■ Une lentille mince convergente est une pièce transparente cylindrique, souvent en verre, épaisse au centre et mince aux bords. La réfraction de la lumière dans cette pièce est bien connue, ce qui permet de contrôler le trajet de la lumière et de former alors l'image d'un objet lumineux. Cas fréquents : les loupes, les verres de certaines lunettes, les lentilles d'appareil-photo, etc.

■ La tendance d'une lentille à plus ou moins dévier les rayons lumineux est caractérisée par sa distance focale, mesure de la distance entre le centre géométrique de la lentille et chaque foyer, le foyer-objet F ou le foyer-image F', deux points imaginaires disposés de part et d'autre de la lentille et symétriquement par rapport au centre O. La distance focale, notée f ' se mesure en mètre.

■ La formation d'une image par une lentille mince convergente peut être représentée sur un schéma d'optique composé d'un axe optique, de la lentille, de ses deux foyers, d'un objet lumineux AB duquel part une infinité de rayons lumineux dans toutes les directions possibles. Parmi tous ces rayons, trois d'entre eux connaissent une marche simple : (1) le rayon issu de B et qui passe par O n'est pas dévié par la lentille ; (2) le rayon issu de B et parallèle à l'axe optique est dévié par la lentille et il poursuit sa marche en passant par le foyer-image F' ; (3) le rayon issu de B et qui passe par le foyer-objet F est dévié par la lentille et il poursuit sa marche parallèlement à l'axe optique. Ces rayons se croisent en B ', image de B par la lentille.

■ Le grandissement d'un dispositif optique désigne la proportion que représente la taille de l'image formée par le dispositif par rapport à la taille de l'objet. Si le grandissement est supérieur à 1, cela signifie que l'image est plus grande que l'objet. Par le théorème de Thalès, le grandissement est aussi donné par la proportion que représente la distance lentille-image OA' par rapport à la distance lentille-objet OA.

Une relation de conjugaison désigne en optique la relation qui fait correspondre la position de l'objet et celle de l'image, relativement à la lentille. Cette relation permet donc de retrouver la position de l'image quand on connaît celle de l'objet, et inversement.
La position d'un objet AB est repérée par la distance qui sépare le centre O de la lentille et le point A de l'objet, placé sur l'axe optique.
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Ce point A se trouve la plupart du temps en amont de la lentille. Dans ce cas, les physiciens ont choisi de compter la distance OA avec un signe négatif. Inversement, si un point M se trouve en aval de la lentille, alors il a été choisi de compter la distance OM avec un signe positif. Ce choix de signe s'appelle l'algrébrisation des distances. Pour signaler qu'une distance est algébrique, le symbole de la longueur du segment sera surmonté d'une barre horizontale.
L'algébrisation est également realisée sur les mesures des tailles de l'objet et de l'image : une longueur est comptée positivement vers le haut, négativement vers le bas. Ainsi, dans l'exemple de ce paragraphe,

Il ne semble pas exister de relation simple entre OA––– et OA '–––. L'allure du graphique peut faire penser à une forme d'hyperbole, on se propose alors d'étudier non pas les distances OA––– et OA '––– mais leurs inverses : consultez la feuille 2 du tableur.
En étudiant les inverses des distances, on observe que les points du graphique sont alignés sur une droite, la relation entre les positions de l'objet et de l'image est une relation affine entre les inverses des distances. Il s'agit de la relation de conjugaison de Descartes :

où f ' est, rappelons-le, la distance focale de la lentille utilisée.

Bien souvent, une lentille est davantage caractérisée par sa vergence. Notée C, il s'agit de l'inverse de sa distance focale. L'unité de la vergence est la dioptrie, de symbole δ et 1 δ = 1 m^-1.
Remarque : il existe une autre formulation de la relation de conjugaison, établie par Newton cette fois :

Selon les conditions dans lesquelles une lentille mince convergente est utilisée, les images obtenues peuvent avoir des propriétés différentes.
Ainsi, une image peut-être :

• droite ou renversée ;
• réelle ou virtuelle.

Une image est droite si les vecteurs AB→ et A'B'→ sont orientés dans le même sens, ce qui revient encore à écrire que
AB–––  ×  A'B'–––  > 0. Inversement, une image est renversée si elle est à l'envers par rapport à l'objet, c'est-à-dire si
AB–––  ×  A'B'–––  < 0.

Une image est réelle si elle peut être captée par un écran, ou projetée sur un écran. C'est le cas au cinéma par exemple, ou dans l'oeil. C'est le cas lorsque l'objet et l'image se trouvent de part et d'autre de la lentille.
Inversement, l'image est dite virtuelle, c'est le cas avec une loupe : il n'est pas possible de projeter l'image agrandie d'un texte avec une loupe sur un écran. Si on essaie d'intercaler une feuille de papier blanc pour que l'image s'imprime dessus, l'image du texte n'est plus visible dans la loupe.
C'est le cas lorsque l'objet et l'image sont du même côté de la lentille. La construction géométrique du tracé des rayons est alors particulière : la marche des rayons lumineux est toujours orientée dans le même sens (de l'aval vers l'amont) mais la lumière semble provenir du sens inverse. Ces portions de marche des rayons lumineux sont alors représentées en pointillés, car il ne s'agit pas d'un véritable trajet de la lumière.

Remarque : une image virtuelle est notamment obtenue lorsque l'obet est placé entre le centre O et le foyer-objet F d'une lentille mince convergente.

Le caractère coloré d'un objet s'explique par l'interaction entre les rayonnements présents dans la lumière qui éclaire l'objet et la matière qui le compose.
La lumière de couleur blanche résulte de la superposition de rayonnements de différentes longueurs d'onde. Le spectre de la lumière blanche s'étend continument du violet (400 nm) au rouge (750 nm). La lumière de couleur blanche peut également être recomposée en superposant les lumières produites par trois sources : une rouge, une verte et une bleue. Ainsi, ces trois couleurs constituent les couleurs primaires de la synthèse additive. Le terme additive souligne ici que des rayonnements s'ajoutent à des rayonnements pour produire des couleurs variées.

Notez que rouge + vert = jaune ; rouge + bleu = magenta et vert + bleu = cyan ; R + V + B = blanc

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