Un oculaire permet d'observer en l'agrandissant l'image donnée par un objectif. C'est une loupe améliorée.
Oculaire d'huygens :
L'oculaire d'Huygens est un doublet formé de deux lentilles convergentes de distances focales f1= 3a, f2 = a, dont les sommets S1 et S2 sont distants de 2a. (formule 3 – 2 – 1). Les foyers images des deux lentilles F’1 et F’2 sont donc confondus.
La figure indique la méthode de détermination des éléments principaux du système équivalent à ce système épais. Les foyers objet (F) et image (F’) sont à la distance a/2 de S2. Le plan principal image (H’) est situé au milieu des deux lentilles et le plan principal objet est confondu avec le plan focal image des deux lentilles. (Les plans principaux sont les plans de grandissement +1). La distance focale est égale à 1,5a.
En utilisation normale, cet oculaire permet (en plaçant l’œil en H) d’observer une image formée dans son plan focal objet par un objectif. La première lentille donne de cette image (qui est virtuelle) une image réelle située dans le plan focal de la seconde lentille. L’image finale est donc à l’infini ; elle est observée sous un angle a. Le système se comporte comme une loupe. Comme l’angle d’observation final est indépendant de la couleur de la lumière incidente, cet oculaire n’a pas d’achromatisme apparent. Par contre, il ne permet pas l’utilisation d’un réticule.
Dans le programme, si l'objet est réel, les rayons utilisés permettent de mettre en évidence les éléments principaux du système. Les rayons réels sont tracés en rouge, les rayons virtuels en jaune (plans principaux image et objet).
Quand l'objet devient virtuel, j'ai déterminé le rayon incident qui correspond à un émergent passant par le sommet de la seconde lentille. Quand l'objet est situé dans le plan focal objet de l'oculaire (condition normale d'utilisation) l'image finale agrandie est à l'infini.
Achromatisme apparent :
On suppose qu'un objectif corrigé de l'aberration chromatique est suivi par un oculaire.
Pour avoir achromatisme en utilisation normale (image à l'infini) , il faut que les dimensions des images colorées soient toutes identiques. Ceci suppose qu'elles sont vues sous le même angle. La distance focale du doublet Φ doit être indépendante de la longueur d'onde. Or pour un doublet, on a : 1 / Φ = 1 / φ1 + 1 / φ2 − e /
φ1. φ2. (a)
Il y a achromatisme si d(1 / Φ) = 0 soit dφ1 / φ12 + dφ2 / φ22 −
e.(dφ1 / φ1+ dφ2 / φ2) /
φ1. φ2 = 0. (b)
Si les lentillesde l'oculaire sont faites d'un même verre
on a : dφ1 / φ1= dφ2 / φ2 = A.
La relation (2) devient :
A / φ1 + A / φ2 − 2.A.e /
φ1. φ2 = 0 soit φ1 + φ2 = 2.e
Cette relation est vérifiée pour les oculaires d'Huygens de formules 3-2-1 ou 4-3-2.
Oculaire de Ramsden :La formule de cet oculaire est 3 – 2 – 3. Il est donc symétrique. Le foyer objet est dans l’espace réel. La distance FS1 vaut 3a/4 et la distance S1H vaut 3a / 2.
La distance focale de l’ensemble est donc 9a / 4.
En utilisation normale, on déplace l’oculaire pour que l’image donnée par l’optique de l’objectif se forme dans le plan focal F. Comme cette image intermédiaire est réelle, il est possible de placer dans ce plan un réticule ou un micromètre.
L’utilisation d’oculaires constitués de deux lentilles permet d’augmenter le champ global (pour un doublet, la distance entre le foyer objet et la lentille d’entrée est en général inférieure à la distance focale d’une lentille unique de même focale.)