FR2752949A1 - Procede de fabrication d'une matrice de micro-lentilles - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication d'une matrice de micro-lentilles. Selon ce procédé, on fabrique un outil (10) dont une extrémité a la forme d'une micro-lentille, on réalise des empreintes au moyen de cette extrémité sur une face d'une première plaque (18) déformable, de manière à obtenir, en creux, la matrice complète, on fixe une deuxième plaque (22) sur cette face au moyen d'une couche de colle (24) réticulable par un rayonnement, on insole la colle et on élimine la première plaque. Application aux télécommunications optiques.

Description

PROCEDE DE FABRICATION
D'UNE MATRICE DE MICRO-LENTILLES
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de fabrication dlune matrice de micro-lentilles.

Une matrice de micro-lentilles est par exemple utilisable pour projeter, sur des emplacements différents, des images identiques d'un objet donné, ou bien, inversement, pour superposer sur un même emplacement des images d'objets différents (montage dit "crossbar optique", par analogie avec la commutation téléphonique).

Les matrices de micro-lentilles interviennent dans des systèmes très variés ayant pour but la commutation d'informations optiques, leur traitement, leur exploitation, par exemple dans un réseau de télécommunications ou bien dans un dispositif de calcul.

On rappelle qu'une matrice de micro-lentilles est un ensemble de lentilles de faible diamètre, disposées côte à côte, parallèlement à un même plan, les axes optiques des lentilles étant tous parallèles.

La présente invention s'applique plus particulièrement à la fabrication d'un réseau neuronique optique.

Ceci impose des contraintes spécifiques.

On cherche par exemple à fabriquer la matrice de micro-lentilles qui est schématiquement représentée en vue de face sur la figure 1 et en coupe transversale sur la figure 2.

I1 s'agit d'un ensemble de lentilles plan-convexes 2 qui sont formées sur un substrat en verre 4 et dont les axes optiques respectifs 6 sont parallèles les uns aux autres et perpendiculaires à la face 8 du substrat 2, sur laquelle se trouvent les lentilles 2.

Cette matrice a les caractéristiques suivantes
- microlentilles convergentes (plan-convexes),
- distance focale de celles-ci : 40 mm,
- disposition des micro-lentilles suivant un
réseau carré de 8x8 lentilles,
- diamètre de chaque lentille : 2 mm,
- pas du réseau : 2 mm (les lentilles sont
jointives).

D'autres matrice de ce genre sont réalisables avec, par exemple, les caractéristiques suivantes diamètre et pas de 1,5 mm, réseau de 8 lentilles x9 lentilles, disposition hexagonale des lentilles, distances focales de 25 mm ou 100 mm.

Dans la présente invention, toutes les lentilles d'une matrice donnée ont la même distance focale et cette distance focale peut être supérieure à 1 mm.

De plus, toutes ces micro-lentilles ont le même diamètre qui peut être supérieur à 1 mm.

On revient à la matrice des figures 1 et 2 et l'on indique les contraintes qui lui sont imposées (pour l'application à la fabrication d'un réseau neuronique).

La surface de chaque lentille est une calotte sphérique de rayon déterminé.

Une courbure non uniforme produit une image floue ou une répartition inégale de la lumière dans le faisceau émergeant de la matrice (concentration au centre, par exemple).

La quantité d' information utilisable diminue et, par suite, la capacité de traitement du réseau neuronique diminue aussi.

I1 faut éviter, autant que possible, les irrégularités de surface (stries, granulations, par exemple) et en volume (bulles) qui, par diffusion, produisent une lumière parasite assimilable à un bruit.

Le réseau neuronique comporte deux telles matrices qui sont mises en correspondance, les axes optiques des lentilles homologues devant coïncider avec précision.

I1 faut donc que la position des lentilles soit parfaitement définie et reproductible d'une matrice à l'autre (contrôle strict du pas et de l'alignement).

De plus, si l'axe optique de chaque lentille n'est pas parfaitement centré, le décalage doit être identique pour toutes les lentilles.

La régularité du réseau est une contrainte particulièrement forte, dont le non-respect n'entraîne pas simplement une baisse des performances mais rend la matrice totalement inutilisable pour l'application à la fabrication d'un réseau neuronique.

Etat de la technique antérieure
Un procédé connu pour fabriquer une matrice de micro-lentilles consiste à partir de petites lentilles fabriquées par un procédé classique.

Elles sont ensuite mises en place et collées sur une plaque de verre.

