Tipos de lentes asféricas ópticas

O que é uma lente asférica?

Em sistemas ópticos, as lentes esféricas mais usadas têm superfícies esféricas rotacionalmente simétricas, o que significa que têm uma curvatura constante do centro à borda da lente. Em contraste, as lentes asféricas têm superfícies rotacionalmente simétricas, mas não esféricas, em conformidade com expressões matemáticas específicas e com superfícies lisas e contínuas.

Existem três tipos principais de superfícies asféricas usadas em sistemas ópticos: o primeiro tipo são superfícies asféricas axissimétricas, como superfícies cônicas rotacionais e superfícies rotacionais de ordem superior; o segundo tipo são superfícies asféricas com dois planos de simetria, como superfícies cilíndricas e superfícies toroidais; o terceiro tipo são superfícies de forma livre, Que não têm simetria.

A expressão de superfície asférica mais comumente usada é construída tomando uma superfície cônica como base e, em seguida, sobrepondo uma série de polinômios de ordem superior. A expressão é:

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

Onde:

1. ( z®) É a altura da superfície da lente a uma distância radial (r ).

2. ( R) é o raio de curvatura da esfera base.

3. ( k) é a constante cônica (também conhecida como constante de excentricidade).

4. ( A_i) são os coeficientes dos termos polinomiais de ordem superior.

5. ( r) é a distância radial do eixo óptico até o ponto na superfície.

Esta expressão combina uma superfície cônica básica (definida por (R) e (k )) com uma série de termos polinomiais de ordem superior (definidos pelos coeficientes (A_i )) para descrever com precisão a forma da lente asférica.

Vantagens das lentes asféricas

As lentes esféricas, independentemente de quaisquer erros de medição ou fabricação, apresentam inerentemente aberração esférica. A vantagem mais notável das lentes asféricas é sua capacidade de minimizar as aberrações ajustando e otimizando a constante cônica e os coeficientes asféricos. Conforme mostrado na Figura 3, uma lente esférica com aberração esférica significativa é comparada a uma lente asférica com quase nenhuma aberração esférica. Em comparação, uma única lente asférica atinge melhor qualidade de imagem.

Ilustração de Aberração esférica em uma lente esférica

Correção de Aberração esférica em uma lente asférica

Em comparação com o método convencional de correção da aberração esférica, aumentando o número de lentes, as lentes asféricas podem obter uma melhor correção de aberração com menos lentes. Por exemplo, uma lente de zoom que normalmente usa dez ou mais lentes pode atingir o mesmo desempenho óptico ou superior, substituindo cinco ou seis lentes esféricas por uma ou duas lentes asféricas, reduzindo assim o comprimento e a complexidade do sistema.

Além disso, os sistemas ópticos com mais elementos ópticos geralmente têm requisitos rígidos de tolerância mecânica, o que pode levar a etapas de calibração adicionais e mais revestimentos anti-reflexivos, reduzindo a praticidade geral do sistema. Portanto, o uso de lentes asféricas em sistemas ópticos (apesar de seu custo mais alto em comparação com lentes de elemento único e dupletos cimentados com números F equivalentes) pode reduzir o custo geral do sistema.

Em resumo, o uso razoável de lentes asféricas em sistemas ópticos mantém uma posição insubstituível na obtenção de miniaturização, leve e multifuncionalidade de sistemas ópticos.

Aplicação de lentes asféricas na colimação a laser

As lentes asféricas desempenham um papel muito importante nos sistemas ópticos. Por exemplo, nos sistemas complexos que encontramos com frequência, como lentes de smartphone, lentes de câmera e projetores de lançamento ultra-curto, a otimização das aberrações do sistema é frequentemente alcançada pela combinação de múltiplas lentes esféricas e esféricas. Esses sistemas normalmente não são produtos padronizados.