Le défi de la conception de systèmes optiques

How should we approach the development and integration of a new complex, high-performance optical system? First, let us clarify what an optical system is. If you look around the Internet, you will find many companies offering optical system development services, but all we get to see is an objective, albeit one with many elements in almost as many groups. In the context of this tech talk, this is not an optical system. A microscope would be somewhat closer to one, or perhaps the James Webb Space Telescope, which would be a perfect example of a high-performance optical system. Such a system presents many challenges in addtion to those that can be addressed with CODE V or Zemax/OpticStudio. It’s a bit extreme, but it’s a perfect example of what this tech talk is about.

Une approche commune

Revenons-en au sujet. D'après mon expérience, la plupart des personnes qui s'attaquent à un nouveau système commencent par étudier quelques conceptions de base du premier ordre et des lois de mise à l'échelle. Ensuite, il y a probablement des budgets d'erreur qui donnent une indication de la possibilité de construire le système et de sa difficulté. Des simulations plus détaillées et le traçage de rayons suivraient probablement pour évaluer quantitativement certaines questions non évidentes.

But the thing is, and it’s probably colored by my experience in industry, the number of critical issues in the specification is dwarfed by the number of critical specifications in the subsystems. Perhaps it is even a trivial observation that the number of critical items in the subsystem specifications by far exceeds the number of critical items in what we might call the customer specification. This is important. But why?

Revenons au JWST. Et si nous adoptions une approche qui, à mon avis, est beaucoup trop courante. Nous commandons les pièces, les assemblons, réservons une fusée dans ce cas, envoyons le JWST au deuxième point de Lagrange et voyons comment il fonctionne. S'il ne fonctionne pas, nous le ramenons au laboratoire et nous le réparons. Non, bien sûr, cela ne fonctionnera pas. Les concepteurs du système optique du JWST n'ont pas eu besoin de passer beaucoup de temps à expliquer qu'ils devaient faire les choses correctement dès le départ.

The optical system designer, working on something complex yet down-to-earth, will have that discussion. There is a tendency and temptation to put things together after an initial engineering effort. “First light” and then, where do we stand in terms of customer requirements, and then, tweak. But tweak what? Here I want to go back to the assertion that the number of critical items in the subsystem specifications far exceeds the number of critical items in the customer specification. If this is where we are and we need to look for the answer to why our system does not meet the requirements, then of course, it is not as bad as bringing back the JWST from L2, but it is bad. In my opinion, this is a failure.

Comment éviter ce piège ? J'espère que beaucoup suggéreront de le construire à partir de zéro et de vérifier à chaque étape que les prédictions des modèles sont respectées jusqu'à ce point. S'il s'agit du JWST que nous construisons, alors (je le suppose) presque toutes les personnes qui y travaillent sont probablement très bien formées, hautement qualifiées et disposent de tous les outils nécessaires à leur tâche. La plupart des projets (terrestres) n'ont pas cette chance.

Les outils existent, mais trop souvent ils ne sont pas utilisés. Peut-être ne sont-ils pas suffisamment adaptés aux tâches quotidiennes de l'ingénieur en optique. La plupart des entreprises n'ont pas des budgets de plusieurs milliards de dollars et une notoriété qui leur permet d'attirer les meilleurs talents de l'industrie, mais elles doivent tout de même approvisionner les marchés en systèmes optiques performants. C'est dans ce créneau que Senslogic apportera, nous l'espérons, sa contribution. Surveillez cet espace pour de futures annonces.