ES2319549T3 - Espejo de deformacion local por variacion de espesor de un material electroactivo controlada por efecto electrico. - Google Patents

Abstract

Espejo deformable (M), que comprende i) un substrato (S) aislante eléctricamente y que presenta una cara delantera casi plana, ii) una primera etapa (E1) que comprende al menos dos electrodos planos (EL) colocados en unos sitios elegidos sobre dicha cara delantera del substrato (S), iii) una primera capa (CP1) de material electroactivo colocada en contacto con una cara delantera de los electrodos (EL) de dicha primera etapa (E1) y apropiada para ser deformada localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico local elegida, iv) una capa reflectante (CR) eléctricamente conductora, que define un electrodo de masa conectado a una masa eléctrica y colocado sobre una cara delantera de dicha primera capa electroactiva (CP1), y v) unos primeros circuitos (C1i) de alimentación eléctrica conectados cada uno, por una parte, a dicha masa eléctrica y, por otra parte, a al menos uno de los electrodos (EL) de dicha primera etapa (E1) de manera a instaurar localmente, tras una orden, una diferencia de potencial elegida, apropiada para deformar localmente una zona (ZD) de la primera capa electroactiva (CP1) colocada casi en el lugar de dicho electrodo (EL); caracterizado porque comprende además i) al menos una segunda etapa (E2) que comprende al menos dos electrodos planos (EL) e intercalada entre dicha cara delantera del substrato (S) y una cara trasera de la primera etapa (E1), ii) al menos una capa conductora separadora (EM1, EM2), que define un electrodo de masa conectado a dicha masa eléctrica e intercalado entre un cara trasera de la primera etapa (E1) y dicha segunda etapa (E2), iii) al menos una segunda capa (CP2, CP3) de material electroactivo, intercalada entre una cara delantera de los electrodos (EL) de dicha segunda etapa (E2) y una cara trasera de dicha capa conductora separadora (EM1, EM2), y apropiada para ser deformada localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico elegida, y iv) unos segundos circuitos (C2i) de alimentación eléctrica conectados cada uno, por una parte, a dicha masa eléctrica y, por otra parte, a al menos uno de los electrodos (EL) de dicha segunda etapa (E2) de manera a instaurar localmente, tras una orden, una diferencia de potencial elegida, apropiada para deformar localmente una zona de la segunda capa electroactiva (CP2) colocada casi en el lugar de dicho electrodo (EL).

Description

Espejo de deformación local por variación de espesor de un material electroactivo controlada por efecto eléctrico.

La invención se refiere al campo de los instrumentos ópticos de alta, incluso muy alta, resolución.

Como sabe el experto en la técnica, ciertos instrumentos ópticos comprenden aberraciones geométricas que es tanto más imperativo compensar cuanto que la resolución buscada sea elevada.

Con el fin de compensar estas aberraciones geométricas se han propuesto al menos dos soluciones.

Una primera solución consiste en utilizar cristales líquidos para hacer variar el índice del vidrio bajo la acción de un campo eléctrico. El inconveniente de esta solución reside en el hecho de que genera aberraciones cromáticas, de modo que es difícilmente aplicable a los instrumentos multiespectrales o a los instrumentos con banda espectral ancha.

Una segunda solución consiste en utilizar espejos deformables (o activos). Se trata aquí de controlar la deformación de la superficie reflectante de un espejo al nivel de una pupila del instrumento de observación cuyas aberraciones geométricas deben ser compensadas.

La universidad de Delft ha propuesto así colocar, a una distancia elegida de un substrato que comprende un circuito impreso en el que están definidos unos electrodos conectados a unos circuitos de alimentación eléctrica, una membrana suspendida reflectante conectada a la masa de dichos circuitos de alimentación eléctrica. Colocando un electrodo en un potencial eléctrico elegido, la membrana suspendida reflectante es atraída hacia este electrodo de modo que se deforma.

Esta solución presenta al menos dos inconvenientes.