Le travail est long et pénible : il faut fabriquer et surtout assembler une à une toutes les lentilles.

Mais l'inconvénient le plus grave est le manque de régularité du réseau obtenu, même avec une mise en place soignée : les lentilles étant fabriquées séparément, leurs axes optiques sont décentrés de manière différente et ne sont donc pas parallèles.

D'autres procédés connus peuvent être regroupés en trois grandes catégories selon les principes de base utilisés.

Dans une première catégorie, on utilise des empreintes mécaniques.

Le matériau utilisé est un polymère transparent thermoplastique (déformable à chaud), tel que par exemple le polyméthylméthacrylate.

On presse une plaque de ce polymère au moyen d'un outil chauffé présentant en creux la forme de la matrice à obtenir.

Le polymère peut aussi être directement moulé par injection.

L'opération est simple et rapide, mais à la condition de disposer du moule ou de l'outil spécialement adapté à la matrice demandée.

Or, la fabrication de l'outil est particulièrement longue et coûteuse et, de plus, doit être renouvelée pour tout changement de spécifications.

Un tel procédé convient donc surtout à la production industrielle d'une matrice figée mais non à des matrices d'essai, peu nombreuses et différentes les unes des autres.

Dans une deuxième catégorie, on utilise la fusion de résines photosensibles ("photoresists").

Une couche de résine photosensible est d'abord insolée et révélée pour obtenir des plots cylindriques, ayant le diamètre des lentilles demandées.

Ensuite, un chauffage convenable (à 1500C, pendant 15 minutes) ramollit le matériau, et, sous l'effet de la tension superficielle, chaque plot prend la forme d'une calotte sphérique.

La qualité optique obtenue est remarquable.

Cependant, pour obtenir une bonne sphéricité, il faut des forces capillaires élevées, donc de faibles rayons de courbure, ce qui impose des diamètres et des distances focales inférieures à 1 mm.

Ce procédé ne convient donc pas à l'obtention d'une matrice de lentilles dont le diamètre et la distance focale sont supérieurs à 1 mm.

Dans une troisième catégorie, on utilise des techniques chimiques.

Les matériaux mis en oeuvre subissent alors des changements de nature et pas seulement de forme.

Le nombre de paramètres à maîtriser est ainsi nécessairement supérieur à celui des procédés physiques connus, mentionnés plus haut.

Dans cette troisième catégorie, les principaux procédés cités sont les suivants
Echange ionique : une plaque de verre,
recouverte d'un masque, est mise au contact
d'un sel fondu ; aux emplacements libres,
certains ions diffusent à travers la surface
le verre, dont la composition est modifiée,
gonfle et change d'indice.

Usinage chimique : la matière du substrat est
enlevée localement par une photogravure sèche
ou humide (procédé voisin de la technologie des
circuits intégrés) ; ce procédé est limité à
des épaisseurs faibles (lentilles de Fresnel),
qui demandent déjà plusieurs étapes de masquage
et de gravure pour fournir le profil voulu.

Dépôt chimique en phase vapeur ("chemical vapor
deposition") : la matière constituant les
lentilles est ajoutée localement par
décomposition thermique d'un gaz, en chauffant
les emplacements voulus au moyen d'un laser.

Photolyse : un verre spécial change de
propriétés par une recristallisation localisée,
produite par une irradiation à travers un
masque, suivie d'un traitement thermique.

D'une manière générale, les procédés chimiques apparaissent complexes et leur maîtrise demande une mise au point longue et délicate.

Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.

Elle a pour objet un procédé de fabrication d'une matrice de micro-lentilles, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - on. fabrique un outil dont une extrémité a la forme
d'une micro-lentille, cet outil correspondant ainsi à
une seule micro-lentille, - on réalise un ensemble d'empreintes au moyen. de cette
extrémité de l'outil, sur une face d'une première
plaque faite d'un matériau déformable, de manière à
obtenir, en creux, la matrice complète, - on fixe une deuxième plaque sur cette face au moyen
d'une couche de colle réticulable par un rayonnement,
la deuxième plaque. étant transparente à ce
rayonnement la colle remplissant toutes les
empreintes, la deuxième plaque et la colle réticulée
étant transparentes à la lumière destinée à interagir
avec les microlentilles, - on insole la colle par le rayonnement à travers la
deuxième plaque, et - on élimine la première plaque, la deuxième plaque
portant ainsi les micro-lentilles faites de la colle
réticulée.

De préférence, on contrôle la qualité des empreintes formées dans la première plaque avant la fixation de la deuxième plaque.

