Brevet FR2887638A1 — publié le 20061229

LENTILLE A FOCALE VARIABLE A.VARIATION DE PRESSION INTERNE REDUITE Domaine de l'invention La présente invention concerne une lentille à focale variable et plus particulièrement une lentille mettant en oeuvre la déformation d'une goutte de liquide par des phénomènes d'électromouillage. Exposé de l'art antérieur Une lentille à focale variable est constituée d'une enceinte, délimitée par deux plaques parallèles transparentes, qui contient au moins deux liquides non miscibles et d'indices de réfraction différents. L'interface entre les deux liquides définit un dioptre mobile que traversent les faisceaux lumineux reçus par la lentille. La lentille liquide comprend des moyens pour déformer le dioptre mobile par des phénomènes d'électromouillage permettant ainsi de modifier la puissance optique de la lentille. La monture d'une telle lentille constitue généralement une structure rigide. La pression des liquides dans la monture peut s'accroître de façon importante par exemple lors des opérations de montage des pièces constituant la monture, ou, une fois la monture assemblée, lors d'une augmentation de la température des liquides de la lentille qui ont des coefficients de dilatation supérieurs aux coefficients de dilatation des matériaux constituant la monture. Une pression trop importante des liquides contenus dans la monture risque d'entraîner une déformation des plaques transparentes d'où il résulte une distorsion optique indésirable. Dans le pire cas, si l'augmentation de la pression des liquides est trop importante, il peut en résulter une rupture des plaques transparentes. Il faut donc prévoir des précautions particulières lors de l'assemblage de la monture de la lentille et/ou limiter la plage de température autorisée pour le stockage et l'utilisation d'une telle lentille. La demande de brevet FR 04/52747, déposée au nom de la demanderesse et non encore publiée, décrit une monture de lentille à focale variable comportant un dispositif de compensation de la dilatation des liquides qu'elle contient. La figure 1 reproduit sensiblement la figure 3 de la demande de brevet FR 04/52747 et représente une monture de lentille à focale variable 10, d'axe A, qui est constituée d'une partie supérieure 12 et d'une partie inférieure 14 qui, lorsqu'elles sont assemblées, définissent un volume interne 15. La partie inférieure 14 comprend un corps 16 comprenant une base 17, traversée par une ouverture centrale 18, et se prolongeant par une portion latérale cylindrique 20. La base 17 comprend une portion ondulée 23 dont la section selon un plan contenant l'axe A a la forme d'un "S". Une plaque cylindrique transparente 24 est fixée au corps 16 par de la colle 22. La partie supérieure 12 de la monture 10 comprend un couvercle 30, traversé en partie centrale par une ouverture cylindrique 32 et se prolongeant par une paroi latérale cylindrique 34. Le couvercle 30 comprend une portion élastique 36 prévue entre l'ouverture 32 et la paroi latérale cylindrique 34. La portion élastique 36 est constituée d'une portion ondulée dont la section selon un plan contenant l'axe A a la forme d'un "S". Une plaque cylindrique transparente 38 est fixée au couvercle 30 par de la colle 40. Une pièce intermédiaire 42 est disposée dans le volume interne 15 en contact électrique avec le corps 16. La pièce intermédiaire 42 est traversée par une ouverture définissant une surface conique 48 adjacente à la plaque de verre 24. La pièce intermédiaire 42 est constituée d'un matériau conducteur et est recouverte d'une couche isolante 49 au niveau des surfaces en contact avec des liquides. Un joint 50 est disposé entre le corps 16 et le couvercle 30. Une goutte d'un liquide isolant 52 est disposée au niveau de la surface conique 48, le reste du volume interne 15 étant rempli d'un liquide conducteur de l'électricité 54, non miscible avec le liquide isolant, d'indice de réfraction différent et sensiblement de même densité. Par des phénomènes d'électro- mouillage, il est possible, en fonction de la tension V appliquée entre la pièce intermédiaire 42 et le couvercle 30 de modifier la courbure de la surface de contact entre les deux liquides, le bord de l'interface entre le liquide conducteur 54 et le liquide isolant 52 se déplaçant au niveau de la