Objectifs à lentilles

Les lentilles de télescopes sont fabriquées dans différents matériaux. Mais quelles lentilles trouve-t-on et en quoi diffèrent-elles les unes des autres ?

Le télescope à lentilles classique est appelé lunette astronomique ou réfracteur. À l’extrémité avant se trouve l’objectif et, à l’extrémité arrière, on regarde dans l’oculaire. Bien qu’ils aient été supplantés, dans la recherche, par les télescopes à miroir, les lunettes sont très appréciées par les astronomes amateurs.

Le composant le plus important d’une lunette est l’objectif ou, plus précisément, les lentilles de l’objectif car chaque objectif à lentilles moderne est composé d’au moins 2 lentilles. Pourquoi en est-il ainsi ?

Par rapport aux miroirs, les lentilles présentent un inconvénient : elles souffrent d’aberrations chromatiques. En fonction de la longueur d’onde, la lumière est réfractée plus ou moins fortement, la lumière bleue l’étant plus fortement que la rouge. Il en résulte des franges de couleur inesthétiques entourant les objets que l’on souhaite observer et un contraste réduit.

L’objectif des achromats selon Fraunhofer se compose d’une lentille frontale collectrice en verre crown et d’une lentille arrière divergente en verre flint. La combinaison de différentes qualités de verre réduit l’aberration chromatique et augmente le contraste, ainsi que la fidélité des couleurs.

Les achromats de Fraunhofer, avec des combinaisons de verres BK7-F2 soigneusement sélectionnées, sont parfaitement suffisants en tant que télescopes pour débutants. Si les exigences de l’utilisateur augmentent au fil du temps, celui-ci choisira des apochromats de plus grande qualité.

Les apochromats vont plus loin. Sur les lunettes compactes également, la lumière de jusqu’à trois longueurs d’onde frappe un point focal commun grâce à une sélection judicieuse des qualités de verre.

Lorsque l’on utilise une troisième lentille et des verres spéciaux coûteux, ces optiques de haut niveau non seulement sont de couleur pure mais elles sont également exemptes de coma et d’aberration sphérique. Pour pouvoir réaliser ces super-objectifs, les fabricants utilisent différentes qualités de verre. À cet égard, l’indice de réfraction et le nombre d’Abbe sont déterminants.

L’indice de réfraction désigne le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la lumière dans un matériau donné, à une longueur d’onde donnée. Le nombre d’Abbe d’un matériau indique les variations de l’indice de réfraction lorsque la longueur d’onde change, c'est ce que l’on appelle dispersion.

Plus l’indice de réfraction est élevé, plus la lumière est réfractée, ce qui fait que la courbure de la lentille doit être moins importante. Ceci réduit l’aberration sphérique mais les verres à haute réfraction sont en revanche généralement plus chers. Les mélanges de verres avec un nombre d’Abbe élevé présentent une dispersion de la couleur plus faible et, ainsi, une aberration chromatique réduite.

On connaît aujourd’hui plus de 200 combinaisons de verres optiques. Une grande partie découle des deux familles de verres les plus importantes : le verre crown et le verre flint. En fabrication industrielle, de nombreux paramètres optiques et spécifiques des matériaux sont importants. De nombreux fabricants proposent sous différentes dénominations commerciales des verres ayant les mêmes propriétés. La plupart ont dans l’intervalle rendu leurs produits et processus non polluants et renoncent par exemple à ajouter du plomb et de l’arsenic.

Il faut ici garder à l’esprit le fait que le FPL-53 n’est pas utilisé pour améliorer l’aberration chromatique présente dans un objectif comme le FPL-51, mais, au contraire, pour diminuer le rapport focal. Cet aspect est important en astrophotographie, lorsqu’il s’agit de temps d’exposition courts et de grands champs de vision. Une lunette à doublet FPL-51 pourrait donc avoir un rapport focal de 1:6,8, tandis qu’une lunette de la même ouverture nécessiterait, en utilisant un doublet FPL-53, un rapport focal de 1:6 ou 1:6,25. Les valeurs expérimentales montrent que les deux présentent une aberration chromatique aussi faible.

Les systèmes de lentilles triplets, qui utilisent aussi bien le FPL-51 que le FPL-53, ont tendance à réduire encore l’aberration chromatique et à permettre ainsi une image plus nette encore. Les différences dans cette classe de qualité ne peuvent plus être mises en évidence que par des mesures effectuées sur des bancs optiques.