1Cours d'optique géométrique Application la photographie

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Niveau: Supérieur, Licence, Bac+2
1Cours d'optique géométrique Application à la photographie Année 2004-2005 DEUG SMa2 O. Jacquin mailto:

  • expériences validant l'aspect ondulatoire de la lumière

  • géométrique application

  • lumière naturelle

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  • onde

  • optique

  • lumière


Publié le : mercredi 30 mai 2012
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Source : physique-eea.ujf-grenoble.fr
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Cours d’optique géométrique
Application à la photographie
Année 2004-2005
DEUG SMa2
O. Jacquin
mailto: ojacquin@spectro.ujf-grenoble.fr
1Introduction.
Qu’est ce que l’optique?
L’optique est une branche de la physique qui s’intéresse à l’étude des
phénomènes lumineux.
Domaine très large:
•Perception du monde qui nous entoure (formation des images).
•Instruments d’optiques (jumelles, télescope, microscope, ...).
•Propagation d’information via la lumière (fibre optique).
•Sources lumineuses (laser, lampe Sodium, ...).
•Détecteurs (Caméra IR, photodétecteur, matériaux SC).
Cours: Optique géométrique.
•Branche ancienne de l ’optique très utilisée en optique instrumentale.
•Formation des images à travers un système optique.
•Etude d ’instruments d’optique.
•L’étude d’un système optique bien connu : l’appareil photographique.
2Nature de la Lumière.
Qu’est ce que la lumière?
Pendant plusieurs siècles deux tendances se sont affrontées: onde-corpuscule.
ème
Au 17 siècle:
•Corpusculaire pour expliquer la réflexion (Descartes, Newton).
•Ondulatoire pour expliquer la diffraction (Grimaldi, Huygens).
ème ème
Du 17 au 19 siècle:
•Expériences validant l’aspect ondulatoire de la lumière (Fresnel, Maxwell)validant l’aspect corpusculaire de la lumière ( Hertz, Einstein)
ème
Au 20 siècle:
•Dualité onde-corpuscule comme les e- (Broglie, Heisenberg, Dirac)
Lumière = ondes et photons
3Caractéristiques de l’onde lumineuse.
Période T
Ondes: Son, Houle.
Caractéristiques:
C
•Amplitude.
-1
•Fréquence ν. [s ]
-1
•Vitesse C. [m.s ]
C
•Longueur d’onde λ: [m]
λ = = CT
ν
Photon associé:
-34
•Énergie E : E=hν [j] où h est la constante de Plank h=6.626 10 J.s
Caractéristiques de l’onde lumineuse:
•Onde sans support.
•Propagation dans le vide à la vitesse C.
-1 8 -1
•C = 299792456 m.s (3 10 m.s )
Quelques repères
•7 fois le tour de la terre en 1s.
•Distance terre-soleil en ≈8min.
4Ondes électromagnétiques.
•La lumière visible fait partie d'une grande famille de phénomènes de même
nature: les ondes électromagnétiques.
•Variation d'un champ électrique et du champ magnétique, dans l’espace et
dans le temps.
•La lumière naturelle est donc une superposition d’ondes électromagnétiques
de différentes longueurs d’ondes (couleurs).
5Visible = Spectre de l’œil.
Ordre de
grandeur de
bleu vert rouge λ ≈ 1µm
visible
L'œil est sensible aux radiations lumineuses dont la longueur d'onde est comprise
entre 0.380 µm et 0.780 µm.
Œil est un photodétecteur ayant une bande passante particulière.
6Interaction lumière-matière.
Quand la lumière rencontre un milieu homogène, isotrope et transparent
on peut observer:
Une interaction lumière-matière conduisant à
une déviation de la trajectoire de la lumière du
•Réflexion:
même côté du corps d'où elle est venue.
Une interaction lumière-matière conduisant à
une déviation de la trajectoire de la lumière au
•Réfraction:
moment où elle traverse deux milieux
transparents.
Une interaction lumière-matière conduisant à
la décomposition de la lumière blanche en ses
•Dispersion:
différentes composantes.
7Indice de réfraction.
Interaction Lumière-Matière définie par 1 seule grandeur physique : vitesse
de la lumière v dans le matériau.
C
Indice de réfraction: n(λ,T, P) =
v(λ,T, P)
n(verre)≈≈≈≈1.5
1,53
1,525
1,52
B
1
1,515
Dispersion :
n(λ) = A + loi de Cauchy
2
1,51λ
1,505
1,5
0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8
lambda en µm
Exemple à T et P ambiante :
0.486 0. 589 0. 656
Longueur
(raie bleu de (raie D de (raie H de
d'onde en µm
l'hydrogène) sodium) l'hydrogène)
Eau 1.3371 1.3330 1.3311
Verre 1.5157 1.5100 1.5076
8
i
n
di
c
e
de

f
r
c
a
t
i
o
nRayons lumineux.
On peux également décrire la lumière par des rayons lumineux dans certain.
Notion intuitive:
Rayons lumineux:
•Pas de signification physique mais c’est un outil très intéressant pour décrire
la propagation de lumière dans des conditions bien définies.
•On peut les considérer comme la trajectoire de l’énergie lumineuse (milieux
isotropes).
•Ils sont à la base du développement de l’optique géométrique.
9Description de la lumière.
Outil de description de la lumière: Ondes, Photons ou Rayons Lumineux selon
le contexte considéré.
Description: elle dépend de la dimension DO des objets par rapport à λ :
λ ≈λ λ
DO>> DO DO<<
Description Rayon Onde Photon
Formation des InterfØrence - Effet
Application
images diffraction photoØlectrique
Łme Łme Łme
Apparition 17 siŁcle 19 siŁcle 20 siŁcle
10

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