Senslogic et WaveMe : combler le fossé entre la conception optique et la réalité

Cette conférence technique est consacrée à Senslogic et à la philosophie qui la sous-tend. Après plus de deux décennies dans le domaine de l'optique, une constatation s'impose : il y a un décalage entre la théorie et la pratique. Peut-être que la blague selon laquelle "ça marche en théorie" a un certain mérite. Il est évident que ce n'est pas le cas partout, mais c'est assez souvent le cas.

Nous disposons d'outils de conception dotés de bonnes capacités de prédiction, la théorie de la diffraction fonctionne, mais elle s'arrête trop souvent là, et le système est aligné en utilisant la technologie de l'énergie solaire. petites ouvertures et des cartes de visite. Une fois que tous les éléments sont en place, le système voit le jour et commence alors la lente marche vers la performance attendue, ou devrais-je plutôt dire "souhaitée", car lorsque des ouvertures de la taille d'un millimètre et des cartes de visite sont vos outils, atteindre la performance cible devient tout à fait inattendu. Par conséquent, ce qui suit est, si nous nous permettons un euphémisme, une mise au point.

Assez d'ajustements

Pourquoi modifions-nous les choses ? Eh bien, évidemment parce que nous voulons un résultat différent. Parfois, nous apportons même des modifications parce que la perfection est hors de portée et que nous devons choisir le moindre des deux maux. Mais s'il y a un moment et un endroit où l'on peut apporter des modifications, c'est bien pendant la phase de conception. Si nous ne pouvons pas tout avoir, c'est là que nous devons faire le choix. Pas dans l'atelier de production, pas par quelqu'un qui n'a pas les informations nécessaires pour faire ce choix, et surtout pas après avoir investi toutes ces ressources pour atteindre ce stade du produit.

Comme nous l'avons déjà mentionné, le pouvoir prédictif des outils dont nous disposons est vraiment bon. Il n'y a vraiment aucune excuse pour ignorer le fonctionnement d'un système optique. Si nécessaire, nous devons intégrer des techniques telles que l'échantillonnage de Monte Carlo ou l'échantillonnage hypercube latin afin d'obtenir une vue d'ensemble de toutes les variables affectant les performances du système. Ces techniques nous permettent d'appréhender un ensemble beaucoup plus large de variables, ce qui garantit que les décisions de conception sont fondées sur des données plutôt que sur des hypothèses.

C'est à ce stade qu'il convient de procéder à des ajustements. C'est à ce stade - lorsque toutes les variables sont visibles et que des compromis fondés sur des données peuvent être faits - qu'il convient de procéder à des ajustements.

Construire la conception en concevant le processus d'assemblage

Permettez-moi de faire une brève transition pour situer le contexte. Le tennis a un curieux système de notation, qui trouve son origine dans l'idée d'une horloge et qui tourne en rond. Dans le cadre de cette discussion technique, nous en sommes à "30" - en bonne voie, mais pas encore à l'heure du match. Néanmoins, il s'agit d'un point important.

Chaque composant d'un système optique commence comme un élément discret - attendant de trouver sa place précise dans l'assemblage final, et si nous sommes responsables de la trouver, nous avons besoin d'outils. Voici la boîte à outils WaveMe, conçue spécifiquement pour garantir la précision dans la construction de systèmes optiques avec des éléments discrets.

BeamNotes

La plus simple des boîtes à outils fournies par WaveMe est l'outil BeamNotes. Pourtant, c'est probablement celui qui capture le mieux l'esprit de cette présentation technique. La mesure qu'il fournit n'est pas seulement simple - elle est délibérément simple, se concentrant sur une mesure de centroïde de base améliorée avec quelques outils clés pour se souvenir des positions, repérer facilement que le centrage est conforme aux tolérances, et passer des notes entre les équipes de conception et d'assemblage.

BeamNotes nous aide à obtenir un alignement optique précis le long d'un faisceau laser, même lorsque la configuration mécanique est loin d'être idéale. Il s'agit d'un élément crucial dans le flux de travail de l'assemblage, qui permet une communication transparente et un alignement précis afin de garantir que les bonnes informations sont disponibles exactement au moment voulu.

