La lumière parasite, également appelée « stray light« , est un phénomène indésirable qui affecte les performances de nombreux systèmes optiques. Elle peut altérer la qualité des images, réduire la précision de détection des capteurs, et nuire à l’expérience utilisateur. Les ingénieurs en optique de PISÉO, experts dans la conception et l’optimisation des systèmes optiques, maîtrisent parfaitement ces enjeux. Grâce à des outils de simulation avancés, ils sont en mesure d’identifier, d’analyser et de réduire ces effets délétères.
La lumière parasite (ou stray light en anglais) désigne toute lumière non souhaitée qui se propage dans un système optique et perturbe le bon fonctionnement de celui-ci. Il s’agit de lumière qui atteint le capteur, l’image ou l’observateur, sans faire partie du trajet lumineux prévu par la conception optique. La lumière parasite peut être issue de réflexions internes, de diffusions ou de fuites lumineuses venant de sources extérieures. Elle est souvent invisible à l’œil nu, mais ses effets peuvent se manifester sous forme d’artefacts visuels, de dégradations de la qualité de l’image, ou de bruit optique dans les systèmes de détection.
Les manifestations de la lumière parasite peuvent inclure :
- Halos lumineux autour des sources de lumière,
- Éblouissements et flares, qui sont des éclats de lumière indésirables,
- Images fantômes dues à des réflexions multiples,
- Voiles lumineux qui réduisent le contraste et la clarté de l’image.
La lumière parasite est particulièrement problématique dans des applications nécessitant une grande précision optique, comme les caméras, les instruments scientifiques, les systèmes de vision automobile ou les dispositifs de réalité virtuelle. Elle peut altérer les mesures, réduire la qualité des images, et même fausser des informations critiques dans certains systèmes de détection.
Les systèmes optiques modernes, composés de plusieurs lentilles, génèrent souvent des réflexions indésirables à chaque interface verre-air, provoquant des artefacts visuels comme des halos, flares ou images fantômes. Ces phénomènes sont particulièrement problématiques dans les systèmes complexes (caméras, capteurs, projecteurs), où chaque réflexion non maîtrisée peut altérer la performance.
De plus, les sous-ensembles optiques intégrés dans des systèmes mécaniques peuvent également causer de la lumière parasite. Les surfaces internes, comme les bords de lentilles ou les montures métalliques, peuvent réfléchir ou diffuser la lumière de manière incontrôlée, dégradant ainsi la qualité des images ou des mesures optiques.
Les systèmes d’imagerie (objectif de caméra, d’appareil photo, projecteur…) sont les plus sensibles à la lumière parasite.
En effet, ces systèmes sont constitués de plusieurs lentilles et des réflexions multiples sur chaque face et sont donc susceptibles de créer des artefacts indésirables. Les sous-ensembles optiques sont intégrés dans un système mécanique qui peut réfléchir ou diffuser la lumière et créer de la lumière parasite.
La lumière parasite est particulièrement critique dans deux domaines :
• Domaine spatial
Dans le domaine spatial, les systèmes optiques des satellites et télescopes sont particulièrement vulnérables à la lumière parasite en raison des exigences élevées en précision et qualité d’image. Les instruments optiques, conçus pour détecter des signaux lumineux faibles, sont sensibles aux réflexions internes et à la lumière intense provenant du Soleil ou des corps célestes, ce qui peut altérer les données et réduire le contraste. Les longues expositions nécessaires à l’observation aggravent ces effets. De plus, l’absence de possibilité d’ajustement ou de réparation une fois en orbite rend indispensable une conception soignée pour minimiser la lumière parasite et garantir des résultats fiables.
• Domaine automobile
La lumière parasite est un problème majeur dans les systèmes optiques automobiles, car elle affecte la performance des caméras, capteurs LiDAR et systèmes d’éclairage. Elle peut engendrer des artefacts visuels tels que des éblouissements, halos, reflets ou des images fantômes, perturbant l’analyse des images des caméras utilisées pour la détection des obstacles, la reconnaissance des panneaux ou la vision nocturne.
Dans les capteurs LiDAR, la lumière parasite peut fausser la mesure des distances et des objets, compromettant la précision des systèmes de conduite autonome ou assistée. Dans les phares, elle peut provoquer des réflexions internes non désirées, créant des zones d’éblouissement qui réduisent la visibilité du conducteur ou éblouissent les autres usagers. Une gestion minutieuse de la lumière parasite est donc essentielle pour garantir une performance optimale des systèmes optiques, une détection fiable et la sécurité globale du véhicule.
Pour réduire la lumière parasite, il est important de détecter sa présence et d’en comprendre les causes.
Ainsi, afin d’évaluer les risques d’apparition de lumière parasite au cours de la conception ou sur un système optique existant, des modèles numériques détaillés sont élaborés à l’aide d’outils de simulation avancés. Ces modèles intègrent non seulement les composants optiques, mais aussi leur environnement immédiat, y compris les éléments mécaniques et les sources lumineuses, afin de reproduire fidèlement les conditions d’utilisation.
Les propriétés optiques des matériaux, telles que l’indice de réfraction des lentilles, et les caractéristiques des surfaces, comme la distribution bidirectionnelle de la fonction de diffusion de surface (BSDF), les revêtements antireflet et la rugosité, sont également prises en compte. Ces simulations permettent de mettre en évidence les effets de la lumière parasite, d’identifier leurs causes potentielles et d’analyser leurs interactions avec d’autres paramètres optiques et mécaniques. En anticipant les réflexions indésirables, les diffusions internes et les interactions entre la lumière et les surfaces mécaniques, il est possible de tester et d’optimiser des solutions telles que les traitements antireflet, les géométries des composants, ou l’ajout de diaphragmes et de matériaux absorbants. Cette approche permet d’ajuster la conception en amont pour limiter les effets de la lumière parasite et garantir des performances optimales dans des environnements lumineux complexes, comme ceux rencontrés dans les systèmes automobiles ou spatiaux.
Article rédigé par Julie BONNETTO
En conclusion, les ingénieurs en optique de PISÉO, grâce à leur expertise et à l’utilisation d’outils de simulation avancés comme LightTools et Zemax, sont parfaitement équipés pour analyser et maîtriser la lumière parasite dans les systèmes optiques, en particulier dans les secteurs exigeants du spatial et de l’automobile, où ils ont déjà mené de nombreux projets avec succès. Leur savoir-faire permet de garantir des performances optiques optimales et fiables dans des environnements complexes.
Contactez dès aujourd’hui PISÉO pour discuter de vos besoins en conception optique et bénéficier de solutions sur mesure pour réduire la lumière parasite et maximiser la performance de vos systèmes.
Julie Bonnetto est spécialiste de la conception de systèmes optiques industriels. Elle détient un diplôme d’Ingénieur en Optique, Photonique et Vision Industrielle, ainsi qu’un Master de recherche en micro et nano structuration photonique obtenus à Telecom Saint-Etienne.
Avant de rejoindre PISÉO, elle a occupé des postes d’ingénieure en conception et développement optique de systèmes d’éclairage LED chez SIGNIFY (ex PHILIPS LIGHTING) puis de voyants et feux d’éclairage LED fonctionnant en environnement sévère au sein de la société MAFELEC.
Ses responsabilités au sein de PISÉO lui permettent de réaliser des études de conception optique à forts enjeux dans des domaines aussi différents que l’éclairage, l’automobile, la santé, les télécoms, l’horlogerie de luxe ou encore la biométrie.
