Le lenti Asferiche si sono imposte come componente chiave in molteplici settori, dalla fotografia agli smartphone, dal medicale all’aerospazio, perché permettono di ottenere performance ottiche superiori con minore complessità meccanica. Ma cosa significa davvero adottare un’Asferica in un progetto e quali sono le condizioni perché il risultato sia ottimale?

In questo articolo spieghiamo i vantaggi pratici delle Asferiche e come Tecnottica Consonni supporta clienti e progettisti in ogni fase della realizzazione; e una sezione completa con materiali consigliati, specifiche di coating raccomandate e una checklist di test e documentazione da richiedere al fornitore per le principali  applicazioni: Mobile Imaging, Aerospace, Laser & Industrial.

Perché scegliere una lente Asferica?

Nei sistemi ottici tradizionali la curvatura costante delle lenti sferiche genera l’aberrazione sferica, cioè la tendenza dei raggi periferici a non convergere esattamente nello stesso punto dei raggi centrali. Per correggere questo difetto spesso si ricorre a gruppi di lenti multipli, con conseguenti aumenti di peso, ingombro, complessità di assemblaggio e possibili fenomeni secondari come flare e aberrazioni cromatiche.

La scelta di una lente Asferica, la cui curvatura varia dal centro al bordo, permette di correggere l’aberrazione sferica in modo intrinseco, riducendo o eliminando la necessità di elementi correttivi aggiuntivi. In pratica, l’adozione di una singola Asferica, al posto di un gruppo ottico, consente di ridurre il peso e l’ingombro, particolarmente critici nel Settore Aerospaziale e nei dispositivi portatili, migliora contrasto e definizione dell’immagine, con minore flare, e consente di progettare aperture maggiori, con migliori prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione. Inoltre, la superficie Asferica è progettata affinché ogni zona della lente devii i raggi in modo opportuno, ottenendo una focale uniforme su tutto il campo utile, garantendo immagini più nitide.

Dal punto di vista applicativo, questi benefici si traducono in vantaggi misurabili: minore massa (per l’Aerospaziale), moduli fotografici più sottili e leggeri (ideali per smartphone, e sistemi di imaging medico) con maggiore risoluzione utile. Per le applicazioni laser e di beam shaping, la riduzione del numero di superfici ottiche riduce perdite e riflessioni indesiderate, migliorando efficienza e contrasto del fascio.

Progettare e produrre una lente Asferica

Progettare e fabbricare una lente Asferica è un processo intrinsecamente più complesso rispetto alla produzione di una lente sferica tradizionale. Le differenze, non sono soltanto geometriche, complicano l’intero processo (design, lavorazione, finitura, misura) che richiede competenze, strumenti e controlli specifici a ogni passaggio.

Infatti, la curva variabile di una superficie Asferica impone una progettazione ottica e meccanica dedicata.

Il profilo non è descritto da un solo raggio costante, ma da una funzione che può includere termini polinomiali, spline o altre parametrizzazioni (anche non rotazionali nei casi freeform). Questo significa che il CAD ottico e CAM devono gestire equazioni di forma complesse e tradurle in traiettorie macchina ad altissima risoluzione: ogni punto della superficie ha una curvatura propria e il controllo numerico deve seguirla con precisione micronica o, spesso, sub-micronica.

La lavorazione delle Asferiche richiede quindi attrezzature CNC avanzate e software di controllo sofisticati. A differenza di una sfera che può essere generata con movimenti costanti e ripetibili l’Asferica va «costruita» punto per punto o in cicli molto differenziati; la produzione è in larga misura pezzo per pezzo.

La finitura (polishing) rappresenta un’altra sfida critica. Per ottenere la forma e la superficie richieste, si usano tecniche di polishing deterministico e adattivo, come le tecnologie ADAPT: si opera su piccole aree, con algoritmi che adattano l’azione in funzione della misura. Questo approccio permette di correggere locali difetti di forma, ma richiede una stretta integrazione tra macchina, sensori e software di controllo.

Anche la Metrologia ha un ruolo centrale. Misurare un’Asferica significa usare strumenti 2D/3D dedicati profilometri, interferometri a scansione, tecnologie MWLI come il LUPHOScan che forniscono mappe di forma ad alta densità. Questi strumenti consentono non solo la verifica finale, ma soprattutto il controllo in-process: le misure vengono usate come feedback per correggere il polishing e chiudere il ciclo produttivo su tolleranze strette.

Altre variabili che complicano il processo sono l’influenza ambientale (temperatura, umidità, pressione dell’aria) e la stabilità termomeccanica delle macchine. Per lavorazioni micrometriche si adottano controlli di temperatura, materiali a basso coefficiente di dilatazione e procedure di calibrazione estese. Anche il controllo della centratura e dell’allineamento meccanico è imprescindibile: errori di posizionamento si traducono direttamente in errori di forma.

