Lentille asphérique : guide d’achat

L’amélioration des méthodes de production a permis une démocratisation de l’utilisation des lentilles asphériques, pourtant plus complexes à fabriquer que les lentilles sphériques. Quels sont leurs bénéfices, comment les fabriquer, vous trouverez les réponses dans le guide ci-dessous:

Qu’est ce qu’une lentille asphérique ?

Une lentille asphérique peut être définie par opposition à une lentille sphérique comme une lentille dont au moins une des surface optiques est définie selon l’équation conique telle que définie ci-dessous.

Z : correspond à la surface de la lentille
R : est le rayon de courbure
K: la constante conique
Ax: Coefficient asphérique à l’ordre x (peut être nul)

Les avantages d’une lentille asphérique

Les lentilles sphériques sont relativement aisées à fabriquer, mais il a été identifié très tôt que ces lentilles asphériques créaient des aberrations sur les images, appelées les aberrations sphériques. Pour compenser ces aberrations il est possible de créer des doublets ou des systèmes de lentilles complexes mais cela est couteux et encombrant.

L’autre solution pour ne plus avoir ces aberrations sphériques et de créer des lentilles directement dans la forme permettant de les éviter. Ces formes complexes sont définies par une équation conique et correspondent à des formes appelées asphériques.  La fabrication des lentilles asphères est plus complexe mais avec les récents progrès en numérisation du design, de la production et du test des surfaces, cette fabrication est devenue beaucoup plus abordable.

Comment est fabriqué une lentille asphérique ?

Une lentille asphère peut être fabriquée selon différents procédés:

Méthode de production	Description	Détails
Moulage de précision	Une préforme de matière est pressée entre deux matrices à haute température (entre 400 et 650°C) durant plusieurs minutes. Ensuite vient le refroidissement contrôlé des pièces et leur démoulage, sans nécessiter d’étape de polissage supplémentaire.	Idéal pour les grandes quantités Coûts d’outillage élevés Champs de matières premières limité à celle ayant un point de ramollissement bas. Impact sur l’indice de réfraction du verre qui va être réduit lors du process. Ratio épaisseur/largeur limité Diamètre externe de moins de  35mm.
Usinage pointe diamantée	Utilisation d’une très fine tête diamantée pour mettre en forme la surface de la lentille.	Pas nécessaire de repolir la pièce Procédé relativement lent Laisse des traces disposant d’une fréquence spacial sur la surface (plus ou moins liée au pas d’usinage) Peut également être utilisé pour les optiques plastiques.
CNC (Usinage à commande numérique)	Meulage du verre (avec un outil en forme d’anneau ou de disque) et polissage (avec des tampons à polir)	Gourmant en temps, l’outillage doit être changé de meulage de base à meulage fin. En outre le meulage et le polissage s’effectue en général sur deux machines différentes. Peut être très précis, avec un état de surface meilleur que  Lambda/10.. Limitation du rayon de courbure  concave du fait des limitations d’outillage.
MRF (magneto-rheological finishing)	Méthode de polissage spécifique utilisée après le meulage CNC. La viscosité du médium de polissage est contrôlé par un champs magnétique pour permettre un polissage qui adaptatif.	Meilleure précision que le polissage normal.

Comment mesurer une lentille asphère ?

Il y a différentes méthodes pour mesurer la précision de surface qui peuvent être séparées entre les mesures par contact et les mesures sans contact utilisant des interféromètres et des accessoires.

Solutions de mesure par contact	Avantages	Désavantages
CMM (Mesure tridimensionnelle).	Peut mesurer en 3D Peut mesurer de grandes lentilles Très abordable	Faible précision Ne peut mesurer la rugosité Contact entre la sonde et l’optique sur les points de mesure
Profilomètre	Plus précis qu’une CMM et peut mesurer la rugosité Rapide Très abordable	Des mesures seulement en 2D sur le diamètre de la lentille Touché continu entre la sonde et la surface, peut impacter la qualité de surface.

Solutions de mesure sans contact	AVANTAGES	DéSAVANTAgeS
Interférométrie sur des surfaces de diamètre limités	Peut être utilisé pour des grandes variation d’angle Très bonne précision	Long temps de mesure Cher
CGH ( Hologramme généré par ordinateur)	Bonne précision Image complète de la surface	Cher Long temps de mise en place
Lentilles sphériques de référence	Facile à mettre en place du fait la ressemblance avec l’interférométrie sphérique.	Limité aux asphères avec une faible différentiation par rapport à une surface sphérique.
Verifire (Zygo)	Bonne précision	Limitation à certaines formes d’asphères

Quelles est la différence entre une lentille sphérique et une lentille asphérique ?

La différence entre ces deux types de lentille vient de leur forme. Alors que la forme de la lentille sphérique peut être définie depuis un centre virtuel avec un rayon de courbure fixe, la forme d’une lentille asphérique est définie depuis un centre virtuel mais avec différentes valeurs de rayon de courbure en fonction de leurs angles respectifs.

Pour imager une comparaison, une lentille sphérique peut être vue comme une découpé d’une sphère alors qu’une lentille asphérique sera une découpe de formes plus complexes comme une conique ou une ellipse.