Question sur la chambre noire et la vision

[Tristan256]

Bonjour,

Ma question concerne l'optique. Je ne suis pas étudiant en physique et je risque de ne pas employer les bons termes. Pardon d'avance. Je m'intéresse à l'optique depuis que je me suis mis à la photo. Il y a quelque chose que je ne comprends pas. J'ai exploré les forums, les vidéos youtube, j'ai lu des manuels d'optique. Je commence à être assez calé sur plein de choses. J'ai même rencontré un astronome. Mais il me manque toujours la réponse à ce problème très basique de l'optique. C'est probablement évident pour tout le monde mais pour moi c'est le mystère le plus complet. Sauvez-moi je vous prie, ce problème m'obsède.
Considérons un objet quelconque qui réfléchit de la lumière. Et même un simple point sur une page blanche par exemple. Ce point émet des rayons lumineux dans toutes les directions. Il envoie donc des rayons lumineux sur toute la surface de ma rétine. Je devrais donc le voir partout. Ce point devrait remplir tout mon champ de vision. Or il n'en est rien, je vois bien seulement un point. Pourquoi ?
J'ai bien étudié le fonctionnement des lentilles et du diaphragme. Ces dispositifs n'expliquent absolument pas ce phénomène. J'ai pris l’œil comme exemple de récepteur mais la question est tout aussi valable avec un appareil photo ou même une simple une chambre noire.
Je lis sur wikipédia à l'article Chambre Noire l'explication suivante : « Puisque la paroi est percée d'un seul petit trou, chaque point de l'écran ne recevra qu'un seul rayon de chaque point du décor. » Cette explication ne me satisfait pas du tout. Pour que cela fonctionne parfaitement il faudrait que le trou ne soit pas plus large qu'un rayon lumineux. Dans la pratique il me semble que chaque point du décor apparaîtra sur l'écran nécessairement plus grand que le trou de la paroi (puisque les rayons lumineux émis par chaque point du décor forment un cône dont le sommet est le point du décor et la base est la projection sur l'écran, les côtés du cône passant par les bords du trou de la paroi). Or dans les chambres noires le trou n'est pas si petit que ça. Et que dire de l’œil ou d'un appareil photo dont les ouvertures sont nettement plus grandes encore ?
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[Gwinver]

Bonsoir.

Il y a deux phénomènes différents.

Pour la chambre noire avec un petit trou, le dessin est très clair, chaque point de l'image créé un point un peu plus large sur le fond de la chambre, donc flou
Il suffit de refaire le même dessin en considérant que les objets sont très loin du trou. L'angle entre les deux rayons limites est très faible, et la zone de flou de chaque point est très petite.

Pour la lentille, il faut se référer au dessin de Wikipedia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Lentille_optique (figure de la lentille convergente).
Dans ce cas, les rayons issus d'un point très éloignés sont quasiment parallèles et vont donc se retrouver en un seul point au foyer.
Après, le même genre de construction montre que pour chaque distance de l'objet, il existe une zone où les rayons reforment un seul point.

Dans le cas des appareils photos et les lunettes astronomiques, il y a plusieurs lentilles ajustées pour former le même résultat.

[Tristan256]

Merci beaucoup Gwinver pour cette réponse ultra rapide.
Vous avez raison, il y a deux problème distincts. Celui de la chambre noire me semble plus clair à présent. Sauf que même si les points du décor sont très très éloignés, ils donneront toujours chacun une image plus grande que le trou de la paroi. Impossible d'avoir une image nette à moins d'avoir un trou microscopique. Or dans l'oeil et l'appareil photo il n'y a pas de trou microscopique. J'imagine bien que le secret réside dans la lentille mais le principe me demeure énigmatique malgré tout ce que j'ai pu lire et l'article auquel vous me renvoyez. Je vous ai fait un croquis de ce qui devrait logiquement se passer dans une lentille selon moi. Chaque point du décor devrait apparaître sur tout l'écran. Manifestement ce n'est pas ce qu'il se passe et quelque chose m'échappe.

[Tristan256]

On peut imaginer que l'écran soit placé exactement au point F afin que le point A apparaisse bien comme un point. Mais en ce cas seul le point A sera net. Tous les autres points du décor apparaîtront comme des taches. Or on peut voir plusieurs points nets à la fois.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwinver]

Voici un site donnant des constructions géométriques montrant la formation de l'image par une lentille.

http://ressources.univ-lemans.fr/Acc...illeMince.html

Voir la figure "construction des images".

