Brevet FR2108139A1 — publié le 19720519

La présente invention concerne la fabrication d'éléments optiques, réflecteurs ou réfracteurs, tels que tiroirs, lentilles, etc... pour instruments d'optique d'observation et/ou de mesure. On sait qu'on dispose actuellement de deux procédés pour fabriquer de tels éléments. Dans un premier procédé, dit de "taillage", on part d'une ébauche en un matériau stable, tel qu'un métal ou un verre, et l'on amène une ou les faces optiques de l'ébauche à leur forme définitive par rodage et polissage à l'aide d'outils abrasifs. En fait, ledit procédé ne permet que d'obtenir des surfaces planes ou sphériques, la technique même du rodage interdisant l'obtention de formes in@urvées différentes de la sphère. Si les surfaces à réaliser doiv@nt être de forme différente, par exemple asphériques, on doit onsuite procéder à des retouches locales, faisant appel à de nombreuses vérifications. Les opérations sont longues, coûteuses et cependant le@rs résultats sont incertains. En tous les css, elles sont incompatibles avec une fabrication en petite ou grande série. Dans un deuxième procédé dit "de moulage", on réalise les éléments optiques par moulage de résines thermoplsetiques ou thermodurcissables, à l'aide de moules en verre ou en métal dont les surfaces opératoires de moulage présentent en principe la précision de forme et le poli requis. Mais en raison des propriétés intrimsèques desdites résines et des phénomènes inhérents à la solidi@ica- tion ou à la polymérisation tels que retraits, gradients thermiques, etc... les éléments obtenus sont peu rigides et peu stables dans le temps, d'autant plus que lesdites résines ont des coefficients de dilatation élevés générateurs de déformations en cours d'utilisation chaque fois qu'intervient une variation de température.Ce deuxième procédé n'est donc pratiquoment utilise que pour la fabrication d'éléments dont on n'exige qu'une qualité optique médiocre, tels que verres de lunettes, cataphotes, etc. L'invention a pour objet : - de fournir économiquement et rapidement, en plusieurs exempleires, si nécessaire, des éléments optiques, tels que dioptres, lentilles, lames de SCHLIDT, mir@irs, etc... avec une précision telle qu'ils peuvent être utilisés pour des instruments d'optique tels que réfracteurs ou réflecteurs astronomiques, thé@dolites, objectifs de photographie, etc. - de permettre la fabrication de tels éléments sans procéder à des opérations de retouche ; - de fournir de tels éléments qui puissent être de dimensions rela tIvement importantes - plus particulièrement, de fournir de tels éléments dont les sur faces @ptiques diffèrent du plan ou de la sphère ; - de fournir de tels éléments dont la forme, telle que trièdrique, concave, etc... interdit l'utilisation des techniques de rodage et de polissage de l'optique - de fournir de réflecteurs de haute Qualité qui soient stables, l@gers et rigides. L'invention met en oeuvre une technique dérivée du prosédé de fabrication par réplique de réseaux de diffraction pour d'analyse spectrale. On sait que, pour réaliser des répliques ("replicas"), on on comnence par réaliser un réseau de première généra tion (master) en déposant our une @ ase de verre optiquement travail- lés une couche relativement épaisse d'un métal tendre, puis en gravant sur cette couche des traits ou échelons de réseau. Pour fabriquer une réplique, on dispose sur la face métallique du réseau de première génération, d'abord une couche anti-adhésive, puis, par @aporisation sous vide, une souche métallique mince qu'on recouvre d'une mince couche d'un adhésif à l'état liquids. Enfin, on presse sur la couche d'adhésif une lame de verre optiquement travaillée. Après prise de l'adhésif, on sépare les deux lames de verre : l'adhésif emporte la couche de métal et l'on obtient ainsi sur la cec@n@@ @@@e .e .nc- réplique de l'original dite "réseau de deuxième ion". Selon le procédé de l'invention, pour fabriquer un élément optique transparent ou réflecteur ayant une surface optique d'une forme déterminée, on réalise deux éléments de forme : d'une part, un moule dont la surface opératoire a une forme exactement complém@ntaire de la forme de la surface optique à réaliser, ladite surface opérateire étant obtenue par les techniques de finition utilisées en optique ; d'autre part, une pièce de forme, ou support, comportant une surface spératoire géométriquement simple (c'est-àdire plane, cylindrique, conique ou sphérique), tout en étant de forme aussi proche que possible de celle de la surface optique désirée, une telle surface opératoire pouvant être réalisée