TP02 Comparaison de l`oeil et de l`appareil photo
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Thème : OBSERVER │ Chapitre 01 : Vision et Image Date :…………………………… TP 02 : Comparaison de l’œil et de l’appareil photographique Objectifs : Notions Accommodation. Fonctionnements comparés de l’œil et de l’appareil photographique. Compétences Modéliser l’accommodation du cristallin. Modéliser le comportement d’une lentille mince convergente à partir d’une série de mesures I) Modélisation On appelle dioptre une surface séparant des milieux transparents d’indices de réfraction différents. L’appareil photo, tout comme l’œil, est un système optique complexe qui comprend plusieurs dioptres optiques. Cette complexité nous oblige à une modélisation, c'est-à-dire une simplification qui permette d’en comprendre le fonctionnement, d'analyser des phénomènes réels et de prévoir des résultats. L’appareil photo. L’oeil. prisme redresseur viseur sujet objectif miroir semi-réfléchissant pellicule ou capteur numérique CCD Dans une approche simplifiée, on modélise les deux systèmes par : Lentille convergente (L:8δ) Ecran Axe optique O E Diaphragme Complétez le tableau suivant, en indiquant pour l’appareil photo et pour l’œil, quelle partie est modélisée par les instruments d’optique suivants: Œil Appareil photo Lentille convergente Diaphragme Ecran II) Accommodation Expérience 1 : En n’utilisant qu’un seul œil, observez votre doigt placé à environ 20 cm de votre visage. 1) Comment les objets éloignés vous aparaissent-ils ? Sans changer votre position, observez maintenant les objets éloignés de plusieurs mètres. 2) Comment votre doigt vous apparait-il ? 3) Dans chacune des deux situations, dire quels sont l’objet et l’image conjugués. Thème : OBSERVER │ Chapitre 01 : Vision et Image Date :…………………………… Lorsque l’œil passe d’une vision nette de près à une vision nette de loin (ou inversement), on dit qu’il accommode. C’est ce phénomène d’accommodation que nous allons essayer mieux comprendre grace à l’expérience suivante. Expérience 2 : Réalisez le montage correspondant au modèle simplificateur proposé ci-dessus (encadré) sur le banc optique et placez un objet à 50,0 cm devant la lentille C = 8 δ. Placez l’écran de telle sorte que l’image de l’objet soit nette sur l’écran. Maintenez alors l’ensemble lentille+écran fixes et rapprocher l’objet de telle sorte qu’il soit maintenant situé à 20,0 cm devant la lentille. Vous disposez éventuellement de plusieurs autres lentilles convergentes de distances focales différentes. On considèrera que la vergence de deux lentilles accolées est égale à la somme de chacune des deux vergences. 4) L’image de l’objet sur l’écran est-elle toujours nette ? 5) Dans le cas où la modélisation précédente correspond à celle d’un œil, complétez les affirmations suivantes par vrai ou faux : • Dans un œil, la rétine peut se mouvoir le long de l’axe optique. • Dans un œil, le cristallin peut se déplacer le long de l’axe optique. • Dans un œil, la distance focale du cristallin peut être modifiée. 6) En tenant compte de vos réponses, réalisez l’accommodation de l’œil, autrement dit rétablissez une image nette de l’objet sur l’écran. Quel élément avez-vous modifié et dans quel sens ? III) Mise au point Sur un appareil photo, faire la mise au point sur un objet consiste à produire une image nette de cet objet sur la pellicule (appareil argentique) ou sur le capteur CCD (appareil numérique). Expérience 3 : Réalisez le montage correspondant au modèle simplificateur proposé ci-dessus (encadré) sur le banc optique et placez un objet à 50 cm devant la lentille. Placez l’écran de telle sorte que l’image de l’objet soit nette sur l’écran. Rapprochez alors l’ensemble lentille+écran sans les bouger l’un par rapport à l’autre de telle sorte que l’objet soit maintenant à 35 cm devant la lentille. 