Le concept de stress
Lorsqu'on aborde la notion de contrainte, il est inévitable d'évoquer celle de déformation. La contrainte désigne la force interne à un objet qui s'oppose à sa déformation sous l'effet de forces extérieures. La déformation, quant à elle, désigne les variations relatives de la forme et de la taille d'un objet soumis à des forces extérieures. Ces deux concepts, paramètres essentiels pour décrire et mesurer le comportement et les performances des matériaux sous contrainte, sont largement utilisés en science des matériaux.
Contraintes de la lentille
En science des matériaux, la contrainte est un concept fondamental. La fabrication de lentilles en résine constitue une application importante dans ce domaine, nécessitant une connaissance approfondie des matériaux utilisés. De nos jours, la plupart des lentilles disponibles sur le marché sont principalement composées de résine. Lors du processus de fabrication, la génération de contraintes est inévitable. Or, ces contraintes ne sont pas visibles à l'œil nu et ne peuvent être efficacement contrôlées qu'à l'aide d'équipements de test optiques spécialisés, tels qu'un tensiomètre. Durant la fabrication, les lentilles peuvent présenter deux types de contraintes internes : les contraintes d'orientation et les contraintes de retrait. Ces deux types de contraintes peuvent avoir un impact sur la qualité et les performances des lentilles et doivent donc faire l'objet d'une attention particulière.
① Stress d'orientation
Lors du moulage des matériaux résineux, les chaînes moléculaires sont soumises à une pression et à des forces de cisaillement élevées, ce qui provoque des modifications importantes. Du fait que ces chaînes moléculaires sont figées dans un état désordonné et relâché avant de retrouver complètement leur état initial, des contraintes d'orientation résiduelles apparaissent. Ce phénomène est particulièrement marqué dans les matériaux en polycarbonate (PC).
Explication simple :
La lentille est fabriquée en résine. Lors du moulage, la transition de l'état liquide à l'état solide présente une uniformité imparfaite, engendrant des contraintes internes. Ces contraintes se manifestent par une pression exercée par les zones de densité plus élevée sur les zones de densité plus faible.
② Contrainte de retrait
Lors de la production de résines, les chaînes moléculaires, lors de leur transition de la fusion au refroidissement, peuvent subir une distribution non uniforme des températures de refroidissement en raison des variations d'épaisseur des parois du produit ou des canaux de refroidissement. Par conséquent, cette différence de température peut entraîner des retraits d'importance variable selon les zones. Ces différences de taux de retrait peuvent engendrer des contraintes résiduelles dues aux forces de traction et de cisaillement.
Explication simple :
Lors du processus de refroidissement de la production des lentilles, des facteurs tels que les différences d'épaisseur des lentilles et leur relation avec l'équipement de refroidissement interne, par exemple un refroidissement plus rapide dans certaines zones et plus lent dans d'autres, peuvent tous conduire à la génération de contraintes internes.
L'élimination des contraintes sur les lentilles
1. Optimisation des techniques de production
Afin de réduire les contraintes internes lors de la fabrication des lentilles, les fabricants optimisent et améliorent constamment leurs techniques de production. Le processus de fabrication comprend trois étapes de polymérisation à haute température. La première étape transforme la lentille de l'état liquide à l'état solide et élimine les contraintes inhérentes à ce dernier. Les deux étapes suivantes visent à éliminer ces contraintes à plusieurs reprises, permettant ainsi d'obtenir une structure interne aussi homogène que possible.
2. Relaxation de la contrainte du cristallin
Selon la loi de Hooke en physique, sous contrainte constante, la contrainte diminue progressivement avec le temps, un phénomène connu sous le nom de courbe de relaxation des contraintes. Cela signifie que les contraintes d'orientation et de retrait générées lors de la fabrication de la lentille s'atténuent progressivement à mesure que la durée de stockage après moulage augmente. Le temps de relaxation des contraintes de la lentille est étroitement lié à la déformation et aux contraintes externes. Dans des conditions normales, les contraintes dans la lentille atteignent un minimum environ trois mois après la fin de sa production. Par conséquent, en général, les contraintes internes de la lentille sont pratiquement éliminées après sa sortie d'usine.
La génération de stress dans les lunettes
Compte tenu de notre compréhension des contraintes dans les lentilles, nous savons que leur impact sur chaque lentille est relativement faible, voire négligeable. C'est pourquoi, dans la norme nationale chinoise relative aux lentilles, les paramètres de contrainte ne figurent pas parmi les critères de qualification. Alors, quelle est la cause première des contraintes dans les verres de lunettes ? Elle est principalement liée au procédé de fabrication des verres sur mesure.
