Une valeur ajoutée bien visible
Les réseaux de microlentilles (Micro Lens Arrays, MLA) représentent une nouvelle génération dans la technologie de l'éclairage. Ils ouvrent la voie à l'innovation grâce à la miniaturisation, qui apporte des avantages en termes de fonctionnalité, de sécurité et de liberté de conception. Pour concevoir précisément les MLA en fonction de chaque application, SUSS MicroOptics utilise des simulations optiques et des analyses de robustesse dans le cadre d'un flux de travail efficace.
L'éclairage des voitures va bien au-delà des phares et de l'éclairage de l'habitacle et du cockpit. Aujourd'hui, les dernières solutions d'éclairage mettent l'accent sur le design, l'esthétique et l'émotion en conférant au véhicule une apparence unique.
Le développement rapide dans le domaine de l'éclairage ouvre de nouvelles perspectives passionnantes pour les ingénieurs. Les composants optiques miniaturisés permettent la réduction de la taille globale des systèmes d'éclairage, tout en améliorant la portée et la profondeur de champ, indépendamment de l'angle. Leur compacité, la facilité avec laquelle ils peuvent être intégrés dans diverses parties des véhicules, ainsi que leur polyvalence ont déjà inspiré les concepteurs et les ingénieurs à explorer de nouvelles voies de conception. Les opportunités d'innovation dans ce domaine sont vastes et en constante expansion.
La conception compacte des réseaux de microlentilles étant également synonyme de réduction du poids et d'efficacité énergétique, les microprojecteurs sont idéaux pour l'électromobilité. Un potentiel supplémentaire est l’optimisation des performances pour un produit customisé remplissant un cahier des charges spécifique fourni par le client.. SUSS MicroOptics, basée à Neuchâtel, en Suisse occidentale, aborde ces questions en utilisant un flux de travail basé sur la simulation avec les outils Ansys Zemax OpticStudio et optiSLang. Ce processus entièrement numérisé est non seulement plus rapide et plus rentable que les autres méthodes, mais il fournit également des résultats très fiables et précis.
SUSS MicroOptics a bénéficié d'une collaboration productive et personnalisée avec les experts de CADFEM qui ont fourni des conseils sur l’approche stratégique et un transfert de savoir-faire efficace par le biais de tutoriels ciblés. Cette collaboration s'est avérée inestimable pour les concepteurs optiques de SUSS MicroOptics qui s'appuient désormais sur les outils Ansys et sur une base de connaissances appropriée pour les conceptions de MLA basées sur la projection et les simulations optiques. Ansys étant une suite logicielle standard dans l'industrie automobile, SUSS MicroOptics bénéficie désormais d'interactions rationalisées avec ses clients Tier-1, ce qui favorise des échanges plus rapides et plus efficaces, faisant de ce partenariat motivant et amical un succès industriel.
Micro Lens Arrays
Les réseaux de microlentilles (MLA) sont composés de nombreux éléments micro-optiques et forment un système optique efficace avec LED. Une image nette et intégrale est générée par la disposition et le décalage des micro-projecteurs sur la plaque porteuse. Le spectre d'application des MLA (ou de tels systèmes optiques) s'étend de la transformation des faisceaux dans le couplage des fibres à l'homogénéisation des lasers, en passant par le regroupement optimal de piles de diodes de longueurs d'onde identiques. La taille d’un MLA est comprise entre 5 et 50 mm. Les structures de l'architecture sont nettement inférieures à 1 mm.
Exemple de projection au sol
Les projections au sol créées par des systèmes optiques avec MLA existent depuis plusieurs années. Ils projettent sur le sol des informations, des consignes de sécurité, des messages d'état ou même des éléments graphiques de conception lumineuse. Cela permet de fournir des informations et des dispositifs de sécurité supplémentaires, tout en créant une ambiance agréable.
Parmi les exemples de la vie quotidienne, on peut citer l'affichage de l'heure des appareils ménagers ou les messages publicitaires devant les magasins de détail. Dans le monde de l'automobile, il s'agit généralement de bandes lumineuses qui apparaissent lorsque l'on sort de la voiture. Les possibilitéssont infinies. Le développement et la personnalisation des MLA permet d’accroître leurs performances et d’obtenir des fonctions supplémentaires comme l’obtention d’images ou de motifs semi-dynamiques spécifiques.
