Résolution d'un écran de smartphone, bac Centres étrangers 2024

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Les écrans de ces téléphones mobiles sont constitués de pixels carrés dont les centres sont distants d’une longueur a.
− la résolution est le nombre de pixels par pouce (ou ppp) ;
− un pouce est égal à 2,54 centimètres ;
− résolutions des téléphones mobiles étudiés : type S : 438 ppp et type I : 326 ppp ;
− longueur d’onde du laser : l = 650 nm.
L’objectif de cet exercice est d’étudier expérimentalement la résolution d’un téléphone mobile de type S et de la comparer avec celle d’un autre téléphone mobile de type I.
Lorsque les pixels sont éclairés par un faisceau laser, ils se comportent, par réflexion, comme des sources ponctuelles cohérentes. Le dispositif expérimental ci-dessous  permet d’observer les figures d’interférences à sources multiples obtenues sur un écran d’observation lorsqu’on envoie un faisceau laser sur l’écran du mobile.

Q1. Préciser le caractère de la lumière mis en évidence par de telles figures.
Le caractère ondulatoire est mis en évidence.
Q2. Qualifier le type d’interférences correspondant aux points lumineux.
Les interférences correspondant aux points lumineux sont constructives.
Q3. La distance i entre deux points lumineux voisins sur l’écran d’observation
correspond à l’interfrange. Par analyse des unités, éliminer deux relations parmi les quatre ci- dessous
a) i = a∙l∙D ;  à gauche du signe égal (m) et à droite (m3). à éliminer.
 b) i =λ∙D / a ;
à gauche du signe égal (m) et à droite (m).
 c) i = a∙D / l ; à gauche du signe égal (m) et à droite (m).
 d) i = a / (lD).; à gauche du signe égal (m) et à droite (m-1) à éliminer.
Q4. Parmi les deux relations restantes de la question Q3, on cherche à identifier la relation correcte. En utilisant suivante, décrire l’évolution de la distance a entre deux pixels lorsque la résolution augmente. Sans calcul, montrer alors que la relation à retenir est : i =l D / a.

Le mobile de type S possède une résolution plus élevée ( 438 ppm) que le mobile de type I ( 326 ppm).
Pour le mobile S, l'interfrange vaut i = 2,15 cm ; pour le mobile I, l'interfrage vaut 1,5 cm.
Lorsque la résolution augmente, l'interfrange  augmente.
Or i =l D / a. Si i augmente, a diminue ( la taille des pixels est plus petite).
Q5. Mesurer le plus précisément possible la valeur de la distance i entre deux points lumineux consécutifs pour le mobile de type S.
i = 2,15~2,2 cm.
Q6. En déduire la valeur de la distance a. Évaluer la résolution du téléphone mobile de type S en nombre de pixels par pouce (ppp). Commenter.
a = l D / a =650 10-9 x1,75 / (2,15 10-2) =5,3 10-5 ou 53 µm.
1 pouce = 2,54 10-2 m soit 2,54 10-2 / (5,3 10-5) =4,8 102 pixels par pouce.
Cette valeur est plus grande que celle anoncée ; cela est du au manque de précision sur la mesure de l'interfrange.

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De manière plus générale, il existe deux catégories d’écran :
- Retina lorsque les pixels ne sont pas visibles à distance usuelle d’utilisation fixée à d = 30 cm ;
- non-Retina lorsque, dans les mêmes conditions, les pixels sont visibles (figure 3).


Le pouvoir séparateur de l'oeil correspond au plus petit angle amini permettant de distinguer des pixels A et B très proches.
amini  =3,0 10-4 rad.

Q7. Déterminer la catégorie d'écran du téléphone de type I et commenter.
La résolution vaut 326 ppm.
326 a = 2,54 cm ; a = 2,54 / 326 = 7,8 10-3 cm.
tan a ~ a = a / d =7,8 10-3 / 30 =2,6 10-4 rad, valeur inférieure à
amini.
Il n'est pas possible de voir les pixels ; donc écran de type Rétina.
ane.



  
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