7P-138-PHO - Conception de Systèmes Optiques
Résumé de section
-
Le cours expose l'origine des aberrations géométriques et chromatiques des systèmes optiques, et évalue leur importance pour des systèmes simples (lentilles, miroirs, ...). Il donne les outils nécessaires à la caractérisation des aberrations, en s'appuyant en particulier sur les notions d'écart normal, de réponse percussionnelle et de fonction de transfert.
Les méthodes générales d'évaluation et de compensation des aberrations sont étudiées. Les principes de l'optimisation de systèmes optiques sont abordées sur un logiciel de conception optique. Enfin, les principales méthodes expérimentales de caractérisation sont décrites.
Pré-requis
- optique instrumentale
- optique physique
- optique de Fourier
Organisation
- 28 h de cours magistraux
- 9 h de TD "papier" + 18 h TD sur machine
- tutorats
Évaluation
L'UE donne lieu a plusieurs évaluations au cours du semestre, avec les pondérations indiquées :
- partiel (33%) - 2 h (*)
- compte-rendu de TD Zemax (17%)
- examen sur table (50%) - 3 h (*)
- QCM TD - bonus à l'examen (**)
(*) feuille A4 r/v de notes personnelles et calculatrice autorisées, à l'exclusion de tout autre document
(**) 3 questions en 5 mn, sans document ni calculatrice
Objectifs pédagogiques
A l'issue de ce module, les étudiants sont en mesure d'évaluer la qualité d'un système optique, selon plusieurs critères, et de concevoir et optimiser des systèmes simples répondant à un cahier des charges précis.-
Ce forum est destiné à répondre aux questions que vous vous posez sur le contenu des cours et TD, ou sur leur organisation.
Posez vos questions ici ou par courriel, en veillant à les formuler de manière précise pour qu'elles soient utiles au plus grand nombre.
-
Activités : 7
-
TD classiques
Certains sujets commencent par des questions de préparation ; nous vous demandons de traiter ces questions avant le début de la séance.
Certains TD démarrent par un QCM en temps limité (5 mn - 3 questions) sans document ni calculatrice, qui sont pris en compte dans votre évaluation.
- TD n°1 : Analyse d'un front d'onde → QCM
- TD n°2 : Aberrations sur l'axe d'un lunette afocale : aberration sphérique → questions de préparation
- TD n°3 : Lentilles déformables → QCM
- TD n°4 : Objectif de microscope à miroirs concentriques de Schwarzschild → questions de préparation
- TD n°5 : Doublet infrarouge → questions de préparation
- TD n°6 : Évaluation d'une caméra infrarouge par sa FTI → QCM
TD ZemaxLe TD n°4 donnera lieu à un compte-rendu rédigé seul ou en binôme.- TD n°1 : Analyses des aberrations d'optiques simples
- TD n°2 : Télescopes de type Cassegrain
- TD n°3 : Conception d'un doublet achromatique aplanétique dans le visible
- TD n°4 : Module endoscope
- TD n°5 : Objectif de microscope de Schmidt→ compte-rendu à rédiger
- TD n°6 : Tolérancement d'un objectif
Activités : 3 - TD n°1 : Analyse d'un front d'onde → QCM
-
Organisation de l’examen
- Durée : 2 heures
- Documents autorisés : feuille A4 recto/verso de vos notes personnelles + calculatrice
L’examen portera sur l’ensemble des principes et connaissances abordés en cours et en travaux dirigés de conception de systèmes optiques depuis le début de l’année. Le sujet de l’examen est inspiré d’un article publié dans la revue scientifique Nature Biotechnology en 2023 (cf. dossier ci-dessous).
Vous pouvez en particulier regarder ces vidéos qui expliquent la conception de l'objectif décrit dans l'article et en constituent une bonne introduction :
vidéo 1 : Reflective multi-immersion microscope objectives inspired by the Schmidt telescope
vidéo 2 : Mollusc-inspired multi-immersion microscope objectives, by Fabian Voigt (YouTube)
Préparation de l’examen
Pour vous préparer à l’examen, nous vous proposons de lire l'article Reflective multi-immersion microscope objectives inspired by the Schmidt telescope (voir dossier + bas) en vous intéressant tout particulièrement à la configuration optique originale mise en œuvre. Il n’est pas attendu que vous en compreniez toutes les subtilités, mais qu’en vous appuyant sur vos connaissances, vous ayez une idée générale des principes de conception de l’objectif de microscope proposé et de ses performances. Dans le sujet d’examen, des extraits ou des figures de l’article vous seront proposés.
Notez que l'examen sera conçu pour pouvoir être traité sans avoir lu cet article, à partir des connaissances acquises en conception optique et optique instrumentale, et de votre compréhension générale du sujet.
Pour guider votre lecture et votre compréhension du sujet, une liste de questions et points de réflexion vous est proposée ci-dessous.
Définitions complémentaires
Clarification des tissus (tissue clearing technique) : il s’agit d’un protocole d’immersion de l’objet biologique étudié dans un milieu d’indice proche, de sorte à ce qu’il apparaisse transparent pour permettre l’observation des structures d’intérêt à l’intérieur de l’objet, en supprimant la diffusion et la réfraction à l’interface entre les milieux. Cette technique est particulièrement utilisée pour réaliser de l’imagerie de fluorescence 3D. → voir par exemple ce site
Imagerie multi-photon (multiphoton imaging) : l’imagerie à deux photons (voire plus) consiste à éclairer un milieu avec un faisceau impulsionnel très intense dans le proche infrarouge, par exemple à 800 nm pour générer un processus non-linéaire d’absorption à deux photons dans le visible à 400 nm et exciter ainsi la fluorescence de la molécule ou du milieu d’intérêt. La réponse du matériau est alors équivalente à celle que l’on obtiendrait avec une source à 400 nm, mais le volume d’excitation est réduit et les plans hors du point focal ne contribuent pas au signal de fluorescence détecté. → voir Wikipedia/Microscopie deux photons , Edmund Optics/Microscopie multiphotonique
Quelques sites génériques autour des techniques de microscopie et de la conception d’un télescope de Schmidt :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Chambre_de_Schmidt
Activités : 3 - Durée : 2 heures
-
Exercices d'application du cours et questionnaires d'auto-évaluation
Activités : 9 -
Activités : 3
-
Activités : 3