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Objectifs des EA2 OPTIQUE GEOMETRIQUE

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<strong>Objectifs</strong> <strong>des</strong> <strong>EA2</strong><br />

<strong>OPTIQUE</strong> <strong>GEOMETRIQUE</strong><br />

1. Savoir énoncer et appliquer les lois de la réflexion et de la<br />

réfraction.<br />

2. Savoir expliquer le fonctionnement <strong>des</strong> fibres optiques<br />

3. Connaître la définition du foyer, de la distance focale et de la<br />

puissance d'une lentille.<br />

4. Connaître la définition de la dioptrie.<br />

5. Etre capable de construire ou de calculer les images formées par<br />

<strong>des</strong> miroirs ou <strong>des</strong> lentilles.<br />

6. Connaître les propriétés optiques de l’œil, ses détecteurs<br />

7. Connaître la définition de la profondeur de champ, de<br />

l'accommodation et de l'acuité visuelle<br />

8. Connaître les principaux défauts optiques de l'oeil et leur<br />

correction


Historique<br />

• Vers 2.500 avant J.-C. : Les miroirs de métal poli sont connus depuis longtemps déjà, et l'usage<br />

du verre commence à se répandre.<br />

• 300 av. J.C. : En Grèce, Empédocle et Euclide posent les fondements de la géométrie optique.<br />

• 1285 : Première utilisation de verres correcteurs en Italie.<br />

Jusqu'au XVI ème siècle : L'optique se limite à <strong>des</strong> problèmes de géométrie simples.<br />

• 1609 : A Venise, l'astronome Galilée utilise et perfectionne la lunette astronomique<br />

• 1621 : Galilée découvre dans le ciel <strong>des</strong> choses invisibles à l'œil nu.<br />

• 1665 : Le Père Grimaldi constate qu'au contour <strong>des</strong> obstacles ou au bord d'un trou la lumière<br />

subit une déformation, et appelle ce phénomène diffraction<br />

• 1669 : Le Père Bartholin a rapporté d'Islande un cristal incolore, qui a la propriété de dédoubler la<br />

lumière qui le traverse : l'un <strong>des</strong> rayons se réfracte suivant la loi de Snell-Descartes, l'autre ne la<br />

suit pas. Huygens explique le phénomène en postulant que la lumière est une vibration de haute<br />

fréquence qui se propage.<br />

Descartes propose la formule de conjugaison <strong>des</strong> lentilles minces.<br />

Pierre de Fermat énonce un principe essentiel : " Le trajet réellement suivi par la lumière pour se<br />

rendre d'un point A à un point B, correspond à un temps de parcours minimum ou, si l'on tient<br />

compte de la nature <strong>des</strong> différents milieux traversés, à un chemin optique minimum ".<br />

• 1800 : En Angleterre, Thomas Young étudie les phénomènes d'interférences.<br />

• 1807 : Malus découvre le phénomène de polarisation.


L’optique « physique »<br />

Fin XIXème siècle : James Maxwell montre que la lumière est un faisceau d'on<strong>des</strong> électromagnétiques se<br />

déplaçant dans le vide à la vitesse constante de 300.000 kilomètres par seconde : elle résulte d'une vibration<br />

du champ électrique et du champ magnétique en chaque point de l'espace.<br />

•1818 : Augustin Fresnel explique l'éparpillement de la lumière (ou diffraction) par la nature ondulatoire de la lumière.<br />

•Fin XIXème siècle : James Maxwell montre que la lumière est un faisceau d'on<strong>des</strong> électromagnétiques se déplaçant dans le vide à la vitesse constante de 300.000 kilomètres par<br />

seconde : elle résulte d'une vibration du champ électrique et du champ magnétique en chaque point de l'espace.<br />

•Parallèlement (en 1887) : Hertz observe qu'une plaque métallique éclairée par une lumière de courte longueur d'onde émet de l'électricité négative. Cet effet photoélectrique est<br />

impossible à décrire dans le cadre d'une théorie ondulatoire.<br />

Première moitié du XXème siècle : de la physique quantique au photon<br />

•1900 : L'Allemand Max Planck suppose que l'énergie est " granuleuse ". Plus précisément, elle est " un multiple entier de h multiplié par nu " dans une onde de fréquence nu, ou " h "<br />

