Combiner performance optique, robustesse mécanique et gestion de la complexité dans un même système optique multispectral ? C’est le défi relevé par PISÉO avec le zoom visible-NIR-SWIR.
Développer un zoom optique multispectral couvrant le visible (VIS), le proche infrarouge (NIR) et l’infrarouge à ondes courtes (SWIR) est un défi technologique majeur. Peu de sociétés savent combiner performance optique, robustesse mécanique et viabilité industrielle sur un spectre aussi large.
PISÉO l’a démontré avec un projet de zoom continu multispectral, illustrant son savoir-faire unique en conception de systèmes optiques complexes, tout en répondant à des spécifications exigeantes : ouverture numérique précise, facteur de zoom x15 en continu, contrôle strict de la distorsion maximale autorisée, performances MTF élevées (Modulation Transfer Function, ou Fonction de Transfert de Modulation : capacité du système à restituer les détails fins avec contraste), tout en respectant des contraintes d’encombrement et de champ de vision (FOV/DOV, c’est-à-dire l’étendue et la profondeur de champ de la scène observable).
Correction chromatique sur un spectre large
Maîtriser le chromatisme sur une plage spectrale allant de quelques centaines de nanomètres à plus d’un micron, sans recourir aux verres fluorite fragiles, a exigé une recherche approfondie sur les combinaisons de matériaux optiques. Grâce à un travail de bibliographie et de simulation, PISÉO a sélectionné des verres spéciaux transparents sur tout le spectre visible-NIR-SWIR, en optimisant leur dispersion pour une correction quasi apochromatique – correction des défauts de mise au point sur trois longueurs d’onde ou plus, compatible avec les contraintes d’ouverture numérique et de qualité d’image.
Maîtrise des aberrations géométriques
Le système devait maintenir la parfocalité – capacité à conserver la mise au point lors d’un changement de focale – entre les voies visible, NIR et SWIR, malgré leurs différences de focalisation naturelles, et ce, sur l’ensemble de la gamme focale. L’intégration de lentilles asphériques a permis de corriger efficacement les aberrations sphériques, la coma – déformation en forme de virgule des points lumineux en bord d’image – et l’astigmatisme sans multiplier les éléments optiques.
Résultat : un système compact, performant, respectant les contraintes d’encombrement, et capable de produire des images nettes sur tout le champ, avec une distorsion maîtrisée.
Contraintes mécaniques et d’encombrement
Le zoom embarquait des groupes mobiles synchronisés, avec un rapport de zoom élevé (x15), imposant des contraintes mécaniques significatives. PISÉO a optimisé le nombre de groupes mobiles et les types de mouvements, tout en anticipant les limites de fabrication : choix de verres disponibles chez les fournisseurs, limitation des surfaces asphériques coûteuses, réduction de la variété des matériaux pour simplifier l’approvisionnement et garantir la fabricabilité, tout en maintenant les performances MTF attendues.
PISÉO a mobilisé les puissants outils de Zemax OpticStudio, l’un des logiciels de référence mondiale en conception optique. Cet outil de tracé de rayons a permis de simuler et d’optimiser chaque paramètre : courbures, épaisseurs, espacements, indices, performances spectrales, FOV/DOV et qualité MTF, en multispectrale et avec parfocalité.
Un même fichier permet de centraliser l’analyse simultanée des différentes focales et bandes spectrales facilitant l’itération, l’archivage et l’optimisation.
La conception a en effet suivi un processus complexe : ébauchage du système, pour un choix de combinaison optique robuste (équilibrage des groupes pour favoriser la faisabilité), puis correction des aberrations de chaque groupe, et enfin achromatisation, à nouveau par sous-ensemble, par une sélection de verres permettant de couvrir tout le spectre visé.
Une fois le système complet, une nouvelle passe d’optimisation a été réalisée pour trouver des compromis complexité/performance (courbures, épaisseurs au centre ou au bord, éléments collés ou non, diversité de verres etc.).
Cette phase d’optimisation minutieuse a conduit à un système théorique performant, que PISÉO a ensuite rendu réaliste grâce à des études de tolérancement, pour à nouveau réduire les points de sensibilité de l’ensemble ou arbitrer entre variantes : analyse statistique des variations attendues en production, pour garantir qu’un produit réel resterait conforme aux exigences, même en tenant compte des marges de fabrication et d’assemblage.
Ce zoom devait être embarqué sur des plateformes maritimes ou aéronautiques, pour de l’observation longue distance : repérage d’obstacles, surveillance de zones, équipements de défense. Ces applications exigeaient un produit à la fois robuste (sans verres fragiles), compact (intégration en boule optronique), et ultra-performant (résolution, netteté d’image et distorsion maîtrisée sur tout le spectre). La large gamme spectrale permet le repérage à longue distance, par la moindre diffusion de l’atmosphère dans le SWIR, comme l’identification (par la combinaison avec le visible).
Là où d’autres ont échoué à répondre aux besoins de son Client, PISÉO a su trouver des solutions innovantes, grâce :
- Aux compétences en conception opto-mécanique de ses ingénieurs
- A leur maîtrise approfondie des outils logiciels et des méthodes d’optimisation.
- A leur capacité à prendre en compte les contraintes industrielles et les aspects intégration dès la conception.
- A leurs partenaires spécialisés dans la fabrication de lentilles complexes pour des gammes spectrales larges.
PISÉO est un partenaire reconnu pour le développement de systèmes optiques complexes, capable d’intervenir à chaque étape : de l’idée initiale au produit prêt pour le marché. S’engager avec PISÉO, c’est bénéficier d’un accompagnement rigoureux, d’une expertise pointue et d’une capacité à transformer des défis techniques en solutions concrètes et fiables.
