FR2912515A1

FR2912515A1 - Procede d'allegement d'un substrat de miroir et substrat obtenu par un tel procede.

Info

Publication number: FR2912515A1
Application number: FR0700986A
Authority: FR
Inventors: Jean Jacques Ferme
Original assignee: EUROP DE SYSTEMES OPTIQUES SA
Current assignee: EUROP DE SYSTEMES OPTIQUES SA
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2008-08-15
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: FR2912515B1

Abstract

Procédé d'allègement d'un substrat de miroir (S), comportant une étape de formation, dans ledit substrat, d'alvéoles (A) délimités latéralement par des cloisons (C), caractérisé en ce que ladite étape de formation d'alvéoles comporte la réalisation de nervures de renforcement (NR2) sur au moins une partie desdites cloisons (C).Procédé de fabrication d'un miroir allégé comportant l'allégement d'un substrat de miroir (S) par un procédé tel que décrit ci-dessus ; et le polissage d'une face principale avant (F1) de ce substrat et le dépôt sur cette face d'un revêtement réfléchissant.Substrat de miroir et miroir allégés susceptibles d'être obtenus par de tels procédés.

Description

PROCEDE D'ALLEGEMENT D'UN SUBSTRAT DE MIROIR ET SUBSTRAT OBTENU PAR UN TEL

PROCEDE L'invention porte sur un procédé d'allégement d'un substrat de miroir et sur un substrat de miroir allégé obtenu par un tel procédé.

L'invention porte également sur un miroir allégé comportant un tel substrat, et sur un procédé de fabrication d'un tel miroir. D'une manière conventionnelle, les miroirs sont obtenus à partir d'un substrat massif, généralement en verre ou en silice, dont au moins une face est usinée de manière à l'aplanir ou à lui donner la courbure souhaitée. Cette face est ensuite polie et rendue réfléchissante par le dépôt d'un revêtement métallique ou diélectrique adapté. Le substrat massif doit être relativement épais, afin de présenter une rigidité suffisante pour éviter que les contraintes s'exerçant sur le miroir, notamment sous l'action de la pesanteur, de la dilatation thermique et des moyens de fixation à un support, induisent une déformation de sa surface réfléchissante. Par conséquent les miroirs pourvus d'un tel substrat massif sont généralement très lourds. Or, un poids important constitue un inconvénient majeur dans des nombreuses applications, notamment aéronautiques et spatiales, mais également terrestres. Pour cette raison, des techniques ont été développées pour diminuer le poids des substrats des miroirs, et donc des miroirs eux-mêmes. Il est connu du document US 3,613,222 d'usiner des alvéoles non traversants dans le corps d'un substrat massif de miroir. L'enlèvement de matière qui résulte de la formation des alvéoles permet d'obtenir un alllègement considérable du substrat, typiquement de l'ordre de 70%. En même temps, les cloisons qui délimitent latéralement les différents alvéoles forment une structure en réseau qui assure la rigidité de l'ensemble. Bien entendu, l'épaisseur des cloisons et la dimension de maille de la structure en réseau qu'elles forment déterminent aussi bien la rigidité du substrat allégé que son poids. En définitive, il est nécessaire d'arriver à un compromis entre les exigences contradictoires de faible poids et de grande rigidité. Généralement, un tel compromis est actuellement atteint par des closions présentant une épaisseur comprise entre 2 et 3 mm. Un but de l'invention est de procurer un procédé amélioré d'allégement d'un substrat de miroir, permettant d'obtenir des substrats qui, à poids égal, soient plus rigides que ceux connus de l'art antérieur et qui, à rigidité égale, soient plus légers. Un objet de l'invention, permettant d'atteindre ce but, est un procédé d'allègement d'un substrat de miroir comportant une étape de formation, dans ledit substrat, d'alvéoles délimités latéralement par des cloisons, caractérisé en ce que ladite étape de formation d'alvéoles comporte la réalisation de nervures de renforcement sur au moins une partie desdites cloisons. Selon des modes particuliers de réalisation du procédé de l'invention : - Lesdits alvéoles peuvent être réalisés par usinage dudit substrat. - Ledit substrat peut présenter une face principale avant, destinée à constituer la face réfléchissante dudit miroir, et une face principale arrière, opposée à ladite face principale avant ; et lesdits alvéoles peuvent s'étendre de ladite face principale arrière jusqu'à une paroi de fond définissant ladite face principale avant. - Le procédé peut comporter également une étape de suppression au moins partielle desdites cloisons, en laissant subsister lesdites nervures de renforcement. - Ladite étape de suppression au moins partielle desdites cloisons peut être réalisée par une méthode choisie parmi l'usinage et la dissolution chimique. - Au moins une partie desdites nervures de renforcement peuvent s'étendre entre ladite paroi de fond des alvéoles et ladite face principale arrière dudit substrat, et ladite étape de suppression desdites cloisons peut être une étape de suppression totale ne laissant subsister que lesdites nervures de renforcement.

