Procédé de caractérisation géométrique de la zone de dégagement des lentilles de contact
et dispositif de mise en oeuvre dudit procédé
Les lentilles tde contact destinées à corriger les défauts de vision d'un individu sont constituées d'une portion de surface sphérique appelée zone optique bordée par une zone de dégagement.
Ces lentilles de contact sont 'de trois sortes:
- lentille bi ou tri-courbes dont la zone de dégagement est constituée respectivement d'une ou de deux portions de surface sphérique admettant chacune un centre et un rayon de courbure.
- lentille à dégagements progressifs dont la zone de dégagement est constituée d'une succession de portions de surfaces sphériques ayant chacune leur rayon de courbure et leur centre propres.
Lentille Conoïd dont la zone de dégagement est une surface plane.
I1 n'existe pas actuellement de méthodes pour contrôler, après fabrication des lentilles de contact, la géometrie des zones de dégagement.
La présente invention tend précisément à remédier à cette carence.
Elle consiste en un procédé de caractérisation géométrique de la zone de dégagement des lentilles de contact et en un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on mesure d'une part, l'écartement de deux des rayons lumineux émis par une source considérée à l'infini par rapport à la lentille de contact, après leur réflexion, parallèlement à une direction donnée, pour l'un sur la zone optique de la lentille, pour l'autre sur sa zone de dégagement, et d'autre part l'angle défini par la normale au centre de la lentille de contact et la normale en l'un des deux points de réflexion desdits rayons sur la lentille de contact, lesdites mesures étant effectuées pour au inoins un couple desdits points de réflexion.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé comprend une source lumineuse, une lunette groississante et une platine mobile agencée pour recevoir en son centre une lentille de contact et se caractérise par le fait que la lunette grossissante et la source lumineuse sont positionnées de manière que l'axe optique de la lunette soit parallèle à ladite direction et que l'axe vertical passant par le centre de ladite platine, détermine, respectivement avec ladite direction et celle définie par les rayons lumineux émis par la source, des angles égaux, que ladite platine comporte des moyens assurant sa rotation autour d'un point situé sur ledit axe vertical et sa translation parallèlement à celui-ci, ainsi que des moyens de mesure desdits déplacements.
L'invention sera bien comprise en se référant à la description ci-après et aux dessins annexés dans lesquels:
- La fig. 1 représente une vue en coupe de la lentille de contact ainsi que le chemin suivi par des rayons lumineux avant et après leur réflexion sur ladite lentille.
- La fig. 2 montre le chemin suivi par des rayons lumineux à travers deux lentilles.
- La fig. 3 est une vue en perspective du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
- La fig. 4 est un schéma explicatif du réglage du dispositif,
Considérons une lentille bi-courbe (fig. 1). Soit O le centre optique de la zone optique et OY la normale en ce point.
Par construction de la lentille de contact, les centres de courbure de la zone optique 1 et de la surface de dégagement 2, soit respectivement C1 et C2 sont situés sur la normale OY.
Pour caractériser la surface de dégagement 2, il suffit de déterminer la position de C2 ainsi que son rayon de courbure r2.
Supposons une source lumineuse placée à l'infini; elle envoie des rayons lumineux parallèles tombant sur la face interne de la lentille de contact, en des points de la zone optique 1 et de la surface de dégagement 2.
Une fraction de ces rayons lumineux est réfléchie; soit S1 et S2 les images de la source données respectivement par la zone optique et la surface de dégagement.
Considérons les points A et B de la zone optique et de la surface de dégagement tels que l'angle formé entre le rayon incident et le rayon réfléchi soit identique en ces deux points et de faible valeur par exemple 60. Les rayons lumineux réfléchis AS1 et BS2 sont donc parallèles entre eux. Les normales C1A et C2B, bissectrices des angles formés par les rayons indicents et les rayons réfléchis, sont également parallèles entre elles.
Une lentille L (fig. 2) dont l'axe optique, c'est-àdire la normale en son centre Oî est parallèle aux rayons réfléchis ASN et BS2, est placée très loin des images S1 et S2. On peut alors considérer que seul les rayons parallèles à son axe optique, tel que AS1 et BS2 et ceux très faiblement inclinés par rapport à cet axe traversent cette lentille.
La lentille L donne de Si et S2 des images S'1 et S'2 situées au voisinage Ide son foyer F, pratiquement dans son plan focal (fig. 2) où est placé un réticule.
L'observation du réticule et des images S', et S'2 grâce à un objectif L1, permet de mesurer la somme des longueurs des projections S'l et S'2 sur l'axe optique de
L.
Connaissant le grossissement de L, on détermine l'écartement des rayons lumineux ASj et BS2. Compte tenu de l'inclinaison très faible de ces rayons par rapport aux normales C1A et C2B, cet écartement est pratiquement égal à celui des deux normales précitées, c'est-/à-dire à C1D (fig. 1).