L'extrémité de l'outil peut avoir la forme d'une calotte sphérique.

Le diamètre de cette calotte sphérique peut être supérieur à 1 mm.

De même, le rayon de courbure de cette calotte sphérique peut être supérieur à 1 mm.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de la présente invention, la première plaque est faite d'un métal maléable et éliminée par dissolution électrochimique.

De préférence, cette première plaque est en cuivre.

L'outil peut être monté sur une machine à commande numérique pour la formation des empreintes sur la
s première plaque.

De préférence, la deuxième plaque est en verre.

La colle est de préférence réticulable par un rayonnement ultraviolet.

Brève description des dessins
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels
- les figures 1 et 2, déjà décrites, représentent
une matrice de micro-lentilles respectivement
en vue de face et en coupe transversale,
- les figures 3 à 6 illustrent schématiquement
diverses étapes d'un mode de mise en oeuvre
particulier du procédé objet de l'invention,
- la figure 7 illustre schématiquement et
partiellement un outil utilisable dans la
présente invention,
- la figure 8 illustre schématiquement une plaque
de cuivre utilisable dans l'invention,
- la figure 9 illustre schématiquement la
formation d'empreintes sur cette plaque de
cuivre,
- la figure 10 illustre schématiquement le
collage d'une plaque de verre sur cette plaque
de cuivre,
- la figure 11 illustre schématiquement
l'élimination de la plaque de cuivre,
- la figure 12 illustre schématiquement le
contrôle de la plaque de cuivre,
- la figure 13 illustre schématiquement le
contrôle d'une matrice de micro-lentilles
obtenue conformément à l'invention, et
- la figure 14 illustre schématiquement
l'émimination d'une couche d'or dans un procédé
conforme à l'invention.

Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers
On indique ci-après diverses étapes d'un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention en faisant référence aux figures 3 à 6.

La première étape (figure 3) est une étape de fabrication d'un outil 10.

Il s'agit d'un poinçon qui est facile à fabriquer car il correspond à une seule micro-lentille (et non à la matrice complète).

L'outil 10 consiste donc seulement en une tige dont l'extrémité est une calotte sphérique 12 qui est en relief (d'où un usinage plus commode qu'en creux).

En outre, un unique poinçon permet de fabriquer toute une variété de matrices : on peut changer à volonté la dimension totale, le nombre de lentilles, le pas du réseau et même sa forme (pour avoir une disposition hexagonale par exemple).

Seuls sont fixés le diamètre des micro-lentilles et leur courbure, et donc leur distance focale.

La deuxième étape (figure 4) est une étape de poinçonnage.

L'outil 10 sert à réaliser une série d'empreintes 14 sur une face 16 d'une plaque 18 en cuivre rouge maléable, de manière à obtenir, en creux, la forme de la matrice complète.

Notons que le cuivre se met en forme à la température ambiante, contrairement à un polymère thermoplastique.

L'opération s'effectue automatiquement sur une fraiseuse à commande numérique 20 : la configuration du réseau de lentilles est ainsi déterminée à volonté, avec une précision et une reproductibilité qui atteignent 1 um (valeur réelle et effectivement mesurée).

La troisième étape (figure 5) est une étape de moulage.

Sur la face 16 ainsi poinçonnée, on fixe une plaque de verre 22 au moyen d'une couche de colle 24 qui est réticulable par un rayonnement ultraviolet 26.

Après insolation à travers la plaque 22 par le rayonnement 26, la colle devient une résine 28 dont la résistance mécanique et chimique est satisfaisante.

L'opération n'exige aucun contrôle particulier de la température ni de la composition chimique de cette résine.

La quatrième étape (figure 6) est une étape de dégagement.

Le cuivre est éliminé par une dissolution électrochimique, qui est assez longue (elle dure environ 24 heures) mais facile et sans danger et ne demandant pas de surveillance continue.

Après un nettoyage final, on récupère la plaque de verre 22 garnie de la résine 28 dont la surface reproduit les empreintes effectuées lors du poinçonnage.

La solidité est suffisante pour manipuler aisément la matrice de microlentilles 30 ainsi obtenue afin de la caractériser et de l'utiliser.

Nous allons maintenant exposer plus en détail le mode opératoire qui correspond à chacune des étapes considérées ci-dessus.

Considérons d'abord la fabrication de l'outil.

Le poinçon 10 est un barreau dont la longueur vaut environ 7 mm et dont l'extrémité 12 porte une calotte sphérique.

