Brevet FR2285210A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de réalisation de lames -correctrices de l'aberration de sphéricité. On connatt deux procédés de mise en forme des lames correctrices de Schmidt, la première étant un procédé classiez que et la seconde étant un procédé de déformation sous vide, ces procédés étant décrits par exemple dans les articles "NEW PROCEDURE FOR MAKING SCHMIDT CORRECTOR PLATES", Applied Optics, volume Il, n0 7, juillet 1972, "THE VACUUM NETHOD OFMAKING CORRECTOR PLATES, Sky and Telescope, juin 1972 "MAKING CORRECTOR PLATES BU SCHMIDT'S VACUUM METHODS", Applied Optics, mai 1966, volume 5, n0 5, pages 713-715, et l'srrUDY OF THE FABRICATION OF ASPHERICAL SURFACES", Saturai & Shishido, Applied Optics, novembre 1963 et dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 3- 693 301. Le procédé classique comprend l'utilisation d'une ébauche en verre de qualité optique élevée et d'épaisseur suffisante pour qu'une face puisse être travaillée sans que l'ébauche ne fléchisse ou ne se déforme légèrement, sous l'effet de la pression ou de la température de travail lors de la phase de meulage ou de polissage. Le profil corresponcant à la courbe de Schmidt est poli dans ira surface par rotation de l'ébauche autour de son centre et utilisation de meules à polir qui favorisent les zones dans lesquelles la plus grande quantité de verre doit entre retirée.Il est important au cours de ce procédé que-la plus grande partie du travail de meulage et de mise en forme soit réalisée lorsque l'ébauche rigide en verre tourne autour de son centre sur ou sous un outil de polissage qui est au contact de la totalité de la surface, le plateau de polissage étant aussi rigide, si bien que la lame de verre a tendance à prendre une forme parfaite de révolution, cette caractéristique étant essentielle. Lorsque la configuration a été rodée à l'aide de grains relativement grossiers, le plateau de polissage est nettoyé soigneusement et des grains fins sont appliqués. Cette opération est répétée avec des grains de plus en plus fins jusqu'à ce que la lame soit prote pour le polissage. C'est lors de la phase de rodage fin que le profil est vérifié optiquement. La lame de correction est formée en fonction du reste du système optique qui doit entre utilisé et est vérifiée avec un collimateur optique. Les techniques d'essai par annulation et par interferométrie sont bien connues et permettent la lecture des erreurs dans le verre, permettant la détermination des zones qui nécessite un travail supplémentaire.Selon ce procédé classique, une expérience et un entraînement très poussés sont nécessaires pour la lecture des erreurs et leur interprétation convenable. Le second procédé de déformation sous vide est attribué à Schmidt qui est l'inventeur de la lame correctrice de Schmidt. Ce procédé comprend l'utilisation d'une ébauche en verre mince, formant le couvercle d'une chambre hermétique. Lors de l'application du vide, l'ébauche mince se déforme et prend la configuration d'une chaînette et non pas d'une cercle. Lorsqu'elle est ainsi fléchie, la face supérieure de l'ébauche est meulée et polie de manière qu'elle- soit sphérique. Lorsque le vrde est supprimé, et lorsque l'opération a été satisfaisante, la plaque correctrice de Schmidt a une forme parfaite. Le procédé de défornation par le vide -implique qu'une lame mince peut etre suffisamment fléchie et reste suffisamment stable au cours du meulage pour qu'elle donne une lame utilisable.Dans le cas d'un télescope optique, les critères imposés à une lame de Schmidt sont si astreignants que lss erreurs résiduelles doivent correspondre à une petite fraction d'une longueur d'onde, la précision approchant de 0,04 micron. Lorsqu'un joint torique est utilisé, comme décrit dans le second article précité, de petites inhomogénités du verre provoquent un fléchissement non uniforme donc nappa rition d'astigmatisme ou d'un défaut de concentricité autour du centre.Ce procédé est tout juste acceptable pour les appareils de prise de vues et convient à peine lorsque la lame correctrice doit etre utilisée avec un système optique de