Or si l'on appelle a l'angle de OY avec les normales
C1A et C2B on a la relation trigonométrique:
C2D cotga = ---
C1D = = ÇID x cotga
D'après ce qui précède C1D est connu. a se détermine expérimentalement comme nous le verrons par après. Donc C2D est complètement déterminé.
C2B dont la longueur est celle du rayon de courbure
R2 de la surface de dégagement, est égale à C2D +DB.
On peut considérer avec une très bonne approximation, que DB=ClA=rt rayon de courbure de la zone optique; d'où la détermination de la valeur du rayon de courbure de la surface de dégagement. On détermine également la position de C2 par le calcul trigonométrique: C1D
CtC2 = ---
sina
La surface de dégagement est complètement déterminée.
La mise en oeuvre du procédé ci-dessus énoncé peut se faire de la manière suivante:
La lentille de contact occupe une position telle que la normale OY en son centre optique O soit dirigée sui vant la verticale.
Les rayons lumineux incidents sont faiblement inclinés suivant cette verticale et forment avec celle, par exemple, un angle de 3 . La normale OY est bissectrice de l'angle formé par la direction du rayon incident et par celle de l'axe optique L.
I1 s'ensuit que tout rayon lumineux incident qui se réfléchit sur la zone optique ou sur la surface de dégagement, en un point tel que la normale en ce point soit parallèle à la verticale, donnera un rayon réfléchi qui traversera la lentille L.
Pour une position de lentille de contact telle qu'elle est définie précédemment, l'angle a est nul, seule la zone optique donne une image S'1 dans la lentille L.
Faisons tourner la lentille de contact autour d'un axe passant par son centre de courbure C1 et perpendiculaire à son axe optique.
On n'observera dans la lentille L qu'une image S' tant qu'il n'y aura aucun point de la surface de dégagement donc la normale sera parallèle à la verticale. De plus cette image S't sera fixe.
Lors de la rotation Ide la lentille de contact autour du centre de courbure C3 le centre de courbure C2 de la surface de dégagement se déplacera sur un cercle de centre C1 et de rayon C1 C2. Les points I et J qui sont aux extrémités de la surface de dégagement (fig. 1) se déplaceront respectivement sur le cercle de centre C, et de rayon C'I et C'J. Aux positions C'2, C"2 et C"'2 de
C2 correspondent respectivement les positions I', I" et
I"' et J', J", J"' des points I et J.
Lorsque C2 est en C'3 les normales C'2 I' et C'2 J' sont inclinées par rapport à la verticale si bien que l'on observe pas l'image S' dans la lentille L.
Lorsque C2 vient en C"2, la normale C"2 I" est parallèle à la verticale; il se forme alors une image S'2 dans la lentille L.
En poursuivant la rotation de la lentille de contact on obtiendra une succession d'images S'2 qui s'écarteront progressivement Ide l'axe optique de la lentille L et correspondront au balayage de la surface de dégagement par les rayons lumineux.
La normale C"'2 J"' étant parallèle à la verticale, il n'existe plus d'image S'2 pour des positions de C2 situé au delà de C"'2.
Pour les positions de C2 situées entre C"2 et C"'2, on obtient une succession de valeurs pour l'angle de rotation a auquel correspond une suite de valeurs pour l'écartement C'D des deux normales.
Généralement l'image S' disparaît avant que C2 soit en C"'2. Mais la position de S'! qui est fixe, est repérée antérieurement, si bien que l'on peut toujours mesurer l'écartement des deux rayons lumineux AS1 et
BS2.
La détermination de C2 et r2 se fait par le calcul tri gonométrique comme il a été expliqué antérieurement.
De plus on peut tracer graphiquement la surface de dégagement puisque l'on connait la valeur de r2 et la position de C2 pour des valeurs de a correspondant aux réflexions en I" et J"' de la surface de dégagement.
Cette méthode permet d'ailleurs de mesurer préoisé- ment la distance IJ.
Pour les lentilles tri-courbes on obtiendra deux familles d'images S'2, chaque famille correspondant à une portion de surface sphérique de la zone de dégagement.
Pour les lentilles à dégagements progressifs, on obtiendra une succession de familles, chacune d'elles étant caractéristique d'une portion de surface sphérique du dégagement.
Pour ces deux sortes de lentilles, on caractérisera la zone de dégagement par les valeurs des rayons de courbure et le positionnement des centres de courbures. En ce qui concerne les lentilles à dégagements progressifs, on pourra en outre caractériser la surface de dégagement par l'angle formé par les deux tangentes aux extrémités I et J de ladite surface.
Dans le cas des lentilles genre Conoïd dont la surface de dégagement est plane, lorsque la normale à cette surface est parallèle 'à la verticale, la lentille L ne donne plus une seule image ponctuelle 5,2 mais une bande lumineuse. Connaissant la longueur de cette bande et le grossissement de la lentille, on obtient directement la dimension de la surface de dégagement. On caractérise alors ces lentilles par la valeur de l'angle a ainsi que par la dimension de la surface de dégagement.
