optioue

COURS DE PHYSIQUE
OPTIOUE
par
Andre MOUSSA
Paul PONSONNET
Professeur ä la Faculte des Sciences
Professeur agrege au Lycee du Pare
de Grenoble
de Lyon
53 / 54, quai Pierre-Seize -
LYON
TABLE DES MATIERES
Les nombres en caracteres gras indiquent les numeros des paragraphes.
Les nombres en romain indiquent les numeros des pages.
PREMIERE
PARTIE.
FORMATION DES IMAGES DANS LES SYSTEMES OPTIQUES
Chapitre I. —• Generalites. Principes fondamentaux. Lois de Descartes.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Generalites
Vitesse de propagation. Longueur d'onde
Optique geometrique
Propagation rectiligne. Rayons et faisceaux lumineux
Independance des rayons lumineux
Limite de validite des principes precedents
Passage de la lumiere d'un milieu dans un autre
Lois de Descartes
Principe du retour inverse
Verification experimental
Indices relatifs et indices absolus. Forme symetrique de la loi de
Descartes
12. Signification physique de l'indice. Dispersion
13. Conclusion.
Resume
13
13
14
14
15
16
16
17
18
18
19
20
21
21
Chapitre II. — Systemes optiques. Images. Stigmatisme. Realite et vlrtualite.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Systemes optiques
Image d'un point lumineux. Stigmatisme
Stigmatisme approche
Images reelles et virtuelles
Objets reels et virtuels
Espaces objet et image. Espaces conjugues
Cas des systemes catadioptriques
Resume
23
23
24
24
25
26
27
28
Chapitre I I I . — Miroirs plans.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Miroir plan. Definition. Stigmatisme
Point objet virtuel
Objet etendu
Rotation d'un miroir plan
Methode de Poggendorff pour la mesure des angles
Associations de miroirs plans
Cas de deux miroirs
29
30
30
30
31
32
32
466
TABLE DES MATIERES
8.
9.
10.
11.
Miroirs rectangulaires
Triedre trirectangle de miroirs
Pouvoir reflecteur
j
Realisation pratique des miroirs
Resume
33
34
35
36
36
Chapitre IV. — Miroirs spheriques.
1.
2.
3.
4.
5.
Definition
Stigmatisme. Etude geometrique directe
Stigmatisme rigoureux
Stigmatisme approche
Realisation pratique du stigmatisme approche. Zone de stigmatisme
approche d'un miroir de faible Ouvertüre
Image d'un objet plan perpendiculaire к Taxe principal
Approximation de Gauss
Miroirs concaves et convexes
Foyers. Plans focaux
Constructions geometriques. Remarques generales
Constructions dans le miroir spherique
Relations de conjugaison
Grandissement axial
Discussion des formules. Positions correspondantes des objets et
images
Champ d'un'miroir pour une position donnee de Г ceil
Emploi d'un miroir concave dans la methode de Poggendorff
Resume
Exercices, se'rie A
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
37
37
38
39
40
42
43
44
44
45
46
48
49
50
53
54
54
56
Chapitre V. — Refraction. Dioptre plan. Lame ä faces paralleles.
A.
GENERALITES.
1. Discussion de la loi de Descartes relative ä la refraction
2. Construction du rayon refracte
59
61
B. DIOPTRE PLAN.
3.
4.
5.
6.
7.
Definition. Stigmatisme
Stigmatisme approche
Image d'un objet plan perpendiculaire а Гахе
Approximation de Gauss
Relation de conjugaison. Grandissement axial. Objet ä trois dimensions
61
62
63
63
64
C. LAME A FACES PARALLELES.
8.
9.
10.
11.
Definition. Marche d'un rayon
Stigmatisme
Relation de conjugaison
Dioptre equivalent
64
65
66
66
D. ASSOCIATIONS DE DIOPTRES PLANS ET DE MIROIRS PLANS.
12. Lame ä faces paralleles argentee, ou miroir к argenture posterieure.
13. Prisme к reflexion totale
14. Prisme ä double reflexion totale
Resume
67
69
70
71
TABLE DES MATIERES
467
Chapitre VI. — Prisme.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Definitions
Marche d'un rayon. Formules
Conditions d'emergence
Etude de la deviation
Verifications experimentales
Applications
Stigmatisme du prisme
Image d'un objet tres eloigne
Exercice. Rotation d'un prisme
Resume
73
73
75
77
81
83
83
84
85
87
Chapitre VII. — Dioptre spherique.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Definition. Importance pratique
Invariant fundamental
Stigmatisme rigoureux
Stigmatisme approche
Approximation de Gauss
Foyers. Plans focaux
Positions des foyers. Convergence
Constructions geometriques
Formules de conjugaison
Relation de Lagrange-Helmholtz
Grandissement axial
Discussion des formules
Resume
Exercices, sirie В
•.
