Composants optiques actifs

3.3 Composants optiques actifs

Plusieurs technologies existent pour modifier de façon active les propriétés d'un système optique. La description suivante de certaines de celles-ci n'est pas une liste exhaustive, mais seulement un aperçu des méthodes les plus susceptibles d'être utilisées dans un IGL.

3.3.1 Miroirs déformables continus

Les miroirs déformables continus permettent généralement des amplitudes de déforma- tion de quelques pm avec des actionneurs ayant une séparation de l'ordre du mm [38], in- suffisant pour créer un angle de déviation appréciable. Par contre, certains miroirs peuvent créer des déformations de bas ordre spatial comme de la défocalisation ayant de plus grandes amplitudes (_ 50 pm) [39]. Un exemple de ces miroirs continus pouvant produire un grande déformation est le miroir commercial d'Alpao visible à la figure 3.10. Les avantages princi- paux d'utiliser un miroir continu sont qu'il forme une image sans cassure, sans diffraction additionnelle à cause d'éléments périodiques et qu'il n'engendre pas d'aberrations chroma- tiques. Cependant, il a l'inconvénient de produire de trop faibles déviations angulaires pour qu'on puisse l'utiliser dans un IGL.

Membrane Aimant / Electroaimant————————————————i I Courants S CE S S? S3 » ^ tmÊÊÊW

b)

Figure 3.10 - Miroir déformable commercial de la compagnie Alpao. a) Le miroir dans son boiter, b) Schéma illustrant le fonctionnement, où chaque actionneur est un électroaimant qui interagit avec les aimants permanents collés sur la surface réfléchissante. (Source [40]) Un version moderne des miroirs déformables continus permettant de plus grandes ampli- tudes et ainsi de plus importantes déviations angulaires est le miroir liquide ferrofluidique. Qu'il soit déformé par une bobine de courant à symétrie de révolution [41] ou avec des ac- tionneurs standards [42], ce type de miroir continu peut donner des angles à sa surface de l'ordre du degré, mais avec le désavantage qu'on ne peut pas l'incliner. Ce miroir sera utilisé pour le prototype expérimental de l'IGL et on y reviendra plus tard. La figure 3.11 montre à quoi il ressemble avant d'ajouter le contenant de ferrofluide au-dessus des actionneurs.

Figure 3.11 - Miroir déformable ferrofluidique utilisé pour le prototype de TIGL. a) Les actionneurs de ce miroir, des électroaimants, b) Une bobine de Maxwell entoure le conte- nant de ferrofluide pour augmenter le champ magnétique et linéariser la réponse du liquide. (Source [42])

3.3.2 Miroirs déformables segmentés

Puisque la nature continue des miroirs déformables de la sous-section précédente limite les angles de déviations possibles, une autre solution pour produire de meilleures dévia- tions est d'utiliser des miroirs segmentés. Plusieurs versions existent, mais ce sont les micro- miroirs qui offrent les plus grandes déviations angulaires tout en permettant d'avoir un assez grand nombre de ces segments pour créer des déformations localisées, deux avantages im- portants [43]. La figure 3.12 illustre un exemple d'un tel micro-miroir actionné par quatre micro-pattes, offrant des déviations dans toutes les directions. Au niveau des inconvénients, outre leurs prix élevés, ils amènent des problèmes de diffraction dus à la nature périodique de ces miroirs. Il faut en tenir compte, même si ces impacts sont généralement assez faibles [44].

Figure 3.12 - Schéma illustrant le fonctionnement d'un micro-miroir. Chacune des quatre pattes peut être actionnée indépendamment, permettant des déviations dans toutes les direc-

3.3 Composants optiques actifs 41

3.3.3 Modulateurs spatiaux de lumière à base de cristaux liquides

Les modulateurs spatiaux de lumière à base de cristaux liquides sont une alternative inté- ressante aux miroirs en conception optique [45]. En pouvant reproduire des réseaux diffiractifs en 2D, ils peuvent réaliser de grandes déviations angulaires, un net avantage. De plus, pou- vant fonctionner autant en transmission qu'en réflexion, ils offrent plus de flexibilité dans la conception d'un système optique que les miroirs déformables. La figure 3.13 montre un mo- dulateur spatial de lumière commercial de la compagnie Holoeye. Cependant, ces dispositifs ont également les problèmes de nécessiter de la lumière polarisée, d'être difficiles à utiliser lorsque plus d'une longueur d'onde est présente [46] et de perdre de l'énergie dans les autres ordres de diffraction que dans celui voulu.

Figure 3.13 - Un modulateur spatial de lumière à base de cristaux liquides commercial de la compagnie Holoeye. Celui illustré ici possède 800x600 pixels de 32x32 pm, mais des dispositifs modernes peuvent avoir plusieurs milliers de pixels dans chacune des deux dimensions. (Source [47])

3.3.4 Autres composants actifs

Plusieurs autres types de composants optiques actifs existent. Par exemple, pour faire des différences de grandissement dans certaines régions, les lentilles liquides sont une alternative intéressante [48]. La figure 3.14 illustre une telle lentille ayant l'avantage de pouvoir modifier facilement la courbure et ainsi d'ajouter de la défocalisation. Même si elles ont l'inconvénient d'être limitées à des déformations de formes très simples, ces formes sont utiles pour un IGL comme on le verra ultérieurement. D'autres technologies impliquant deux liquides avec des indices de réfraction différents et pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre pourraient

également être intéressantes pour produire des changements locaux de puissance optique.

— Focal Plan

Pressure u

Focal

Length _{Focal Ran}

Pressure

b,Bit Actuator

rxxnnrzû

Figure 3.14 - Schéma illustrant le principe d'une lentille liquide. En actionnant des pistons situés aux alentours, l'incompressibilité du liquide oblige la lentille à se bomber davantage et ainsi modifier la puissance optique. (Source [48])

Finalement, il y a la possibilité d'utiliser un principe similaire à une roue à filtre comme celle de la figure 3.15, mais de remplacer les filtres par des plaques de verre ayant des dé- formations précalculées. En se servant de lentilles solides, on a ainsi l'avantage de pouvoir produire de grands changements localisés de la puissance. L'inconvénient principal dans un IGL est qu'on obtiendrait des zones de grandissement modifié discrètes. Néanmoins, cette alternative pourrait avoir certaines applications pratiques.

Figure 3.15 - Une roue à filtre commerciale de Tofra Inc, similaire à celle qui pourrait être utilisée pour supporter plusieurs lentilles avec des déformations localisées. (Source [49])

3.4 Conclusion A3

3.4 Conclusion

Ce chapitre a permis de mieux comprendre la problématique associée à ce projet de doc- torat en expliquant tout d'abord les avantages et les inconvénients des systèmes optiques ac- tuels. Que ce soient les systèmes à zoom, ceux à fovéa, ceux où on contrôle la distorsion, ceux à super-résolution ou bien ceux utilisant le détecteur pour créer une zone d'intérêt, aucun ne permet actuellement de modifier arbitrairement le grandissement dans une ou plusieurs zones de l'image sans changer le champ de vue s'il faut le conserver. Ensuite, la section suivante a fourni une description de certains composants optiques actifs existants, disponibles com- mercialement ou proposés dans la littérature scientifique. Encore ici, les miroirs déformables continus et segmentés, les modulateurs spatiaux de lumière ou bien les autres systèmes moins standards possèdent leurs avantages et inconvénients. Au terme de ce chapitre, on est main- tenant prêt à aborder le vif du sujet de cette thèse, soit l'influence des erreurs de surface au chapitre 4 et F IGL au chapitre 5.

Influence des erreurs de surface sur la