Bases objectifs

L'objectif constitue le « système optique » de toute application de vision industrielle. Il détermine comment la lumière de l'objet est projetée sur le capteur et influence de manière décisive la qualité d'image, la netteté et la précision géométrique. Un objectif industriel se compose de plusieurs éléments optiques (lentilles), d'un boîtier mécanique et souvent d'un système d'ouverture. Les principales caractéristiques techniques sont les suivantes :

• Focale : Détermine le champ de vision et le grossissement. Focale courte → grand champ de vision (grand angle). Focale longue → champ de vision réduit, grossissement élevé

• Cercle d'image : Définit la taille de l'image projetée par l'objectif. Il doit couvrir entièrement le capteur pour éviter le vignettage (coins sombres).

• Ouverture (F-stop) : Contrôle la quantité de lumière traversant l'objectif. Grande ouverture → plus de lumière, faible profondeur de champ. Petite ouverture → moins de lumière, plus grande profondeur de champ

• Profondeur de champ : Zone nette devant et derrière le point de mise au point. Elle dépend de l’ouverture, de la focale et de la distance de travail.

• Distance de travail : Distance entre l'objectif et l'objet. Elle influence le champ de vision, la résolution et l'intégration mécanique.

• Résolution / MTF : Capacité à restituer les détails fins et le contraste. Elle doit être adaptée à la résolution du capteur.

• Distorsion : Déformations géométriques de l'image (lignes courbées). Une faible distorsion est essentielle pour les mesures.

• Plage spectrale : Domaine de longueurs d’onde pour lequel l'objectif est optimisé (visible, NIR, SWIR). Important pour les applications spécifiques.

• Types d'objectifs :
o Objectifs standard : pour applications générales
o Objectifs télécentriques : pour des mesures précises sans erreur de perspective
o Objectifs grand angle : pour grands champs de vision
o Objectifs SWIR : pour imagerie hors spectre visible
o Objectifs line scan : pour inspection continue
o Objectifs renforcés : pour environnements difficiles
o Objectifs résistants aux radiations : pour le nucléaire, l'aéronautique ou la recherche

• Monture : Interface mécanique avec la caméra (C-mount, F-mount, etc.), définissant la compatibilité et le tirage mécanique.

Résumé : L'objectif est un élément clé des performances d’un système de vision. Il influence la qualité d'image, la précision des mesures, le champ de vision et l'intégration. Un choix adapté garantit une combinaison optimale avec la caméra et répond aux exigences de l'application.

Ouverture

L'ouverture est le diamètre interne de l'objectif qui contrôle la quantité de lumière atteignant le capteur. Une grande ouverture laisse entrer plus de lumière, utile en faible éclairage. Une petite ouverture augmente la profondeur de champ. Elle influence aussi la netteté et le contraste. Elle est exprimée par un nombre f (ex. f/2.8).

Back Focus

Le back focus correspond à la distance entre l'arrière de l'objectif et le point de mise au point. Cette distance doit correspondre à la caméra et à la monture. Sinon, l'image ne sera pas nette. Certains objectifs permettent un réglage. C'est important lors de l'utilisation de différents capteurs.

Traitement Broadband

Un traitement broadband réduit les réflexions sur une large plage de longueurs d’onde. Il améliore la transmission lumineuse et le contraste. Il est utile avec différentes sources lumineuses, visibles ou infrarouges. Il réduit également les reflets parasites. Il est courant en vision industrielle.

MTF (fonction de transfert de modulation)

La MTF décrit la capacité d'un objectif à reproduire les détails et le contraste d’un objet dans l'image. Des valeurs élevées signifient une bonne restitution des structures fines. La MTF diminue généralement pour les détails élevés et vers les bords de l'image. C'est un paramètre clé pour évaluer la qualité optique et l'adéquation avec la résolution du capteur.

Champ de vision

Le champ de vision correspond à la zone visible par la caméra. Il dépend de la taille du capteur, de la focale et de la distance de travail. Un champ large couvre plus de surface avec moins de détail. Un champ étroit montre plus de détail. Le bon choix est essentiel pour l’inspection.

Déplacement de mise au point

Il s'agit d'un changement de netteté lorsque la longueur d’onde change. Cela arrive souvent entre lumière visible et infrarouge. L'image peut devenir floue sans correction. Cela réduit la précision. Les objectifs corrigés IR limitent ce phénomène.

Correction IR

Un objectif corrigé IR focalise la lumière visible et infrarouge au même point. Sans correction, l'image IR peut être floue. Important avec un éclairage infrarouge. Garantit une netteté constante. Utilisé en industrie et surveillance.

Distance de tirage (Flange Back)

C'est la distance fixe entre la monture et le capteur. Chaque monture possède une valeur définie. L'objectif et la caméra doivent correspondre. Sinon, la mise au point est impossible. C'est une spécification mécanique clé.

Contrôle du diaphragme

Le contrôle du diaphragme régule l'ouverture pour contrôler la lumière atteignant le capteur. Les systèmes automatiques s'adaptent aux variations d'éclairage, les systèmes manuels sont utilisés en conditions constantes. L'objectif est une luminosité stable, améliorant la qualité d'image et la répétabilité.

Distance de travail

Distance entre l'objectif et l'objet. Elle influence le grossissement et le champ de vision. Les courtes distances offrent plus de détail. Les longues distances sont utiles pour les grands objets. Les objectifs sont souvent optimisés pour une plage spécifique.

Focale

La focale détermine le grossissement. Une courte focale donne un grand champ de vision. Une longue focale donne un grossissement plus élevé. Elle est exprimée en millimètres. Critère clé dans le choix d’un objectif.

Plage de mise au point

Définit les distances sur lesquelles l'objectif peut faire la mise au point. Certains sont prévus pour le proche, d'autres pour l'infini. Une large plage offre plus de flexibilité. Elle doit correspondre à l'application. Souvent optimisée pour des distances précises.

Monture

Interface mécanique entre la caméra et l'objectif. Exemples : monture C, monture F. Elle détermine la compatibilité. Une fixation stable est essentielle. Les montures industrielles résistent aux vibrations.

Indice IP

Indique la protection contre poussière et l'eau. IP67 = étanche à la poussière et immersion temporaire. IP69 = protection contre jets haute pression. Important en environnements difficiles. Utilisé en industrie et extérieur.

Angle du rayon principal

Angle sous lequel la lumière atteint le capteur. Un angle trop grand peut provoquer des ombres. Les capteurs ont des limites. Les objectifs modernes contrôlent cet angle. Important pour l'uniformité.

Ruggedized

Équipement renforcé, conçu pour environnements difficiles. Résiste aux vibrations, chocs, températures et l'humidité. Le choc opérationnel est mesuré en G. Garantit fiabilité à long terme. Utilisé en industrie lourde.

Taille de pixel (µm)

Dimension physique d'un pixel. Les grands pixels captent plus de lumière. Les petits pixels permettent une résolution plus élevée. Influence le choix de l'objectif. Exprimée en micromètres.

Cercle d'image (mm)

Diamètre de l’image projetée par l'objectif. Doit couvrir totalement le capteur. Sinon, coins sombres. Les grands capteurs nécessitent un cercle plus grand. Garantit la compatibilité.

Éclairement minimal

Cette valeur indique la quantité minimale de lumière nécessaire pour obtenir une image exploitable. Elle est mesurée en lux. Des valeurs faibles signifient de meilleures performances en faible luminosité. Le capteur, le diaphragme et le bruit influencent ce paramètre. Idéal pour les environnements sombres.

Résolution

Quantité de détails dans l'image. Exprimée en pixels. Plus elle est élevée, plus les détails sont fins. Dépend du capteur et de l'objectif. Les capteurs haute résolution nécessitent des objectifs adaptés.

Distorsion TV

Déformation géométrique de l'image. Les lignes droites peuvent apparaître courbées. Faible distorsion requise pour mesures précises. Exprimée en pourcentage. Les objectifs industriels la minimisent.

Vignettage

Assombrissement des coins de l'image. Causé par une chute de lumière. Peut affecter la précision. Une bonne compatibilité réduit ce phénomène. Correction possible par logiciel.

Plage de longueurs d'onde

Spectre lumineux pour lequel l'objectif est conçu. Visible, NIR ou SWIR. En dehors de la plage, la qualité baisse. Doit correspondre à l'éclairage. Garantit netteté et contraste.

SWIR

SWIR signifie Short-Wave Infrared. Environ 900–1700 nm. Permet de voir à travers fumée ou certains matériaux. Révèle des détails invisibles en lumière visible. Utilisé en inspection et sécurité.

Télécentrique

Un objectif télécentrique offre un grossissement constant. La taille de l'objet ne change pas avec la distance. Important pour mesures précises. Élimine les erreurs de perspective. Utilisé en métrologie.

Résistance aux radiations

La résistance aux radiations décrit la capacité à supporter l’exposition aux rayonnements. Ceux-ci peuvent assombrir le verre et dégrader la qualité d'image. Elle est mesurée en Gray (Gy) et testée sous irradiation contrôlée. Ces optiques sont utilisées en nucléaire et en recherche.

Éclairement relatif

Indique la répartition de la luminosité du centre vers les bords de l'image. Un éclairement relatif élevé garantit une image uniforme sans zones sombres et est essentiel pour des analyses fiables.

Aberration chromatique

Défauts de couleur causés par la réfraction différente des longueurs d'onde lumineuses. Ils apparaissent sous forme de franges colorées sur les contours et sont réduits grâce à des conceptions optiques spécifiques pour garantir une reproduction nette et précise des couleurs.

Profondeur de champ

Désigne la zone située devant et derrière l'objet mis au point qui apparaît nette. Elle dépend de l'ouverture, de la focale et de la distance de travail, et est importante pour l'imagerie d'objets en profondeur.

Grossissement

Indique le rapport entre la taille de l'objet et son image sur le capteur. Il détermine la taille des détails dans l'image et est essentiel pour les applications de mesure et d'inspection précises.

Transmission

Indique la transmission lumineuse d'un objectif en pourcentage. Une transmission élevée permet d'obtenir des images plus lumineuses et améliore le rapport signal/bruit, notamment en conditions de faible éclairage.

Filetage de filtre

Filetage standardisé à l'avant de l'objectif permettant de fixer des filtres, tels que des filtres polarisants ou des verres de protection. Il permet une adaptation simple aux différentes conditions d'éclairage et de protection.

Éléments asphériques

Utilisation de lentilles asphériques pour réduire les aberrations optiques, en particulier les aberrations sphériques. Elles améliorent la qualité d'image tout en permettant une conception plus compacte de l'objectif.

Pupille d’entrée

Désigne la position et la taille apparentes de l'ouverture vues du côté de l'objet. Elle influence la manière dont la lumière entre dans l'objectif et est importante pour la conception de l'éclairage et la calibration précise des systèmes de vision.

Verrouillage de la mise au point et de l'iris

Désigne les mécanismes de verrouillage mécanique de la mise au point et de l'ouverture. Ils empêchent tout réglage involontaire dû aux vibrations ou aux mouvements et garantissent des réglages stables en fonctionnement.

Construction de l'objectif

Désigne le nombre et la disposition des éléments optiques dans l’objectif. Elle influence fortement la qualité d’image, la netteté et la correction des aberrations optiques. Des conceptions plus complexes permettent généralement de meilleures performances optiques.