TP3-LUNETTE DE VISEE NOCTURNE. Corrigé.

Transcription

1 TP3-LUNETTE DE VISEE NOCTURNE. Corrigé. 1. Introduction : Pour recenser et étudier le comportement des animaux en forêt pendant la nuit, un garde forestier myope (-8δ) désire acheter une lunette à vision nocturne appelée aussi lunette à intensification de lumière. Pour cela, il se rend chez son opticien afin d être conseillé sur les capacités optiques d une lunette présentée en vitrine (grossissement, champ de vision, possibilité de régler la lunette pour son amétropie,..). 2. Fonctionnement : La lunette à intensification de lumière permet d observer la nuit les objets dont la visibilité est réduite. Ce système peut-être utilisé dans des conditions de lumière faible tel qu un ciel légèrement étoilé et même nuageux mais ne fonctionne pas dans le noir complet. La lunette à vision nocturne est composée : D un objectif mobile permettant de faire la mise au point entre l infini et 50 mètres. L utilisateur agit sur un bouton de commande qui par un système de transformation de mouvement excentrique, déplace le bloc de cinq lentilles afin d obtenir une image objective sur la photocathode. D un tube à intensification de lumière, récupérant l énergie des photons qui se transforme en électrons sur la photocathode (tous les objets émettent de l énergie sous forme de photons). Les électrons sont alors amplifiés fois au cœur du tube en passant à travers un champ électrostatique alimenté par une pile avant d être renvoyés sur un écran. L image se formant sur l écran est alors amplifiée et redressée (l image est observée en lumière monochromatique verte). D un oculaire permettant d observer l image amplifiée sur l écran. Cet oculaire est réglable en fonction de certaines amétropies à l aide d une bague qui par un système de transformation de mouvement vis/écrou déplace le bloc de cinq lentilles. 1/10

2 TP3-LUNETTE DE VISEE NOCTURNE. Corrigé. 2/10

3 3/10

4 3. Etude 1 : Observateur emmétrope : a. Préciser les fonctions optiques de l oculaire : Conjuguer l image objective formée sur l écran E avec le remotum de l utilisateur. Grossir l image : Loupe. b. Tracer la marche du rayon émergent. Tracé rouge : Considérer le système optique complet «Oculaire», le rayon émergent est parallèle à l axe optique donc le rayon incident passe par le foyer objet : Foc. Tracé vert : Considérer que la lentille L3, le rayon émergent est parallèle à l axe optique donc le rayon incident passe par le foyer objet : F3. Tracé bleu : Relier les deux rayons précédents. 4/10

5 a. En déduire la position des conjugués images de l écran [E] après avoir rempli la chaîne d images : [E] [ E1] [ L 2 ] [ E 2] [E'] L1] L 3] [ [ [Foc ] [ ] [ F3 ] [ ] L observateur est emmétrope et n accommode pas donc [E ] est nécessairement à l infini. Comme le point de départ du rayon incident se situe sur l axe optique, les conjugués sont à l intersection de cet axe et des rayons émergents. Veiller à indiquer la nature réelle ou virtuelle (trait pointillé ou continu), et à nommer les plans ([ ]) c. Construire, à l aide du rayon lumineux précédent, le plan focal image de la lentille [L2] et coter la distance focale f 2. Déterminer le foyer secondaire φ 2 et le plan focal [F 2] à l intersection d un rayon parallèle au rayon incident bleu passant par le centre optique de L2 et du rayon émergent vert. f 2 = 89mm 5/10

6 d. Préciser le grossissement commercial de l oculaire à partir du tableau : G Gcoc f 2 X3 89 G : Grossissement de la lunette. X3,5 X4,8 75 Gcoc : Grossissement commercial de l oculaire. X4,5 X6 60 f 2 : Focale de la lentille [L2] x2,5 4. Etude 2 : Observateur amétrope : a. Indiquer la nature et l axe du mouvement utile des lentilles oculaire pour réaliser la mise au net. Translation suivant x b. Indiquer la nature et l axe du mouvement de la bague de mise au net. Mouvement hélicoïdal autour de x. Voir page 1. c. En déduire le nom de la liaison : Liaison hélicoïdale d axe x d. On désire connaître l amétropie maximale de l observateur : Construire le conjugués images de l écran à travers les trois lentilles de l oculaire. 1. Construire le conjugué de E, à l intersection des deux rayons émergents. 6/10

