Biconvexe ou biconcave versus plano-convexe ou plano-concave

[CoucouHibou]

Bonjour à tous,

voici une petite suite à une question que j'ai posée il y a quelques semaines déjà (http://forums.futura-sciences.com/ph...sion-leau.html) : pour ceux qui ont la flemme de me relire, il s'agissait de trouver un moyen de corriger l'absence de convergence de la cornée lorsque celle-ci est immergée dans de l'eau. La solution qui était sortie de cette conversation est qu'il était probablement plus malin de faire une lentille d'air (coincée entre deux lentilles de verre) que de chercher un matériau de fort indice de réfraction (type zirconium cubique ou moissanite) pour faire cela.

J'ai pu, grâce aux conseils de LPFR, confectionner un premier monocle de test, que j'ai essayé ce matin. Pour le fabriquer, j'ai utilisé deux lentilles plan-convexe en crown dense (N-BK7) de diamètre 30 mm et de distance focale de 75 mm chacune, achetées chez Thorlabs, que j'ai scellées avec de la colle epoxy sur un bout de tube en PVC de 7 mm de largeur* et de diamètre adéquat. J'ai donc confectionné une lentille d'air biconcave entre deux lentilles plano-convexes, pour une distance focale totale approximative de 37.5 mm (sans doute un poil moins en fonction du milieu, mais on parle de différences de quelques mm). Dans la vraie vie, ça corrige bien la vision sous l'eau ("Science, it works bitches!" © Randall Munroe), et ça peut rester 10 minutes à 5 m de profondeur sans laisser rentrer d'eau dans l'espace entre les deux lentilles.

Le hic maintenant, c'est que certes, ce système permet bien de corriger la vision sous l'eau, mais il y a encore un peu trop d'aberrations géométriques à mon goût sur le bord du champ de vision. La meilleure solution pour éviter ce problème serait de trouver des lentilles de même caractéristiques, mais faites en matériau de plus fort indice (genre du flint dense, type N-SF11). Malheureusement, seul Edmunds optics fait ce genre de matériau, mais exclusivement pour les lentilles de très courtes focale (f/d=1, pas plus), ou alors il faut payer très cher (100+ euros la lentille, quand j'en ai besoin de 4).

Je me suis donc demandé s'il ne serait pas plus malin de continuer vers cette idée de sandwich d'air entre deux morceaux de verre, mais cette fois d'utiliser une lentille de courte focale et de fort indice et une fenêtre plane à la place de deux lentilles identiques. Autrement dit, transformer mon sandwich d'air biconcave en sandwich plan-concave. Ce que je crains cependant, c'est que je ne troque la peste contre le choléra : je crains que ce que je gagnerai en courbure grâce à un matériau de plus fort indice, je le perdrai à cause du fait que toute la courbure est portée par une seule lentille au lieu de deux, et donc au final, je ruinerai quand même mes conditions de Gauss dans mon champ de vision périphérique.

Qu'en pensent des opticiens plus chevronnés que moi ?

Merci pour votre aide, cordialement,

Hibou

* peut-être est-ce une autre source d'amélioration possible d'ailleurs : d'après les caractéristiques des lentilles, je pouvais descendre sans soucis à 6 mm d'épaisseur (voire un peu moins) avant que les centres des lentilles ne se touchent.
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[LPFR]

Bonjour.
Je ne suis pas sur que votre problème soit soluble.
Pour corriger les problèmes d'aberration conséquence des angles d'attaque loin de l'axe de symétrie, les fabricants d'optiques photographiques sont obligés d'ajouter des tas de lentilles à leurs objectifs.
La seule amélioration que je vois serait de remplacer les lentilles plano-convexes par des lentilles concavo-convexes de sorte de faire une structure "en sphère" avec l'œil pour centre.
Mais même ainsi, les distorsions ne seront pas annulées car l'angle d'attaque aux bords sera encore loin de la perpendiculaire aux surfaces.
Au revoir.

