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.

Définitions[modifier | modifier le code]

Objet et système optique[modifier | modifier le code]

Point source 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 photographique, 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.

Image et stigmatisme[modifier | modifier le code]

Image réelle recueillie sur un écran.
Image virtuelle visible par un œil placé dans le faisceau.

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).

Images et objets virtuels et réels[modifier | modifier le code]

-A est un objet réel s'il est avant le système optique sur lequel il envoie un faisceau divergent.

ex:Texte lu à travers une loupe

-A est un objet virtuel si les rayons convergents rencontrent le système optique avant de se couper en A

-A' est l'image réelle de A si les rayons sortent du système optique en faisceau convergent de sommet A'.

-A' est l'image virtuelle de A si les rayons sortent du système optique en faisceau divergent de sommet A'. On dit alors que l'image virtuelle est homothétique à l'objet (c.a.d. qu'elle a la même forme, cependant la taille peut varier)

Image d'un objet : systèmes centrés et aplanétisme[modifier | modifier le code]

  1. Définition système centré
  2. La question de l'image d'un objet étendu
  3. Aplanétisme

essentiel des leçons de formation des images

  • une lentille donne d'un objet A un point d'image A' et un seul
  • tous les rayons issus de A, émergent de la lentille en passant par son image réelle A' ou en semblant venir de son image virtuelle À.
  • dans le cas d'une lentille convergente, la position, la nature, la taille et le sens de l'image dépendent de la position de l'objet
  • dans le cas d'une lentille divergente, l'image est droite, virtuelle et plus petite que l'objet, quelle que soit la position de l'objet

Construction d'une image[modifier | modifier le code]

Image à travers un dioptre plan : stigmatisme approché[modifier | modifier le code]

Stigmatisme approché dans le cas du dioptre plan : l'image d'un point est une tâche de petite dimension.

Le dioptre plan permet de réaliser un stigmatisme approché. L'ensemble des rayons issus du point source sont réfractés par le dioptre plan et forment une image qui n'est pas ponctuelle. Si l'image formée est une tâche de suffisamment petite dimension pour que le récepteur (pellicule photographique ou œil par exemple) l'assimile à un point, alors on parle de stigmatisme approché.

Images données par des lentilles[modifier | modifier le code]

Lentille mince : image d'un point

Dans le modèle des lentilles minces et dans le cadre de l'approximation de Gauss, on considère qu'il y a stigmatisme approché. 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...)

La question des représentations[modifier | modifier le code]

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

Voir aussi[modifier | modifier le code]