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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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Calcul des systèmes optiques d’imagerie1. Systèmes optiques d’imagerie
1.1 Géométrie
L’apparition des premiers systèmes optiques remonte au début de notre ère lorsque les Chinois fabriquaient la première lentille tandis que les Égyptiens réalisaient le premier miroir pour le phare d’Alexandrie.
La première lentille moderne, quant à elle, remonte à 1608. Un Néerlandais découvrit l’avantage qu’offrait une pièce de verre bombée polie en rapprochant les objets : il venait d’inventer le verre de lunette.
L’apparition des films photographiques, qui permettaient de mémoriser des images, a donné l’essor nécessaire à l’étude de l’optique, favorisant ainsi la conception de systèmes optiques à plusieurs lentilles.
La loi de Snell-Descartes établie en 1621, dite loi de la réfraction, donne la direction d’un rayon réfracté par une surface de verre en fonction de la direction du rayon incident heurtant la surface.
La surface séparant deux milieux d’indices de réfraction n1 et n2 , est aussi appelée dioptre. L’angle d’incidence est l’angle que fait le rayon lumineux avec la normale à ce dioptre.
Cette loi, sous sa forme scalaire, s’écrit (figure 1) :
Le produit de l’indice de réfraction par le sinus de l’angle que fait le rayon lumineux avec la normale au dioptre est constant. Le rayon émergeant est appelé rayon réfracté.
Dans le cas d’un miroir, n 1 et n 2 sont de signes opposés ; i2 est alors égal à – i1 .
L’extension de la loi de Descartes dans un espace à trois dimensions est alors décrite par la formulation vectorielle dite loi de Descartes vectorielle appliquée à la réfraction (figure 2) :
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