surface tronconique 48. La surface de contact passe par exemple de la forme initiale concave désignée par la référence A à la forme convexe représentée en pointillés et désignée par la référence B. Ainsi, un faisceau lumineux traversant la cellule orthogonalement aux plaques 38 et 24 sera plus ou moins focalisé selon la tension appliquée. Le liquide conducteur est généralement un liquide aqueux et le liquide isolant un liquide huileux. Les portions ondulées en "S" 23, 36 sont susceptibles de se déformer en cas de dilatation des liquides contenus dans le volume interne 15 pour limiter l'augmentation de la pression interne de la lentille. Un inconvénient d'une telle lentille est qu'une déformation des portions ondulées 23, 36 peut entraîner un changement de la forme de la monture de la lentille, notamment la distance séparant les deux plaques transparentes 24, 38, ce qui peut amener l'apparition de défauts optiques supplémentaires. En outre, le fait que la monture est déformable peut rendre difficile l'obtention d'un positionnement précis des pièces constituant la monture les unes par rapport aux autres. Ainsi, le centrage de la partie optique de la lentille peut s'avérer difficile à maintenir par rapport à une référence extérieure à la lentille. De plus, la réalisation des portions 23, 36 en "S" nécessite des étapes d'emboutissage spécifiques, ce qui complique la fabrication d'une telle lentille. Par ailleurs, l'utilisation d'une monture de lentille déformable s'avère inadaptée lorsque la pression interne de la lentille diminue trop fortement, par exemple en raison d'une forte diminution de la température. En effet, lorsque la pression interne de la lentille diminue en dessous de la pression de vapeur saturante de l'un des liquides contenus dans la lentille, des bulles de gaz se forment spontanément dans le volume interne de la lentille, ce qui peut en perturber le fonctionnement. Pour éviter un tel phénomène, il est nécessaire, lors de la fabrication de la lentille, de mettre le volume interne en surpression. On empêche ainsi une diminution trop importante de la pression interne de la lentille en fonctionnement. De plus, même si la monture de la lentille à focale variable 10 est déformable, elle présente une résistance à la déformation. Il en résulte une augmentation inévitable de la pression dans la lentille qui peut facilement être de l'ordre de 10 bars pour un chauffage à 80 C. Il est alors difficile de concevoir une lentille à focale variable qui doit non seulement résister à des pressions élevées, mais également à de grandes variations de pression. Résumé de l'invention La présente invention vise une lentille à focale variable permettant de limiter la variation de la pression interne de la lentille lors d'une variation de température. Un autre objet de la présente invention est d'éviter la formation spontanée de bulles de gaz indésirables dans la lentille à focale variable lors d'un abaissement trop important de la température. Dans ce but, elle prévoit une lentille à focale variable par électromouillage comprenant au moins un liquide et une bulle de gaz en contact avec ledit liquide et un moyen de maintien de la bulle de gaz en dehors des trajets des rayons lumineux traversant la lentille. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la lentille comprend une première chambre contenant des premier et second liquides non miscibles, d'indices de réfraction différents, et définissant un dioptre optique susceptible d'être déformé par des phénomènes d'électromouillage; une seconde chambre contenant le premier liquide et la bulle de gaz; un moyen de passage du premier liquide entre les première et seconde chambres; et un moyen de rétention de la bulle de gaz dans la seconde chambre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde chambre comprend au moins une paroi au contact de la bulle de gaz constituée ou recouverte d'un matériau qui ne mouille pas avec le premier liquide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de passage comprend des parois constituées ou recou- vertes d'un matériau qui mouille avec le premier liquide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde chambre est délimitée par des première, deuxième et troisièmes parois, la première paroi étant inclinée d'un premier angle par rapport à la deuxième paroi, la deuxième paroi étant inclinée d'un deuxième angle par rapport à la troisième paroi et la première paroi étant inclinée d'un troisième angle par rapport à la troisième paroi, le premier angle étant inférieur au deuxième angle et au troisième angle. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 35 le moyen de passage correspond à des pores d'un matériau poreux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde chambre correspond à des pores d'un matériau poreux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde chambre a la forme d'un tube dont une extrémité débouche dans la première chambre et dont l'extrémité opposée est borgne. La présente invention prévoit également un procédé de fabrication d'une lentille à focale variable par électromouillage, comprenant les étapes consistant à prévoir une première portion d'enceinte; à remplir la première portion d'enceinte d'au moins un liquide; à former, dans la première portion d'enceinte, une bulle de gaz en contact avec ledit liquide au niveau d'une région qui n'est pas susceptible d'être traversée par des rayons lumineux traversant la lentille; et à refermer l'enceinte avec une seconde portion d'enceinte. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les trois dernières étapes sont réalisées sous pression réduite. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation particuliers faite à titre non- limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, précédemment décrite, est une coupe d'une lentille à focale variable comprenant un dispositif de compensation de la dilatation des liquides contenus dans la lentille; la figure 2 illustre le principe général d'une lentille à variation de pression interne réduite selon l'invention; et les figures 3 à 11 représentent des exemples de réalisation plus détaillés d'une lentille à variation de pression interne réduite selon l'invention. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été 35 désignés par de mêmes références aux différentes figures. La présente invention consiste à introduire volontairement une bulle de gaz en contact avec l'un des liquides contenus dans la lentille, en prenant soin d'éviter que la bulle de gaz soit présente au niveau de la zone de passage des rayons lumineux. Lors de variations de température, les liquides conte-nus dans la lentille se dilatent au dépend de la bulle de gaz qui est très compressible par nature, limitant ainsi la variation de la pression interne de la lentille. Le gaz peut être de l'air, un gaz neutre ou un mélange de gaz neutres ou de la vapeur de l'un des liquides contenus dans la lentille. La figure 2 représente une lentille 60 à focale variable mettant en oeuvre le principe de compensation selon la présente invention. La lentille 60 comprend une chambre optique 61, délimitée par deux lames transparentes 62, 64 fixées au niveau de leur périphérie à une pièce intermédiaire 66. La chambre optique 61 est entièrement remplie de deux liquides 67, 68, dont la surface de contact définit un dioptre mobile 69 et contient les éléments, non représentés, nécessaires à déformer le dioptre mobile 69 par électromouillage. La pièce intermédiaire 66 comprend une chambre d'expansion 70 partiellement remplie du liquide 67, le reste correspondant à une bulle de gaz 72. La chambre d'expansion 70 ne participe pas aux propriétés optiques de la lentille 60. La chambre d'expansion 70 est reliée à la chambre optique 61 par un moyen de passage 74, qui en figure 2, est représenté par une conduite. La forme ou la nature des parois de la chambre d'expansion 70 et/ou du moyen de passage 74 assure que la bulle de gaz 72 reste dans la chambre d'expansion 70 et ne pénètre pas dans la chambre optique 61. Lors de la dilatation des liquides, une quantité plus ou moins importante du liquide 67 pénètre dans la chambre d'expansion 70 ou quitte la chambre d'expansion 70 et entraîne une variation du volume de la bulle de gaz 72. On peut prévoir plusieurs chambres d'expansion distinctes, chacune étant reliée à la chambre optique 61 de façon à prévoir plusieurs bulles de gaz de dimensions réduites. Ceci permet de minimiser les risques de mouvements des bulles de gaz 72 lors de chocs mécaniques. Les figures 3 et 4 sont une coupe générale et une coupe de détail d'un premier exemple