par des moyens d'usinage courant, tels que fraisage, tournage, rectification ou encore par moulage ou par matriçage. On revêt la surface opératoire du coule d'une couche d'un produit anti-adhésif, on dépose sur une surface opératoire une couche d'une colle liquide poly mérisable, et on applique l'autre élément sur le précédent de façon que leurs surfaces opératoires -olent face à face. On attend que la polymérisation ait eu lieu puis on sépare les éléments.On obtient ainsi un élément optique rigide dont 1 corps est constitué par le support et dont la surface optique est définie par la rince couche de colle polymérisée. La surface opératoire du support peut être conique, pyramidale, plane, cylindrique ou sphérique. Dans le cas de la fabrication d'un élément réflecteur, on rend ladite surface optique réfléchissante, par exemple par mé- tallisation sous vide. Dans le cas de la fabrication d"Ì élément dioptrique (lentille), le support est un matériau transparent stable, tel qu'un verre. On lui constitue deux surfaces optiques respectivement pour l'entrée et la sortie du rayonnement par deuz opérations comme définies ci-dessus, ces deux opérations pouvant être réalisées simultanément au moyen de deux moules opérant respectivement sur les deux faces du support. L'invention vise également un mode d'exécution suivant lequel, après avoir revêtu la surface opératoire du moule d'une couche d'un produit adhésif, on ptose l'un des éléments sur une table, avec sa surface opératoire placés-vars le haut, on dépose au centre de ladite surface une quantité convenable dea colle liquide polymétrisable et c'est le poids de l'autre élément, pos sur le précé- dent par sa face opératoire, qui provoque la migration vers la périphérie des éléments de la colle déposée, celle-ci remplissant complètement l'intervalle présent entre les deus surfaces malgré que celles-ci ne soient pas de formes strictement complémentaires. Dans une variante, le poids de l'élément supérieur est comploté par une charge additionnelle. L'invention prévoit qu'après polymérisation la séparation des éléments est précédée par un léger chauffage. Celmi-ci est conduit de manière à éviter l'apparition de gradients exagérés de température. Lorsque l'élément à fabriquer doit présenter une surface optique à concavité ou convexité accusée, c'est celui des deux éléments dont la surface opératoire est concave qui est placé avec sa surface opératoire vers le haut : on obtient ainsi un remplissage intégral des interstices et évite la présence de bulles d'air dans la colle. L'invention permet de fabriquer des éléments optiques à surface opératoire de forme quelconque. Le procédé selon l'invention possède à lui seul les avantages qui sont propres d'une part au procédé de moulage de l'art antérieur, c'est-à-dire la facilité de mise en oeuvre et la possibilité de fabriquer en série des éléments optiques de forme complexe, et d'autre part au procédé de taillage : par un choix convenable d matériau du support qui peut être un matériau minéral stable quelconque, l'élément optique obtenu est aussi précis, aussi rigide et aussi stable qu'un élément optique qui serait constitué en totalité par ledit matériau ; la couche de colle polymérisée est en effet si mince que l'influence de son retrait et de sa dilatabilité thermique et négligeable. Le procédé de l'invention permet, par la possibilité qu'il offre, d'obtenir économiquement en série des éléments asphériques, de simplifier considérablement la structure des objectifs de photographie ou analogu@s par diminution du nombre de lentilles qui les constituent. On sait en effet que ce nombre est en général élevé du fait que l'opticien, pour des raisons d'économie de fabri- cation, n'utilise la plupart du temps que des lentilles taillées à faces sphériques. Le matériau du support peut être un verre. Pour la réalisation d'un miroir, on peut aussi utiliser un matériau stable tel que l? silice ou un métal. Far l'utilisation d'un métal, on profite de la bonne conductîbilité thermique, qui permet de résorber rapidement, en cours d'emploi, les gradients thermiques générateurs de distorsions dimensionnelles. Comme colle, on utilise de préférence une résine polymérisable à froid ou à température peu élevée, par exemple inférieure à 500 C, telle qu'une résine époxyde additionnée des durcisseurs et accélérateurs nécessaires, ou encore une résine cyanoacrylique. Pour fabriquer des éléments dioptriques, tels que des lentilles, on choisit une résine transparente ayant un indice de réfraction convenable et comme support un tratériau transparent stable tel qu'un