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L’oeil est l’organe de la vision ; il peut examiner directement des objets ou examiner des images de ces objets fournies par des instruments d’optique (loupes, microscopes, lunettes). Son rôle est fondamental dans l’étude de l’optique.
Le rayon de l’oeil est d’environ 12mm.
Le rayon de la cornée est d’environ 8mm.
Le cristallin a une épaisseur d’environ 4mm; les rayons de courbure de ses faces sont respectivement égaux à 10 et 6mm. Ce n’est pas un milieu homogène : l’indice varie de 1, 36 au bord à 1,42 sur l’axe.
L’écran sur lequel se forme l’image observée est la rétine qui tapisse le fond de l’oeil. La rétine est l’épanouissement du nerf optique : les cellules sensibles sont des cônes et des bâtonnets. La fovéa au centre de la tâche jaune a un diamètre d’environ 0,3mm et ne contient que des cônes. La tâche jaune, riche en cônes, correspond à la zone sensible en éclairage diurne (éclairage naturel dans la journée).
Un point est vu nettement si son image se forme sur la fovéa. Pour permettre la vision de points différents, sans imposer à chaque fois des mouvements de la tête, l’oeil effectue des rotations rapides dans son orbite autour d’un point O qui est approximativement le centre du globe oculaire.
Les rayons contribuant à la formation de l’image sur la fovéa ou la tache jaune sont paraxiaux et l’oeil est un système centré qui fonctionne donc dans les conditions de l’approximation de GAUSS.
Les milieux extrêmes, l’air et l’humeur vitrée, étant différents les points nodaux et
les points principaux sont distincts et le rapport des distances focales 
est égal à
-1, 336.
La cornée avec un rayon de courbure de 8mm se comporte comme une paroi
transparente et la convergence du dioptre sphérique d’entrée est d’environ 
soit 42
dioptries.
Le cristallin a la convergence d’une lentille épaisse d’indice relatif 
= 1,063.
Avec les rayons de courbure indiqués, ceci conduit à une convergence d’environ 16,8
dioptries. La convergence de l’ensemble étant alors très voisine de 60 dioptries.
Pour un oeil ” moyen ” normal la distance focale image f' est voisine de +23mm tandis que la distance focale objet f est voisine de -17mm. Quand un oeil normal observe un objet éloigné (on dit ” à l’infini ” par commodité pour les calculs correspondants) le foyer image F' est sur la rétine et le foyer objet F environ 15mm en avant de la cornée.
Un calcul complet montre que l’interstice HH' est voisin de 0,3mm et donc très faible : pratiquement on peut confondre les points principaux H et H' d’une part et aussi les points nodaux N et N' d’autre part.
Avec une bonne approximation, en optique, l’oeil est équivalent à un dioptre sphérique de sommet S et de centre C tel que SC = 6mm séparant l’air et le milieu d’indice 1, 336. C’est l’OEIL RÉDUIT représenté sur la figure 2.
Le champ de vision nette est défini par le cône de sommet C dont la génératrice
s’appuie sur la fovéa. Son ouverture 
N est d’environ 1o. En effet :
Par déplacement du globe oculaire de 30 à 40o autour de l’axe optique on obtient le champ de vision directe.
Des images peuvent se former hors de la fovéa mais manquent de netteté. Les points correspondants appartiennent au champ de vision indirecte qui atteint 140o à l’horizontale (il peut être supérieur à 180o chez certains animaux comme les rapaces).
Le foyer image F' est, naturellement et sans effort, sur la rétine. L’oeil voit alors nettement des objets situés ” à l’infini ”. Le point le plus éloigné, sur l’axe, pour lequel il est possible d’obtenir une image rétinienne nette est le PUNCTUM REMOTUM R. Pour un oeil normal R est à l’infini.
Par accommodation, c’est-à-dire du fait de la déformation du cristallin sous l’action des nodules de Zinn, l’oeil peut voir des objets situés à distance finie. La déformation du cristallin étant limitée, quel que soit l’effort musculaire fourni, l’oeil ne peut pas voir les objets situés en deçà d’une distance minimale de vision distincte. Le point correspondant sur l’axe est le PUNCTUM PROXIMUM P. Pour un oeil normal non fatigué P est situé 20 à 30cm en avant de la cornée.
L’oeil est trop convergent. Le foyer image est naturellement en avant de la rétine. Le PUNCTUM REMOTUM R est à distance finie alors que le PUNCTUM PROXIMUM P est plus proche de la cornée que dans le cas d’un un oeil normal.
La correction de la myopie est possible en plaçant une lentille divergente devant l’oeil.
L’oeil n’est pas assez convergent. Le foyer image est naturellement en arrière de la rétine. Le PUNCTUM REMOTUM R est virtuel tandis que le PUNCTUM PROXIMUM P est plus éloignée de la cornée que dans le cas d’un un oeil normal.
L’oeil hypermétrope accommode en permanence ce qui est une cause de fatigue. La correction de l’hypermétropie est possible en plaçant une lentille convergente devant l’oeil.
L’oeil presbyte est un oeil devenu moins convergent par suite du vieillissement (le relâchement des muscles entraîne au repos une augmentation des rayons de courbure du cristallin). On peut noter que si la presbytie est susceptible de réduire la myopie, elle ne peut qu’aggraver l’hypermétropie.
Un autre défaut courant de l’oeil est l’astigmatie : la symétrie de révolution autour de l’axe optique n’est pas satisfaite et les images des objets sont déformés (un cercle est vu comme une ellipse). Les problèmes correspondants sortent du cadre d’un cours sur les systèmes centrés. Signalons, cependant, que ce défaut peut être corrigé à l’aide de verres toriques convenablement orientés.