1900 : L'Allemand Max Planck suppose que l'énergie<br />

est la " constante de Planck ".<br />

•1905 : Einstein, est âgé de " 26 granuleuse ans, va plus loin dans ". Plus l'interprétation précisément, : choqué par la coexistence elle est du " continu un et du discontinu au sein de la théorie physique, il soutient, dans uncélèbre<br />

article, que " l'éther n'existe pas ", et que la lumière est composée de particules, quanta d'énergie (ou " photons ", de phôs, la lumière en grec), dont chacune porte une énergie " h nu " .<br />

Ce modèle lui permet multiple d'expliquer entier l'effet photoélectrique de h multiplié découvert par Hertz nu en " 1887 dans : chaque une électron onde absorbe un photon et son énergie. En étudiant les propriétés thermiques de la<br />

lumière, c'est-à-dire la couleur de la lumière émise par un corps chauffé, il démontre la nature corpusculaire de la lumière, que l'on croyait jusqu'alors d'une nature radicalement<br />

différente de celle <strong>des</strong> particules : tous les objets ont une nature commune. Cet article peut être considéré comme l'acte fondateur de la théorie quantique, même si par la suite Einstein<br />

n'en approuvera pas les développements.<br />

•1909 : Après avoir analysé les propriétés <strong>des</strong> fluctuations du rayonnement, Einstein avance l'idée que celui-ci est caractérisé par un "dualisme" de sa nature, à la fois corpusculaire et<br />

ondulatoire. 1905 : Einstein, âgé de 26 ans, va plus loin dans l'interprétation : la lumière est<br />

•1917 : Einstein énonce la théorie de l'émission stimulée de radiations lumineuses (qui donnera naissance au laser).<br />

•1921 : Einstein reçoit composée le prix Nobel de de physique. particules, quanta d'énergie (ou "photons", de phôs, la lumière en<br />

•1922 : Louis de Broglie énonce la dualité onde-corpuscule de la matière.<br />

grec), dont chacune porte une énergie " h nu<br />

•1923 : Les quanta de lumière prennent officiellement le nom de photons.<br />

•1925 : Naissance de la physique quantique moderne. Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Paul Dirac en sont les principaux pères fondateurs. Renonçant à la loi classique de la continuité,<br />

la physique quantique affirme que les échanges d'énergie entre lumière et matière s'effectuent par paquets discontinus (les quanta, du latin quantum quantité). Chaque élément d'un<br />

rayonnement (lumière, on<strong>des</strong> radios, rayons X...) est porteur d'un quantum d'énergie associé à sa fréquence. Tandis que la physique classique distingue deux entités fondamentales,<br />

les particules ou corpuscules, sortes de billes microscopiques, et les on<strong>des</strong>, qui se propagent dans l'espace à l'image <strong>des</strong> vagues sur la mer, la physique quantique associe,<br />

paradoxalement, du continu (une onde) Depuis et du discontinu 1960 (une particule). : laser, En fait, pour la fibre physique optique quantique, les objets et ne photonique<br />

sont ni <strong>des</strong> corpuscules, ni <strong>des</strong> on<strong>des</strong>, mais " autre chose ".<br />

•1927 : Le tout jeune Paul Adrien Maurice Dirac énonce la théorie quantique complète de la lumière.<br />

•1929 : Broglie obtient le prix Nobel.<br />

•1933 : Dirac obtient 1960 le prix : Nobel. Aux Etats-Unis, le physicien<br />

•1950 : Alfred Kastler découvre le pompage optique, à la base du maser et du laser.<br />

Années 1970 :<br />

Theodore Maiman crée le premier<br />

•1954 : Le premier générateur de rayonnement mettant en œuvre " l'émission stimulée " est créé aux Etats-Unis par Townes. C'est un générateur micro-onde à ammoniac, dit maser.<br />

de fréquence nu, ou " h " est la " constante de Planck ".<br />

générateur de rayonnement optique<br />

Introduction <strong>des</strong><br />

fibres optiques<br />

Depuis 1960 : laser, fibre optique et photonique<br />

•1960 : Aux Etats-Unis, cohérent le physicien ou Theodore LASER Maiman réussit à dompter l'incohérente lumière naturelle et crée le premier générateur de rayonnement optique cohérent ou laser : c'est<br />

une révolution dans la maîtrise de la lumière. Depuis, de nombreux lasers ont été conçus (voir Laser).<br />

