METHODE DE FABRICATION DE RESEAUX DE MICROLENTILLES CYLINDRIQUES PARABOLIQUES

METHOD FOR MANUFACTURING PARABOLIC CYLINDRICAL MICRO LENS ARRAYS

French Abstract

L'invention révèle une méthode pour fabriquer un réseau de microlentilles
cylindriques de forme
parabolique par tous procédés de déposition de couches minces (fig.1). La
méthode consiste à placer
un masque (fig.1 (3)) entre la source d'évaporation du matériau (fig.1 (1)) et
le substrat (fig.1 (5))
dans un système sous vide de déposition de couches minces. Le masque, fabriqué
dans une plaque
de métal mince (fig.2 (1)), est constitué par de multiples fentes périodiques
et rectangulaires (fig.2
(2)). Le matériau évaporé (fig.1 (2)) se propage à travers le masque (f g.1
(4)) et est déposé sur un
substrat (fig.1 (6)). Afin d'ajuster la forme des microlentilles, le substrat
est mis en mouvement
oscillatoire de translation dans le plan horizontal du support à substrat par
un système mécanique
automatisé (fig.1 (7)) pendant la durée du dépôt. L'épaisseur du matériau
déposée détermine la
distance focale des microlentilles cylindriques paraboliques.

Claims

Revendications
Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de
propriété ou de privilège est
revendiqué, sont définies comme suit :
1. Une méthode pour fabriquer un réseau de microlentilles cylindriques
paraboliques par tous
procédés de déposition de couches minces.
2. Une méthode, telle qu'elle est définie dans la revendication 1, selon
laquelle le masque fabriqué
dans une plaque de métal mince est constitué par de multiples fentes
périodiques et rectangulaires et
sera placé entre la source d'évaporation et le substrat;
3. Une méthode, telle qu'elle est définie dans la revendication 2, où le
substrat est mis en
mouvement oscillatoire de translation dans le plan horizontal du support à
substrat par un système
mécanique automatisé pendant la durée du dépôt ;
4. Une méthode, telle qu'elle est définie dans la revendication 3, où
l'épaisseur du matériau déposée,
à travers le masque, déterminera la distance focale des microlentilles
cylindriques paraboliques.

Description

CA 02639056 2008-09-05
Mémoire descriptif
Méthode de Fabrication de Réseaux de Microlentilles Cylindriques Paraboliques
Domaine technique : optique et photonique
1. Champ d'invention auquel le procédé se rattache
La présente invention propose une méthode de fabrication d'un réseau de
microlentilles cylindriques
de forme parabolique par tous procédés de déposition de couches minces.
2. La nature, en termes généraux, des articles ou procédés antérieurement
connus ou utilisés,
qui sont censés être améliorés ou remplacés par le recours à l'invention,
ainsi que des
difficultés et inconvénients qu'ils comportent.
Les diodes laser sont très utilisées dans les télécommunications et dans
divers instruments de
mesure. Celles qui sont de haute puissance sont utilisées dans des
applications industrielles telles
que le traitement thermique, le soudage et également pour le pompage d'autres
lasers. Le plus
souvent pour obtenir des diodes lasers de haute puissance, on range plusieurs
diodes laser de
manière périodique afm de constituer une barre de diode laser dans le but de
produire des faisceaux
laser de sortie de puissance très élevée. La forme planaire d'une diode laser
confère
malheureusement au faisceau laser de sortie une forme asymétrique dans son
plan transversal. Par
conséquent, le faisceau de sortie diverge rapidement verticalement à des
angles typiquement de
l'ordre de 25 à 80 degrés et latéralement pour des angles de l'ordre de 5 à 15
degrés. L'axe vertical
est alors appelé axe rapide et l'axe latéral axe lent . Il en résulte
un faisceau de forme
astigmatique et elliptique limitant l'usage dans des applications de diodes
laser de haute puissance.
Afin de remédier à ce problème, un élément d'optique doit être utilisé afin de
former un faisceau
collimaté et circulaire. Pour obtenir la forme désirée, une microlentille
cylindrique doit être employé
pour chacune des sources émettrices en fonction de l'axe que nous voulons
corriger. Dans le cas
d'une barre de diodes laser, c'est un réseau de microlentilles cylindriques
qui est généralement
utilisé pour compenser ou corriger l'astigmatisme des faisceaux de sortie.
De nombreuses méthodes de fabrication sont généralement utilisées pour
produire des microlentilles
cylindriques :
- Les méthodes par ablation laser et par photolithographie : ce sont le plus
souvent des
méthodes très onéreuses au regard du coût du matériel de fabrication utilisé.
Ces méthodes
produisent généralement des microlentilles cylindriques de forme sphérique qui
introduisent
des aberrations sphériques lors de la traversée du faisceau laser par celle-
ci. Le principal
inconvénient est que n'importe quelle source émettrice, qui n'est pas
strictement au point
focal, ne permettra pas d'obtenir de bonnes propriétés de collimation.
- La méthode d'utilisation d'une fibre de silice : cette méthode a montré la
possibilité
d'obtenir des microlentilles cylindriques de forme hyperbolique. Bien que
cette méthode soit
peu couteuse, la forme hyperbolique des microlentilles cylindriques aura les
mêmes
inconvénients qu'une microlentille à forme sphérique.

