L optique 2. LPDTA Physique du signal

Transcription

1 L optique 2 1

2 L objectif : les éléments de réglage (1/2) 2

3 L objectif : les éléments de réglage (2/2) La focale Elle permet de voir les objets grands Elle peut être fixe ou variable L ouverture En jouant sur le diaphragme (ou iris), la quantité de lumière atteignant le capteur est grande Elle peut être réglée manuellement ou automatiquement, La mise au point (focus) Elle permet d obtenir une image nette en déplaçant les lentilles Son réglage dépend de la distance de l objet, de la focale et de l ouverture La mise au point peut être effectuée manuellement ou automatiquement (auto focus) 3

4 L objectif : les grandeurs D : distance objet / objectif f : distance objectif / point focal d : distance objectif /capteur H : taille du champ visualisé (champ de vision) : angle de vue ou angle de champ C : taille du capteur LPDTA Physique du signal 4

5 L objectif : les lentilles 5

6 La lentille 6

7 Les propriétés des lentilles L'épaisseur de la partie centrale de la lentille par rapport à celle du bord va déterminer la nature de la lentille (divergente ou convergente). Partie centrale plus épaisse que la circonférence Partie centrale plus mince que la circonférence Lentilles convergentes 1 - lentille biconvexe 2 - lentille plan-convexe Lentilles divergentes 4 - lentille biconcave 5 - lentille plan-concave 3 - ménisque convergent 6 - ménisque divergent 7

8 Les lentilles convergentes Lorsqu'ils traversent une lentille convergente, les rayons parallèles à l'axe optique principal convergent vers un foyer réel. 8

9 Les lentilles convergentes Une lentille mince possède deux foyers, situés à égale distance de chaque côté de la lentille. Les rayons parallèles à l'axe convergent et forment une image au foyer situé à droite de la lentille. Les rayons sont déviés vers le foyer image F'. Les rayons qui passent par le foyer de gauche seront parallèles à l'axe après le passage de la lentille. Le foyer de gauche est le foyer objet F. 9

10 Les lentilles convergentes Le rayon issu de B et qui est parallèle à l'axe optique, émerge en passant par le foyer image F' de la lentille convergente. B' est sur ce rayon. Le rayon issu de B et qui passe par le centre optique O n'est pas dévié. B' est aussi sur ce rayon. 10

11 Les lentilles convergentes Ce schéma illustre le principe de l'œil, de l'appareil photographique, de l'agrandisseur photo, du projecteur de diapositive. L'image doit alors se former sur la rétine, sur le film, sur le papier, sur l'écran. Dans notre cas, elle est renversée, plus petite que l'objet. 11

12 Les lentilles convergentes Rapprochons l'objet de la lentille : On constate que l'image A'B' est toujours réelle et renversée mais elle s'est éloignée de la lentille et elle est plus grande que l'objet. La position et la grandeur dépendent de la position de l'objet. L'image et l'objet se déplacent dans le même sens. Pour les projecteurs de diapositives, l'objet (diapo) est assez près de la lentille et en amont, l'image est donc très loin, de grande dimension et en aval. 12

13 Les lentilles convergentes Rapprochons encore l'objet de la lentille : On constate que les rayons vert et orange ne se coupent pas en aval de la lentille mais ce sont leur prolongement qui se coupent en amont. A'B' est à gauche de la lentille. L'image A'B' est virtuelle, elle est droite et plus grande que l'objet. Ce schéma illustre le principe de la loupe ou de l'oculaire (utilisés par un myope). 13

14 Les lentilles divergentes En traversant une lentille divergente, un faisceau de rayons parallèles diverge à partir d'un foyer virtuel. 14

15 Les lentilles divergentes Comme pour une lentille convergente, une lentille divergente mince possède deux foyers, situés à égale distance de chaque côté de la lentille. Les rayons initialement parallèles à l'axe optique semblent provenir du foyer objet F'. Les rayons qui se dirigeaient vers le foyer image F ressortent parallèles à l'axe optique. 15

16 Les lentilles divergentes Le rayon issu de B et qui est parallèle à l'axe optique, émerge en semblant provenir du foyer image F' de la lentille divergente. B' est sur ce rayon. Le rayon issu de B et qui passe par le centre optique O n'est pas dévié. B' est aussi sur ce rayon. B' est donc à l'intersection de ces 2 rayons. On trace A'B'. L'image A'B' est virtuelle, droite et plus petite que l'objet. Ce schéma illustre le principe de l'œil invisible que l'on place dans les portes. 16

