Activité expérimentale

Question⚓

TP - Modèle de l'oeil et de l'appareil photographique

Solution ⚓

Comparaison des deux systèmes optiques

1. Dans un appareil photographique, les deux éléments principaux entrant dans la formation d'une image sont les lentilles de l'objectif et le capteur numérique (ou pellicule). Dans une moindre mesure, le diaphragme à une influence sur l'image sans être pour autant indispensable à sa formation.

2. Dans l’œil, on identifie des éléments susceptibles de jouer le rôle de lentille, diaphragme et écran.

La rétine qui tapisse le fond de l’œil est assimilable à un écran.

Le cristallin est assimilable à une lentille convergente (associé à la cornée).

L'ensemble iris/pupille joue le rôle de diaphragme.

Mise au point dans l'appareil photo

Mécanisme de mise au point dans un appareil photo

Sur la vidéo précédente, on constate que la formation d'une image nette lorsque la distance avec l'objet varie s'effectue par déplacement de la lentille afin de faire varier sa distance avec le capteur.

La lentille a une distance focale qui ne varie pas au cours de l'opération de mise au point : \(\overline{OF'}=cste\).

Dans un appareil photographique, ce déplacement est limité par les contraintes mécaniques de l'objectif.

Accommodation dans l’œil

Mécanisme de l'accommodation dans l'œil

Dans l’œil, il faut remarquer que la distance entre le cristallin et la rétine est fixe. L'image se forme donc toujours à la même distance du cristallin : \(\overline{OA'}=cste\).

On constate sur l'animation que lorsque l'objet se déplace, le cristallin se déforme.

Plus l'objet est proche, plus le cristallin est bombé et donc plus il est convergent (distance focale courte). Inversement, plus l'objet est éloigné, moins le cristallin est déformé.

Lorsque l’œil observe un objet à l'infini, il n'accommode pas.

Observations expérimentales

Pour modéliser la mise au point de l'appareil photographique, on constate bien qu'avec une même lentille, approcher l'objet de la lentille nécessite d'éloigner l'écran représentant le capteur de l'appareil photo.

La modélisation de l’œil et notamment du mécanisme d'accommodation sur le banc d’optique est réalisée de la façon suivante :

on effectue une mise au point nette avec la lentille de focale la plus longue ;
pour simuler un œil qui observe à une distance différente, on remplace la lentille par une lentille de distance focale plus courte ;
sans changer la distance lentille-écran (la distance cristallin-rétine est fixe dans l’œil), on constate qu'une image nette est obtenue si l'objet se rapproche.

On en conclut que le cristallin est de plus en plus convergent à mesure que l'objet observé est proche.

Complément - Rôles du diaphragme et de l'iris

Dans les deux photographies ci-dessous, la mise au point est effectuée sur le pion rouge au centre.

Sur cette image, le diaphragme est très ouvert.

On constate que la profondeur de champ, région de l'image qui apparaît nette est restreinte. Seuls les pions bleus alignés avec le pion central apparaissent réellement nets.

Photographie prise avec une ouverture f 4.5 | Informations^[*]

La même photographie prise avec un diaphragme beaucoup plus fermé montre que la profondeur de champ est beaucoup plus étendue.

Des pions à l'avant plan ainsi qu'à l'arrière plan apparaissent nets sur l'image.

Photographie prise avec une ouverture f 11 | Informations^[*]

Pour mettre en évidence l'effet du diaphragme sur la profondeur de champ à l'aide du banc optique, on effectue une mise au point avec un diaphragme grand ouvert, puis on dérègle légèrement le dispositif.

On constate ensuite qu'en refermant le diaphragme, l'image gagne en netteté.

Dans le cas de l’œil, l'iris et la pupille jouent le rôle de diaphragme. Ils permettent d'adapter la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil.