Zemax (intro) - (paristech.institutoptique.fr) au

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
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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
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Optimisation
Figure de mérite =
fonction d’erreur
Paramètres de construction
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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
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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
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D’après W. Smith,
Modern
lens design,
McGraw-Hill
Thierry
Lépine - Conception
optique
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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
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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
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Les logiciels gratuits
•
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•
•
•
•
•
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
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