Applicazioni dell'Optical Part Design di Ansys Speos in ambito lighting

Lo shaping della luce in sistemi di non-imaging ottico è un processo di fondamentale importanza per controllare la distribuzione spaziale della luce per rispondere a requisiti di omogeneità e uniformità in far-field. Questo approccio è essenziale in applicazioni come l’illuminazione a LED, la concentrazione della radiazione solare, i sistemi di proiezione e i display.

Metodi, strumenti e tecnologie utilizzati per lo shaping della luce

1. Lenti: lenti asferiche per collimare o direzionare la luce
2. Collimatori: consentono di concentrare la luce in un fascio stretto o di deviarla in angoli più ampi a seconda delle esigenze
3. Diffusori: modificano la distribuzione della luce per creare un'illuminazione uniforme o per ridurre la luminanza percepita da certe angolazioni

Tra i vantaggi dell’impiego di ottiche secondarie vi sono un maggiore controllo sul beam steering della luce e la possibilità di personalizzare la forma del fascio in funzione dell’applicazione, come nell’illuminazione architettonica o stradale. Un’alternativa valida per lo steering del fascio luminoso sono le lenti freeform che sono superfici ottiche non convenzionali, progettate su misura per ottenere una distribuzione luminosa specifica e precisa. Queste lenti consentono di controllare la direzione dei raggi di luce in modo rigoroso. Di seguito vengono presentati i vantaggi e le applicazioni delle ottiche freeform:

• Vantaggi: Sono ideali per applicazioni in cui si desidera un controllo dettagliato della distribuzione della luce, ad esempio per illuminazione su larga scala, come facciate di edifici o illuminazione di strade
• Applicazioni: Illuminazione stradale, spot architettonici, proiezione di pattern luminosi complessi

Un altro esempio di ottiche impiegate in ambito lighting sono le lightpipe. Di esse ci si serve per trasmettere la luce da una sorgente a una posizione desiderata mantenendo un'illuminazione uniforme lungo il percorso. Tra i diversi tipi di lightpipe vi sono:

1. Lightpipe prismatiche: la superficie interna è strutturata per riflettere e diffondere la luce in modo uniforme

2. Lightpipe con materiali traslucidi: usati per creare distribuzioni di luce diffuse e morbide, ideali per illuminare corridoi o aree interne di edifici

Infine citiamo le lenti di Fresnel che, leggere e sottili, sono progettate per ridurre la quantità di materiale necessario rispetto a una lente convenzionale, pur mantenendo il controllo sulla luce rifratta. Esse permettono di concentrare o diffondere la luce senza un volume elevato di materiale ottico.

Figure 2: A prismatic lightguide for daytime running light (DRL) applications

Come la simulazione interviene nello shaping della luce

Uno strumento molto efficace per dimensionare ottiche da applicare per l’interior e l’exterior lighting è la macro Optical Part Design (OPD) di Ansys Speos. Essa facilita la creazione e la modifica di componenti ottici, come lenti, specchi, prismi e altre ottiche all'interno di un ambiente CAD. Questa macro automatizza il processo di progettazione di ottiche tout court, accelerando il flusso di lavoro e riducendo gli errori manuali. Tra i diversi componenti ottici da progettare possiamo citare:

1. Lenti: sia lenti singole che sistemi di lenti multiple. Si possono scegliere tra diversi tipi di lenti (convessa, concava, piano-convessa, ecc.)

2. Specchi: superfici riflettenti con diverse curvature

3. Prismi: blocchi di materiale con superfici angolate per riflessione/rifrazione della luce

4. Freeform: ottiche non convenzionali per applicazioni industriali avanzate

Esempi di Applicazioni dell’Optical part design

Alcuni ambiti di applicazioni dell’OPD in ambito illuminotecnico sono:

1. Progettazione di lenti per fotocamere: utilizzando la macro, è possibile progettare un sistema di lenti complesso per ottimizzare la qualità dell'immagine.

2. Illuminazione automobilistica: creazione di riflettori e lenti per fari automobilistici che massimizzano l'efficienza luminosa e riducono l'abbagliamento.

3. Componenti di sensori ottici: progettazione di prismi o lenti per sistemi di rilevazione ottica ad alta precisione.