Le diamètre D et le rayon de courbure R de cette calotte sphérique (figure 7) sont identiques à ceux des micro-lentilles à fabriquer.

La distance focale F d'une lentille plan-convexe, en un matériau d'indice de réfraction N, est F=R/(N-1).

Donc, avec N=1,56 pour la colle utilisée,
R=F(N-1)=0,56F.

Pour F=40 mm, il faut ainsi R=22,4 mm.

Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un outil 10 en rubis (alumine monocristalline).

Ce matériau est inaltérable dans les conditions d'emploi considérées ici.

Il a été usiné avec la qualité nécessaire aux applications optiques.

Fixé dans un support en acier, l'outil a parfaitement résisté aux efforts du poinçonnage.

Les lentilles réalisées à partir de ses empreintes se sont révélées très bien adaptées à l'utilisation dans un réseau neuronique.

Considérons maintenant la plaque 18.

Le cuivre rouge est livré par le fabricant en feuilles d'épaisseur 1 mm, avec une surface 16 polie et protégée par un film de plastique.

On y découpe des plaques 18 rectangulaires (figure 8) de 25 mm x 50 mm et on les perce à une extrémité.

Le trou 32 ainsi formé sert par la suite à tenir la plaque dans le bain électrolytique.

La position centrale 34 de la matrice d'empreintes sur la plaque 18 permet, une fois la fabrication de la matrice de micro-lentilles 30 terminée, d'utiliser les deux extrémités de la plaque de verre 22 supportant la résine pour fixer la matrice de micro-lentilles sur un banc optique.

Les plaques 18 peuvent comporter des irrégularités (rayures, traces d'oxyde par exemple) et ne sont pas parfaitement planes ni d'épaisseur constante.

C'est pourquoi on effectue un polissage de cellesci qui leur donne un état de surface de type miroir.

Le cuivre, s'il est gardé propre, conserve alors son brillant pendant plusieurs jours et même plusieurs semaines.

Considérons maintenant le poinçonnage de la plaque 18.

Les empreintes 14 sont très peu profondes : pour
R=20 mm, le rayon de l'empreinte étant de 1 mm, le centre de chaque empreinte est enfoncé de 20/800 = 0,025 mm seulement par rapport aux bords.

Par sécurité, on enfonce le poinçon davantage, mais en évitant de refouler trop de cuivre, ce qui risquerait de former des bourrelets, notamment aux points où les empreintes sont tangentes.

La plaque 18 doit donc présenter une face 16 très plane et bien parallèle au plateau 36 de la fraiseuse (figure 9).

On bloque soigneusement la plaque 18 sur tous les bords pour l'empêcher de s'incurver sous la pression de l'outil 10.

Elle repose sur une cale de métal 38, car le plateau de la fraiseuse est rainuré.

L'outil 10 est fixé dans le mandrin 40 de la fraiseuse.

On nettoie son extrémité ainsi que la plaque 18 avec de l'acétone propre, afin d'éliminer les traces grasses et les poussières métalliques qui produisent des défauts de surface.

La fraiseuse à commande numérique est alors réglée et programmée en fonction de la configuration demandée pour la matrice 30.

Le poinçonnage s'effectue uniquement par le mouvement du plateau 36 : montée jusqu'à l'outil (qui reste immobile) et enfoncement, maintien 2 s, puis descente et translation horizontale jusqu'à la position suivante.

Les positions sont définies avec une précision de l'ordre de 1 um.

La séquence se répète automatiquement jusqu'à obtention de la matrice d'empreintes complète.

Il serait possible de réaliser ainsi des matrices de taille largement supérieure à 8 x 8 en un temps acceptable : chaque empreinte demande environ 5 s et la fraiseuse n'a pas besoin d'une surveillance particulière.

Le balayage complet de la matrice d'empreintes est éventuellement répété une ou deux fois.

En effet, lors du premier enfoncement, chaque nouvelle empreinte produit un refoulement de matière important et risque de déformer les empreintes adjacentes déjà faites.

Elles sont corrigées par le deuxième poinçonnage, qui ne produit pas, lui, de nouvelles déformations car il déplace un volume de matière bien moindre.

Considérons maintenant l'étape de collage.

On prépare la plaque de verre 22.

Il s'agit d'une lame de microscope de 25 mm de large et de 70 mm de long, de manière qu'elle se superpose à la plaque de cuivre 18 en dépassant de 10 mm environ à chaque extrémité.