Shack-Hartmann

Je comprends, l'outil BeamNotes n'est pas impressionnant. En revanche, l'outil Shack-Hartmann l'est. Peut-être utilisez-vous déjà un capteur SHS (Shack-Hartmann Sensor). Combien de temps faut-il pour obtenir un résultat ? Faut-il aligner le capteur ? L'alignement d'un capteur au sein d'un système en cours de réglage crée un cercle vicieux : comment aligner une partie de l'installation alors que d'autres parties sont encore en mouvement ? La boîte à outils Shack-Hartmann de WaveMe contourne élégamment ce problème grâce à son étalonnage de référence synthétique.

Does your sensor require you to define regions for the spots? Most of the tools out there are way too complex for practical assembly work. The time to obtain a single result is in the minute range, or more. This I personally find unacceptable. With WaveMe’s Shack-Hartmann toolbox, making a wavefront measurement is as fast as selecting the tool from the menu—often, it’s just a matter of turning on the program. If I had the chutzpa of Amazon, I’d call it ‘1-click measurement.’ But since you have to select the tool and enable it, let’s call it ‘2-clicks to perfection’. That’s it, there is nothing more to do, and there shouldn’t be. No regions of interest or exposure settings. All automated. You can read about it in the L'étalonnage : une question de technologie. C'est très intéressant.

Interférométrie à déphasage

Element centering and collimation are crucial in optical assembly, but optical systems are more complex than that. Lenses can be squeezed by mounts, mirrors bent by coatings or mechanics, and lenses can be inserted in the wrong direction. It happens. Earlier, I did try to make the analogy with a game of tennis and the clock metaphor, and this is the process coming full circle. We started with models, found the requirements and designed optics. We laid out a strategy for assembly and provided the tools. But since this is optics, and despite our best efforts there is a final step to be made, a no excuses, no if or buts. Just a pure – this is what it is. This is the final grade for our efforts.

Les résultats correspondent-ils aux modèles ? Les instructions d'assemblage nous donnent-elles le même système à chaque fois, quel que soit le constructeur ? Un interféromètre à déphasage nous donnera la réponse. L'interféromètre à déphasage de WaveMe n'est pas seulement précis, il est aussi rapide. Avec un Caméra USB3 and a fast actuator, 15 wavefronts per second is entirely possible. It is also quite versatile since it assumes that the user may want to alter the system under test in some way, like an OMEMS or deformable mirror. In order to reach speeds that are limited only by the transport interface of the camera, the phase-shifting tool has to transition between synchronous and asynchronous states so that the different physical parts can move when the interferometer doesn’t need them to be at some fixed state.

A interféromètre à diffraction ponctuelle est presque toujours un outil personnalisé, mais il n'est pas difficile à construire. Pour les systèmes d'imagerie haut de gamme, comme la lithographie, il vous dira toujours ce que vous avez besoin de savoir.

Cercle complet et bonus

La boucle est bouclée. Nous disposons des résultats pour alimenter nos modèles ou la façon dont nous assemblons nos systèmes. Imaginez que vous ayez fait cela plusieurs fois, que vous ayez ajusté le processus, que vous ayez appris de vos erreurs. Après quelques tours de roue, nous aurons suffisamment confiance en nous pour savoir, dès la fin du processus de modélisation, quel produit nous aurons dans deux ou trois ans. La valeur de ce résultat peut varier, mais c'est ce que le processus d'apprentissage permet, et tant que nous ne disposons pas des outils nécessaires, cette boucle ne peut être bouclée. Pour reprendre l'analogie du tennis, notre partie est terminée, mais tant que le match n'est pas gagné, il y a la prochaine partie et si nous n'apportons pas les expériences de la dernière partie à la suivante, nous risquons de répéter les erreurs que nous avons commises à l'époque, et notre adversaire nous en remerciera. Ne rendons pas la vie trop simple pour la compétition.

Quelques travaux avant de clore cette présentation technique. Le domaine de l'optique est immense. Il est difficile de fournir un outil pour tout, mais WaveMe est un outil flexible. Le programme lui-même n'est pas beaucoup plus qu'un pipeline, un compositeur et une interface de modules. Les modules apportent leur propre interface utilisateur et peuvent interagir avec d'autres modules (ou outils). Le pipeline et l'interface du module sont une API ouverte. Si un outil ne fait pas exactement ce que vous voulez, il n'est pas difficile d'en ajouter un au pipeline pour obtenir le résultat que vous recherchez. N'importe qui peut écrire un module WaveMe et interagir avec les messages dans le pipeline, et pour rationaliser ce processus, WaveMe est livré avec des modèles open-source qui peuvent être copiés et étendus de toutes les manières imaginables. C'est d'ailleurs ainsi que tous les outils actuellement disponibles ont été développés.