Ledit substrat peut être constitué d'une seule pièce. - Ledit substrat peut être constitué d'un matériau choisi parmi un verre, de la silice, du silicium ou une céramique telle que du Zerodur 5 (marque déposée). Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un miroir allégé comportant l'allégement d'un substrat de miroir par un procédé tel que décrit ci-dessus, et le polissage d'une face principale avant de ce substrat et le dépôt sur cette face d'un revêtement réfléchissant. 10 Encore un autre objet de l'invention est un substrat de miroir allégé dans lequel est formée une pluralité d'alvéoles, chaque alvéole étant délimité latéralement par des cloisons, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdites cloisons délimitant latéralement lesdits alvéoles présentent des nervures de renforcement. 15 Selon des modes particuliers de réalisation du substrat de miroir de l'invention : - Au moins la moitié, et de préférence la totalité desdites cloisons peuvent présenter au moins une nervure de renforcement. - Ledit substrat peut présenter une face principale avant, 20 destinée à constituer la face réfléchissante dudit miroir, et une face principale arrière, opposée à ladite face principale avant ; et lesdits alvéoles peuvent s'étendre de ladite face principale arrière jusqu'à une paroi de fond définissant ladite face principale avant. - Au moins une partie desdites nervures de renforcement 25 peuvent s'étendre dans une direction sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal desdites alvéoles. - Au moins une partie desdites nervures de renforcement peuvent s'étendre dans une direction sensiblement parallèle à un axe longitudinal desdites alvéoles. Dans ce cas, lesdites nervures de 30 renforcement peuvent s'étendre sur une partie seulement de la profondeur desdits alvéoles et les subdiviser en quartiers. Alternativement, les nervures peuvent s'étendre sur toute la profondeur des alvéoles. - Ledit substrat peut simplement comporter une face principale avant et une face principale arrière reliées par une pluralité de piliers. - Ledit substrat peut être constitué d'une seule pièce. -Ledit substrat peut être constitué d'un matériau choisi parmi un verre, de la silice un verre, de la silice, du silicium ou une céramique. Encore un autre objet de l'invention est un miroir comportant un substrat allégé tel que décrit ci-dessus, sur une face principale avant duquel est déposé un revêtement réfléchissant.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : -Les figures 1 et 2, deux vues en coupe d'un substrat de miroir allégé d'un type connu de l'art antérieur ; - Les figures 3 et 4, deux vues en coupe d'un substrat de miroir allégé selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - Les figures 5 et 6, deux vues en coupe d'un substrat de miroir allégé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - Les figures 7 et 8, deux vues en coupe d'un substrat de miroir allégé selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et - Les figures 9 et 10, deux vues en coupe d'un substrat de miroir allégé selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Un substrat de miroir S présente généralement un forme cylindrique à base sensiblement circulaire, avec une hauteur (ou épaisseur) H et un diamètre D>H. Une première surface de base FI, ou face principale, de ce substrat cylindrique, que l'on appellera par la suite face avant , est usinée pour lui donner la forme de la surface réfléchissante du miroir à fabriquer ; cette surface réfléchissante peut être plane, comme dans le cas de l'exemple, ou présenter une courbure concave ou convexe, avec une géométrie sphérique ou asphérique. Ensuite, la surface F1 est polie et recouverte d'un revêtement réfléchissant RR.