La plaque de verre 22 est nettoyée soigneusement
- dégraissage avec un détergent (de marque Décon
en solution aqueuse à environ 10%) pendant
environ 15 minutes en présence d'ultrasons,
deux fois,
- rinçage à l'eau désionisée, également pendant
15 minutes et en présence d'ultrasons, deux
fois.

Entre les bains, on brosse la plaque 22 pour en détacher les impuretés les plus fortement adhérentes.

Après le dernier rinçage, la plaque de verre 22 est séchée dans une étuve.

La plaque de cuivre 18 est également nettoyée à l'acétone en présence d'ultrasons (deux fois 15 minutes) puis elle est sèchée à l'air.

Le collage s'effectue au moyen d'une résine de marque Norland NOA 61.

Très transparente, elle est fréquemment employée pour raccorder des fibres optiques ou sceller des cellules à cristal liquide.

Avant réticulation, elle se présente sous la forme d'un liquide visqueux.

La plaque de cuivre 18 (figure 10) reposant horizontalement, la colle 24 est étalée en lui donnant une épaisseur suffisante, surtout à l'emplacement de la matrice d'empreintes.

Il faut éviter les bulles, qui se logent de préférence à l'emplacement des empreintes, c'est-à-dire à l'emplacement des futures lentilles.

La lame de verre 22 est ensuite amenée en appui sur l'un des bords de la plaque de cuivre 18, puis rabattue doucement.

De cette manière, on n'emprisonne pas d'air et la colle en excès s'écoule du côté opposé en entraînant les bulles éventuellement présentes.

La lame de verre 22 est maintenue en place pendant la première minute de l'insolation par le rayonnement ultraviolet.

Le durcissement est alors amorcé et on peut la lâcher sans risquer de déplacement ni d'entrée d'air.

L'insolation dure au total 30 minutes environ, avec une lampe spécialement adaptée de marque Electro
Lite (E 505), 24 W, conçue pour assurer des conditions d'illumination définies.

L'excédent de colle écoulé sur les bords forme des bourrelets que l'on élimine en les découpant avec un scalpel.

Lorsque la colle est très fluide, il est préférable de laisser s'écouler une semaine entre l'insolation et le dégagement de la matrice de microlentilles (élimination du cuivre) pour que toutes les micro-lentilles aient les caractéristiques souhaitées.

On considère maintenant le dégagement de la matrice de micro-lentilles (figure 11).

Le but est d'éliminer le cuivre, sans déformer la résine ni détériorer son état de surface.

Or, l'adhérence de la résine est bien trop forte pour effectuer la séparation mécaniquement comme dans le cas d'un démoulage classique.

Une méthode efficace est l'attaque chimique : un oxydant (capteur d'électrons) transforme le cuivre en un sel cuivrique, qui se dissout dans un bain convenable (solution aqueuse sulfurique par exemple) selon la réaction
Cu (métal) - 2e X Cu++ (soluble)
Mais le cuivre est épais (1 mm) et pour l'éliminer il faudrait un contact assez long avec un oxydant puissant tel que par exemple l'acide nitrique concentré, qui attaque aussi un grand nombre de matériaux organiques.

La résine, bien que chimiquement assez stable, n'est cependant pas prévue pour subir une agression aussi forte.

On a donc opté pour une dissolution électrochimique, l'action oxydante (enlèvement d'électrons) étant produite à l'anode (pôle positif) par le passage du courant électrique.

Un potentiel élevé produit une oxydation qui est forte mais qui s'exerce uniquement sur le cuivre, sans risque pour la résine qui n'est pas conductrice.

L'électrolyte est une solution d'un sel de cuivre, de sorte que l'on dépose sur la cathode (pôle négatif) autant de cuivre qu'il en part de l'anode.

L'opération se traduit donc globalement par un transport de matière d'une électrode à l'autre (méthode de l'anode soluble)
Contrairement à une attaque purement chimique, les réactifs du bain ne sont pas consommés, quelle que soit la quantité de cuivre à enlever.

En première approximation, une cellule à anode soluble ne présente pas de force contreélectromotrice : c'est une résistance ohmique, dont la valeur est fixée par la conductivité de l'électrolyte, la surface des électrodes et la distance qui les sépare.

La masse de métal enlevée à l'anode par unité de temps est proportionnelle à l'intensité du courant qui traverse la cellule.

On mesure cette intensité avec un ampèremètre et on la limite, si nécessaire, en plaçant une résistance en série avec cet ampèremètre.

