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Messa a fuoco, circolo di confusione e profondità di campo
Si consideri il seguente schema di principio, valido per qualsiasi lente positiva.
Il punto A, soggetto principale dell'immagine, è posto alla distanza DA dalla lente. La sua immagine verrà proiettata in un punto A' a una distanza DA' dietro la lente stessa, legata alla distanza DA e alla lunghezza focale della lente "LF" dalla formula:
1/DA + 1/DA' =1/LF
Il piano perpendicolare all'asse della lente che passa per A' è il piano focale per il punto A (PFA). Se il piano su cui si forma l'immagine (cioè il piano in cui giace il sensore o la pellicola, rappresentato in arancio nello schema) coincide con il piano focale PFA, l'immagine di A sarà effettivamente un punto, dato che il cono di proiezione dell'immagine (linea blu continua) ha il suo vertice alla distanza DA'. In altri termini, A sarà "a fuoco".
NOTA: In questo schema, l'operazione di messa a fuoco consiste nel movimento della lente verso destra o verso sinistra, in modo da modificare DA e DA' in accordo con la formula sopraindicata, per far sì che il vertice del cono di proiezione cada sul piano dell'immagine.
Il punto B, viceversa, essendo posto a una distanza dalla lente DB minore di DA, in assenza di altri vincoli sarebbe messo a fuoco su un piano focale differente (PFB), a distanza dalla lente DB' > DA'. Il piano dell'immagine intersecherà allora il cono di proiezione dell'immagine di B (linea blu tratteggiata) prima del vertice, e l'immagine di B (B') non sarà un punto - come dovrebbe - ma un cerchio, del quale abbiamo rappresentato sulla parte destra del diagramma la circonferenza esterna. Questo cerchio è noto come cerchio (o circolo) di confusione.
Diciamo, in questo caso, che l'immagine è "fuori fuoco". È impostante notare che, una volta regolata la messa a fuoco, ad esempio sul punto A, solo i punti dell'immagine posti alla stessa distanza DA dalla fotocamera risulteranno perfettamente nitidi. Ogni altro punto apparirà, viceversa, progressivamente più sfocato all'aumentare della distanza dal punto A di messa a fuoco.
Naturalmente, il concetto di "a fuoco" è un concetto sfumato, e legato alla percezione umana. Quand'è che il cerchio di confusione assume dimensioni tali da far percepire all'osservatore che l'immagine non è nitida?
Un criterio, un po' datato (risale agli anni '30) ma tutt'oggi utilizzato è il seguente: si assume che l'osservatore medio, su un foglio 8x10" alla distanza di 10", sia in grado di discriminare punti alla distanza di 0,01" (0,254 mm).
Rapportato al formato 35 mm, che ha una diagonale circa 7,5 volte più piccola rispetto al formato 8x10", questo dato si traduce in 0.254mm/7.5 ≈ 0.03 mm. Per il formato 35mm si assume cioè che, fino a che il circolo di confusione non supera la dimensione di 0.03 mm, l'immagine risulti "ragionevolmente" a fuoco. (nel caso del formato APS-C, lo stesso calcolo porta a un risultato di circa 0,02 mm).
Questo porta al concetto di profondità di campo. Come detto poco sopra, una volta effettuata la messa a fuoco, solo gli oggetti posti alla distanza di messa a fuoco risulteranno perfettamente nitidi ma, dato che il nostro occhio non discrimina particolari minuti, i soggetti entro un intervallo di distanze tali per cui il circolo di confusione si mantiene minore o uguale a 0,03 mm risulteranno ragionevolmente a fuoco. L'intervallo di distanze entro cui i soggetti appaiono ragionevolmente a fuoco è detto appunto profondità di campo.