Conception de systèmes optiques

La signification de la conception d'un système optique varie en fonction de la personne à qui l'on s'adresse. Selon moi, il s'agit davantage d'un processus continu que d'une tâche unique. Un processus est quelque chose que l'on exécute en permanence, en utilisant le retour d'information pour affiner et améliorer chaque étape du développement. En revanche, une tâche se concentre sur le développement d'un système ou d'un module spécifique pour répondre à des exigences particulières.

Lorsque nous considérons le processus de conception comme une série de tâches isolées, nous perdons les avantages de l'apprentissage continu. L'un des principaux avantages d'une approche axée sur le processus est qu'elle nous permet de développer nos compétences en matière de prévision des performances de nos conceptions.

Pour y parvenir, nous ne pouvons pas nous contenter de mesurer les paramètres directement liés aux exigences du client, tout en négligeant les performances optiques des sous-systèmes optiques. Dans de nombreux cas, le système optique n'est qu'un composant d'une machine plus grande. Si la machine fonctionne correctement ne serait-ce qu'une fois, nous en concluons souvent que toutes les pièces fonctionnent bien. Cependant, d'après mon expérience, cette hypothèse est souvent erronée. Les systèmes complexes peuvent masquer des composants peu performants. Ce n'est pas parce qu'une machine fonctionne que toutes ses pièces fonctionnent comme prévu.

Il existe une différence essentielle entre la conception d'un système optique et ce qui est souvent confondu avec elle : la conception d'un objectif. La conception d'un objectif commence par des exigences spécifiques telles que la taille, le type d'imagerie, la gamme de longueurs d'onde, les angles de champ, la taille de l'image et la qualité optique pour l'ensemble de ces facteurs. En revanche, la conception du système consiste à déterminer quels devraient être ces paramètres. Une fois que ces paramètres sont clairs, un spécialiste du traçage de rayons utilisant des logiciels tels que Zemax/OpticStudio ou Code V peut fournir d'excellents résultats. Sans cette base, tout n'est qu'approximation ou effort.

Par exemple, comment savoir quel degré d'aberration sphérique, de courbure de champ ou de distorsion est acceptable pour répondre aux besoins du client ? Existe-t-il des exigences en matière de cohérence, qu'elle soit spatiale ou longitudinale ?

Approfondissons les mathématiques. Comment décrire les performances optiques d'un système d'imagerie ? Est-il approprié d'utiliser les polynômes de Zernike ? Nombreux sont ceux qui affirment que pour les pupilles circulaires, l'ensemble de Zernike est idéal. Pour les télescopes, les projecteurs ou les objectifs d'appareils photo, c'est tout à fait exact. Toutefois, si les exigences de performance ne sont pas directement liées à la variance du front d'onde, l'ensemble de Zernike n'est peut-être pas le mieux adapté, même s'il est souvent préféré ou largement apprécié. C'est au concepteur du système optique qu'il incombe de déterminer la bonne approche.