Brevet FR2686427A1 — publié le 19930723

"Combinaison optique et dispositif d'exposition mettant en oeuvre une telle combinaison" La présente invention a tout d'abord pour objet une combinaison optique particulière apte à conjuguer un plan objet avec une calotte sphérique image, c'est-à-dire une combinaison optique apte à former sur une calotte sphérique l'image d'un plan. Elle a encore pour objet un dispositif d'exposition dont l'objectif est formé d'une telle combinaison optique. Il s'avère, en effet, que, pour la modification par traitement physicochimique du profil de puissance d'une lentille optique artificielle en matériau photopolymérisable, par exemple, il a été proposé, dans la demande de brevet français déposée le 22 Janvier 1990 sous le No 90 00679 et publiée sous le No 2 657 294, de soumettre une telle lentille optique artificielle à une source d'irradiation en interposant entre elle et celle-ci un masque propre à en moduler spatialement le flux d'énergie. La surface ainsi à irradier étant courbe, il faut normalement tenir compte de sa courbure dans la réalisation du masque à mettre en oeuvre. Cela S 'avère en pratique difficile à obtenir et malaisé à industrialiser. La présente invention permet de s'affranchir de cette difficulté. Elle propose, en effet, d'interposer, entre le masque et la lentille optique artificielle à irradier, un objectif formé d'une combinaison optique apte à conjuguer un plan objet, en l'espèce celui du masque, avec une calotte sphérique image, en l'espèce celle que forme usuellement la face arrière d'une lentille optique artificielle. Certes, il est déjà connu, dans certains dispositifs de projection, de mettre en oeuvre un objectif apte à conjuguer un plan objet, en l'espèce celui d'une quelconque vue à projeter, avec une calotte sphérique image, en l'espèce celle que forme alors à cet effet un écran. Mais cet écran présente alors un rayon notablement supérieur à la distance focale de l'objectif. La combinaison optique correspondante ne saurait donc convenir au dispositif d'exposition ici concerné. Il n'en est pas de même de la combinaison optique suivant l'invention. En effet, celle-ci est d'une manière générale caractérisée en ce qu'elle est apte à conjuguer un plan objet avec une calotte sphérique image dont le rayon est inférieur à sa distance focale. Tout en pouvant avoir d'autres applications, cette combinaison optique est ainsi particulièrement adaptée au dispositif d'exposition dont elle forme l'objectif. Il en est encore plus ainsi lorsque, suivant une forme de mise en oeuvre préférentielle, son dioptre de sortie est une calotte sphérique à laquelle se superpose sensiblement la calotte sphérique image, parce que, suivant un développement de l'invention, ce dioptre de sortie peut alors avantageusement constituer par lui-même une platine de support pour la lentille optique artificielle à irradier. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels: la figure 1 est un bloc diagramme d'une combinaison optique suivant l'invention; la figure 2 est un bloc diagramme d'un dispositif d'exposition mettant en oeuvre cette combinaison optique. Tel qu'illustré à la figure 1, il s'agit globalement, de conjuguer un plan objet P avec une calotte sphérique image C. Suivant l'invention, la combinaison optique 10 mise en oeuvre à cet effet est telle que le rayon R de cette calotte sphérique image C est inférieur à sa distance focale F. Plus précisément, le rayon R de la calotte sphérique image C est, en valeur absolue, au plus de l'ordre de la moitié de la distance focale F. En pratique, il est inférieur à sa moitié. En pratique, également, la combinaison optique 10 suivant l'invention comporte, successivement, dans la forme de réalisation représentée, quatorze dioptres sphériques Dl, D 2, D 3 etc D 14, qui, de rayon Ri, R 2, R 3 etc R 14, appartiennent chacun respectivement à sept lentilles Ll, L 2, L 3 etc L 7 distinctes, toutes alignées suivant un même axe A. La première lentille Ll et la deuxième lentille L 2 sont des lentilles convergentes biconvexes. La troisième lentille L 3 et la quatrième lentille L 4 sont des lentilles ménisques divergentes. La cinquième lentille L 5 et la sixième lentille L 6 sont des lentilles convergentes biconvexes. La septième lentille L 7, enfin, est