Un primer inconveniente es debido a la integración de la membrana en su soporte. Los esfuerzos de fijación de la membrana flexible en la montura circular generan en efecto unas deformaciones que hay que minimizar mecánicamente y que pueden reaparecer bajo el efecto de variaciones de temperatura y de gradientes de temperatura locales.

Un segundo inconveniente es debido a la fuerza electroestática aplicada por los accionadores (o electrodos) en la membrana. En efecto, siendo proporcional esta fuerza electroestática a la tensión aplicada al cuadrado (V^{2}), los accionadores no pueden ejercer más que una fuerza de tracción en la membrana que tiende a acercarla a ellos. Es por consiguiente necesario aplicar una tensión de desfase (o de offset) para llevar el plano de la membrana más cerca del plano de los electrodos para intentar crear unos "montículos" en la membrana al aflojar localmente la fuerza de tracción. Esta solución impone utilizar una parte de la capacidad de accionamiento de los electrodos. Debido a su fuerte curvatura, una corona periférica del espejo ya no puede por lo tanto ser utilizada para la corrección de las aberraciones, lo que induce una reducción de la superficie útil. Además, en caso de avería de alimentación, y por lo tanto de desaparición de la tensión de desfase, el desplazamiento de la membrana reflectante y su variación de curvatura estropean el instrumento, lo que puede inutilizar la imagen. Los espejos deformables son conocidos por los documentos US 6464363 y EP 0793120.

Como ninguna solución conocida aporta una satisfacción plena, la invención tiene por lo tanto por objeto mejorar la situación.

Propone a tal efecto un espejo deformable que comprende i) un substrato, eléctricamente aislante, (preferiblemente rígido) y que presenta una cara delantera casi plana, ii) una primera etapa que comprende al menos dos electrodos planos colocados en unos sitios elegidos sobre la cara delantera del substrato, iii) una primera capa de material electroactivo colocada en contacto con la cara delantera de los electrodos de la primera etapa y apropiada para ser deformada localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico local elegida, iv) una capa reflectante, eléctricamente conductora, que define un electrodo de masa conectado a una masa eléctrica y colocada sobre la cara delantera de la primera capa electroactiva, y v) unos primeros circuitos de alimentación eléctrica conectados cada uno, por una parte, a la masa eléctrica y, por otra parte, a al menos uno de los electrodos de la primera etapa de manera a instaurar localmente, tras una orden, una diferencia de potencial elegida, apropiada para deformar localmente una zona de la primera capa electroactiva colocada casi en el lugar del electrodo; caracterizado porque comprende además al menos una segunda etapa que comprende al menos dos electrodos planos e intercalada entre la cara delantera del substrato y la cara trasera de la primera etapa, ii) al menos una capa conductora separadora, que define un electrodo de masa conectado a la masa eléctrica e intercalada entre la cara trasera de la primera etapa y la segunda etapa, iii) al menos una segunda capa de material electroactivo, intercalada entre la cara delantera de los electrodos de la segunda etapa y la cara trasera de la capa conductora separadora, y apropiada para ser deformada localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico elegida, y iv) unos segundos circuitos de alimentación eléctrica conectados cada uno, por una parte, a la masa eléctrica y, por otra parte, a al menos uno de los electrodos de la segunda etapa de manera a instaurar localmente, tras una orden, una diferencia de potencial elegida, apropiada para deformar localmente una zona de la segunda capa electroactiva colocada casi en el lugar del electrodo.

El espejo según la invención puede comprender otras características que podrán ser tomadas de forma separada o en combinación, y particularmente:

- Los electrodos de cada etapa pueden ser casi de la misma forma y estar colocados los unos casi sobre los otros.

- En una variante, los electrodos de cada etapa pueden ser casi de la misma forma y estar colocados los unos sobre los otros en unas posiciones parcialmente desfasadas con el fin de recubrirse parcialmente.

