Aberration
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[modifier] aberration de la lumière
- L'aberration de la lumière est un phénomène se traduisant par le fait que la direction apparente d'une source lumineuse dépend de la vitesse de celui qui l'observe.
[modifier] aberrations optiques
Les systèmes optiques (comme les lentilles ou les miroirs) ne forment pas des images parfaites : l'image d'un point n'est pas un point, mais une tache. Ces aberrations affectent la qualité des images, mais peuvent cependant être minimisées.
Voir l’article aberrations des lentilles optiques.On classe les aberrations en 2 grandes familles :
- aberrations chromatiques : l'image se forme différemment selon la couleur de la lumière.
- aberrations géométriques, qui caractérisent les écarts à l'optique géométrique, écarts d'autant plus grands que l'on s'éloigne des conditions de Gauss. Les aberrations géométriques se classent en considérant le développement limité qui permet de prendre en compte ces écarts.
[modifier] Aberration chromatique
- En optique géométrique, l'aberration chromatique désigne une aberration optique qui produit une image floue et aux contours irisés. La dispersion des verres habituels fait que la lumière se propage à des vitesses différentes en fonction de sa longueur d'onde, parce que l'indice de réfraction du verre n'est pas le même pour toutes les longueurs d'onde. Le bleu et le rouge ne se focalisent pas au même endroit. On définit donc divers foyers pour diverses couleurs :
Les lentilles n'étant autres que des dioptres, la réfraction de la lumière dépend de la longueur d'onde. En conséquence, notamment, le foyer pour le bleu est-il plus près de la lentille que pour le rouge (le bleu étant plus dévié).
L'aberration chromatique peut être corrigée par l'adjonction d'une deuxième lentille (voir doublet (optique)).
[modifier] Aberrations géométriques
[modifier] Aberration sphérique
En optique géométrique, l'aberration sphérique désigne une aberration optique dont l'une des conséquences est la disparition du foyer. Les rayons provenant du bord et du centre de l'optique ne se focalisent plus au même point. On observe alors une caustique de focalisation, dans laquelle le point image attendu sera remplacé par un halo plus ou moins flou. On définit donc trois foyers principalement :
- le foyer paraxial : il est défini par l'approximation de l'optique géométrique
- le meilleur foyer : il correspond à l'endroit où la tache est la moins diffuse
- le foyer marginal : c'est celui correspondant à l'intersection des rayons marginaux (i.e. ceux qui passent par les bords de la pupille du système optique)
Pour une lentille sphérique, les rayons se trouvant au bord de la lentille focalisent à une place légèrement différente des rayons se trouvant au centre : l'image d'un point est donc une tache floue.
Ceci est dû au fait qu'une surface sphérique n'est pas la forme idéale pour réaliser une lentille. Il s'agit cependant de la forme la plus simple à polir, et elle reste très souvent utilisée.
L'aberration sphérique peut être minimisée en choisissant soigneusement une courbure particulière de la surface de la lentille : on utilise des lentilles non-sphériques que l'on nomme lentilles asphériques, utilisables pour des applications particulières bien déterminées.
Dans l'animation ci-dessous, les rayons émergeants sont construits en respectant rigoureusement la réfraction en I et J et l'on voit que le foyer se déplace. Pour obtenir un foyer là où il est indiqué dans les schémas plus haut il faut en pratique utiliser un diaphragme pour être dans les conditions de Gauss (c'est-à-dire de stigmatisme approché).
[modifier] Coma
En optique géométrique, l'aberration de coma désigne une aberration optique qui dépend du champ d'une part et de l'ouverture d'autre part (i.e. de la distance du point d'impact des rayons sur la pupille par rapport au centre de celle-ci). Cette aberration est dite "de champ" car elle n'existe pas sur l'axe optique. L'effet de cette aberration est de produire une tache en forme d'aigrette dans un plan d'observation :
Les rayons parallèles qui ne sont pas dans l'axe optique de la lentille ne convergent pas tous en un même point sur le plan focal. Les rayons qui passent sur les bords de la lentille peuvent être focalisés plus loin ou plus près de l'axe optique que ceux passant au centre de la lentille. On parle respectivement de coma positive et de coma négative.
Comme pour l'aberration de sphéricité, il est possible de réduire la coma en choisissant une courbure particulière de la lentille.
[modifier] Astigmatisme
[modifier] Distorsion
La distorsion est proportionnelle à y3 (y étant la taille de l'image). Cette aberration est donc indépendante de la dimension de la pupille. À la limite, la distorsion existe même si la pupille est réduite à un point. En fait la distorsion n'est pas vraiment une aberration car ici l'image d'un point est un point. Seule la position du point image est modifiée par rapport à celle prévue par l'optique géométrique.