8g
89
90
92
94
95
96
98
99
101
104
105
107
iog
Chapitre VIII. — Systemes centres dioptriques.
A. GENERALITIES SUR LES SYSTEMES CENTRES.
1. Definitions
112
2. Approximation de Gauss
112
3. Proprietes generates des systemes centres dans Г approximation de
Gauss
113
4. Foyers et plans focaux. Classification des systemes centres
115
B. SYSTEMES DIOPTRIQUES A FOYERS.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Plans principaux
116
Distances focales
117
Rapport des distances focales. Systemes convergents et divergents. 119
Constructions geometriques.
121
Formules de conjugaison
122
Plans antiprincipaux
123
Points nodaux et antinodaux
124
Elements cardinaux d'un Systeme centre
126
Cas particuliers
126
С
SYSTEMES DIOPTRIQUES AFOCAUX.
14. Definition et proprietes
15. Cas particuliers
Resume
127
129
129
468
TABLE DES MATIERES
Chapitre IX. — Associations de systemes centres.
1. Association de deux systemes centres dioptriques.
132
2. Association d'un Systeme centre et d'un miroir. Systeme catadioptrique
135
3. Equivalence к un miroir spherique unique
135
4. Recherche des elements du miroir equivalent
136
5. Systemes catadioptriques afocaux
137
Resume
139
Chapitre X. — Lentilles epaisses.
1.
2.
8.
4.
5.
Generalites
Elements cardinaux d'une lentille epaisse
Centre optique
Position du centre optique par rapport aux faces de la lentille
Points nodaux et principaux deduits du centre optique
Resume
140
141
142
143
144
144
Chapitre X I . — Lentilles minces.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Generalites. Condition de « minceur » d'une lentille
Centre optique. Points nodaux et principaux
Foyers. Plans focaux. Distance focale
Convergence d'une lentille mince
Constructions geometriques
Formules de conjugaison
Rapport de convergence et grandissement axial
Discussion des formules
Cas particuliers
Doublets
Doublet accole. Theoreme des convergences
Doublet non accole
Resume
:
145
145
146
147
148
150
151
151
152
153
153
154
155
Chapitre X I I . — Calcul pratique des elements cardinaux d'un Systeme centre.
1. Introduction
157
A. SYSTEMES DIOPTRIQUES DISSYMETRIQUES.
2.
3.
4.
5.
6.
Methode algebrique par association
Methode analytique par emploi des relations de conjugaison
Methode geometrique
Exemple. Doublet 3, 2, 1
Exemple. Lentille epaisse ä milieux extremes differents
157
158
158
159
161
B. SYSTEMES DIOPTRIQUES SYMETRIQUES.
7. Methode speciale aux systemes symetriques
8. Exemple. Doublet 3, 2, 3
9. Exemple. Lentille-boule
163
163
164
C. SYSTEMES DIOPTRIQUES AFOCAUX.
10. Exemple. Doublet afocal
167
D. SYSTEMES CATADIOPTRIQUES.
11. Exemple. Lentille epaisse argentee
168
TABLE DES MATIERES
469
12. Cas d'un milieu к indice variable. Artifice de la pellicule dioptrique
infiniment mince
Resume
169
170
Chapitre X I I I . — Focometrie.
1. Introduction
171
A. METHODE
D'AUTOCOLLIMATION.
2. Cas d'un miroir
3. Application aux systemes catadioptriques, et particulierement aux
lentilles minces
171
172
В. METHODES DE FOCOMETRIE APPLICABLES AUX LENTILLES MINCES.
4.
5.
6.
7.
С
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Methode de compensation
Methodes utilisant les formules de conjugaison
Mesure d'un grandissement. Methode de Silbermann
Emploi d'un collimateur et d'un viseur
173
174
175
176
METHODES DE FOCOMETRIE APPLICABLES AUX SYSTEMES EPAIS.
Generalites
Emploi de points conjugues. Meilleures conditions de precision
Calcul de l'erreur
Methode de «Cornu
Methode de Davanne et Martin
Methodes utilisant les definitions des distances focales
Resume
Exercices, serie С
177
178
178
179
180
181
182
184
Chapitre XIV. — Retour sur les principes de l'optlque geometrique.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Principe de Fermat
Chemin optique
Surfaces d'onde
Theoreme de Malus
Principe d'Huyghens
Application
Construction d'Huyghens
Resume
190
192
193
193
194
194
195
196
Chapitre XV. — Condition de stlgmatlsme.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Stigmatisme rigoureux
Stigmatisme approche
Exemples d'application. Stigmatisme rigoureux.