de réalisation de la lentille à focale variable 60 selon l'invention. La pièce intermédiaire 66 correspond à une bague annulaire d'axe A comprenant une ouverture centrale définissant la chambre optique 61 contenant les deux liquides non miscibles 67, 68 dont l'interface définit le dioptre mobile 69. La bague annulaire 66 comprend une paroi interne tronconique 78 au niveau de laquelle est susceptible de se déplacer le dioptre 69 par des phénomènes d'électromouillage mis en oeuvre par des moyens non représentés. Dans le présent exemple, le liquide 67 est un liquide aqueux et le liquide 68 est un liquide huileux. La chambre d'expansion 70 est, dans le présent exemple de réalisation, à symétrie de rotation autour de l'axe A. Elle est définie par une paroi supérieure 84 correspondant à une portion de la paroi inférieure de la lame supérieure 62, une paroi inférieure 86 inclinée par rapport à la paroi supérieure 84 d'un angle a, et une paroi de fond 88 inclinée par rapport à la paroi inférieure 86 d'un angle R et par rapport à la paroi supérieure 84 d'un angle y, la paroi inférieure 86 et la paroi de fond 88 correspondent à des portions de la paroi supérieure de la bague annulaire 66. Le moyen de passage 74 correspond dans le premier exemple de réalisation à un interstice annulaire d'épaisseur d qui fait communiquer la chambre d'expansion 70 avec la chambre optique 61 de façon qu'une partie du liquide aqueux 67 puisse se déplacer entre la chambre d'expansion 70 et la chambre optique 61. De préférence, l'épaisseur d est infé- rieure à quelques dizaines de micromètres. L'interstice 74 peut ne pas avoir une épaisseur constante et peut être obtenu par la simple mise en appui de la lame supérieure 62 sur la bague annulaire 66, les irrégularités de surface de la lame 62 et de la bague annulaire 66 étant suffisantes pour assurer la présence de canaux de communication entre la chambre optique 61 et la chambre d'expansion 70. Les parois qui définissent l'interstice annulaire 74 sont recouvertes d'un matériau hydrophile de façon que les forces capillaires s'opposent au passage de la bulle de gaz 72 dans l'interstice annulaire 74. L'angle a est inférieur aux angles R et y de façon que le liquide aqueux soit spontanément attiré vers le coin d'angle a et que la bulle de gaz 72 soit repoussée du côté de la paroi de fond 88. De façon à faciliter encore davantage le positionnement de la bulle de gaz 72 au niveau de la paroi de fond 88, les parois supérieure et inférieure 84, 86 peuvent être recouvertes d'un matériau hydrophile et la paroi de fond 88 peut être recouverte d'un matériau hydrophobe. La figure 5 représente un deuxième exemple de réalisation analogue au premier exemple de réalisation à la différence que le moyen de passage est constitué d'un anneau 82 d'un matériau poreux disposé entre la chambre d'expansion 70 et la chambre optique 61. Le matériau poreux peut être un matériau hydrophile ou les pores du matériau poreux peuvent être recouverts d'un matériau hydrophile. Le deuxième mode de réalisation présente l'avantage de permettre une bonne stabilisation de la bulle de gaz 72 dans la chambre d'expansion 70 puisque la bulle de gaz 72 peut difficilement pénétrer les pores de l'anneau poreux 82. La figure 6 représente un troisième exemple de réalisation dans lequel la chambre d'expansion 70 est constituée d'une région à symétrie de révolution autour de l'axe A délimitée par une paroi inférieure 90 et une paroi supérieure 92 inclinées l'une par rapport à l'autre et dont la section selon un plan contenant l'axe A correspond à un "V" d'angle y. Le moyen de passage 74 correspond à une région annulaire qui prolonge la chambre d'expansion 70. Les parois 90, 92 sont recouvertes d'un matériau hydrophobe de façon que la bulle de gaz 72 se localise spontanément au niveau du coin d'angle y. La figure 7 représente un quatrième exemple de réalisation dans lequel la chambre d'expansion 70 a une forme annulaire dont la section selon un plan contenant l'axe A correspond à un "V" d'angle y dont la pointe est orientée vers la chambre optique 61. Le moyen de passage 74 correspond à un interstice annulaire qui débouche dans la chambre d'expansion 70 du côté opposé au coin d'angle y. Par rapport au troisième exemple de réalisation, le quatrième exemple de