•Début <strong>des</strong> années 60 : Charles K. Kao décrit les applications pratiques <strong>des</strong> communications fondées sur la fibre optique en remplacement <strong>des</strong> fils de cuivre en téléphonie.<br />

•1964 : Nicolay Basov, Aleksandr Prokhorov et Charles Townes obtiennent le prix Nobel pour l'invention du maser et du laser. Début 1999 :<br />

•1966 : Alfred Kastler obtient le prix Nobel.<br />

•Années 1970 : Introduction <strong>des</strong> fibres 1981 optiques. :<br />

Plus de 215 millions de<br />

•1970 : Robert D. Maurer et l'équipe de chercheurs de la société Corning conçoit et produit la première fibre optique industrielle.<br />

Apparition<br />

•1971 : Dennis Gabor lance l'holographie.<br />

kilomètres de fibre optique<br />

•1974 : John B. Macchesney, avec ses collègues du Bell Laboratories d'AT&T, met au point un procédé qui permet de développer la production de masse de fibre optique.<br />

•1981 : Début de la spectroscopie par laser.<br />

sont installés dans le<br />

•1991 : Fabrication du premier cristal photonique.<br />

monde, soit l'équivalent de<br />

•Début 1999 : Plus de 215 millions de kilomètres de fibre optique sont installés dans le monde, soit l'équivalent de 280 allers-retours de la Terre à la Lune.<br />

•1999 : Création d'Optics Valley.<br />

du CD audio<br />

280 allers-retours de la<br />

Terre à la Lune.<br />

XXIème siècle : siècle de la lumière, triomphe de l'optique<br />

•La lumière, par l'entremise <strong>des</strong> technologies de l'optique, jouera un rôle encore plus déterminant dans tous les secteurs d'activités : technologies de l'information et de la<br />

communication, environnement, science biomédicale, procédés industriels, recherche scientifique.


La lumière


Propagation<br />

Dans le vide :<br />

Dans un milieu homogène :<br />

Les photons se propagent à la vitesse C = 3.10 8 m.s -1<br />

Lorsque la lumière se propage dans un milieu autre que le vide, la vitesse v<br />

dépend du nouveau milieu. Il est alors nécessaire de caractériser ce milieu<br />

par une grandeur appelée indice de réfraction et notée n. Elle est définie de la<br />

manière suivante :<br />

n =<br />

C<br />

v<br />

n = indice de réfraction du milieu<br />

C = Vitesse de la lumière dans le vide<br />

v = vitesse de la lumière dans le milieu


Réflexion<br />

θ =<br />

r<br />

θ<br />

i


Miroir plan<br />

Objet<br />

x x’<br />

θ<br />

θ h<br />

θ’<br />

Image<br />

virtuelle<br />

dans le procés de réflexion<br />

θ θ = = θθ’<br />

θ<br />

la lumiere ne passe jamais<br />

par l’endroit ou elle se forme<br />

la position de l’image est<br />

défini par les prolongements<br />

<strong>des</strong> rayons réfléchis<br />

x = x’<br />

L’image dans un miroir est à la même<br />

distance de celui-là que l’objet


Réfraction


Réfraction<br />

Exemple :<br />

Loi de Snell-Descartes :<br />

sin( θi<br />

)<br />

=<br />

sin( θ )<br />

t<br />

n<br />

n<br />

n θ ) = n sin( θ )<br />

1 sin( i 2 t<br />

Quel sera l'angle de réfraction d'un pinceau lumineux passant de l'air (n = 1) à de<br />

