Brevet FR2888954A1 — publié le 20070126

COMPOSANT OPTIQUE TRANSPARENT A CELLULES SEPAREES PAR DES PAROIS La présente invention concerne un composant optique transparent qui comprend des cellules séparées par des parois. II est connu de réaliser un composant optique sous la forme d'un substrat transparent qui porte, sur l'une au moins de ses faces, un ensemble de cellules juxtaposées qui recouvre au moins en partie cette face. Des substances qui possèdent des propriétés optiques déterminées sont contenues dans les cellules, et coopèrent pour conférer au composant optique des caractéristiques optiques recherchées pour une application particulière. Par exemple, des substances transparentes qui ont des indices de réfraction différents peuvent être réparties dans les cellules, de sorte que le composant obtenu constitue une ébauche de verre correcteur d'amétropie. Le verre est alors obtenu par découpage du composant optique selon un contour qui correspond à une monture de lunettes d'un porteur du verre. Grâce à la rétention des substances dans les cellules, le découpage du composant optique ne provoque pas de perte de substances, et les caractéristiques optiques du composant sont conservées pour le verre. Il est aussi connu de placer une substance absorbante dans les cellules du composant optique, de façon à obtenir une fonction antisolaire ou une fonction de renforcement de contraste. Pour une fonction antisolaire, la substance possède une absorption lumineuse. En particulier, ce peut être une substance photochrome, dont le niveau d'absorption varie en fonction d'une intensité de lumière reçue. Pour une fonction de renforcement de contraste, la substance peut posséder une transmission sélective qui varie en fonction d'une longueur d'onde de lumière visible, ou en fonction d'une direction de polarisation lumineuse. De tels composants optiques transparents à cellules sont particulièrement intéressants, car un grand nombre de modèles différents peuvent être obtenus à partir d'un même substrat recouvert de cellules, en variant la ou les substance(s) à propriété(s) optique(s) qui est (sont) placée(s) dans les cellules. La fabrication des composants optiques est alors particulièrement économique, puisque les substrats recouverts de cellules peuvent être fabriqués en grande série dans une usine. Les substrats reçoivent ensuite à l'intérieur des cellules une ou plusieurs substance(s) à propriété(s) optique(s), qui sont choisies en fonction des caractéristiques optiques recherchées pour répondre à une demande de client. Une personnalisation du composant optique pour chaque client est ainsi réalisée, qui peut être effectuée en aval dans la chaîne de distribution des composants. La logistique de fabrication et de distribution est alors simplifiée et souple, ce qui contribue à une réduction supplémentaire du prix unitaire de chaque composant optique terminé et livré. Ces avantages sont particulièrement importants dans le domaine ophtalmique, pour lequel les verres de lunettes, les lentilles oculaires ou les implants oculaires doivent correspondre à des prescriptions individuelles qui dépendent de la vue de chaque porteur. Des cellules voisines à la surface du composant optique sont séparées par des parois. Ces parois de séparation évitent que les substances contenues dans les cellules ne se mélangent progressivement au cours de l'utilisation du composant optique. Elles assurent ainsi une durée de vie quasiment illimitée au composant optique, ou à un élément optique obtenu à partir de celui-ci. Or, étant donné que chaque paroi possède une épaisseur limitée, parallèlement à la surface du composant optique, elle engendre une diffraction microscopique de la lumière qui arrive sur le composant à l'endroit de cette paroi. Lorsque les parois forment un réseau périodique sur la surface du composant optique, les fractions d'un flux lumineux incident qui sont diffractées respectivement par toutes les parois sont concentrées dans certaines directions isolées. Une diffraction macroscopique en résulte, qui consiste en une concentration de la lumière transmise ou réfléchie par le composant dans certaines directions isolées. Le composant optique apparaît alors sombre puis subitement lumineux, lorsque son orientation par rapport à un observateur varie, et que la direction d'observation coïncide avec une direction de diffraction. Autrement dit, un éclat lumineux est formé dans certaines directions, à partir de la surface du composant optique. Un tel aspect n'est pas esthétique et, en particulier, n'est pas acceptable dans le domaine ophtalmique. II est possible de varier la taille des cellules le long de la surface du composant optique pour briser la périodicité du réseau. La lumière est alors diffusée macroscopiquement à