chapitre 10: formation d'une image par une lentille convergente I)la lentille convergente On appelle vergence V d'une lentille l'inverse de sa distance focale f' 1) définition Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l’une au moins n' est pas plane. En optique, on utilise généralement des lentilles sphériques. On étudiera les lentilles convergentes qui équipent la plupard des camescopes ou appareils photo numériques . lentille convergente : convexe biconvexe symbole V= ___________ Unité: _____________ Exemple : Le distance focale standard en photo est 50 mm (ce qui correspond à peu près à la vue humaine). Cependant elle est peu varier. Celle de votre caméscope dépend de la dimension de son capteur CCD. Exemple : pour un camescope sony tri CCD la distance focale varie de 5,4 mm à 54 mm. Q1 Calculer en dioptries dans quel intervalle de vergence se situe le camescope sony. II)points et rayons particuliers pour une lentille convergente 3)plans focaux Les plans orthogonaux à l’axe optique de la lentille et passant par les foyers sont appelés plans focaux. Une lentille a donc un plan focal objet et un plan focal image. Schéma récapitulatif 1) Centre optique O Si l’on néglige l’épaisseur de la lentille, l’axe optique coupe celle-ci en un point appelé ___________________. Un rayon lumineux passant par le centre optique d’une lentille mince convergente ___________________________ 2) Foyers principaux foyer principal objet (F) et image (F’) Tout rayon incident, parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente, émerge en passant par un point de cet axe situé après la lentille et appelé _______________________. Il est noté F’. Tout rayon incident passant par le foyer principal objet noté F et situé sur l’axe optique avant la lentille, émerge __________________ _________________________________________ distance focale image f’ On appelle distance focale image f’de la lentille la valeur : ______________________ II) image et objet 1)définition Une petite source lumineuse A considérée comme ponctuelle, envoie des rayons lumineux vers une lentille convergente. Dans certaines conditions, les rayons sortant de la lentille, ou leurs prolongements, passent tous par un même point A’. On dit que A est un objet ponctuel et que A’ est son image ponctuelle 2) expérience Placer sur le banc d’optique un objet AB sur le repère 0 de la règle graduée. Placer une lentille convergente de distance focale f’ = 100 mm sur le banc ainsi qu’un écran sur lequel vous aller recueillir l’image nette A’B’ de cette objet. IV) l’ouverture 1) définition Q2 Placer l’objet AB à une distance inférieure à f’. Déplacer l’écran, peut-on recueillir l’image A’B’ de cet objet ? Q3 Placer maintenant l’objet AB à une distance supérieure à f’. Chercher, en déplacant l’écran, la position de son image A’B’. Que remarquez vous sur la distance OA’ entre l’image A’B’ et la lentille quand : - l’objet s’éloigne de la lentille (distance OA augmente)? – l’objet se rapproche de la lentille Q4 Dans quel intervalle de distance l’image A’B’ est-elle : - agrandie par rapport à l’objet ? - rétrécie ? Q5 L’image A’B’ est-elle inversée ou dans le même sens que l’objet ? Q6 Lorsque l’objet est placé à une distance OA>10.f’ on admet quelle se trouve à l’infini de la lentille. Régler OA>10.f’. Quelle est alors la distance entre l’image A’B’ et la lentille ? Ca vous rappelle une distance ? Laquelle ? Q7 Dans un camescope qui tient les rôles de l’objet, de la lentille et de l’écran ? Q8 Déterminer La distance minimale entre l’objet et la webcam permettant d’obtenir une image nette sur son capteur. Même chose pour votre œil. La distance minimale de vision nette est appelé le punctum proximum de l’œil. Q9 pour un camescope sony tri CCD la distance focale varie de 5,4 mm à 54 mm. Quelle est la distance minimale permettant d’obtenir une image nette ? 3) conclusion, caractéristiques d'une image Pour qu’une image puisse être recueillie sur un écran ou sur le capteur CCD d’un imageur numérique il faut que la position de l'objet soit ____________________ L’image est dite réelle. Si f’ < OA < 2f’ l’image est ___________________ et ____________________ Si OA> 2.f’ l’image est ______________ et __________ Si OA> 10.f’ l’image est _____________ et ______________ , elle se forme à une distance égale à _________________ L’ouverture est généralement automatique et vous n’intervenez pas directement dessus sauf sur certains caméscopes semi-pro. L’ouverture correspond à une série de pièces mécanique appelé le diaphragme qui se ferment ou s’ouvre pour laisser passer plus ou moins de lumières après les lentilles. Ceci permet d’adapter la quantité de lumière sur le CCD pour assurer un éclairement ni trop fort, ni trop faible. En plein été le diaphragme sera fermé au maximum; pour un sujet à l’ombre il s’ouvrira pour compenser. L’ouverture du diaphragme et noté fx en photo ou en optique, ou x est un nombre. Plus x est petit plus l’ouverture est petite. Ouverture typique = 1.8 - 3. 0e diaphragme 1° définition IV) la profondeur de champ 1) définition La netteté de l’image est d’une sensibilité variable suivant le conditions. Ainsi si vous filmez un sujet à une dizaine de mètres, si une branche d’arbre est en avant-plan a 2 mètres, celle-ci sera flou. Par contre si vous filmez un paysage, tout sera net au delà d’une dizaine de mètres, y compris les montagnes à plusieurs kilomètres ! Cette zone de netteté autour du sujet est appellé : profondeur de champ, c’est la zone ou tout objet semble net par rapport aux réglages actuels. 2) infuence de la distance OA sur la profondeur de champ Q10 f’ = 100 mm Régler la distance OA = 2.f’ puis déterminer expérimentalement la profondeur de champ. Recommencer l’expérience en prenant OA = 6f’. Quelle est l’infleunce de la distance objet lentille sur la profondeur de champ ? Q11 refaire l’expérience avec f’= 300 mm et OA = 2.f’. Quelle est l’infleunce de la distance focale sur la profondeur de champ ? prendre une istance du sujet (focus) ouverture du diaphragme (luminosité) focale de l’objectif (zoom) Ces paramètres influent la profondeur de champ, comme suit : 2 Plus le sujet est éloigné du caméscope plus la profondeur de champ augmente. Plus la focale est petite (éloignement virtuelle du sujet cadré), plus la profondeur de champ augmente. Plus l’ouverture est petite (diaphragme fermé) plus la profondeur de champ augme 3