nouvelles de l'entreprise Lentilles asphériques contre les lentilles sphériques: différences et applications

Lentilles asphériques vs. lentilles sphériques : différences et applications

Paramètre

Les lentilles sphériques sont des optiques à symétrie de révolution dont la forme correspond à une section de sphère (Fig. 1). La distance du centre géométrique au rayon de courbure est constante. Cela signifie que la surface optiquement efficace peut être décrite avec un seul paramètre : le rayon R. Cette uniformité confère aux lentilles sphériques des avantages de coût importants en fabrication.

Fig. 1 : Zone optiquement efficace d'une surface sphérique définie par le rayon Ra

Avantages de fabrication

La géométrie sphérique permet de simplifier les processus de production et de réduire les délais, en particulier pour les petits diamètres où plusieurs optiques peuvent être fabriquées simultanément sur un seul substrat. La géométrie uniforme de la surface simplifie également l'inspection optique. Les techniques de mesure comprennent :

• Méthodes tactiles (profileurs, machines de mesure tridimensionnelles)

• Méthodes optiques (interféromètres, CGH)

La production numérisée (par exemple, le flux de travail entièrement automatisé d'asphericon) réduit les coûts grâce à l'optimisation des lots.
Largement utilisées dans :

• Métrologie

• Aérospatiale (par exemple, spectromètres satellitaires)

• Technologie médicale (par exemple, lampes à fente pour les examens oculaires)
  Leur faible coût, leur production rapide et leur polyvalence en font des éléments fondamentaux de l'optique avec d'excellents rapports qualité-prix.

Optimisation des performances optiques

Les lentilles sphériques utilisent des propriétés de collecte, de dispersion ou de focalisation pour réfracter la lumière. Dans les systèmes d'imagerie :

• La qualité de l'image peut être améliorée en ajustant la position de la source lumineuse ou la taille de l'ouverture.

• L'aberration sphérique peut être réduite grâce à des diaphragmes qui bloquent les rayons périphériques.

• Les combinaisons multi-lentilles (par exemple, les achromats – lentilles convexes/concaves collées) corrigent les aberrations chromatiques/sphériques, couramment utilisées dans les objectifs d'appareil photo.

Lentilles sphériques
Les asphériques sont idéales pour les applications exigeant :

• Une qualité d'image élevée

• De grandes ouvertures numériques

• Une minimisation de l'espace
  Ces optiques à symétrie de révolution présentent des rayons de courbure variant radialement (Fig. 2), s'écartant des profils sphériques pour améliorer considérablement les performances d'imagerie.

Fig. 2 : Comparaison des zones optiquement efficaces : surface sphérique vs. asphérique

Caractéristiques clés

• L'aplatissement périphérique réduit l'aberration sphérique en garantissant que tous les rayons incidents convergent en un point focal commun (Fig. 3).

• Élimine le flou causé par l'aberration sphérique.

• Définition mathématique de la surface (équation asphérique) :

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• Où :
  $z$ = hauteur sagittale
  $h$ = distance de l'axe optique
  $R$ = rayon de base
  $k$ = constante conique
  $A$2i= coefficients asphériques
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Fig. 3 : Correction de l'aberration sphérique via une surface asphérique

Miniaturisation du système
Les asphériques permettent des conceptions optiques compactes :

• Exemple : Les expanseurs de faisceau monolithiques (par exemple, l'a-BeamExpander d'asphericon) réduisent la longueur du système de 50 % par rapport aux télescopes de Kepler/Galilée (Fig. 5).

• La réduction de poids profite aux applications aérospatiales (par exemple, les satellites d'observation de la Terre comme Sentinel-4).

Fig. 5 : Comparaison des tailles : BeamExpander vs. télescopes

traditionnels

Production et métrologie

• Les progrès modernes permettent une fabrication en volume de haute précision :

• Méthodes : Meulage, polissage

  • Techniques de mesure :

  • Interférométrie CGH

  • Sondage tactile

• Interférométrie à ondes inclinées (topographie de surface en 20 à 30 secondes)

La production numérisée (par exemple, le flux de travail entièrement automatisé d'asphericon) réduit les coûts grâce à l'optimisation des lots.

• Applications

• Systèmes laser (façonnage/expansion de faisceau)

• Microscopie à fluorescence

• Systèmes de projection

Instrumentation satellitaire