Casserai à concction de .Schmidt. Lors de l'utilisation du procédé de déformation sous vide, le joint torique est supprimé et la bague utilisée est rigide et Q 110 doit d'voir une configuration parfaite, le plus petit gravi de poussière ou le plus petit film présent à 1 interface du verre et de l'anneau donnant à la lame formée une maltaise qualité. Le dernier article cité de novembre 1963 suggère le fléchissement d'une ébauche mince en verre sur un moule ayant la configaration complémentaire de la courbe de Schmidt. La face oppose est meulée et polie à plat, lorsqu'elle est fléchie. Cet article n'indique pas comment le verre est maintenu en place ou avec quelle précision le moule doit étre préparé ni comment on détermine que le verre occupe réellement la configuration voulue dans le moule. Cet article n'indique pas non plus la matière utilisée pour le moule. L'invention concerne un procédé et un dispositif ne réenta pas les inconvénients de la technique antérieure et permettant la réalisation de lentilles et de lames correctrices de qualité élevée, avec une grande précision et un débit relativement élevé. Plus précisément. l'invention concerne un procédé et un dispositif de réalisation de lames correctrices de Schmidt selon lequel un bloc mère en verre est usiné à la confi.gui'ation complémentaire de celle de la courbe de la lame de Schmidt, le bloc étant monté sur une broche d'une machine de meulage et de polissage, le bloc mère ayant un alésage et étant meulé et poli de manière qu'il forme un gabarit Un mince morceau de verre d'essai ayant des gorges peu profondes est alors placé sur le gabarit, les gorges étant à l'interface, et une dépression est transmise par l'alésage de manière que la pièce d'essai ait une configuration correspondant à la configu- ration complét-ontaire du gabarit.La pièce est attirée et main tenue en contact intime avec le verre sur toute la surface soumise à la dépression, et la pièce et le gabarit tournent lorsque 'a face supérieure de la pièce est meulée à plat. La pièce est alors retirée et on vérifie sa précision, les zones ayant un excès de verre étant notées et marquées. Le gabarit est alors tpeulé et poli à nouveau de manière que la matière-re- siduelle soit retirée. La pièce d'essai est replacée plusieurs fois sur le gabarit de manière que la face supérieure de la piè- ce ou plaque d'essai soit meulée et polie à l'état plat, et vérifiée de manière quelle ait avec précision le profil com- plémentaire de gabarit, celui-ci étant meulé et poli de façon répétée jusqu'à ce que le profil soit obtenu avec la précision voulue.La surface du gabarit est alors rainurée et une ébauche de lame correctrice est placée sur le gabarit, en contact intime sous vide, la face supérieure de 1 ébauche de lame étant alors meulée de manière qu'elle soit plane avec pré cisicn et qu'elle forme une lame correctrice terminée. D'autres caractéristiques ct avantages de l'in- Invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure I est une coupe d'un bloc mère de verre qui doit entre mis au profil voulu - la figure 2 est une coupe schématique d'un appareil destiné à l'usinage du gabarit mère - la figure 3 est une coupe d'une mince pièce d'essai en verre utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention - la figure S est une vue en plan de la pièce d'essai de la figure 5 - la figure 5 est une coupe partielle représentant l'application d'une pièce d'essai sur le gabarit, en vue de l'usinage de la face supérieure de la pièce d'essai - la figure 6 est une coupe éclatée représentant la pièce d'essai retirée du gabarit après son usinage - la figure 7 indique schématiquement comnient la planéité de la surface usinée de la pièce d'essai est déterminée - la figure 8 est une perspective schématique indiquant comment la planéité de la pièce d'essai est déterminée;; - la figure 9 est une coupe c1une lame correctrice de Schmidt formée à partir d'un bloc ou gabarit profilé ayant la moitié d'une correction voulue - la figure 10 est une coupe schématique partielle de la lame corrcctrice de la figurez 9 placée sur un bloc ayant un profil tel qu il permet la correction