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 (L'optique géométrique est une branche de l'optique, comme le sont l'optique ondulatoire (souvent appelée optique physique) et l'optique quantique. Ces approches ne sont pas opposées, mais complémentaires. L'optique...), le mot image correspond à une définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) très précise. Sur le plan expérimental, on a le cas de la projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) d'une diapositive sur un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte et...), par exemple (on parle alors d'image réelle), mais également celui de l'image que l'on voit dans un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être...), ou à travers une loupe (Une loupe est un instrument d'optique subjectif constitué d'une lentille convexe permettant d'obtenir d'un objet une image agrandie. La loupe est la forme la plus simple du microscope...) (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 (Un système optique est dit stigmatique si tout faisceau issu d'un point lumineux donne à la sortie du système, un faisceau convergent en un point, ou semblant provenir d'un point. Ce...).

Définitions

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 qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est...) et système optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.)

En optique, on désigne simplement par "objet" tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) dispositif émettant ou diffusant de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...). La flamme d'une bougie (La bougie est un objet servant en général à éclairer, composé d'un corps gras et d’une mèche enflammée. Elle a...) 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 (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) d'un microscope, 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 séparant la Terre de la Lune est de...), etc., sont des objets.

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation...) de ces objets passe généralement par l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'instruments d'optique : loupe, microscope optique, lunette astronomique (Une lunette astronomique est un instrument optique qui permet d'augmenter la taille apparente et la luminosité des objets du ciel lors de leur observation.), 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 taille...), jumelles (On désigne par le terme jumelles un dispositif optique binoculaire grossissant destiné à l'observation d'objets à distance, constitué de deux lunettes symétriques montées en parallèle.), appareil photo, etc. De tels instruments sont des systèmes de lentilles et miroirs qui guident par réflexion et réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux milieux. Typiquement, cela se produit à...) 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 (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...) 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

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 astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) en un point unique, ou bien semblent provenir d'un point unique. On parle alors de point image ou de l'image du point.

image virtuelle visible par un œil placé dans le faisceau
image virtuelle visible par un œil placé dans le faisceau

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 (Le mot projecteur peut désigner les instruments d'optique suivants :) 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

Image d'un objet : systèmes centrés et aplanétisme

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

Construction d'une image

Image à travers un dioptre (En optique, un dioptre est une surface séparant deux milieux transparents d'indices de réfraction différents. Si la lumière se propage en ligne droite dans un...) plan : stigmatisme approché

aquarium
aquarium
stigmatisme approché
stigmatisme approché

Images données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) 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 (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin...) 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

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

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