La deuxième surface de base F2 du substrat cylindrique S, opposée à ladite face avant F1, sera appelée par la suite face arrière . Le substrat S est généralement monolithique et est réalisé dans un matériau qui peut être choisi' parmi un verre, de la silice un verre, de la silice, du silicium ou une céramique telle que du Zerodur, sans que cette liste ne puisse être considérée comme exhaustive. Comme cela est décrit dans le document US 3,613,222, un substrat de miroir S peut être allégé en creusant dans son corps des alvéoles A qui s'étendent dans une direction axiale. La figure 1 montre une vue en coupe longitudinale d'un tel substrat de miroir allégé ; la figure 2 montre une vue en coupe transversale, selon la ligne II-II de la figure 1, de ce même substrat S. Les figures 1 et 2 montrent que les alvéoles A présentent une forme de prisme à base hexagonale, et sont délimités latéralement par des cloisons continues C., d'épaisseur sensiblement uniforme, qui forment un réseau à maille hexagonale assurant la rigidité du substrat S. Les alvéoles A ne s'étendent pas sur toute l'épaisseur H du substrat S : en effet, ils sont séparés de la face avant F1 par une paroi de fond, ou peau , PF. Cette paroi de fond doit présenter une épaisseur suffisante pour éviter l'effet connu comme capitonnage ( quilting en langue anglaise), c'est à dire une déformation de la surface optique laissant apparaître le réseau des cloisons C lors du polissage de ladite face avant FI ; typiquement une épaisseur d de l'ordre de 4-5 mm peut s'avérer satisfaisante. Par contre, les alvéoles A peuvent déboucher sur la face arrière F2 ; cependant, il est préférable qu'ils soient également fermés, au moins partiellement, au niveau de leur extrémité arrière. En effet, la présence d'une paroi arrière PA, non nécessairement continue, contribue à la rigidité du substrat allégé. La figure 2 montre qu'une structure d'allègement de ce type peut être obtenue par usinage, à l'aide d'un outil OU pourvu d'une tête de fraisage TF orientable. La tête de fraisage TF est introduite dans un alésage axial AL de diamètre relativement petit ; puis, elle élargit cet alésage au- dessus de la peau arrière PA, de manière à former l'alvéole A. Au final, la peau arrière PA est traversée par des ouvertures O ayant le diamètre de l'alésage AL initial, et donc de section bien inférieure à celle des alvéoles A, et présente donc un caractère quasi-continu qui lui permet d'accomplir son râle structurel. Des procédés d'attaque chimique, par exemple par des acides, peuvent être utilisés en complément ou en remplacement de l'usinage pour réaliser les alvéoles A. Conformément à l'invention, des nervures de renforcement se présentant sous la forme de surépaisseurs sont prévues sur les cloisons C. Grâce à la présence de ces nervures, les cloisons C peuvent être considérablement amincies, en dehors des régions où les nervures elles-mêmes sont formées. Globalement, il en résulte une réduction de la matière qui doit être laissé en place, lors de la formation des alvéoles, afin d'assurer la rigidité requise. Le résultat est l'obtention de substrats de miroirs plus légers que ceux connus de l'art antérieur pour un niveau de rigidité donné, ou plus rigides pour un poids donné. Typiquement, l'invention permet d'atteindre une réduction de masse de l'ordre de 80 - 85 % par rapport à un substrat massif, contre environ 70% pour l'art antérieur.

Par ailleurs, ce résultat peut être obtenu sans une augmentation notable des coûts de fabrication. En effet, les nervures peuvent être réalisées directement lors du creusement des alvéoles par usinage, typiquement à l'aide de machines outils OU à commande numérique. L'invention peut être mise en oeuvre selon plusieurs modes de réalisation qui seront décrits, de manière non exhaustive, ci après. Selon un premier 'mode de réalisation de l'invention, représenté sur les figures 3 et 4, des nervures de renforcement NR1 sont prévues sur la périphérie des alvéoles A, approximativement à mi-hauteur des cloisons C. Autrement dit, les nervures NR1 s'étendent dans une direction transversale, c'est à dire sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal desdites alvéoles A.

