Procédé pour la production de lentilles, miroirs et autres éléments optiques à haute précision optique. La présente invention a pour objet un pro cédé pour la production de lentilles, miroirs et autres éléments optiques à haute précision optique qui se distinguent des lentilles ordi naires pour postes lumineux avertisseurs, si gnaux de trafic et phares d'automobiles par leur qualité supérieure au point de vue opti que.
Des lentilles ou éléments optiques du genre précité à haute précision optique, tels que. par exemple, les lentilles asphériques, miroirs, prismes, etc., susceptibles d'éviter des aberrations sphériques et autres (à l'exception de celles chromatiques) et de pourvoir, d'au tre part. à une capacité optique standard avec un seul membre composant, étaient soit très coûteux à fabriquer ou, dans le cas d'éléments optiques zonaux, tels que ceux du type Fresnel, leur production a été impossible ou du moins prohibitive au point de vue du coût.
Il est en pratique impossible d'ajuster les zones séparées desdits .éléments optiques zonaux ou de maintenir leurs ajustements de manière que leurs axes ou surfaces soient si tués exactement dans l'axe ou plan optique du système.
Dans le brevet anglais no 416398, on a décrit un procédé pour la fabrication de len tilles et autres éléments optiques de préci sion à partir de ce qui est appelé verre "plastique", par moulage de ce dernier et par pression à chaud à des températures. modérées entre des matrices dont les faces actives sont optiquement polies.
Dans ce genre de fabrica tion, les courbures définitives des surfaces des lentilles ou autres éléments optiques ne coïn cident pas absolument exactement, à des tem pératures ordinaires, avec celles des matrices optiques employées pour le moulage, étant donné que les "surfaces de la matrice et de l'élément-en verre plastique moulé se refroi dissent plus rapidement que les portions inté rieures de l'élément en verre plastique moulé.
Par conséquent, il est impossible de produire avec ce procédé un élément optique en verre plastique qui, tout en ayant un grand angle d'ouverture, est d'une haute précision optique.
Le procédé faisant l'objet de l'invention, dans lequel du verre "plastique" est pressé entre des matrices optiquement polies, résout le problème indiqué. A cet effet, ce procédé est caractérisé en ce que pour produire un élé ment optique à face au moins sensiblement sphérique, on donne à la.
matrice la forme sphérique correspondant approximativement à celle que doit recevoir l'élément optique à fa briquer, après quoi on établit au moins un élé ment optique par moulage au moyen de cette matrice et détermine le degré dont cet élé ment optique varie de la forme exacte re quise, par une méthode d'essayage interféro- métrique, pour ensuite corriger la. matrice d'une manière correspondante par un polis sage local de celle-ci qui permet alors de pro duire des éléments optiques de la forme exacte requise.
Pour produire, d'après le procédé suivant l'invention, une lentille asphérique ayant une courbure de surface prédéterminée, on peut s'y prendre, par exemple, comme suit: Le verre plastique est moulé d'une ma nière connue, par exemple comme indiqué au brevet anglais susmentionné. En ce qui con cerne la matrice, on lui donne d'abord une surface a sphérique, prédéterminée approxima tivement correcte, à l'aide d'un instrument vérificateur tel que, par exemple, une jauge qui permet de réaliser une précision de l'or dre de seulement 0,025 mm ou au mieux de 0,0025 mm.
Ensuite, une ou plusieurs lentilles préliminaires sont moulées dans la matrice après quoi on détermine le degré de correc tion de cette ou ces lentilles par rapport à la courbure asphérique exacte requise, par des méthodes d'essayage interférométriques et on effectue un polissage local correspon dant de la surface de matrice jusqu'à ce qu'elle présente la forme optique exacte re quise permettant alors de produire des len tilles à surface asphérique exacte.
Il est évi dent que le mode de procédé tel que décrit ci-dessus permet de réaliser, grâce au polis- sage local de la matrice déterminé par une comparaison interférométrique, une précision approchant la limite de tolérance Raleigh de )/4.
Le procédé suivant l'invention permet de produire une lentille exactement sphérique ayant un angle d'ouverture relativement grand et une haute précision optique. A cet effet, on peut procéder, par exemple, de la façon suivante:
On effectue le moulage du verre plastique de la manière sus-indiquée et compense les effets de température non-uniformes en don- nant d'abord à la matrice une forme exacte ment sphérique, après quoi on établit une ou plusieurs lentilles préliminaires, détermine par des méthodes d'essayage interférométriques le degré de déviation ou correction de cette ou ces lentilles par rapport à la courbure sphérique exacte requise et effectue alors un polissage local de la matrice conformément au degré de déviation ou correction trouvé, pour ensuite produire, par moulage,
des lentilles à grand angle d'ouverture et d'une forme exac tement sphérique.
