V - Lentilles convergentes :
Les deux foyers principaux d'une lentille mince convergente :
| Envoyons sur une lentille mince plan-convexe un faiseau de rayons parallèles à son
axe principal : nous observons que les rayons émergent convergent en un point F de cet
axe que l'on appelle un foyer principal (voir figure ci-contre); Comme la
lumière passe effectivement âr ce point, nous dirons que c'est un foyer réel. Des rayons incidents, arrivant encore parrallèlement à l'axe principal mais sur l'autre face de la lentille, émergent de même en passant par un second foyer principal, situé à la même distance f du centre optique O. Cette expérience, réalisée avec n'importe quel autre type de lentille mince convergente, conduit aux mêmes observations. |
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Ainsi, toute lentille mince convergente, quelle que soit sa forme possède deux foyers principaux réels, symétriques par rapport au centre optique.
Le foyer principal image et le foyer principal objet
| Précisons maintenant le rôle physique de chacun des deux foyers principaux pour un
sens déterminé de la propagation de la lumière à travers la lentille. Le foyer
principal F' où la lentille fait converger les rayons parrallèles à son axe principal
peut être considéré comme l'image du point A, situé à l'infini dans la direction de
l'axe principal : aussi l'appelle-t-on le foyer principal image. D'autre part, si une source ponctuelle de lumière est placée en F, symétrique de F' par rapport au centre optique O, on obtient un faisceau émergent parallèle à l'axe principal, conformément à la loi du retour inverse. On peut considérer F comme le point objet réel dont l'image est le point B situé à l'infini dans la direction de l'axe principal : de là son nom de foyer principal objet. |
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Bien entendu, si le sens de propagation de la lumière est inversé, F' devient le foyer objet et F le foyer image de la lentille.
De la définition des foyers principaux image et objet découlent deux propriétés importantes : La première est que tout rayon parallèle à l'axe principal émerge de la lentille en passant par le foyer principal image; La seconde est que tout rayon incident qui passe par le foyer rincipal objet émerge de la lentille parallèlement à l'axe principal.
| I° -Inclinons légèrement sur l'axe principal le faisceau incident parallèle utilisé prédemment : les rayons émergents convergent encore en un point réel F1' que l'on appelle un foyer secondaire image. |  |
En modifiant la direction du faisceau incident - sous reserve que l'angle 
reste petit - on
obtiendrait une infinité de foyers secondaires images, tous contenu dans une petite
portion de plan perpendiculaire à l'axe principal et coupant cet axe au foyer principal
image F'.
A tout faisceau de rayons parallèles peu inclinés sur l'axe principal correspond donc un foyer secondaire image, situé évidemment à l'intersection du plan focal et du rayon incident passant par le centre optique, qui traverse la lentille sans déviation; le support d'un tel rayon constitue un axe secondaire de la lentille.
| II° - Déplaçons légèrement la source ponctuelle que nous avions précédemment placée au foyer principal objet F, de façon qu'elle reste contenue dans le plan de front qui coupe l'axe principal en F : Pour toute position F1 de la source dans ce plan nous obtenons un faisceau émergent parallèle à l'axe secondaire F1O , |  |
sous reserve encore que l'inclinaison 
de cet axe sur l'axe principal reste
faible.
Un point objet réel tel que F1 est un foyer secondaire objet, et la petite portion de plan de front qui contient tous les foers secondaires objet de la lentille.
De la définition des foyers secondaires images et objets découlent les propriétés suivantes qui rappellent celles des foyers principaux : Tout d'abord, tout rayon incident parallèle à un axe secondaire OF'1 émerge de la lentille en passant par le foyer secondaire image F'1; en second lieu, tout rayon incident qui passe par un foyer secondaire objet F1 émerge de la lentille parallèlement à l'axe secondaire F1O .
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