Co-conception d’optiques complexes

Dans la pratique, les optiques utilisées dans les systèmes d’imagerie sont complexes. Elles contiennent de nombreux dioptres, sont dotées de champs et des ouvertures importants, et sont affectées par diverses sortes d’aberrations optiques. Leur optimisation est réalisée par un concepteur optique expérimenté avec l’aide d’un logiciel de design optique puissant utilisant des routines de tracés de rayon rapides et un algorithme d’optimisation efficace.

Le design optique est un art autant qu’une science, et l’expérience et les astuces du concepteur y jouent un rôle très important. Notre objectif est d’introduire des contraintes de « co-design » dans les logiciels professionnels de conception optique afin d’améliorer ou de simplifier les optiques en prenant en compte le fait que les images sont traitées numériquement [1]. Nous menons ce travail en collaboration avec la société Thales.

Par exemple, la figure ci-dessous représente des fonctions de transfert de modulation (FTM) pour différentes valeurs du champ et des images en bord de champ obtenues après déconvolution avec un optique conçue de manière conventionnelle par un designer optique expérimenté (a) et avec une optique conçue avec l’approche de co-design (b). On constate qu’avec l’optique co-conçue, la FTM est beaucoup plus uniforme dans le champ et que la qualité d’image en bord de champ est bien meilleure. De plus, l’optique co-conçue est 15% plus légère.

Figure : FTM pour différentes valeurs du champ et images au champ maximal après déconvolution. (A gauche) Optique optimisée de manière conventionnelle. (A droite) Optique co-conçue.

[1] M.-A. Burcklen, H. Sauer, F. Diaz, F. Goudail, “Joint digital-optical design of complex lenses using a surrogate image quality criterion adapted to commercial optical design software,” Appl. Opt. 57, 9005-9015 (2018).