Dans le cas d'éléments optiques zonaux, tels que ceux du type Fresnel, la matrice peut être établie, dans un mode d'exécution particulier du procédé, au moyen de plusieurs portions de dimensions latérales appropriées, longitudinalement relativement déplaçables, maintenues au déplacement longitudinal rela tif requis pendant le moulage par pression à chaud du verre plastique, afin de donner par là. à celui-ci la forme requise type Fresnel ou autre.
Les portions de la matrice peuvent être établies initialement toutes à la même longueur et pendant qu'elles sont. uniformé ment assemblées. une face de l'ensemble ainsi formé peut recevoir la forme élémentaire opti- quement exacte, sphérique ou autre régulière, et être corrigée d'après un essayage interféro- métrique d'un élément moulé avec cette ma- trice. Ensuite,
lesdites portions peuvent être relativement déplacées longitudinalement les unes par rapport aux autres de la quantité re quise pour réaliser la relation de surface de moulage étagée pour une lentille Fresnel ou autre élément optique de ce genre.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exem ples, deux modes d'exécution du procédé sui vant l'invention.
La fig. 1 est une section diamétrale d'une lentille du type Fresnel à une échelle exagé rément grande pour faciliter l'explication de l'invention; La fig. 2 -est une section similaire d'une matrice composite au moyen de laquelle la lentille Fresnel de la fig. 1 a été moulée;
La fig. 3 est une coupe similaire illustrant la manière de confectionner ladite matrice composite; La fig. 4 est une section similaire mon trant une lentille asphérique ou sphérique cor rigée ainsi qu'une matrice servant à son mou lage.
En se référant aux fig. 1, 2 et 3, on re marquera que la lentille montrée en fig. 1 est faite en verre "plastique" moulé par pression à chaud entre une matrice inférieure (non représentée) et une matrice supérieure repré sentée à la fig. 2, laquelle est confectionnée de la. manière décrite ci-après et comme re présenté à la fig. 3.
Pour une lentille Fresnel à trois zones, par exemple, ladite matrice su périeure comprend trois portions, à savoir un noyau ou cylindre central 1, de section circu laire, une portion tubulaire 2 entourant join- tivement le noyau 1 et une portion tubulaire extérieure 3 entourant jointivement la portion tubulaire intermédiaire 2. Bien entendu, il peut y avoir plus de deux portions tubulaires de ce genre suivant le nombre de zones que la lentille doit avoir. Les portions ou sections 1, 2 et 3 peuvent être en fer ou en acier adouci.
Au début, les sections 1, 2 et 3 ont leurs extrémités supérieures à fleur les unes des autres, mais pour confectionner la matrice au son ébauche, lesdites extrémités seront ajus tées à la position étagée de la fig. 3, celle-ci dépendant du degré d'étagement relatif que doivent avoir les. différentes zones de la len tille Fresnel (fig. 1). A cet effet, les trois sections 1, 2 et 3 auront initialement toutes la même longueur, étant ensuite tronquées ou coupées convenablement à leur extrémité su périeure pour présenter la forme en gradin requise.
Les trois sections sont alors assem blées de façon que leurs extrémités inférieures se trouvent dans le plan indiqué par la ligne 4 à la fig. 3. Dans cette position, les trois sections 1, 2 et 3 peuvent être rigidement fixées en position au moyen d'une cale 5 enfi lée dans des trous appropriés pratiqués dans lesdites sections et retenant l'ensemble des sections immuablement dans la position repré sentée à la fig. 3.
La face inférieure de l'é bauche de matrice ainsi établie est ensuite., comme on l'a fait remarquer ci-dessus, corri gée par un polissage local après moulage d'un élément optique et .détermination du degré dont cet élément varie de la forme requise, par une méthode d'essayage interféromé- trique, de façon à réaliser une surface concave exactement sphérique, hautement polie, comme il est décrit plus loin en regard de la fi-. 4.