[CoucouHibou]

Bonjour,

En effet, je commençais à me dire hier soir que la meilleure solution serait peut-être de reproduire la géométrie du système masque-air-cornée en ayant simplement une fenêtre optique plane, de l'air, une lentille de courte focale (35 mm serait idéal, mais chez Edmund ce sera soit 30 mm soit 40 mm) et l'eau derrière entre ce système et l'œil.

Ça ne correspond pas tout à fait à ce que vous me dites, mais malheureusement, l'utilisation de ménisques risque de me poser un problème si je veux avoir un système qui fonctionne aussi bien dans l'eau que dans l'air (il me faut un dioptre externe qui soit plan). Je peux, bien sûr n'utiliser un ménisque qu'à l'interface interne de mon système. Ça reproduirait tout autant la géométrie de l'œil, mais comme la courbure de l'interface eau-ménisque-air serait alors vers l'intérieur, j'aurais tendance à craindre que ce genre de système ne tienne pas la pression.

En fait, en y réfléchissant, je me dis que ce que j'ai construit de prime abord était sans doute le meilleur moyen d'avoir de l'aberration. Je vais faire un second essai avec une fenêtre plane et une lentille de 30 mm de diamètre et autant de focale, on verra bien.

Encore merci pour vos conseils, cordialement,

Hibou

[CoucouHibou]

Bonjour à tous,

en cherchant des moyens simples de corriger les aberrations (et particulièrement celles de coma puisqu'il me semble que c'est bien cela qui me pose problème), je suis tombé sur ceci : http://ressources.univ-lemans.fr/Acc...eo/rayons.html et ça me donne l'impression que mon intuition sur l'idée de faire un système qui imite la géométrie du système masque-air-cornée est la bonne non ? Apparemment, mettre la face bombée de la lentille vers l'infini semble une meilleure solution que dans l'autre sens (faire mumuse avec l'animation, c'est frappant). Or comme mon premier prorotype possède les deux configurations de lentilles, ça ne peut que mal marcher, non ? Qu'en pensez-vous ?

Cordialement,

Hibou

P.S. LPFR, j'ai bien noté aussi que la solution idéale semble être celle que vous proposez, ce site le redit, mais j'avoue que ça me semble difficile à mettre en pratique à mon niveau.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Je n'arrive pas à ouvrir le lien ni avec Firefox ni avec IE.
Ce ne doit pas être la bonne heure.
Je ressaierai demain.
Au revoir.

[LPFR]

Bonjour.
Désolé, mais je n'arrive toujours pas à me connecter au site que vous indiquez.
Est-ce que vous arrivez ?
Au revoir.

[CoucouHibou]

Bonjour,

bizarre, en effet, depuis mon bureau, ça fonctionne (encore qu'aujourd'hui, l'application java plante), mais pas depuis chez moi. Peut-être est-ce un lien réservé aux universitaires ? Bref, pour décrire brièvement ce que montre cette application : c'est une applet java de calcul d'optique, avec un objet à l'infini (dont on peut varier la position par rapport à l'axe), un diaphragme et la lentille plano-convexe que l'on peut orienter de deux manières (face bombée vers le foyer image ou vers l'infini). Cette appli montre que pour des objets se situant loin de l'axe optique, les aberrations de coma sont bien plus faibles lorsque la face bombée est tournée vers l'infini que lorsqu'elle est tournée vers le foyer image.

Dans le texte de la page, il est suggéré quelques solutions pour éviter les aberrations : le diaphragme placé juste devant ou derrière la lentille, la face bombée de la lentille tournée vers l'objet le plus lointain, ou une (ou des) lentille(s) supplémentaire(s) divergente, si possible concave-convexe (comme ce que vous suggériez).

Je viens de recevoir ma lentille de focale 30 mm en verre SF11 (indice 1.8), je fais tailler une fenêtre plane par mon opticien et je pourrai tester la semaine prochaine, mais je ne suis pas trop optimiste pour l'instant : il semble qu'en mode "loupe", mon premier prototype (deux lentilles en BK7, indice 1.5, de 75 mm de focale où les faces bombées sont en vis-à-vis) me donne moins d'aberrations que cette nouvelle lentille seule (face plane vers l'objet à grossir, face bombée vers mon œil).