réalisation permet de réduire le risque que la bulle de gaz 72 ne pénètre dans la chambre optique 61. La figure 8 représente, très schématiquement, un cinquième exemple de réalisation dans lequel la chambre d'expansion 70 est constituée par les pores de la région centrale d'un bloc 94 d'un matériau poreux, qui est disposé au contact du liquide 67 de la chambre optique 61 sans gêner le parcours des faisceaux lumineux. La ligne 96 en traits pointillés représente la limite entre la bulle de gaz 72 et le liquide 67. La région centrale du bloc 94 est constituée ou recouverte d'un matériau fortement hydrophobe, de sorte que le liquide ne tende pas, par capillarité, à chasser la bulle de gaz 72 hors du bloc 94 de matériau poreux. Le moyen de passage 74 correspond alors à la région périphérique du bloc 94. La figure 9 représente une variante du cinquième exemple de réalisation dans lequel on prévoit que la région périphérique du bloc 94 de matériau poreux (délimitée en figure 10 par des traits pointillés 97) en contact avec le liquide 67 de la chambre optique 61 est constituée ou recouverte d'un matériau hydrophile de façon à empêcher le passage de la bulle de gaz 72 piégée dans le bloc 94 de matériau poreux. Les figures 10 et 11 représentent respectivement une coupe et une vue de dessus d'un sixième exemple de réalisation dans lequel la chambre d'expansion 70 est constituée d'une gorge qui s'enroule en spirale autour de l'axe A et qui est réalisée au niveau de la face supérieure de la bague annulaire 66. Une extrémité 98 de la spirale débouche au niveau de la chambre optique 61, et l'extrémité opposée 99 est borgne. La bulle de gaz est localisée au niveau de l'extrémité borgne 99 de la gorge. Les parois de la gorge sont recouvertes d'un matériau hydrophobe au moins au niveau de l'extrémité borgne 99 pour favoriser le maintien de la bulle de gaz dans cette partie de la gorge. Un tel exemple de réalisation permet d'éviter efficacement que la bulle de gaz ne s'échappe de la gorge en cas de chocs. Les premier, deuxième, troisième, quatrième et sixième exemples de réalisation présentent l'avantage que la chambre d'expansion 70 est accessible tout au long du procédé de fabrication de la lentille jusqu'aux étapes finales avant la mise en place de la lame supérieure 62. De ce fait, des procédés de traitement de surface peuvent facilement, si nécessaire, être mis en oeuvre. De façon générale, il est avantageux de disposer une ou plusieurs chicanes au niveau de la chambre d'expansion 70 et/ou du moyen de passage 74. En effet, ceci permet de diminuer les risques que la bulle de gaz 72 pénètre dans la chambre optique 61, notamment dans le cas de déplacements brusques de la lentille 60. Une chicane peut être prévue de façon analogue à ce qui est représenté en figure 7 sous la forme d'une région coudée ou de plusieurs régions coudées au niveau de la chambre d'expansion 70, du moyen de passage 74 ou entre les deux. Une chicane peut également être réalisée sous la forme d'une ou de plusieurs protubérances disposées au niveau de la chambre d'expansion 70, en contact avec le liquide 67, ou au niveau du moyen de passage 74. Le procédé de fabrication d'une lentille selon l'invention peut comprendre une étape consistant à immerger la lentille dans le liquide aqueux à pression ambiante, le liquide huileux étant mis en place dans la chambre optique 61 avant ou après immersion de la lentille 60 dans le liquide aqueux. Dans ce cas, lors de la fermeture de la lentille 60 (c'est-à-dire lors de la fixation des lames 62, 64 à la bague annulaire 66 dans les exemples de réalisation précédemment décrits), la pression interne de la lentille augmente en raison du piégeage d'un excès de liquide aqueux. Il en résulte que, même pour une fermeture à pression ambiante, on obtient une surpression dans la lentille après fermeture. Les exemples de réalisation précédemment décrits sont particulièrement adaptés au cas où la lentille est remplie des liquides aqueux et huileux sous vide de sorte que les liquides qu'elle contient sont naturellement dégazés. La pression interne de la lentille 60, après fermeture de la lentille 06, est alors égale à la pression de vapeur saturante du liquide aqueux. La pression de vapeur saturante du liquide aqueux est en général assez basse. A titre