La cale 5 peut alors être retirée et l'en semble des sections 1, 2 et 3 sera retourné sens dessus dessous et posé sur une surface plane, de sorte que les extrémités auparavant supérieures des sections viendront toutes se trouver alignées sur cette surface plane. alors que la formation étagée en gradin apparaî tra aux surfaces concaves sphéro-partielles aux extrémités opposées. Dans cette position relative des sections, celles-ci seront calées par la cale précitée introduite en 5a dans un autre jeu de trous pratiqués dans les sections (fig. 2).
Les sections 1, 2 et 3 ainsi ver rouillées dans leur position relative consti tuent alors la véritable forme ou matrice de moulage pour la pression à chaud de la len tille Fresnel représentée à, la fig. 1.
On comprend que l'étendue de la, zone en gradin de la lentille Fresnel peut être réalisée par d'autres manières que celle décrite en re gard des fig. ,2 et<B>3,</B> l'essentiel étant que les différentes portions ou sections de la matrice composite puissent être fixées dans leurs posi tions relatives requises. Ainsi, à titre d'exem ple élémentaire, les sections peuvent être en.
prise par filetage les unes avec les autres, pour pouvoir être déplacées longitudinale ment les unes par rapport aux autres, alors qu'elles seraient verrouillables contre toute rotation relative par des chevilles disposées pour être insérées dans des trous longitudi naux des sections.
Il faudra bien veiller à ce que le centre de courbure de la surface sphérique de l'é bauche de matrice soit situé dans l'axe géo métrique du noyau central 1 et des sections tubulaires 2, 3, mais on peut prouver théori quement que le degré d'exactitude requis à. ce point de vue est bien moindre que l'exacti- i.ude requise au point de vue de l'alignement. des axes des différentes zones, cette exacti tude étant obtenue facilement et automatique ment par le mode de confection décrit de la matrice.
La fig. 4 montre, à titre d'exemple, en 6. une simple lentille plan-convexe et en 7 l'une des deux matrices servant à la formation de cette lentille, la contre-matrice n'étant pas re présentée. Bien entendu, la lentille et la. ma trice peuvent être du type de celles des fig. 1 et 5.
La lentille 6 représentée est supposée avoir une face supérieure exactement sphé rique, tandis que la face conformatrice opti- quement polie 8 de la matrice est supposée être asphérique, comme cela est indiqué avec exagération par les parties noircies 9, ou bien la lentille peut être supposée comme étant asphérique. Ainsi, les parties noircies 9 re présentent la portion de la surface de matrice enlevée par polissage, de façon à pourvoir, comme résultat final,
à une surface supérieure vraiment sphérique sur la lentille 6, ou bien lesdites parties noircies 9 peuvent représen ter la différence entre la vraie surface sphé rique telle qu'elle est supposée être indiquée par la face supérieure de la lentille 6 dans la figure, et la surface asphérique que la len tille doit avoir, auquel cas la surface 8 de la matrice aura, bien entendu, approximative ment cette forme asphérique, corrigée égale ment, si on le désire, au point de vue d'ef fets de refroidissement non-uniformes.
Dans ce mode d'exécution, la lentille 6 par exemple, qui a été moulée au moyen rie surfaces de matrice sphériques suivant un pro cédé déterminé, est monté dans un interféro mètre d'essayage de lentille tel que celai de Tv#yman et Green qui est décrit, par exem ple dans le brevet anglais no 1302?4 ou dans le livre "Application of Interferometry", Ilfethuen & Co Ltd., 36, Essex Street, Londres, et les déformations de la partie frontale d'onde à partir de sa forme idéale seront en registrées ou déterminées.
Si, dans une région ou zone donnée de la lentille, l'erreur obser vée est de X longueurs d'onde de lumière, la correction t requise dans la surface de len tille sera donnée par la formule: 2t (,u-1) = X, où ,u désigne l'index réfractaire du ma tériel. Comme les corrections usuellement re quises sont seulement de l'ordre de peu de longueurs d'onde de lumière, il est souvent suffisamment exact d'écrire t = X.
Si, alors, la matrice est montée à la ma nière d'un miroir de l'interféromètre d'es sayage de lentille précité et est parfaitement sphérique, on n'observera pas de franges. Une déformation locale de y unités de longueur d'onde produira un déplacement de franges de 2 y franges. Il en résulte qu'il est seulement nécessaire de polir localement la matrice op tique jusqu'à ce qu'elle donne en essayage interférométrique la moitié du nombre de
bandes données par la lentille originale mou lée au moyen de matrices sphériques. La cor rection doit évidemment avoir lieu dans le sens opposé.