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Fabricantes y proveedores de lentes asféricas
MKS | Ophir
Óptica de imagen térmica: impulsando la excelencia de los sistemas EO de defensa
Gold Partner
Torrent Photonics
Soluciones ópticas y fotónicas de precisión para sistemas de imagen, detección y localización de objetivos en el ámbito de la defensa
Silver Partner
Guía completa sobre lentes asféricas para sensores de imagen militares y óptica láser
Introducción a las lentes asféricas
Las lentes asféricas presentan al menos una superficie con un perfil distinto al esférico, lo que permite que dicha superficie modifique la forma en que se refractan los rayos de luz al atravesar la lente. Esto proporciona a los diseñadores ópticos un mayor control sobre la trayectoria de la luz, especialmente cerca del borde de la apertura, donde una superficie esférica puede generar una aberración significativa.
En los sistemas ópticos de defensa, los elementos asféricos se utilizan en conjuntos de imagen, miras de armas, sensores de vigilancia y óptica láser, donde el material de la lente, el perfil de la superficie y los recubrimientos interactúan con otros elementos ópticos para dirigir la luz hacia un sensor o dar forma a un rayo láser. El diseño resultante depende de factores como la longitud de onda de funcionamiento, la calidad requerida de la imagen o del haz, el espacio disponible y las condiciones ambientales a las que debe soportar el equipo.
Funciones principales de las lentes asféricas en los sistemas ópticos de defensa
Lente asférica del fabricante Torrent Photonics.
Enfocar la luz hacia los sensores de imagen
Una lente asférica puede hacer que la luz que atraviesa diferentes partes de su apertura se enfoque con mayor precisión en un sensor de imagen, lo que ayuda a controlar la aberración esférica que, de otro modo, reduciría la nitidez de la imagen. Los diseñadores ópticos pueden combinar elementos asféricos y convencionales para alcanzar la resolución requerida y mantener un rendimiento adecuado en todo el campo de visión previsto.
Colimación y modelado de haces láser
Una lente colimadora asférica puede recoger la luz de una fuente láser y producir un haz con una divergencia reducida, mientras que las superficies asféricas también pueden incorporarse en conjuntos de enfoque en los que la forma y la calidad del haz son importantes. En estas aplicaciones, el material y los recubrimientos de la lente deben seleccionarse para que se adapten a la longitud de onda del láser, la potencia de funcionamiento y otros requisitos del sistema.
Reducción del número de lentes, el tamaño y el peso
Un único elemento asférico puede, en ocasiones, proporcionar correcciones que, de otro modo, requerirían varios elementos esféricos, lo que podría reducir el número de componentes necesarios en un conjunto óptico. Esto puede acortar el recorrido óptico y reducir el peso del sistema, lo cual resulta especialmente útil en equipos portátiles y en cargas útiles de sensores con limitaciones de espacio, aunque el beneficio global depende del diseño óptico completo, incluidas sus monturas y las tolerancias requeridas.
Compatibilidad con amplios campos de visión y aperturas rápidas
Los sistemas gran angulares y las lentes con grandes aperturas pueden resultar difíciles de corregir utilizando únicamente superficies esféricas, especialmente cuando las aberraciones aumentan hacia los bordes del campo. La incorporación de una superficie asférica proporciona a los diseñadores un control adicional sobre estas aberraciones, aunque el diseño y la colocación de los elementos ópticos restantes siguen siendo importantes para gestionar el rendimiento fuera del eje y la distorsión.
Tipos principales de lentes asféricas
Las lentes asféricas pueden clasificarse tanto según la geometría de su superficie como según el proceso de fabricación utilizado para producirlas, por lo que las configuraciones que se indican a continuación pueden solaparse. Una lente asférica con simetría rotacional, por ejemplo, puede fabricarse mediante moldeo, pulido o torneado, en función de su material y de los requisitos de rendimiento.
| Configuración | Geometría de la superficie y fabricación | Materiales adecuados | Ventajas ópticas y aplicaciones en el ámbito de la defensa |
| Lentes asféricas con simetría rotacional | El perfil de la superficie varía desde el centro hacia el borde en torno a un eje óptico común y puede obtenerse mediante moldeo, pulido o torneado. | Vidrio óptico, polímeros y materiales infrarrojos seleccionados. | Proporcionan corrección de aberraciones para sistemas ópticos de imagen, puntería y láser. |
| Lentes acilíndricas | Un perfil asférico proporciona potencia óptica principalmente a lo largo de un eje, en lugar de hacerlo simétricamente en torno a un eje común. | Vidrio y polímeros seleccionados. | Moldean o enfocan la luz de forma diferente a lo largo de dos ejes, incluso en sistemas de acondicionamiento de haces láser. |
| Lentes asféricas de vidrio moldeado | El vidrio calentado se moldea contra un molde de precisión para crear el perfil de superficie asférico requerido. | Vidrios compatibles con el proceso de moldeo. | Proporcionan elementos ópticos repetibles para conjuntos compactos de imagen e iluminación. |
| Lentes asféricas de vidrio pulido | El perfil de superficie asférico especificado se genera y se acaba mediante procesos de pulido de precisión. | Vidrios ópticos adecuados. | Cumplen con los exigentes requisitos de precisión superficial y permiten diseños personalizados de lentes asféricas. |
| Lentes asféricas para infrarrojos torneadas con diamante | Una herramienta de precisión corta el perfil asférico directamente en un material adecuado para el torneado con diamante. | Germanio y otros materiales compatibles con el infrarrojo. | Compatibles con sistemas de imagen térmica y aplicaciones de control de haces infrarrojos. |
| Lentes asféricas de polímero moldeado | El polímero óptico se moldea en un molde de precisión para reproducir el perfil asférico requerido. | Polímeros ópticos. | Permiten reducir el peso en conjuntos ópticos adecuados para el espectro visible o el infrarrojo cercano. |
| Lentes asféricas híbridas refractivas y difractivas | Se combina una superficie asférica refractiva con una estructura óptica difractiva dentro del mismo diseño. | Materiales adecuados para el proceso de fabricación y la banda espectral requeridos. | Proporcionan un control adicional sobre las aberraciones en sistemas ópticos compactos. |
Comparación con otros diseños ópticos
Las lentes asféricas forman parte de una gama más amplia de enfoques de diseño óptico, cada uno de los cuales aborda diferentes aspectos del rendimiento del sistema.
