Aberrations géométriques
Les principales aberrations géométriques sont l'astigmatisme (image non ponctuelle
d'un point) et l'aberration de sphéricité des faisceaux pour un point situé
hors de l'axe (coma).
Les aberrations d'inclinaison correspondent à la déformation
d'un objet plan (distorsion et courbure de champ) et ne sont pas envisagées
ici.
Pour la mise en évidence
des aberrations géométriques, il faut travailler en lumière monochromatique
pour éliminer les aberrations chromatiques.
Astigmatisme pour un point
sur l'axe :
Les zones de concentration de la lumière dans un faisceau
donnent la surface caustique à deux nappes, la nappe tangentielle (en
rouge) et la nappe sagittale (en bleu) qui dans ce cas est dégénérée en une
portion de l'axe optique.
Aberration de sphéricité pour un point de l'axe
:
On
a représenté sur le schéma diverses section du pinceau lumineux par des plans
normaux à l'axe optique. La densité des gris est proportionnelle à l'intensité
lumineuse. Les zones de forte intensité correspondent aux sections des nappes
de la caustique par l'écran.
Aberration de sphéricité pour un point hors
de l'axe :
L'image d'un point à l'infini situé hors de l'axe du
système a la forme d'une comète d'ou le nom d'aberration de coma. Cette forme
résulte du fait que pour les rayons hors du plan, on reste pratiquement dans les conditions
de Gauss alors que pour ceux contenus au voisinage du plan, on peut s'en écarter notablement.
Correction des aberrations.
Avec une
lentille unique, la seule méthode consiste à diaphragmer le faisceau pour se
placer dans les conditions de Gauss. Le calcul ou l'expérience (types
de lentilles) montrent qu'il faut, pour minimiser les aberrations géométriques,
orienter une lentille convergente avec sa face la plus bombée dirigée vers
le point source ou image le plus éloigné de la lentille.
Pour
les objets à l'infini, il est possible d'utiliser des lentilles
asphériques ou à gradient d'indice.
La meilleure méthode consiste
à associer des lentilles convergentes et divergentes. En utilisant des verres
de natures différentes, ces associations permettent également de corriger les aberrations
chromatiques.
Un objectif photographique monofocale de qualité comporte
au minimum quatre lentilles. Les zooms peuvent contenir une douzaine
de lentilles.
L'applet :
Dans l'applet, on trace rigoureusement les rayons (utilisation des lois de Descartes)
pour diverses positions
d'un point source situé à l'infini et ce pour les deux orientations de la lentille
dans le faisceau.
On peut modifier l'angle des rayons incidents avec l'axe optique (angle alpha)
en faisant glisser le point jaune avec la
souris. La zone des déplacements a été volontairement limitée.
Vérifier que pour les incidences faibles,
la lentille est stigmatique mais que les rayons marginaux sont plus déviés
que les rayons centraux.
Observer aussi l'aspect de
la section de la surface caustique par le plan de figure (placer la source
en dehors de l'axe optique).
En glissant le curseur
vert avec la souris, il est possible de modifier l'ouverture
du diaphragme et d'évaluer son rôle sur le stigmatisme de la lentille.