Lentila asferică

Numim lentilă asferică un obiect a cărui formă este apropiată de o porțiune a unei sfere , dar nu strict sferică. Avantajul obiectivului asferic constă într-o îmbunătățire a performanței optice la periferia imaginii.

Istoric

Din motive de complexitate a fabricației, sistemele optice s-au limitat mult timp la utilizarea elementelor sferice sau parabolice ( oglinzi sau lentile ).

În 1905 , Karl Schwarzschild , astrofizician german, este primul care propune principiul unui telescop care folosește 2 oglinzi asferice, al căror principal avantaj este aplanetismul său .

Prima realizare practică a unui sistem asferic a fost făcută de Bernhard Schmidt în 1930 . Este o lentilă asferică ( lama Schmidt ) care face posibilă compensarea defectelor sferice introduse de un telescop. Întregul se numește camera lui Schmidt . Multe evoluții ale acestui prim model au avut loc după aceea.

Principiul fizic

Ecuația unei lentile asferice

Săgeată z a unei lentile asferice în funcție de distanța față de axa optică r depinde de doi parametri principali: raza de curbură R (sau curbura C = 1 / R ) și conicității K, adăugat la o serie de chiar -termini polinomiali de ordine ( coeficienți $\ alpha_i$ ):

${\ displaystyle z (r) = {\ frac {r ^ {2}} {R \ left (1 + {\ sqrt {1- (1+ \ kappa) {\ frac {r ^ {2}} {R ^ {2}}}}} \ right)}} + \ alpha _ {2} r ^ {4} + \ alpha _ {3} r ^ {6} + \ cdots}$

În funcție de valoarea conicului K , profilul va lua diferite forme:

K	Profil
K > 0	eliptic (ax principal // Aur )
K = 0	sferic
–1 < K <0	eliptic (ax principal // Oz )
K = –1	parabolic
K <–1	hiperbolic

Din păcate, această ecuație suferă, printre altele, de o corelație puternică între parametrii principali și termenii polinomiali. Apare apoi divergențe mari atunci când vine vorba de montarea ecuației pe o anumită suprafață asferică. Prin urmare, alte ecuații care apelează la „polinoame Q”, ale căror coeficienți sunt ortogonali între ele, sunt adesea folosite ca alternativă.

Proces de fabricație

Turnarea lentilelor

Asferizarea prin frezare

Elementele optice asferice pot fi produse prin aspherisation de lentile sferice, în special prin diamantat erecte de frezat tehnici . Avantajul acestui tip de asferizare este flexibilitatea implementării (diferite lentile pot fi prelucrate cu același instrument) și alegerea materialelor (lentilele pot fi din sticlă). Principala limitare este costul de fabricație care este prea mare pentru multe aplicații.

În practică, asferizarea se realizează iterativ . Primul ciclu face posibilă obținerea unei forme aspre, a cărei măsurare face posibilă determinarea corecției care trebuie efectuată în ciclul următor. Un număr mic de cicluri este suficient pentru a converge asupra modelului.

Aplicații

Fotografie

În domeniul opticii fotografice , lentilele moderne conțin adesea unul sau mai multe elemente asferice. Cele lentile utilizate în mod tradițional , sunt sferice și , prin urmare , să introducă aberații specifice elementelor sferice. Adăugarea de elemente asferice face posibilă compensarea defectelor de aberație sferică și comă . Datorită costului ridicat al fabricării elementelor asferice, majoritatea opticii folosesc doar una sau două lentile asferice, dar acestea sunt suficiente pentru a corecta un număr mare de aberații.

Răspândirea obiectivelor asferice a dus la o creștere dramatică a performanței obiectivelor fotografice ieftine, cu un singur obiectiv mulat suficient pentru a obține o imagine foarte corectă la toate distanțele focale. În segmentul high-end, acestea au redus drastic numărul de lentile, în special în cazul zoom-urilor , îmbunătățind în același timp semnificativ performanța.

Astronomie

Pentru a îmbunătăți performanțele telescoapelor, care sunt adesea limitate la marginea câmpului, Bernhard Schmidt a dezvoltat o lamă de corecție asferică în 1930, cunoscută sub numele de lama Schmidt .

Oftalmie și lentile de contact

În cazul miopiei mari , lentilele asferice permit obținerea unei corecții bune în ciuda unei grosimi mici. De asemenea, fac posibilă creșterea câmpului vizual.

Operatie la ochi

Unele tratamente pentru miopie prin chirurgie refractivă cu laser cu excimeri utilizează un model de geometrie asferică pentru suprafața corneei .

Referințe și note

Referințe

(ro) Rame și lentile pe Google Cărți
(în) Principii de optică: teoria electromagnetică a propagării, interferenței, ... - Born & Wolf pe Google Books
Forbes, GW, „Specificația formei pentru suprafețe optice simetrice axial”, Opt. Express 15 (8), 5218-5226 (2007).
(ro) Generarea suprafeței în strunjire cu diamant ultra-precisă: modelare și practici pe Google Books
(în) Enciclopedia focală a fotografiei pe Google Books
(în) The Science of Imaging, ediția a doua pe Google Books
(în) lentile cu infraroșu și optică Zoom pe Google Cărți
D Gatinel, Asfericitatea corneei