totale de la lame ; et - la figure Il est une coupe de la lame correctrice résultante, ayant la moitié de la courbe sur chaque face. Sur les dessins, un bloc épais 20 en verre ayant une bonne stabilité et bien recuit et dont le diamètre est supérieur à celui de la lame courbe de Schmidt reçoit une configuration complémentaire de celle de la lame voulue de Schmidt, de façon soignée. Les procédés particuliers permettant l'obtention de cette configuration sont décrits dans la suite. Le bloc de verre qui doit former ultérieurement un gabarit mère 22 colporte un alésage 24 et il est monté sur une plaque de support qui porte la référence 26 et qui est elle-même montée sur la broche 28 d'une machine 30 de rodage et de polissage. la broche 28 est creuse et elle est montée sur un arbre creux 32.Une poulie 34 dientrainement fait tourner la broche et l'ensemble qu'elle porte. L'arbre peut tourner dans des paliers 36. Un raccord rotatif 38 sous vide relie l'arbre 32 et la broche, par un tube 40 ou analogue comportant une vanne 42 d'arrêt, à un réservoir ou une source de vide. Une mince pièce d'essai en verre 44 est préparée. Sa surface doit être propre, dépourvue des défauts en peau dtorarge, provoqués par un polissage rapide, et raisonnablement plane, ctest-à-dire présentant moins d'une demi-frange pour une longueur de 25 mm Quelques gorges 46 peu profondes sont découpées dans la pièce d'essai et forment le dessin des rayons d'une roue. La pièce d'essai, dans le cas d'une lame correctrice de 20 cm de diamètre f/2 a par exemple un diamètre de 25 cm, et la gorge circulaire est concentrique au centre et a un diamètre d'environ 225 mm. La configuration complémentaire de la lame correctrice est meulée et polie dans le gabarit 22 qu'on peut appeler bloc profilé. La pièce mince 44 en verre et le bloc 22 sont ~soigneusement nettoyés, et la pièce 44 est placée sur le bloc, les gorges étant diosées à l'interface. Le vide est alors appliqué à l'appareil. La mince pièce se déforme et prend la configuration du bloc. Les particules de saleté, les films ou les zones de non-coopération apparaissent facilement car ils montrent des franges d'interférence à l'interférence à l'interface de la pièce et du bloc.Un procédé couramment utilisé pour la détermination de la correspondance d'une surface sphérique en verre à la précision voulue comprend la réalisation dtun verre mère ayant un profil complémentaire.Les deux éléments sont placés l'un sur l'autre et la combinaison est maintenue sous une source lumineuse (plane et habituellement monochromatique). Les réflexions à l'interface entre la pince mère et la pièce sont observées. Lorsque les deux pièces sont presque compléw mentaires, la lumière provenant de l'udes des surfaces interfère avec celle de ltautre et on observe des franges d'interférence ou des anneaux de Newton. La nature de ces franges d'inter fêrence est telle que 1'opérateur peut déterminer avec précision la correspondance entre les deux pièces. Lorsque les deux surfaces sont parfaitement complémentaires et lorsqutelles sont parfaitemellt nettoyées ou placées l'une au contact de l'autre, toute réflexion à l'interface disparaît.Les deux pièces de verre présentent alors une liaison semi-moléculaire et leur séparation peu t Entre difficile. La liaison est alors Si robuste et de nature telle que certains verriers utilisent le collage d'un certain nombre de petites pièces de verre qui doivent toutes etre parallèles et qui doivent toutes avoir la même épaisseur, sur une plaque plane mère de verre dé grande dimension. Une colle supplémentaire peut entre disposée au bord des petites pièces.Celles-ci sont maintenues si rigidement qu'elles peuvent entre meulées et polies comme un toute Les pièces sont habituellement séparées par réduction de la température de la pièce mère au réfrigérateur jusqu'à ce que les pièces se séparent. Comme représenté sur la figure 5, la pièce d'essai placée sur le bloc 22 dans l'appareil peut porter à ses bords un joint 48 de cire. La conformation parfaite de la pièce au bloc est obtenue lorsque toute réflexion à l'interface a disparu et lorsque le contact verte-verre