Focale

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En optique et notamment en photographie, la focale appelée aussi distance focale est la distance entre le centre d'une lentille convergente et l'endroit où cette lentille projette une image nette des objets très éloignés.

Cas d'une lentille convergente[modifier | modifier le wikicode]

Déviation des rayons lumineux par une lentille convergente.

Avec une lentille convergente, par exemple celle d'une loupe, on peut projeter une image de ce qui nous entoure sur une feuille de papier. Mais pour que l'image soit nette, il faut que la loupe soit à une certaine distance de la feuille, ni trop près, ni trop loin.

Les rayons lumineux qui viennent des objets environnants arrivent sur toute la surface de la lentille. Si ces objets sont suffisamment éloignés (au moins 10 mètres dans le cas de l'image projetée par une loupe, mais 100 mètres ou plusieurs kilomètre, c'est encore mieux), on peut considérer que les rayons lumineux qui proviennent d'un point particulier de l'objet éloigné et arrivent un peu partout sur la lentille sont parallèles entre eux. La lentille dévie ces rayons lumineux et les emmènent à se rapprocher les uns des autres. À une certaine distance de la lentille, tous ces rayons lumineux se rejoignent. C'est à cet endroit là qu'on peut obtenir une image nette.

La distance entre le milieu de l'épaisseur de la lentille et la feuille de papier qui permet d'avoir une image nette de ces objets éloignés est la focale de la lentille.

Selon le matériau dans lequel est fait la lentille (verre, plastique ...), mais aussi selon la courbure de la lentille (plus ou moins bombée), la distance à laquelle il faut mettre de la feuille de papier pour avoir une image nette peut changer dans de fortes proportions.

Avec une lentille fortement courbée, il faut mettre la lentille très près de le feuille de papier pour avoir une image nette et dans ce cas, l'image projetée est petite. La lentille fortement courbée a une focale courte.

Au contraire, si la lentille est très peu courbée, il faut la mettre beaucoup plus loin de la feuille de papier pour avoir une image nette des mêmes objets. La lentille très peu courbée a donc une focale longue et l'image qu'elle projette des mêmes objets sur la feuille de papier est plus grande. Mais elle peut être aussi moins lumineuse si le diamètre de la lentille est insuffisant.

Cas d'une lentille divergente[modifier | modifier le wikicode]

Déviation de rayons lumineux parallèles par une lentille divergente.

Dans le cas d'une lentille divergente, des rayons lumineux parallèles entre eux qui arrivent d'un coté de la lentille s'écartent les uns des autres après être ressortis de l'autre coté.

Toutefois, si on prolonge le trajet des rayons qui sortent de la lentille vers l'endroit d'où ils viendraient s'ils n'avaient pas changé de direction, tous ce rayons lumineux se croisent au même endroit.

La distance entre le milieu de l'épaisseur de la lentille divergente et l'endroit où les rayons lumineux se croisent est la focale de la lentille divergente. Mais pour trouver cette distance, il a fallu se déplacer dans le sens inverse de celui des rayons lumineux. Pour cette raison, la focale d'une lentille divergent est un nombre négatif.

Cas des miroirs courbes[modifier | modifier le wikicode]

Déviation de rayons lumineux parallèles par un miroir concave.
Déviation de rayons lumineux parallèles par un miroir convexe.

Lorsqu'un miroir a une surface courbe, des rayons lumineux parallèles entre eux qui arrivent en différents endroits du miroir ne repartent pas dans la même direction.

Si le miroir est courbé en creux (miroir concave comme dans le schéma de gauche) les rayons lumineux qui, avant de rencontrer le miroir étaient parallèles se rapprochent les uns des autres jusqu'à converger en un point précis.

Au contraire, si le miroir est courbé vers l'extérieur (miroir convexe comme dans le schéma de droite), après avoir atteint le miroir, les rayons qui étaient parallèles s'éloignent les uns des autres. Toutefois dans ce cas, on peut prolonger le trajet d'où ils viennent pour aboutir à un point où tous ces rayons convergent de l'autre coté du miroir.

Comme pour les lentilles, il est possible de trouver la focale d'un miroir courbe.

Cas général[modifier | modifier le wikicode]

Un système optique, par exemple un objectif d'appareil photo est composé de plusieurs lentilles (5 ou plus au siècle dernier, entre 10 et 20 pour la plupart des objectifs actuels). Il y a des lentilles convergentes, d'autres divergentes, certaines lentilles ont une focale plus longue que d'autres. En plus, la position des lentilles les unes par rapport aux autres peut avoir une influence sur la taille des élément d'une image projetée sur la surface sensible à la lumière qui récupère l'image.

Néanmoins, un objectif photographique ou tout autre système optique a une focale équivalente. Et en fonction de cette focale, un objectif d'appareil photo peut enregistrer sur une image une zone étendue dans le cas d'un objectif grand angle dont la focale est courte, ou au contraire les détails d'objets éloignés dans le cas d'un téléobjectif dont la focale est beaucoup plus longue.

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