Réalisation de dioptres asphériques de grande précision pour des applications dans le domaine visible

A manufacturing process of high precision apsherical lens surfaces for applications in the visible field

• Auteur / Autrice : Stéphane DI Luzio
• Direction : Henri Gagnaire, Philippe Revel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lentilles (optique)

Procédés de fabrication

Optique -- Instruments

Résumé

Ce travail a été effectué chez Thales Angénieux dans le cadre d'une convention CIFRE. Il a porté sur l'étude d'un processus de fabrication de dioptres asphériques de très grande précision pour des applications dans le domaine du visible. Ceux-ci fabriqués sur des lentilles en verre ou en fluorine seront intégrés dans des systèmes optiques complexes. C'est pourquoi ils doivent répondre à de sévères critères de forme (PV < 200 nm) et de rugosité (Rms < 3 nm). Leur réalisation est complexe, car on ne peut utiliser les méthodes conventionnelles de fabrication des dioptres sphériques ou plans. De plus, même avec les dernières techniques de production, il est particulièrement difficile de satisfaire simultanément les critères de forme et de rugosité. Des instruments de mesure adaptés à chaque étape de fabrication ont été associés aux moyens de production : un profilomètre permettant la mesure des dioptre micro-rectifiés, un interféromètre et un déflectomètre pour la phase de polissage magnéto-rhéologique. Parmi les différentes techniques de réalisation de dioptres asphériques envisageables, nous avons choisi de développer pour les lentilles en verre un processus de fabrication industrielle articulé autour de deux étapes clefs : une phase de micro-rectification et une phase de polissage magnéto-rhéologique. Après avoir constaté l'impossibilité de réaliser un dioptre correct en employant ces deux phases, malgré une optimisation des paramètres de micro-rectifcation, il s'est avéré nécessaire d'intercaler une phase de polissage qualifié de polissage souple pour assurer la transition entre la micro-rectification et le polissage magnéto-rhéologique. Par ailleurs, le processus de fabrication des lentilles en fluorine a été basé sur le tournage à l'outil diamant, opération impossible sur le verre. Cependant, malgré différents essais et analyses, nous n'avons pas réussi à obtenir un processus stable. Par conséquent, les lentilles asphériques en fluorine ont été finalement réalisées avec le même processus de fabrication que celles en verre. Ce processus de fabrication permet d'une part de réaliser des dioptres asphériques dont la forme présente un PV de l'ordre de 150 nm et la rugosité un Rms compris entre 1 et 2 nm, et d'autre part il s'avère parfaitement utilisable en milieu industriel

This work was done at Thales Angénieux as part of a CIFRE contract. It was about the study of an industrial process of aspherical lens surfaces making for applications in the visible field. Made of glass or calcium fluoride, these lenses will be used in high precision optical systems. This is why they must meet strict form (PV<200 nm) and roughness (rms<3nm) requirements. Their making is complex and cannot use the conventional methods of spherical or plan surfaces making. It is particularly difficult to meet simultaneously the form and roughness requirements even with the latest production techniques. Some measurement instruments which are adapted to each stage were associated to the making means: a profilometer for the measurement of micro-grinded surfaces, an interferometer and a deflectometer for the magneto rheological finishing phase. Among the different possible aspherical surfaces making methods, Thales Angénieux chose to develop an industrial making process which combines two key stages: a micro grinding phase and a magneto-rheological finishing phase. However, it is impossible to produce surfaces which meet the required criteria with the two stages quoted above despite an optimisation of micro grinding parameters. It proved to be necessary to insert a polishing phase named flexible polishing to insure the transition. Moreover, the process of aspherical calcium fluoride lens surfaces making was based on the diamond turning, what was impossible on glass. However, despite different attempts and analysis, we could not obtain a stable process. Thus, the aspherical calcium fluoride lenses were finally made with the same process as the glass lenses. This making process allows on the one hand to produce an aspherical surface with a form PV around 150 nm and a roughness rms between 1 to 2 nm and, on the other hand, proves to be compatible with industrial making requirements