Optical design for the dummies Conception d’un système optique : processus global • Spécifications • Conception optique – Point de départ : livres, brevets, logiciels (Z base par ex), expérience • Tolérancement – + Environnement : thermique, vibrations… • Photométrie, lumière parasite, images fantômes… • Design opto-mécanique • Fabrication – Pas de travail du verre à IOGS • Métrologie et tests • Et toujours les Coûts : matériaux, asphériques… Thierry Lépine - Conception optique 2 Logiciels • • • • • Logiciels : Code V, Zemax, Oslo… Référentiels et conventions de signes Paramètres : Ri, ei, ni… Diagnostiques : spot diagram, MTF… Optimisation : – – Ne fais pas de miracles ! Ne sais pas optimiser sur le chromatisme (indices), la FTM… Thierry Lépine - Conception optique 3 Optimisation Figure de mérite = fonction d’erreur Paramètres de construction Thierry Lépine - Conception optique 4 Moindres carrés pondérés Levenberg (1944) On note : ei = valeur actuelle d' une grandeur (aberration, focale, masse...), ti = valeur cible (target) de la grandeur précédente, wi = poids relatif attribué, f i = wi (ei − ti ) =" défaut" Figure de mérite la plus courante : φ = ∑ f i 2 = ∑ wi2 (ei − ti ) 2 i i On note : p j = paramètre de construction (rayon de courbure, épaisseur, indice...) Il vient : ∂ (ei − ti ) ∂ei f i = ( f i )0 + ∑ wi ∆p j = ( f i )0 + ∑ wi ∆p j ∂p j ∂p j j j Thierry Lépine - Conception optique 5 Moindres carrés pondérés ∂ e i D' où : φ = ∑ ( f i )0 + ∑ wi ∆p j ∂p j i j 2 On cherche les paramétres p j pour lesquels φ est minimum, ie. ∀k , ∂φ =0 ∂pk ∂ei ∂ e i D' où : ∀k , ∑ ( f i )0 + ∑ wi ∆p j wi =0 ∂p j i j ∂pk La résolution des équations précédentes peut hélas conduire à des variations très importantes des paramètres de constructions p j , qui ne permettent pas de réduire la figure de mérite. La solution consiste à ajouter un terme d' amortissement dans l' expression de la figure de mérite : φ = ∑ f i 2 + k ∑ ∆p j 2 = ∑ wi2 (ei − ti )2 + k ∑ ∆p j 2 i j i j Thierry Lépine - Conception optique 6 D’après W. Smith, Modern lens design, McGraw-Hill Thierry Lépine - Conception optique 7 Zemax • Knowledge base (Web) + Zebase • Optiques diffractives, faisceaux lasers, polarisation, films minces, gradients d’indices, biréfringence, couplage dans une fibre… • Macros • User defined merit functions • Séquentiel • Non séquentiel (photométrie, lumière parasite, images fantômes, interférométrie…) • … Thierry Lépine - Conception optique 8 Ce qui sera fait : • Lentille simple (prise en main de Zemax) • Doublet – apochromatisme – tolérancement (1 séance spéciale) • Triplet (de Cooke) • Double-Gauss • Télescope de Newton – excentrements – correcteur de champ (à 2 et 3 lentilles) • Télescope de Cassegrain – correcteur de champ – aberrations d’excentrements • TMA et surfaces freeforms • Lumière parasite Thierry Lépine - Conception optique 9 Les logiciels gratuits • • • • • • • Oslo EDU : www.lambdares.com/education/oslo_edu Winlens Basic : www.winlens.de Modas NG : www.myoptics.at/modas Atmos : www.atmos-software.it OptaliX-LT : www.optenso.com KDP-2 : www.ecalculations.com Cosac : http://francois.henault.free.fr/cosac/cosac.htm Thierry Lépine - Conception optique 10