Guide de sélection des lentilles

La sélection d’une lentille adaptée à votre application demande de faire un certain nombre de choix. Quelques-uns des nombreux éléments à prendre en considération sont la forme de la lentille, le rapport de conjugaison, le rapport d’ouverture, la transmission, la déformation du front d’onde, la diffusion, le traitement antireflet et le prix. Les tableaux suivants devraient vous aider à comparer les lentilles proposées par Newport.

Il est important de choisir le bon type de lentille pour minimiser les aberrations. Généralement, lorsque l’objet ou l’image est à l’infini, c’est-à-dire que la lumière est parallèle d’un côté ou de l’autre de la lentille, le choix se porte sur une lentille plan-convexe ou plan-concave ou un achromat. Lorsque les distances sont finies et le rapport de conjugaison proche de 1:1, une lentille biconvexe ou biconcave est préférable. Et parfois, pour ce rapport de conjugaison proche de 1:1, deux lentilles travaillant à l’infini placées dos à dos donnent des résultats encore meilleurs.

Lentilles convergentes

D Acceptable
Ø Bon
◊ Excellent

Lentilles divergentes

Il faut accorder de l’importance au rapport d’ouverture d’une lentille qui focalise un faisceau parallèle. Au-delà de f/10, la forme de la lentille n’a pas beaucoup d’influence sur la taille de spot. Mais à f/2, c’est avec un achromat que le spot focal est le plus petit, et les lentilles d’une autre forme ne sont pas limitée par la diffraction.

Lentilles convergentes

Les lentilles plan-convexes sont surtout utilisées pour focaliser les rayons lumineux parallèles en un point, ou en une ligne dans le cas des lentilles cylindriques. L’asymétrie de ces lentilles minimise les aberrations sphériques dans les situations où l’objet et l’image ne sont pas à la même distance de la lentille. Le cas le plus favorable est celui où l’objet est à l’infini (les rayons incidents sont parallèles) et l’image est le point focal. Ce rapport de conjugaison (distance objet/distance image) infini est optimal, mais les lentilles plan-convexes minimisent aussi les aberrations sphériques lorsqu’il est fini, s’il reste supérieur à environ 5. Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut placer la surface incurvée du côté de la distance infinie ou de la distance la plus grande.
Les lentilles biconvexes ont une fonction similaire aux lentilles plan-convexes puisqu’elles ont une distance focale positive et qu’elles focalisent les rayons lumineux parallèles en un point. Leurs deux surfaces sont sphériques et ont le même rayon de courbure, ce qui minimise les aberrations sphériques dans les situations où l’objet et l’image sont à égale distance (ou presque) de la lentille. Lorsque la distance objet et la distance image sont égales (le grandissement est égal à 1), non seulement l’aberration sphérique est minimale, mais la coma et la distorsion sont toutes deux supprimées. Suivant une règle approximative, les lentilles biconvexes présentent le moins d’aberration pour des rapports de conjugaison entre 5 et 1/5. En dehors de cette plage de grandissements, les lentilles plan-convexes sont habituellement plus adaptées.
Les lentilles plan-concaves et biconcaves dévient les rayons incidents parallèles et les font diverger à la sortie de la lentille. Elles présentent donc une distance focale négative. Les rayons lumineux ne se croisent pas pour former une image, ils semblent diverger à partir d’une image virtuelle située du côté objet de la lentille. Lorsque la valeur absolue du rapport de conjugaison est supérieure à 5 ou inférieure à 1:5, les lentilles plan-concaves présentent pratiquement la forme optimale pour réduire l’aberration sphérique, la coma et la distorsion. Comme pour les lentilles plan-convexes, il faut placer la surface incurvée du côté de la distance infinie ou de la distance la plus grande (sauf dans le cas des lasers haute énergie, où il est préférable d’inverser la lentille pour éviter l’apparition d’un foyer virtuel). Lorsque le rapport de conjugaison est proche de 1:1 en valeur absolue, les lentilles biconcaves sont habituellement plus adaptées.

Pour les applications dans le visible et l’infrarouge jusqu’à 2,1 mm environ, le BK7 offre un excellent rapport qualité/prix. Pour l’ultraviolet à partir de 195 nm, la silice UV est un bon choix. La transmission de la silice UV est également très bonne dans le visible et l’infrarouge jusqu’à 2,1 mm environ, et elle présente une meilleure homogénéité et un coefficient de dilatation plus faible que le BK7. Enfin, le CaF2 et le MgF2 sont d’excellents choix pour les applications en UV profond et en infrarouge.

Note : Newport peut fournir des optiques en CaF₂ et MgF₂ pour des applications clients sur mesures, uniquement.

C’est l’application qui dicte les spécifications en termes de précision et de qualité de surface. Lorsqu’il est important de conserver le front d’onde, il faut choisir une précision de l/4 à l/8; lorsque le front d’onde est moins important que le prix, on peut utiliser une précision de l/2. En ce qui concerne la qualité de surface, plus le défaut d’aspect est faible, moins il y aura de diffusion. Pour les applications laser et d’imagerie à exigences élevées, les défauts d’aspect allant de 20-10 à 40-20 sont préférables. Pour celles où une faible diffusion est moins importante que le prix, on peut accepter un défaut d’aspect de 60-40.

Précision de surface

* Sauf indication particulière, Newport indique les défauts de rayures et piqures, par face.

Qualité de surface

Nous proposons une gamme étendue de traitements antireflet couvrant les domaines de l’ultraviolet, du visible, de l’infrarouge proche et de l’infrarouge. Les traitements multicouches large bande procurent d’excellent résultats sur un large domaine de longueurs d’onde.
Le MgF₂ monocouche large bande, qui est le traitement déposé en standard sur tous les achromats et en option sur nos lentilles VALUMAX^®, procure de très bons résultats sur un domaine de longueurs d’onde extrêmement large pour un prix raisonnable. Enfin, les traitements multicouches type V pour raie laser présentent la réflexion la plus faible pour une transmission maximale.

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