Les principes de l'optique et les aberrations

Les objectifs ne forment pas d'images parfaites, et il y a toujours un certain degré de déformation ou d'aberration qui amène une reproduction imparfaite de l'objet photographié. Une conception soigneuse de l'objectif pour une application particulière tend à ce que les aberrations soient réduites au minimum. Il y a différents types d'aberration qui peuvent affecter la qualité de l'image et qui se marient entre elles. Pour cela on emploies des verres présentant des indices de réfractions différents. Ces verres étaient de deux types au début, Crown et Flint. Puis à la fin du XIX eme siècle le Professeur Schott réussit à produire des verres avec des indices plus élevés en dopant le silicium avec des éléments différents (Baryum...).

L'aberration sphérique
Elle se présente par la focalisation des rayons périphériques ne se focalise pas tout à fait eu même endroit que la zone de focalisation des rayons passant par le centre de l'objectif. Cela ce manifeste par un flou de l'image, L'aberration sphérique vient du fait que les surfaces sphériques des objectifs ne sont de la forme théorique idéale. Il est possible de réduire cette aberration par l'utilisation de lentille plano-convexe, coté convexe tourné vers le plan de formation de l'image. La solution idéale est la réalisation de lentilles asphérique, horriblement coûteuse avec du verre, mais maintenant économique avec celles en plastique moulé.

Un autre type d'aberration est la coma, dont le nom dérive de l'aspect en forme de comète du point d'image formé. La coma se produit avec l'image d'un objet en dehors de l'axe optique de l'objectif. Les rayons traversant le centre de l'objectif sont focalisés à un point différent de celui des rayons passant par les bord externes de l'objectif.C'est une aberration difficile à corriger et particulièrement gênante avec les ouverture inférieure à f=2. Elle se conjugue de plus avec toutes autres aberrations.

Q est l'axe de l'objectif, T1 est la zone de focalisation de l'image tangentielle et S1 celle de la sagittale.

Les images situées en dehors de l'axe de l'objectif traversent la/les lentilles et forment deux images, une sagittale et une tangentielle. IL'astigmatisme correspond à la distance séparant ces deux nappes de points. L'image la moins floue est située entre ces deux nappes de points. L'astigmatisme détériore les points images loin de l'axe. C'est l'aberration ennemie des grands angulaires. Elle est très difficile à annuler en même temps que la courbure d'image. Il a fallu attendre la fin du XIX^ème siècle pour que l'on parvienne à fabriquer les premiers anastigmats exempts à la fois d'astigmatisme et de courbure d'image, en particulier grâce aux nouveaux verres de la fonderie Schott.
Contrairement à une idée reçue, elle ne varie pas avec l'ouverture du diaphragme. Simplement, plus on ferme ce dernier, plus la profondeur de foyer augmente, et plus l'image s'homogénéise. Par contre, si on déplace physiquement le diaphragme, on fait varier la position des focales sagittales et tangentielles, et il est (parfois) possible d'améliorer l'image. Du moins quand les corrections ne sont pas trop imparfaites. C'est pourquoi les brevets souvent ne mentionnent pas cet emplacement stratégique.

L'aberration chromatique est provoquée par la dispersion de la variation des indices de réfractions en fonction de la longueur d'onde de la lumière. Les différentes longueurs d'onde de lumière seront focalisées dans différentes positions. L'aberration chromatique d'un objectif est vue comme des franges de couleur. Elle peut être réduite au minimum en employant un doublet achromatique (ou l'achromat) dans lequel deux verres avec des dispersions différente sont collés ensemble. Ceci réduit la quantité d'aberration chromatique sur une partie des longueurs d'onde, bien qu'il ne produise pas de correction parfaite. L'utilisation des objectifs achromatiques fut une étape importante dans le développement du microscope optique. Un objectif apochromatique est un objectif qui a une meilleure correction des aberrations chromatiques , combiné avec une correction améliorée de l'aberration sphérique. Les objectifs apochromatiques sont beaucoup plus cher que des achromats.