- Cada capa de material electroactivo puede estar solidarizada por adherencia a las capas que la rodean.

- Al menos una capa aislante separadora puede estar intercalada entre la cara trasera de la primera etapa de electrodos y la capa conductora separadora.

- Cada etapa puede ser un circuito impreso en el que están definidos los electrodos.

- Los electrodos de cada etapa pueden ser de forma casi hexagonal y estar dispuestos los unos con respecto a los otros conforme a una pavimentación triangular.

- Uno al menos de los electrodos de cada etapa puede comprender al menos un hueco de forma elegida (este hueco está por ejemplo en forma de estrella con n ramas).

- Los electrodos pueden estar conectados a sus circuitos de alimentación eléctrica respectivos por su cara trasera, o bien en su planta, por ejemplo utilizando intersticios de la pavimentación.

- Cada deformación local es preferiblemente función de la diferencia de potencial elegida, del espesor de la capa electroactiva en cuestión y del tipo del material electroactivo de la capa electroactiva en cuestión.

- El material electroactivo puede ser un terpolímero, como por ejemplo un copolímero dopado con flúor.

- La capa reflectante puede estar realizada en un material metálico.

- Al menos una capa separadora adicional semirígida y conductora (o que se vuelve conductora) puede estar colocada entre la capa reflectante (que define un electrodo de masa) y la primera capa electroactiva. Esta capa separadora adicional puede por ejemplo presentar un espesor comprendido entre en torno a una decena de micras y varias centenas de
micras. Por otro lado, esta capa separadora adicional puede estar solidarizada por adherencia a las capas que la rodean.

La invención está adaptada particularmente bien, aunque de forma no exclusiva, a los instrumentos ópticos utilizados en el marco de observaciones espaciales o terrestres. Tales instrumentos de óptica comprenden por ejemplo un telescopio acoplado a un espejo deformable del tipo presentado antes. Por otro lado, estos instrumentos de óptica pueden igualmente comprender unos medios de retroalimentación encargados de efectuar mediciones en la cara activa de su espejo deformable con el fin de controlar su forma mediante las tensiones aplicadas en sus diferentes electrodos.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán en el examen de la descripción detallada a continuación, y de los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un primer ejemplo de realización de un espejo deformable según la invención,

- la figura 2 ilustra de forma esquemática, en una vista en perspectiva en despiece ordenado, los principales constituyentes del espejo deformable de la figura 1,

- la figura 3 ilustra de forma esquemática, en una vista desde arriba, un ejemplo de pavimentación de electrodos planos,

- la figura 4 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un segundo ejemplo de realización de un espejo deformable según la invención,

- la figura 5 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un tercer ejemplo de realización de un espejo deformable según la invención,

- la figura 6 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un cuarto ejemplo de realización de un espejo deformable según la invención,

- la figura 7 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un primer ejemplo de realización de una parte de un instrumento de observación equipado con un espejo deformable según la invención, y

- la figura 8 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un segundo ejemplo de realización de una parte de un instrumento de observación equipado con un espejo deformable según la invención.

Los dibujos adjuntos podrán no solamente servir para completar la invención, sino también contribuir a su definición, llegado el caso.

Las dimensiones relativas de los elementos representados en las figuras no son representativas de las dimensiones relativas reales.

Se hace referencia en primer lugar a las figuras 1 y 2 para describir un primer ejemplo de realización de un espejo deformable (o activo) según la invención.

Como se indica en la parte de introducción, un espejo deformable M está destinado a compensar las aberraciones geométricas de un instrumento óptico al nivel de una de sus pupilas.

