Capteur de front d`onde pour le labo d`optique

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Sujet proposé par:
Julien Martinet
Lorenzo Zago
Lorenzo Zago
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Capteur de front d'onde pour le labo d'optique
Description
Le capteur de front d’onde permet de mesurer
les fronts d’onde lumineuse émis par les
étoiles ou toute autre source de lumière. On
peut, à l’aide de cette mesure, corriger l’image
obtenue dans le cas d’une onde perturbée (par
ex. : par l’atmosphère), à l’aide d’un système
d’optique adaptative (OA) qui déforme le miroir
captant la lumière, de façon à compenser les
perturbations et ainsi avoir une image nette.
Objectifs
Ce travail de diplôme a consisté à développer
et réaliser un capteur de front d’onde de type
Shack-Hartmann sous forme d’objectif
adaptable facilement sur une caméra de
laboratoire Lumenera. Il a fallu en outre
modéliser sous Matlab le traitement de la
mesure du CCD et implémenter une interface
graphique à l’aide de la toolbox GUI de
Matlab. Au final, il fallait être capable de
mesurer les fronts d’onde en temps réel. Le
tout devait ensuite être mis sur un banc
optique pour effectuer des mesures de
validation du capteur. Il pourra servir, entre
autres, aux essais d’un prototype de
mécanisme avec un miroir adaptatif à 5
actionneurs voice coil (projet HEADS).
Vue éclatée de l’objectif conçu pour la caméra Lumenera
Démarche
Le capteur a été réalisé on prenant comme
base les performances du modèle WFS150 de
chez Thorlabs. En se basant sur ses
performances il a été possible de choisir le
réseau de microlentilles adéquat (plaque de
quartz sur lequel repose plus de 4000
microlentilles). En parallèle, le design de
l’objectif a été fait sur Solidworks pour être
ensuite réalisé à l’atelier mécanique de la heig-
vd. Ensuite la programmation de tout le
traitement de la mesure a été élaborée. Pour
finir, un montage expérimental a été fait sur un
banc optique afin de valider, par une série de
mesure, le bon fonctionnement du programme.
Photo du montage expérimentale sur banc optique
Conclusion
L’objectif réalisé s’intègre parfaitement sur la
caméra de laboratoire Lumenera et garantit la
sûreté du réseau de microlentilles. L’actuelle
version du programme possède tous les outils
afin de régler, analyser, mesurer et quantifier
des fronts d’onde. La durée du traitement de
ce dernier est de 35Hz en condition normale
sans afficher les graphiques, et de 5Hz avec
tout l’affichage. Une série de mesure a permis
de montrer que l’on est dans les bons ordres
de grandeur, cependant des mesures plus
étendues sont encore nécessaires pour
pouvoir certifier le bon fonctionnement du
programme dans tous les cas. La résolution de
mesure du front d’onde atteinte avec le capteur
est très bonne et vaut dans 99.7% des cas :
λ/216 ± λ/1000 @3σ (@633 nm)
Mesure d’un front d’onde de type défocus (mode 4 de Zernike)
sous forme de bargraphe et sa surface en 3D