Photographie/Optique/Lentilles

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En optique, on appelle lentille une pièce de matériau transparent (le plus souvent du verre) comportant deux dioptres de même axe de révolution et destinée à faire converger ou diverger les rayons lumineux qui la traversent. Le point de rencontre de l'axe optique avec l'un des dioptres est appelé sommet de ce dioptre.


Historique[modifier | modifier le wikicode]

L'invention n'est pas récente. Aristophane mentionne dans sa pièce Les Nuées (-423) l'existence de lentilles convergentes capables de concentrer les rayons solaires pour produire du feu. Sénèque le Jeune (-3 - +65) décrit l'effet grossissant d'un globe de verre rempli d'eau. Pline l'Ancien (+23 - +79) atteste aussi l'usage de lentilles pour faire du feu dans l'empire romain et semble également mentionner l'usage de verres correcteurs. On connaît la réputation qu'avait Néron, probablement myope, de regarder les combats de gladiateurs à travers une émeraude taillée en creux.

Le célèbre savant et mathématicien arabe Alhazen (965-1038) nous a laissé le premier grand traité d'optique décrivant, entre autres, l'œil humain formant une image sur la rétine. La fabrication de lentilles en grandes quantités a commencé avec l'invention des lunettes qui s'est produite, pense-t-on, en Italie à la fin du XIIIe siècle.


Différentes sortes de lentilles[modifier | modifier le wikicode]

Les lentilles convergentes sont plus épaisses au centre qu'au bord, c'est bien sûr l'inverse pour les lentilles divergentes. Selon la disposition des surfaces utilisées, on distingue :

  • pour les lentilles convergentes, les lentilles biconvexes a, les lentilles plan-convexes b et les ménisques convergents c.
  • pour les lentilles divergentes , les lentilles biconcaves d, les lentilles plan-concaves e et les ménisques divergents f

Lentilles.png


Une lentille est dite mince lorsque la distance qui sépare les deux sommets est petite devant les rayons de courbure des dioptres. On considère alors que les deux sommets sont pratiquement confondus en un même point que l'on appelle centre optique. On a pris l'habitude d'utiliser les deux schémas ci-dessous pour représenter les lentilles minces, g pour les lentilles convergentes et h pour les lentilles divergentes.

Schéma des lentilles minces.png


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Les lentilles adaptatives, une révolution dans le domaine de l'optique ?[modifier | modifier le wikicode]

Les chercheurs de L'University of Central Florida (UCF) cherchent à mettre au point des lentilles à focale variable capables de fonctionner à la façon de l'œil humain. Ces lentilles adaptatives pourraient être fabriquées industriellement dans des gammes de dimensions radicalement plus petites que celles des lentilles actuelles, sans aucun compromis sur la luminosité. Cinq brevets ont été déposés et la licence d'exploitation concédée à un fabricant. Dans un premier temps ces lentilles pourraient concerner la partie photo des téléphones portables et les appareils numériques compacts miniaturisés.

Les lentilles créées par le Professeur Shin-Tson Wu et son équipe de recherche du UCF’s College of Optics & Photonics atteignent 15 mm dans une version de démonstration mais les dimensions commerciales seront de l'ordre de 1 à 2 mm et pourront exceptionnellement atteindre 2 cm.

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le wikicode]

Les objectifs à focale variable fonctionnent grâce au déplacement axial de lentilles ou de groupes de lentilles, ce qui fait varier la distance focale de l'ensemble et donc l'angle de prise de vue. Les lentilles adaptatives permettront d'arriver au même résultat en éliminant tout ou partie de ces mouvements.

Deux principes sont actuellement mis en œuvre pour fabriquer les lentilles adaptatives :

  • utilisation de matériaux de type cristaux liquides présentant une variation d'indice de réfraction sous l'effet d'un champ électrique,
  • utilisation d'une enveloppe souple contenant un liquide transparent. Une compression radiale modifie la forme de l'enveloppe, ce qui produit une variation de la distance focale. Une correction poussée des diverses aberrations peut être obtenue par le choix judicieux des formes des éléments flexibles.

Lentilles liquides déformables[modifier | modifier le wikicode]

Les sociétés Varioptic et Seiko se sont associées début 2008 pour fabriquer des lentilles liquides à focale variable destinées en priorité aux téléphones mobiles munies de systèmes photographiques.

Les lentilles liquides offrent l'avantage de permettre une variation de focale continue sans faire appel au moindre système mécanique et, naturellement, en silence. On en attend une réduction du poids, de l'encombrement et surtout du coût par rapport aux objectifs conventionnels équivalents.

Il faut attendre pour savoir quel niveau de qualité sera obtenu, c'est important au moment où les téléphones mobiles donnent des images de 5 Mo ou plus. Il semble possible de corriger assez facilement l'aberration chromatique par des voies logicielles mais l'avenir dira ce qu'il en est pour les autres aberrations. Par ailleurs, la multiplication des pixels oblige à construire des objectifs de plus grand diamètre et dans ces conditions la gravité n'est plus négligeable. Le poids du liquide produit en effet des déplacements qui distordent les courbures des parois souples.

Recherches en cours[modifier | modifier le wikicode]

Deux chercheurs de l'Institut allemand Rensselaer, Amir H. Hirsa et Carlos A. Lopez, ont imaginé d'utiliser tout simplement une goutte d'eau. Les problèmes de stabilité des courbures sont résolus par la mise en vibration du liquide. Comme la déformation modifie en permanence la mise au point, on utilise un capteur capable d'enregistrer 250 images/s et on confie à un système électronique le soin de choisir la plus nette. Les gouttes sont bien sûr minuscules et de tels systèmes sont inutilisables pour un travail de qualité. En revanche, on peut envisager de les utiliser pour les téléphones mobiles.

Bibliographie[modifier | modifier le wikicode]

  • HIRSA, Amir H. et LOPEZ, Carlos A. .- Controlling Light With Sound : New Liquid Camera Lens as Simple as Water and Vibration [en ligne]. Rensselaer School of Engineering [consulté le 3 octobre 2008]. Disponible sur l'internet : http://soenews.rpi.edu/update.do?artcenterkey=727


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