Brevet FR2502344A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne, d'une manière générale, la fabrication de lentilles, et plus particulièrement, la fabri- cation de lentilles d'une taille exeptionnellement petite. Il est actuellement difficile et coûteux de fabriquer des micro-lentilles et en particulier d'effectuer leur débordage jusqu'à de petits diamètres par exemple de 1 mm ou moins. On peut facilement obtenir de petites sphères de verres ayant la courbure superficielle voulue pour la lentille par la tech- nique bien connue du meulage et du polissage utilisée pour les roulements à billes(rodage). Le débordage des billes à des dia- mètres inférieurs au diamètre sphérique est cependant une opé- ration fastidieuse et coûteuse. En conséquence, la présente invention a pour but princi- pal de supprimer le caractère fastidieux et coûteux de la fa- brication des lentilles miniatures ce, plus particulièrement, en supprimant les opérations de débordage des lentilles. Un autre but de l'invention est d'obtenir le résultat ci- dessus de manière reproductible pour permettre une production de masse. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante. Les objectifs de l'invention sont obtenus en utilisant un produit préformé en verre formé d'un coeur en verre de len- tille se présentant sous la forme d'une tige qui est gainée à l'aide d'un verre compatible extractible. Le produit préformé est chauffé localement et étiré à une taille rendant le diamè- tre de la tige égal au diamètre que l'on désire donner aux microlentilles. Des sections du produit étiré sont ensuite coupées à des longueurs approximativement égales au diamètre total de la tige étirée et de la gaine après quoi elles sont meulées et polies comme pour les roulements à billes pour obtenir une courbure sphérique égale à celle que l'on désire donner aux faces oppo- sées des lentilles finales. On élimine ensuite le verre extrac- tible restant, obtenant ainsi des lentilles bi-convexes allon- gées. En procédant à des coupes transaxiales intermédiaires, et à un finissage des surfaces plates, on obtient des lentilles plan-convexes. L'invention est décrite ci-après en détail par référence aux dessins annexés dans lesquels: -2- - la figure 1 illustre un ensemble de matériaux et d'opé- rations préliminaires à la fabrication de lentilles selon la présente invention; - les figures 2 et-3 illustrent des opérations ultérieures utiles à la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe tranversale d'une len- tille partiellement terminée; - les figures 5 et 6 montrent comment la lentille de la figure 4 est terminée; - la figure 7 est une vue en élévation de la lentille ter- minée; - la figure 8 est une vue en élévation similaire d'une va- riante de la lentille de la figure 7; - la figure 9 est une forme modifiée de l'ensemble de ma- tériaux à partir duquel des lentilles peuvent être produites selon l'invention; - la figure 10 est encore une autre forme d'ensemble de matériaux; - la figure 11 illustre, en coupe transversale, une lentil- le partiellement finie résultant de l'utilisation de l'ensemble de la figure 10; - la figure 12 est une vue en coupe transversale de la len- tille représentée à la figure 11 après qu'elle ait été terminée selon l'invention; et - la figure 13 illustre une varianIede la lentille de la figure 12. Selon l'invention, on effectue la fabrication de petites lentilles (c'està-dire ayant un diamètre de 1 mm. ou moins' avec un ensemble initial de matériaux tel que le produit préformé 10 (Figure 1). Ce produittel qu'illustré à la figure 1, comprend une tige centrale 12 en verre ayant les propriétés voulues pour la lentille. Cette tige est entourée d'une couche épaisse d'un verre 14 soluble dans les acides et d'un fourreau extérieur 16 en verre compatible. Ce dernier permet de travailler sous vide pour améliorer les conditions de fusion et d'étirage de l'ensem- ble tige 12 - verre 14. On peut cependant l'éliminer si l'on ne désire pas procéder à l'étirage sous vide ou lorsque le verre 14 se présente sous une forme tubulaire au lieu d'être en quar- tiers comme c'est le cas à la figure 1. De nombreuses autres -3structures sont possibles pour le produit préformé, comme cela ressortira de la description