[Pio2001]

On peut imaginer que l'écran soit placé exactement au point F afin que le point A apparaisse bien comme un point. Mais en ce cas seul le point A sera net. Tous les autres points du décor apparaîtront comme des taches.

Le point A et les autres points qui sont situés à la même distance que A, mais au-dessus ou en-dessous, seront nets. Quand les rayons arrivent en travers, les lentilles, si elles sont de qualité, reproduisent aussi ces points nettement.

Mais en effet, tous les points situés plus près ou plus loin que de A seront flous. Ceci est d'autant plus vrai que l'écran est de grande taille.

C'est vrai pour notre oeil, ce qui oblige pas mal de gens à porter des lunettes pour lire. Avec l'âge, le cristallin reste bloqué dans une position où seuls les points A très éloignés sont nets. C'est la presbytie. Quand on est jeune et qu'on a une bonne vue, pour lire de près, le cristallin se contracte, les points A deviennent flous et les points plus proches deviennent nets.
Mais quand on est âgés, le cristallin durcit. Les points A qui sont loin restent nets. Pour tous les autres, c'est "attends ! faut que je mette mes lunettes !"

Pour les smartphones, le capteur est minuscule, l'effet est très peu marqué. La plupart des points de l'image sont nets en même temps.

Au contraire, je regardais récemment le film Tron avec les commentaires du réalisateur. Il a été filmé en 65 mm, une pellicule énorme, et avec des scènes dans la pénombre, donc avec un très large diaphragme. Et là c'était l'enfer ! L'opérateur demandait au réalisateur "tu veux que l'oeil gauche de l'acteur soit net ou l'oeil droit ? Je peux pas faire net sur les deux !".

En photographie, le flou d'arrière-plan s'appelle le bokeh. Voici une vidéo qui l'explique bien : https://www.youtube.com/watch?v=tdZH3B0WKLk

[Garion]

Faut pas oublier quand même le phénomène de chambre noire sans lentille.
Il y a 30 ans quand j'étais étudiant, quelqu'un avait fait dans mon volet roulant un petit trou pour voir s'il y avait quelque chose à voler.
Et peu de temps après, un matin bien ensoleillé, en me réveillant, j'ai pu voir sur mon mur blanc en face du trou l'image de ce qu'il y avait en face.
Et elle a été suffisamment précise pour que je puisse lire plusieurs plaques d'immatriculation (à l'envers bien sûr) de plusieurs voitures en face. Elles étaient justement suffisamment loin (6m environ).

[Tristan256]

Merci à tous, je commence à voir un peu plus nettement le principe. Je n'avais pas compris jusqu'ici que l'écran ou la rétine sont placés sur le point focale. Cela me paraissait requérir une précision impossible.
Je me représente assez mal les distances en jeu dans l'appareillage de mon appareil photo. Par exemple si je fais le point sur un objet à 2 mètres de moi, je ne comprends vraiment pas comment je peux aussi voir nettement l'objet qui est à 2,01 mètres de moi. J'ai le sentiment que cela devrait tout changer au point focale de ma lentille. L'exemple du tournage de Tron me parle beaucoup. Et un capteur plein format n'est pas très différent d'un film 65 mm. Moitié moins large, en gros.
Le mieux c'est que j'essaye de calculer une image avec les règles de l'optique géométrique. Cela m'aidera à mieux me rendre compte. Faire un trou dans mes volets pourrait aider aussi. Haha. Je reviendrai sans doute dans quelques jours avec de nouveaux dessins. Encore merci.

[Lansberg]

Bonjour,

Merci à tous, je commence à voir un peu plus nettement le principe. Je n'avais pas compris jusqu'ici que l'écran ou la rétine sont placés sur le point focale.

Au sens strict, uniquement si l'objet est à l'infini. Dans la pratique, avec des lentilles de courte focale, l'écran est dans le plan focal si l'objet est à quelques mètres ou dizaines de mètres.

