Mesure optique - choix lentille - focaliser un signal lumineux sur une photodiode

[alban77]

Bonjour,
Je me permets de venir poser une question dans un domaine que je ne maîtrise pas du tout.

Mon objectif sur un banc de mesure, est de venir capter/mesurer une énergie lumineuse d'une scène. Je ne fais pas d'imagerie, juste de la mesure/détection de lumière.
Pour ce faire je dispose d'une photodiode qui a une surface sensible très petite. La photodiode fait 0.3mm de diamètre.

J'ai environ 10metres entre ma photodiode et la scène que je mesure, je mesure une scène de 1m de large. Donc j'ai calculé qu'à 10m, pour mesurer 1m de large, je dois avoir une focale de 3mm. (déjà si je fais une erreur à ce niveau, n'hésitez pas à me le dire, j'ai juste appliqué Thales ...).

J'en arrive à mon problème, n'y connaissant rien en optique, lentille ... J'ai du mal à savoir vers quoi m'orienter pour focaliser la lumière vers la diode.

Est ce qu'une lentille asphérique va me permettre de capteur (focaliser) l'énergie lumineuse vers ma photodiode ?

Je pense par exemple à ça : https://www.thorlabs.com/thorproduct...artnumber=A230

Typiquement, je ne sais pas si une lentille "plano convexe" serait plus adaptée ? Je ne sais pas comment maximiser le signal reçu ... Je ne sais pas à quoi sert de connaitre le NA (numerical Aperture)... Bref, si quelqu'un ici est à l'aise avec ces notions, je suis preneur ...

Merci par avance

Alban
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[gts2]

Il faudrait peut-être préciser le pb pour avoir une réponse.
Pourquoi tenez-vous à faire l'image de la scène entière : éclairement inhomogène ?
Quelle grandeur cherchez-vous exactement à mesurer ?
Cette scène est en présence d'un éclairage ambiant parasite à éliminer ?
La scène est une source lumineuse, qqch qui est éclairée ?
...

[mizambal]

Hello. Idem que toi j'y connais pas bcp en optique, juste j'ai compris le fonctionnement du télescope ... bref ^^ du coup il me semble que tu as peut être besoin de 2 lentilles : une pour redimensionner l'image précisément sur toute la largeur du capteur (ta photodiode), et une autre pour focaliser la lumière venant de la cible sur toute la largeur de la 1ere lentille. Après j'en suis pas certain non plus Je laisse les bons me corriger éventuellement :P

[penthode]

"en principe" une simple lentille convergente suffira :

la diode placée au foyer

ça me rappelle ma première , il y a...

[A voir en vidéo sur Futura]

[alban77]

Merci pour vos réponses.

@gts2 :
-Oui, je cherche à détecter un point lumineux. L'emplacement de ce point ne m’intéresse pas, je cherche juste à détecter sa présence.
-Pas vraiment de grandeur à mesurer, je cherche juste à être assez sensible pour passer au dessus du bruit de la photodiode, pour valider le principe, je mesurerai que le nombre de mV (la tension quoi !) en sortie de photodiode. Si il est suffisamment propre au dessus du bruit plancher de la diode, alors ça ira. Le signal lumineux est assez faible.
-Les éclairages parasites ne sont pas un problème.
-La scène est illuminé par un spot, le principe est un peu le même qu'un télémètre laser j'imagine. Sauf que je ne mesure pas un écart de temps, juste la présence ou non.

@mizambal : Effectivement les télescopes utilisent une première lentille (convergente ?) et une deuxième lentille de collimation. Personnellement je n'ai pas encore compris le principe du télescope, donc je suis incapable de faire les calculs, je vais m'y pencher, ça me donnera sans doute un bon point d'entrée.

@Penthode : Dans le principe, j'ai effectivement le sentiment que ça suffit, mais que ça limite le flux lumineux que je peux capter. Intuitivement, j'ai l'impression que plus ma lentille d'entrée va être large, plus je vais capter d'énergie, mais effectivement comme le dis Mizambal, j'ai alors besoin d'une autre lentille.

