Ce qui se passe quand la lumière traverse un objectif : Réfraction, mise au point et formation d'image
La physique de la lumière à travers un objectif
Quand la lumière passe de l'air au verre (ou plastique), elle change de vitesse et de direction — la réfraction. Un objectif utilise des surfaces courbées pour courber systématiquement les rayons, créant des images réelles ou virtuelles.
1. Convergence et divergence
- Objectif convexe (convergent) : Plus épais au centre. Rayons parallèles courbent vers l'axe optique, se rencontrent au foyer (F).
- Objectif concave (divergent) : Plus mince au centre. Rayons parallèles s'écartent, semblent diverger d'un foyer virtuel derrière l'objectif.
2. Distance focale et puissance
- Distance focale (f) : Distance du centre de l'objectif au foyer.
- Puissance (dioptries) : P = 1/f (mètres). f plus court = puissance plus forte = plus de courbure.
3. Formation d'image
| Position objet | Image objectif convexe | Image objectif concave |
|---|---|---|
| Au-delà de 2F | Réelle, inversée, réduite (entre F et 2F) | Virtuelle, droite, réduite (entre objectif et F) |
| À 2F | Réelle, inversée, même taille (à 2F) | Virtuelle, droite, réduite |
| Entre F et 2F | Réelle, inversée, agrandie (au-delà 2F) | Virtuelle, droite, réduite |
| À F | Pas d'image (rayons parallèles) | Virtuelle, droite, réduite |
| À l'intérieur de F | Virtuelle, droite, agrandie (même côté) | Virtuelle, droite, réduite |
4. Grossissement
G = hauteur image / hauteur objet = distance image / distance objet. Focale courte → fort pouvoir grossissant (loupe simple).
5. Aberrations (Imperfections)
- Chromatique : Différentes longueurs d'onde focalisent en points différents (franges colorées). Corrigée par doublets achromatiques/apochromatiques (verre à faible dispersion).
- Sphérique : Rayons marginaux focalisent plus près que paraxiaux. Éléments asphériques ou objectifs composés corrigent.
- Coma, astigmatisme, courbure de champ, distorsion : Aberrations hors axe — corrigées dans designs multi-éléments.
6. Images réelles vs virtuelles
- Réelle : Rayons convergent réellement. Projetable sur écran/capteur. (Appareil, projecteur, rétine œil.)
- Virtuelle : Rayons semblent seulement diverger d'un point. Non projetable. Vue en regardant à travers l'objectif (loupe, oculaire).
Tout instrument optique — appareil photo, télescope, microscope, projecteur, lunettes — repose sur ces principes. L'objectif est le contrôleur de trafic de la lumière.