l'eau (n = 1,33) avec un angle d'incidence de 40°?<br />

nair<br />

sinθ<br />

air = n<br />

nair<br />

= 1<br />

−1⎡<br />

n<br />

neau<br />

= 1.<br />

33<br />

θeau<br />

= sin ⎢<br />

⎣<br />

θ i = 40°<br />

θ = 28.<br />

9°<br />

eau<br />

eau<br />

air<br />

2<br />

1<br />

sinθ<br />

sinθ<br />

n<br />

eau<br />

air<br />

eau<br />

⎤<br />

⎥<br />


Réflexion totale<br />

réfraction Angle critique Réflexion totale<br />

Exemple : passage de l’eau à l’air<br />

θ<br />

θ<br />

c<br />

c<br />

− ⎛ 1<br />

= sin ⎜<br />

⎝1.<br />

33<br />

= 48.<br />

75°<br />

1<br />

Pour un angle d’incidence supérieur à 48.75°, les rayons subissent une réflexion totale<br />

⎞<br />

⎟<br />


Phénomène du dispersion du lumière: l’arc en ciel<br />

v(f) = v(λ) λ)<br />

n = c / v = n(λ)<br />

θ r = θ r (λ)<br />

a = 42°<br />

a = 51°<br />

Soleil<br />

soleil<br />

bande sombre d'Alexandre.


La fibre optique<br />

Faisceau de fibres optiques pour les<br />

télécommunications<br />

Si n 1 > n 2<br />

Capteur qui permet de mesurer la pression dans<br />

les vaisseaux sanguins d'un être vivant<br />

Endoscope<br />

n 2<br />

n 1<br />

Réflexion totale


Lentilles<br />

e<br />

épaisseur<br />

+<br />

R<br />

rayon de courbure<br />

+<br />

Surfaces <strong>des</strong> lentilles<br />

Lentilles sphériques minces<br />

R >> e<br />

Convexe Plane<br />

Concave<br />

R > 0<br />

R = infini +<br />

R < 0


Lentilles<br />

axe<br />

Lentilles convergentes Lentilles divergentes<br />

foyer<br />

F<br />

n lentille > n media<br />

f > 0<br />

distance focale<br />

Les rayons parallèles<br />

convergent dans F<br />

F’<br />

f<br />

Second foyer<br />

F<br />

f < 0<br />

n lentille > n media<br />

Les rayons sont deviés de façon<br />

qu’ils semblent émaner du F<br />

f<br />

F’