Je me représente assez mal les distances en jeu dans l'appareillage de mon appareil photo. Par exemple si je fais le point sur un objet à 2 mètres de moi, je ne comprends vraiment pas comment je peux aussi voir nettement l'objet qui est à 2,01 mètres de moi. J'ai le sentiment que cela devrait tout changer au point focale de ma lentille

Bien évidemment que la distance entre la lentille et l'écran doit varier en fonction de la distance de l'objet !
Si l'écran est dans le plan focal parce que l'objet est assez loin de la lentille, il faudra ensuite éloigner l'écran de la lentille lorsque l'objet se rapprochera pour conserver une image nette.
Dans le cas de l'œil, la situation est différente. La distance entre le cristallin (lentille) et la rétine (l'écran) est fixe.
Lorsqu'on observe un objet au loin, la rétine se trouve dans le plan focal. Lorsque l'objet se rapproche de l'œil, l'image se déplace en arrière de la rétine et normalement on devrait voir flou. Mais le cristallin qui est une lentille déformable se bombe au centre (on parle d'accommodation) et change sa distance focale ce qui permet de ramener l'image sur la rétine et de conserver une image nette.

[BlueBook]

Quand tu règles la netteté sur 2 m, un point situé à 2,01 m sera aussi net : la différence de netteté est bien trop petite pour être perçue. Le diaphragme joue un rôle primordial : quand il est très ouvert la zone de netteté (= profondeur de champ : zone de netteté "acceptable") est faible : sur mon appareil elle sera de 1,9 m à 2,2 m (~1/3 en arrière et 2/3 avant). A l'inverse, avec un diaphragme fermé à f/16 la profondeur de champ ira de 1 m à l'infini.

Dans le 1er cas, tu auras un joli fond flou pour mettre en valeur ton sujet situé à 2 m et tu pourra travailler avec une vitesse d'exposition rapide, dans le 2e cas tu auras une netteté acceptable dans presque toute l'image, mais il faudra un temps d'exposition beaucoup plus long (et probablement un trépied).

Quand à la chambre noire (dont l'équivalent "moderne" se nomme sténopé), il faut que 2 conditions soient remplies pour avoir une photo nette : ouverture très petite (de l'ordre du mm, voire moins) et sujet bien plus éloigné que dans ton sujet, donc un long temps de pose... pas évident pour un portrait

[BlueBook]

Et en plus, l’œil est assez sophistiqué : la cornée, le cristallin et l'humeur aqueuse font partie du système optique, et de plus les stimuli reçus par la rétine sont corrigés par des ganglions spécialisés avant d'être envoyés au cerveau via le nerf optique.

[Tristan256]

Bonsoir tout le monde,
J'ai fait quelques calculs et je me suis rendu compte que la réalité avait raison et que j'avais tort. (comme trop souvent)
Je vous épargne un nouveau croquis et le détail de mes calculs mais voici le résultat.
Je considère une lentille de 2 cm de haut avec une focale 50 mm et deux points témoins dans le décor, l'un à huit mètres de l'objectif l'autre à 10 mètres.
Le point à huit mètres aura une image parfaitement nette 49,69 mm derrière la lentille. Tandis que le point à 10 mètres aura une image parfaitement nette 49,75 mm derrière la lentille. Soit seulement six centièmes de mm de différence. Si je fais la mise au point sur l'un de ces deux points, l'autre apparaîtra comme une tache de 2 centièmes de mm. Et non pas de 6 mm, en vertu de l'angle très aigu formé par les extrémités de la lentille et son point focale. Angle qui peut encore être accentué grâce au diaphragme.
Si mon capteur est 10 fois plus petit que la photo tirée, ça ne fait jamais que des taches de 2 dixièmes de mm sur la photo tirée. C'est donc toujours à peu près net.
Je me représente mieux les choses à présent.
Merci beaucoup pour vos avis et conseils.
Tout ça me donne très envie de construire un sténopé.

[Tristan256]

... Et non pas de 6 centièmes de mm....

[Lansberg]

Je considère une lentille de 2 cm de haut avec une focale 50 mm et deux points témoins dans le décor, l'un à huit mètres de l'objectif l'autre à 10 mètres.
Le point à huit mètres aura une image parfaitement nette 49,69 mm derrière la lentille. Tandis que le point à 10 mètres aura une image parfaitement nette 49,75 mm derrière la lentille. Soit seulement six centièmes de mm de différence.

Ce n'est pas possible. Les images sont forcément au-delà du foyer image ou au foyer si l'objet est très éloigné.
Donc au minimum à 50 mm !!

[Tristan256]

Merci Lansberg pour la correction.
Je n'avais pas remarqué en lisant les équations que la distance entre l'objet du décor et la lentille doit être considérée comme négative. D'où mon erreur.
Une fois le signe rétabli cela me donne 50,25 mm pour l'objet à 10 mètres et 50,31 pour l'objet à 8 mètres.
On reste avec une différence de 6 centièmes de mm donc la suite du raisonnement est valable.