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Auteur(s)
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Jacques DELACOUR : Ingénieur de l’École supérieure d’optique - Président‐directeur général de la société OPTIS
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L’évolution du calcul optique à travers les logiciels de calcul va du simple tracé de rayon à la simulation laser la plus complexe. Ces changements montrent l’importance que peuvent avoir les simulations dans les systèmes lumineux les plus usuels. Les outils de simulation disponibles actuellement sur le marché ont eux‐mêmes fait évoluer, de façon considérable, les méthodes de calcul et de conception des ingénieurs et des techniciens amenés à élaborer de tels systèmes.
L’optique, auparavant réservée aux ingénieurs spécialisés dans ce domaine très pointu, tend aujourd’hui à se diversifier, grâce à l’industrialisation des moyens de production, à l’apparition de nouvelles technologies de plus en plus performantes. En ce sens, nous voyons apparaître aujourd’hui de nouveaux outils d’analyse et de conception optique, plus adaptés au monde de l’industrie et qui répondent au besoin de la maîtrise de la lumière d’une façon générale.
Les technologies optiques ont pu évoluer grâce à la performance croissante des techniques de simulation, qui ne cessent de faire progresser les modèles et de les rendre accessibles à un plus grand nombre d’utilisateurs.
Il est probable que le XXI e siècle verra naître un nombre important d’applications optiques grâce à une meilleure maîtrise des propriétés physiques de la lumière. Les logiciels de simulation optique jouent un rôle précurseur en la matière. Aujourd’hui, il est en effet possible de simuler un nombre grandissant d’applications optiques.
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2. Calcul des systèmes optiques d’imagerie
La volonté d’observer puis de mémoriser des images d’une qualité toujours meilleure a considérablement fait évoluer les systèmes optiques. La lentille, le microscope et la lunette de Galilée (1609), l’appareil photographique (1830) sont autant de systèmes communément utilisés aujourd’hui.
L’optique géométrique est à la base de la détermination de ces solutions optiques et c’est cette même discipline qui a fait l’objet des premiers travaux de recherche en calcul optique assisté par ordinateur.
2.1 Méthodes de calcul
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Grandeurs caractéristiques
Un système optique est caractérisé par sa longueur focale F, son ouverture D qui correspond au diamètre de sa pupille de sortie, son nombre d’ouverture N = F /D, la position et la taille de ses pupilles d’entrée et de sortie, son champ objet et/ou son champ image. Ces grandeurs sont appelées caractéristiques du premier ordre.
Au-delà, un système optique est caractérisé par ses aberrations du troisième ordre qui représentent la qualité d’un système optique. Ces aberrations sont :
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l’aberration sphérique ;
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la coma ;
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l’astigmatisme ;
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la courbure ;
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la distorsion.
Dans certains cas, le calcul des aberrations du cinquième ordre peut être nécessaire pour la détermination d’un système optique performant.
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Tracé de rayons
Le tracé de rayons définit la façon dont un rayon lumineux se propage à travers un système optique. Il est défini par le point de départ dans le plan objet et par l’ensemble des intersections sur chaque dioptre, jusqu’au plan image. Ainsi, la donnée d’un point de départ et d’un vecteur d’orientation permettront de définir un rayon objet et de calculer le point d’intersection dans l’espace image.
2.2 Arrivée des ordinateurs
Pierre Angénieux confiait le calcul de la propagation des rayons à son comptable afin de mieux se concentrer sur son travail : celui de déterminer les meilleurs rayons...
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