l'intérieur de plans perpendiculaires aux parois, et le composant optique apparaît encore irrégulièrement lumineux ou sombre, selon si la direction d'observation est située ou non dans un plan de diffusion cellules, Dans ces deux cas, le composant optique n'est pas considéré comme étant transparent. On considère qu'un composant optique est transparent lorsque l'observation d'une image au travers de ce composant est perçue sans perte significative de contraste. Autrement dit, l'interposition d'un composant optique transparent entre une image et un observateur de celle-ci ne réduit pas significativement la qualité de l'image. Cette définition du terme transparent est applicable, au sens de l'invention, à l'ensemble des objets qualifiés en tant que tels dans la description. Les parois qui séparent les cellules du composant optique interagissent avec la lumière en la diffractant. La diffraction est définie comme le phénomène d'éparpillement de la lumière que l'on observe lorsqu'une onde lumineuse est matériellement limitée (J-P. PEREZ -Optique, Fondements et applications - 7ème édition - DUNOD - octobre 2004, p. 262). Ainsi un composant optique comprenant de telles parois transmet une image dégradée du fait de cet éparpillement de la lumière induit par lesdites parois. Lorsque les cellules et donc les parois ne sont pas disposées selon un réseau périodique, la diffraction microscopique se traduit macroscopiquement par de la diffusion. Cette diffusion macroscopique, ou diffusion incohérente, apparaît comme un effet laiteux (ou halo de diffusion) de la structure cellulaire du composant optique. Il en résulte une perte de contraste de l'image observée au travers du composant. Cette perte de contraste est assimilable à une perte de transparence, telle que définie précédemment. Une telle diffusion macroscopique n'est pas acceptable, notamment pour un verre ophtalmique qui doit être transparent et ne comporter aucun défaut ni effet lumineux susceptible de gêner la vision d'un porteur de ce verre. Il est aussi possible d'adopter une épaisseur de parois qui est beaucoup plus grande que la longueur d'onde de la lumière visible, afin de réduire la diffraction de la lumière par chaque paroi. Mais les cellules sont alors trop grandes et peuvent être distinguées individuellement ou apparaître comme une structure granulaire à la surface du composant. Le composant ne satisfait alors pas les exigences d'esthétisme courantes, ni celles du domaine ophtalmique qui sont supérieures. Enfin, il est possible de disposer les cellules sur la surface du composant optique selon un maillage aléatoire ou pseudo-aléatoire. On entend par maillage aléatoire un maillage qui n'est pas périodique et qui ne présente aucune symétrie. Les parois de séparation des cellules sont alors orientées individuellement de façon quelconque, parallèlement à la surface du composant, et la lumière qui est transmise ou réfléchie par le composant optique est répartie macroscopiquement dans toutes les directions. Néanmoins, chaque paroi diffracte alors individuellement une quantité perceptible de lumière, de sorte que des points lumineux apparaissent à des endroits variables de la surface du composant optique lorsqu'il est observé en étant progressivement tourné. Autrement dit, un scintillement apparaît sur le composant optique, qui n'est pas acceptable pour de nombreuses applications, et en particulier pour des applications ophtalmiques. Un but de la présente invention consiste à supprimer les éclats lumineux et le scintillement d'un composant optique à cellules séparées par des parois, ou à réduire ces phénomènes à un niveau acceptable, notamment pour une application ophtalmique. Pour cela, l'invention propose un composant optique transparent qui comprend au moins un ensemble de cellules juxtaposées sur une surface du composant. Chaque cellule contient une substance à propriété optique et deux cellules voisines sont séparées par une paroi qui s'étend perpendiculairement à la surface du composant. Dans un composant optique selon l'invention, certaines au moins des parois ne sont pas rectilignes à la surface du composant optique. Une portion de longueur de paroi diffracte la lumière dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale de cette portion. Lorsque la direction de la paroi varie entre les deux extrémités de celle-ci, de la lumière est diffractée dans des plans distincts qui sont décalés angulairement, de sorte que l'intensité lumineuse diffractée par la paroi dans un plan donné, et dans une direction donnée, est diminuée. Les inventeurs ont découvert qu'une telle diminution est suffisante pour réduire toute formation d'éclat lumineux et tout scintillement à un niveau acceptable pour de nombreuses applications, parmi lesquelles figurent