Principe des instruments

Cette applet présente le principe des instruments d'optique qui peuvent être schématisés par un doublet (association de deux lentilles minces non accolées).
L'amplitude des déplacements de l'objet est limitée volontairement à la zone utile.
Microscope
Le microscope correspond à l'association d'un objectif qui donne d'un objet situé en avant de son foyer objet une image réelle et d'un oculaire qui permet d'observer cette image intermédiaire (en jaune). Si celle-ci se forme dans le plan focal objet de l'oculaire, l'image finale (en vert) est située à l'infini.
Lunette astronomique
La lunette astronomique comporte un objectif convergent de grande distance focale qui donne d'un objet situé à l'infini une image réelle et d'un oculaire convergent de courte distance focale qui permet d'observer l'image intermédiaire. Si celle-ci se forme dans le plan focal objet de l'oculaire, l'image finale est située à l'infini. Le système est alors afocal et son grandissement est négatif. L'image est inversée et elle est vue sous un angle plus grand que l'objet. Déplacer verticalement le point source (cyan) avec la souris et vérifiez que le rapport des angles sous lesquels sont vus l'image et la source est égal au rapport des distances focales de l'objectif et de l'oculaire.

Lunette de Galilée
Cette lunette terrestre comporte un objectif convergent de grande distance focale qui donne d'un objet situé à l'infini une image réelle et d'un oculaire divergent de courte distance focale qui permet d'observer l'image intermédiaire. Si celle-ci se forme dans le plan focal objet de l'oculaire, l'image finale est située à l'infini. Le système est alors afocal et son grandissement est positif. Contrairement à la lunette astronomique, l'image est droite. Elle est vue sous un angle plus grand que l'objet. Déplacer verticalement le point source (cyan) avec la souris et vérifiez que le rapport des angles sous lesquels sont vus l'image et la source est égal au rapport des distances focales de l'objectif et de l'oculaire.

Téléobjectif
Un objectif photographique de distance focale f' donne d'un objet situé à l'infini et vu sous l'angle a une image de taille y = a.f' : pour augmenter la taille de l'image il faut augmenter la distance focale mais on augmente ainsi l'encombrement de l'appareil.
Dans les téléobjectifs, on place entre l'objectif convergent (focale f'1 > 0) et le film un groupe divergent (focale f'2 < 0 ) distant du premier de e. La distance focale équivalente est égale à :

f' = f'1.f'2/(f'1 + f'2 - e)

Exemple : f'1 = 12 cm ; f'2 = - 3 cm ; e = 9,2 cm ; f' = 180 cm ; Distance L1, film = 51,2 cm. Le grandissement est trois fois plus grand que pour un objectif simple de même encombrement.
L'image intermédiaire est en jaune, l'image finale (plan du film) est en vert.

Zoom
En modifiant la distance e dans un téléobjectif, on modifie la distance focale globale. Les problèmes optiques et mécaniques sont assez complexes il faut maintenir fixe la position de l'image (plan du film) quand on modifie la distance focale et la mise au point.
L'applet permet (en agissant sur les flèches gauche et droite du clavier) de modifier la valeur de e et donc la distance focale du système équivalent.

Oculaire d'Huygens
Un oculaire permet d'observer en l'agrandissant l'image donnée par un objectif. C'est une loupe améliorée.
L'oculaire d'Huygens est tel que les foyers images des deux lentilles sont confondus.
Lorsque l'objet est réel, les rayons utilisés permettent de mettre en évidence les éléments principaux du système. Les rayons réels sont tracés en rouge, les rayons virtuels en rose (plan principal image) et en jaune (plan principal objet).
Quand l'objet devient virtuel, j'ai déterminé le rayon incident qui correspond à un émergent passant par le sommet de la seconde lentille. Quand l'objet est situé dans le plan focal objet de l'oculaire (condition normale d'utilisation) l'image finale agrandie est à l'infini.

Oculaire de Ramsden
L'oculaire de Ramsden est un oculaire symétrique de formule (3-2-3).
Les rayons réels passant par les foyers de l'oculaire sont tracés en rouge. Quand l'objet (image donnée par un objectif) est dans le plan focal objet, l'image finale est à l'infini.

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