Types de lentilles asphériques optiques

Qu'est-ce qu'une lentille asphérique?

Dans les systèmes optiques, les lentilles sphériques les plus utilisées ont des surfaces qui sont des surfaces sphériques symétriques en rotation, ce qui signifie qu'elles ont une courbure constante du centre au bord de la lentille. En revanche, les lentilles asphériques ont des surfaces symétriques en rotation mais non sphériques, conformes à des expressions mathématiques spécifiques et ayant des surfaces lisses et continues.

Il existe trois principaux types de surfaces asphériques utilisées dans les systèmes optiques: le premier type est les surfaces asphériques axisymétriques, telles que les surfaces coniques rotatives et les surfaces de rotation d'ordre supérieur; le deuxième type est les surfaces asphériques avec deux plans de symétrie, tels que les surfaces cylindriques et les surfaces toroïdales; le troisième type est les surfaces de forme libre, Qui n'ont aucune symétrie.

L'expression de surface asphérique la plus couramment utilisée est construite en prenant une surface conique comme base, puis en superposant une série de polynômes d'ordre supérieur. L'expression est:

[Z®= \ Frac {r ^ 2}{R \ left(1 \ sqrt{1 - (1 k) \ frac{r2}{R2}}\ right)} \ sum _{i = 2}^{n} A_i r ^ i]

Où:

1. ( z®) Est la hauteur de la surface de la lentille à une distance radiale (r ).

2. ( R) est le rayon de courbure de la sphère de base.

3. ( k) est la constante conique (également appelée constante d'excentricité).

4. ( A_i) sont les coefficients des termes polynomiaux d'ordre supérieur.

5. ( r) est la distance radiale de l'axe optique au point sur la surface.

Cette expression combine une surface conique de base (définie par (R) et (k )) avec une série de termes polynomiaux d'ordre supérieur (définis par les coefficients ( A_i ))) pour décrire avec précision la forme de la lentille asphérique.

Avantages des lentilles asphériques

Les lentilles sphériques, indépendamment de toute erreur de mesure ou de fabrication, présentent intrinsèquement une aberration sphérique. L'avantage le plus notable des lentilles asphériques est leur capacité à minimiser les aberrations en ajustant et en optimisant la constante conique et les coefficients asphériques. Comme le montre la figure 3, une lentille sphérique avec une aberration sphérique significative est comparée à une lentille asphérique avec presque aucune aberration sphérique. En comparaison, une seule lentille asphérique permet d'obtenir une meilleure qualité d'image.

Illustration de l'aberration sphérique dans une lentille sphérique

Correction sphérique d'aberration dans une lentille asphérique

Par rapport à la méthode conventionnelle de correction des aberrations sphériques en augmentant le nombre de lentilles, les lentilles asphériques peuvent obtenir une meilleure correction d'aberration avec moins de lentilles. Par exemple, un objectif zoom qui utilise généralement dix objectifs ou plus peut atteindre des performances optiques identiques ou supérieures en remplaçant cinq ou six lentilles sphériques par une ou deux lentilles asphériques, réduisant ainsi la longueur et la complexité du système.

De plus, les systèmes optiques avec plus d'éléments optiques ont souvent des exigences de tolérance mécanique strictes, ce qui peut conduire à des étapes d'étalonnage supplémentaires et à des revêtements plus antireflet, réduisant ainsi l'aspect pratique général du système. Par conséquent, l'utilisation de lentilles asphériques dans les systèmes optiques (malgré leur coût plus élevé par rapport aux lentilles à un seul élément et aux doublets cimentés avec des nombres F équivalents) peut réduire le coût global du système.

En résumé, l'utilisation raisonnable de lentilles asphériques dans les systèmes optiques occupe une position irremplaçable dans la réalisation de la miniaturisation, de la légèreté et de la multifonctionnalité des systèmes optiques.

Application des lentilles asphériques dans la collimation laser

Les lentilles asphériques jouent un rôle très important dans les systèmes optiques. Par exemple, dans les systèmes complexes que nous rencontrons fréquemment, tels que les objectifs de smartphone, les objectifs de caméra et les projecteurs ultra-courts, l'optimisation des aberrations du système est souvent obtenue en combinant plusieurs lentilles asphériques et sphériques. Ces systèmes ne sont généralement pas des produits standardisés.