En utilisant une nouvelle méthode étape par étape développée par Aaron Bauer, ingénieur de recherche senior au Center for Freeform Optics (CeFO) de l'Université de Rochester, ces huit conceptions différentes pour un imageur réfléchissant à trois miroirs ont été classées en fonction de leur potentiel de correction à l'aide d'une optique de forme libre, avec le niveau 1 ayant le plus grand potentiel. Crédit :Université de Rochester illustration / Jannick Rolland
Les lentilles et les miroirs avec des surfaces de forme libre permettent aux concepteurs de focaliser la lumière dans des dispositifs optiques plus légers, plus compact, et plus efficace que jamais.
Mais jusqu'à maintenant, déterminer quelles surfaces de forme libre fonctionneront le mieux, voire pas du tout, dans une configuration donnée de miroirs et de lentilles a été un processus d'essais et d'erreurs long et souvent coûteux.
Il ne doit plus en être ainsi.
Dans un journal en Communication Nature , l'auteur principal Aaron Bauer, ingénieur de recherche senior au Center for Freeform Optics (CeFO) de l'Université de Rochester, combine la théorie et la pratique dans une méthode étape par étape qui élimine une grande partie des conjectures.
"Aaron a développé un procédé de conception avec des surfaces de forme libre qui peuvent être appliquées de manière très générale, " dit le co-auteur Jannick Rolland, Directeur du CeFO et professeur Brian F. Thompson d'ingénierie optique. "C'est vraiment magnifique et même parfois, c'est magique."
Elle pense que les résultats aideront à accélérer l'adoption de l'optique de forme libre dans l'industrie. "Les gens ne diront plus 'Oh, c'est trop cher à construire avec des optiques de forme libre, '" dit-elle. "Parce que maintenant vous pouvez faire quelque chose qui peut coûter un dixième de ce qu'il aurait coûté autrement."
Jeter les bases
Tant que les miroirs et les lentilles ont été emballés ensemble dans des télescopes, spectromètres, et une foule d'autres dispositifs optiques, les performances ont été définies par la capacité de ces éléments à maintenir un faisceau de lumière focalisé avec une "aberration" minimale.
Traditionnellement, les concepteurs optiques se sont appuyés sur des surfaces optiques à symétrie de rotation, parce que leur conception et leur fabrication étaient relativement simples.
Au cours des 20 dernières années, les avancées du micro-fraisage à grande vitesse, polissage de lentilles commandé par ordinateur, et gravure par faisceau d'ions, entre autres technologies, ont rendu les surfaces de forme libre asymétriques plus réalisables.
Jannick Rolland, directeur du Centre d'optique de forme libre, dit qu'une nouvelle méthode de conception accélérera l'adoption de l'optique de forme libre "parce que maintenant vous pouvez faire quelque chose qui peut coûter un dixième de ce qu'il aurait coûté autrement". . Crédit :Université de Rochester photo / J. Adam Fenster
Dans un article en 2014, Kyle Fuerschbach, un ancien membre du Rolland Lab, a posé le cadre théorique de la théorie des aberrations de forme libre.
"Mais nous n'avions toujours pas de processus systématique pour concevoir avec cette théorie, " dit Rolland.
Mettre deux et deux ensemble
Bauer, en attendant, travaillait aux côtés de Fuerschbach, conception d'un écran porté sur la tête à l'aide de surfaces de forme libre.
"J'ai remarqué qu'il y avait des modèles très courants d'aberrations qui apparaissaient toujours, et empêcher mon système d'aller plus loin, " dit Bauer. De plus, "ces modèles d'aberration correspondaient à ceux que Kyle avait prédits seraient corrigés par des surfaces de forme libre. Donc, J'ai mis deux et deux ensemble."
La méthode qu'il a proposée commence par la "géométrie pliante" initiale (alignement des miroirs et des lentilles) envisagée pour un design, puis, sur la base d'une analyse des différentes aberrations produites par cet alignement, prédit :
"Les surfaces de forme libre ne sont pas une solution universelle pour corriger toutes les aberrations, " note Bauer. " Alors, ce que fait notre méthode est de permettre aux concepteurs d'analyser toutes ces géométries à l'avance, afin de prédire s'il y aurait ou non une bonne solution."
C'est bien mieux que l'approche de la "force brute" où "les gens essaient de manière heuristique diverses surfaces de forme libre dans un design, " dit Rolland. " Même si ça finit par marcher, vous pourriez vous retrouver avec un système où le départ des surfaces est beaucoup plus grand qu'elles ne le seraient autrement, parce que toutes ces surfaces de forme libre peuvent se battre les unes contre les autres. Et si ça ne marche pas, il n'y a nulle part où aller en tant que designer."
En utilisant plutôt la méthode de Bauer, elle dit, "vous pourrez concevoir quelque chose de beaucoup plus simple, et ce sera plus facile à fabriquer et à tester. Par ailleurs, la méthode fournira rapidement et sans équivoque un aperçu des raisons pour lesquelles une géométrie donnée peut être intrinsèquement limitée, ce qui est essentiel pour les designers."
