Brevet FR2129839A1 — publié le 19721103

L'invention est relative aux systèmes optiques de formation d'images et plus particulièrement à ceux desdits systèmes qui utilisent d;etix miroirs dont les faces réfléchissantes sont disposées vis-à-vis. On sait que les systèmes optiques de formation d'images constitués uniquement par des miroirs sont exempts d'aberrations chromatiques et conviennent aussi bien au traitement des images en lumière infrarouge ou ultraviolette qu'au traitement des images en lumière visible.En particulier ceux constitués par deux miroirs sphériques dont l'un est convexe et l'autre concave et dont les surfaces optiques sont en vis-à-vis et concentriques présentent un grand intérêt pour la microscopie d'une part parce qu'il est facile d'obtenir des surfaces optiques sphériques avec une excellente précision et, d'autre part, parcs que cette combinaison permet de corriger les aberration de sphéricité pour de très grandes ouvertures numériques.On entend ici par " miroirs sphériques " non seulement ceux dont la surface réfléchissante est une calotte parfaitement sphérique, aux tolérances d'exécution près, mais aussi ceux dans lesquels, pour corriger certaines aberrations, ladite calotte sphérique a été légèrement déformée tout en demeurant très proche de la sphère, les notions évoquées ci-après de " centre d'une sphère " et de " concentricité 11 conservant ainsi tout leur sens. Cependant, la réalisation pratique de tels systèmes est extrêmement délicate en raison du fait qu'ils sont très sensibles aux aberrations d'excentrement ce qui implique des tolérances d'alignement des miroirs très serrées, par exemple de l'ordre du micron. Aussi les systèmes à miroirs concentriques de l'art antérieur~sonis-ils souvent dotés de systèmes de règlage complexes, coûteux et fragiles, faute de quoi ils ne donnent pas la qualité optique espérée. L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et plus par ticulièrement - de fournir des systèmes du genre en question dans lesquels les miroirs sont alignés avec une excellente précision sans que l'on ait besoin de mettre en oeuvre des dispositifs de réglage, - de fournir de tels systèmes dont la réalisation soit plus économique et plus sûre que la réalisation desdits objectifs de l'art antérieur, - de fournir de tels systèmes qui ne se dérèglent pas sous l'influence des variations de température ou lors des manipulations, - de fournir de tels systèmes qui puissent supporter des flux thermiques intenses sans dérèglage et qui puissent par exemple être utilisés en conjugaison avec des dispositifs d'eclairement à laser. Le système optique de formation d'image selon l'invention comporte dans un barillet deux miroirs sphériques dont les surfaces réfléchissantes sont vis-à-vis et appartiennent à des calottes sphériques concentriques, une entretoise tubulaire insérée dans le barillet et dont les surfaces d'extrémités, maintenues respectivement en contact avec lesdits miroirs, sont des zones sphériques concentriques auxdites calottes, ainsi que des moyens de butée et de serrage pour maintenir ledit contact. En outre, un jeu latéral est ménagé entre les miroirs et le barillet. Dans une forme préférentielle de réalisation, les miroirs, l'entre- toise et le barillet sont réalisés dans le même matériau, ledit matériau étant avantageusement un alliage incorrodable apte à subir les opérations d'usinage, de rodage et de polissage, comme par exemple un acier inoxydable. On se reporte maintenant aux figures pour décrire de façon non limitative un exemple de réalisation d'un dispositif optique selon l'invention destiné à constituer un objectif de microscope. - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un objectif de microsoo pe équipé du système optique de l'invention, - la figure 2,une vue frontale du miroir convexe constituant le système, - la figure 3 est une vue en coupe d'un montage de contrôle de l'entretoise. Dans le barillet cylindrique il sont insérés un premier miroir sphérique 12, une entretoise 13, un deuxième miroir sphérique 14, l'ensemble desdits miroirs et de l'entretoise étant maintenu en place par un écrou 15 coopérant avec le filetage 111 du barillet et par une rondelle 151. Tous ces éléments sont réalisés en acier inoxydable au chrome à l'exception de la rondelle 151 réalisée en élastomère afin de répartir la charge d'appui exercée par l'écrou 15. La face du miroir 12 orientée vers le miroir 14 est une calotte sphérique convexe dont la partie centrale 121 est polie spéculairement, ladite calotte étant supportée par une partie cylindrique 123 qui s'insère dans l'alésage 112 du barillet 11 avec un jeu diamétral 113. Dans la masse dudit miroir sont ménagés d'une part un orifice cylindrique 125, d'autre