Une tension de 1 V assure une vitesse suffisante (dissolution en 24 h environ) tout en évitant les réactions secondaires gênantes (décomposition de l'eau).

Sur l'anode, la densité de courant avoisine 100 mA/cm2, ce qui convient aux réactions électrochimiques.

Pour une plaque de la dimension indiquée, le courant atteint ainsi 0,25 A au début.

Lorsque la surface du cuivre diminue le fait de la dissolution, la résistance augmente et le courant décroît.

La cellule d'électrolyse 44 comprend un récipient ouvert 46 (becher) muni de moyens d'agitation magnétique (non représentés) pour assurer une bonne homogénéité du milieu.

La plaque 18 est attachée de manière à ce que le verre soit tourné vers la cathode 48 : on évite ainsi un court-circuit lorsque le dépôt de cuivre 50 forme des aiguilles (dendrites) qui franchissent la distance entre la cathode 48 et l'anode 52 (entre lesquelles on applique une tension appropriée grâce à une source de tension stabilisée 54).

De plus, le cuivre est alors attaqué préférentiellement sur sa périphérie : on évite ainsi de laisser au bord de la plaque 22 des îlots de métal, dont l'attaque cesse lorsqu'ils sont séparés de l'amenée du courant.

On peut traiter deux et même quatre plaques à la fois, en utilisant le même montage avec un support d'électrodes de forme adaptée.

L'électrolyte 56 est une solution aqueuse normale d'acide sulfurique et de sulfate de cuivre, soit, pour 100 cm3 de solution
H2SO4 (masse molaire 98) : 5 g
CuS04 (masse molaire 160) : 8 g
Peu corrosif (l'acide est dilué au 1/20) et très peu toxique, cet électrolyte est facile à préparer et à manipuler.

Sa bonne conductivité assure une perte ohmique faible : les densités de courant sont limitées seulement par les phénomènes au niveau des électrodes.

Ce bain électrolytique 56 s'utilise sans difficulté en récipient ouvert, en ajoutant de l'eau pour compenser l'évaporation.

L'électrolyse ne modifiant pas la composition globale, le même bain pourrait, en principe, servir indéfiniment.

En fait, il faut le renouveler après quelques opérations, par suite de phénomènes parasites, qui finissent par altérer ses propriétés.

Par exemple, l'oxydation du cuivre par l'air ambiant neutralise l'acide sulfurique, contrairement à l'oxydation électrochimique, qui régénère l'acide à la cathode
Cu + 1/202 -, CuO
CuO + H2SO4 < CuS04 + H2O
En l'absence d'acide, la conductivité diminue et le cuivre oxydé ne se dissout pas bien (le milieu devient trouble de fait d'une précipitation d'hydroxyde ou de carbonate).

Il est donc nécessaire, avant chaque utilisation, de vérifier que le pH du bain est peu différent de 0.

On considère maintenant le nettoyage final de la plaque 22 munie de la matrice de micro-lentilles 30.

Lorsque l'attaque est terminée (cuivre immergé disparu, intensité du courant, mesurée grâce à un ampèremètre 58, peu différente de 0), on sort la plaque 22 du bain et on la passe sous un jet d'eau désionisée.

La plaque 22 est dès lors transparente en grande partie. Il reste seulement des îlots très petits et minces de métal et des particules noirâtres d'oxyde.

On effectue ensuite une attaque chimique pendant 30 s à 600C avec une solution utilisée pour la fabrication de circuits intégrés (persulfate d'ammonium 250 g + HgCl2 15 mg pour 1 litre d'eau).

Les résidus opaques ne sont plus alors visibles qu'avec une loupe binoculaire.

Un léger voile blanchâtre apparaît parfois lors de l'attaque chimique, mais 3 heures de trempage dans l'eau désionisée rétablissent une transparence à l'oeil nu excellente.

Après séchage avec un gaz sec, la plaque de verre 22, portant la résine 28 avec les micro-lentilles, est prête pour la caractérisation et son utilisation.

La résine est assez résistante pour subir des manipulations et des nettoyages, en évitant cependant les frottements durs et les solvants puissants.

Le film de résine tient bien au verre, mais on peut toutefois le détacher en tirant doucement sur l'un de ses bords, puis on le remet en place par simple pression, un peu à la manière d'un ruban adhésif.

On considère maintenant divers contrôles ou caractérisations que l'on peut faire lors de la fabrication de la matrice de microlentilles.