Par le procédé ci-dessus expliqué, on peut également placer la source lumineuse sur l'axe optique de la lentille L.
Les rayons lumineux qui traversent L seront ceux qui se réfléchiront sur eux-mêmes, ceux qui passeront par les centres de courbure Cl et C2. L'écartement des rayons lumineux recueillis sur L, correspond exactement à l'écartement C1D des normales. La méthode est donc plus exacte que dans le cas où la source lumineuse n'est pas sur l'axe optique de la lentille L.
On peut aussi faire tourner la lentille de contact autour d'un axe passant par son centre optique O et perpendiculaire à son axe optique.
Il y a alors déplacement de l'image S'. Les rayons réfléchis tels que ASt et BS2, subissent un déplacement important. Pour être sûr que lesdits rayons traversent toujours la lentille L, compte tenu des dimensions raisonnables d'un dispositif de mise en oeuvre, il faudra déplacer L d'une distance qui dépendra des caractéristiques dudit dispositif. Si, pour la simplification de la mesure, L reste immobile, elle recueille des rayons qui sont en réalité inclinés par rapport à la direction privilégiée définie par ASt et BS2. Ceci entraîne une diminution de la précision de la méthode.
Le disposi,tif de mise en oeuvre du procédé expliqué ci-dessus est de conception simple. La description que nous en donnons ci-après est un exemple d'une forme d'exécution possible (fig. 3 et 4).
Une embase stable 3, supporte une colonne 4. Cette dernière est traversée par un axe 5 creux contenant un second axe 6, lequel peut tourner à l'intérieur de 5.
A l'une des extrémités de l'axe 6, qui est soutenue par un palier 7, solidaire de la colonne 4, est fixé un tambour gradué 8. L'autre extrémité de l'axe 6 comporte une plaque 9 qui lui est solidaire.
Cette plaque est munie d'un dispositif à vis micrométrique 10 qui lui permet de déplacer un support 11 solidaire d'une platine 12.
Cette platine qui est donc rotative autour de l'axe 6 du fait de sa liaison avec la plaque 9, est évidée en son centre pour recevoir une lame Ide verre mince 13 transparente et graduée dite appui-objet.
Une pièce 14, articulée en 15, maintient la lentille de contact 16 sous la lame 13.
La plaque 9 est munie d'un doigt 17, moyen de préhension pour la rotation de la platine. Les angles de rotation a sont lus sur le tambour gradué 8. Le zéro de la graduation correspond à la position de la platine pour laquelle l'axe vertical XZ et la normale au centre optique de la lentille sont confondus.
Le centre de rotation D de la platine se trouve sur l'axe vertical XZ passant par le centre de la lame appuiobjet. La distance de ce centre à ladite lame est donnée directement par le dispositif 10.
Une source lumineuse 18 est placée en aplomb de la platine sur l'axe XZ ou au voisinage immédiat de cet axe.
Une lunette grossissante 19 est positionnée également sur l'axe XZ de manière à ce que son axe optique coïncide avec celui-ci, ou si la source n'est pas sur l'axe
XZ, à proximité de celui-ci de manière à ce que son axe optique soit très peu incliné par rapport à XZ. Dans ce dernier cas, la source et la lunette sont de part et d'autre de l'axe XZ, et l'axe XZ détermine respectivement avec la direction de l'axe optique et celle des rayons lumineux émis par la source, des angles égaux.
Pour la compréhension des dessins, les dimensions effectives des différents éléments ainsi que les distances qui les séparent, n'ont pas été respectées.
La lentille de contact 9, dont le rayon de courbure est généralement voisin de 8 mm se trouve à une distance de 25 à 30 cm de la source 7 et de la lunette grossissante 8. Dans ces conditions, la source 7 et la lunette grossissante 8 peuvent être valablement considérées à l'infini par rapport à la lentille de contact.
Avant d'utiliser l'appareil pour effectuer des mesures, il convient de faire coïncider le centre de rotation D de la platine 12 avec le centre de courbure C1 de la zone optique de la lentille de contact 16 (figure 4).
Le rayon de courbure rl, l'épaisseur e de la lentille de contact et sa flèche a sont connus. On peut alors déterminer la grandeur 1, distance du centre de courbure
Cl à la lame 13. l=r1 - (a-e)
Pour faire coïncider C1 avec D, il suffit que le centre de rotation D soit à la distance l de la lame appui-objet 4. Pour ce faire, il suffit de modifer l'élévation de la platine 12 grâce au dispositif 10, et de contrôler la distance de D à la lame 13 par lecture des indications don- nées par les vis micrométriques.
Une fois ce réglage réalisé, on procède comme il a été indiqué précédemment.