Modélisation d'appareils de test optique dans Zemax

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Un appareil de test optique est un appareil ou une configuration conçu pour évaluer et évaluer les performances des composants, appareils ou systèmes optiques. Ces luminaires sont couramment utilisés dans diverses industries. L'objectif principal des tests optiques est de garantir la précision, la qualité et la fiabilité des dispositifs et systèmes optiques.

Vous trouverez ci-dessous un modèle typique de station de test de lentilles optiques en mode non séquentiel Zemax. L'objectif est d'évaluer les caractéristiques des objectifs, telles que la distance focale, le diamètre du point focal, la distorsion et les aberrations. Le dispositif maintient la lentille dans une position précise par rapport à l'équipement de test. Par exemple, pour le test de distance focale, cet appareil est une configuration spécialisée conçue pour mesurer avec précision la distance focale du composant optique (marqué en orange sur la figure 1). La distance focale est un paramètre critique qui définit la distance entre l'objectif et l'image ou point focal, le dernier plan du système.

Figure 1 Configuration du dispositif de test

Les principaux composants optiques du système ci-dessus sont des pièces disponibles dans le commerce de Thorlabs. La source de lumière est une LED à lumière blanche de Thorlabs, référence : LEDW7E. Cette source émet de la lumière blanche dans la plage de longueurs d'onde comprise entre 430 et 660 nm, comme le montre la figure 2. Le demi-angle de vision est d'environ 7,5°, indiqué sur la figure 3.

Figure 2 Bande d'émission de la source LED

Figure 3 Angle d'émission de la source LED

Pour modéliser cette source LED en mode Zemax NSQ, la « diode source » est sélectionnée comme type de source, permettant ainsi l'affectation des divergences X et Y. Dans ce cas, nous saisissons 7,5 dans les blancs de divergence X et de divergence Y, comme l'objet 3 sur la figure 4. La longueur d'onde peut utiliser le paramètre par défaut dans Zemax en lumière visible, avec une primaire en 588 nm comme dans la figure 5.

Figure 4 Angle d'émission de la source LED

Figure 5 Réglage de la longueur d'onde

La lentille collimatrice a été sélectionnée sous la référence Thorlabs AC050-010-A-ML. La structure des pièces est illustrée dans la figure ci-dessous. Ce doublet est conçu avec une ouverture de 5 mm et une focale arrière de 10 mm. Il permet une bonne collecte de lumière avec un angle d'émission de 7,5°, comme 2*tan(7,5)*10 = 2,6 mm, ce qui est inférieur à la taille d'ouverture totale de 5 mm. Choisir la structure doublet permet d'équilibrer l'aberration chromatique et sphérique.

Figure 6 Structure de lentille collimatrice pour la source LED

La lentille à tester, c'est à dire la partie orange de la figure 1, est placée dans le trajet lumineux collimaté. Le jeu est d'environ 4 mm de diamètre. Cette taille permet à la lumière collimatée de passer à travers toute l’ouverture. Il est situé à 6 mm du collimateur, permettant une certaine flexibilité des composants mécaniques. La distance focale peut être réfléchie à l'aide d'un capteur de caméra, qui est le dernier composant de la figure 1. Il se localise au foyer de l'objectif testé, c'est-à-dire l'objet 9 sur la figure 4.

La lumière est focalisée sur le capteur de la caméra comme ci-dessous. Le plus petit point central suggère le meilleur état de mise au point de l'objectif à tester. Bien qu'il ne puisse pas s'agir d'un point, en raison de l'aberration ou de la diffraction, la plus petite taille de point est le point qui offre les meilleures performances de mise au point.

Figure 7 Distribution d'énergie focalisée au niveau du capteur de la caméra

Cette structure de collimation et de focalisation peut être largement utilisée dans la construction générale de dispositifs de test optique. La procédure de test implique généralement l'ajustement de la position de l'objectif jusqu'à ce qu'une image focalisée soit obtenue sur la cible ou le capteur d'image. La distance entre l'objectif et l'image focalisée, ainsi que d'autres paramètres, sont ensuite utilisées pour calculer la distance focale. Il est important que le luminaire fournisse un environnement stable et contrôlé pour garantir des mesures précises. L'étalonnage professionnel du luminaire et de ses composants est crucial pour obtenir des résultats fiables. De plus, l'appareil doit être conçu pour s'adapter à différents types et tailles d'objectifs, et il doit être convivial pour faciliter son utilisation.

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