En lo que sigue, se considera a título de ejemplo ilustrativo, no limitativo, que el instrumento óptico es un instrumento de observación, eventualmente de alta resolución, embarcado en uno o varios ingenios espaciales, como por ejemplo uno o varios satélites o una nave espacial, y destinado a observar la tierra desde el espacio. El flujo luminoso debe ser analizado después de atravesar por el instrumento que introduce las aberraciones geométricas, pero estas últimas pueden ser corregidas en un punto cualquiera, preferiblemente en la salida igualmente, por razones de compacidad. Se realiza por lo tanto una imagen de la pupila de salida del instrumento en la cara activa del espejo. En este caso, el ancho de banda del espejo es de en torno a varios hercios para varias decenas de micras de deformación como máximo.

Pero la invención no está limitada a esta aplicación. Puede ser utilizada en todo tipo de instrumento óptico que presenta aberraciones geométricas, y particularmente en el campo de la astronomía terrestre (por ejemplo para la corrección de las aberraciones debidas a la atmósfera -en este caso el ancho de banda del espejo es de en torno a una centena de hercios para varias micras de deformación-), o en el campo de la instrumentación científica (en particular los láseres, particularmente de potencia), o en el campo industrial, o incluso en el campo de la imagen médica (en particular en oftalmología). La invención puede igualmente aplicarse a la corrección de forma de un gran espejo, tal como un espejo primario de telescopio, o a cada una de sus partes en el caso de un gran espejo segmentado.

Por otro lado, se considera en lo que sigue que el espejo M es plano, pero esto no es una obligación.

Como está ilustrado en la figura 1, un espejo deformable M, según la invención, está constituido por un apilamiento de un substrato S aislante eléctricamente y que presenta una cara delantera FAS casi plana, de al menos una primera etapa E1 que comprende al menos dos electrodos planos EL conectados a unos circuitos de alimentación eléctrica C1i(i=1 a N), de al menos una primera capa CP1 de material electroactivo, y de una capa reflectante CR eléctricamente conductora y que define un electrodo de masa conectado a la masa eléctrica de los circuitos C1i de alimentación.

Más precisamente, en el ejemplo ilustrado en las figuras 1 y 2, el substrato S comprende una cara delantera FAS a la que está solidarizada la primera etapa E1 de electrodos planos EL. El substrato S es preferiblemente rígido. Está por ejemplo realizado en un material tal como vidrio (por ejemplo de tipo ULE® o zérodur®). Pero cualquier otro material estable y aislante (o aislado) eléctricamente puede ser utilizado, y particularmente los materiales compuestos de tipo carbono-carbono o el SiC sinterizado.

Los electrodos planos EL de la primera etapa E1 están colocados en unos sitios elegidos bajo la cara trasera de la primera capa electroactiva CP1 (opuesta a su cara delantera FAE), de manera a permitir la deformación de zonas elegidas de esta última, como se verá más adelante. Son por ejemplo de forma hexagonal y están dispuestos los unos con respecto a los otros de manera a constituir una pavimentación triangular. Pero, por supuesto, se pueden considerar otras formas para los electrodos. Igualmente, se puede considerar cualquier otro tipo de colocación de electrodos, como por ejemplo el ilustrado en la figura 3 que comprende una cuarentena de electrodos planos y coplanarios dispuestos en el seno de cinco coronas concéntricas.

Como está esquemáticamente ilustrado en la figura 2, la primera etapa E1 es por ejemplo un circuito impreso en el que están definidos, particularmente, los electrodos planos EL. Pero se puede igualmente considerar definir directamente los electrodos EL en la cara delantera FAS del substrato S, por ejemplo por depósito al vacío.

La primera capa electroactiva CP1 está colocada en contacto con la cara delantera FAE de la primera etapa E1 y por lo tanto de sus electrodos EL. Está realizada en un material electroactivo que puede ser deformado localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico local elegida. Preferiblemente, el material electroactivo es un terpolímero, como por ejemplo un copolímero dopado con flúor. Todavía más preferiblemente, el material electroactivo es un polímero P[VF2 VF3 CFE] compuesto por tres monómeros VF2 (o VDF (difluoruro de vinilo)), VF3 (o TrFE (trifluoruro de etileno)) y CFE (o clorofluoruro de etileno), llamando ISL 3. Tal material es sintetizado por el ISL (Instituto franco-alemán de Saint Louis en Francia).

