Brevet FR2419523A1 — publié le 19791005

Be calcul des combinaisons optiques montre l'intérêt ployer des surfaces asphériques au lieu de surfaces sphériques. Ainsi, dans le cas des objectifs à grand champ, l'utilisation de surfaces sphériques serait particulièrement avantageuse pour assurer la correction des aberrations de distorsion et de courbure de champ . Dans le cas des objectifs à grande ouverture, l'utilisation de surfacesasphériques serait également très avantageuse pour la correction des aberrations zonales d'ouverture. Du reste, il appa ratt qu'une seule surface asphérique peut remplacer plusieurs surfaces sphériques pour un résultat identique. Cependant, les difficultés de fabrication des surfaces asphériques,par les procédés actuellement connus, limitent considérablement l'emploi de celles-ci et en interdise pratiquement l'utilisation pour l'optique de précision. En effet, l'un des procédés actuellement utilisés pour réaliser des surfaces asphériques consiste à fabriquer celles-ci par moulage. Cependant, un tel procédé ne permet pas d'obtenir une précision et une qualité suffisantes pour l'optique de précision. Dans ces conditions, ce procédé reste limité à la réalisation de simples condenseurs de lumière. Un autre procédé également connu consiste à utiliser une machine à reproduire pour réaliser une ébauche de surface asphérique , après quoi celle -ci doit faire l'objet d'un polissage. Cependant, il s'agit là d'un procédé coûteux et dont le domaine d'application reste également limité. Un autre procédé uilisé notamment pour la fabrication d'éléments optiques destinés à l'astronomie, consiste à effectuer des retouches locales sur une surface initialement sphérique , ces retouches étant réalisées au moyen de petits polissoirs. Cependant, il s'agit d'un procédé extrêmement long et coûteux dont l'emploi reste très limité et ne peut du reste être envisagé que sur des éléments présentant une surface notable. C'est pourquoi la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de fabriquer,de façon industrielle, des surfaces asphériques de grande précision susceptibles d'etre utilisées en optique de précision, et qui peuvent être des surfaces optiquement actives soit par transmission, soit par réflexion. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste à effectuer, sur une surface sphérique proehe de la surface asphérique à obtenir, un apport de matière par dépôt sous vid*n interposant, entre la surface à traiter et la source émettrice de matière, un ou plusieurs éléments aptes à intercepter les particules de matière sur la trajectoire desquelles ces éléments sont placés. Or, l'emplacement et la forme de ces éléments sont alors déterminés de façon à moduler l'é- paisseur du dépôt de matière suivant les diverses zones de la surface traitée afin de transformer celle-ci en une surface asphérique répondant au profil désiré. Dans une forme particulière de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on réalise la modulation de l'épaisseur du dépôt au moyen d'un masque comportant une ou plusieurs ouvertures de contour approprié, destinées à laisser passer la matière à déposer, la surface à traiter étant entrainée en rotation sur elle-meme derrière ce masque. Eventuellement, l'action de ce masque peut etre combinée avec celle d'un ou plusieurs caches placés devant une ou plusieurs parties déterminées de la surface à traiter et ce , pendant une certaine partie de l'opération de dépôt -de matière sur cette surface. Quant au dispositif de fabrication selon l'invention, il est spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Du reste, les particularités et avantages de ce dispositif et du procédé selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante. Celle-ci est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif, et sur lequel La figure 1 est une vue schématique en coupe-élévation d'un dispo sitif selon l'invention destiné à la fabrication de sur faces asphériques La figure 2 est une vue en plan du masque prévu dans ce dispositif La figure 3 représente les profils en coupe de la surface asphéri que à réaliser et de la surface sphérique utilisée dans ce but, comme ébauche de départ la figure 4 représente la courbe de variation de la quantité de matière déposée dans un exemple particulier de réali sation d'une surface asphérique. Be dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend un appareil apte à réaliser, sous vide, le dépôt d'une matière déterminée sur un substrat à recouvrir. Cet appareil peut être du type de ceux couramment utilisés pour réaliser divers dépôts sous vide. Etant donné que le procédé selon l'invention concerne la fabrication de surfaces asphériques destinées à constituer des éléments optiques de précision, l'appareil prévu est donc utilisé pour déposer une couche de verre sur un substrat en verre ou une couche de germanium sur un substrat en même métal, s'il s'agit d'un élément optique destiné à être employé dans le domaine de l'infra-rouge. Dans exemple illustré à la figure 1, l'appareil employé est du type comportant un creuset i destiné à recevoir la matière 2 qui doit être déposée sous vide. La liquéfaction de cette matière est assurée par bombardement par un faisceau d'électrons 4, ce qui assure la formation d'une tache liquide 3 à la surface du contenu du creuset 1. Celui-ci peut être en cuivre, son refroidissement étant assuré par une circulation d'eau à l'intérieur de canalisations internes 5. Ce creuset est encastré dans le plateau inférieur 6 de l'appa- reil correspondant. Au-dessus de ce creuset, celui-ci comporte un barillet rotatif 7 servant de support au substrat à traiter, en l'occurrence une surface sphérique 8 dont -la courbure A est proche du profil B de la surface as-phérique à réaliser (voir figure 3). Ce barillet est fixé à l'intérieur d'une couronne dentée 9 avec laquelle engrène un pignon 10 porté par un axe d'entrainement 11. Celui-ci est monté dans des paliers 12 portés par une plaque 13 servant de support à l'ensemble et qui est elle-même fixée sur des colonnettes 14. Conformément à une caractéristique essentielle du procédé et du dispositif selon l'invention, un masque 15, comportant une ou plusieurs ouvertures, est interposé entre la surface sphérique 8 à traiter et la source émettrice de matière qui est constituée par la tache liquide existant à la surface supérieure du contenu du creuset. Les parties pleines de ce masque sont destinées à intercepter les faisceaux de particules de matière sur la trajectoire desquelles elles se trouvent placées.Comme il sera expliqué par la suite, ce masque assure ainsi la modulation de ltepaisseur du dépôt de matière suivant les diverses zones de la surface à traiter afin que le dépit obtenu réalise une surface asphérique ayant le profil B désiré A cet effet, ce masque est disposé à quelque distance de la surface à traiter en étant fixé sur un support évidé 16, lui-même fixé sur la plaque horizontale 13 déjà mentionnée. Dans l'exemple représenté à la figure 2, le masque 15 comporte deux ouvertures 17 et 18 dont l'une est située dans sa région centrale, tandis que l'autre est située à la périphérie. Cependant, le contour de ces ouvertures est déterminé en fonction de la modulation à réaliser pour l'apport de matière sur les zones de la surface 8 qui se trouvent situées en regard. A ce sujet, si l'on se reporte à l'exemple illustré à la figure 3, on peut constater que pour réaliser, à partir dtune surface sphérique A, une surface asphérique ayant le profil B, il convient d'effectuer au centre un dépôt de matière important qui peut atteindre 7,18 et va en décroissant vers l'extérieur. Cependant, il faut également réaliser T à la périphérie, un apport de matière allant en croissant vers l'extérieur. Par contre, il convient d'éviter tout apport de matière dans la zone annulaire située entre ces deux parties. Le contour des ouvertures 17 et 18 du masque 15 est donc déterminé en fonction du résultat ainsi recherché et de ldmodulation à obtenir. Le présent dispositif comporte par ailleurs, deux caches mobiles 19 et 20 dont le premier ne joue aucun r3le pour la modulation du dépôt à réaliser. En effet, ce premier cache 19 est simplement destiné à masquer la totalité de la surface à traiter pendant la montée en température de la source émettrice. A cet effet, ce cache est disposé à peu de distance au-dessus de la source émettrice- de matière et il est porté par un axe rotatif 21 de commande, de façon à pouvoir être escamoté après montée en température de la surface émettrice. Par contre, le cache 20 est destiné à jouer un r8le utile pour pour assurer la modulation de l'épaisseur du dépôt de matière sur la surface 8. Dans le présent exemple, ce cache est