Une lentille est un élément homogène, isotrope, transparent, traditionnellement en verre, dont au moins l’une des faces n’est pas plane et destiné à faire converger ou diverger la lumière.
Son utilisation implique que son indice de réfraction soit différent de celui du milieu dans lequel elle est plongée (air, huile, eau…). Les lentilles sont souvent réalisées en verre ou en matériau organique et possèdent la plupart du temps un axe de symétrie confondu avec l’axe optique.
Il existe aussi des lentilles qui agissent sur d’autres types d’onde électromagnétique, au moyen d’un champ électrique et/ou d’un champ magnétique.
Les premières traces d’utilisation d’une lentille proviennent de la Grèce antique. Aristophane y fait notamment référence dans sa pièce Les Nuées écrite en 423 av. J.-C. en évoquant un verre à feu (une lentille convexe utilisée pour produire du feu en focalisant les rayons solaires).
Les écrits de Pline l'Ancien (23-79) montrent également qu’un tel dispositif était connu dans l’Empire romain. Ils mentionnent ce qui peut être interprété comme la première utilisation d’une lentille pour corriger la vue en décrivant l’utilisation que fait Néron d’une émeraude de forme convexe lors des spectacles de gladiateurs (probablement pour corriger une myopie). Sénèque le Jeune (3 av. J.-C. - 65) décrit l’effet grossissant d’un globe en verre rempli d’eau.
Le mathématicien arabe Alhazen (965-1038), a écrit le premier traité d’optique qui décrit comment le cristallin forme une image sur la rétine.
Les lentilles n’ont cependant pas été utilisées par le grand public avant la généralisation des lunettes de vue, probablement inventées en Italie dans les années 1280.
Selon la forme de ses faces d’entrée et de sortie, une lentille sera convergente ou divergente.
On distingue six types de lentilles :
Le symbole en double flèche est utilisé dans le cas des lentilles minces, qui permet de simplifier les constructions grâce à certaines approximations lorsque l’on respecte les conditions de Gauss, c’est-à-dire lorsque les rayons qui frappent la lentille frappent à proximité du centre optique de la lentille et que leur direction est proche de l’axe optique.
Une lentille mince est une lentille qui remplit les trois conditions suivantes :
Les lentilles épaisses n’ont pas les mêmes propriétés (aussi simples) que les lentilles minces.
Les lentilles cylindriques sont donc des cylindres au sens large (forme obtenue en faisant translater une courbe selon une génératrice). Les dioptres sont eux-mêmes des cylindres.
Pour les rayons se propageant dans un plan contenant une génératrice, elles se comportent comme une vitre, le rayon n’est pas dévié. Pour les rayons se propageant dans un plan perpendiculaire aux génératrices, elles se comportent comme une lentille classique à symétrie axiale.
Elles sont principalement utilisées dans deux applications :
Lentille cylindrique biconcave | Lentille cylindrique plan-convexe | Lentille cylindrique biconcave utilisée pour une démonstration d’optique |