une lentille convergente plan-convexe. Le dioptre d'entrée D 5 de la troisième lentille L 3 est concave, et son dioptre de sortie D 6 est convexe, tandis que le dioptre d'entrée D 7 de la quatrième lentille L 4 est convexe et que son dioptre de sortie D 8 est concave. Autrement dit, ces troisième lentille L 3 et quatrième lentille L 4 ménisques divergentes s'étendent dos à dos. En pratique, il y a, entre elles, un diaphragme D formant pupille pour l'ensemble. S'agissant, enfin, de la septième lentille L 7, c'est son dioptre d'entrée D 13 qui est plan et son dioptre de sortie D 14 qui est convexe. En pratique, ce dioptre de sortie D 14, qui forme le dioptre de sortie de l'ensemble, est une calotte sphérique à laquelle se superpose sensiblement la calotte sphérique image C. En pratique, également, le centre Cl de ce dioptre de sortie D 14 est sur le dioptre D 13 plan qui le précède. Autrement dit, le rayon R 14 du dioptre de sortie D 14 de la septième lentille L 7 est sensiblement égal à son épaisseur axiale E 13. Préférentiellement, et en valeur absolue, le rayon Ri du premier dioptre Dl n'est que peu différent de la somme des rayons R 3, R 4, R 5 des troisième, quatrième et cinquième dioptres D 3, D 4, D 5, le rayon R 2 du deuxième dioptre D 2 n'est que peu différent de la moitié du rayon R 7 du septième dioptre D 7, le rayon R 2 du deuxième dioptre D 2 n'est que peu différent du triple du rayon R 14 du quatorzième dioptre D 14, le rayon R 14 du quatorzième dioptre D 14 n'est que peu différent de la somme des rayons R 2, R 3 des deuxième et troisième dioptres D 2, D 3, le rayon R 7 du septième dioptre D 7 n'est que peu différent du quintuple du rayon R 14 du quatorzième dioptre D 14, les rayons R 9, R 10 des neuvième et dixième dioptres D 9, D 1 O sont sensiblement égaux entre eux, et, de même, les rayons Rîl, R 12 des onzième et douzième dioptres Dll, D 12 sont sensiblement égaux entre eux. Cela étant, et tel que schématisé sur la figure 1 par des traits fins matérialisant des rayons lumineux, tout point M d'un objet O plan situé dans le plan objet P a pour conjugué un point M' situé sur une image O' qui, comme recherché, s'étend suivant la calotte sphérique image C. On donnera ci-après à titre d'exemple une formulation géométrique de la combinaison optique 10 suivant l'invention donnant plus particulièrement satisfaction: R 1 = 87 980 E 1 = 3 200 R 2 = -27 530 E 2 = 160 R 3 = 21 430 E 3 = 3 200 R 4 = -49 380 E 4 = 800 R 5 = -17 380 E 5 = 1 600 R 6 = -53 820 E 6 = 4 800 R 7 = 45 000 E 7 = 1 600 R 8 = 23 150 E 8 = 800 R 9 = 28 500 E 9 = 3 200 R 10 = -28 500 E 10 = 160 Rll = 24 060 Ell = 3 200 R 12 = -24 060 E 12 = 2 700 R 13 = E 13 = 9 000 R 14 = -9 010 Dans cette formulation géométrique, exprimée en mm Rl est le rayon du premier dioptre Dl, R 2 est le rayon du deuxième dioptre D 2, R 3 est le rayon du troisième dioptre D 3, R 4 est le rayon du quatrième dioptre D 4, R 5 est le rayon du cinquième dioptre D 5, R 6 est le rayon du sixième dioptre D 6, R 7 est le rayon du septième dioptre D 7, R 8 est le rayon du huitième dioptre D 8, R 9 est le rayon du neuvième dioptre D 9, R 1 o est le rayon du dixième dioptre D 10, Rll est le rayon du onzième dioptre Dîl, R 12 est le rayon du douzième dioptre D 12, R 13 est le rayon du treizième dioptre D 13, R 14 est le rayon du quatorzième dioptre D 14. El est la distance axiale entre les premier et deuxième dioptres Dl, D 2, E 2 est la distance axiale entre les deuxième et troisième dioptres D 2, D 3, E 3 est la distance axiale entre les troisième et quatrième dioptres D 3, D 4, E 4 est la distance axiale entre les quatrième et cinquième dioptres D 4, D 5, E 5 est la distance axiale entre les cinquième et sixième dioptres D 5, D 6, E 6 est la distance axiale entre les sixième et septième dioptres D 6, D 7, E 7 est la distance axiale entre les septième et huitième dioptres D 7, D 8, E 8 est la distance axiale entre les huitième et neuvième dioptres D 8, D 9, E 9 est la distance axiale entre les neuvième et dixième dioptres D 9, D 10, E 10 est la distance axiale entre les dixième et onzième dioptres D 10, Dll, Ell est la distance axiale entre les onzième et douzième dioptres Dll, D 12, E 12 est la distance axiale entre les douzième et treizième dioptres D 12, D 13, E 13 est la