17 Où se situe l image? Détermination graphique Détermination par le calcul 17

18 Où se situe l image? Détermination graphique Pour déterminer la position d'une image, il suffit de tracer deux des rayons principaux suivants : Un rayon passant par le centre de la lentille donne un rayon réfléchi qui passe lui aussi par le centre de la lentille. 1 Un rayon parallèle à l'axe optique donne un rayon réfléchi qui passe par le foyer image. 2 Un rayon passant par le foyer objet donne un rayon réfléchi parallèle à l'axe optique. 3 Un rayon tombant au centre du miroir donne un rayon réfléchi qui fait le même angle avec l'axe optique

19 Où se situe l image? Détermination par le calcul Pour déterminer la position d'une image, par le calcul nous devons : Déterminer la position de l image Déterminer la taille de l image 19

20 Où se situe l image? Détermination par le calcul 1. Déterminer la position de l image (1/2) Utilisation de la formule de DESCARTES : 1 d + 1 D = 1 f d où f = d * D d + D avec : d = distance entre l'objet et la lentille D = distance entre la lentille et l'image f = distance focale de la lentille La distance focale f est : positive pour une lentille convergente, négative pour une lentille divergente. 20

21 Où se situe l image? Détermination par le calcul 1. Déterminer la position de l image (2/2) Simplification des calculs : on suppose l objet suffisamment éloigné du capteur (d << D) de sorte que : D + d D d où f d * D d D 21

22 Où se situe l image? Détermination par le calcul 2. Déterminer la taille de l image En général, la dimension de l'image n'est pas égale à celle de l'objet. On détermine donc le grandissement. Le grandissement transversal (ou linéaire) m est défini comme étant le rapport de la hauteur de l'image y 1 à la hauteur de l'objet y 0. m = y 1 y 0 Signe de m : si m est positif, l'image est droite, si m est négatif, l'image est renversée. Grandeur de m : si m > 1, l'image est agrandie, si m < 1, l'image est réduite. 22

23 Choix de la focale La focale est : proportionnelle à la distance de travail : plus on approche l objet, plus il faut diminuer la focale (et inversement), inversement proportionnelle à la taille de l objet : plus la taille augmente, plus il faut diminuer la focale (et inversement) 23

24 Choix de la focale Les critères : Les focales les plus courantes sont, en mm : 3.5, 6.5, 8, 12, 16, 25, 35, 50 et 75. Plus la focale est faible, plus forte sera la déformation des images de la scène (distorsion). Plus la focale est importante, plus l angle de champ est faible. tan 2 = C / 2 d = 2 arctan C 2 f 24

25 Choix de la focale Exemples : LPDTA 25 Physique du signal

26 L ouverture (1/5) L ouverture, c est tout simplement la quantité de lumière que votre objectif laisse rentrer dans l appareil grâce à un système de diaphragme en iris. Le nombre d ouverture NO (ou F-number) se calcule par : NO = f où est le diamètre du diaphragme. Le nombre d ouverture est inversement proportionnel au diamètre du diaphragme. 26

27 L ouverture (2/5) Valeurs standards du nombre d ouverture sont : 1, 1.4, 2.8, 5.6, 8, 11, 16, 22 et se notent : f /1, f /1.4,, f /22 LPDTA 27 Physique du signal

28 L ouverture (3/5) Le réglage de l ouverture permet de faire varier la profondeur de champ : Une petite ouverture permettra d avoir une grande profondeur de champ et donc d avoir une photo nette au premier et à l'arrière plan. une grande ouverture permettra d avoir une petite profondeur de champ qui se traduira par un premier plan net et un arrière plan flouté, LPDTA 28

29 L ouverture (4/5) Exemple Ici, l objectif peut donc ouvrir : au maximum à f / 3.5 à 18mm et au maximum à f / 5.6 à 55mm. Une autre chose importante est que pour chaque cran (de la molette de réglage), le diamètre est divisé ou multiplié par 2. Et donc la quantité de lumière qui rentre dans l appareil est également divisée ou multipliée par

30 L ouverture (5/5) Pour résumer : Grande ouverture = f / petit = faible profondeur de champ = portrait, fleurs,. Faible ouverture = f / grand = grande profondeur de champ = paysages, LPDTA 30 Physique du signal