Correction. - Jean

TD-LUNETTE DE VISION NOCTURNE.
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 250000 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.
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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. Ech : 1,22 : 1.
 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.
c. 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.
[E’] à l’infini => [E2] est sur [F3]
Reste à déterminer la position de [E1]
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Si le point E ϵ au rayon incident et à l’axe optique,
=> le conjugué E’ ϵ à l’ axe et au rayon émergent et donne la position de [E1].
Veiller à indiquer la nature réelle ou virtuelle (trait pointillé ou continu), et à nommer les plans ([ ])
d. 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 (110/1,22)
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e. Préciser le grossissement commercial de l’oculaire à partir du tableau :
G
x2,5
Gcoc
f’2
X3
89
G : Grossissement de la lunette.
3. Etude 2 : Observateur amétrope :
Cet observateur agit sur la bague de mise au point pour mettre l’oculaire en butée
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. Ou translation et rotation conjuguées. 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. Ech : 1 : 1.
1. Construire le conjugué de E, à l’intersection des deux rayons émergents.
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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.
e. En déduire la position du remotum [R] et l’amétropie de l’observateur.
Pour un œil myope, le conjugué objet de la rétine pour une accommodation nulle (punctum remotum) est à
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 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.
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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 250 mm de [Hoeil].
Le système peut compenser une myopie maximale de R 
1
1

 4
Hoeil.R  0.25
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.
4. Etude 3 : Lunette afocale.
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. (mesure sur la page 2)
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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’oc] =>[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. Attention aux
positions de [Hoc] et [H’oc]
Ø[Ps] = 24mm =>Gypu = Ø[Ps] / Ø[PE] = 24/80 = 0,3 => G = 1 /
Gypu = 3,3.
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