Je pourrais essayer avec une lentille de focale plus longue, mais je crains que le grossissement ne devienne ingérable : pour mon deuxième prototype, je serai déjà à 60%, contre 33% pour un masque de plongée classique, si la focale n'est pas trop courte pour pouvoir placer la lentille à plus de 2 mm de ma cornée, or le grossissement est proportionnel au rapport de focale de la lentille correctrice sur celui de la cornée.

Bref, je testerai et posterai le résultat ici, je crois qu'il ne reste plus que ça à faire de toutes façons. Merci pour les conseils en tout cas, cordialement,

Hibou

[CoucouHibou]

Bonsoir à tous,

pour ceux que ce sujet a intéressé, sachez que je viens de tester mon second prototype (une seule lentille, 30 mm de diamètre, 30 mm de focale), et qu'il fonctionne du mieux que ce à quoi on pouvait s'attendre : pas de déformation, pas de flou, sur tout le champ de vision (et, curieusement, pas trop d'aberration chromatique malgré le faible nombre d'Abbe du verre SF11). Le grossissement est aussi fort qu'attendu : plus de 50% sous l'eau à vue de nez (le calcul donne 66%), et c'est ce qui constitue le principal défaut de ce système (d'ailleurs, s'il existe une solution simple à ce problème, je suis preneur, mais pour l'instant je ne vais pas faire le difficile). Il ne reste plus qu'à faire un deuxième verre et à monter tout ça sur des lunettes de piscine !

Cordialement,

Hibou

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je n'ai peut être pas tout saisi, mais pourquoi ne pas utiliser des lunettes de plongée ordinaires ?

[CoucouHibou]

Bonsoir,

voir http://forums.futura-sciences.com/ph...sion-leau.html et particulièrement le post #3 (désolé, la flemme de réécrire, donc ctrl+c, ctrl+v)

même si on ne voit pas suffisamment mal pour ne pas distinguer les contours etc, l'idée est de pouvoir bien profiter à la fois visuellement et respiratoirement d'une plongée en apnée à 20 mètres sur un récif (avec beaucoup de jolies choses à voir donc) : en effet, avec un masque plein d'air, il faut compenser l'augmentation de pression avec l'air de ses poumons. Jusqu'à de telles profondeurs, ce n'est pas tellement un drame, on a largement assez d'air (à 20m, on a encore 1.5-2L dans les poumons, ce qui est peu mais suffisant). Par contre, ce que je n'aime pas, c'est que je ne sais pas compenser la pression de l'oreille interne par une béance tubulaire volontaire, et je dois donc pratiquer la manipulation de Vasalva, qui requiert de se pincer le nez. Or ça implique d'utiliser un bras, de temps en temps, pour autre chose que la nage, ce que je trouve désagréable (surtout quand je cherche à économiser mon oxygène). Il me faudrait donc un pince-nez, mais on ne peut pas utiliser un pince-nez avec un masque qui doit être compensé. Je cherche donc un système qui me permettrait de voir sous l'eau tout en ayant un pince-nez. Un système sans air devant la cornée donc.

Si je savais faire la BTV, je ne m'embêterais pas avec ça (quoique), mais hélas, nous ne sommes pas tous égaux devant Eustache . Cordialement,

Hibou

[invite2313209787891133]

Mais tu peux utiliser un pince nez avec des lunettes non ? Je l'ai assez fait pour savoir que c'est possible (pas parce que je n'arrive pas à équilibrer la pression sans me boucher le nez, mais parce que je suis incapable d’empêcher l'eau de me rentrer dans la gorge par le nez quand je plonge, je ne sais pas pourquoi).

[CoucouHibou]

Bonjour,

à 5 m avec des lunettes de piscine, on sent déjà le plaquage sur les yeux. Je n'ose pas imaginer à 20 m, et de toutes façons, je ne tiens pas à essayer .

Cordialement,

Hibou

P.S. et accessoirement, ça fait un bon exercice d'optique !

[invite2313209787891133]

Dans ce cas il suffit de compenser la différence de pression dans les lunettes, il suffit d'un tout petit tube relié à un petit sac étanche placé sur l’élastique. Ce ne serait pas compliqué à faire.