QCM : Aberrations des systèmes optiques (9 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel faisceau peut dépasser les conditions de Gauss même si son ouverture est faible ?

Un faisceau faiblement incliné provenant d’un point situé sur l’axe optique
Un faisceau parallèle de faible ouverture provenant d’un point proche de l’axe
Un faisceau convergent de faible ouverture provenant d’un point sur l’axe
Un faisceau fortement incliné provenant d’un point éloigné de l’axe optique

Un faisceau fortement incliné provenant d’un point éloigné de l’axe optique

Explication

Un faisceau de faible ouverture peut sortir des conditions de Gauss si ses rayons sont fortement inclinés parce que le point objet est éloigné de l’axe. Un faisceau issu d’un point proche de l’axe et faiblement incliné reste plutôt dans le régime paraxial.

2. Quelle classification distingue correctement les aberrations d’ouverture des aberrations de champ ?

L’astigmatisme et la coma sont des aberrations d’ouverture ; l’aberration sphérique, la courbure de champ et la distorsion sont des aberrations de champ.
L’aberration sphérique et l’astigmatisme sont des aberrations d’ouverture ; la coma, la courbure de champ et la distorsion sont des aberrations de champ.
L’aberration sphérique et la coma sont des aberrations d’ouverture ; l’astigmatisme, la courbure de champ et la distorsion sont des aberrations de champ.
La courbure de champ et la distorsion sont des aberrations d’ouverture ; l’aberration sphérique, la coma et l’astigmatisme sont des aberrations de champ.

L’aberration sphérique et la coma sont des aberrations d’ouverture ; l’astigmatisme, la courbure de champ et la distorsion sont des aberrations de champ.

Explication

L’aberration sphérique et la coma relèvent de l’ouverture, tandis que l’astigmatisme, la courbure de champ et la distorsion relèvent du champ. La confusion la plus proche consiste à classer la coma parmi les aberrations de champ.

3. Pour un point objet situé sur l’axe, que mesure l’aberration sphérique longitudinale principale ?

Le rayon de la tache formée dans le plan du foyer paraxial
La distance entre le point objet et le foyer marginal
La distance entre le foyer paraxial et le foyer marginal
Le diamètre de la tache formée dans le plan du foyer marginal

La distance entre le foyer paraxial et le foyer marginal

Explication

Cette aberration longitudinale est définie par l’écart entre les positions du foyer paraxial et du foyer marginal. Le rayon de la tache au foyer paraxial correspond plutôt à l’aberration sphérique transversale.

4. Comment orienter une lentille mince convergente pour réduire son aberration sphérique lorsqu’elle reçoit un faisceau parallèle ?

Tourner sa face la moins bombée vers le faisceau incident
Orienter sa face plane vers le faisceau incident
Placer son axe optique perpendiculairement au faisceau incident
Tourner sa face la plus bombée vers le faisceau incident

Tourner sa face la plus bombée vers le faisceau incident

Explication

Pour réduire l’aberration sphérique dans ce cas, la face la plus bombée de la lentille doit être tournée vers le faisceau parallèle. Orienter la face la moins bombée vers le faisceau inverse la disposition de correction indiquée.

5. Que désigne la coma en optique géométrique ?

L’image en forme de comète d’un point voisin de l’axe, même sans aberration sphérique pour un couple axial.
L’étalement coloré de l’image dû à la variation de la distance focale selon la couleur.
La déformation d’une image plane qui conserve la netteté mais modifie les proportions.
La séparation longitudinale des foyers paraxial et marginal pour un point objet situé sur l’axe.

L’image en forme de comète d’un point voisin de l’axe, même sans aberration sphérique pour un couple axial.

Explication

La coma est l’aberration qui donne une forme de comète à l’image d’un point voisin d’un point axial, même si le couple axial est exempt d’aberration sphérique. La séparation des foyers paraxial et marginal décrit plutôt l’aberration sphérique longitudinale.

6. Entre quelles longueurs d’onde du spectre visible l’aberration chromatique longitudinale principale traduit-elle la variation de focale ?

Entre 200 nm et 600 nm
Entre 500 nm et 900 nm
Entre 800 nm et 1 200 nm
Entre 400 nm et 800 nm

Entre 400 nm et 800 nm

Explication

Cette aberration correspond à la variation de focale entre les extrémités du spectre visible, indiquées par 400 nm et 800 nm. Les autres intervalles ne correspondent pas aux limites spectrales données.

7. Quel est le rôle de l’association d’une lentille convergente et d’une lentille divergente dans un doublet objectif achromatique ?

Rapprocher les foyers paraxiaux et marginaux afin de réduire l’aberration sphérique
Écarter les points principaux afin d’augmenter la distance focale du système
Compenser leurs corrections chromatiques opposées afin de réduire le chromatisme du système
Accroître la vergence totale afin de supprimer la courbure de champ

Compenser leurs corrections chromatiques opposées afin de réduire le chromatisme du système

Explication

La lentille convergente est sous-corrigée pour le chromatisme et la lentille divergente est sur-corrigée ; leur association peut donc compenser ces effets et rendre le système achromatique. La modification de la vergence totale n’est pas le mécanisme de correction chromatique décrit ici.

8. Quelle différence distingue les deux situations où un faisceau peut sortir des conditions de Gauss ?

Un faisceau de grande ouverture peut être proche de l’axe, tandis qu’un faisceau de faible ouverture peut être fortement incliné loin de l’axe.
Un faisceau de grande ouverture est fortement incliné loin de l’axe, tandis qu’un faisceau de faible ouverture reste proche de l’axe.
Un faisceau de grande ouverture est nécessairement hors axe, tandis qu’un faisceau de faible ouverture est nécessairement axial.
Un faisceau de grande ouverture concerne les aberrations de champ, tandis qu’un faisceau de faible ouverture concerne les aberrations chromatiques.

Un faisceau de grande ouverture peut être proche de l’axe, tandis qu’un faisceau de faible ouverture peut être fortement incliné loin de l’axe.

Explication

Les conditions de Gauss peuvent être dépassées par une grande ouverture près de l’axe ou par une faible ouverture fortement inclinée depuis un point éloigné de l’axe. La deuxième proposition inverse ces configurations en associant la grande ouverture à une forte inclinaison et la faible ouverture à la proximité de l’axe.

9. Quel effet le diaphragmage produit-il sur l’aberration sphérique d’un système optique ?

Il la transforme en coma en déplaçant l’objet hors de l’axe.
Il la réduit en rapprochant le système des conditions de Gauss.
Il la compense en séparant les couleurs dans le plan image.
Il l’accentue en faisant converger davantage les rayons marginaux.

Il la réduit en rapprochant le système des conditions de Gauss.

Explication

Le diaphragmage limite les rayons utilisés et rapproche ainsi le système des conditions de Gauss, ce qui fait tendre vers zéro l’aberration sphérique longitudinale et transversale. L’accentuation de l’aberration par les rayons marginaux est l’effet inverse de celui décrit.

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Quand apparaissent les aberrations géométriques ?

Lorsque les rayons sortent des conditions d’approximation de Gauss.

Quelles sont les deux façons de dépasser les conditions de Gauss ?

Par un faisceau de grande ouverture près de l’axe, ou de faible ouverture fortement incliné.

Qu’est-ce que l’aberration sphérique longitudinale principale lorsque l’objet est sur l’axe ?

La distance entre le foyer paraxial et le foyer marginal, notée l=Fp′Fm′l=F'_pF'_m.

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