Si vous validez ça, je me penche sur le principe de collimation ... si quelqu'un a un exemple de "conception" d'un ensemble focalisation/collimation je suis preneur ... Mine de rien ça coûte un peu cher ces p'tite lentille...


Merci pour vos avis,
A+
Alban

[penthode]

la seconde lentille sert à créer une image virtuelle , pour une observation par l’œil, inventée par Galilée , qui a faillit y perdre sa tête

dans ton cas ( image réelle projetée ) une simple lentille convergente suffit

mais chacun peut appliquer :

[alban77]

Je ne vois pas encore l'image que tu as joint à ton message, mais si on parle Shadock, je peux imaginer !

Je comprends bien ta réponse, et dans l'idée ça me va, je préfère moins me casser la tête avec 1 seule lentille, plutôt qu'à galérer avec le réglage au poil de 2 lentilles ...
Mais je n'aime pas passer à coté de quelque chose.
Donc si peux tu me dire si il est stupide de réfléchir à un système comma ça :

Je mets une première lentille de focale 20mm, qui va me faire une première image virtuelle de 2mm de large (par exemple, on peut choisir un peu ce que l'on veut j'imagine).
Je mets une deuxième lentille pour "convertir" cette image virtuelle de 2 mm de large en image de 0.3mm de large pour adapter à la largeur de ma photodiode.

Du coup en 2 lentilles, je fais effectivement la même chose qu'avec une seule lentille, mais mon intuition me dit qu'en entrée, au lieu de capter grâce à une lentille de 2mm de diamètre, je capte grâce à une lentille de 10mm de diamètre. Donc je suis peut être sensé avoir un signal plus fort ( un rapport 25 si je ne me trompe pas, donc ça vaut le coup si c'est le cas)?

Merci de vos éclaircissements ...

Alban

[penthode]

la première lentille convergente forme une image réelle

c'est pas toi qui choisis , c'est la physique

une preuve ? c'est comme ça qu'en enflamme du papier ou des feuilles en projetant une image réelle du soleil ,
avec une "loupe" d'un diamètre suffisant .

je te renvoie vers le cours que j'ai cité plus haut .

en physique , il n'y a pas d'intuition

il y a des faits mesurables et les calculs qui en découlent.

[mach3]

Il te suffit d'une seule lentille, choisie et placée de façon à ce que ton écran de 1m forme par cette lentille une image de 0,3mm sur la photodiode à 10m. Après on peut jouer sur le diamètre de la lentille pour augmenter la quantité de lumière qui ira de l'écran à la photodiode, mais vu la faible distance focale, ça m'étonnerait qu'on puisse utiliser une lentille de "grand" diamètre sans avoir des aberrations pas possibles (et ce n'est même pas sûr qu'une telle lentille existe...).
Possible que l'utilisation de deux lentilles soit avantageux pour augmenter la luminosité (au prix d'un montage plus complexe et moins robuste...), mais il faut commencer par tester avec une seule lentille je pense, parce que si ça marche directement comme ça pourquoi s'embêter (sauf si on est un shadok).

m@ch3

[alban77]

Oui effectivement, je vais tester avec la config simple tout d'abord. Et quitte à faire une commande de lentille, je vais peut être aussi prévoir dans mon caddie de quoi tester/ et comparer avec une ouverture plus grande. (encore faudrait t'il que j'arrive à calculer de quoi j'ai besoin ...)
Car oui, effectivement, j'ai un peu peur d'être limite en sensibilité.
Mais comme vous l'avez dit à juste titre : Si ça marche, pas la peine de faire plus complexe car la complexité d'un ensemble de lentille peut fragiliser la fiabilité.

Ok, ok, merci pour vos réponses et vos éclaircissement...
Je reviendrai vous dire ce qu'il en est ...

A+

Alban

[RomVi]

Bonjour

Il n'y a probablement pas besoin de lentille ; la plupart des photodiodes sont déjà pourvue d'une petite boule moulé sur l’élément sensible qui fait cet office.
Par contre si tu ne veux pas perturber la détection avec des sources lumineuses placées latéralement tu peux ajouter un petit tube devant le détecteur, dont l'intérieur sera peint en noir mat.