distance axiale entre les treizième et quatorzième dioptres D 13, D 14. Autrement dit, El est l'épaisseur de la première lentille Li, E 3 l'épaisseur de la deuxième lentille L 2, E 5 est l'épaisseur de la troisième lentille L 3, E 7 est l'épaisseur de la quatrième lentille L 4, E 9 est l'épaisseur de la cinquième lentille L 5, Ell est l'épaisseur de la sixième lentille L 6, et, comme déjà indiqué précédemment, E 13 est l'épaisseur de la septième lentille L 7, toutes ces épaisseurs El, E 3, E 5, E 7, E 9, Ell et E 13 étant des épaisseurs axiales, c'est-à-dire des épaisseurs appréciées suivant l'axe A. Les lentilles Ll, L 2, L 5, L 6 et L 7 sont réalisées en un matériau dont l'indice nd, c'est-à-dire l'indice en raie "d", est égal à 1,51680, et dont la constringence vd est égal à 64,2. Les lentilles L 3 et L 4 sont réalisées en un matériau dont l'indice nd est égal à 1,67270 et dont la constringence vd est égale à 32,2. Dans ces conditions, et pour une longueur d'onde de la raie "d" Id égale à 587,6 nm, la distance focale F de la combinaison optique 10 suivant l'invention est de 18,431 mm. Mais, telle que décrite ci-avant, cette combinaison optique 10 est achromatisée, c'est-à-dire utilisable dans toutes les longueurs d'onde du spectre visible ou ultraviolet, et, en particulier, entre 365 et 400 nm. Le grandissement transversal est conjointement égal à 1/5. Compte tenu de ce grandissement, et compte tenu de la distance objet à respecter, qui est de l'ordre de 75 mm, l'axe A, l'objet O plan et les rayons lumineux issus du point M de celui-ci ont été volontairement localement interrompus sur la figure 1. La figure 2 illustre, à titre d'exemple, l'application de l'invention à la constitution d'un dispositif d'exposition 12, qui, pour la modification par traitement physico-chimique du profil de puissance d'une lentille optique artificielle 13 en matériau photopolymérisable, en application du procédé décrit dans la demande de brevet français No 90 00679 et/ou dans son addition déposée le 16 Novembre 1990 sous le No 90 14282, comporte, globalement, une source d'irradiation 14, et, interposé entre cette source d'irradiation 14 et la lentille optique artificielle 13 à irradier, un masque 15 propre à en moduler spatialement le flux d'énergie. Suivant l'invention, ce dispositif d'exposition 12 comporte, également, entre le masque 15 et la lentille optique artificielle 13 à irradier, un objectif à champ courbe formé d'une combinaison optique 10 du type de celle précédemment décrite. La source d'irradiation 14 est par exemple une lampe à rayonnement ultraviolet. Dans la forme de réalisation représentée, elle est suivie d'un filtre passe-haut 16, qui supprime toutes les raies d'émission non utiles. La mise en forme du rayonnement émergeant est en outre assurée, dans cette forme de réalisation, par deux condenseurs 17, 18, qui, disposés en série, ont à charge de focaliser l'image de la source d'irradiation 14 dans le plan de la pupille formée par le diaphragme D de la combinaison optique formant l'objectif à champ courbe intervenant en aval. En pratique, entre ces deux condenseurs 17, 18 intervient un miroir de renvoi 20. L'axe A de la combinaison optique 10 peut ainsi s'étendre verticalement. Le masque 15, qui est en pratique un masque tournant, et qui est par exemple constitué d'une simple plaque photographique collée sur une monture, est disposé derrière le deuxième condenseur 18. Du fait que, eu égard à sa focale, l'objectif à champ courbe formé par la combinaison optique 10 doit être maintenu à distance constante du masque 15, cet objectif à champ courbe et ce masque 15 ont préférentiellement un même support (non représenté). La lentille optique artificielle 13 à irradier est placée directement sur le dioptre de sortie D 14 de la combinaison optique 10. Autrement dit, ce dioptre de sortie D 14 est avantageusement utilisé comme platine de support pour cette lentille optique artificielle 13. La septième lentille L 7, à laquelle appartient ce dioptre de sortie D 14, étant ainsi susceptible de dégradation, cette septième lentille L 7 constitue de préférence un sous- ensemble, qui, indépendant du reste de la combinaison optique , est avantageusement amovible, pour en faciliter l'interchangeabilité sans avoir à intervenir sur celle-ci. Quoi qu'il en soit, la profondeur de champ due à cette combinaison optique 10, qui est de l'ordre de 0,15 mm, est largement suffisante pour tenir compte de l'épaisseur de la lentille optique artificielle 13 à irradier, cette épaisseur étant elle-même usuellement inférieure à 0,1 mm. La modification recherchée pour le profil de puissance de cette lentille optique artificielle 13 se fait donc de manière précise. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution. En particulier, si, dans ce qui précède, il a été plus particulièrement considéré le cas o, à partir d'un plan objet, il est formé une image sphérique, il va de soi que la combinaison optique suivant l'invention pourrait servir à l'inverse à former une image plane à partir d'un objet sphérique. En outre, l'application de la combinaison optique suivant l'invention n'est pas limitée aux seuls dispositifs d'exposition du type de celui plus particulièrement décrit et représenté, mais s'étend de manière plus générale à n'importe quel autre dispositif à la constitution duquel elle est susceptible de participer. REVENDICATIONS 1 Combinaison optique caractérisée en ce qu'elle est apte à conjuguer un plan objet (P) avec une calotte sphérique image (C) dont le rayon (R) est inférieur à sa distance focale (F). 2 Combinaison optique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon (R) de la calotte sphérique image (C) est en valeur absolue, au plus de l'ordre de la moitié de sa distance focale (F). 3 Combinaison optique suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le rayon (R) de la calotte sphérique image (C) est, en valeur absolue, inférieur à la moitié de sa distance focale (F). 4 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que son dioptre de sortie (D 14) est une calotte sphérique à laquelle se superpose sensiblement la calotte sphérique image (C). Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que son dioptre de sortie (D 14) est une calotte sphérique dont le centre (Cl) est sur le dioptre (D 13) qui le précède. 6 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dioptre (D 13) précédant le dioptre de sortie (D 14) est plan. 7 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement quatorze dioptres sphériques (Dl, D 2, D 3 etc D 14). 8 Combinaison optique suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement une première lentille (LI) convergente biconvexe, une deuxième lentille (L 2) convergente biconvexe, une troisième lentille (L 3) ménisque divergente, une quatrième lentille (L 4) ménisque divergente, une cinquième lentille (L 5) convergente biconvexe, une sixième lentille (L 6) convergente biconvexe, et une septième lentille (L 7) convergente plan-convexe. 9 Combinaison optique suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le dioptre d'entrée (D 5) de la troisième lentille (L 3) ménisque divergente est concave et son dioptre de sortie (D 6) convexe, tandis que le dioptre d'entrée (D 7) de la quatrième lentille (L 4) ménisque divergente est convexe et son dioptre de sortie (D 8) concave. Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8, 9, caractérisée en ce que, entre la troisième lentille (L 3) ménisque divergente et la quatrième lentille (L 4) ménisque divergente, il y a un diaphragme (D) formant pupille. 11 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que, en valeur absolue, le rayon (Rl) du premier dioptre (D 5) n'est que peu différent de la somme des rayons (R 3, R 4, R 5) des troisième, quatrième et cinquième dioptres (D 3, D 4, D 5). 12 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que, en valeur absolue, le rayon (R 2) du deuxième dioptre (D 2) n'est que peu différent de la moitié du rayon (R 7) du septième dioptre (D 7). 13 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que, en valeur absolue, le rayon (R 2) du deuxième dioptre (D 2) n'est que peu différent du triple du rayon (R 14) du quatorzième dioptre (D 14). 14 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisée en ce que, en valeur absolue, le rayon (R 4) du quatrième dioptre (D 4) n'est que peu différent de la somme des rayons (R 2, R 3) des deuxième et troisième dioptres (D 2, D 3). 15 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisée en ce que le rayon (R 7) du septième dioptre (D 7) n'est que peu différent du quintuple du rayon (R 14) du quatorzième dioptre (D 14). 