Lentilles<br />

Objet réel<br />

Image virtuelle<br />

f<br />

x x’<br />

f<br />

f<br />

Objet réel<br />

f’<br />

f’<br />

f’<br />

Loi <strong>des</strong> foyers conjugués<br />

1 / f = 1 / x + 1 / x’<br />

Image réelle<br />

Image réelle


Conventions<br />

1- La lumière se propage de gauche à droite<br />

h > 0<br />

distance focale de la lentille<br />

convergente f > 0 divergente f < 0<br />

objets réels gauche objets virtuels droite<br />

images réeles droite images virtuelles gauche<br />

distance objet-lentille<br />

objets réels x > 0 objets virtuels x < 0<br />

x > 0 x’ > 0<br />

distance lentille-image<br />

images réeles x’ > 0 images virtuelles x’ < 0<br />

objet/image par raport à l’axe<br />

au-<strong>des</strong>sus h, h’ > 0 au-<strong>des</strong>sous h, h’ < 0<br />

f > 0<br />

F<br />

h’ > 0


Construction géométrique<br />

Lentille convergente / objets au-delà du foyer


Construction géométrique<br />

Lentille convergente / objets au-delà du foyer


Construction géométrique<br />

Lentille convergente / objets au-delà du foyer


Construction géométrique<br />

Lentille convergente / objet entre foyer et lentille


Puissance <strong>des</strong> lentilles<br />

Lentille 1 Lentille 2<br />

f 1<br />

Formule <strong>des</strong> opticiens:<br />

Indice de réfraction de la lentille<br />

relatif à celui du milieu<br />

f 2 < f 1<br />

P = 1 / f<br />

[f] = m [P] = dioptrie<br />

1 / f = ( n lent /n milieu -1 )( 1/R 1 + 1/R 2 )<br />

Lentille 2<br />

plus puissante !<br />

( 1 / f = 1 / x + 1 / x’ )<br />

R 1<br />

R 2<br />

Forme de<br />

la lentille


Mauvaise vision humaine dans l’eau<br />

Si on considère que l’œil est une lentille<br />

Avec n = 1.336 (n de l’humeur aqueuse),<br />

dans l’air<br />

mais dans l’eau (sans lunettes),<br />

P air = 1 / f = ( n oeil -1 )( 1/R 1 + 1/R 2 )<br />

= 0.336 . ( 1/R 1 + 1/R 2 )<br />

P eau = 1 / f = ( n oeil /1.333 -1 )( 1/R 1 + 1/R 2 )<br />

= 0.0022 . ( 1/R 1 + 1/R 2 )<br />

P eau ~ 0.6 % P air<br />

f eau ~ 150 f air


Puissance <strong>des</strong> lentilles accolées<br />

F 1<br />

F’ 1<br />

d<br />

F 2<br />

F’ 2<br />

s 1 s’ 1 s 2 s’ 2<br />

P total = P 1 + P 2<br />

Les puissances <strong>des</strong> deux lentilles accolées s’ajoutent<br />

pour donner la puissance total de l’ensemble<br />

Avec leur signes<br />

1/f 1 = 1/s 1 + 1/s’ 1 s’ 1 = ( s 1 . f 1 )/( s 1 - f 1 )<br />

1/f 2 = 1/s 2 + 1/s’ 2 s’ 2 = ( s 2 . f 2 )/( s 2 – f 2 )<br />

mais s 2 = d – s’ 1<br />

s’ 2 = ( d – s’ 1) f 2 / ( d – s’ 1 – f 2) = d . f 2 – (s 1 . f 1 . f 2 )/( s 1 – f 1 )<br />

si L 1 et L 2 sont aprochées d = 0<br />

d – f 2 – ( s 1 . f 1 )/( s 1 - f 1 )<br />

1/f total = 1/s 1 + 1/s’ 2 = 1/s 1 + d . f 2 – (s 1 . f 1 . f 2 )/( s 1 – f 1 )<br />

= 1/f 1 + 1/f 2 !<br />

d – f 2 – ( s 1 . f 1 )/( s 1 - f 1 )<br />

Lentille convergente dioptries positives<br />

Lentille divergente dioptries negatives


Le microscope optique<br />

oculaire<br />

objectif<br />

échantillon<br />

f 1<br />

image formé<br />

dans la rétine<br />

s’ 1<br />

s 1 ~ f 1<br />

image virtuelle<br />

25 cm<br />

Échantillon placé à s1 ~ < f1 OBJECTIF<br />

Image réelle renversée<br />

g 1 = - s’ 1 /s 1 ~ - s’ 1 /f 1 ~ 50<br />

objet pour l’OCULAIRE<br />

qui pour être placé à s2 < f2 Image virtuelle<br />

formé à 25 cm de la rétine<br />

(punctum optimum de l’oeil)<br />

g = g 1 .g 2 = - s’ 1 /f 1 . (0.25) /f 2 ~ 300 - 500<br />

~


Les aberrations <strong>des</strong> lentilles<br />

L’aberration chromatique<br />

lumière blanche:<br />

toutes les λ<br />

f v<br />

f b<br />

Correction le doublet<br />

l 2<br />

l 1<br />

f r<br />

f j<br />

R 1 = R 2 = 10 cm<br />

f = 1 / [( n lent /n milieu -1 )( 1/R 1 + 1/R 2 )]<br />

varie avec la longueur d’onde de la lumière<br />

l’image d’un objet formée à travers de la<br />

lentille sera au point pour une couleur mais<br />

pas pour les autres<br />

λ(nm)<br />

n 656 589 486<br />

rouge jaune bleu<br />

l 1 1.517 1.520 1.527<br />

l 2 1.644 1.650 1.664<br />

P 1 10.34 10.40 10.54<br />

P 2 -6.44 -6.5 -6.64<br />

P T =P 1 + P 2 3.90 3.90 3.90<br />

Distance focale<br />

indépendante<br />

de la longueur<br />

d’onde !


