Image (optique)
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Le mot image renvoie à de nombreux sens. En liaison avec la vision, le mot désigne toute représentation d'un objet réel, qu'il s'agisse d'un tableau, dessin, ou d'une projection sur un écran. En physique, et notamment en optique géométrique, le mot image correspond à une définition très précise. Sur le plan expérimental, on a le cas de la projection d'une diapositive sur un écran, par exemple (on parle alors d'image réelle), mais également celui de l'image que l'on voit dans un miroir, ou à travers une loupe (on parle alors d'image virtuelle). Sur le plan théorique, la définition de l'image ne fait pas référence à un support (l'image réelle existe même s'il n'y a pas d'écran !) mais s'appuie sur la notion de stigmatisme.
Sommaire |
[modifier] Définitions
[modifier] Objet et système optique
En optique, on désigne simplement par "objet" tout dispositif émettant ou diffusant de la lumière. La flamme d'une bougie peut être considérée comme un objet lumineux, un trou percé dans un écran et éclairé par derrière, une diapositive éclairée, une préparation sur lamelle pour mettre sur la platine d'un microscope, la Lune, etc., sont des objets.
L'observation de ces objets passe généralement par l'usage d'instruments d'optique : loupe, microscope optique, lunette astronomique, télescope, jumelles, appareil photo, etc. De tels instruments sont des systèmes de lentilles et miroirs qui guident par réflexion et réfraction la lumière jusqu'à l'œil, l'écran, la pellicule... De façon générale, on parle alors de "système optique". L'œil est également un système optique qui peut être modélisé par une lentille (le cristallin) et un écran (la rétine).
L'analyse de la formation des images d'objets par des instruments d'optique repose sur la modélisation de tout objet comme un ensemble de points lumineux : de chaque point de l'objet partent ainsi des rayons lumineux dont une partie est interceptée par le système optique. On notera ici que l'œil n'est qu'un cas particulier de système optique.
[modifier] Image et stigmatisme
En optique, on dit obtenir l'image d'un point-objet, lorsque tous les rayons issus de ce point et passés par le système optique, convergent en un point unique, ou bien semblent provenir d'un point unique. On parle alors de point image ou de l'image du point.
Dans le premier cas on dit que l'image est réelle : les rayons peuvent être reçus sur un écran placé au bon endroit. Dans l'autre cas, l'image est dite virtuelle : on peut la voir en plaçant directement son œil dans le faisceau émergent (l'œil accommode automatiquement).
Attention : l'image, qu'elle soit réelle ou virtuelle existe indépendamment de la présence d'un écran ou de l'œil. (L'image réelle d'une diapositive placée dans un projecteur existe même si l'on n'a pas mis d'écran...)
La propriété qui, à un point objet associe un point image s'appelle le stigmatisme. Une telle propriété des systèmes optiques est rare. Seul le miroir plan est stigmatique pour tout point. D'autres systèmes ne sont rigoureusement stigmatiques que pour quelques points particuliers.
Dans de nombreux cas (en particulier pour les lentilles) on doit se contenter d'un stigmatisme approché (voir plus loin).
[modifier] Images et objets virtuels et réels
[modifier] Image d'un objet : systèmes centrés et aplanétisme
- Définition système centré
- La question de l'image d'un objet étendu
- Aplanétisme
[modifier] Construction d'une image
[modifier] Image à travers un dioptre plan : stigmatisme approché
[modifier] Images données par des lentilles
Dans le modèle des lentilles minces on considère qu'il y a stigmatisme. Ainsi, un point lumineux (appartenant à un objet) émet-il de la lumière qui, interceptée par la lentille reconverge vers un point. C'est ce point qui est l'image optique.
L'image de l'objet tout entier (supposé perpendiculaire à l'axe) se trouve donc à cet endroit précis.
Et c'est donc là qu'il faut (éventuellement) placer un écran pour y voir l'image.
Mais on peut également mettre son œil dans le faisceau et voir l'image, en ce même endroit...)
[modifier] La question des représentations
Les rayons et les faisceaux dessinés sont ceux qu'on ne voit pas en général ! Ne pas confondre "rayons" de construction avec élément du faisceau