verre ayant aussi un indice de réfraction convenoble. qui l'indice de réfraction de la rosie est pruche de celui Clu verre, il n'est pas nécessaire de polir le support. Si, pour des raisons de correction optique, on est amené à cheisir un verre et une résine d'indices nettement différents, il est préférable de polir le support pour éviter la diff@@sion d'une partie de la lumière par l'interface verre-résine. La surface opératoire du moule pout être réalisée en tout mat@riau se prêt@nt aux techniques de finition optique, comme le rodage et le polissage. On peut choisir, par exempl@ un verre ou un slliage d'@luminium rec@uvert d'un dépôt épais de nichel chimique. Le produit anti-adhésif peut être une s@lution évaporable d'une résine, telle qu'une résine vinylique. Dans de nombreux cas, on préfère utiliser, pour sa minceur et sa régularité d'épaisseur, une couche de métal déposée par vaporisation sous vide. Une telle couche adhère pou aux surfaces sur lesquelles elle est déposée et elle est empertée en totalité par la colle polymérisée. Si la surface du moule est métallique, il est préférable d'effectuer la vaporisation @ous un vide relativement peu poussé, par exemple 10-1mm de mer@ure, afin d'obtenir une adhérence suffisamment faible de ladite couche @ur ladite @urface du moule. Si l'élément @ptique à fabriquer est un mi@@ir, cette couche métallique lui confère le pouvoir réfléchissant. Si l'élément à fabriquer est un élément dioptrique, ladite souche est éliminés à l'aide d'un réactif chimiqus @pproprié. Dans la description qui suit, faite à titre d'exomple, on se réfère au dessin annexé, dans lequel : - La figure 1 est une vue porspoctive illu@trant l'exposé d@ processus de fabrication d'un élément utilisé dane la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue sebématique en coupe d'un appareillage utilisé au cours d'une autre pha@e de fabrication; - la figure 3 est une vue perspective d'un élément fabriqué. On fabrique d'aberd @n @ube 10 (fig. 1) en verre ou anal@g@@, @@ pr@fita@t de la pr@ci@ion que p@i@@ttent les techni qu@@ de l'@ptique. On @@at une @@@@ du @ube de verre aij@@@nte @ un @omm@t 11 @@ @@be par @@ @@@i@@n@@ont @@@@@t un plau 12, @@ qui p@@met l'@ttonir un tétra@@@e 13. Le tétraèdre est @@umis à une spération de métallisation s@u@ vide, de serte que les faces adjacentes au sommet 11 sont garnies d'une mince pellicule métallique. D'autre part, on prépare, par moulage d'un alliage d'aluminium (fig. 2), ou bion par une autre opération de formage, un moule 20 comportant un alvéole 21 reproduisant approximativement les trois faces d'un tétraèdre adjacentes à un sommet. Un alvéole peut aussi être obtent par poinçonnage d'une pièce en métal suffi samm@nt malléable. Sur ces trois faces, on dépose une couche 22 de résine durcissable (dont l'épaisseur a été fortement amplifiée sur la figure, dans un but de clarté).La couche est avantageusement obtenue par enduction au pinceau. Avant que ladite couche soit durcie, on enfonce ans la cavité 21 le bloc de verre tétraédrique 13 muni sur ses trois faces de la pellicule métallique obtenue par métallisation sou vide. qui le poids du trièdre.13 ne suffit pas à assurer la légère pression nécessaire pour chasser la résine, on pose sur ledit trièdre une nasse additionnelle 27 (fig. 2). On for me ainsi dans la couche 22 de résine une empreinte dont la forme est exactement celle d'un trièdre tri-rectangle.On laisse le durcissement de résine s'accomplir, lequel s'accompagne de la solidarisation de la résine avec la pellicule métallique. Le durcissement achevé ? on enlève le bloc 13 ; la pellicule métallique se détache dudit l@@ et reste adhérente à la couche de résine durcie. Il reste done @ élément optique dont le corps constitué par le moule 20 comporte trois faces réfléchissantes, 24, 25, 26 (fig. 3), perpendiculaires entre elles, et qui peut jouer le rôle de cataphote de grande qualité optique. La faible quantité de résine présente permet d'éviter les @éformations due au. retrait et au fluage qui se produiraient si d'ensemble du corps de l'élément optique était en résine. EXEMPLE 1: La pellicule métallique déposée sur le bloc de verr@ par métallisation sous vide, est une pellicule d'or. Pour le moulage, non seulement la paroi du moule est enduite de résins durcissable, mais également on enduit de résine les faces trièdriques du bloc de verre métallisé. On presse l'une contre l'autre, par leurs enduits de résine, le tétraèdre revêtu de résine et la pièce métallique également revêtue de résine. Aprés durcissement de la résine, à la séparation, la couche d'or se sépare