Ottimizzare l’ottica aumentando l’efficienza della progettazione
Attualmente il settore della fotonica è caratterizzato dalla mancanza di ampie competenze nella modellazione e la progettazione applicata per i sistemi e i componenti ottici industriali. Questo significa che per ottenere un risultato si procede per tentativi, il che richiede molto tempo e lavoro. Il progetto ADOPSYS, finanziato dall’UE, ha dato il suo contributo per superare questi limiti sviluppando nuovi strumenti di distruzione, tra cui un nuovo metodo per simulare e progettare sistemi ottici per sistemi sia di trattamento dell’immagine che di illuminazione. Per sostenere queste attività, il progetto ha promosso anche la formazione di specialisti, associando ricerca e apprendimento pratico, per la prossima generazione di esperti di ottica altamente specializzati. Un progetto per la luce Spiegando la mancanza di competenze ampie per la modellazione e la progettazione di sistemi ottici industriali in Europa, il prof. Paul Urbach, coordinatore di ADOPSYS, dice “Spesso nelle università ci si concentra su argomenti più nuovi come la nano-ottica o i meta-materiali, mentre l’ottica, più importante per l’industria, è meno studiata. Questo vale specialmente per la progettazione ottica di lenti e sistemi di specchi per applicazioni di trattamento di immagini e non.” Il progetto ADOPSYS ha usato la modellazione computerizzata, con nuovi programmi per computer, raggruppando un insieme di competenze più ampio. Questo approccio sviluppa ulteriormente il metodo di tracciamento del campo per determinare la distribuzione della luce su piani dopo la propagazione mediante un sistema ottico non par assiale, nel quale cioè i raggi hanno direzioni di propagazione ampiamente divergenti. In un primo momento, il progetto ha tenuto conto anche della diffrazione a cascata, che sono gli effetti della diffrazione in più componenti del sistema. I risultati sono stati poi confrontati usando gli strumenti esistenti e alcuni dei risultati sono stati in un secondo momento verificati in esperimenti. Il progetto ha avuto come risultato anche una serie di cinque progetti di strumenti di distruzione. In primo luogo, ADOPSYS ha migliorato ulteriormente il metodo con superfici parallele simultanee (Simultaneous Multiple Surface o SMS) per le applicazioni, per la progettazione a forma libera di sistemi non destinati al trattamento di immagini, come i collimatori per le luci delle automobili, e ha ampliato il metodo anche a sistemi di trattamento dell’immagine come le video camere di fascia alta. In secondo luogo, il progetto ha applicato la costruzione a punto di sella per localizzare sistemi ottici utilizzabili tra sistemi pre-esistenti, costruendo punti di sella a partire da un dato design ottimale e poi costruendo almeno due nuovi design ottimali da ogni punto. In terzo luogo, ADOPSYS ha sviluppato metodi di progettazione per elementi ottici diffrattivi usati sotto illuminazione parzialmente coerente, come fonti a ultravioletti profondi (DUV) e a ultravioletti estremi (EUV). Questi erano basati su un algoritmo di inversione non lineare. Come quarto metodo, il progetto ha sviluppato un metodo di calcolo per la costruzione a forma libera in progettazioni per applicazioni di illuminazione, nelle quali la forma della superficie si trova risolvendo un’equazione integrale non lineare. Infine sono stati progettati filtri ottimali che possono essere inseriti in un sistema ottico di trattamento dell’immagine, per permettere l’acquisizione di immagini tramite post-elaborazione computazionale. Come riassume il prof. Urbach, “Collettivamente, questi metodi di progettazione offrono un insieme di strumenti che riduce efficacemente gli aspetti delle attività di progettazione ottica che comportano il procedere per tentativi.” Accendere tutto In stretta collaborazione con partner industriali, c’è un’ampia gamma di problemi progettazione ai quali le innovazioni di ADOPSYS possono essere applicate, in particolare sistemi di illuminazione efficienti, sistemi di trattamento dell’immagine ad alta risoluzione e visione automatica, ispezione e sicurezza. Per esempio, il metodo SMS è stato usato per progettare sistemi RXI 3D a forma libera applicati per le luci nel settore automobilistico, perché questi sistemi si adattano perfettamente alle caratteristiche necessarie per i fari alti e bassi. Nell’ambito dei finanziamenti dell’azione Marie Curie, l’investimento fatto dal progetto in competenze trasferibili per i membri dell’equipe del progetto, come i diritti di proprietà intellettuale, la collaborazione di grandi progetti e l’imprenditorialità, oltre all’esperienza sul campo con partner industriali, ha già iniziato a dare i suoi frutti. Come dice il prof. Urbach, “Molti dei ricercatori all’inizio della carriera hanno creato relazioni molto prospere e durature con industrie europee e alcuni degli strumenti di ADOPSYS sono stati sviluppati in stretta collaborazione con questi partner industriali.” Guardando al futuro il prof. Urbach aggiunge che, “In alcuni casi, i nuovi metodi sviluppati non erano tanto veloci quanto desiderato per le applicazioni cui erano destinati, i membri di ADOPSYS quindi si occuperanno adesso di migliorare la velocità di calcolo.”
Parole chiave
ADOPHYS, fotonica, ottica, modellazione, sistemi ottici, costruzione a forma libera, sistemi di illuminazione efficienti, sistemi ad alta risoluzione, strumenti di distruzione