- Lentes esféricas: utilizan superficies que son porciones de una esfera y suelen ser más sencillas de fabricar, aunque pueden requerir elementos adicionales para controlar las aberraciones que, en cambio, podrían reducirse mediante el uso de una superficie asférica.
- Lentes acromáticas: combinan materiales con diferentes propiedades de dispersión para reducir la aberración cromática, mientras que, por lo general, se utiliza una superficie asférica para controlar las aberraciones geométricas. Ambos enfoques no son mutuamente excluyentes y pueden incorporarse en el mismo conjunto óptico.
- Óptica de forma libre: utiliza superficies que no necesitan ser rotacionalmente simétricas, lo que proporciona una mayor libertad de diseño para determinados sistemas fuera del eje o con un espacio de montaje reducido, aunque a menudo plantea requisitos más exigentes en cuanto a fabricación, medición y alineación.
Por lo tanto, el enfoque más adecuado depende de las aberraciones que deban corregirse, del espacio de montaje disponible y del rendimiento requerido en toda la banda espectral de funcionamiento.
Especificaciones y consideraciones para la selección
Las especificaciones de una lente asférica deben tener en cuenta no solo las características del elemento individual, sino también su función dentro del sistema óptico completo.
- Longitud de onda de funcionamiento y transmisión del material: el vidrio, polímero o material infrarrojo seleccionado debe transmitir la banda espectral prevista. Una lente asférica de germanio puede ser adecuada para un sistema de imagen térmica, mientras que el seleniuro de zinc (ZnSe) puede considerarse para aplicaciones compatibles con infrarrojos o láser.
- Resolución y campo de visión requeridos: Los requisitos de calidad de imagen deben definirse en todo el campo de visión útil, incluido el rendimiento en los bordes, donde las aberraciones fuera del eje pueden llegar a ser cada vez más significativas.
- Diámetro, distancia focal y distancia de trabajo: La apertura útil y la geometría óptica general deben adaptarse a la fuente, al sensor, al campo de visión requerido y al espacio disponible para el montaje.
- Precisión superficial y tolerancias de fabricación: La precisión del perfil requerida, el acabado superficial, el centrado y otras tolerancias deben especificarse de acuerdo con el rendimiento que se espera del sistema óptico montado.
- Tamaño, peso, coste y volumen de producción: Deben tenerse en cuenta las ventajas a nivel del sistema que supone el uso de un elemento asférico, junto con sus costes de fabricación e inspección para la cantidad de producción requerida.
- Requisitos ambientales y de recubrimiento: El diseño de las lentes debe tener en cuenta los cambios de temperatura, las vibraciones, la manipulación y la exposición ambiental, mientras que los recubrimientos antirreflectantes y, cuando proceda, los umbrales de daño por láser deben adaptarse a las condiciones de funcionamiento previstas.
En el caso de las lentes asféricas a medida, unos métodos de medición y unos criterios de aceptación claramente definidos ayudan a garantizar que los componentes fabricados cumplan las tolerancias y los requisitos de rendimiento establecidos por el diseño óptico.
Avances en la tecnología de las lentes asféricas
Los avances en la fabricación y el diseño de sistemas ópticos siguen ampliando las posibilidades de incorporar superficies asféricas en los sistemas ópticos de defensa.
- Fabricación mejorada: los avances en moldeado, pulido y torneado con diamante permiten obtener perfiles de superficie cada vez más exigentes, al tiempo que amplían la gama de materiales y requisitos de producción que pueden satisfacerse.
- Diseños ópticos compactos: al proporcionar una corrección adicional de las aberraciones en un único elemento, las lentes asféricas pueden ayudar a reducir el número de lentes en sistemas en los que el espacio y el peso de la carga útil están muy limitados.
- Óptica infrarroja: Los avances en el procesamiento de materiales y la fabricación siguen propiciando el desarrollo de conjuntos compactos de imagen térmica y control de haces infrarrojos, en los que la elección de los materiales y la calidad de las superficies están estrechamente vinculadas al rendimiento del sistema.
- Diseño óptico integrado: Los métodos de diseño modernos permiten optimizar las superficies asféricas junto con los recubrimientos, los detectores, las monturas y otros elementos ópticos, de modo que su contribución se considere como parte del conjunto completo.
Estos avances resultan especialmente valiosos cuando la geometría de la superficie seleccionada y el proceso de fabricación responden a un requisito óptico claramente definido dentro del sistema completo.
