Formation des images

Le but de la première partie de ce TP est de vous enseigner quelques techniques usuelles de projection intervenant très fréquemment en optique (géométrique comme ondulatoire). La deuxième partie du TP a pour but de vous présenter quelques méthodes classique de focométrie des lentilles minces. Dans cette deuxième partie, il faudra tout particulièrement soigner le traitement des incertitudes pour chacune des méthodes. Vous pouvez consulter la fiche guide « Formation des images, focométrie » pour des explications complètes et des conseils de méthode. Cette fiche contient ce qu’il faut retenir, il vous sera donc utile d’en connaître le contenu car vous n’y aurez pas le droit lors de l’examen de TP final. L’objectif de ce TP est de vous aider à l’assimiler par l’expérience. Afin de réaliser un montage optique de qualité, qui fournit une image bien éclairée avec le minimum de distortions, il est nécessaire de bien comprendre les tenants et aboutissants, les limitations et les compromis imposés par les inévitables défauts des instruments optiques. On dispose comme source lumineuse d’un boîtier dans lequel se trouve une ampoule et un condenseur (c’est-à-dire une lentille convergente). On peut régler la position de l’ampoule à l’aide d’une manette sur le côté, appelée par la suite la tirette. Ce réglage permet de régler la divergence du faisceau issu de la source, en déplaçant l’image de l’ampoule par le condenseur.

à bonne hauteur par rapport à la source et à l’objet. Pour se faire, commencer par l’approcher le plus près possible de la source, régler sa hauteur, puis placer-la à l’endroit voulu. Il est important d’avoir un montage où tous les éléments optiques soient à la même hauteur sinon, comme on le verra plus bas, on accumule les effets d’aberrations. On utilise désormais une lentille convergente pour faire l’image de l’objet sur un écran (ainsi l’objet et l’image sont tous les deux réels). On rappelle que la distance minimale entre un objet réel et son image réelle par une lentille convergente est de 4fÀ l’exception de la partie 1.2.3, les manipulations de cette partie se feront à l’aide de la grande boîte Phywe dans laquelle vous trouverez une source lumineuse et son alimentation, divers diaphragmes (fentes) permettant de sélectionner un ou plusieurs rayons de lumière, un disque gradué pour une mesure directe des angles, un écran (recouvert de papier millimétré) et enfin différents dioptres et miroirs sphériques. Les conditions de Gauss sont des conditions définies pour limiter au maximum les effets d’aberrations géométriques (et donc utiliser le système optique dans un domaine de stigmatisme approché).

Vous disposez dans la boîte de plusieurs lentilles convergentes et divergentes.⋆ Assurez-vous de savoir reconnaître rapidement si une lentille est convergente ou divergente. ⋆ Estimer rapidement la focale des lentilles convergentes et choisir une lentille de focale f⋆ Utiliser l’objet « lettre P », puis prendre la lentille et accoler derrière celle-ci un miroir plan. Ajuster la position du système {lentille + miroir accolé} pour que l’image par ce système se forme sur le plan de l’objet. A-t-on besoin que le miroir soit parfaitement perpendiculaire à l’axe optique ?autour de son axe et déterminer la nouvelle distance permettant d’avoir l’image sur le plan de l’objet. En déduire le décalage d entre la position réelle du centre de la lentille et le pied du support. Conserver la lentille convergente utilisée dans la partie précédente, et pour laquelle vous disposez déjà d’une mesure (relativement précise) de la focale. Dans la suite, vous devrez compenser de l’erreur systématique d que vous avez évalué dans la partie précédente.(voir figure 2). Pour cela, il est commode de se ramener à une droite, et donc de tracer la courbe 1/psont algébriques. Afin de disposer du maximum de points sur la droite, il est nécessaire de balayer le plus possible les valeurs de p, afin de ne pas se contenter d’analyser qu’une branche des hyperboles de conjugaison.⋆ Entraînez-vous à construire un objet virtuel pour la lentille dont vous cherchez la focale. ⋆ Entraînez-vous à mesurer p. Avant de commencer bille en tête les mesures, il est important d’avoir une idée assez précise des positions de chaque élément afin d’éviter des tentatives de mesures incompatibles avec la taille..