L’oeil et ses défauts
Contents
L’oeil et ses défauts#
Modélisation#
Eleménts et modélisation#
Eléments de l’oeil
D’un point de vue optique, on distingue plusieurs éléments de l’oeil (cette liste n’est pas exhaustive mais elle suffit à notre étude).
La rétine: constituée des cellules rétiniennes et reliée au nerf optique (qui apporte les information au cerveau). C’est l’endroit où l’image doit se former nettement.
Le cristallin: corps vitreux sur le devant de l’oeil. C’est “le système centré” qui sert à dévié les rayons pour former une image de l’objet visé sur la rétine.
La pupille: devant le cristallin, elle joue le rôle de diaphragme, notamment pour éviter de saturer les cellules rétiniennes en lumière.
Important
Du point de vue de l’optique géométrique, on peut modéliser l’oeil comme une lentille (le cristallin) diaphragmée (par la pupille) - celle-ci ne sera pas toujours représentée. La lentille est située en amont d’un écran (la rétine) situé à une distance d (en général \(d \approx 2.5cm\)) pour un oeil emmétrope - oeil normal).
Accomodation#
Important
Lorsque l’oeil vise un objet, il doit adapter sa distance focale pour former nettement l’image de l’objet visé sur la rétine. On parle d’accomodation.
L’accomodation de l’oeil se fait grâce à des muscles qui vont déformer le cristallin et changer sa distance focale.
L’oeil ne peut voir plus loin qu’un point appelé Punctum Remotum. Lorsqu’il vise ce point, les muscles de l’oeil sont relâché et ne se fatiguent pas. On dit que l’oeil est au repos.
L’oeil ne peut voir plus près qu’un point appelé Punctum Proximum (car c’est la configuration où le cristallin est bombé au maximum).
Oeil emmétrope
L’oeil emmétrope ou oeil normal est considéré comme la norme lorsqu’il s’agit d’étudier un oeil (on parle aussi d’oeil sans défaut) ou de construire et d’évaluer un instrument d’optique (cf. suite). Ses caractéristiques sont les suivantes:
Le punctum Remotum est à l’infini.
Le punctum Proximum est à une distance \(d \approx 25 cm\)
Défauts de l’oeil
Voici une présentation succincte des différents défauts de l’oeil. Il ne s’agit pas de connaître par coeur les causes possibles mais de savoir que des défauts peuvent exister.
Oeil myope Un oeil myope est un oeil qui ne peut pas voir de loin. Le Punctum Remotum est ramené à une distance proche (quelque fois quelques dizaines de centimètres).
En général, la myopie est due à une cavité oculaire plus grande que la normale (myopie axiale) mais il arrive qu’elle soit liée à une augmentation de l’indice de réfraction du cristallin (myopie d’indice).
Oeil hypermétrope Un oeil hypermétrope au repos à tendance à faire converger les rayons derrière la rétine. Cela est souvent dû à une cavité oculaire trop petite.
La conséquence est que l’oeil n’est jamais au repos puisqu’il doit sans cesse accommoder pour voir l’objet visé, même à l’infini. Cela entraîne souvent une fatigue oculaire plus fréquente.
Presbytie La presbytie, en général liée à l’âge, est la difficulté de voir de près. En général, cela est lié à une fatigue musculaire empêchant de bomber le cristallin suffisamment.
Astigmatie L’astigmatie est un défaut dans la symétrie axiale de l’oeil qui conduit à donner d’un point objet une image sous forme de tâche. Les images peuvent alors paraître déformée ou floue et entraîne une fatigue oculaire.
Les caractéristiques de l’oeil (en ligne)#
Il est utile de comprendre ce que représentent physiquement ces grandeurs mais la connaissances des valeurs précises n’est pas à connaître.
Caractéristiques de l’oeil
Champ angulaire de l’oeil (ou d’un instrument d’optique) : angle d’observation maximale.
Exemple : Le champ angulaire d’un oeil est d’environ \(160^\circ\) à \(180^\circ\). Il est en pratique limité d’un côté par la présence du nez.
Un instrument possède aussi son champ angulaire : cf. l’appareil photographique,
Utilisation : Etude du champ angulaire d’un instrument (lunette utilisée par l’oeil)
Résolution angulaire : écart angulaire minimale entre deux objets peuvent être distinguer par l’oeil.
La résolution angulaire de l’oeil seul est de l’ordre de \(3 \times 10^{-4} \rm{rad}\).
La résolution angulaire est due à l’existence de cellule rétinienne dont la taille est finie. Si deux objets proches forment une image sur la même cellule rétinienne, ils ne seront pas distingués.
Un instrument à capteur possède aussi une résolution angulaire (appareil photographique limité par la taille de ses capteurs CCD)
En pratique la diffraction par la pupille limite aussi la résolution angulaire.
Profondeur de champ : Intervalle de position donnant une image considérée comme nette par l’instrument (ici l’oeil) pour une configuration (un réglage) de l’instrument (ici pour une valeur de focale du cristallin).
Profondeur de champ et appareil photographique
Il y a le même phénomène dans un appareil photographique (taille des tâches formées sur la pellicule pour l’argentique ou taille des récepteurs CCD pour le numérique).
Dans ce cas là aussi, cela permet d’avoir une profondeur de champ. Ceux qui ont fait un peu de photographie pourront associer la profondeur de champ à l’ouverture (diaphragme) de l’appareil photographique. Il en est de même pour l’oeil (rôle de la pupille).
Principe de construction et d’étude d’un instrument d’optique
Lorsqu’un fabricant va construire un instrument d’optique, il va chercher à assurer un confort visuel. Pour celà, il va faire en sorte que l’image finale soit au Punctum Remotum pour l’utilisateur.
Les données dites “commerciales” sont en général données en se référant à une utilisation par un oeil emmétrope.
Le constructeur prévoit en général un réglage permettant d’adapter l’instrument à un oeil présentant un défaut (réglage de l’oculaire).