Foyers et plans focaux [Systèmes centrés]

Foyers et plans focaux

Introduction

Un faisceau ^[1]cylindrique incident parallèle à l'axe optique convergera en un point F' sur l'axe, point appelé foyer principal ^[2]image du système centré et conjugué d'un point source objet ^[3] situé à l'infini sur l'axe.

Définition : Foyer principal objet

On appelle foyer principal objet le point F situé sur l'axe optique dont l' image ^[4]se situe à l'infini sur l'axe optique ; dans ce cas un faisceau de rayons lumineux, issus de F, émergera du système en un faisceau de rayons parallèles entre eux et à l'axe optique.

Définition : Plan focal objet et plan focal image

Le plan de front ^[5]passant par F est appelé plan focal objet et admet comme conjugué le plan situé à l'infini. De même le plan de front passant par F' sera appelé plan focal image et constituera le conjugué d'un plan objet situé à l'infini.

Définition : Système à foyers et Système afocal

Si les foyers objet et image sont à distance finie on dira que le système est à foyers, tandis que s'ils sont rejetés à l'infini le système sera dit afocal.

Notes

Faisceau Lumineux
Un faisceau lumineux est constitué d'un ensemble de rayons.
Il peut être :
- parallèle si les rayons qui le constituent sont parallèles,
- convergent si les rayons qui le constituent, convergent vers un même point
- divergent si les rayons qui le constituent, semblent provenir d'un même point.
Remarque :
Un faisceau convergent devient un faisceau divergent après passage par le point de convergence.
Foyers
Un foyer image est le point où convergent, après traversée du système optique, les rayons d'un faisceau parallèle. Il est dit principal sur l'axe principal, et secondaire en dehors de cet axe.
Un foyer objet est le point d'où partent les rayons qui, après traversée du système optique, forment un faisceau parallèle. Il est dit principal sur l'axe principal, et secondaire en dehors de cet axe.
Dans l'approximation des lentilles minces, l'ensemble des foyers secondaires et le foyer principal sont tous situés dans un plan de front appelé plan focal.
Objet
En optique, on appelle objet tout ensemble de points lumineux. Il peut s'agir d'une source primaire qui produit de la lumière (ex : soleil, étoiles, filament de lampe allumée, écran de télévision ou d'ordinateur en fonction), ou d'une source secondaire qui diffuse une partie de la lumière qu'elle reçoit (ex : lune, planètes, la plupart des objets qui nous entourent lorsqu'ils sont éclairés).
On considère, en général, des objets plans situés dans des plans de front de systèmes optiques.
Dans des systèmes composés on pourra considérer qu'une image produite par une première partie du système est un objet pour le reste du système.
Image
On appelle image d'un objet par un système optique, l'ensemble des images des points de l'objet.
On appelle image d'un point, la zone de convergence des rayons, après traversée du système optique (image réelle) ou la zone d'où les rayons semblent provenir (image virtuelle). Lorsque cette zone se réduit à un point, le système est dit stigmatique.
En pratique, l'image ressemble à l'objet (sinon le système ne présente pas d'intérêt), elle peut être
- agrandie : plus grande que l'objet ( |grandissement| >1) ;
- rapetissée : plus petite que l'objet ( |grandissement| <1) ;
- droite : dans le même sens que l'objet (grandissement >0) ;
- renversée : dans le sens contraire à l'objet (grandissement <0) ;
- déformée : un système qui déforme parce qu'il n'a pas le même grandissement dans différentes directions provoque une anamorphose (ex : glace déformante) ;
- floue
Plan de Front
Etant donné un système optique centré, on appelle plan de front tout plan perpendiculaire à l'axe principal qui est un axe de symétrie de révolution pour le système optique.
Exemple : sur cette figure, l'objet \(AB\) et l'image \(A'B'\) sont situés dans des plans de front.