ci-après. Le produit préformé 10 est dirigé longitudinalement au travers de moyens de chauffage locaux, par exemple des serpen- tins de chauffage 18, et il est étiré comme illustré pour le réduire à une taille transversale telle que la dimension radia- le est légèrement supérieure à celle que l'on désire donner à la courbure superficielle de la lentille finale. Le produit étiré 20 peut être recuit si on le désire. Pour plus de détails quant aux opérations d'étirage, on peut se référeraux brevets des Etats-Unis n0 2 980 957; 3 037 241; et 3 989 495. On coupe ensuite le produit étiré 20 transaxialement en tronçons 22 d'unelongueur légèrement supérieure au diamètre du produit étiré et on meule chacun de ces tronçons ou l'usine d'une autre manière pour lui donner une forme grossièrement sphérique telle que celle représentée à la figure 2. Cela peut être accompli en faisant rouler les tronçons, par exemple,dans un malaxeur à boulets chargé d'abrasifs s'écoulant librement. Cette opération élimine au moins partiellement le matériau du fourreau 16,s'il y avait un fourreau dans le préformé, grâ- ce à quoi la majeure partie sinon la totalité du verre soluble 14 et les extrémités opposées de la tige 12 sont mises à nu. On entreprend ensuite le meulage et le polissage des tron- çons 22 grossièrement sphériques pour en faire des sphères exac- tes 22a (figure 3). A cette fin, on peut avoir recours à la technique de rodage bien connue utilisée pour finir les roule- ments à billes, telle qu'illustrée à la figure 3. On obtient ainsi des faces 24 de lentille sphériquesopposées (figures 3 et 4) sur le verre de lentille 12 que l'on appellera dans la suite lentille L. Les tronçons sphériques c'est-à-dire les billes 22a, sont ensuite exposés à un milieu d'extraction pour éliminer le verre soluble restant 14 et terminer la lentille L. Cela peut être accompli en immergeant les tronçons 22a dans une solution d 'extraction 26 (figure 5) pendant une durée suffi- sant à l'élimination du verre 14. Cela est illustré par les pointillés de la figure 6. La lentille restante L quidans chaque cas,est de la for- me bi-convexe (c'est-à-dire possède des faces sphériques 24 comme on le voit aux figures 6 et 7\,peut être coupée transaxia- lement, par exemple le long de la ligne 28, pour produire une -4- ou une paire de lentilles plan-convexes Ll(fiq.8). Dans un tel cas, chaque face plane 30 est polie optiquement de la manière habituelle. La face 30 peut être conformée différemment si on le désire. Il doit être clair que les verres utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention peuvent être formés de toute une va- riété de compositions convenables disponibles dans le commerce. Un verre courant pour la fabrication de petites lentilles tel- les que celles utilisées dans des endoscopes est par exemple disponible auprès de Schott Glass, Inc., Duryea,Pennsylvania U.S.A. sous la marque Schott Type BK-7. Les verres solubles (extractibles) utilisables peuvent être choisis parmi les compositions décrites dans les brevets des EtatsUnis n0 3 004 368; 3 624 816 et 3 653 739. D'autres verres et combinaisons de verre viendront faci- lement à l'esprit de l'homme de l'art. La figure 9 montre un produit préformé l0a modifié qui peut être substitué au produit préformé 10. Dans ce cas, on utilise une configuration rectangulaire de verre pour produire des tronçons carrés que l'on transforme ensuite en billes. L'ensemble formé d'une tige 12a de verre pour lentille est gai- né de sections triangulaires 14a de verre soluble. Une autre modification de l'invention est illustrée aux figures 10 à 13. Les lentilles L2 et L3 sont produites à par- tir du produit préformé lOb qui comprend un coeur 12b en verre de lentille, un tube 32 de verre absorbant la lumière, une gaine 34 de verre extractible et un fourreau extérieur de main- tien 36. Des quartiers de verre absorbant la lumière peuvent remplacer le tube 32. Comme dans le cas des produits préformés 10 et lOa*, tous les verres 12b, 32, 34 et 36 (figure 10) sont choisis pour leur compatibilité avec les coefficients de dilatation et les tem- pératures d'amollissementde sorte que le produit préformé lOb puisse être chauffé localement et étiré d'une manière similai- re à celle