est intime. La tace supérieure de la pièce d'essai est alors meulée et polie à plat par rotation de la broche de la machine et utilisation d'un plateau plat de polissage entraîné par le bras supérieur de la machine. La pièce peut être polie à la valeur voulue Le vide est alors supprimé, comme représenté sur la figure 6,- et la pièce 44 est retirée du bloc. Comme la pièce a tendance à coller au bloc lorsque le contact verre verre est intime, la séparation demande un certain soin. Lorsque de l'air comprimé est introduit par la broche par exemple, les pièces peuvent se séparer trop rapidement lorsque la pression augmente lentement.Le meilleur procédé de séparation des pièces consiste à placer une mince pièce de métal au bord, par exemple une lame de rasoir, et à détacher lentement la pièce en la soulevant. Ainsi, la pièce 44, après son usinage et sa séparation, a sensiblement le profil superficiel indique par la référence 50. La pièce d'essai peut alors entre munie d'un miroir primaire et d'un miroir secondaire et vérifiée. Les zones dans lesquelles le verre est en excès sont marquées et le bloc 22 est alors meulé et poli ou simplement poli, suivant ltim- portance des erreurs résiduelles à chaque essai. Les zones dans lesquelles le verre est en excès, sur la lame correctrice dressai, sont les zones dans lesquelles il apparat des cavités dans le bloc, puisque la configuration est complémenteire. Lorsque le bloc a été usiné à nouveau, la pièce est lace à son contact et sa face supérieure est à nouveau usinee à plat, jusqu's ce que le profil complémentaire voulu soit obtenu sur le bloc. Lorsque le profil complémentaire voulu a été obtenu avec la précision voulue, le bloc lui-même reçoit des gorges correspondant au dessin en rayons de loue de la ligure 4. Ces gorges ont par exemple une profondeur de 0,25 mm et une largeur de 0,25 à 0,5 mm.Dans tous les cas, la largeur des gorges doit être très faible par rapport a l'épaisseur de la lame correctrice terminée voulue. Dans le os contraire, le velue pourrait fléchir au niveau des gorges et pourrait réduire les caractéristiques de la lentille teiitinée. Les gorges de 0,5 mm de largeur donnent satisfaction lorsque l'épaisseur de la lame correctrice terminée est de l'ordre de 3,2 mm ou plus. Or note que la formation de la configuration complémentaire du bloc est encore plus longue que la formation d'une lame correctrice -:Jiique par mise-en oeuvre du procédé classique. Cependant, après ^or nation i bloc, des lentilles correctrices de qualité élevée peuvent titre reproduites à raison d'une lentille ou lame enviroei toutes 1. s quatre heures pour chaque machine utilisée.Un opérateur unique peut facilement commander douze machines, lorsqu'il a été convenablement entraîné, Lors de la réalisation des lames correctrices de Schmidt par le procédé décrit, les seules phases délicates au cours de la mise en oeuvre du procédé sont le nettoyage de la pièce et du bloc de manière que le contact verre-verre soit intime sur toute la surface. L'opérateur doit prendre des habitudes de nettoyage poussé de manière que la pièce ne soit pas rayée lors des périodes de meulage fin et de polissage. L'opérateur vérifie la surface de la pièce après chaque polissage de plus en plus fin, avec un sphéromètre donnant une précision de 2,5 nichons. La base du spnéromètre doit être disposée sur les deux tiers environ du diamètre de la pièce. Ce dispositif est schématiquement représenté sur la figure 7. Le sphéromètre est d'abord vérifié sur une référence plane, et l'écart de planéité de la pièce est alors lu. Lors de l'usinage de la lame correctrice sur le bloc, un sphéromètre vérifie la planéité de la face supérieure de la pièce La plaque ou lentille est prête pour un polissage final lorsque le grain le plus fin a été utilité lors du rodage final, et lorsque la planéité est inférieure à 12,5 microns environ, comme indiqué par le sphéromètre. Lors du polissage,la planéité est vérifiée plusieurs fois de manière que la surface reste bien uniformément plane. L'essai final de planéité peut entre réalisé par disposition d'une petite lame optique plane 54 (figure 