In Tecnottica, per seguire l’intero processo abbiamo formato personale altamente specializzato. Tecnici, fisici e ingegneri ottici devono saper progettare la superficie, programmare le macchine, interpretare le mappe di misura e tarare le correzioni. La conoscenza dei fenomeni fisici (attrito, termica, comportamento degli abrasivi) è spesso decisiva per ridurre i tempi ciclo e i costi.

Consigli pratici per i progettisti

Se stai valutando di utilizzare lenti Asferiche nel tuo progetto definisci fin dall’inizio le specifiche spettrali (banda operativa, trasmissività desiderata, limiti di riflessione) e le condizioni ambientali di esercizio (temperatura, umidità, vacuum, ciclo termico, esposizione a radiazioni). Queste informazioni determinano la scelta del materiale, del coating e i requisiti di qualifica.

Il consiglio è di coinvolgere il produttore già in fase di concept: la collaborazione precoce permette di ottimizzare la geometria, le tolleranze e i processi di produzione (grinding, lapping, polishing) per ottenere un componente che sia realizzabile con minor costi e tempi.

Pianifica una fase di prototipazione e test (misure di forma, roughness, LIDT se rilevante, prove ambientali) per definire i criteri di accettazione e minimizzare rischi produttivi in serie.

Richiedi report di metrologia dettagliati (strumenti, condizioni di misura, incertezza), perché la tracciabilità dei dati di produzione è fondamentale per garantire performance ripetibili in produzione industriale.

Documentazione comune da richiedere

• Disegno tecnico conforme ISO 10110 (o specifica cliente) con tutte le tolleranze geometriche e richieste spettrali.
• Report di misura dettagliato con strumenti usati, condizioni ambientali, risoluzione e incertezza.
• Certificati materiali e di processo (lotto, analisi chimica se necessaria).
• Scheda Coating (spettrale, adesione, temperatura di lavorazione).
• Certifiche di calibrazione degli strumenti di misura usati per i controlli.
• Piani di accettazione e criteri IN/OUT per serie e per campioni (AQL, test di accettazione).
• Istruzioni di handling e pulizia, per preservare performance e ridurre rischi di danno.

Le lenti Asferiche offrono vantaggi decisivi, ma la loro realizzazione richiede competenze, strumenti e processi dedicati. Tecnottica Consonni mette a disposizione una catena produttiva completa dal design iniziale alla certificazione e la metrologia necessaria per assicurare risultati ripetibili.

Se hai un progetto possiamo affiancarti dal concept alla qualifica con supporto su materiali, coating e test: scrivi a info@tecnottica.com

Technical sheet sulle produzioni Asferiche per ambiti applicativi

Mobile Imaging

Nei moduli fotografici per smartphone lo spazio è un vincolo oggettivo, i progettisti cercano di ridurre sporgenze della camera e di contenerne peso. Le lenti asferiche consentono di sostituire complessi gruppi ottici con elementi singoli o con un numero molto inferiore di componenti, semplificando l’allineamento meccanico e riducendo il volume del modulo.

Materiali consigliati

• Vetri ottici a basso costo per volumi: vetri tipo BK7 o vetri ottici similari per stampaggio e lavorazioni economiche (quando si adotta molding o finitura su lenti in vetro).
• Fused Silica per versioni premium o dove è richiesta elevata trasparenza UV/vis e stabilità termica.
• Polimeri ottici / PMMA o materiali plastici per soluzioni a basso costo in grande volume (attenzione a durabilità e stabilità dimensionale).

Coating raccomandati

• Anti-Reflection (AR) multistrato ottimizzato per la banda visibile (es. 400–700 nm, oppure esteso 400–900 nm): obiettivo tipico R per superficie < 0.5% su banda di progetto (specificare banda utile).
• Coating hard/oleo-repellente (hydrophobic/oleophobic) su superfici esterne per resistenza a graffi e impronte.
• Finestre ottiche con coating oleofobico su lenti frontali per mantenere performance in uso quotidiano.

Checklist di test e documentazione

• Disegni e tolleranze conformi a ISO 10110 (o specifica cliente).
• Misura figura: interferometria (WFE/TWE) o profilometria; specificare obiettivo (es. λ/10 – λ/20 a seconda della classe).
• Surface Quality: specifica scratch & dig o livello qualitativo definito (es. 60/40, 40/20 a seconda dell’applicazione).
• Transmittanza spettrale e test coating (report spettrofotometrico).
• Test di centratura, wedge e spessore; report con strumenti e riferimenti taratura.
• Test di durabilità Coating (abrasione, tape test, resistenza chimica).
• Controllo di Qualità in produzione e tracciabilità lotto; certificati materiali se richiesti.

