'épingle soit le plus court possible. Ce sera une figure géométrique régulière et aussi compactée que possible, c'est-à-dire une ouverture circulaire.

Permettez-moi d'ajouter que les lentilles remplacent le trou d'épingle pour gagner en acuité. Dans la plupart des cas, l'ouverture qu'ils arborent est également un cercle des mêmes raisons que ci-dessus. Cependant, dans les temps modernes, les arrière-plans flous sont jugés attrayants. Ils ajoutent un aspect doux au beurre qui est particulièrement apprécié pour certains types de portraits. Cet effet, dans le jargon de la photographie est le bokeh (un mot japonais pour cet effet). Si la forme de l'ouverture de l'objectif est modifiée en une figure à 5 ou 6 côtés, ou si des appendices pointus sont donnés, le bokeh est augmenté et certains aiment beaucoup cela.

Tout d'abord, je vais être pratique. Voici un exemple d'outil d'affûtage.

Une bonne façon d'avoir une pointe pointue est de faire une rotation circulaire tout en affûtant un crayon. Non seulement lorsque vous utilisez le taille-crayon, mais vous pouvez également faire pivoter le crayon tout en dessinant sur un papier pour produire une pointe très fine.

Explorons d'autres formes.

J'exagère la forme d'une ellipse, mais il est évident qu'une ellipse a plus d'aire qu'un cercle dans ce cas. L'outil qui a créé cette forme pourrait être affûté davantage en effectuant un mouvement circulaire.

Mais maintenant, répondons à la deuxième partie de la question

Je ne vois pas le lien entre la forme du trou et la formation de l'image.

L'image produite par un trou d'épingle n'est pas parfaitement nette. Il a un petit flou dû à plusieurs rayons qui ne touchent pas exactement le même endroit.

Mais si vous utilisez une forme non circulaire, par exemple une ellipse, vous introduisez maintenant un autre type de flou, l'astigmatisme, qui est un flou au même angle que la forme de l'ellipse.

Et enfin, les formes qui ont des coins aigus à un moment donné rendent ces coins susceptibles de produire des motifs d'interférence en raison de la diffraction de la lumière.