Fonctionnements de l`œil et de l`appareil photo - Document sans

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Fonctionnements de l’œil et de l’appareil photo
I.
Documents :
Document 1 : Structure de l’œil et modèle physique
Modélisation de l’œil :
D
L0
E
d
O
L'oeil est un ensemble de milieux transparents que l'on peut, de façon très simplifiée, assimiler à :
- une lentille convergente (L0) de vergence variable correspondant au cristallin,
- un écran (E) correspondant à la rétine.
L'iris (D) diaphragme le cristallin en limitant l'entrée de la lumière à une surface correspondant à la pupille.
La distance d entre le cristallin et la rétine est constante et environ égale à 24 mm.
Pour une vision correcte, les images réelles doivent se former sur la partie sensible de la rétine, pour être ensuite
transmises au cerveau.
Lorsque notre regard se porte sur un objet lointain, nous le voyons net. Simultanément, un objet se trouvant plus
près de nous dans l'axe de notre regard nous paraît flou. Si au contraire nous regardons cet objet rapproché,
notre œil accommode sur celui-ci (nous le voyons net) et l'objet lointain devient flou.
D’après Wikipédia
Document 2 : Modèle optique de l’appareil photo
Modélisation :
D
L0
E
d
O
L'objectif photographique est un système optique convergent formé de plusieurs lentilles se comportant comme
une lentille unique, donnant des images réelles sur la surface sensible de l'appareil photographique (film ou
capteurs électroniques).
Un objectif se caractérise par sa distance focale, ses capacités d’ouverture du diaphragme, son angle de champ
(lié au format de l’image et à la focale de l’objectif).
Les objectifs à focale fixe sont les plus simples : ils sont équivalents à une lentille convergente dont la focale ne
peut varier. Le plus courant est l’objectif de focale 50mm.
La mise au point est l'opération qui consiste, pour un photographe, à régler la netteté de l'image qu'il veut
obtenir. Elle peut se faire manuellement où automatiquement (autofocus) en déplaçant l’objectif par rapport au
film.
D’après Wikipédia
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En utilisant les informations des documents, compléter le tableau ci-dessous en écrivant dans chaque
case le mot « fixe » ou « variable ».
Œil
Objectif à focale fixe de l’appareil photo
Distance lentille – écran
Distance focale f’
Vergence
II.
Simulation du fonctionnement de l’œil et de l’appareil photo :
1. Cas d’un objet situé à l’infini :
a. Positionner l’écran au bout de banc d’optique et placer la lentille L0 de vergence C0=+10δ de
façon à obtenir une image de l’immeuble en face qu’on supposera situé à l’infini.
b. Préciser sur chacun des schémas la position du foyer de la lentille L 0. Justifier.
Pour l’appareil photo
Pour l’œil
L0
Rayon
issu de B situé à l’infini
L0
Rayon
issu de B situé à l’infini
E
E
A’
O
A’
O
B’
B’
Justification :
c. Déterminer la valeur de d la distance entre la lentille et l’écran dans chacun cas :
Pour l’appareil photo
Pour l’œil
2. Cas d’un objet rapproché :
a. Préciser sur chacun des schéma la position de F’ :
Pour l’appareil photo
L0
B
A
O
Pour l’œil
B
E
A’
A
L0
O
E
A’
B’
B’
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b. Dans chacun des cas, préciser comment doivent varier d (distance objet – lentille) et f’ (distance
focale de la lentille).
Pour l’appareil photo
Pour l’œil
c. Placer sur le banc d’optique l’objet lumineux «F » de manière à ce qu’il soit à une distance de
33,3 cm en avant de la lentille, sans modifier la distance lentille écran.
L’image obtenue à travers la lentille n’est plus nette. Il s’agit de prévoir les changements à opérer
dans chaque cas les modifications à apporter :
-
Pour l’œil : En utilisant la formule de conjugaison, établir la modification à apporter au montage
pour simuler l’accommodation de l’œil permettant une image nette. Vérifier expérimentalement
que la validité du changement prévu.
-
Pour l’appareil photo : Remettre la lentille de vergence +10δ et modifier le montage pour simuler
la mise au point de l’appareil photo. Relever la valeur de d.
Appeler le professeur pour vérification des calculs et lui montrer les manipulations.
L’œil réel :
III.
1. Les limites de vision distincte.
Un oeil normal peut voir distinctement des objets depuis l'infini (punctum remotum ou P.R.) jusqu'à une
distance d'environ 25 cm (punctum proximum ou P.P.); l'image doit toujours se former sur la partie
sensible de la rétine.
On rappelle que la distance d entre le cristallin et la rétine est constante et environ égale à 24 mm.
D

zone de vision distincte
P.R.
25 cm

P.P.
L0
E
O
2. L'oeil au repos L’œil est au repos lorsqu’il observe des objets à l’infini.
L0
E
A∞
d
A∞


O
Placer le foyer sur le schéma.
Dessiner la marche des deux rayons issus du point A à l’infini, et placer le point A’ image de A.
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
Quelle est la distance focale du cristallin ? En déduire la vergence Crepos de l’œil au repos ?
3. L'œil accommode :


Sur les deux schémas qui suivent, tracer les rayons qui permettent de former le point B’ image de B
sur la rétine.
Déterminer, sur chaque schéma, la position du foyer image.
L0
E
B
Objet entre le PR et le PP :
A
O
L0
E
B
Objet au P.P. :
A
O

Comment évolue la distance focale du cristallin lorsqu’un œil voit un objet qui se rapproche ?
Comment évolue la vergence du cristallin ?

En utilisant la formule de conjugaison, calculer la vergence maximale C max que peut atteindre le
cristallin.
4. Conclusion :
Donner une définition du processus d’accommodation de l’œil réel.
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Schéma avant modification :
Schéma avec modification modélisation Accommodation (d=10cm fixe ; C’=13δ)
Schéma avec modification modélisation mise au point (C’=10δ fixe ; d=OA’=16cm )