L’idée de ce cours est de présenter quelques instruments d’optiques classiques.

La loupe

Le point le plus proche permettant une vision nette étant fixé (PP), pour mieux voir un objet, il faut utiliser un instrument : c’est ce que permet la loupe.

Pour obtenir l’effet Loupe, il faut que l’objet soit situé entre le centre optique d’une lentille convergente et son foyer objet : on obtient alors une image virtuelle, droite et agrandie.



 

De plus, afin que l’œil puisse observer cette image sans accommodation, celle-ci doit être à l’infini. La meilleure position de l’objet est celle où il sera sur le foyer principal objet.

Loupe avec accommodation

Loupe sans accommodation

L’image obtenue avec une loupe peut-elle être plus ou moins grande? La distance objet-lentille joue-t-elle sur la taille de l’image observée?

La réponse est non :

• Si on approche l’objet de la lentille, l’image devient moins grande (voir figure [loupeplusieursobjets]), mais elle est vue plus près ;
• Si on éloigne l’objet de la lentille (en gardant |OA¯¯¯¯¯¯¯¯|<|OF¯¯¯¯¯¯¯¯||OA¯|<|OF¯| , l’image devient plus grande (voir figure [loupeplusieursobjets]), mais elle est vue plus loin !

L’angle θ′θ′ défini sur cette figure est le même quel que soit le cas, il ne dépend que de la lentille.

Plusieurs couples objets-images pour une loupe

On définit alors le grossissement d’une loupe par le rapport entre :

• L’angle θ′θ′ sous lequel est vu l’image ;
• L’angle θθ sous lequel est vu l’objet depuis l’œil à la distance de vision minimale de l’œil emmétrope soit dm=25cmdm=25cm.

On a donc :

G=θ′θ(1)(1)G=θ′θ

Or si on note h la hauteur de l’objet, f’ la focale de la lentille convergente, on peut écrire dans le cas des petits angles :

G=θ′θ=hf′hdm=dmf′(2)(2)G=θ′θ=hf′hdm=dmf′

Pour avoir un fort grossissement, il faut prendre une lentille de courte focale (de grande vergence).


 

Définition de θθ

Définition de θ′θ′

Présentation d'autres instruments optiques

Lunette de Galilée

La lunette de Galilée est un instrument d'optique doté d'un objectif convergent et d'un oculaire divergent. L'intérêt de ce dernier est de permettre l'obtention d'une image droite, dans le même sens que l'objet. On peut alors réaliser grâce à cette lunette des observations terrestres.
La deuxième caractéristique de celle-ci est qu'elle est un système afocale, l'image d'un objet à l'infini se forme à l'infini, ainsi l'oeil de l'observateur n'aura pas besoin d'accommoder, il se fatiguera moins à l'observation. Pour réaliser une système afocal, on fait en sorte que l'image intermédiaire (image de l'objet par l'objectif) se forme sur le plan focale objet de l'oculaire. 
Au niveau de la construction optique, on utilise toujours les rayons qui passent par le centre optique des lentilles qui ne sont pas déviés, afin de trouver la position de l'image intermédiaire et la direction dans laquelle observer l'image finale. 
Enfin l'image intermédiaire permet également d'exprimer, par l'intermédiaire de l'angle sous lequel on voit l'image finale et l'angle sous lequel on voit l'objet, le grossissement de la lunette uniquement en fonction des focales des deux lentilles.

Lunette astronomique

Cette lunette est plutôt destinée à des observations astronomiques dans le sens où elle donnée d'un objet une image renversée par rapport à celui-ci.
Elle est composée d'un objectif et d'un oculaire convergent, c'est également un système afocal, le foyer image de l'objectif est confondu avec le foyer objet de l'oculaire de façon à ce que l'image de l'objet à l'infini soit à l'infini.
On utilise les rayons qui passent par le centre optique des lentilles pour effectuer la construction : obtention de l'image intermédiaire et de la direction de l'image finale.
L'image intermédiaire permet, comme pour la lunette de Galilée, de relier angle sous lequel on voit l'objet et angle sous lequel on voit l'image pour permettre l'expression du grossissement en fonction des focales de l'objectif et de l'oculaire.

Microscope

Le microscope, composé d'un objectif et d'un oculaire convergents, n'est pas un système afocal. On observe un objet très proche du foyer objet de l'objectif et on en fait une image (intermédiaire) via l'objectif, que l'on place sur le foyer objet de l'oculaire.
Ainsi une nouvelle fois, l'image finale sera à l'infini, pour éviter à l'oeil de l'observateur d'accommoder.
La particularité du microscope tient dans le fait que les deux lentilles, objectif et oculaire, sont solidaires d'un même tube. La mise au point du microscope (le fait de faire coïncider l'image intermédiaire avec le foyer objet de l'oculaire) est réalisée grâce au déplacement du tube par rapport à l'objet.
Le grossissement du microscope dépend de l'angle sous lequel on voit l'image de l'objet à travers l'instrument et de l'angle sous lequel on voit l'objet à la distance minimum de vision distincte de l'oeil emmétrope. 
On montre que ce grossissement peut s'exprimer uniquement en fonction des focales de l'objectif et de l'oculaire, ainsi que de l'intervalle optique, distance entre le foyer image de l'objectif et le foyer objet de l'oculaire, et de la distance minimum de vision distincte.