disposé à proximité du masque 15 et ses dimensions sont telles qutil puisse obturer 1' ouverture centrale 1 7 de ce masque pendant la première partie de l'opération de dépôt sous vide. A cet effet, ce cache est fixé sur un bras coudé 22 porté par un axe rotatif 23 de commande. Par ailleurs, ltentråinement du barillet 7 portant la surface 8 à traiter est assuré à partir d'un axe 26 accouplé à un moteur à vitesse constante. Cet axe est relié à l'axe 11 au moyen d'un axe intermédiaire 25 et de deux articulations 24. Bien entendu, ltensem- ble de ce dispositif est enfermé à l'intérieur d'une cloche mobile (non représentée) lors de la mise en fonctionnement de l'appareil et de sa mise sous vide. La mise en oeuvre du procédé de fabrication selon l'invention au moyen de ce dispositif est réalisée de la façon suivante Pour fabriquer un élément optique comportant une surface asphérique ayant par exemple le profil B représenté à la figure 3, on part d'un élément ayant une surface sphérique A proche de ce profil. Comme déjà indiqué, cet élément peut être en verre, -auquel cas l'apport ultérieur de matière est réalisé en verre. Nais, pour des applications dans le domaine de l'infrarouge, il peut également entre en germanium, l'apport de matière étant alors en même métal. Cet élément 8 est mis en place sur le support 7 et après fermeture de la cloche étanche de l'appareil et montée en température du contenu du creuset 1, on escamote le cache 19. On réalise done une projection de particules en direction de la surface sphérique de l'élément 8. Cependant, cet élément est en même temps entraîné en rotation sur lui-même par l'intermédiaire du pignon d'entrainement 10. Ce mouvement de rotation uniforme a pour but d'éviter tout risque d'asymétrie circulaire du dépôt qui sera réalisé sur la surface à traiter. Quant au masque 15, il est maintenu fixe pendant cette opération. Cependant, pendant la première partie de celle-ci, le cache 20 est maintenu en regard de l'ouverture centrale 17 de ce masque. Dans ces conditions, les particules projetées ne peuvent atteindre la surface à traiter qu'en passant à travers ltouverture périphérique 18 du masque 15. On réalise donc de la sorte un apport de matière sur la zone annulaire périphérique de la surface sphérique de l'élément 8. Mais, compte tenu du profil de 11 ouverture 18, cet apport est plus important à la périphérie et va en décroissant vers le centre. Dans la seconde partie de ltopération de traitement, on escamote le cache 20. Dans ces conditions, les particules peuvent atteindre la partie centrale de la surface à traiter en passant à travers l'ouverture 17 du masque 15. Mais là encore, les quantités de particules déposées sont variables suivant les diverses régions. En effet, ces quantités sont plus importantes au centre et vont en décroissant vers la périphérie. Ceci permet donc d'obtenir la modulation nécessaire de l'épaisseur de la couche déposée de façon à transformer la surface sphérique A en une surface asphérique ayant le profil B désiré. Du reste, la figure 4 représente deux exemples de courbes C et D correspondant l'un à un exemple déterminé de profil désiré, et l'autre au profil réel obtenu par mise en oeuvre du présent procédé. La seconde courbe a été établie en mesurant les épaisseurs réelles à l'aide d'un palpeur et ce, avec une incertitude de + 4 %. Les écarts Ae entre les deux profils sont plus petits ou égaux à 0,4)w m dans la partie centrale, et plus petits ou égaux à 0,8je dans la partie externe. Ainsi, les résultats obtenus confirment une bonne concordance avec le profil désiré. Dans ces conditions, le procédé et le dispositif selon l'invention permettent effectivement de réaliser des surfaces asphériques de grande précision susceptibles d'être employées en optique de précision. Bien entendu, le dispositif décrit ci-dessus et représenté sur les dessins annexés ne constituent qu'un exemple particulier de mise en oeuvre. En effet, la forme des découpes du masque utilisé doit varier en fonction même de la modulation nécessaire pour l'épaisseur du dépôt de matière suivant les diverses zones de la surface à traiter et ce, d'après le profil asphérique qui doit être réalisé. Par ailleurs, différentes modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif selon l'invention. Ainsi, au lieu de faire tourner sur elle-même la surface à traiter il