Spécialisé dans le développement, la production et l’homologation de produits de haute technologie pour les applications endoscopiques, ce Client a souhaité bénéficier des compétences de PISÉO pour le développement d’un banc de test optique sur mesure.
Les bancs de test sont des outils essentiels pour mesurer les performances optiques des dispositifs médicaux tels que les systèmes d’illumination utilisés notamment dans les applications médicales, plus précisément de chirurgie.
Après avoir développé un projecteur de lumière intégré à un robot chirurgical de type endoscope, le Client a souhaité pouvoir mesurer l’éclairement relatif délivré par ce projecteur lors de sa fabrication. Un banc de mesure optique spécifique a ainsi été conçu et réalisé à cet effet par PISÉO.
Pour répondre aux besoins du Client, le banc de test a été conçu pour gérer la pluralité des profils d’éclairement produits par le projecteur, qui utilise des sources de lumière de type LED qui ont des angles de lobe d’émission variés, mais aussi des sources de lumière de type laser dont le faisceau est collimaté. L’ensemble des longueurs d’onde émises par ces différentes sources de lumière, dont le spectre s’étend entre 400 nm et 850 nm a donc dû être pris en compte pour concevoir et réaliser ce banc de test.
Pour répondre aux attentes du client, les experts PISÉO ont imaginé un système d’imagerie capable de lire les profils d’éclairement projetés sur une surface diffusante. Les profils ainsi mesurés permettent de vérifier de manière simple et robuste, en production, que les profils d’émission lumineuse du projecteur sont conformes aux caractéristiques attendues du projecteur une fois intégré. Ils ont ensuite spécifié l’architecture du banc et ses composants : caméra, objectif, interfaces mécaniques et électriques…, puis réalisé la conception détaillée.
L’objectif de la caméra utilisée sur ce banc générant de la distorsion et de la courbure de champ, il a été nécessaire de réaliser dans un premier temps un étalonnage géométrique pour corriger les aberrations optiques de ce dernier.
Pour cela, une mire à damier a été utilisée qui a permis de caractériser l’aberration optique du système et de calculer les coefficients de correction à utiliser par les algorithmes de traitement des images capturées. Cette calibration géométrique ainsi effectuée permet de dresser une cartographie d’éclairement répondant à la précision requise par le Client.
Dans un second temps, un étalonnage radiométrique a été effectué afin de prendre en compte les caractéristiques de diffusion de l’écran dépoli intégré au banc de mesure, la transmission optique de l’objectif, son vignettage, la sensibilité, ainsi que la réponse spectrale du capteur de la caméra.
Pour cela les appareils de mesure du laboratoire de PISÉO étalonnés sous accréditation ISO-17025, et plus particulièrement le spectroradiomètre CAS140D, ont été utilisés pour établir une cartographie d’éclairement de référence.
Des images de l’écran dépoli ont ensuite été acquises par la caméra du banc, avec des temps d’intégration différents pour pouvoir traiter des profils d’éclairement dont les variations seraient supérieures à la dynamique de la caméra. Ces images ont été traitées par un algorithme de traitement d’image développé par les experts de PISÉO. Il permet de calculer les coefficients de correction radiométrique spécifiques au banc de mesure, en comparant la cartographie d’éclairement calculée à la cartographie de référence mesurée.
Cet étalonnage radiométrique a été validé pour toutes les longueurs d’onde du spectre lumineux utilisé, englobant le domaine visible et proche infrarouge, entre 400 nm et 850 nm.
Un logiciel de pilotage du banc de mesure a également été créé pour permettre le réglage d’alignement du projecteur de lumière sur l’écran dépoli du banc et l’ajustement du temps d’exposition de la caméra. Ce logiciel permet par la suite de visualiser l’image d’éclairement ainsi que les profils horizontaux et verticaux, et de choisir le point de l’image à partir duquel on veut étudier ces profils. Il génère la cartographie d’éclairement à partir des images acquises selon une séquence précise et un traitement d’image adapté aux singularités du projecteur de lumière. Il gère également le banc de mesure en déclenchant une mesure d’éclairement, en enregistrant ou en chargeant une image. Il donne enfin la possibilité d’exporter une cartographie d’éclairement et/ou les profils d’éclairement. Les parties interface homme-machine (IHM), traitement d’image, pilotage de la caméra et gestion des images ont été développées sous Python.
Le banc de test devait être conçu sur mesure pour répondre aux besoins spécifiques du Client et pour garantir des résultats précis et fiables. La conception opto-mécanique du banc de mesure a permis d’associer des éléments mécaniques standards à des pièces usinées sur mesure. Cela a abouti à une réalisation compacte, légère mais robuste afin de pouvoir être déplacé par une seule personne, être utilisé sur une table de travail, et fournir des mesures précises, reproductibles et répétables dans le temps. Le coût de revient a été optimisé dès sa phase de conception. L’assemblage et l’alignement du banc ont été réalisés dans le laboratoire de PISÉO.
Une fois le banc de mesures assemblé, les ingénieurs de PISÉO ont effectué une série de tests pour en vérifier les performances.
Les procédures décrivant les étalonnages géométrique et radiométrique ont été déroulées. Les vérifications ont porté sur les calculs des profils d’éclairement produits par une source de lumière diffuse et par une source de lumière collimatée qui ont été comparés aux profils mesurés par les appareils de mesure du laboratoire de PISÉO. La différence constatée étant inférieure à la précision requise par le Client, le banc de mesure a été validé.
A l’issue de ces tests, les calibrations géométriques et radiométriques ont été enregistrées dans le banc de mesure. Une gestion par numéro de série a été mise en place pour gérer les différents exemplaires du banc de mesure. Un mode d’emploi, un dossier de fabrication ainsi qu’un rapport technique rassemblant tous les résultats des tests effectués sur le banc ont été constitués pour permettre au Client de comprendre les performances de son dispositif.