7 2. Construire le conjugué de E1, à l intersection des deux rayons émergents. Tracé bleu. 3. Construire le conjugué de E2, à l intersection des deux rayons émergents. Tracé vert. Veiller à respecter la nature réelle ou virtuelle de tous les tracés. 7/10

8 e. En déduire la position du remotum [R] et l amétropie de l observateur. Rappel sur la réfraction axial principale et l amétropie. Pour un œil myope, le conjugué objet de la rétine pour une accommodation nulle (punctum remotum) est à la distance finie et en avant de l œil (réel). Pour un œil hypermétrope, le conjugué objet de la rétine pour une accommodation nulle (punctum remotum) est à la distance finie et en arrière de l œil (virtuel). Le signe du remotum détermine le signe de la réfraction axiale principale R et donc l amétropie de l œil. Œil emmétrope : R = 0. Œil myope : R < 0. Œil hypermétrope : R >0. L image finale observée se forme sur [E ], ce qui correspond au conjugué objet de la rétine : [E ] coïncide avec le plan remotal [R]. [R] se situe en avant de l œil à une distance de 236mm de [Hoeil]. Le système peut compenser une myopie maximale de R = 1 1 = = 4,25 Hoeil.R Nota : La fonction principale de l oculaire est de conjuguer une image intermédiaire à l infini pour éviter la fatigue de l œil. L observateur hypermétrope peut donc toujours avoir une vision nette sans équipement, il devra accommoder. Les difficultés sont toujours dues à la myopie et l astigmatisme. f. Le garde forestier peut-il utiliser la lunette à vision nocturne? Il ne peut l utiliser sans son équipement de compensation (-8δ). On doit lui conseiller d utiliser si possible des lentilles. 8/10

9 5. Etude 3 : Lunette afocale. La lunette est composée : D un objectif défini pas ses éléments cardinaux [Hobj] (plan principal objet) et [H obj] (plan principal image). Son plan focal image [F obj] est inconnu. D un doublet oculaire composé d une lentille mince [L1] de foyers F 1 et F1 et d un système centré [H2][H 2] de foyer objet F2. On donne les éléments cardinaux de l oculaire : [Hoc] [H oc] [F oc] [Foc]. La monture de la lentille [L1] joue le rôle de diaphragme de champ [Dc] et l ouverture de l objectif est le diaphragme d ouverture [Do] placé dans le plan principal objet [Hobj]. L étude se fera sans le tube amplificateur car il n intervient pas dans les caractéristiques optiques. a. Préciser les fonctions optiques de l objectif : Conjuguer l objet avec la photocathode. b. Quel est le mouvement et l axe de déplacement utile de l objectif lors de la mise au point : Translation suivant x. c. En déduire le nom de la liaison : Glissière d axe x. d. Lors de la mise au point, l utilisateur agit sur le bouton de mise au point. Indiquer le mouvement et l axe de déplacement de ce bouton : Rotation d axe z. e. En déduire le nom de la liaison : Pivot d axe z. f. Etudier la section C-C, et déterminer la course maximum en translation et la rotation nécessaire. Système par excentrique (équivalent came-poussoir). X = 2mm, Y = 7mm => course de 5mm pour ½ tour de bouton. 9/10

10 g. Sachant que la lunette est afocale, compléter la chaîne d images. En déduire la position de F obj. Les systèmes afocaux font que tout faisceau incident parallèle donne un faisceau émergent parallèle. Le conjugué d un objet à l infini est une image à l infini. Les systèmes afocaux, jumelles, télescopes, lunettes, sont donc destinés à l observation d objets éloignés. Donc en relisant l énoncé 5 : [A] et [A ] sont à l infini. Considérer l objectif : [A] à => l image de [A]= [Ao] est sur [F obj] Considérer l oculaire : [A ] à => [Ao] est sur [F obj] =>[F obj] = [Foc] Considérer le système centré [H2] [H 2]: [A ] à => [A1] est sur [F2] h. Afin de connaître le grossissement de la lunette, construire la pupille de sortie [Ps] conjugué du diaphragme d ouverture. Calculer le grandissement transversal et en déduire le grossissement de la lunette afocale. L image de [Do] par l objectif est situé sur [H obj] a la même taille. On peut conjuguer cette image par l oculaire en utilisant ses éléments cardinaux. Ø[Ps] = 24mm =>Gypu = Ø[Ps] / Ø[Ps] = 24/95 = 0,25 => G = 1 / Gypu = 4. 10/10