Chapitre 2 : Outils d’Optique Géométrique Introduction Ce chapitre a pour but de découvrir certains outils d’optique géométrique qui seront utiles à l’optique physiologique. Les différents points abordés dans ce chapitre seront revus en cours d’optique instrumental. Objectif : comprendre le pouvoir réfractif de l’œil et l’utiliser. I. REPRESENTATION DE L’ŒIL En optique physiologique, nous nous intéressons principalement à ce que l’œil regarde (objet) et à ce qu’il voit (image). C’est pourquoi nous utilisons une représentation simplifié de l’œil. Schéma de l’œil anatomique : Schéma de l’œil simplifié en système centré : II. AXE VISUEL Définition : L’axe optique est la représentation du seul rayon optique qui n’est pas dévié au travers d’un système optique. Il correspond à l’axe de symétrie de rotation du système. Il est orienté dans le sens conventionnel de la lumière, c-à-d de gauche à droite. Représentation : Il est toujours représenté par un trait interrompu mixte ( 1 trait long, 1 trait court, …) Rôle : L’axe optique sert de référence pour le positionnement des objets et des images, ainsi qu’à analyser le cheminement des rayons lumineux. III. INDICE DE REFRACTION Définition : L’indice de réfraction noté « n » est une valeur sans unité caractérisant un milieu transparent et homogène. Réfraction : Correspond au changement de la direction de propagation d’un rayon lumineux passant d’un milieu à un autre. Pouvoir de réfraction : Il dépend de l’indice de réfraction du milieu dans lequel la lumière se propage. nair = 1 ncornée = nco = 1,377 nhumeur aqueuse = nHA = 1,337 ncristallin = nK = 1,42 ncorps vitré = ncv = 1,336 IV. POUVOIR REFRACTIF L’œil a un pouvoir réfractif convergent. Cela signifie que les rayons qui entrent dans l’œil se rapprochent de l’axe optique lorsqu’ils passent la dernière lentille de l’œil (le cristallin). Deux rayons qui entrent dans l’œil se rapprochent l’un de l’autre après la traversée du système optique. Le but étant que les rayons se focalisent (se croisent) sur la rétine afin de voir net. Le pouvoir réfractif de l’œil est également appelé la puissance ou la vergence de l’œil. L’unité de la vergence de l’œil est la dioptrie notée V. RAYONS LUMINEUX Les rayons lumineux sont représenté par un trait fléché indiquant leur direction. Représentation d’un rayon lumineux : Les rayons entrant dans un système optique sont appelés rayons incidents. Les rayons sortant d’un système optique sont appelés rayons émergents. VI. FAISCEAU LUMINEUX Les faisceaux lumineux sont représentés par deux rayons lumineux s’appuyant sur les bords de la pupille. Les faisceaux entrant dans un système optique sont appelés faisceaux incidents. Les faisceaux sortant d’un système optique sont appelés faisceaux émergents. VII. NOTION DE PUPILLE Pour représenter un faisceau lumineux cheminant à travers l’œil, il faut représenter les pupilles d’entrée (Pe) et de sortie (Ps) de l’œil. Représentation d’un faisceau lumineux dans l’œil : VIII. NOTION D’OBJET ET D’IMAGE Le point se trouvant à l’intersection d’au moins 2 rayons incidents est appelé objet. Le point se trouvant à l’intersection d’au moins 2 rayons émergents est appelé image. Un objet et son image sont une paire de points conjugués à travers un système optique. IX. FOYERS PRINCIPAUX 1. Foyer principal objet Le foyer principal objet, F, sert à placer l’objet d’une image à l’infini. Loi 1 : Tout rayon incident venant du foyer principal objet F aura un rayon émergent parallèle à l’axe optique (à l’infini). Schéma : 2. Foyer principal image Le foyer principal image, F’, sert à placer l’image d’un objet à l’infini. Loi 2 : Tout rayon incident venant de l’infini (parallèle à l’axe optique) aura un rayon émergent qui passe par le foyer principal image. Schéma : X. DISTANCE FOCALE IMAGE Il est possible de calculer la position du foyer principal image F’ en calculant la distance focale image notée : H’F’ ou f’ Exemple : Calculer la distance focale image d’un œil dont la vergence au repos est de 60 δ. XI. CHAINE D’IMAGE Une chaîne d’image est une représentation de la conjugaison d’un objet et de son image à travers un système optique. À lire « L’objet A qui baigne dans l’aire (1) donne l’image A’ qui baigne dans le corps vitré (1,336) à travers l’œil représenté par ses plans principaux H et H’. » XII. RELATION DE DESCARTES A partir d’une chaine d’image il est possible d’établir la relation de conjugaison de Descartes. Elle permet de calculer la position de l’image en fonction de la position de l’objet et de la vergence du système optique. XIII. CHAINE D’IMAGE PARTICULIERE Dans une chaine d’image, on peut préciser lorsqu’un objet ou une image se trouve à une position particulière. Exemple : Si l’objet A se trouve à l’infini, alors d’après la loi 2, son image A’ se trouve sur F’. Application 1 : Un œil de vergence 58 δ regarde un objet T à 1m en avant de son plan principal objet. 1. A l’aide d’une chaine d’image et d’une relation de conjugaison de Descartes, calculer la position de l’image T’ 2. Représenter cet œil, l’objet et son image T’ Application 2 : Un œil de vergence 62 δ regarde un objet O à 40 cm en avant de son plan principal objet. 1. A l’aide d’une chaine d’image et d’une relation de conjugaison de Descartes, calculer la position de l’image O’ 2. Représenter cet œil, l’objet et son image O’ Application 3 : Soit trois yeux de longueurs identiques : H’R’ = 22,27mm / Do1 = 58 δ / Do2 = 60 δ / Do3 = 62 δ. Pour chaque œil, calculer la distance focale image. XIV. DEFAUT VISUEL On se rend compte que, selon la vergence de l’œil, le foyer principal image peut donc être placé à différents endroits : - sur la rétine - en avant de la rétine - en arrière de la rétine. C’est la position du foyer image d’un œil qui va définir son défaut visuel.
