Nous allons montrer géométriquement pourquoi un objectif ayant une grande ouverture permet d'avoir une faible profondeur de champ, et au contraire pourquoi il faut fermer beaucoup un objectif pour gagner de la profondeur de champ.
Une faible profondeur de champ, c'est lorsque la zone nette de la photo est réduite (par exemple un visage, alors que tout ce qui est derrière ou devant est flou). Une faible profondeur de champ est souvent recherchée lorsqu'il s'agit de mettre en valeur un détail de la composition (un regard par exemple).
Une profondeur de champ importante implique que presque toute la photo est nette (par exemple le même visage, mais cette fois les maisons en arrière plan sont également nettes). C'est souvent utilisé pour des photos de paysage par exemple.
Dans les deux cas, la mise au point est faire sur l'arbre vert : son image est nette sur le capteur. Maintenant observons ce qui se passe pour l'arbre rouge juste derrière…
Dans le cas du haut (lentille à forte ouverture) on voit que les rayons lumineux peuvent emprunter un chemin très différent, si ils passent par le bas de la lentille, ou au contraire sur le bord haut de la lentille. L'angle formé par ces deux rayons lumineux est important, et comme ils ne convergent pas au niveau du capteur (puisque la mise au point est faite sur l'arbre vert), l'image donnée sur le capteur est très floue, un gros "paté" : l'arbre rouge sera difficilement visible.
En revanche, dans le cas du bas (lentille à faible ouverture), l'arbre rouge sera également flou, puisque la mise au point est toujours sur l'arbre vert. Mais comme le diamètre de la lentille est petit, l'angle formé par les rayons lumineux extrêmes (de chaque coté de la lentille) est plus faible : le flou sera moins prononcé et la profondeur de champ plus importante…