part des orifices 122, délimitant des bras 126 qui supportent la surface réfléchissante 121. Le miroir 12 repose sur la face interne du barillet Il par une face annulaire plane 128. Dans le miroir 14 qui eomporte une face réfléchissante sphérique concave 141 est ménagée une ouverture centrale 142 pour le passage de la lumière vers l'espace image. Entre le pourtour 143 du miroir 14 et la paroi interne du barillet 11 est ménagé un jeu transversal 144. L'entre toise 13, qui peut coulisser dans le barillet 11, est en contact avec la périphérie des calottes sphériques supportant les surfaces réfléchissantes 12 et 14 par ses extrémités 131 et 132 en forme de zones sphériques concentriques auxdites calottes sphériques,lesdits anneaux et lesdites calot- tes ayant leur centre commun au point 10 dans l'espace objet du système optique décrit.Le montage du système s'opère très simplement en disposant dans le barillet d'abord le miroir 12, puis l'entretoise 3, puis le miroir 14, et en exerçant sur l'ensemble un serrage longitudinal convenable à l'aide de l'écrou 15. Grâce aux jeux transversaux représentés en 113 et en 144 ce serrage suffit pour assurer la mise en place relative des surfaces réfléchissantes par l'action de l'entretoise 13, avec la précision de co-axialité requise. Le domaine d'application de l'invention ne se limite évidement pas à l'exemple décrit. L'invention s'applique aussi, par exemple, au cas où les deux miroirs 12 et 14 sont tous les deux concaves. On remarquera que la précision optique du dispositif décrit n'est pas détruite par une variation de température. n effet, les miroirs et l'entretoise étant réalises dans le même matériau, les déformations thermiques demeurent isotropes. Comme autre exemple de matériau convenant parfaitement pour la réalisation des miroirs et de l'entretoise, on peut citer la silice, les surfaces réfléchissantes étant, dans ce cas, aluminiées. Du fait de sa constitution qui ne fait appel ni à des colles ou à des ciments le système optique selon l'invention peut supporter des flux lumineux et infrarouges intenses, et convient par exemple pour concentrer des faisceaux laser, pour observer le rayonnement thermique d'un four, pour surveiller les installations nucléaires,pour la microscopie dans l'infrarouge etc... Mais un tel système, donnant aussi d'excellentes images dans l'ultraviolet, peut être utilisé pour bien d'autres applications comme par exemple la reproduction de circuits intagrés. On aborde maintenant en se référant à la figure 3, la description du procédé de finition de l'entretoise 13 permettant d'obtenir les tolérances d'exécution requises. On usine d'abord aux cotes définitives les deux miroirs et l'entretoise. Puis on procède au doucissage ou au rodage de la calotte sphérique convexe du miroir 12. On exécute ensuite la finition des extrémités en zones sphériques de l'entretoise 13 par rodage à l'aide de calibre de courbures identiques à celles des calottes sphériques des miroirs ll et 13. Pour vérifier la concentricité desdites extrémités, on place sur une table de comparateur 21 le miroir 12 posé sur sa face plane puis on le surmonte de l'entretoise 13. L'entretoise est alors inclinée de façon quela touche 22 du comparateur repose sur l'extrémité supérieure de l'entretoise. On fait alors osciller et tourner l'entretoise par glissement sur la face sphérique du miroir 12 en veillant à ce que la touche du comparateur ne tombe pas hors de ladite extrémité supérieure. Pendant l'exécution de ce mouvement le comparateur ne doit pas accuser de déplacement supérieur à une fraction de micron. REVENDICATIONS 1 - Dispositif optique de formation d'image comportant dans un barillet deux miroirs sphériques dont les surfaces réfléchissantes sont vis-àvis et appartiennent à des calottes sphériques concentriques, une entretoise tubulaire insérée dans le barillet et dont les extrémités sont respectivement en contact avec les zones périphériques desdites calottes sphériques, des moyens pour maintenir ledit contact, caractérise' en ce qu un jeu latéral est ménagé entre les miroirs et le barillet et en ce que les surfaces des extrémités de l'entretoise sont des zones sphériques concentriques aux calottes sphériques. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les miroirs et l'entretoise sont réalisés dans un matériau de même coefficient de dilatation thermique. 3 - Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le matériau est un acier inoxydable. 4 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le matériau est la silice 5 - Objectif de microscope comportant un dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6 - Concentrateur de faisceaux laser caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.