La primera capa electroactiva CP1 puede estar realizada, por ejemplo, mediante una técnica de revestimiento por rotación (o spin coating). Esta técnica consiste en depositar una pequeña cantidad de materia en la superficie a cubrir y después arrastrar en rotación dicha superficie de manera que la materia se extiende de forma homogénea hasta constituir una capa de espesor elegido. Como variante, se puede igualmente realizar la capa electroactiva por depósito en fase líquida. A tal efecto, se puede por ejemplo aplicar el polímero después de haberlo mezclado con un disolvente, lo que deja después del secado una película que presenta un buen estado de superficie. En otra variante, esta película puede estar realizada directamente por pulverización en la superficie de soporte.

El número de primeros circuitos C1i de alimentación es preferiblemente igual al número de electrodos EL de la primera etapa E1, de manera a permitir la colocación de cada electrodo bajo un potencial eléctrico elegido independientemente de los otros electrodos de la primera etapa E1. Así, en presencia de N electrodos EL, se puede deformar selectivamente, controlando los N circuitos C11 a C1N de alimentación, de una a N zonas diferentes de la primera capa electroactiva CP1.

Se puede al menos o bien deformar localmente una sola zona utilizando un solo electrodo EL conectado a un circuito de alimentación, esto es lo que se llama el comando "zonal", o bien deformar globalmente todas las zonas utilizando todos los N electrodos conectados respectivamente a los N circuitos de alimentación, esto es lo que se llama el comando "modal".

Por ejemplo, en el caso de un comando modal, las aberraciones medidas en la pupila de salida, o restituidas a partir de imágenes proporcionadas por el instrumento mismo, son primero proyectadas sobre una base de n polímeros de Zernicke (polinomios ortogonales normalizados con dos variable \rho y \theta en un disco), lo que ofrece la ventaja de clasificar los defectos de los instrumentos de óptica por orden de influencia decreciente. Sobre esta base, la superficie de onda (es decir, las aberraciones) está representada por lo tanto por un vector con n componentes que representan respectivamente los pesos de los n polinomios en la deformación global de la superficie de onda (que debería ser un plano si el instrumento fuese perfecto).

Con un coeficiente de amplitud cercano, cada polinomio describe una forma propia que se puede realizar mejor enviando unas tensiones particulares a los N electrodos de los que se dispone. El sistema de comando guarda por lo tanto en memoria n grupos de N tensiones particulares. Ponderando cada grupo mediante las n componentes del vector que representa la superficie de onda y efectuando la semisuma algébrica para cada electrodo, se obtienen las N tensiones de comando de deformación que anulan mejor las aberraciones en la pupila. Se puede elegir corregir solamente los k primeros defectos asociados a los k primeros polinomios. Cuanto más elevada es la profundidad de corrección k, más accionadores hay que disponer en la superficie del espejo.

Cada circuito C1i de alimentación está conectado a la masa eléctrica y en contacto con la cara delantera FAC de la primera capa electroactiva CP1. Así, es posible establecer localmente una diferencia de potencial elegida en cada zona de la primera capa electroactiva CP1 situada en el lugar de un electrodo EL. Esta diferencia de potencial crea en la zona en cuestión un campo eléctrico transversal (es decir, perpendicular a la primera capa electroactiva CP1) que induce una deformación local por efecto eléctrico. Este efecto eléctrico es más precisamente una electrostricción que tiende a hacer variar el espesor de la primera capa electroactiva.

Esta variación de espesor sigue una ley casi cuadrática. A título de ejemplo, para obtener un aumento del espesor de la primera capa electroactiva CP1 de en torno al 1%, hay que aplicar al material electroactivo un campo eléctrico de en torno a 40 MV/m, mientras que para obtener un aumento de espesor de en torno al 7%, hay que aplicar al material electroactivo un campo eléctrico de en torno a 170 MV/m.