16 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisée en ce que les rayons (R 9, R 1 O) des neuvième et dixième dioptres (D 9, D 10) sont sensiblement égaux. 17 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 16, caractérisée en ce que les rayons (Rll, R 12) des onzième et douzième dioptres (Dll, D 12) sont sensiblement égaux.5 18 Combinaison optique suivant l'une quelconque des revendications 8 à 17, caractérisée en ce qu'elle répond à la formulation géométrique suivant, exprimée en mm: R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 = R 6 = R 7 = R 8 = R 9 = Ri O = Rll = R 12 = R 13 = R 14 = dans laquelle R 1 est R 2 est R 3 est R 4 est R 5 est R 6 est R 7 est R 8 est R 9 est 87.980 -27 530 21.430 -49 380 -17 380 -53 820 45.000 23.150 28.500 -28 500 24.060 -24 060 -9.010 -9 010 le le le le le le le le le rayon rayon rayon rayon rayon rayon rayon rayon rayon du du du du du du du du du E 1 = 3 200 E 2 = 160 E 3 = 3 200 E 4 = 800 E 5 = 1 600 E 6 = 4 800 E 7 = 1 600 E 8 = 800 E 9 = 3 200 E 10 = 160 Ell = 3 200 E 12 = 2 700 E 13 = 9 000 premier dioptre D 1, deuxième dioptre D 2, troisième dioptre D 3, quatrième dioptre D 4, cinquième dioptre D 5, sixième dioptre D 6, septième dioptre D 7, huitième dioptre D 8, neuvième dioptre D 9, R 10 Rll R 12 R 13 R 14 est le rayon est le rayon est le rayon est le rayon est le rayon du dixième dioptre D 10, du onzième dioptre Dll, du douzième dioptre D 12, du treizième dioptre D 13, du quatorzième dioptre D 14. El est la distance axiale entre les premier et deuxième dioptres Dl, D 2, E 2 est la distance axiale entre les deuxième et troisième dioptres D 2, D 3, E 3 est la distance axiale entre les troisième et quatrième dioptres D 3, D 4, E 4 est la distance axiale entre les quatrième et cinquième dioptres D 4, D 5, E 5 est la distance axiale entre les cinquième et sixième dioptres D 5, D 6, E 6 est la distance axiale entre les sixième et septième dioptres D 6, D 7, E 7 est la distance axiale entre les septième et huitième dioptres D 7, D 8, E 8 est la distance axiale entre les huitième et neuvième dioptres D 8, D 9, E 9 est la distance axiale entre les neuvième et dixième dioptres D 9, D 10, E 10 est la distance axiale entre les dixième et onzième dioptres D 10, D 1 l, E 11 est la distance axiale entre les onzième et douzième dioptres D 1 l, D 12, E 12 est la distance axiale entre les douzième et treizième dioptres D 12, D 13, E 13 est la distance axiale entre les treizième et quatorzième dioptres D 13, D 14. 19 Combinaison optique suivant la revendication 18, caractérisé en ce que les première, deuxième, cinquième, sixième et septième lentilles (Lb, L 2, L 5, L 6, L 7) sont réalisées en un matériau dont l'indice de réfraction nd en raie "d" est égal à 1,51680 et dont la constringence vd est égale à 64,2, et les troisième et quatrième lentilles (L 3, L 4) sont réalisées en un matériau dont l'indice de réfraction nd en raie "d" est égal à 1,67270 et dont la constringence vd est égale à 32,2. Dispositif d'exposition pour la modification par traitement physicochimique du profil de puissance d'une lentille optique artificielle en matériau photopolymérisable, du genre comportant une source d'irradiation ( 14), et, interposé entre elle et la lentille optique artificielle ( 13) à irradier, un masque ( 15) propre à en moduler spatialement le flux d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte, également, entre le masque ( 15) et la lentille optique artificielle ( 13) à irradier, un objectif formé d'une combinaison optique ( 10) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 19. 21 Dispositif d'exposition suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le dioptre de sortie (D 14) de la combinaison optique ( 10) formant l'objectif constitue une platine de support pour la lentille optique artificielle ( 13) à irradier. 22 Dispositif d'exposition suivant la revendication 21, caractérisé en ce que la dernière lentille (L 7) de la combinaison optique ( 10) formant l'objectif est amovible. 23 Dispositif d'exposition suivant l'une quelconque des revendications 20 à 22, caractérisé en ce que la combinaison optique ( 10) formant l'objectif et le masque ( 15) associé ont un même support.