Optimización de ópticas mediante el aumento de la eficiencia en el diseño
En la actualidad, existe una falta de personas con amplia experiencia en la modelización y el diseño aplicados a los componentes y sistemas ópticos de uso industrial. En consecuencia, el trabajo de éxito depende, en cierto modo, de enfoques de prueba y error, lo cual hace que sea muy laborioso y requiera mucho tiempo. El proyecto ADOPSYS, financiado por la Unión Europea, ha contribuido a reducir esta carencia desarrollando nuevas herramientas disruptivas, incluido un método nuevo para simular y diseñar sistemas ópticos destinados a la captación de imágenes y a la iluminación. Para favorecer esta labor, el proyecto también facilitó formación especializada, como combinación de investigación y aprendizaje práctico, para una nueva generación de científicos ópticos con habilidades muy avanzadas. Un diseño para la luz Para explicar la escasez de personas con amplios conocimientos en modelización y diseño de sistemas ópticos de uso industrial en Europa, el profesor Paul Urbach, coordinador de ADOPSYS, dice: «A menudo, las universidades se centran en los temas más recientes, como la nanoóptica o los metamateriales, mientras que la óptica, de más relevancia para la industria, se aborda con menor intensidad». Esto es especialmente cierto en cuanto se refiere al diseño óptico de sistemas de lentes y espejos para aplicaciones de captación de imágenes y de otro tipo. El proyecto ADOPSYS utilizó modelización por ordenador, con programas informáticos nuevos, para construir un conjunto de habilidades más amplio. Este enfoque también sirvió para desarrollar más el método de trazado de campos con el fin de determinar la distribución de la luz en algunos planos después de la propagación a través de un sistema óptico no paraxial, es decir, en el cual los rayos tienen direcciones de propagación muy distintas. Como novedad, el proyecto también tuvo en cuenta la difracción en cascada, que son los efectos de difracción en varios componentes del sistema. A continuación, los resultados se compararon con herramientas existentes y algunos de ellos también se verificaron experimentalmente después. El proyecto también dio como resultado una serie de cinco herramientas de diseño clave. En primer lugar, ADOPSYS mejoró el método de superficie múltiple simultánea (SMS) para aplicaciones, con el fin de diseñar, con forma libre, sistemas no destinados a la formación de imágenes, como colimadores para faros de automóvil, y también extendió el método a sistemas de formación de imágenes como cámaras de alta gama. En segundo lugar, el proyecto utilizó la construcción de punto de silla (SPC) para localizar sistemas ópticos viables a partir de sistemas preexistentes, construyendo puntos de silla a partir de un diseño óptimo y, a continuación, construyendo por lo menos dos diseños óptimos nuevos desde cada punto. En tercer lugar, ADOPSYS desarrolló métodos de diseño para elementos ópticos difractivos que se utilizan en iluminación parcialmente coherente, como con fuentes en el ultravioleta profundo (DUV) y extremo (EUV). Estos métodos se basaron en un algoritmo de inversión iterativa no lineal. Como cuarto método, el proyecto desarrolló un método de computación para la construcción de diseños con forma libre para aplicaciones de iluminación, en las cuales la forma de las superficies se determinar resolviendo una ecuación integral no lineal. Finalmente, se diseñaron filtros ópticos que se pueden insertar en un sistema de captación óptica de imágenes con el fin de permitir la adquisición de imágenes con un postprocesamiento por ordenador. Tal como resume el profesor Urbach, «En conjunto, estos métodos de diseño ofrecen un conjunto de herramientas que reduce eficazmente los aspectos de prueba y error de las actividades de diseño óptico». Encendiéndolo todo En estrecha colaboración con socios industriales, existe una amplia variedad de problemas de diseño a los cuales se pueden aplicar las innovaciones de ADOPSYS, en particular en sistemas de iluminación eficientes energéticamente, sistemas de captación de imágenes en alta resolución y visión de máquinas, inspección y seguridad. Por ejemplo, se ha utilizado SMS para diseñar sistemas de RXI con formas libres 3D aplicados a iluminación de automóviles porque son perfectamente adecuados para los patrones de luz que se utilizan en las luces largas y de cruce. En el marco de la financiación de la acción Marie Curie, la inversión que ha hecho el proyecto en la formación en habilidades transferibles para los miembros del equipo del proyecto, como sobre derechos de propiedad intelectual (DPI), colaboración y emprendeduría para grandes proyectos, junto con la experiencia práctica con socios industriales, ya ha empezado a dar fruto. Como dice el profesor Urbach, «Muchos de los investigadores con poca experiencia han establecido relaciones muy provechosas y continuas con industrias europeas y algunas de las herramientas de ADOPSYS se desarrollaron en estrecha colaboración con estos socios industriales». En cuanto se refiere al futuro, el profesor Urbach añade que, «en algunos casos, los métodos nuevos desarrollados no fueron tan rápidos como se deseaba para las aplicaciones previstas, así que ahora los miembros de ADOPSYS ahora se centrarán en mejorar la velocidad de computación».
Palabras clave
ADOPHYS, fotónica, óptica, modelización, sistemas ópticos, construcción con forma libre, sistemas de iluminación eficientes, sistemas de alta resolución, herramientas de disrupción
