planoconvexe

Une lentille planoconvexe a une surface plane d'un côté et une surface courbe (convexe) de l'autre. Cette asymétrie la rend utile dans les systèmes optiques où la lumière doit être focalisée ou collimatée dans une direction spécifique. Le côté courbe fait la majeure partie du travail ; le côté plat sert de surface de montage ou de face de sortie dans certaines configurations.

Les lentilles planoconvexes existent en deux orientations selon l'application. Lorsque la lumière entre d'abord par le côté courbe, la lentille se comporte comme un faible élément de focalisation ; lorsque la lumière entre d'abord par le côté plat, elle devient une lentille de collimation ou produit une distance focale différente. Le choix est important car l'aberration sphérique, qui fait que les rayons lumineux hors axe se focalisent en des points légèrement différents, varie considérablement avec l'orientation. La lumière incidente traversant la surface courbe répartit l'aberration plus uniformément sur le champ.

Matériaux et tailles courants

Le verre crown et le borosilicate sont des choix standard pour les applications en lumière visible, avec des diamètres allant généralement de 6 mm à 50 mm pour l'optique de banc. Les systèmes infrarouges utilisent le séléniure de zinc ou le germanium. La fabrication implique le meulage et le polissage de la surface courbe à un rayon précis tout en maintenant la planéité du côté plat à lambda/4 ou mieux (environ 0,13 micromètre pour la lumière verte). Les lentilles planoconvexes de plus grande taille souffrent d'affaissement au niveau de la surface plane ; les versions de très grand diamètre nécessitent un support mécanique ou doivent être montées dans des cellules qui les maintiennent horizontalement.

En pratique, les lentilles planoconvexes apparaissent dans la mise en forme des faisceaux laser, la collimation des LED et comme optiques de condenseur en microscopie. Elles sont moins chères que les conceptions biconvexes symétriques car une surface ne nécessite pas de meulage de courbure. Cependant, elles introduisent plus de coma et d'astigmatisme que les lentilles biconvexes de même distance focale, ce qui limite leur utilisation en imagerie de haute précision. L'association d'une lentille planoconvexe avec un autre élément de lentille corrige souvent mieux ces aberrations que l'utilisation de deux lentilles planoconvexes ensemble.

La distance focale d'une lentille planoconvexe dépend du rayon de courbure, de l'indice de réfraction du verre et de l'épaisseur. Une lentille planoconvexe typique en verre crown avec un rayon de 50 mm et une épaisseur de 5 mm a une distance focale d'environ 100 mm. Les variations d'épaisseur sont importantes ; les lentilles épaisses s'écartent de l'équation des lentilles minces et nécessitent des facteurs de correction lorsque une grande précision est requise.