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Pourquoi Utiliser une Lentille Achromatique ?
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Pourquoi Utiliser une Lentille Achromatique ?

ANATOMIE DE LA LENTILLE ACHROMATIQUE

Une lentille achromatique, également appelée achromat, est généralement constituée de deux composants optiques cimentés ensemble, en général un élément positif à faible indice (crown) et un élément négatif à indice élevé (flint). Comparée à une lentille simple, ou singulet pour faire court, qui n'est constituée que d'un seul morceau de verre, l'utilisation d'un doublet enrichit la conception du système et permet d'optimiser davantage sa performance. Ainsi, une lentille achromatique comportera des avantages perceptibles par rapport à un singulet de diamètre et de distance focale comparables.

Une lentille achromatique est proposée avec plusieurs configurations, notamment, positive, négative, triplet, et asphérisée. Il est important de noter que qu'il s'agisse d'un doublet (deux éléments) ou d'un triplet (trois éléments), le nombre d'éléments n'est pas lié au nombre de rayons qu'il corrige. En d'autres termes, une lentille achromatique, conçue pour lumières visibles, corrige le rouge et le bleu, indépendamment du fait que ce soit un doublet ou un triplet. Consultez les Figures 1 à 4 pour une illustration de chaque type.

Positive Achromatic Lens
Figure 1: Positive
Negative Achromatic Lens
Figure 2: Négative
Triplet Lens
Figure 3: Triplet
Aspherized Achromatic Lens
Figure 4: Asphérisée

 

Légende des Configurations
Dia. Diamètre
R Rayon de Courbure
ET Épaisseur de Bord
EFL Distance Focale Effective
CT Épaisseur au Centre
P Point Principal
BFL Distance Focale Arrière

Exploration d'une Lentille Achromatique Asphérisée

Vous avez ici une nouvelle technologie associant la qualité d'image supérieure d'une lentille asphérique à la correction couleur de précision d'une lentille achromatique. Une lentille achromatique asphérisée est rentable et dispose d'une excellente correction des aberrations chromatiques et sphériques, ce qui représente un moyen économique de répondre aux exigences strictes de l'imagerie dans les systèmes optiques et visuels d'aujourd'hui. Les relais, les systèmes de condensation, les systèmes d'imagerie à ouverture numérique élevée et les expanseurs de faisceau sont quelques exemples de conceptions optiques qui pourraient être améliorées par une lentille achromatique asphérisée. Les Figures 5 et 6 comparent une lentille achromatique à une lentille achromatique asphérisée. La Figure 5 montre une fonction de transfert de modulation (MTF) et un tracé de l'aberration du rayon transversal pour lentille achromatique TECHSPEC® #45-209 d'un Diamètre de 12,5 mm et d'une Distance Focale de 14 mm, tandis que la Figure 6 montre la même chose pour la Lentille Achromatique TECHSPEC® #49-658, d'un Diamètre de 12,5 mm et d'une Distance Focale de 14 mm. Il est évident que la performance de la résolution est bien meilleure dans la conception achromatique asphérisée.

MTF and Transverse Ray Fan Aberration Plots for Achromatic Lens
Figure 5: La MTF et les Tracés de l'Aberration du Rayon Transversal d'une Lentille Achromatique
 MTF and Transverse Ray Fan Aberration Plots for Aspherized Achromatic Lens
Figure 6: La MTF et les Tracés de l'Aberration du Rayon Transversal d'une Lentille Achromatique Asphérisée

Une lentille achromatique asphérisée est composée d'éléments de lentilles optiques en verre reliés à un polymère photosensible. Le polymère est appliqué seulement sur une surface du doublet et est facile à reproduire dans un court laps de temps tout en offrant la flexibilité qu'apportent des composant multi-éléments types. Contrairement à un élément en verre, une lentille achromatique asphérisée possède une température de fonctionnement plus faible, de -20°C à 80°C. Cette plage de température limite également la possibilité de traitements anti-reflets (AR) sur la surface achromatique asphérisée. Le matériau de la lentille achromatique asphérisée bloque la transmission de l'UV Profond (DUV), ce qui le rend impropre à certaines applications. La lentille est rentable et simple à remplacer et également sensible aux rayures. La Figure 7 présente le processus de fabrication.

 Diamond Ground Aspheric Mold and Achromatic Lens
Moule Asphérique
Rectifié au Diamant et
Lentille Achromatique
Photopolymer Injection
Injection de
Photopolymère
Achromatic Lens Compression and UV Curing
Compression de la
Lentille Achromatique et
Durcissement UV
Finished Aspherized Achromatic Lens
Lentille Achromatique
Asphérisée Finie
Figure 7: Fabrication de Lentille Achromatique Asphérisée

CARACTÉRISTIQUES NOTABLES DE PERFORMANCE

Imagerie Polychromatique Améliorée

Une lentille achromatique présente une qualité supérieure à une lentille simple utilisée dans l'imagerie multi-couleurs (à lumière blanche). Les deux éléments qui composent une lentille achromatique (littéralement, "une lentille sans couleur") ont été jumelés pour leur capacité à corriger la séparation des couleurs inhérentes au verre. En éliminant les aberrations chromatiques problématiques, une lentille achromatique devient la solution la plus rentable pour une bonne illumination et en imagerie polychromatique. Reportez-vous à la Figure 8 pour une illustration de ce concept.

Polychromatic Imaging using a Plano-Convex Lens versus an Achromatic Lens
Figure 8: Imagerie Polychromatique utilisant une Lentille Plan-Convexe et une Lentille Achromatique

Correction de l'Aberration Sphérique et du Coma sur Axe

L'absence d'aberration sphérique et de coma apporte une meilleure performance sur l'axe même à des ouvertures utiles plus larges. Contrairement à une lentille simple, une lentille achromatique fournit systématiquement de plus petites tailles de spot et des images de qualité supérieure sans pour autant diminuer l'ouverture utile. La Figure 9 montre de quelle manière une lentille achromatique corrige la couleur longitudinale. La Figure 10 présente l'abberation sphérique d'un objet axial en prouvant que les rayons se focalisent plus près de la lentille que ils ne le devraient. La lentille biconvexe est alors sphériquement sous-corrigée. L'aberration sphérique (SA) quant à elle varie avec le nombre f/# et diminue avec l'ouverture utile. La Figure 11 montre de quelle manière une lentille biconvexe sépare la lumière blanche de la même façon qu'un prisme où les rayons du bleu sont focalisés plus près de la lentille que les rayons du rouge. 


Achromatic Lens
Figure 9: Lentille Achromatique
Logitudinal Color
Figure 10: Couleur Longitudinale
Spherical Aberration
Figure 11: Aberration Sphérique

Des Images plus Lumineuses et une Meilleure Transmission

Étant donné que la performance sur axe d'une lentille achromatique ne se détériore pas avec des ouvertures utiles plus grandes, l'arrêt du système optique devient inutile. L'arrêt de l'ouverture fait référence à la réduction de sa taille, par exemple grâce à un sténopé ou un diaphragme à iris, en vue d'améliorer la performance globale. En utilisant toute l'ouverture utile, une lentille achromatique et des systèmes de lentilles achromatiques produisent une meilleure transmission et sont plus efficaces que les systèmes équivalents utilisant des lentilles singulet.

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