Les aberrations <strong>des</strong> lentilles<br />

L’aberration de sphéricité<br />

Pour <strong>des</strong> rayons<br />

Monochromatiques:<br />

Correction surfaces paraboliques<br />

Formule <strong>des</strong> opticiens:<br />

f = 1 / [( n lent /n milieu -1 )( 1/R 1 + 1/R 2 )]<br />

Valable ne que pour <strong>des</strong> lentilles minces<br />

et à distances proches de l’axe !<br />

Lentille plus convergente pour les rayons<br />

marginaux que pour les centraux<br />

système avec plusieurs<br />

lentilles: les aberrations<br />

individuelles tendent à<br />

être compensées dans<br />

l’ensemble<br />

Objectif multiélément<br />

utilisé sur un microscope


L’œil: l’appareil optique humain<br />

iris<br />

pupille<br />

sclérotique<br />

sclérotique<br />

iris<br />

cornée<br />

pupille<br />

cristallin<br />

conjunctiva<br />

Les illustrations sur l’œil ont été pris de<br />

http://www.stlukeseye.com/Anatomy.asp<br />

• plage d’intensités variant sur 10 9<br />

• champ visuel de 180°<br />

• mise au point <strong>des</strong> objets entre infini<br />

et environ 25 cm<br />

• séparation angulaire minimal de 0.03°<br />

R ~ 1.15 cm<br />

humeur<br />

vitrée<br />

choroide<br />

nerf<br />

optique<br />

macule<br />

rétine


L’œil: système optique convergent<br />

l’iris ajuste le diamètre de la<br />

pupille diaphragme<br />

qui régla l’intensité de la<br />

lumière incidente<br />

Premier réfraction dans la<br />

membrane de la sclérotique<br />

(cornée avec R = 0.8 cm)<br />

le cristallin:<br />

la lentille de l’œil<br />

n = 1.437<br />

Rayon de courbure et foyer<br />

réglé par les muscles ciliaires<br />

Humeur aqueuse<br />

n = 1.336<br />

Humeur vitrée<br />

n = 1.336


Les détecteurs de l’oeil<br />

air<br />

n = 1<br />

humeur<br />

aqueuse<br />

n = 1.336<br />

cristallin<br />

n = 1.437<br />

sclérotique<br />

couche fibreuse<br />

opaque<br />

humeur<br />

vitrée<br />

n = 1.336<br />

image réelle<br />

renversé<br />

projeté dans<br />

fovéa centralis<br />

¼ de mm avec une<br />

haute densité de<br />

cônes<br />

Maximum de<br />

sensibilité<br />

tache jaune<br />

choroïde<br />

absorption de la<br />

rétine rétine<br />

lumière parasite<br />

Nerf optique<br />

Cônes (couleur)<br />

Bâtonnets (intensité)<br />

Détecteurs lumineuses de l’œil<br />

impulsions nerveuses<br />

Image dans le cerveau


Le pouvoir d’accommodation de l’oeil<br />

cristallin<br />

ligaments<br />

& muscles<br />

ciliaires<br />

Pouvoir<br />

d’accommodation<br />

Correction de convergence nécessaire:<br />

Mise à point <strong>des</strong> objets à différentes distances<br />

Rayon de courbure et distance focale du<br />

cristallin réglé par les muscles ciliaires<br />

Muscles relaxés (R , f ) punctum remotum<br />

(typiquement que x f = 5 m)<br />

Muscles contractés (R , f ) punctum optimum<br />

A = P n – P f ~ 4 dioptries<br />

diminue avec l’âge<br />

(typiquement x n = 25 cm)<br />

s ~0.02 m (diamètre de l’oeil)<br />

P f = 1/f f = 1/x f + 1/s ~ 50<br />

P n = 1/f n = 1/x n + 1/s ~ 54


La profondeur de champ de l’oeil<br />

Fenêtre de distance dans laquelle<br />

les objets placés sont focalisés<br />

par l’oeil<br />

x f diminue avec l’âge<br />

x n augmente avec l’âge<br />

vision avec<br />

profondeur de<br />

champ normale<br />

Prof = x f – x n ~ 5 – 0.25 = 4.75 mètres<br />

Prof diminue avec l’age<br />

vision avec<br />

profondeur de<br />

champ réduite


L’acuité visuelle de l’oeil<br />

θθθθ<br />

f oeil = 2 cm<br />

Pour le cristallin relaxé<br />

(vision au punctum remotum)<br />

Pour pouvoir observer avec plus de résolution, on<br />

place les objets au point plus proche de l’œil tel<br />

qu’il puisse s’accommoder sans fatigue<br />

Punctum optimum ~ 25 cm<br />

Alors, l’objet plus petit que l’œil humain peut<br />

résoudre est d’une taille<br />

tm = xn . tg(θ θ θ θ ) ~ xn .θ θ θ θ ~ 0.125 mm<br />

r<br />

Pour distinguer deux objets proches :<br />

Il est nécessaire qu’il existe au moins un cône<br />

non excité entre les deux cônes excités<br />

r ~ 2 . 2.3 µµµµm = 4.6 . 10 - 4 cm<br />

Alors la résolution angulaire ou acuité visuelle<br />

humaine est de<br />

θθθθ<br />

t m<br />

θθθθ ~ 0.03 0<br />

x n<br />

image


La loupe: increment de l’accuité visuelle<br />

Image virtuelle<br />

à l’infini<br />

Objet placé<br />

au foyer<br />

θθθθ L<br />

f L<br />

Grossissement<br />

Lentille convergente qui permet<br />

raprocher l’objet à l’œil en<br />

conservant une vision nette<br />

augmentation de l’angle<br />

sous lequel est vu l’objet<br />

G = θθθθ L / θ θ θ θ ~ tg θθθθ L / tg θ θ θ θ ∼ ∼ ∼ ∼ t / fL = xn / fL ~ 25 / 10 = 2.5<br />