d'exemple, dans le cas de l'eau, elle est de l'ordre de 2,3 kPa à 20 C, 12,3 kPa à 50 C, 47,4 kPa à 80 C et 101 kPa à 100 C. La pression dans la lentille reste donc inférieure à la pression atmosphérique sur la totalité de la plage habituelle de températures de fonctionnement de la lentille 60. Les lames supérieure et inférieure 62, 64 peuvent donc être disposées de part et d'autre de la bague annulaire 66, comme cela est représenté en figure 3, pour que la colle ou la soudure assurant la fixation des lames 62, 64 à la bague annulaire 66 travaille toujours en compression. En outre, la variation de pression interne reste relativement faible même sur un intervalle de température important. En effet, pour des températures variant de -40 C à 80 C, la pression interne de la lentille 60 selon l'invention réalisée sous vide varie de moins d'une atmosphère. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, pour les premier, deuxième, troisième et quatrième exemples de réalisation, la chambre d'expansion peut ne pas être annulaire mais peut correspondre à des secteurs d'anneau répartis au niveau de la périphérie de l'ouverture centrale de la bague annulaire 66. Par ailleurs, les exemples de réalisation précédemment décrits portent sur une lentille 60 constituée de trois pièces 62, 64 et 66. Toutefois, il est clair que la présente invention peut être mise en oeuvre pour des lentilles de structure différente, constituées d'un nombre plus ou moins important de pièces. REVENDICATIONS 1. Lentille (60) à focale variable par électromouillage comprenant au moins un liquide (67) et une bulle de gaz (72) en contact avec ledit liquide et un moyen (70, 74) de maintien de la bulle de gaz en dehors des trajets des rayons lumineux traversant la lentille. 2. Lentille selon la revendication 1, comprenant: une première chambre (61) contenant des premier et second liquides (67, 68) non miscibles, d'indices de réfraction différents, et définissant un dioptre optique (69) susceptible d'être déformé par des phénomènes d'électromouillage; une seconde chambre (70) contenant le premier liquide et la bulle de gaz (72) ; un moyen de passage (74; 82) du premier liquide entre les première et seconde chambres; et un moyen de rétention de la bulle de gaz dans la seconde chambre. 3. Lentille selon la revendication 2, dans laquelle la seconde chambre (70) comprend au moins une paroi (88; 90, 92) au contact de la bulle de gaz (72) constituée ou recouverte d'un matériau qui ne mouille pas avec le premier liquide (67). 4. Lentille selon la revendication 2, dans laquelle le moyen de passage (74; 82) comprend des parois constituées ou recouvertes d'un matériau qui mouille avec le premier liquide (67). 5. Lentille selon la revendication 2, dans laquelle la seconde chambre (70) est délimitée par des première, deuxième et troisièmes parois (84, 86, 88), la première paroi étant inclinée d'un premier angle (a) par rapport à la deuxième paroi, la deuxième paroi étant inclinée d'un deuxième angle (13) par rapport à la troisième paroi et la première paroi étant inclinée d'un troisième angle (y) par rapport à la troisième paroi, le premier angle étant inférieur au deuxième angle et au troisième angle. 6. Lentille selon la revendication 1, dans laquelle le moyen de passage (74; 82) correspond à des pores d'un matériau poreux. 7. Lentille selon la revendication 2, dans laquelle la 5 seconde chambre (70) correspond à des pores d'un matériau poreux. 8. Lentille selon la revendication 2, dans laquelle la seconde chambre (70) a la forme d'un tube dont une extrémité (98) débouche dans la première chambre (61) et dont l'extrémité 10 opposée (99) est borgne. 9. Procédé de fabrication d'une lentille (60) à focale variable par électromouillage, comprenant les étapes suivantes: (a) prévoir une première portion d'enceinte (64, 66) ; (b) remplir la première portion d'enceinte d'au moins un liquide (67) ; (c) former, dans la première portion d'enceinte, une bulle de gaz (72) en contact avec ledit liquide au niveau d'une région qui n'est pas susceptible d'être traversée par des rayons lumineux traversant la lentille; et (d) refermer l'enceinte avec une seconde portion d'enceinte (62). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les étapes (b), (c) et (d) sont réalisées sous pression réduite.