Aerospaziale

In ambito spaziale e aerospaziale ogni grammo incide su costi, prestazioni e dinamiche della missione. Le Asferiche consentono significative riduzioni di massa e ingombro a parità di prestazioni ottiche, eliminando gruppi correttivi. Ma l’applicazione spaziale impone requisiti stringenti: scelta di materiali a bassa espansione termica, trattamenti superficiali e coating qualificati per vacuum, resistenza termica e radiazione, nonché prove ambientali (termocicli, vibrazioni, outgassing). Inoltre, per diametri maggiori e superfici critiche, è fondamentale la metrologia ad alta risoluzione e la possibilità di effettuare correzioni locali in fase di polishing.

Materiali consigliati

• Fused Silica (bassa espansione termica, alta trasmissione UV–NIR) e vetri a bassa espansione (es. Zerodur/ULE) per strutture e sistemi critici.
• Silicio, germanio, ZnSe, CaF₂ per applicazioni nel medio/infrarosso (scelta secondo banda spettrale).
• Supporti e staffe in Invar o leghe a basso CTE per minimizzare gli effetti termici.

Coating raccomandati

• AR multistrato custom per banda operativa (incluso IR se necessario), con elevata stabilità termica.
• Coating durevoli e qualificati per vuoto (bassa contaminazione, resistenza outgassing).
• Per ambienti spaziali: coatings con alta resistenza alla radiazione.

Checklist di test e documentazione

• Disegni e specifiche (ISO 10110) con tolleranze forma, centratura e WFE (es. target λ/20 per applicazioni critiche).
• Metrologia completa: interferometria ad alta risoluzione, profilometria 3D, misure di decentramento/wedge.
• Test ambientali obbligatori: termocicli, vibrazioni e shock (secondo specifiche missione o standard di riferimento), prova vacuum e outgassing (ASTM E595 o equivalente) per componenti e coating.
• Test di compatibilità radiativa (se richiesto) e screening su materiali per outgassing e contaminazione.
• Report di qualificazione Coating (spettrale, adesione, LIDT se rilevante).
• Certificati materiali e di processo, tracciabilità componente (lotto, rapporti di misura, calibrazioni strumenti).
• Proof of performance con test integrati (es. verifica sistema ottico in condizione di missione simulata).

Laser & industrial

Le applicazioni di beam shaping e processamento laser richiedono superfici ottiche non solo con forme precise (asferiche o freeform), ma anche con controllo rigoroso di micro-ruvidità, distribuzione dell’errore di forma e resistenza al danno laser. Le asferiche sono impiegate per modellare il profilo di intensità, ridurre aberration in sistemi multi-elemento e aumentare l’efficienza del sistema ottico. I requisiti tipici comprendono tolleranze di forma molto strette, rugosità superficiale al limite delle specifiche per minimizzare la diffusione, e coating con alta soglia di danno. Anche in questi casi la metrologia e la capacità di eseguire correzioni mirate durante la finitura sono elementi determinanti per ottenere prestazioni elevate in fase di produzione.

Materiali consigliati

• Fused Silica per applicazioni VIS-NIR ad alta potenza (ottima soglia danno, bassa perdita).
• Cristalli e semiconduttori (Si, Ge, ZnSe) per IR a seconda della lunghezza d’onda e del tipo di laser.
• Materiali con alta resistenza al danno laser e bassa impurità superficiale per minimizzare il rischio di LID.

Coating raccomandati

• High damage-threshold Coatings per applicazioni ad alta potenza: specificare LIDT target in J/cm² o MW/cm² in base a durata dell’impulso e lunghezza d’onda. (Test LIDT secondo ISO 21254 o specifiche cliente).
• Coating con basso assorbimento e minimizzazione di porosità/difetti che possono essere punti di innesco per danno laser.
• Per beam shaping: finiture che preservano la distribuzione d’energia e minimizzano scattering (rugosità superficiale molto bassa).

Checklist di test e documentazione

• Misure di figura: interferometria ad alta risoluzione, mappa di forma (PV/RMS) con riferimenti di calibrazione.
• Surface roughness: misure di rugosità (Ra/Rq) con obiettivi ambiziosi (es. < 1 nm RMS per applicazioni laser di alta potenza).
• LIDT (Laser-Induced Damage Threshold): prove su campione e su componente finito seguendo ISO 21254; report con parametri (λ, pulse duration, fluence).
• Scattering e stray light: test per quantificare diffusione e uniformità del fascio.
• Test Coating: assorbimento, adesione, ciclo termico, resistente a picchi di potenza.
• Test ambientali: termocicli, umidità, contaminazione e pulibilità (procedura di cleaning approvata).
• Documentazione completa: certificati materiali, report misure con strumenti e calibrazione, procedura di gestione qualità per la produzione in serie.