t / xn L’angle sous lequel est vu l’objet placé<br />

dans le puntum optimum (point de<br />

maxima acuité visuelle)<br />

Loupe placée très<br />

proche de l’oeil<br />

typiquement


Défauts optiques de l’oeil<br />

myopie<br />

hypermétropie<br />

astigmatisme<br />

Vision normale<br />

Possible de corriger avec <strong>des</strong> lunettes


Myopie<br />

Les rayons parallels provenant d’un objet éloigné sont<br />

focalisés sur un point à l’intérieur du globe oculaire<br />

objet à<br />

l’infini<br />

Les objets placés au-delà du punctum remotum<br />

ne peuvent pas êtres distingués<br />

Puissance plus elevée que le normal: P f > 50<br />

( f < diamètre globe oculaire)<br />

Image derrière<br />

de la rétine<br />

Image sur<br />

la rétine<br />

CORRECTION: lentille avec dioptries negatives pour renvoyer le<br />

puntum remotum à l’infini


Hypermétropie<br />

L’image d’un objet proche se forme dans un point situé<br />

en arrière de la rétine<br />

~ 25 cm<br />

La puissance de l’oeil est inférieur à la normal (P < 50)<br />

Le foyer de l’oeil avec les muscles ciliaires contractés<br />

au maximum est assez grande (x n > 25 cm)<br />

CORRECTION: lentille convergente pour ajouter la<br />

puissance nécessaire pour former l’image sur la rétine<br />

f’<br />

x’ n<br />

f<br />

Image arrière<br />

de la rétine<br />

Image sur<br />

la rétine


Astigmatisme<br />

La mise au point sur les lignes verticales et horizontales<br />

ne peut pas être réalisée simultanément<br />

La cornée n’est pas parfaitement sphérique<br />

R c vertical = Rc horizontal<br />

f vertical = f horizontal<br />

La focalisation d’un objet est réalisée dans plus d’un point<br />

dans l’oeil (vision effacée pour objets lointaines et proches)<br />

CORRECTION: lentilles cylindriques ou toriques orientées pour<br />

corriger les distorsions dans les rayons de courbure


QCM<br />

1- Cochez le classement par ordre croissant en longueur<br />

d’on<strong>des</strong> <strong>des</strong> différents rayonnements :<br />

a) X-UV-IR-Radio<br />

b) X-UV Radio-IR<br />

c) UV-IR-Radio-X<br />

d) Radio-IR-UV-X


QCM<br />

2- Un milieu réduit la vitesse de la lumière de 10% par<br />

rapport à sa vitesse dans le vide; quel est son<br />

indice de réfraction ?<br />

a) 2<br />

b) 1.2<br />

c) 1.1<br />

d) aucune de ces réponses


QCM<br />

3- Si un faisceau de lumière passe de l'air dans un bloc<br />

de verre, il subit ordinairement une variation de :<br />

a) vitesse seulement<br />

b) fréquence seulement<br />

c) longueur d'onde seulement<br />

d) vitesse et longueur d'onde


QCM<br />

4- Quand la lumière tombe sur une interface :<br />

a) l'angle du faisceau réfracté est indépendant de la<br />

longueur d'onde<br />

b) les angles <strong>des</strong> faisceaux réfracté et réfléchi<br />

dépendent de la longueur d'onde<br />

c) les angles <strong>des</strong> faisceaux réfracté et réfléchi sont<br />

indépendants de la fréquence<br />