les applications ophtalmiques. En outre, un composant optique selon l'invention présente tous les avantages de fabrication et de prix de revient des composants optiques transparents à structure cellulaire. Il présente aussi un haut degré de transparence, au sens de la transparence qui a été défini plus haut. Les cellules peuvent être juxtaposées selon un maillage de la surface du composant, et chaque paroi de séparation de deux cellules voisines s'étend entre deux extrémités de cette paroi qui correspondent à des noeuds du maillage. Certaines au moins des parois ont alors des directions respectives variables le long de ces parois entre les extrémités correspondantes, parallèlement à la surface du composant. De préférence, la direction de certaines parois varie, parallèlement à la surface du composant optique, d'au moins 5 degrés le long de cette paroi. Le composant optique est alors encore plus transparent, et est dépourvu d'éclat lumineux et/ou de scintillement même lorsque des conditions d'éclairage et d'observation sont particulièrement défavorables, par exemple en présence d'une lumière d'éclairage directionnelle. L'invention concerne aussi un élément optique obtenu par découpage d'un composant optique transparent tel que décrit précédemment. Le composant optique, ou l'élément optique obtenu à partir de celui-ci, peut être, 3o de façon non limitative, une lentille pour instrument d'optique, un filtre, une lentille de visée optique, une visière oculaire, une optique de dispositif d'éclairage, etc... En particulier, l'invention est avantageusement appliquée à l'optique ophtalmique. Le composant ou l'élément optique peut alors être une lentille ophtalmique, mais aussi une lentille de contact ou un implant oculaire. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'un composant optique selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face d'un élément optique obtenu à partir du composant optique de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique en coupe du composant optique de la figure 1; et - les figures 4 à 7 illustrent quatre modes de réalisation distincts de l'invention. Le composant optique 10 représenté sur la figure 1 est une ébauche pour verre de lunettes. Un verre de lunettes comprend une lentille ophtalmique. Par lentille ophtalmique, on entend une lentille qui s'adapte à une monture de lunettes pour protéger l'oeil et/ou corriger la vue, cette lentille étant choisie parmi les lentilles afocales, unifocales, bifocales, trifocales et progressives. La figure 2 montre un verre de lunettes 11, ou verre ophtalmique, obtenu en découpant l'ébauche 10 suivant un contour C, représenté en trait interrompu sur la figure 1. Le contour C est a priori arbitraire, dès lors qu'il s'inscrit dans l'étendue de l'ébauche 10. Des ébauches fabriquées en série sont ainsi utilisables pour obtenir des verres adaptables à une grande variété de montures de lunettes. Le bord du verre découpé peut sans problème être détouré de façon usuelle, pour lui conférer une forme adaptée à la monture et au mode de fixation du verre sur cette monture, et/ou pour des raisons esthétiques. Il est également possible d'y percer des trous 14, par exemple pour recevoir des vis servant à la fixation du verre sur la monture. La forme générale de l'ébauche 10 peut être conforme aux standards de l'industrie, avec par exemple un bord périphérique circulaire B de diamètre 60 mm, une face avant convexe 12 et une face arrière concave 13 (figure 3). Les outils traditionnels de découpe, de détourage et de perçage peuvent ainsi être utilisés pour obtenir le verre 11 à partir de l'ébauche 10. Sur les figures 1 et 2, un arrachement partiel des couches superficielles fait apparaître la structure pixellisée de l'ébauche 10 et du verre 11. Cette structure consiste en un ensemble de cellules 15, aussi appelées microcuves, qui sont formées dans une couche 17 de l'ébauche 10 (figure 3) . Sur ces figures, les dimensions de la couche 17 et des cellules 15 ont été exagérées par rapport à celles de l'ébauche 10 et du substrat 16, afin de faciliter la lecture du dessin. L'ensemble des cellules 15 peut être disposé sur la face convexe 12 du substrat 16, ou sur sa face concave 13. De façon préférée, les cellules 15 ont des dimensions D inférieures à 500 pm (micromètres), voire inférieures à 100 pm, parallèlement à la surface du 1 o substrat 16. D correspond à la distance moyenne entre deux côtés opposés de chaque cellule 15. Les cellules 15 sont séparées par des parois 18. Les parois 18 ont une épaisseur d avantageusement comprise entre 0,10 pm et 5 pm, mesurée parallèlement à la surface du composant optique, et une hauteur comprise entre 1 pm et 50 pm, mesurée perpendiculairement à la surface du composant. Elles peuvent être constituées