8) à la surface de la lame correctrice, lorsque celle-ci reste au contact du bloc. Une lame correctrice peut avoir par exemple un caractère asphêriquede 100 franges, indiquant que l 7 écart voulu par rapport à une surface plane de la lame correctrice terminée eçrrespond à 100 franges soit environ 25 microns. Lors de la détermination de l'écart à la planéité finale, un chiffre satisfaisant est indiqué lorsque la face supérieure ne dévie pas de plus.de 3 à 4 54 au total, , et lorsque cette déviation correspond à une courbe sphérique régulière Dans le cas considéré, une lame correctrice de 20 cm ayant une pro- priété d'asphéricité de 100 franges a sa face supérieure plane à plus ou moins une- demI-frange pour 25 mm, mais cette déviation doit être constante sur toute la surface.La lame optiquement plane est placée sur la face supérieure de la lame correctrice meulée et polie qui est encore en contact du bloc mère. Des franges d'interférence apparaissent à l'interface de la lame et de la lentille correctrice, lorsque ces deux éléments ont été bien nettoyés, et lorsqu'ils présentent pratiquement la même courbure. La configuration et le nombre des franges indiquent à ltopérateur la configuration de la lame en cours d'usinage. Lorsau'on pousse le procédé au-delà des limites imposées par la déformation maximale du verre avant fracture, les précaution suivantes sont recommandées. Du point de vue des caractéristiques optiques, la lame correctrice doit seulement avoir une épaisseur qui lui permet de supporter son propre poids dans itinstrument, et elle ne doit pas être fragile au point de se briser lors de -l'utilisation normale de l'instrument. Pour cette raison, ltepaisseur optimale d'une lentille ou lame correctrice de 20 cm de diamètre est comprise entre 3,8 et 5 mm, Il peut entre souhaitable que la lame ait une déformation supérieure à celle pour laquelle le verre se défo 7me en toute sécurité. Par exemple, un appareil de prise de vues de Schmidt de 20 cm et f/1,s nécessite une lame correctrice dont la courbure dépasse la quantité pour laquelle une lame de verre de 3,2 mm peut se déformer. Dans ce cas, une partie de la correction est usinée sur une face de la lame et le reste sur l'autre, par meulage et polissage. A cet effet, un bloc profilé 56 (figure 9) qui a été profilé pour une lame de 20 cm et f/2 peut entre utilisé. La lame est alors retournée (figure 10) et placée au contact d'un bloc qui a une configuration destinée à la formation des lames correctrices de 20 cm et f/1,5. La déviation maximale qui peut alors zetre obtenue sur une lame correctrice de Schmidt est réalisée pour moitié sur chacune des faces. Après le montage représente sur la figure 10, la face supérieure de la pièce 56 est à nouveau polie à plat comme Vlciique précédemment, et la lame correctrice résultante 58 de la figure il comprend la moitié de la courbure sur chacune de ses faces. RF.VFMDICATIONS 1. Procédé de réalisation de lames correctrices de Schmidt, caractérisé en ce qu'il comprend le meulage et le polissage d'une face d'un bloc de verre de manière que celuici ait une configuraon correspondant avec précision à la configuration complémentaire de la lame correctrice voulue, le bloc formant ainsi un gabarit, le montage d'une mince pièce de verre sur le gabarit, l'aspiration de la pièce contre le gabarit, sous vide, de manière que la pièce soit en contact intime verre-verre avec le bloc au niveau des surfaces coopérantes, la rotation conjointe de la pièce et du gabarit ainsi combinés, avec meulage et polissage de la face supérieure de la pièce de manière qu'elle soit unifor miment plane avec précision, et la suppression du vide puis le retrait de la lame correctrice termine. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de verre est relativement épais, bien recuit et bien stable, et a un diamètre supérieur à la lame correctrice voulue. 3. Procédé selon la reyendicatloei 2, caractér'sé en ce qu'il comprend le montage du bloc de verre, comportant un alésage, sur une plaque d'appui, et 1 le montage de la plaque d'appui et du bloc sur la broche d'une machine de meulage et de polissage qui a une broche creuse qui transmet le vide. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors ae la formation du gabarit, une mince pièce d'essai en verre est découpée de manière qu'elle possède des gorges peu profondes sur une de ses faces, les gorges délimitant un dessin correspondant au rayon d'une roue, la pièce d'essai est montc.e sur le bloc de manière que les gorges soient à l'interface de la pièceet du bloc, et le vide est transmis entre. le bloc et la pièce de manière que cette der nière sci.t déformée et prenne la configuration du bloc préalablement usiné, le vide assurant un contact intime verre varie entre les éléments, la face supérioure de la pièce étant ensuite meulée de tanière qu'ellc soit uniformément ple.- ne avec précision, la pièce étant ensuite retirez et la pré vision de la configuration complémentaire du bloc étant vé rifiée, l'excès de verre étant marqué sur la pièce, le bloc étant ensuite meulé ou poli de manière que la matière résiduelle correspondant aux erreurs de la surface profilée soit retirée. 5. Procédé selon la revendication ls, caractérisé en U ce qu'il comprend l'usinage répété de la surface du bloc, et la disposition répétée de la pièce au contact du bloc puis usinage à plat de sa face supérieure jusqu'à ce que le bloc ait la configuration voulue. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend, après la formation du profil voulu à la surface du gabarit,celle de gorges à la face supérieure du gabarit, suivant un dessin correspondant aux rayons d'une roue, la mince pièce de verre étant ensuite disposée sur le gabarit. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend le meulage et le polissage progressifs de la face supérieure de la pièce, avec des grains de plus en plus fins, et la vérification de la planéité de la face sur supérieure de 1 pièce avec un sphéromètre destiné à déterminer si la surface reste uniformément plane. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé an ce qu'il comprend un essai final de planéité comprenant la disposition d'une lame optiquement plane à la surface de la lame correctrice lorsque celle-ci est encore au contact du gabarit. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé an ce que la pièce est initialement usinée sur un gabarit mère ayant la moitié de la correction voulue, puis est montée en sens inverti e sur un gabarit ayant la configuration corres- pondant à la totalité de la correction voulue, la face su périeure de la pièce étant alors à nouveau usinée de manière que la lame correctrice résultante ait la moitié de la courbe bure voulue sur chacune de ses faces. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gabarit comprend un alésage et le vide est transmis par l'alésage. 11. Procédé de réalisation de lames correctrices de Schmidt caractérisé er ce qu'un bloc épais en verre est mis a .la configIàtion complémentaire de celle de la lame de Schmidt, et est monté sur une broche d'une machine de meulage et de polissage, le bloc ayant un alésage, le bloc est meulé et poli de manière qu'il orme un gabarit mère, une mince pièce d'essai en verre comportant des gorges peu profondes estplacéa sur le gabarit de manière que les gorges soient à l'interface de la pièce et du gabarit, le vide est transmis par l'alésage de manière que la pièce prenne une configuration complémentaire de celle du gabarit, la face supérieure de la pièce est usinée de manière qu'elle soit plane, la pièce est retirée et vérifiée avec précision, les zones comportant un excès de verre sont notées et marquées, le gabarit est meulé et poli à nouveau de manière que la matière résiduelle soit retirée, la pièce est replacée sur le gabarit puis réusinée de manière que sa face supérieure soit plane, et le gabarit est meulé et poli à nouveau jusqu'à ce que la configuration voulue soit; obtenue avec la précision voulue, la face de configuration voulue du gabarit est alors munie de gorges une ékauche de lame correctrice est placée sur le gabarit terminé, en contact intime avec le gabarit et sous vide, et la face supérieure de la lame correctrice est usinée de manier* quteCl.le soit plane svec précision.