7) L’image de l’objet sur l’écran est-elle toujours nette ? 8) Dans le cas où la modélisation précédente correspond à celle d’un appareil photo, complétez les affirmations suivantes par vrai ou faux : • Dans un appareil photo, je peux modifier la position de la pellicule sur l’axe optique. • Dans un appareil photo, l’ensemble des lentilles constituant l’objectif peuvent se déplacer légèrement le long de l’axe optique. • Dans un appareil photo, la distance focale de la lentille convergente peut être modifiée. 9) En tenant compte de vos réponses, réalisez la mise au point, autrement dit rétablissez une image nette de l’objet sur l’écran. Quel élément avez-vous modifié et dans quel sens ? 10) Proposer une brève conclusion sur l’accommodation par l’œil et la mise au point par l’appareil photographique, en faisant apparaitre leur point commun et leur(s) différence(s). IV) Latitude de mise au point (profondeur de champ) 1- Placez un objet 30,0 cm devant la lentille convergente C = 8 δ du modèle de l’appareil photo. Faire l’image nette sur l’écran. Sans bouger la lentille ni l’écran, relevez les positions extrêmes de l’objet pour lesquelles l’image reste nette sur la pellicule (écran). 2- Refaites cette même expérience en diaphragmant davantage. Conclure. 3- Avez-vous remarqué que lorsqu’on a du mal à distinguer quelque chose, on a tendance à plisser des yeux ? En considérant que l’œil se comporte comme un appareil photo, justifiez cette manière de faire. Thème : OBSERVER │ Chapitre 01 : Vision et Image Date :…………………………… SYNTHESE TP 02 : Comparaison de l’œil et de l’appareil photographique Modélisation de l’œil et de l’appareil photo : Appareil photo Lentille convergente Diaphragme Ecran Objectif Diaphragme Pellicule/Capteur CCD Oeil Cristallin Iris ( Pupille ) Rétine L’accommodation pour l’œil consiste à produire une image nette de l’objet observé sur la rétine. Pour y parvenir, le cristallin change de forme et donc de distance focale, sous l’action des muscles ciliaires. La mise au point pour l’appareil photo consiste à produire une image nette de l’objet photographié sur la pellicule (ou le capteur CCD). Pour cela, on déplace l’objectif en l’approchant ou l’éloignant de la pellicule. Plus le système optique est diaphragmé, plus la latitude de mise au point est importante, mais moins l’image sera lumineuse. C’est l’iris qui joue le rôle de diaphragme pour l’œil, en laissant entrer plus ou moins de lumière dans l’œil par la pupille. SYNTHESE TP 02 : Comparaison de l’œil et de l’appareil photographique Modélisation de l’œil et de l’appareil photo : Appareil photo Lentille convergente Diaphragme Ecran Objectif Diaphragme Pellicule/Capteur CCD Oeil Cristallin Iris ( Pupille ) Rétine L’accommodation pour l’œil consiste à produire une image nette de l’objet observé sur la rétine. Pour y parvenir, le cristallin change de forme et donc de distance focale, sous l’action des muscles ciliaires. La mise au point pour l’appareil photo consiste à produire une image nette de l’objet photographié sur la pellicule (ou le capteur CCD). Pour cela, on déplace l’objectif en l’approchant ou l’éloignant de la pellicule. Plus le système optique est diaphragmé, plus la latitude de mise au point est importante, mais moins l’image sera lumineuse. C’est l’iris qui joue le rôle de diaphragme pour l’œil, en laissant entrer plus ou moins de lumière dans l’œil par la pupille. Thème : OBSERVER │ Chapitre 01 : Vision et Image Date :…………………………… TP 02 : Matériel Paillasses élèves : Banc d’optique Cavaliers, support objet (diapo ou autre), support lentille, écran Lentilles 8, 5, 3 et 2 dioptries. Paillasse prof : Un café avec un demi-sucre et pas trop chaud 2 bancs d’optiques avec le même matériel que les élèves pour évaluation élèves au cours du TP (après le III).
