Matériel d’optique : lunettes, collimateur…

Résumé sur les principaux instruments d’optique utilisés en travaux pratiques : il faut connaître leur principe de fonctionnement, ainsi que la méthode pour les régler.

dimanche 18 novembre 2007, par Xavier Ducros

De manière générale, lorsqu’on utilise un instrument d’optique, l’œil ne doit pas accommoder c’est-à-dire que, pour un œil emmétrope [1], l’image de l’objet observé doit être à l’infini.

Lunette réglée à l'infini

Lunette réglée à l’infini

Elle est destinée à l’observation d’objets à l’infini. C’est un système afocal, constitué de deux lentilles convergentes (l’oculaire [2] et l’objectif [3]) et d’un réticule (croix graduée). Le réticule est placé par construction dans le plan focal image de l’objectif.

En pratique, on régle la netteté du réticule à l’aide d’une bague de mise au point de l’oculaire, ce qui a pour effet d’amener le plan focal objet de l’oculaire à coïncider avec le plan du réticule : la lunette est alors réglée à l’infini.


Lunette de visée: Oculaire à gauche, objectif à droite (photo : didaconcept)

Viseur à frontale fixe

Il est également constitué d’un objectif, d’un réticule et d’un oculaire, mais est destiné à l’observation d’objets situés à distance finie. Ce viseur, dit à frontale fixe, permet de pointer la position d’images réelles ou virtuelles : une image vue nette à travers le viseur est toujours à une même distance (qui dépend du modèle utilisé) du viseur (la distance frontale). Ainsi, le viseur permet de faire des mesures de distances, par différence de deux pointés.

En pratique, le réglage consiste à régler l’oculaire, comme pour une lunette réglée à l’infini, de manière à voir le réticule à l’infini à travers l’oculaire : il est alors dans le plan focal objet de l’oculaire. Ensuite, l’objectif est conçu de manière à conjuguer le plan du réticule et le plan de visée. L’image d’un objet visé par l’objectif est dans le plan du réticule, ainsi l’observateur voit net le réticule et l’objet.

Collimateur

Un collimateur permet d’obtenir un objet à l’infini. Cet objet est en fait l’image obtenue à partir d’une source lumineuse qui éclaire un objet placé dans le plan focal objet d’une lentille convergente : l’image finale est à l’infini, et peut servir d’objet à l’infini pour d’autres systèmes optiques.

Pour régler un collimateur, on utilise une lunette réglée à l’infini. L’image de l’objet par l’ensemble collimateur+lunette doit être nette.

Lunette autocollimatrice

C’est une lunette réglée à l’infini équipée d’une lame semi-transparente et d’une lampe permettant de faire le réglage à l’infini par simple visée sur un miroir plan.

Cette opération s’appelle autocollimation : lorsque le réticule est dans le plan focal objet de l’objectif [4], il donne un faisceau de lumière parallèle. Après réflexion de ce faisceau sur le miroir, l’image de retour sera confondue avec le réticule.


Réglage avec le miroir plan: Pour simplifier la figure, le réticule est pris directement comme source de lumière

Il faut tout d’abord régler l’oculaire pour placer le réticule dans le plan focal objet de l’oculaire, afin de le voir net à l’infini et pouvoir ainsi faire des pointés précis de l’image. Le réglage (personnel) se fait par une bague au niveau de l’oculaire. Il est identique à celui de la lunette réglée à l’infini

Pour régler l’objectif :

Mettre la lame semi-transparente en place, ainsi que la lampe interne de la lunette ;
Placer le miroir plan sur l’objectif de la lunette : on doit alors voir dans celle-ci une tache lumineuse.
Régler le tirage de l’objectif pour voir nets simultanément le réticule et son image [5].