du verre et reste sur la résine, adhérente à la pièce @@tallique. L'or a joué le rôle d'anti-adhésif sur le bloc de verre et confère le pouvoir réflecteur à la résine. La résine est avantageusement une résine époxyde. De bons résultats ont été obtenus avec la résine connue sous le nom d'Araldite SW 402, à laquelle on ajoute un durcisseur cormu sous le nom de SW 402. Dans ce cas, la durée de polymérisation varie de 15 heures i 48 heures pour des températures comprises entre 220 C et 180 C. Exemple 2 - On désire fabriquer un miroir concave parabolique de réflecteur astronomique d'un diamètre de 200 mm. On part d'un support constitué par un disque d'aluminium nervuré, le disque et les nervures ayant une épaisseur de 10 mm. La surface opératoire du disque est une surface shérique ayant un rayon de courbure de 1600 mm (ouverture F : 4). La surface opératoire du moule est un paraboloïde en verre taillé. La colle utilisée est une résine époxyde. Après moulage et polymérisation, la couche de colle fournit les variation d'épaisseur de quelques micronsnécessaires pour transformer la surface sphérique du disque en surface parabolique.Le métal jouant le rôle d'anti-adhésif et de réflecteur est de l'aluminium déposé sous vide sur le paraboloide en verre. On peut ainsi réaliser avec le mene outillage autant de miroirs paraboliques que l'on veut. Exemple 3 - Dans encre une autre réalisation, l'élément 9 fabri- quer est une lame de SCHMIDT. La technique art identique 'a celle de la réalisation précédente. le support est un disque plan-parallèle en verre surfacé optiquement. ta surface opératoire du roule est en verre et taillée de façon à obtenir une forme complémentaire de la déformée de SCHMIDT désirée. La colle est une araldite. La couche d'aluminium est enlevée après polymérisation et séparation r- l'aide d'un réactif basique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'une surface optique par moulage d'une résine durcissable, caractérisé en ce que le moulage de la résine a lieu entre un -oule à surface reproduisant avec une précision optique In. surface complémentaire de la surface optique et un support dont la surface opératoire est celle de la surface le fabriquer, mais avec une précision non optique, une pellicule anti-adhésive étant prévue entre la résine et le moule, de corte @u'après durcissement de la résine, la séparation du moule d'avec le support laie se un cruche de résine adhérente au support dont a surface est n rface optique recherchée. 2. Procédé pour la fabrication d'un élément optique, caractérisé en ce que la surface optique de l'élément est celle obtenue par le procédé selon la revendication 1 sur un support constitué par le corps de l'élément à fabriquer. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pellicule anti-adhésive est une pellicule métallique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pellicule métallique est obtenue par métallisation sous vide. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en soumet l'élément à un traitement pour 'élimination de la pellicule métallique. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lo couche de résine est suffisamment mince pour que les ef fet sur elle des variations de température ou de vieillissement scient sans influence nuisible sur les propriétés de l'élément optique. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support est métallique. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support est du verre. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support est évidé. 10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on f@r@@ sur un même support deux surfaces optiques par deux c@@@hes de r@sine @ surfaces externes moulées. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le support est on matériau transparent. 12. Lentille asphérique obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 11. 13. Objectif comprenant au moins un élément optique obtenu par 1 mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2. 14. Elément optique comportant au m@ins une surface optique et constitué par un support rigide dont une face est recouverte par une couche de résine polymérisée dont la surface extérieure constitue ladite surface optique, caractérisé en co que la forme de ladite face dudit support reprod@it approxi@ativement la forme de ladite surface optique. 15. élément optique selon la revendication 14, caracté- risé en ce que ladite surface extérieure est recouverte d'une pellicule réfléchissante. 16. Elément optique selon la revendication 14, caracté rise, en ce que le matériau du support est transparent.