Selon le deuxième mode de réalisation, représenté sur les figures 5 et 6, au contraire, des nervures de renforcement NR2 sont prévues à mi-largeur des closions C, s'étendant dans une direction longitudinale, c'est à dire sensiblement parallèle à l'axe des alvéoles A, et sur toute la hauteur de ces derniers. Selon le troisième mode de réalisation, représenté sur les figures 7 et 8, les nervures NR3 s'étendent dans une direction sensiblement longitudinale, mais sur une partie seulement de la profondeur des alvéoles A, à partir de leur paroi de fond PF. En outre, les nervures NR3 subdivisent la partie inférieure des alvéoles en quartiers Q. Dans l'exemple représenté sur les figures, les alvéoles A ont une forme de prisme à base hexagonale et sont divisés en six quartiers triangulaires Q par des nervures NR3 s'étendant à partir des arêtes du prisme, mais d'autres configurations sont possibles. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant en ce que la structure interne formée par les nervures NR3 permet de réduire sensiblement l'épaisseur de la paroi de fond PF tout en évitant le capitonnage de la face avant F1. Bien entendu, les nervures de renforcement peuvent également prendre une orientation oblique, ni parallèle ni perpendiculaire à l'axe des alvéoles A. En outre, des nervures ayant des orientations différentes peuvent coexister dans un même alvéole, ou dans des alvéoles différents d'un même substrat. Par ailleurs, il n'est pas indispensable que tous les alvéoles présentent des nervures de renforcement. A titre indicatif, on peut estimer qu'il est préférable qu'au moins la moitié et de préférence la totalité des alvéoles présentent au moins une nervure. Comme il a été dit plus haut, la présence de nervures de renforcement permet d'amincir les cloisons C sans sacrifier la rigidité du substrat. Il est possible d'aller plus loin, et de supprimer partiellement lesdites cloisons, en ouvrant des passages entre les alvéoles.

A l'extrême, comme cela est représente sur les figures 9 et 10, on peut même supprimer entièrement les cloisons, en ne laissant subsister que les nervures NR4, NR5 qui viennent ainsi à former des piliers ou poutres s'étendant entre les deux faces principales F1, F2 du miroir. En fait, dans ce cas, afin d'obtenir une stabilité suffisante du substrat allégé il est généralement nécessaire de prévoir des nervures s'étendant de manière oblique par rapport à l'axe de ce dernier. Dans l'exemple des figures 9 et 10, les nervures NR4 sont orientées parallèlement à l'axe des alvéoles, et les nervures NR5 le sont dans une direction oblique. La suppression des cloisons C, qu'elle soit partielle ou totale, peut être effectuée de manière mécanique, par usinage, ou bien par dissolution chimique. Les deux méthodes peuvent également être combinées.

Pour tous les modes de réalisation, on a choisi de représenter un substrat de miroir S présentant une face avant F1 plane ; cependant l'invention s'applique également à la réalisation de substrats convexes ou concaves. En général, la forme convexe ou concave de la face avant F1 est définie avant l'étape d'allègement comportant la formation des alvéoles avec les nervures de renforcement, et éventuellement la suppression partielle ou totale des cloisons. Ensuite, le substrat S est rectifié pour corriger les déformations induites par cette étape d'allègement, puis la face avant F1 est polie et rendue réfléchissante à l'aide d'un revêtement RR adapté. On obtient ainsi un miroir léger, mais néanmoins suffisamment rigide. Dans le cas d'une face avant non planaire, la profondeur H des alvéoles n'est généralement pas constante, afin de maintenir l'épaisseur de la peau avant PF le plus uniforme possible. II n'est pas possible de donner ici des directives générales précises quant à l'épaisseur des closions et des nervures de renforcement, où aux dimensions des alvéoles : en effet, tout dépend de l'application considérée, du matériau dans le quel est réalisé le substrat S, des déformations admises et des sollicitations mécaniques et thermiques auxquelles sera soumis le miroir. Cependant, en général, l'épaisseur des nervures sera d'au moins 2 mm, et de préférence comprise entre 2 et 10 mm. D'une manière connue en soi, la conception d'un substrat de miroir allégé et d'un miroir allégé selon l'invention se fera selon une méthode itérative, comportant le choix d'une configuration de départ, sa validation notamment à l'aide d'une modélisation par éléments finis et, si les conditions du cahier des charges ne sont pas respectées, sa modification.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'allègement d'un substrat de miroir (S), comportant une étape de formation, dans ledit substrat, d'alvéoles (A) délimités latéralement par des cloisons (C), caractérisé en ce que ladite étape de formation d'alvéoles comporte la réalisation de nervures de renforcement (NR1, NR2, NR3, NR4, NR5) sur au moins une partie desdites cloisons (C).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits alvéoles (A) sont réalisés par usinage dudit substrat (S).