du produit préformé 14 (figure 1). Une fois étiré au point d'amener le verre à lentille 12b à la taille voulue pour la lentille, et une fois les tronçons amenés à une forme sphérique 22a, la lentille L2 (figure 12) est finie en extra- yant le verre 34 pour ne laisser en place que le verre 32 ab- sorbant la lumière. Le verre 32 empêche les reflets indésirables -5 - provenant des bords de la lentille L2. Des verres absorbant la lumière convenables sont décrits dans le brevet des Etats-Unis n0 3 901 718. En procédant d'une manière similaire à celle utilisée - pour la fabrication de la lentille L, ci-dessus, la lentille gainée L2 peut être coupée transaxialement et finie optiquement pour donner par exemple la lentille L3 (figure 13). Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et représentées et que l'on peut y apporter des variantes et modifications sans sor- tir du cadre de cette invention. -6- REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication de lentilles caractérisé en ce qu'il consiste: a réunir un produit préformé (10) en verre comprenant une tige (12) en verre de lentille et une gaine en verre ex- tractible (14), ladite tige (12) étant d'un diamètre supérieur à celui voulu pour lesdites lentilles (L); - à chauffer et étirer le produit préformé (10) de maniè- re à l'amener à une taille transversale réduite telle que la tige (12' ait le diamètre voulu pour lesdites lentilles(L); - a couper transaxialement le produit préformé étiré(20) obtenu en un nombre de tronçons (22) de longueur approximative- ment égale au diamètre du produit préformé étiré (20); - à meuler lesdits tronçons (22) pour leur donner une configuration sphérique (22al ayant un rayon de courbure égal à celui voulu pour au moins une des faces de chacune desdites lentilles (L); - à éliminer les verres extractibles (14) restants desdits tronçons (22a) grâce à quoi le verre (12 constituant la tige et présentant au moins une surface sphérique (24) forme les- dites lentilles(L); et - à polir lesdites faces sphériques (24) desdites lentil- les(L)à une étape du procédé suivant l'étape de meulage. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit produit préformé (10) comprend en outre un tube en verre (16) à l'extérieur du verre extractible (141, ce tube, (16! utile pendant les étapes de chauffage et d'étirage, etant éliminé pendant le meulage effectué pour donner auxdits tron- çons (22' la configuration sphérique (22a). 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit produit préformé (10) comprend un verre supplémentai- re (321 entre ladite tige (12) de verre de lentille et le gai- nage (14) extractible, ce verre supplémentaire (32) absorbant la lumière qui pénètre et formant un composant permanent des- dites lentilles (L). 4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites lentilles (L) ont des faces convexes opposées (24 et en ce qu'elles sont coupées en plus faiblOe longueurs selon --7- un plan compris entre lesdites surfaces convexes (24). - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les surfaces (30) résultant de l'opération de coupe trans- axiale sont polies. 6- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de meulage des tronçons (22) en configurations sphériques(22a) comprend une première opération d'abrasion grossière les amenant à une forme approximativement sphérique et une opération finale de rodage les amenant à une forme sphé- rique finale. 7- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération finale est accomplie d'une manière semblable à celle utilisée pour le finissage des roulements à billes. 8- Lentille caractérisée en ce qu'elle est formée d'un corps cylindrique allongé ayant une surface d'extrémité (24) sphérique centrée axialement, ladite surface (24) étant opti- quement finie. 9- Lentille selon la revendication 8, caractérisée en ce que le corps cylindrique allongé comporte deux surfaces d'ex- trémité sphériques (24) opposées et centrées axialement. - Lentille selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle est plan-convexe, la surface plane (30) étant perpendi- culaire à l'axe de la lentille. 11- Lentille selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'elle est revêtue de moyens (36) absorbant la lumière.