Nikolic, Milena (2017). SMS for imaging systems using free-forms. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.46748. El diseño de sistemas ópticos de formación de imagen goza de una historia larga e ilustre. Desde los primeros magnificadores ópticos del antiguo Egipto, pasando por los telescopios de Galileo y Newton al comienzo de la ciencia moderna, hasta la ubicuidad de la óptica actual, el proceso de diseño óptico se ha considerado tanto un arte como una ciencia. El diseño óptico ha evolucionado desde la teoría de óptica paraxial de la época de Newton hasta los modernos diseños realizados mediante la utilización de diferentes técnicas de optimización multiparamétrica. Aunque los métodos mencionados pueden proporcionar soluciones elegantes para muchos de los problemas tradicionales, la creciente demanda de novedosos sistemas ópticos con superficies no-esféricas y geometrías fuera de eje hace que los problemas de diseño ya no puedan resolverse fácilmente utilizando esos métodos tradicionales. Con el desarrollo acelerado de las nuevas técnicas de fabricación se ha llegado a la omnipresencia de las superficies asféricas en los diseños ópticos actuales. Sin embargo, la creciente complejidad de los problemas ópticos relacionados con la formación de imagen hace que hagan falta incluso más grados de libertad que los que propone la óptica asférica. Esos grados de libertad se pueden lograr, bien incrementando el número de superficies del sistema, lo cual a menudo lleva a una solución voluminosa no apropiada para muchas aplicaciones, o abandonando la simetría de revolución del sistema, lo cual permite la introducción de nuevas formas de superficies sin simetría de revolución, conocidas como superficies anamórficas (“freeform”). Las superficies anamórficas aparecieron por primera vez en los diseños de óptica anidólica (“nonimaging”), donde el objetivo no es la formación de imagen, sino la transferencia eficiente de la luz. Dado que los sistemas anidólicos no son igual de sensibles a errores de fabricación como los de formación de imagen, muchos de los diseños ópticos basados en superficies anamórficas se han convertido en productos comerciales. De esa forma se ha hecho evidente el potencial de este tipo de superficies para proporcionar soluciones altamente compactas. En las técnicas de optimización multiparamétrica, que suponen un elevado número de parámetros libres, el sistema inicial de partida es la clave para encontrar la solución óptima. En sistemas ópticos tradicionales como, por ejemplo, el objetivo de una cámara, existe una literatura inmensa que incluye muchas patentes y catálogos que pueden proporcionar el sistema inicial de partida. Sin embargo, en el caso de nuevos sistemas como los de realidad virtual (o aumentada), conocidos como sistemas HMD (del inglés “head-mounted-display”), no existe mucha literatura que permita proporcionar sistemas de partida. Para tales sistemas, los métodos directos representan una útil herramienta, especialmente en diseños que incluyen un elevado número de parámetros que especifican la superficie. Cuanto más alto sea el número de parámetros, más difícil será encontrar una solución utilizando los métodos basados en la optimización multiparamétrica, por lo que la elección del sistema de partida en esos casos resulta ser clave. El método de Superficies Múltiples Simultaneas (SMS), que nació como una herramienta de cálculo para aplicaciones anidólicas, es un método directo de diseño tanto de superficies asféricas como anamórficas. Recientemente se ha demostrado además como una herramienta para el diseño de sistemas ópticos de formación de imagen, y puede utilizarse para generar los sistemas de partida necesarios para la optimización multiparamétrica. Esta tesis doctoral investiga nuevas estrategias de diseño de sistemas de superficies noesféricas. Consta de 2 partes y 7 capítulos. Los conceptos básicos de la óptica geométrica se introducen concisamente en el primer capítulo. Los capítulos 3-7 se agrupan en 2 partes: la óptica asférica (capítulos 3 y 4) y la óptica anamórfica (capítulos 5-7). El capítulo 2 está relacionado con ambas partes de la tesis, ya que proporciona una nueva percepción del método SMS en general. En el capítulo 2 se presenta un nuevo desarrollo del método SMS que cambia la forma en la que el método ha sido considerado hasta ahora. Se demuestra que para ciertos casos específicos de diseño con la apertura alejada de las superficies se pueden crear imágenes estigmáticas de múltiples puntos de objeto utilizando un menor número de superficies. Avanzando paso a paso desde las bases del método, pasamos a la formación de imagen de dos puntos objeto a través de una única superficie. Posteriormente, aumentando de dos a tres puntos objeto incrementando el paralelismo, llegamos a un diseño de seis superficies cumpliendo una formación de imagen estigmática para ocho puntos objeto. Se presenta un criterio aproximado que proporciona una estimación del número de...