Une première caractérisation est effectuée sur la plaque de cuivre poinçonnée 18 (observation à l'oeil nu et à la loupe binoculaire, pour déceler les rayures et irrégularités).

On évalue aussi la qualité optique et la courbure des empreintes.

En effet, le cuivre lisse étant très réfléchissant, chacune des empreintes se comporte comme un petit miroir concave, capable de focaliser un faisceau de lumière 58, à rayons parallèles (figure 12), émis par exemple par une source de taille réduite située à quelques mètres de distance.

Si la sphéricité des empreintes 14 est bonne, les foyers 60 apparaissent, par projection sur un écran 62 (feuille de papier quadrillée), comme des points brillants bien nets.

La distance focale correspondante, qui est alors facile à mesurer, est égale à la moitié du rayon de courbure R des empreintes.

L'intérêt de cette première caractérisation est d'éviter de poursuivre inutilement le processus de fabrication si, dès ce stade, ce processus apparaît incapable de fournir des micro-lentilles convenables.

Une autre plaque 18 est alors poinçonnée en modifiant les conditions de poinçonnement si nécessaire.

Lorsque la matrice de micro-lentilles est achevée, elle est également d'abord examinée à l'oeil nu et à la loupe binoculaire pour contrôler la transparence et détecter les éventuels défauts (bulles, dépôts opaques par exemple).

Comme le montre la figure 13, la qualité et la distance focale sont évaluées rapidement en observant les foyers 64, comme pour les empreintes, mais par transmission cette fois, le faisceau de lumière 58 étant envoyé sur l'écran 62 à travers la plaque 22 et la matrice de microlentilles 63.

Un autre moyen très simple d'évaluer grossièrement la qualité et la distance focale F des lentilles consiste à utiliser ces lentilles comme loupes pour observer par exemple des caractères imprimés très petits situés dans le plan focal, l'oeil restant éloigné (disposition en "compte-fils") lentilles) demande un laboratoire d'optique complètement équipé (comprenant un banc optique, une caméra, des moyens d'enregistrement photographique des images obtenues).

Le procédé objet de la présente invention permet donc de fabriquer des matrices de micro-lentilles par exemple utilisables dans un réseau neuronique.

En outre, ce procédé est utilisable pour des dispositifs destinés à bien d'autres applications optiques dans le domaine de la commutation, du traitement et du calcul.

I1 existe là une demande grandissante et insuffisamment satisfaite, surtout dans la gamme de caractéristiques auxquelles conduit ce procédé.

En effet, comme l'état de l'art le montre, les procédés connus conviennent mal lorsque
- les matrices sont réalisées en très petit
nombre (les outils pour moulage sont trop
coûteux),
- les lentilles ont un diamètre et une distance
focale élevés (les moyens fondés sur les
phénomènes de capillarité d'une résine
photosensible en fusion ou sur les phénomènes
chimiques ne fournissent alors que des
lentilles de qualité médiocre, leur sphéricité
étant insuffisante).

Le procédé objet de l'invention présente les avantages suivants
- il permet de fabriquer des micro-lentilles de
diamètre supérieur à 1 mm et de distance focale
supérieure à 1 cm,
- il conduit à une qualité optique correcte,
- il permet d'établir la configuration de la
matrice à volonté et de contrôler celle-ci à
1 um près,
- il utilise un outil d'un coût acceptable, même
pour fabriquer une seule matrice.

On peut augmenter considérablement la production de matrices de micro-lentilles en déposant sur une matrice de lentilles, réalisée par un procédé conforme à l'invention, une couche épaisse de métal dur (par exemple du nickel) qui servira ensuite de moule.

Il s'agit d'une technique bien connue, utilisée pour la fabrication des disques compacts.

D'autres outils de poinçonnage en acier, en carbure de tungstène ou en verre sont envisageables mais seul le barreau de rubis présente simultanément les qualités optiques et mécaniques demandées.

On pourrait utiliser une plaque de cire pour y former les empreintes mais une plaque de cuivre conduit à des résultats qui sont plus satisfaisants.

Une fois la plaque de cuivre poinçonnée, il est possible d'en réaliser le nickelage ou la dorure par galvanoplastie.

En ce qui concerne le dégagement de la matrice de micro-lentilles, si la plaque de cuivre a été nickelée, le mode opératoire reste le même : Ni s'oxyde en principe facilement (métal moins noble que Cu), en produisant un sulfate soluble.

Il faut cependant éviter d'appliquer une trop forte tension entre l'anode et la cathode, qui serait susceptible de donner naissance à un oxyde supérieur qui, lui, est insoluble et isolant.