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit substrat (S) présente une face principale avant (F1), destinée à constituer la face réfléchissante dudit miroir, et une face principale arrière (F2), opposée à ladite face principale avant (F1) ; et dans laquelle lesdits alvéoles (A) s'étendent de ladite face arrière (F2) jusqu'à une paroi de fond (PF) définissant ladite face principale avant (F1).

4. Procédé selon la revendication 3, comportant également une étape de suppression au moins partielle desdites cloisons (C), en laissant :subsister lesdites nervures de renforcement (NR4, NR5).

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape de suppression au moins partielle desdites cloisons (C) est réalisée par une 20 méthode choisie parmi l'usinage et la dissolution chimique.

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel au moins une partie desdites nervures de renforcement (NR4, NR5) s'étendent entre ladite paroi de fond (PF) des alvéoles (A) et ladite face principale arrière (F2) dudit substrat (S), et dans lequel ladite étape de suppression desdites 25 cloisons est une étape de suppression totale ne laissant subsister que lesdites nervures de renforcement (NR4, NR5).

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit substrat (S) est constitué d'une seule pièce.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 30 dans lequel ledit substrat (S) est constitué d'un matériau choisi parmi un verre, de la silice, du silicium ou une céramique.

9. Procédé de fabrication d'un miroir allégé comportant :- l'allégement d'un substrat de miroir (S) par un procédé selon l'une des revendications précédentes ; et le polissage d'une face principale avant (F1) de ce substrat et le dépôt sur cette face d'un revêtement réfléchissant (RR).

10. Substrat de miroir allégé (S) dans lequel est formée une pluralité d'alvéoles (A), chaque alvéole étant délimité latéralement par des cloisons (C), caractérisé en ce qu'au moins une partie desdites cloisons délimitant latéralement lesdits alvéoles présentent des nervures de renforcement (NR1, NR2, NR3, NR4, NR5).

11. Substrat (S) selon la revendication 10, dans lequel au rnoins la moitié, et de préférence la totalité desdites cloisons (C) présentent au moins une nervure de renforcement.

12. Substrat (S) selon l'une des revendications 10 ou 11, présentant une face principale avant (FI), destinée à constituer la face réfléchissante dudit miroir, et une face principale arrière (F2), opposée à ladite face principale avant ; et dans lequel lesdits alvéoles (A) s'étendent de ladite face arrière jusqu'à une paroi de fond (PF) définissant ladite face principale avant.

13. Substrat (S) selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel au moins une partie desdites nervures de renforcement (NR1) s'étendent dans une direction sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal desdites alvéoles (A).

14. Substrat (S) selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel au moins une partie desdites nervures de renforcement (NR2, NR3, NR4, NR5) s'étendent dans une direction sensiblement parallèle à un axe longitudinal desdites alvéoles (A).

15. Substrat (S) selon la revendication 14, dans lequel lesdites nervures de renforcement (NR3) s'étendent dans une direction sensiblement parallèle à un axe longitudinal desdites alvéoles (A) et sur une partie seulement de la profondeur de ces derniers ; et dans lequel lesdites nervures subdivisent lesdits alvéoles en quartiers (Q).

16. Substrat (S) selon la revendication 14, dans lequel au rnoins une partie desdites nervures de renforcement (NR2) s'étendent dans une direction sensiblement parallèle à un axe longitudinal desdites alvéoles (A) et sur toute la profondeur de ces derniers.

17. Substrat (S) de miroir allégé comportant une face principale avant (F1) et une face principale arrière (F2) reliées par une pluralité de piliers (NR4, NR5).

18. Substrat (S) selon l'une des revendications 10 à 17, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce.

19. Substrat (S) selon l'une des revendications 10 à 18, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau choisi parmi un verre, de la silice, du silicium ou une céramique.

20. Miroir comportant un substrat allégé (S) selon l'une des revendications précédentes, sur une face principale avant (F1) duquel est 15 déposé un revêtement réfléchissant (RR). 10