COURS DE PHOTOGRAPHIE A L'USAGE DES AMATEURS ET DES CLUBS

P H S N

LA LUMIERE - 2

2.2- LA REFRACTION, LES LENTILLES

Refraction

Définition : le dioptre.
On appelle dioptre la limite (ou surface) séparant deux corps traversés par la lumière.

Lorsque la lumière franchit un dioptre, sa direction est déviée d'un certain angle, dépendant de l'angle d'incidence et de la nature des corps traversés.

Chaque corps transparent possède un INDICE DE REFRACTION qui lui est propre. Des verres de nature différente ont chacun leur propre indice.

Prisme

Mais cet angle de réfraction est également variable en fonction de la longueur d'onde (couleur) de la lumière, ce qui se traduit par un phénomène de spectre : chaque couleur est déviée d’un angle légèrement différent. La lumière blanche étant en fait un mélange de lumières de plusieurs couleurs, quand un rayon lumineux blanc traverse un prisme de verre, il en ressort décomposé selon les différentes couleurs qui le composent.

La réfraction est mise à profit dans l'utilisation des lentilles optiques. Des rayons parallèles frappant la surface sphérique d'une lentille de verre vont être déviés chacun d'un angle légèrement différent. Il en sera de même à la sortie de la lentille, et tous ces rayons vont converger en un même point. Ce point situé derrière la lentille se forme dans un plan situé à une distance donnée de la lentille. On l'appelle le plan focal et sa distance au centre de la lentille est la DISTANCE FOCALE. C'est une caractéristique de la lentille, fonction du ou des rayons de courbure de ses surfaces et de l'indice de réfraction du verre.

Lentille 1

Pour des raisons de facilité de fabrication, les lentilles utilisées sont généralement de forme sphérique, mais une étude plus détaillée montre que leur focalisation est imparfaite. Pour des applications optiques très performantes (objectifs photo entre autres) on étudie donc des surfaces ASPHERIQUES plus précises, mais plus compliquées à réaliser.

Si les rayons incidents ne sont pas parallèles (cas d'un objet rapproché) l'image se formera en retrait du plan focal. La lentille va donc former une image inversée de l'objet, elle se comporte comme le sténopé que nous avons évoqué à propos de la chambre obscure, mais du fait de son diamètre plus important elle laisse passer beaucoup plus de lumière.

Lentille 2

Aberrations

L'image produite par le bord d'une lentille simple parait irisée. Le bleu, dont la longueur d'onde est plus courte, fournit une image plus près de la lentille que le rouge.
C'est l'aberration chromatique.

D'autre part les lentilles sphériques font converger davantage les rayons provenant de la périphérie que ceux proches de l'axe  optique. Les rayons marginaux forment donc une image plus près de la lentille que les rayons axiaux : c'est l'aberration de sphéricité.

Pour plus de détails sur le sujet des aberrations, consulter cette page : Les principes de l'optique et ses aberrations de l'excellent site de B.Suaudeau.

Croquis lentilles

Différentes sortes de lentilles

Il existe des lentilles de différentes formes adaptées aux divers besoins des applications optiques. Les plus simples sont figurées ci-dessous. Pour corriger les aberrations, la construction des objectifs photographiques nécessite des assemblages de plusieurs lentilles, parfois asphériques ou réalisées avec des verres de compositions différentes.

Calculs optiques simples

Si l'on connait la focale d'une lentille, un rapport simple permet de calculer à quelle distance du centre optique se forme l'image d'un objet rapproché :

F étant constant, plus l'objet est proche de la lentille, plus son image s'éloignera en arrière du plan focal, et inversement. Donc l'image d'un objet situé très loin (nous dirons par commodité : à l'infini - ∞ ) se trouve sensiblement dans le plan focal.

Focale
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