Le workflow basé sur la simulation de SUSS MicroOptics
Comme les exigences augmentent avec le nombre d'applications, les fabricants doivent adapter très rapidement et précisément le MLA au profil spécifié. Avec le soutien de CADFEM Suisse, SUSS MicroOptics a développé un flux de travail dans lequel la technologie de simulation joue un rôle essentiel : Ansys Zemax OpticStudio pour la conception précise des microprojecteurs et de leur agencement ; Ansys optiSLang pour la prise en compte des tolérances de fabrication du processus de production en terme de qualité maximale du MLA.
Optimisation du faisceau lumineux avec Ansys Zemax OpticStudio
L'objectif est la projection exacte à partir d'un angle donné. Comme le faisceau lumineux devient inhomogène en raison de l'angle et de la distance par rapport à la surface de projection, son effet doit être optimisé. Dans Ansys Zemax OpticStudio, cette homogénéisation est réalisée par un arrangement modifié, qui inclut également l'intensité des différents canaux lumineux. Cette opération est réalisée à l'aide de macros automatisées et de la "rétro-ingénierie", c'est-à-dire que le logiciel détermine comment les micro-projecteurs doivent être disposés et alignés sur le réseau afin d'obtenir la projection au sol souhaitée.
Prise en compte des tolérances de fabrication avec Ansys optiSLang
Une fois que les éléments duMLA sont positionnés et dimentionnés pour la fonction souhaitée avec Ansys Zemax OpticStudio et que le client accepte le résultat, une autre étape de simulation est nécessaire ; étant donné que chaque écart minime par rapport à la conception du système optique a un effet négatif sur la qualité de la projection au sol, le processus de fabrication duMLA doit également être pris en compte.
Malgré le laboratoire en salle blanche et la technologie de lithographie moderne de SUSS MicroOptics, les variations dans la production du MLA sont inévitables et doivent être analysées et prises en compte pour obtenir un produit final très précis. Ansys optiSLang est utilisé pour déterminer le résultat optimal (c'est-à-dire le plus robuste) à partir d’une constellation d milliers de combinaisons différentes provenant de variations stochastiques des paramètres. Les caractéristiques mesurables duMLA, telles que la netteté, la luminosité et la réfraction, sont considérées pour caractériser chaque design.
À propos de SUSS MicroOptics
SUSS MicroOptics, dont le siège se trouve à Neuchâtel, en Suisse, produit des éléments micro-optiques réfractifs et diffractifs de haute qualité pour le couplage des fibres, la collimation et l'homogénéisation des faisceaux. Elle s'appuie pour cela sur une équipe d'experts possédant une vaste expérience en matière de conception optique, d'ingénierie, de fabrication au niveau du wafer, de métrologie et d'emballage. SUSS MicroOptics, filiale à 100 % de SUSS MicroTec SE, est un fournisseur qualifié et clé pour les solutions photoniques innovantes dans les domaines télécom, datacom, sciences de la vie, lasers, équipements semi-conducteurs et éclairage automobile. www.suss-microoptics.com
A la destination finale
À la fin du processus, le système optique est développé et optimisé pour une grande variété de scénarios en vue d'une utilisation et d'une production ultérieures. Le flux de travail numérique développé par SUSS MicroOptics est rapide, rentable et fiable. S'assurer que les systèmes micro-optiques peuvent être adaptés individuellement à leur domaine d'utilisation prévu, par exemple en tant que projecteur au sol, et ainsi utiliser pleinement leur potentiel, est un avantage concurrentiel clé.
& Ansys Zemax OpticStudio et Ansys optiSLang sont des outils importants pour stimuler l'innovation en découvrant les nombreuses autres applications possibles des systèmes micro-optiques et en exploitant de manière optimale les capacités de la technologie en matière de précision sous diverses formes.
Remarque : cet article est basé sur une présentation de Giorgio Quaranta, SUSS MicroOptics, à la suisse Forum CADFEM & Ansys 2022.
Robustness analysis of wafer-level optical systems (cadfem.net)
