Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La fabrication optique couvre de grands domaines et permet d'obtenir une multitude de fonctions optiques notamment les fonctions réflectives et réfractives. Ces dernières années, de nouvelles technologies dans la réalisation du composant optique ont vu le jour, parmi elles les techniques d’usinage et de polissage. Une description et une classification de ces procédés et de leurs performances permettent d’en faciliter le choix. Se pose ensuite la question de la métrologie à mettre en œuvre lors du déroulement de ces opérations. Au final, sont listées leurs nombreuses applications actuelles dans les sociétés optiques en prenant en compte les critères industriels. La demande toujours plus forte dans des surfaces plus précises et plus complexes oblige malgré tout ces nouvelles technologies à d’autres développements.
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Optical manufacturing covers a large domain and provides a host of optical features including reflective and refractive functions. In recent years, new technologies in the realization of optical components have emerged, among them machining and polishing techniques. A description and classification of these processes and their performance can facilitate the choice. Subsequently there is the issue of metrology to be implemented during the course of these operations. Ultimately, their numerous current applications in optical companies are listed, taking into account industrial requirements. The ever increasing demand for more specific and complex surfaces, despite all these new technologies, forces further developments.
Auteur(s)
-
François LEPRÊTRE : Ingénieur Process Optique Thales Angénieux
INTRODUCTION
La fabrication optique couvre de grands domaines et permet d'obtenir une multitude de fonctions optiques :
-
fonctions réflectives : la lumière se réfléchit sur une surface optique ;
-
fonctions réfractives : la lumière traverse une surface optique ;
-
fonctions diffractives : la lumière est diffractée par une surface optique.
Nous nous limiterons dans cet article à étudier principalement les nouvelles technologies de réalisation des composants optiques associés aux fonctions réflectives et réfractives.
Un composant optique simple comporte plusieurs aspects :
-
une matière optique approvisionnée auprès des grands verriers du monde : Schott, Ohara, Hoya, Hikari, CDGM. La qualité de cette matière est un enjeu important pour les composants réfractifs et limite de plus en plus souvent ses performances. Pour les composants réflectifs, la matière sert de « support » à la fonction optique et assure une fonction mécanique importante ;
-
des surfaces actives pour les composants réfractifs, une seule pour les composants réflectifs ;
-
chacune des surfaces a une forme géométrique qui peut être plane, cylindrique, sphérique, asphérique ou de non-révolution (free form). Ces surfaces sont ébauchées puis polies et leurs formes finales garantissent la performance optique du composant. La forme extérieure est ensuite usinée ;
-
pour améliorer les performances optiques ou spectrales du composant, un traitement couche mince est déposé sur les surfaces : antireflet, dichroïque, réfléchissant, polariseur, séparateur ;
-
pour améliorer les performances de lumière parasite, il peut être nécessaire de déposer un vernis noir sur les tranches des composants ou sur une partie de la surface.
De nouvelles technologies ont vu le jour ces vingt dernières années pour réaliser l'ensemble du composant optique et nous étudierons dans cet article les procédés modernes de fabrication des surfaces optiques (hors aspect traitement, collage et vernis). Après une revue indispensable des « grands classiques » de la technologie optique, toujours opérationnels en industrie et obligatoires dans certains cas, nous passerons en revue les différentes techniques d'usinage et de polissage. L'utilisation de ces technologies est possible ou non, en fonction du matériau, de la fonction géométrique souhaitée et du besoin en termes de précision. Nous continuerons par une revue de la métrologie nécessaire pour mettre en œuvre ces nouvelles technologies et nous terminerons par leur application dans l'industrie, les limitations actuelles et les axes de développements en cours.
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Comment sélectionner les technologies ?
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2. Description des procédés de fabrication des surfaces optiques
2.1 Classification des procédés
Nous allons dans la suite de l'article décrire les principales technologies de réalisation des surfaces optiques. Le polissage des surfaces est souvent mis en avant par sa difficulté et par les performances de planéité, mais le travail le plus important consiste à obtenir une bonne ébauche de la surface : une ébauche réussie, avec une rugosité régulière et un défaut de forme de l'ordre du micromètre, est la garantie d'un très bon polissage réalisé dans un temps très court. Nous prêterons donc aussi une attention particulière aux nouvelles technologies d'ébauche des surfaces.
Ces technologies ne sont pas toutes d'apparition récente mais elles sont actuellement le cœur des technologies industrielles utilisées dans les sociétés. Elles sont répétables, adaptées aux moyennes et grandes séries et font encore l'objet d'améliorations.
Une première classification des technologies peut être effectuée selon le diamètre de l'outil utilisé (figure 3).
Elles peuvent ensuite être classées en cinq catégories (figure 3) :
-
T1 – Technologie d'usinage : ébauche et polissage des matériaux ductiles ou quasi ductiles par usinage à pointe diamant : SPDT (Single Point Diamond Turning ) ;
-
T2 – Technologie par commande numérique (CN) : ébauchage et polissage des matériaux ductiles ou non ductiles par CN : CNE (Commande Numérique Ébauche) et CNP (Commande Numérique Polissage) ;
-
T3 – Technologie de PAO (figure 4) : procédé de retouche de polissage assisté par ordinateur : PAO ;
-
T4 – Technologie de moulage : procédé de moulage verre ou plastique : MOUL ;
-
T5 – Technologie de polissage spécifique pour pièces planes : polissage double face ou...
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BIBLIOGRAPHIE
-
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-
(2) - BLACKLEY (W.S.), SCATTERGOOD (R.O.) - Ductile-regime machining model for diamond turning of brittle materials. - Precision Engineering, vol. 13, Issue 2, p. 95-103, avr. 1991.
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(3) - BUHLER (S.), FUHRERL (J.), CHERVAZ (F.), MEIER (Ch.), OPPLIGER (C.), ROQUIER (F.), BAUME (P.) - Aspherical toroidal mirror fabricated by single-point diamond turning. - Hochschule für Technik und Informatique.
-
(4) - BHATTACHARYA (B.), PATTEN (J.A.), JACOB (J.) - Single point diamond turning of CVD coated silicon carbide. - Proceedings of MSEC2006, ASME International Conference on Manufacturing Science and Engineering, Ypsilanti, Michigan, 8-11 oct. 2006.
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