d) l'angle du faisceau réfléchi est indépendant de la<br />

fréquence


QCM<br />

5- Une femme peut voir distinctement un objet lorsqu'il<br />

est à 25 cm de ses yeux. Quelle est la distance<br />

minimum à laquelle elle doit tenir un miroir plan<br />

pour s’y observer clairement?<br />

a) 40 cm<br />

b) 12,5 cm<br />

c) 15 cm<br />

d) aucune de ces réponses


QCM<br />

6- Mise en situation dans un cabinet d’ophtalmologie :<br />

i- Si une personne déclare avoir perdu de la profondeur<br />

de champ on lui donne :<br />

a) <strong>des</strong> lentilles avec <strong>des</strong> dioptries négatives<br />

b) <strong>des</strong> lentilles avec <strong>des</strong> dioptries positives<br />

c) aucune de ces réponses<br />

ii- Si une personne âgée affirme que sans ses lunettes,<br />

achetées il y a cinq ans, elle voit mieux les objets<br />

lointains, cette personne était à l’époque<br />

a) myope<br />

b) hypermétrope<br />

c) aucune de ces réponses


QCM<br />

iii- Si une personne voit les personnes plus minces en<br />

général (comme dans un tableau de « El Greco » ),<br />

on lui donne <strong>des</strong> lentilles :<br />

a) cylindriques divergentes dans l’axe vertical et<br />

divergentes dans l’axe horizontal<br />

b) cylindriques convergentes dans l’axe vertical et<br />

divergentes dans l’axe horizontal<br />

c) cylindriques convergentes dans l’axe vertical et<br />

convergentes dans l’axe horizontal<br />

d) aucune de ces réponses


QCM<br />

iv- Si une personne a une meilleure sensibilité pour<br />

voir les étoiles lointaines en les regardant du coin<br />

de l’œil, on lui donne <strong>des</strong> lentilles :<br />

a) cylindriques divergentes dans l’axe vertical et<br />

divergentes dans l’axe horizontal<br />

b) cylindriques convergentes dans l’axe vertical et<br />

divergentes dans l’axe horizontal<br />

c) cylindriques convergentes dans l’axe vertical et<br />

convergentes dans l’axe horizontal<br />

d) toriques (avec de correction pour myopie)<br />

divergentes dans l’axe vertical et divergentes<br />

dans l’axe horizontal<br />

e) aucune de ces réponses


QCM<br />

v- Si une personne voit en détail <strong>des</strong> objets de taille 0.1<br />

mm placés au punctum optimum et sur l’axe de l’œil,<br />

mais dit aussi ne pas arriver à voir avec la même<br />

précision un objet placé à la même distance mais<br />

dans un angle sous-tendu de 30 degrés, on lui donne<br />

<strong>des</strong> lentilles :<br />

a) cylindriques divergentes dans l’axe à 30 degrés<br />

de l’horizontal et divergente dans la direction<br />

perpendiculaire<br />

b) cylindriques convergentes dans l’axe à 30 degrés<br />

et divergentes dans la direction perpendiculaire<br />

c) toriques (avec de correction pour myopie)<br />

divergentes dans l’axe à 30 degrés et divergentes<br />

dans la direction perpendiculaire<br />

d) aucune de ces réponses

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