de matériaux opaques ou transparents. Le matériau des parois 18 peut être sélectionné, en particulier, en fonction des caractéristiques optiques du verre 11. Des matériaux opaques utilisables comprennent des métaux ou des oxydes métalliques, tels que certains oxydes de chrome ou de cobalt, par exemple, et des matériaux transparents utilisables sont l'alumine et la silice, notamment. Des matériaux organiques sont également envisageables pour former les parois 18. Les cellules 15, séparées par les parois 18, forment un maillage de la face 12 ou 13 du substrat 16. Un tel maillage est défini par un ensemble de noeuds N répartis sur la surface du substrat 16 (figures 4 à 7). Chaque noeud N correspond à la convergence d'au moins trois parois 18, et définit la position commune d'extrémités respectives de ces parois sur le substrat 16. Ainsi, un noeud donné N correspond à une ligne d'extrémité des parois qui convergent à ce noeud, cette ligne d'extrémité étant perpendiculaire à la surface du substrat 16. Sur les figures 4-7, la dimension d des cellules 15 et l'épaisseur d des parois 18 ne sont pas en proportion avec des dimension et épaisseur réelles, pour raison de clarté de ces figures. Le maillage de la surface du substrat 16 peut être un réseau périodique, ou régulier, de noeuds disposés sur cette surface. Un tel réseau périodique peut être hexagonal, aussi dit en nid d'abeille, triangulaire, par exemple à base de triangles équilatéraux, carré ou rectangulaire. Pour un réseau hexagonal, chaque noeud N correspond à la convergence de trois parois 18. Pour un réseau carré ou rectangulaire, chaque noeud N correspond à la convergence de quatre parois 18, et pour un réseau triangulaire, chaque noeud N correspond à la convergence de six parois 18. Alternativement, le maillage de la surface du substrat 16 peut être du type maillage aléatoire. Un tel maillage aléatoire ne présente pas de périodicité ni de symétrie. En outre, des noeuds distincts du maillage peuvent correspondre à des nombres variables de parois qui convergent. De tels maillages aléatoires peuvent être générés de nombreuses façons, notamment informatiquement. Parmi celles-ci, on peut citer les méthodes ab initio, dans lesquelles le maillage est généré en utilisant des processus de tirage au hasard de points de la surface du substrat 16 destinés à constituer des noeuds N, et dans lesquelles des parois 18 sont créées entre des paires de ces points aussi tirées au hasard. Un maillage aléatoire peut aussi être généré par déformation, ou déstructuration, d'un maillage régulier. Pour cela, des noeuds d'un réseau régulier sont écartés de leur position initiale d'une façon aléatoire ou pseudoaléatoire, et des parois du réseau ainsi déformé peuvent être éventuellement retirées, et/ou des parois supplémentaires peuvent être ajoutées. De préférence, les cellules 15 sont hermétiquement fermées, de façon à pouvoir contenir une substance à propriété optique sous forme de liquide ou de gel. De telles substances liquides ou gélifiées sont particulièrement avantageuses, car elles peuvent être placées dans les cellules en utilisant des procédés simples et rapides à mettre en oeuvre, telle que le remplissage au moyen d'une tête de projection d'encre du genre employé dans les imprimantes. En outre, des substances liquides ou gélifiées qui ont des propriétés optiques distinctes peuvent être facilement mélangées pour obtenir une substance résultante qui a une propriété optique intermédiaire entre celles des substances initiales. Un tel mélange de substances peut être réalisé avant le remplissage des cellules, ou in situ sur le composant optique en déposant successivement plusieurs substances dans une même cellule. Selon une première variante de l'invention, certaines au moins des parois 18 sont courbes, sur la surface du composant 10. Dans ce cas, la direction de chaque paroi 18 parallèlement à la surface du composant 10 varie progressivement entre les deux extrémités de cette paroi. Les figures 4 et 5 illustrent cette première variante de l'invention, respectivement pour un maillage carré et un maillage aléatoire. La courbure de chaque paroi 18 peut être quelconque: elle peut être constante entre les deux extrémités de la paroi, ou variable. Elle peut aussi ne pas changer de sens le long de la paroi, ou au contraire s'inverser à au moins un endroit sur la longueur de la paroi. La variation de courbure de chaque paroi le long de celle-ci peut elle-même être aléatoire ou régulière, par exemple lorsque la paroi a la forme d'une ondulation. Selon une seconde variante de l'invention, certaines au moins des parois 18 comprennent une succession de segments de parois rectilignes, référencés par exemple 18a, 18b, 18c (figures 6 et 7). Les segments de paroi rectilignes