IUT Lannion Optique instrumentale

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1 IUT Lannon Optque nstrumentale Plan du cours Notons de base et défntons Photométre / Sources de lumère Les bases de l optque géométrque Généraltés sur les systèmes optques Eléments à faces planes Doptres sphérques Les lentlles Proprétés de quelques nstruments d optque

2 I Classfcaton des nstruments a) Les nstruments de projecton Ces nstruments forment d un objet (à dstance fne ou non) une mage réelle sur un écran ou un photodétecteur (photodode, photomultplcateur ou encore matrce CCD). Exemples : - L apparel photo - Projecteur de cnéma - Télescope + détecteur CCD

3 b) Les nstruments oculares Ces nstruments sont assocés à l œl afn de faclter l observaton, ls donnent donc une mage à l nfne ou encore vrtuelle que l œl transformera fnalement en mage réelle sur sa rétne. On dstngue alors deux sous catégores : - Instruments pour l observaton d objet petts et rapprochés. Exemples : loupe ou mcroscope - Instruments pour l observaton d objet grands et élognés. Exemples : jumelles ou lunette astronomque c) Caractérsaton des nstruments En règle générale : on calcule le rapport de la talle de l mage sur celle de l objet

4 II Défntons a) Grandssement Le grandssement caractérse un nstrument de projecton pour lequel l mage est réelle donc caractérsée par sa talle y. Nous ne l utlserons que pour les objets à dstance fne de talle y. Dans ce cas le grandssement γ s dentfe au grandssement transverse g y : γ = y = y g y

5 b) Pussance Ce paramètre caractérse les nstruments d optque servant à observer un objet rapproché. On appelle l nstrument. l angle sous lequel est vue par l œl l mage formée par y est la talle de l objet (placé à dstance rapprochée) P θ = Unté : doptre δ ou encore m -1 y La pussance dépend de la poston de l œl et du réglage de l nstrument. Lorsque l mage est à l nfn on parle de pussance ntrnsèque : P

6 c) Grossssement G Le grossssement est le paramètre servant à caractérser un système oculare dont l objet observé est à grande dstance. Il est défn comme le rapport de l angle l mage formée par l nstrument et l angle l œl nu. sous lequel est vue par l œl sous lequel est vu l objet à θ œl G = θ

7 On utlse également le grossssement pour caractérser un nstrument servant à observer un objet à dstance rapprochée. Objet sans nstrument : y θ œl d m : dstance mnmale de vson nette : Ben retenr que l œl «vot net» un objet stué entre l nfn et d m. y On le vot à l œl sous un angle maxmum : θ = Or : Donc : = P y θ = P y y d m = P d d m m et : d m = 25cm G = P d m On défnt également le grossssement P G ntrnsèque commercal : c = P dm = 4 d m

8 d) Notons d ouverture et de champ d un nstrument d optque Un nstrument n est pas smplement caractérsé par la talle de son mage. Il faut également détermner la quantté de lumère qu l peut capter et la talle du champ observable. PE PS A α α A La puplle d entrée est l mage du daphragme du système dans l espace objet. La puplle de sorte est son mage par le système complet. Fgure 8.1 A l ade des puplles, ont peut défnr les angles d ouverture objet et mage : α et α.

9 L angle d ouverture est un paramètre mportant, car l permet de caractérser la quantté de lumère rentrant dans l nstrument. Comme pour les fbres optques cette quantté est quantfée par l ouverture numérque : ON = nsn α On appelle le champ d un nstrument d optque la porton de l espace objet que l on peut observer à travers l nstrument. Le champ en largeur ou transversal est perpendculare à l axe optque. La profondeur de champ correspond à la dstance dont on peut déplacer l objet en conservant une mage de bonne qualté. - La connassance du champ en largeur permet de savor s un objet étendu sera vu en enter ou partellement. - De son côté, une profondeur de champ mportante permet de dsposer d une mse au pont plus asée.

10 III La loupe Défnton : La loupe est une lentlle convergente de focale f qu donne d un objet à dstance fne une mage vrtuelle agrande. On la classe dans la catégore des nstruments oculares. On va donc la caractérser par sa pussance. œl F O F Fgure 8.2 B A, Pour que l œl n at pas à accommoder, l faut placer l objet dans le plan focale de la lentlle. Dans ce cas l mage est à l nfn. 1 La pussance est la pussance ntrnsèque. P = f

11 IV Le mcroscope Le mcroscope est un nstrument destné à l observaton d objet très petts. On peut le schématser par deux lentlles convergentes : - Un objectf de focale courte (quelques mllmètres) : f ob - Un oculare dont la focale est plutôt de quelques centmètres : f oc Cet nstrument se classe dans la catégore des nstruments oculare, on le caractérsera par sa pussance ntrnsèque et son grossssement ntrnsèque commercal. Utlsaton : Le mcroscope réalse d un objet très pett une mage à l nfn ou une mage vrtuelle agrande.

12 Schéma du mcroscope réglé à l nfn : B y = AB B A F ob F ob O ob F oc = A O oc F oc A objectf Fgure 8.3 B oculare Calcul de la pussance : Par défnton : P mc = = sot : y AB Pussance de l oculare : Poc = A B Grandssement de l objectf : γ obj = A B AB P mc = A B P A B AB = mc P oc γ ob

13 V La lunette astronomque La lunette astronomque est utlsée pour observer des objets très élognés. Elle permet d augmenter l angle sous lequel on vot un objet à l nfn. C est un nstrument afocal (sans foyer). Nous allons étuder c une lunette astronomque deux lentlles convergentes. assmlable à l assocaton de La lunette astronomque est classée dans la catégore des nstruments oculares. L mage obtenue est renvoyée à l nfn pour une observaton à l œl. L objet étant à l nfn on caractérse la lunette par son grossssement.

14 Schéma de la lunette astronomque ( ) L 1 ( ) L 2 B θ A = F 1 = F 2 F 2 O 1 O 2 A B Calcul du grossssement : G = θ Fgure 8.4 Rayon angulare de l objet : θ = A B f 1 G = f1 f 2 Rayon angulare de l mage : = A B f 2