Conseils pour choisir la lentille adaptée à votre laser
Les utilisateurs sont souvent confrontés à la question de savoir quelle lentille optique est la mieux adaptée à leur image. La section suivante présente les types de lentilles standard et décrit leurs domaines d'application les plus courants.
Lentilles convergentes et divergentes
En général, il existe des lentilles positives (c'est-à-dire convergentes) et des lentilles négatives (c'est-à-dire divergentes). Les lentilles à surface convexe sont des lentilles positives : la distance focale de la lentille est décrite par un signe positif. Les lentilles à surface concave sont des lentilles négatives : ces lentilles ont une distance focale négative. La lentille ménisque peut être à la fois une lentille positive et une lentille négative.
Lentilles optiques
Lentilles typiques et leurs domaines d'application
Lentille ménisque
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Correction de l'astigmatisme
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Pour les distances focales courtes, une lentille ménisque peut être utilisée à la place d'un système de lentilles comme lentille d'extrémité. La lentille ménisque permet de réduire l'aberration sphérique.
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Cette lentille est utilisée lorsqu'une aberration sphérique minimale est requise.
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Types de lentilles
Lentilles convergentes et divergentes
En général, il existe des lentilles positives, c'est-à-dire convergentes, et des lentilles négatives, c'est-à-dire divergentes. Les lentilles à surface convexe sont des lentilles positives : la distance focale de la lentille est décrite par un signe positif. Les lentilles à surface concave sont des lentilles négatives : ces lentilles ont une distance focale négative. La lentille ménisque peut être à la fois une lentille positive et une lentille négative.
Par rapport aux lentilles à deux surfaces courbes, les lentilles plano-convexes et plano-concaves ont l'avantage d'être plus faciles à fabriquer et donc moins coûteuses. De plus, elles sont particulièrement bien adaptées à la focalisation et à la collimation des faisceaux laser. Les aberrations sphériques des lentilles plano-convexes et plano-concaves sont réduites en orientant la face courbe de la lentille vers le faisceau collimaté.
Les lentilles biconvexes sont préférées lorsque des images proches de 1:1 sont requises. Les lentilles biconvexes et biconcaves sont également utilisées si des distances focales très courtes sont nécessaires. Comme les deux surfaces sont courbes, une longueur focale plus courte avec des rayons plus grands est possible. Les surfaces très fortement courbées sont coûteuses à fabriquer, car seules quelques lentilles peuvent être polies en même temps.
Les lentilles de forme optimale sont des lentilles simples dont les surfaces sphériques sont optimisées afin de présenter le moins d'aberration sphérique possible pour une lentille simple.
Les lentilles asphériques sont utilisées lorsqu'il faut éviter les aberrations sphériques. Ces lentilles ont une courbure plus faible sur les bords, ce qui permet même aux rayons marginaux de se croiser au point focal. L'optimisation de ces lentilles est réalisée à l'aide de programmes de simulation de conception optique.
Les lentilles ménisques sont des lentilles présentant une courbure concave et convexe. Elles sont utilisées dans les systèmes de lentilles pour corriger les aberrations sphériques et l'astigmatisme.
Systèmes d'objectifs
Pour les essais de prototypes et le laboratoire
Si la qualité d'image d'un objectif « simple » est insuffisante, différents systèmes d'objectifs standard peuvent être utilisés, qui ont souvent fait leurs preuves en laboratoire lors des essais de prototypes ou d'assemblages. Les systèmes existants suivants sont importants dans la technologie laser :
- Lentilles aplanatiques, triplets (réduction des aberrations sphériques)
- Objectifs zoom
- Objectifs télécentriques (échelle d'imagerie constante, par exemple pour la reconnaissance d'objets)
- Objectifs F-Theta (objectifs à balayage)
- Expandeurs de faisceau
- Objectifs collimateurs
Aberrations dans l'optique laser
Comment trouver le meilleur système de lentilles
Les lentilles simples provoquent des erreurs d'imagerie. Découvrez les erreurs d'imagerie typiques qui jouent un rôle dans l'optique laser.
Aberrations sphériques
Les aberrations sphériques sont causées par des faisceaux largement ouverts qui sont symétriques par rapport à l'axe optique. Une mise au point optimale en un seul point ne se produit que pour les faisceaux paraxiaux. Les faisceaux plus éloignés de l'axe optique sont réfractés à une distance plus courte, c'est-à-dire que le point focal des faisceaux périphériques se trouve avant le point focal des faisceaux centraux. C'est ce qu'on appelle une aberration sphérique. Elle augmente avec des distances focales plus courtes et un diamètre de faisceau plus grand.
L'indice de réfraction de la lentille utilisée a également une influence sur l'aberration sphérique : celle-ci peut être réduite en utilisant des matériaux ayant un indice de réfraction plus élevé.
Cette erreur peut également être corrigée dans une lentille unique en optimisant les rayons (lentille de forme optimale) ou, alternativement, en utilisant plusieurs surfaces sphériques (systèmes de lentilles). Une réduction est obtenue en utilisant des surfaces de lentilles moins courbées pour une même longueur focale totale.
Conseil : la surface courbée des lentilles plano-convexes doit être orientée vers le faisceau collimaté, car cette disposition provoque une double réfraction et réduit ainsi l'aberration sphérique.
Astigmatisme
Un astigmatisme se produit, par exemple, lors de la déviation d'un faisceau convergent, c'est-à-dire lorsque les faisceaux incidents sont asymétriques par rapport à l'axe optique de la lentille. Si le faisceau est divisé en deux plans (plan méridien et plan sagittal), les rayons de chaque plan auront des distances focales différentes. Un point n'apparaît plus comme un point, mais plutôt sous la forme de deux lignes.
Conseil : l'astigmatisme peut être corrigé à la fois par des lentilles ménisques et cylindriques.
Coma
L'erreur de coma se produit lorsque le faisceau collimaté est incliné par rapport à l'axe optique. Le trajet du faisceau est assez asymétrique à travers la lentille et provoque de fortes distorsions (en forme de larme ou de comète) dans le plan d'imagerie.
Conseil : l'erreur de coma peut être réduite en sélectionnant une ouverture appropriée. L'ouverture doit être positionnée de manière à ne laisser passer que les parties symétriques du faisceau.
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Les lentilles asphériques corrigent les défauts d’image – Par lumière monochromatique, il s’agit de défauts de netteté et de distorsion.
Lentilles cylindriques rondes et rectangulaires pour créer des élargissements de faisceau / des lignes dans une direction
Ces optiques font converger ou diverger les faisceaux lumineux.
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