Dans les magasins d'optique, lors de la pose d'un verre taillé sur une monture, l'opticien taille le verre légèrement plus grand que la taille requise afin d'éviter qu'il ne soit trop lâche et ne se détache facilement. Ceci garantit une fixation sûre du verre à la monture par des vis, l'empêchant de glisser. Cependant, cette opération peut augmenter la tension exercée sur le verre et entraîner une gêne au port. Des dimensions de verre excessives ou un serrage excessif des vis de la monture peuvent provoquer une réfraction irrégulière à la surface du verre, créant des ondulations et affectant la qualité de l'image.
Le phénomène de génération de stress lié aux lunettes
1. Biréfringence
En raison de la taille légèrement supérieure de la zone de meulage de la lentille, le serrage lors de l'assemblage entraîne une compression de sa périphérie, ce qui augmente sa densité. Cette variation de densité modifie l'indice de réfraction initial de la lentille, induisant ainsi une biréfringence.
2. Oblique
Diffusion Lors du processus d'assemblage des lunettes, si la taille est trop petite, cela entraînera une compression de la lentille, ce qui créera des « rides » à sa surface et provoquera une diffusion asymétrique de la lumière de la lentille.
Face à de tels problèmes, il est possible de retirer la lentille de la monture afin de modifier sa compression. Cette modification constitue un ajustement temporaire des contraintes, et une fois la force extérieure supprimée, l'état de la lentille peut se détendre, voire être complètement rétabli. Toutefois, il est important de noter qu'en cas de modifications durables des contraintes internes dues à une pression extérieure, même le démontage et le remontage de la lentille ne garantissent pas son retour à son état d'origine. Dans ce cas, la seule solution est d'opter pour une lentille sur mesure.
La tension exercée sur les verres est plus fréquente sur les montures complètes, et peut également survenir sur les montures semi-cerclées si le cerclage est trop tendu. Ce phénomène se produit généralement en périphérie du verre ; une légère tension a un impact mineur sur la qualité visuelle et passe souvent inaperçue. Cependant, une tension excessive affecte la zone centrale, entraînant une vision floue et une fatigue visuelle, notamment lors du regard périphérique ou des mouvements oculaires rapides.
Étant donné que la tension exercée sur les lunettes est principalement due à la compression de la monture, les lunettes sans monture présentent une meilleure capacité de réduction de cette tension.
Méthode d'autotest de la pression des lunettes
Soumises à des forces extérieures, les lentilles de matériaux différents présentent des contraintes différentes en raison de leurs variations de densité, de dureté et de structure interne. Toutefois, des phénomènes de contrainte peuvent survenir quel que soit le matériau. Voici une brève introduction à une méthode de test de contrainte. Le matériel nécessaire se compose d'un écran d'ordinateur et de lentilles polarisantes.
Mode de fonctionnement :
1. Démarrez l'ordinateur et ouvrez un document Word vierge. (Les tests de contrainte nécessitent l'utilisation de lumière polarisée, et un écran d'ordinateur est une source courante de lumière pour ces tests.)
2. Placez les lunettes devant l'écran de l'ordinateur et observez attentivement pour voir si des phénomènes anormaux se produisent.
3. Utilisez des verres polarisés (les options incluent les lunettes de soleil polarisées, les clips pour verres polarisés et les lunettes pour films 3D) pour observer les schémas de contrainte sur les verres des lunettes et sur l'écran de l'ordinateur.
Les verres polarisants peuvent révéler une distorsion striée en périphérie, manifestation de contraintes localisées. Ces contraintes se manifestent généralement par des points et des champs de contraintes, dont l'intensité est étroitement liée à l'effet des contraintes sur le verre. L'analyse de cette distribution permet de déterminer aisément la direction de la compression et le niveau de déformation subi par le verre lors de son assemblage.
Lors de l'inspection, on constate que la lentille d'origine, avant assemblage, présente encore un certain degré de contrainte, même en l'absence de forces extérieures. Ceci est dû à des forces inégales, telles que la compression et le retrait, subies lors du processus de fabrication, engendrant des contraintes internes. Il convient de noter que la présence de contraintes internes dans les lunettes est difficilement évitable, et qu'une faible, voire minimale, contrainte est acceptable. Par ailleurs, ces contraintes ne doivent pas se concentrer au centre optique de la lentille afin de ne pas altérer la qualité visuelle.
En conclusion
Les contraintes exercées par les lunettes peuvent altérer la qualité visuelle, provoquant notamment une gêne au port et une vision périphérique floue. Toutefois, il est important de noter que ces contraintes sont difficiles à éviter et que, tant qu'elles restent dans des limites raisonnables, leur impact sur la vision est quasi négligeable. Les verres sur mesure, grâce à la technologie de tournage, génèrent moins de contraintes et sont aujourd'hui devenus le produit phare du marché des lunettes haut de gamme.
Date de publication : 12 janvier 2024