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- La méthode de déposition par vapeur chimique (CVD) pour réaliser des
microlentilles
cylindriques à gradient d'indice : cette méthode reste une manière efficace
pour obtenir une
forme cylindrique mais elle ne permet toujours pas de diminuer voir d'éliminer
les
aberrations.
3. L'idée créatrice que le nouveau procédé met en aeuvre et la façon dont le
recours à cette
invention surmonte les difficultés et les inconvénients des pratiques ou
méthodes antérieures.
L'idée de cette nouvelle méthode est de fabriquer un réseau de microlentilles
cylindriques de forme
parabolique par tous procédés de déposition de couches minces. Ce procédé
permettra de créer des
microlentilles cylindriques dont la forme sera similaire à un profil
parabolique. En règle général, les
éléments d'optique conventionnels de forme parabolique permettent une
meilleure focalisation car
elles sont le plus souvent dépourvues d'aberrations sphériques. Ces nouvelles
microlentilles
cylindriques vont donc permettre de diminuer les aberrations sphériques
existantes dans toutes les
autres méthodes et d'obtenir de meilleures propriétés de collimation.
4. Une description complète de la meilleure façon d'utiliser ou de mettre à
exécution l'idée
créatrice. Si des dessins ont été faits, il faut faire précéder la description
d'une liste desdits
dessins et établir la relation entre les deux au moyen des numéros indiqués
sur les dessins.
Notre procédé consistera à placer un masque (fig.1(3 )) entre la source
d'évaporation (fig.1(1)) et le
substrat (fig.1(5)) dans un système sous vide de déposition de couches minces.
Le masque fabriqué
dans une plaque de métal mince (fig.2(1)) sera constitué par de multiples
fentes périodiques et
rectangulaires (fig.2(2)). Le matériau évaporé (fig.1(2)) se propagera à
travers le masque (fig.1(4))
et sera déposé sur un substrat (fig.1(6)). Afm d'ajuster la forme des
microlentilles, le substrat sera
mis en mouvement oscillatoire de translation dans le plan horizontal du
support à substrat par un
système mécanique automatisé (fig.1(7)) pendant la durée du dépôt. L'épaisseur
du matériau
déposée déterminera la distance focale des microlentilles cylindriques
paraboliques.
Les exemples suivants illustrent la manière de présenter la liste et la
description :
Relativement aux dessins qui illustrent la réalisation de l'invention :
- la figure 1 représente une le schéma du montage de la méthode de fabrication
des réseaux de
microlentilles cylindriques ;
- La figure 2 représente un schéma du masque fabriqué dans une plaque de métal
mince et
constitué par de multiples fentes périodiques et rectangulaires.
5. Si on le veut, on peut indiquer d'autres façons d'utiliser et d'exploiter
l'idée créatrice.

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Dessins
Votre demande doit comprendre un dessin chaque fois que votre invention peut
être ainsi illustrée.
Cela signifie que presque toutes les inventions exigent la présentation de
dessins, sauf les
compositions de matières ou les procédés à caractère chimique. Notons qu'un
dessin peut aussi être
utile dans ces derniers cas.
S'il n'est pas possible d'illustrer l'invention par des dessins, vous pouvez
joindre à votre demande des
photographies ou des copies de photographies montrant l'invention.
Votre dessin doit indiquer toutes les caractéristiques de l'invention définies
par les revendications.
De plus, le dessin doit être conforme à des normes très précises, très
détaillées et très uniformes
quant au format de la page, la qualité du papier, et autres, afin que les
brevets publiés soient d'un
style uniforme et faciles à comprendre. Les dessins doivent être conformes aux
prescriptions
suivantes :
A. Chaque feuille mesure 21,6 cm de large sur 27,9 cm de long et comporte des
marges nettes ainsi
définies : marge du haut et marge de gauche d'au moins 2,5 cm, marge de droite
d'au moins 1,5 cm
et marge du bas d'au moins 1 cm.
B. Chaque dessin est exécuté sans couleurs, en lignes noires bien délimitées,
suffisamment denses et
foncées pour en permettre une reproduction satisfaisante.
C. Lorsque des figures paraissant sur plus d'une page constituent une seule
figure complète, elles
sont présentées de telle sorte que l'on puisse assembler la figure complète
sans cacher aucune partie
des figures partielles.
D. Chaque élément d'une figure est en proportion avec chacun des autres
éléments de la figure, sauf
lorsque l'utilisation d'une proportion différente est indispensable pour la
clarté de la figure.
E. Les coupes sont indiquées par des hachures qui n'empêchent pas de lire
facilement les signes de
référence et les lignes directrices.
F. Les signes de référence doivent être clairs et distincts et mesurer au
moins 3,2 mm de haut. Le
même signe de référence doit être utilisé pour indiquer le même élément, dans
tous les documents de
la demande.
G. Les vues sont numérotées consécutivement.
H. Les dessins sont présentés sur des feuilles de papier blanc de bonne
qualité, ni froissées ni pliées,
de manière à pouvoir être reproduits par la photographie, des procédés
électrostatiques, l'offset et le
microfilmage.

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References
R. Grunwald, S. Woggon, R. Ehlert and W. Reinecke, Thin-film microlens arrays
with non-
spherical elements, Pure Appl. Opt. 6, 663 (1997).
R. Grunwald, H. Mischke and W. Rehak, microlens formation by thin-film
deposition with mesh-
shape masks, Appl. Opt. 3 8(19), 4117 (1999).
J. Jahns and S.J. Walker, Two-dimensional array of diffractive microlenses
fabricated by thin film
déposition, Appl. Opt. 29 (7), 931 (1990).
S.K. Yao, Theorical model of thin-film deposition profile with shadow effet,
J. Appl. Phys. 50 (5),
3390 (1979).

Representative Drawing