Exemple d'application. Stigmatisme approche
Precisions sur l'approximation de Gauss
Aplanetisme
Cas particulier
Probleme
Points aplanetiques du dioptre spherique
Resume
198
199
199
202
203
204
205
206
207
207
Chapitre XVI. — Forme generale d'un falsoeau lumineux.
1. Proprietes d'une surface au voisinage d'un de ses points
209
TABLE DES MATIERES
470
2.
3.
4.
5.
Forme du pinceau lumineux
Experience
Sections du pinceau
Experience
Resume
210
211
211
212
213
Chapitre XVII. — Aberrations.
1 . Aberrations d'ordre geometrique
2. Aberrations d'ordre physique
214
214
A. ABERRATIONS DE SPHERICITE.
3. Definitions
4. Calcul des aberrations de sphericite
5. Exemples
216
216
216
6. Correction par compensation
217
B. POINT VOISIN DE L'AXE. DEFAUT DE COMA.
С
POINT ELOIGNE DE L'AXE.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Astigmatisme
Pseudo-images
Courbure de champ
Distorsion
Experience
Correction de la distorsion. Orthoscopie
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Causes
Verres
Categories de verres.
Nature de l'aberration
Calcul des aberrations chromatiques
Cas d'une lentille mince
Correction
Choix des radiations ä achromatiser
219
220
221
221
222
224
D. ABERRATIONS CHROMATIQUES.
E.
224
225
225
225
226
226
227
229
DIFFRACTION.
Resume
Exercices, sdrie D
231
233
DEÜXIEME
PARTIE.
INSTRUMENTS D'OPTIQUE
Chapitre XVIII. — Elements de Photometrie.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Flux energetique
Flux lumineux
Intensity lumineuse
Luminance ou brillance
Eclairement d'un ecran
Calcul du flux emis
Unites photometriques
239
239
239
240
241
241
242
TABLE DES MATIERES
8. Mesures photometriques visuelles
Resume
471
243
244
Chapitre X I X . — L'oeil.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Constitution de l'oeil
Elements cardinaux de l'oeil
Champ de l'oeil
Champ en profondeur. Accommodation
Grandeur de l'image r&tinienne
Nettete de l'image
Consequence. Acuite visuelle ou pouvoir separateur de 1'oeil
Resultats
Pouvoir de perception de l'oeil
Defauts de l'oeil et corrections
Resume
246
246
247
247
248
248
249
250
250
251
253
Chapitre XX. — Generalites sur les instruments d'optique.
1. Classification
2. Qualites d'un instrument
255
255
A. GRANDEUR DE L'IMAGE.
8. Instrument objectif
4. Instrument subjectif
255
256
В. CHAMP.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Champ en largeur
Röle des diaphragmes
Diaphragme de champ et lucarnes
Differents champs
Eclairement du champ
Determination des champs
Calcul
Champ en profondeur
Instrument objectif. Profondeur de nettete
Instrument subjectif. Profondeur d'accommodation
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Definition
Mesure experimental
Causes de limitation
Influence de la diffraction
Limite de resolution
Cas d'un instrument subjectif. Influence de l'oeil
Pouvoir de perception
Exemples
Cas d'un instrument objectif
24.
25.
26.
27.
28.
Flux lumineux entrant dans un instrument
Flux lumineux sortant de l'instrument
Instrument objectif : eclairement de l'image reelle
Cas particulier : eclairement de l'image retinienne
Instrument subjectif. Luminance apparente d'une image virtuelle.
258
259
259
260
260
261
262
263
264
266
C. POUVOIR SEPARATEUR.
267
267
267
268
269
271
274
274
275
D. E T U D E PHOTOMETRIQUE D'UN INSTRUMENT D'OPTIQUE.
275
276
277
278
278
472
TABLE DES MATIERES
29. Clarte ou luminosite d'un instrument
Resume
Exercices, sirie E
279
283
287
Chapitre X X I . — Loupe et oculalres.
A.
LOUPE.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Marche des rayons
Mise au point
Puissance
Grossissement
Grossissement commercial
Ordre de grandeur
Mesure de la puissance
Champ transversal
Pouvoir separateur
Clarte
Realisations
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Definition
Mise au point
Puissance
Champ transversal
Achromatisme apparent
Conclusion
Exemples d'oculaires composes
Oculaire micrometrique
Resume
B.
291
292
292
293
293
293
294
294
295
295
296
OCULAIRES.
296
297
297
298
299
300
300
303
303
Chapitre X X I I . — Microscope.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
R61e et constitution
Construction de l'image
Ordre de grandeur des divers elements
Diaphragme d'ouverture. Cercle oculaire
Mise au point. Profondeur de champ
Puissance
Grossissement
Mesure de la puissance
Champ transversal
Pouvoir separateur
Dispositif d'eclairage
Mesure du pouvoir separateur
Clarte
Realisation des objectifs.