L’accommodation modifie la position du centre optique C de l’oeil, mais le sommet
S reste sensiblement fixe. Si 
est le ”diamètre apparent” de l’objet AB vu de S
(figure 4), dans les conditions de l’approximation de GAUSS, par application de la foi de
KEPLER, on a :
et
Une dimension linéaire de l’image rétinienne est proportionnelle au diamètre apparent * de la dimension correspondante de l’objet.
Sa définition est une réponse à la question : ” peut-on toujours voir un objet ? ”.
La limite de perception est le diamètre apparent minimal que doit avoir un objet sombre pour être vu sur un fond lumineux. Elle dépend de la forme de l’objet et des conditions d’éclairement. Quand ces dernières sont normales, l’expérience donne 2” d’arc pour une ligne fine et un peu plus pour un disque.
Sa définition est une réponse à la question : ” peut-on toujours distinguer deux objets séparés ? ”.
La limite de résolution de l’oeil est la plus petite distance angulaire 
Le ” pouvoir de résolution ” est l’inverse de
La limite de résolution dépend d’un très grand nombre de facteurs, mais pour un éclairage et un contraste normal, elle est en moyenne d’environ 3.10-4 rd = 1' d’arc.
Remarque : la taille de l’image rétinienne correspondante est donnée par :
Or le diamètre d’un cône est d’environ 4
6.2 PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES DES INSTRUMENTS D’OPTIQUE
On se limite à deux groupes d’instruments d’optique assimilables à des systèmes centrés qui donnent de l’objet une image réelle ou virtuelle plus avantageuse à observer ou à stocker.
Les instruments qui donnent une image réelle constituent le premier groupe : les plus connus sont les objectifs des appareils de projection et les objectifs des appareils photos ou des caméras.
Le rôle des instruments du second groupe est de donner une image virtuelle ayant un diamètre apparent plus grand que l’objet observé à l’oeil nu. les plus connus sont les loupes et les microscopes pour l’examen de petits objets rapprochés et les lunettes pour l’observation des objets très éloignés ou des astres.
Bien que certaines des notions exposées dans ce chapitre soient applicables aux appareils des deux groupes, ce sont surtout les caractéristiques des instruments du second groupe qui sont décrites dans les paragraphes ci-après.
Ces grandeurs permettent de comparer les dimensions linéaires ou angulaires de l’image et de l’objet.
Comme pour un dioptre ou une lentille, l’aplanétisme étant réalisé, le grandissement est le rapport d’une dimension linéaire A'B' de l’image à la dimension linéaire correspondante AB de l’objet.
C’est un nombre sans dimensions. Il n’est intéressant que dans le cas ou l’objet et l’image sont tous les deux à distance finie et tous les deux réels, c’est-à-dire pour des appareils du premier groupe.
 | (6.1) |
La puissance n’est définie que pour les instruments du second groupe, comme la loupe ou le microscope, servant à l’observation d’objets très rapprochés.
La puissance d’un instrument est le rapport de l’angle sous lequel on voit l’image donnée par l’instrument à la longueur de l’objet.
La figure 7 illustre l’observation d’un petit objet AB à l’aide d’une loupe. Sauf si
l’image est à l’infini, ' dépend de la position de l’oeil.
 | (6.2) |
' est exprimé en radians et AB en
mètres.
Cette grandeur est surtout intéressante lorsque l’objet est très éloigné et que l’image observée est virtuelle comme c’est le cas des instruments du second groupe comme les lunettes astronomiques ou terrestres.
La grossissement est le rapport des dimensions des images rétiniennes dans la vision à travers l’instrument et dans la vision à l’oeil nu.
Mais les images rétiniennes sont dans le rapport des diamètres apparents. Donc G, le grossissement est donné par 6.3. C’est un nombre sans dimensions.
 | (6.3) |
donc :
 | (6.4) |
Si P est en dioptries, on a alors :
 | (6.5) |
6.2.3 POUVOIR SÉPARATEUR
Le pouvoir séparateur est caractérisé par la plus petite distance entre deux points de l’objet vus séparés à travers l’instrument :
- c’est une distance linéaire si l’objet est à distance finie.
- c’est une distance angulaire si l’objet est ” à l’infini ”.
Un bon instrument d’optique doit réaliser, par construction, le stigmatisme approché pour les plans observés : à distance finie constante, dans le cas d’une configuration de microscope, ou à l’infini dans le cas d’une lunette astronomique. Le pouvoir séparateur est alors limité, soit par la limite de résolution de l’oeil, soit par la diffraction.
Si on prend en compte l’acuité visuelle, l’image A'B' doit avoir un diamètre apparent supérieur à 3.10-4rd ce qui détermine la valeur minimum de sa longueur A'B' ainsi que la valeur correspondante de AB.
Si on prend en compte la diffraction, on peut montrer que l’éclairement, autour de l’image ponctuelle idéale A' d’un point A à travers un instrument ayant une ouverture circulaire, a l’allure indiquée par la figure 8.
La tâche centrale, tâche de AIRY, est 50 fois plus éclairée que le premier anneau. On peut calculer le rayon de la tache de AIRY :
où :
n' l’indice du milieu où se forme l’image,
u' l’inclinaison maximum sur l’axe des rayons qui arrivent en A'.
Deux points A et B seront vus séparés s’ils donnent dans le plan image des tâches de diffraction séparées. Suivant le critère de LORD RAYLEIGH, on admet que ceci est réalisé si la distance entre les tâches est supérieure à leur rayon (figure 9).
La condition A'B' 
Quand on compare les valeurs calculées en faisant intervenir, soit l’acuité visuelle, soit la diffraction, c’est finalement la plus grande des deux valeurs de AB qui définit le pouvoir séparateur effectif de l’instrument.
6 
SF = 
6 
