DESCRIPTION DES COMPOSANTS DU SPECTRO-IMAGEUR

Fig. 1.1 – Moyenne et variance du bruit de la caméra DALSA-1M15. Les mesures sont données en niveaux de quantification. Pour chaque point, 150 images ont été acquises, per- mettant ainsi de calculer une moyenne et une variance temporelle pour chaque pixel. Ces moyennes et ces variances ont ensuite été moyennées spatialement.

monture C de la caméra, et ayant si possible une pupille d’entrée située suffisamment en amont de l’objectif pour se rapprocher de sa position optimale, c’est-à-dire au cœur de l’in- terféromètre. Ceci nous a fait choisir l’objectif Xenoplan XNP 2,8 / 50, de la série Compact de la société Schneider-Kreuznach.

La focale de cet objectif très compact (moins de 6 cm de long pour un diamètre de 3, 5 cm), inspiré du schéma dit double-Gauss, est d’environ 50 mm, et il peut être utilisé à des ou- vertures allant jusqu’à 2,8, pour un demi-champ de 11 mm au niveau du plan focal1, avec une distorsion inférieure à 0, 25%. Il présente de plus l’avantage d’être traité anti-reflets de 400 nm à 1000 nm, ce qui lui permet d’avoir une transmission totale supérieure à 80% sur cette plage spectrale (voir la figure 1.2).

Cet objectif n’est toutefois pas sans défauts, au moins pour notre application. Le pre- mier, relativement mineur, est que ses performances sont annoncées pour un objet distant d’environ 2, 6 m, et non à l’infini. Mais cette distance est égale à cinquante fois la distance focale, et on peut espérer que la qualité de l’imagerie varie peu, que l’objet soit à 2, 6 m ou à 2000 m. Le deuxième inconvénient, un peu moins anodin, est que sa pupille d’entrée est située à 19, 5 mm à l’intérieur de l’objectif (la distance étant prise par rapport au sommet du premier dioptre), donc relativement loin de la position où nous aurions voulu la placer. La conséquence est que, pour garder une taille raisonnable de l’interféromètre, il faudra

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Fig. 1.2 – Dimensions, schéma optique et transmission spectrale de l’objectif Xeno- plan XNP 2,8 / 50

accepter du vignettage. Enfin, le troisième défaut de cet objectif, beaucoup plus gênant, est que, s’il est corrigé des aberrations de 400 nm à 1000 nm, il ne l’est pas simultanément sur l’ensemble de ce domaine. Ainsi, pour les longueurs d’onde entre 400 nm et 650 nm, le plan focal image est 31, 7 mm en arrière du dernier dioptre, mais à 32, 0 mm pour les longueurs d’onde entre 780 nm et 1060 nm, soit une défocalisation d’environ 300 µm. Cette valeur peut sembler très importante, mais on se rend compte que, pour une défocalisation de 150 µm et un nombre d’ouverture égal à 8, 9, le diamètre de la tache image (dans le cadre de l’optique géométrique paraxiale) est de 17 µm, c’est-à-dire qu’il reste proche de la taille d’un pixel.

La fonction de transfert de modulation pour un objet à l’infini a été mesurée sur le banc ACOFAM à mire à pas sinusoïdal variable de l’Institut d’Optique, mais malheureuse- ment pas dans les conditions effectives d’utilisation. Ceci est dû au fait que nous craignions que les arêtes des dièdres, par lesquelles devait passer le faisceau, ne se révélassent insuf- fisamment fines, ce qui nous aurait obligé à les contourner. Ces craintes sont finalement apparues infondées, mais la date prévue pour les vols était trop rapprochée pour nous lais- ser le temps de recommander des dièdres si cela s’était avéré nécessaire. Ce risque nous a fait prendre le parti de concevoir un montage dans lequel était préservée la possibilité pour le faisceau d’éviter les arêtes des dièdres. Ceci se fait tout simplement, en déplaçant l’interféromètre par rapport à la pupille, mais, pour une même taille de dièdre, le faisceau doit être plus petit, au moins à leur niveau. Dans cette éventualité, il était donc nécessaire de diminuer le champ utile, mais aussi de rapprocher la pupille de l’interféromètre, en pla- çant un diaphragme supplémentaire entre l’objectif et l’interféromètre, diaphragme qui joue

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alors le rôle de pupille2. C’est avec un tel diaphragme que nous avons mesuré la qualité de l’objectif Xenoplan. Évidemment, déplacer la pupille dans un système optique en change les aberrations : les courbes de la figure 1.3 ne sont donc pas utilisables pour traiter les images que nous avons ensuite acquises, mais elles permettent malgré tout de confirmer dans une certaine mesure les valeurs annoncées par Schneider-Kreuznach.

Trois comportements de l’objectif ont été explorés : variation du plan de meilleure mise au point avec la longueur d’onde et avec le champ (graphiques du haut), et mesure de la fonction de transfert de modulation à différentes longueurs d’onde (graphique du bas). De ces courbes, on retrouve que, sur l’axe, les performances sont proches de celles annoncées par le concepteur3_{, ce qui n’est pas surprenant : sur l’axe, pour un objet à l’infini et pour}

une ouverture donnée, la position de la pupille a peu d’influence, tant que son image dans l’espace d’entrée n’est pas trop floue. On retrouve aussi que le chromatisme entre le domaine visible et le proche infrarouge n’a pas été replié, puisque le plan de meilleure mise au point s’éloigne progressivement avec la longueur d’onde, lentement entre 470 nm et 650 nm, puis beaucoup plus rapidement ensuite. Nous ne pouvions pas mesurer la fonction de transfert de modulation au-delà de 800 nm, mais il est fort probable que, entre 800 nm et 1 µm, le plan focal varie peu. Enfin, on constate que quand on se déplace dans le champ, l’insertion d’un diaphragme supplémentaire a de très nettes conséquences. En effet, si l’on en croit les données fournies par Schneider, la fonction de transfert de modulation est pratiquement invariante dans le champ ; or nous trouvons que, avec la nouvelle pupille, il y a à la fois de la courbure de champ et de l’astigmatisme, et de manière importante, puisque le plan focal à 800 nm est ramené au-delà du plan focal visible pour un objet sur l’axe. Il nous a alors semblé qu’un bon compromis serait de placer le détecteur à 16, 95 mm de la monture, ce qui donne la troisième courbe de la figure 1.3, où l’on voit que, à toutes les longueurs d’onde, la fonction de transfert de modulation prend des valeurs acceptables.

En ce qui concerne la distorsion, nous l’avons mesurée, et trouvée négligeable, c’est-à- dire inférieure au pixel, et surtout inférieure à notre précision de mesure.

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et le diaphragme variable de l’objectif est alors ouvert au maximum

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