serait possible de maintenir celle-ci fixe et de faire tourner le masque 15 sur lui-même. Mais, éventuellement, il serait possible de faire tourner simultanément ces deux éléments en les animant de vitesses variables et ce, en fonction du résultat à obtenir. Au lieu d'un seul masque, il serait possible d'employer deux masques ou plus. Xventuellement, il serait possible de faire intervenir chacun de ces masques pendant une fraction du temps de mise en oeuvre de ltopération de dép8t. Mais, il serait également possible de les faire intervenir simultanément. Il en est de même en ce qui concerne le cache escamotable prévu à proximité du masque. En effet, suivant la nature même du profil asphérique à réaliser, le cache central prévu dans l'exemple illustré à la figure 1 pourrait etre remplacé par un cache disposé à la périphérie du masque ou en regard de toute autre zone de celui-ci. il serait également possible de faire intervenir deux caches de ce genre ou plus et ce, soit les uns à la suite des autres, soit simultanément. Nais, encore une fois, de nombreuses autres modifications peuvent être envisagées. Du reste, le masque 15 et le cache 20 pourraient être remplacés par tous autres éléments susceptibles d'intercepter les particules de matière diffusée sur la trajectoire desquelles ces éléments se trouvent disposés et ce, de façon à moduler en conséquence l'épaisseur du dép8t réalisé sur la surface à traiter. REVENDICATIONE 1. Procédé de fabrication de surfaces asphériques à partir d'une surface sphérique proche de la surface asphérique à obtenir, caractérisé en ce que lton effectue, sur la surface sphérique à traiter, un apport de matière par dép8t sous vide en interposant, entre cette surface et la source émettrice de matière, un ou plusieurs éléments aptes à intercepter les particules de la matière diffusée sur la trajectoire desquelles ces éléments sont disposés, l'emplacement et la forme de ces éléments étant déterminés de façon à moduler l'épaisseur du dépôt de matière suivant les diverses zones de la surface traitée afin de transformer celle-ci en une surface asphérique répondant au profil désiré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant l'opération d'apport de matière sous vide, on entrain en mouvement la surface à traiter. 3. Procédé de fabrication selon I'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'on utilise, comme élément destiné à moduler l'épaisseur du dépôt de matière, un masque présentant une ou plusieurs ouvertures et dont les parties pleines sont destinées à intercepter les particules de la matière diffusée, le contour des ouvertures de ce masque étant déterminé en fonction du profil de la surface asphérique à réaliser. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant une partie au moins de l'opération d'apport de matière, on interpose un ou plusieurs caches entre la source émettrice de matière et une ou plusieurs zones déterminées de la surface traitée. 5. Dispositif pour la fabrication de surfaces asphériques par mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil apte à réaliser un dépôt de matière sous vide et dans lequel il est prévu, entre la source émettrice de matière et la surface à traiter, un ou plusieurs éléments aptes à intercepter les particules de la matière diffusée sur la trajectoire desquelles ces éléments sont disposés, l'emplace- ment et la forme de ces éléments étant déterminés de façon à moduler l'épaisseur du dépôt de matière suivant les diverses zones de la surface traitée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support de la surface à traiter est monté rotatif sur lui-même et est entraîné en rotation pendant l'opération de dépôt sous vide. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte, comme élément apte à moduler l'épaisseur du dépôt de matière, un masque présentant une ou plusieurs ouvertures et dont les parties pleines sont destinées à intercepter les particules de la matière diffusée, le contour des ouvertures de ce masque étant déterminé en fonction du profil de la surface asphérique à réaliser. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'en combinaison avec le masque placé devant la surface à traiter, il est prévu un ou plusieurs caches escamotables susceptibles d'être disposés devant certaines ouvertures de ce masque et ce, pendant une partie de l'opération de dépôt sous vide.