Le courant serait interrompu et l'attaque cesserait (passivation).

Si l'on a déposé une couche d'or, le bain ne la dissout pas, du fait de l'absence d'agents complexants appropriés (tels que chlorures et cyanures).

Pour attaquer le cuivre, il faut donc d'abord le mettre à nu par un décapage au papier de verre.

L'or situé du côté de la résine demeure quant à lui intact jusqu'à la fin.

I1 présente l'avantage de maintenir la continuité électrique : si l'attaque laisse des îlots de cuivre séparés du reste de la masse, ils sont toujours alimentés électriquement et continuent à se dissoudre jusqu'à élimination complète.

Lorsque la plaque de cuivre a été nickelée, la surface de la résine présente un aspect grisâtre à l'issue du dégagement électrolytique.

L'observation à la loupe binoculaire montre des particules noires nombreuses, probablement constituées d'un oxyde de nickel insoluble, tel que celui qui se forme lors de la passivation.

Une partie de cette poudre noire s'élimine en essuyant doucement la surface avec un papier humide.

La plaque est ensuite traitée par la solution au persulfate pour circuits intégrés comme dans le mode opératoire indiqué plus haut mais durant plusieurs minutes.

Lorsque le cuivre a reçu une couche d'or, elle subsiste après l'électrolyse et doit être éliminée séparément.

Pour ce faire on utilise du mercure 66 (figure 14) placé dans un récipient plat 68 (boîte de Pétri), la plaque 22 flottant à sa surface, la résine 28 étant située en dessous.

L'or se voit par transparence.

Sa dissolution se traduit par un passage de la teinte dorée à une teinte argentée.

L'opération est normalement rapide (quelques minutes) mais à condition d'éviter la présence d'oxyde
Au203 brunâtre, qui est insoluble dans Hg.

A cet effet, on utilise, en fin d'électrolyse, une tension nettement inférieure à 1 V puis on traite la couche d'or par l'acide chlorhydrique (HCl 1/5) avant de la frotter doucement avec du papier humide.

Après dissolution, un film de mercure adhère à la résine du fait de la persistance des liaisons de l'interface colle-métal.

Par frottement doux avec un papier filtre, le mercure se détache, sauf des gouttelettes très fines, que l'on dissout dans de l'acide nitrique dilué au 1/5 avant de rincer sous un jet d'eau désionisée.

L'élimination de l'or s'effectue bien plus commodément au moyen d'un bain d'attaque pour circuits intégrés comprenant une solution aqueuse d'iode et d'iodure de potassium.

La coloration brunâtre de la résine qui en résulte ne semble pas trop gênante dans le cas d'une utilisation de lumière rouge, mais d'autres longueurs d'onde seraient fortement absorbées.

On préfère donc utiliser une plaque 22 en cuivre pur.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une matrice de microlentilles, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes

- on fabrique un outil (10) dont une extrémité

(12) a la forme d'une micro-lentille, cet outil

correspondant ainsi à une seule micro-lentille,

- on réalise un ensemble d'empreintes (14) au

moyen de cette extrémité de l'outil, sur une

face (16) d'une première plaque (14) faite d'un

matériau déformable, de manière à obtenir, en

creux, la matrice complète,

- on fixe une deuxième plaque (22) sur cette face

au moyen d'une couche de colle (24) réticulable

par un rayonnement, la deuxième plaque étant

transparente à ce rayonnement, la colle

remplissant toutes les empreintes, la deuxième

plaque et la colle réticulée étant

transparentes à la lumière destinée à interagir

avec les micro-lentilles,

- on insole la colle par le rayonnement à travers

la deuxième plaque (22), et

- on élimine la première plaque (18), la deuxième

plaque portant ainsi les micro-lentilles faites

de la colle réticulée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle la qualité des empreintes (14) formées dans la première plaque (18) avant la fixation de la deuxième plaque (22).

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité (12) de l'outil (10) a la forme d'une calotte sphérique.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre de cette calotte sphérique est supérieur à 1 mm.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le rayon de courbure de cette calotte sphérique est supérieur à 1 mm.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première plaque (18) est faite d'un métal maléable et éliminée par dissolution électrochimique.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première plaque (18) est en cuivre.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'outil (10) est monté sur une machine à commande numérique pour la formation des empreintes (14) sur la première plaque (18).

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la deuxième plaque (22) est en verre.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la colle (24) est réticulable par un rayonnement ultraviolet.