sont disposés bout-à-bout et relient les extrémités respectives des parois. La direction de chaque paroi 18 parallèlement à la surface du composant optique est alors constante le long de chaque segment, et varie entre des segments successifs. Les figures 6 et 7 illustrent cette seconde variante, respectivement pour un maillage carré et pour un maillage aléatoire. Les segments rectilignes successifs d'une même paroi 18 peuvent former des changements de direction quelconques. Autrement dit, l'angle entre deux segments successifs peut avoir une valeur absolue et un sens quelconques. La rupture d'une paroi en segments rectilignes peut être effectuée de façon aléatoire, ou pseudo-aléatoire en contrôlant la variation de direction entre deux segments successifs. Notamment, une paroi peut être en forme de zig-zag, dont le profil peut constituer un motif répété pour plusieurs parois. De façon générale, grâce à la variation de la direction de chaque paroi 18, une indicatrice de diffusion lumineuse par cette paroi, considérée isolément, est assez large pour que la proximité d'un grand nombre de telles parois à la surface du composant 10 crée une diffusion macroscopique sensiblement isotrope. Aucun éclat lumineux ni aucun scintillement n'apparaît alors lorsque le verre 11 est éclairé. De préférence, pour accroître l'isotropie de la diffusion macroscopique créée par le composant optique 10, chaque paroi 18 peut comprendre des points situés sur sa longueur entre lesquels la direction de la paroi varie d'au moins 5 degrés, et de préférence d'au moins 10 degrés. II est entendu que de nombreuses modifications peuvent être introduites dans les modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant au moins partiellement certains des avantages de l'invention. Parmi ces modifications, on peut citer: plusieurs ensembles de cellules peuvent être superposés en couches successives sur une des faces du composant optique 10; - deux ensembles de cellules peuvent être disposés respectivement sur les deux faces 12 et 13 du composant 10; - les cellules 15 peuvent être disposées selon plusieurs maillages différents dans des parties respectives distinctes de la surface du composant optique 10; et - des couches antireflet et/ou des couches dures, référencées 19 et 20 sur la figure 3, peuvent être formées au dessus de l'ensemble des cellules 15. REVENDICATIONS 1. Composant optique transparent (10) comprenant au moins un ensemble de cellules (15) juxtaposées sur une surface du composant, chaque cellule contenant une substance à propriété optique et deux cellules voisines étant séparées par une paroi (18) s'étendant perpendiculairement à la surface du composant, le composant étant caractérisé en ce que certaines au moins des parois ne sont pas rectilignes à la surface du composant. 2. Composant optique selon la revendication 1, dans lequel les cellules (15) sont juxtaposées selon un maillage de la surface du composant, chaque paroi (18) de séparation de deux cellules voisines s'étendant entre deux extrémités de ladite paroi correspondant à des noeuds du maillage, et caractérisé en ce que certaines au moins des parois (18) ont des directions respectives variables le long desdites parois entre les extrémités correspondantes, parallèlement à la surface du composant. 3. Composant optique selon la revendication 2, dans lequel la direction de certaines parois (18) varie, parallèlement à la surface du composant optique, d'au moins 5 degrés le long de ladite paroi. 4. Composant optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel certaines au moins des parois (18) sont courbes, sur la surface 20 du composant optique. 5. Composant optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel certaines au moins des parois (18) comprennent une succession de segments de paroi rectilignes reliant les extrémités respectives desdites parois. 6. Composant optique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le maillage de la surface du composant optique (10) comprend un réseau périodique de noeuds disposés sur ladite surface. 7. Composant optique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le maillage de la surface du composant optique est de type maillage aléatoire ou pseudo-aléatoire. 8. Composant optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel certaines au moins des parois (18) ont une épaisseur comprise entre 0,10 pm et 5 pm, mesurée parallèlement à la surface du composant optique. 9. Composant optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les cellules (15) sont hermétiquement fermées. 10. Elément optique (11) obtenu par découpage d'un composant optique transparent (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Elément optique selon la revendication 10, comprenant un verre ophtalmique.