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Pouvoir de résolution

En optique, le pouvoir de résolution d'un système optique désigne sa capacité à distinguer des détails fins. Il est défini comme la distance angulaire minimale entre deux éléments d'un objet qui permet d'en obtenir deux images séparées (pouvoir séparateur) ; on dit alors que l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) est résolu.

Le pouvoir de résolution (En optique, le pouvoir de résolution d'un système optique désigne sa capacité à distinguer des détails fins. Il est défini comme la distance angulaire minimale entre deux éléments d'un objet...) de l'œil est d'environ une minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...) d'arc, soit environ 100 km sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) de la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne...) vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) ou plus à notre échelle un détail de 1 mm pour un objet ou une image situé à 3 m de distance. En conditions réelles, les télescopes de classe 10 mètres comme le Very Large Telescope au Chili atteignent un pouvoir de résolution de 0,1 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) d'arc, soit 600 fois mieux, environ 200 m sur la surface de la lune.

Limite de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène...)

La diffraction limite le pouvoir de résolution des instruments optiques : un objet ponctuel (En géométrie, un point est le plus petit élément constitutif de l'espace de travail.) donne une image " floue ", appelée tache de diffraction. Si deux détails d'un objet sont trop proches, les taches de diffractions se chevauchent et il devient impossible d'obtenir des images séparées de ces détails.

Pour un instrument optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) D observant à une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) λ, le pouvoir de résolution maximal, exprimé en radians, est

\theta \approx 1.2 \lambda/D.

On retiendra que

  • pour l'œil en vision diurne, le pouvoir de résolution maximum est d'environ 0,5 minute d'arc pour une pupille (Dans l'œil, la pupille est le trou situé au milieu de l'iris. Il nous apparaît noir étant donné que la majorité de la lumière entrant à...) dilatée à 5 mm de diamètre, soit 1 millimètre pour un objet ou une image placé à 6 mètres ou 1/6.000 radian (Le radian (symbole : rad) est l'unité dérivée d'angle plan du système international (SI).). Cette valeur est très optimiste pour les usages courants, qui correspondent plutôt à 1/3.000 ou 1/1.500 radian.
  • pour un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la...) de 10 mètres de diamètre, le pouvoir de résolution théorique est d'environ 15 millisecondes d'arc dans la bande visible du spectre, mais il ne peut être atteint en raison de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation...) atmosphérique qui " floute " les images.
  • pour un microscope optique de 1 cm de diamètre, le pouvoir de résolution théorique est d'environ 15 secondes d'arc, soit 0,5 micromètres pour un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) situé à 1 cm de l'objectif.

Afin d'obtenir une meilleure résolution, deux possibilités sont exploitées :

  • observer avec des longueurs d'ondes plus petites : c'est le cas du microscope électronique qui utilise des électrons de très faible longueur d'onde ;
  • utiliser une optique de plus grand diamètre : c'est le cas en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la...) avec la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) aux grands télescopes. Une variante est d'utiliser l'interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.) entre des télescopes distants.

Petite expérience

L'image ci-dessous fait apparaître un même sujet avec 3 résolutions différentes. À partir d'une certaine distance, votre œil ne fait plus la différence. Il est alors possible de déterminer en gros la résolution d'un ou des deux yeux; il s'agit en première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore...) du rapport entre la taille des gros pixels (image de droite) et la distance à partir de laquelle vous ne percevez plus de différence entre les images.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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