Le LESIA a utilisé Zemax pour concevoir un système optique imageant, en optimisant la formation des images sur le capteur tout en minimisant les aberrations optiques. Cependant, bien que les ingénieurs de PISÉO disposent également de Zemax, l’analyse des rayons parasites, en dehors de l’image principale, a été réalisée avec LightTools, un logiciel de simulation non séquentiel plus adapté. Ce dernier permet de modéliser des sources et des surfaces pour étudier les cartes d’irradiance et les indicatrices d’intensité, identifiant ainsi les contributions des rayons parasites, y compris les « images fantômes ».
Les ingénieurs de PISÉO ont exploité cet outil au maximum de ses possibilités pour déterminer l’origine des rayons parasites, évaluer leur énergie par rapport à l’image principale et proposer des actions correctives. Le module « Imaging module » de LightTools, utilisé en version beta, a permis d’isoler les chemins critiques de lumière parasite et d’optimiser les résultats en se concentrant sur les trajectoires les plus pertinentes, garantissant un bon rapport signal/bruit.
 
La simulation optique a utilisé une source en champ lointain pour représenter le champ de vision de l’instrument. Une approche combinant une lentille idéale et une source ponctuelle, positionnée à trois emplacements stratégiques (axe optique, bord horizontal et vertical), a permis d’analyser avec précision les rayons parasites par rapport à l’image principale. Ces analyses ont mis en évidence des distorsions et des aberrations dues à un champ de vision excessivement large, provoquant des artefacts et des asymétries sur le capteur. Une optimisation de la conception optique a ensuite corrigé ces défauts, alignant les performances simulées avec les exigences du système.
 
Les lentilles ont été modélisées avec précision dans LightTools en intégrant les caractéristiques des matériaux et les propriétés optiques, notamment les pertes de Fresnel et les réflexions internes. Les filtres ont été simulés à partir d’un modèle mécanique, avec des traitements de surface spécifiques basés sur les données spectrales de transmittance fournies par CILAS. Les surfaces des filtres et des bandes spectrales ont été modélisées avec des traitements distincts pour garantir une grande précision. Le diaphragme, traité avec une peinture noire absorbante validée par le CNES, a été conçu pour absorber les rayons non réfléchis.
 
Par ailleurs, l’analyse de la lumière parasite, avec un seuil précis, a révélé que les réflexions internes dans la fenêtre en saphir, les lentilles, et les interférences entre filtres étaient les principales sources de perturbation. Des revêtements anti-réfléchissants ont été optimisés pour réduire ces réflexions, et des études ont évalué l’impact de la poussière et de la rugosité de surface. Les cartes d’irradiance ont permis d’identifier les zones critiques et d’affiner les traitements pour minimiser la lumière parasite.
 
L’analyse de l’impact du système mécanique sur la lumière parasite a révélé que les réflexions internes peuvent provoquer des images fantômes. PISÉO a utilisé et ajusté un modèle mathématique de diffusion, complété par des mesures de BRDF à 850 nm et 1550 nm. Ces données ont permis d’évaluer précisément les matériaux absorbants et de sélectionner le plus adapté pour réduire la lumière parasite.
 
Enfin, l’analyse a évalué la lumière parasite « hors axe », causée par la contribution du soleil. Le déflecteur asymétrique utilisé pour la mission VERITAS a été modélisé pour simuler les interactions entre rayons visibles et infrarouges. Une source plane uniforme a été adoptée pour améliorer l’efficacité des simulations, réduisant le seuil de détection et allégeant les temps de calcul. Ces optimisations ont permis de choisir un matériau et une conception adaptés pour réduire efficacement la lumière parasite.