Microphotographie
Resume
305
305
306
307
308
310
311
311
313
316
318
319
319
323
324
324
Chapitre X X I I I . — Lunette astronomique. Telescope.
A. LUNETTE ASTRONOMIQUE.
1. Description
2. Construction de l'image
325
325
TABLE DES MATIERES
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Ordres de grandeur
Diaphragme d'ouverture. Cercle oculaire
Mise au point
Grossissement
Mesure du grossissement
Champ transversal
Mesure du champ transversal
Pouvoir separateur.
Mesure du pouvoir separateur
Clarte
Realisation
B.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
473
326
326
328
328
329
330
333
333
335
335
338
TELESCOPE.
Generalites
Proprietes du telescope
Comparaison entre lunette et telescope
Conclusion
Realisation
Fixation d'un instrument astronomique
Remarque sur la position de l'oeil derriere un instrument d'optique.
Resume
339
340
340
341
341
341
342
343
Chapitre XXIV. — Lunettes terrestres.
1. Generalites
345
A.
2.
3.
4.
5.
Constitution
Mise au point
Grossissement
Champ
LONGUE-VUE.
345
346
346
346
'
В. LUNETTE A PRISMES.
в.
7.
8.
9.
Constitution
Mise au point
Grossissement
Clarte
347
347
348
348
С
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
LUNETTE DE GALILEE.
Generalites
Cercle oculaire. Position de Геей
Rayon du cercle oculaire
Mise au point
Grossissement
Mesure du grossissement
Champ transversal
Ordre de grandeur du champ moyen
Pouvoir separateur
Clarte
Comparaison avec les autres lunettes terrestres
D.
21. Description
22. Reglage
348
349
349
350
350
351
351
352
353
353
353
VISEURS.
354
354
TABLE DES MATIERES
474
23. Usages
24. Erreur de pointe
Resume
,
355
355
356
Chapitre XXV. — Objectif photographique.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Principe
Diaphragme d'ouverture
Mise au point
Grandeur de l'image
Pouvoir separateur
Nettete
Champ transversal
Profondeur de champ
Distance hyperfocale
Profondeur de foyer
Clarte
Conclusion sur le reglage
Limite de resolution dans le plan de l'objet
Mesures et verifications relatives ä un objectif photographique. . . .
Resume
358
358
359
359
360
361
361
362
363
365
366
367
367
368
370
Chapitre XXVI. — Principe du spectrographe ä prisme.
1.
2.
3.
4.
5.
But
Principe
Dispersion
Pouvoir separateur. Resolution
Applications
Resume
Exercices, sirie F
\.
371
371
372
373
375
375
376
TROISIEME PARTIE
Chapitre XXVII. — Elements d'optique physique.
1. Generalites
383
A. ASPECT ONDULATOIRE DE LA LUMIERE. INTERFERENCES.
2.
3.
4.
5.
6.
I. —
7.
8.
9.
10.
11.
12.
II. —
13.
14.
Generalites
Composition de deux mouvements vibratoires
Difference de marche de deux vibrations
E t a t d'interference
Cas de la lumiere. Coherence et incoherence
Interferences non localisees
Calcul
Cas pratique
Experience
Dispositifs classiques
Calcul de l'interfrange
Etendue de la source
Interferences localisees
Premier exemple : lame mince d'epaisseur constante
Deuxieme exemple : franges d'egale epaisseur
384
384
387
388
389
390
390
390
392
392
394
395
398
398
402
TABLE DES MATIERES
III. —
15.
16.
17.
Aspect l u m i n e u x des franges
I n t e n s i t e lumineuse d a n s les franges
L u m i e r e blanche. Spectre cannele
T e i n t e s des lames minces
475
404
404
405
406
В. NOTIONS DE DIFFRACTION.
18. Experience fundamentale
19. Principe d'Huyghens-Fresnel
2 0 . Diffraction p a r u n e fente
С
407
408
408
A S P E C T C O R P U S C U L A I R E D E LA L U M I E R E .
2 1 . Effet p h o t o e l e c t r i q u e
Resume
Exercices, sirie G
412
413
415
A p p e n d i c e I . — C o m p l e m e n t sur le pouvoir s e p a r a t e u r
421
A p p e n d i c e I I . — Precisions sur la localisation des franges
424
A p p e n d i c e I I I . — E m p l o i du calcul m a t i i c i e l en o p t i q u e g e o m e t r i q u e
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PROBLEMES PROPOSES AUX RECENTS CONCOURS.
A. O p t i q u e g e o m e t r i q u e
B. Optique ondulatoire
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