QUADOA® Optical CAD ist eine neuartige, sequentielle Optikdesign-Software, die den gesamten Prototyping-Prozess abdeckt – von Simulation und Analyse bis hin zur Optimierung. Entwickelt mit dem Ziel, auch hochkomplexe Systeme effizient zu entwerfen, bietet QUADOA ® eine Funktionsvielfalt, die den steigenden Anforderungen moderner Optik gerecht wird.
Grenzen des Listen-basierten Ansatzes
Die meisten etablierten Softwarepakete für sequentielles Optikdesign nutzen bis heute oberflächenbasierte Listen zur Darstellung digitaler Prototypen – ein Konzept, das vor Jahrzehnten entstand um den Anforderungen und der begrenzten Rechenkapazität der damaligen Zeit gerecht zu werden. Für klassische On-Axis-Systeme, etwa einfache Kameraobjektive, ist dieser Ansatz heute noch ausreichend. Doch bei modernen High-End-Optiken wie Off-Axis-Freiform-Systemen, Mehrwegsystemen oder präzisen Toleranzanalysen stößt er an seine Grenzen. „Mit herkömmlichen sequentieller listenbasierter Software ist die Entwicklung solcher Systeme äußerst aufwendig, fehleranfällig und zeitintensiv“, so Dr. Goran Bastian Baer, Geschäftsführer der Quadoa Optical Systems GmbH.
QUADOA®s neuer objektbasierter Ansatz
QUADOA® setzt auf eine objektbasierte, hierarchische und koordinatenbasierte Modellarchitektur. Jedes Element besitzt ein eigenes Koordinatensystem, kann frei im 3D-Raum platziert und zu Baugruppen zusammengefasst werden – ohne unbeabsichtigte Änderungen wie beispielsweise der Position an anderen Komponenten vorzunehmen. Die Grundidee besteht darin, die einzelnen Positionsabhängigkeiten der Elemente so realitätsgetreu wie möglich definieren zu können, wie sie nach der Herstellung im realen optischen System existieren, und zwar auf ähnliche Weise, wie Sie Positionen in einer mechanischen CAD-Software definieren würden. Dies ist auch für eine realistische Toleranzplanung, Optimierung oder Analyse unerlässlich. Letztendlich ermöglicht der neue Ansatz einen weniger fehleranfälligen und schnelleren Designprozess und dies gleichzeitig mit einem realitätsnäheren digitalen Prototyp.
Vorteile im Überblick:
- Präzise Positionierung von Elementen mit relativen oder globalen Koordinaten
- Keine Dummy-Surfaces zur Manipulation von Koordinatensystemen nötig
- Baumartig verschachtelte Datenstruktur, die reale Baugruppen und Linsen abbildet und Entwicklungszyklen verkürzt
- Einfache Erstellung und Anpassung komplexer Designs
- Leichter Datenaustausch mit sofort verständlicher Struktur für alle Beteiligten
- Automatische Abhängigkeitsdefinition, wodurch Fehlerquellen minimiert werden
Da diese Methodik dem Industriestandard im mechanischen CAD entspricht, verbessert sich auch die Zusammenarbeit zwischen Optikdesignern und Maschinenbauingenieuren erheblich.
Multi-sequenzielles Raytracing
Eine weitere Besonderheit stellt das sogenannte multi-sequentielle Raytracing dar. Dank seiner einzigartigen Architektur kann QUADOA ® nicht nur eine, sondern beliebig viele Lichtsequenzen parallel in einem einzigen Modell definieren – und das im sequentiellen Modus. Dieses multi-sequenzielle Raytracing eröffnet neue Möglichkeiten für Systeme mit mehreren optischen Pfaden, etwa Interferometer oder komplexe Mehrwegesysteme. Auch Unterbaugruppen können separat optimiert werden, ohne den Überblick über das Gesamtsystem zu verlieren. Multisequenzielles Raytracing bietet zudem Vorteile hinsichtlich sequenzieller Leistung und Analyse für Anwendungen, die bisher ausschließlich nicht-sequenzieller Simulation vorbehalten waren.
Vorteile im Überblick:
- Direkte Definition mehrerer Licht-Sequenzen in einem einzigen Modell
- Einfache Handhabung komplexer Systeme mit mehreren optischen Pfaden
- Deutlich höhere Geschwindigkeit im Vergleich zum nicht-sequentiellen Raytracing
Wie sieht die Zukunft von Optikdesign-Software aus?
Die Zukunft des Optikdesigns liegt in der Verbindung moderner Simulationssoftware mit künstlicher Intelligenz. Um diese Möglichkeiten auszuloten, arbeitet QUADOA® mit dem Berliner Start-up Opdo (www.opdo.ai) zusammen – mit dem Ziel, den gesamten Entwicklungsprozess von optischen Systemen zu automatisieren und intuitiver zu gestalten.
Durch die Kombination der objektbasierten, hierarchischen Modellarchitektur von QUADOA® mit den KI-gestützten Algorithmen von opdo.ai lassen sich komplexe optische Systeme künftig schneller und mit deutlich weniger manuellen Iterationen entwickeln. Die KI erzeugt optische Entwürfe auf Basis einfacher Beschreibungen („Prompts“), bewertet Designs und schlägt
alternative Geometrien vor – ein entscheidender Schritt hin zu effizienterer und fehlerärmerer Entwicklung.
Darüber hinaus verknüpft opdo.ai das Design direkt mit der Fertigung, optimiert Kosten und zeigt Lieferzeiten in Echtzeit an. Mit der firmeneigenen Rapid Volumetric Fabrication-Technologie können hochpräzise, kundenspezifische Freiformoptiken und Prototypen innerhalb weniger Tage
hergestellt werden.
„QUADOA® bietet eine außergewöhnlich flexible und leistungsfähige Grundlage für unser KI-gestütztes Optikdesign. Durch die Integration in unsere Plattform erhält die KI Zugriff auf hochpräzise Simulationswerkzeuge und Fertigungsdaten, was Entwicklungszyklen drastisch verkürzt“, erklärt Stephan Kühr, CEO von opdo.ai.
Diese Kombination aus modernster Optikdesign-Software und künstlicher Intelligenz zeigt, wie der nächste Technologiesprung in der Photonik aussehen kann – schneller, smarter und zukunftsweisend.
„Wir können sehr froh sein, ein neues Start-up in Berlin zu haben, das den sonst von US-Konzernen dominierten Markt für Optikdesignsoftware aufmischt und so auch einen erheblichen Beitrag zur positiven Entwicklung der Photonikbranche in Berlin beiträgt“, betont Dr. Adrian Mahlkow, Geschäftsführer des Optec-Berlin-Brandenburg (OpTecBB) e.V.
Alle weiteren Infos zu QUADOA® sowie eine kostenloste Testversion finden alle Interessierte auf der Firmenwebsite.