La capa reflectante CR está realizada por ejemplo en un material metálico tal como el oro, particularmente para las aplicaciones en el campo infrarrojo, con una eventual capa de protección. Pero se puede igualmente realizar en plata o en aluminio protegido para las aplicaciones en el campo visible. Se deposita por ejemplo al vacío en la cara delantera FAC de la primera capa electroactiva CP1. Por ejemplo, la capa reflectante CR confiere una calidad óptica muy buena al espejo plano M, típicamente \lambda/50 rms (de root mean square - raíz cuadrada del valor cuadrático medio que representa la norma de la deformación del espejo M). Siendo la superficie del espejo un plano con pequeñas desviaciones, el valor cuadrático medio es la integral, en toda la superficie del espejo, del cuadrado de las desviaciones, con relación a esta misma superficie.

La capa reflectante CR asegura la calidad de la reflexión en términos de energía absorbida, de energía reflejada y de energía difundida, mientras que el pulido de la película (o capa) electroactiva determina la calidad óptica del espejo M.

Cuando la etapa E1 se realiza bajo la forma de un circuito impreso, se puede definir una parte al menos de cada circuito C1i de alimentación eléctrica. Además, cuando el circuito impreso es de tipo 3D y el material electroactivo es monocapa, es posible conectar los circuitos C1i de alimentación eléctrica a las caras traseras de los electrodos EL. Esto permite prescindir de los hilos de conexión o de las pistas conductoras al nivel de la cara delantera FAE de la primera etapa E1.

Estando colocada la cara trasera de la primera capa electroactiva CP1 en una superficie rígida, contrariamente a su cara delantera FAC solidarizada a la capa reflectante CR, la deformación local de una zona ZD se hace por fluctuación rápida de materia al nivel de dicha cara delantera FAC de esta zona así como al nivel de la parte de la capa reflectante CR colocada sustancialmente sobre dicha zona. Esta fluctuación de materia se traduce en la aparición de montículo(s)
al nivel de la cara delantera FAC de la zona deformada ZD así como al nivel de la parte de la capa reflectante CR colocada sobre dicha zona. La cara activa del espejo M, situada del lado de la capa reflectante CR, puede ser así deformada de manera a compensar las aberraciones geométricas del instrumento óptico en el que dicho espejo M está instalado.

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Se entiende aquí por "compensar las aberraciones geométricas" el hecho de corregir las desviaciones de fase de las ondas luminosas reflejadas, es decir, la superficie de onda.

La deformación local de la primera capa electroactiva CP1 depende de varios parámetros y particularmente de su espesor, del material electroactivo en el que ésta es realizada y de la diferencia de potencial elegida, la cual depende igualmente de su espesor. Por ejemplo, para una capa electroactiva CP1 de copolímero dopado con flúor de 100 \mum de espesor y una alta tensión igual a unos 17 kV, se obtiene una deformación igual a en torno el 7% del espesor para un campo eléctrico de 170 MV/m, o sea 7 \mum de deformación.

Por ejemplo, para deformar localmente una zona elegida de la primera capa electroactiva CP1, se puede comenzar por aplicar una misma tensión en el conjunto de los electrodos EL de la primera etapa E1, lo que induce un aumento de espesor casi constante en el conjunto de la primera capa electroactiva CP1, cuando toda su superficie está controlada por unos electrodos EL, y por lo tanto una deformación inicial casi uniforme. Después, se reduce o se aumenta la tensión aplicada al electrodo (o a los electrodos) que controla/n la zona elegida a deformar de manera a reducir o aumentar la amplitud de la deformación inicial.

En caso de avería de alimentación, la deformación inicial uniforme desaparece, dejando así la superficie reflectante plana, contrariamente a los espejos con efecto electroestático de la técnica anterior.

Cuando las dimensiones de los electrodos EL son (muy) grandes con respecto al espesor de la primera capa CP1, típicamente cien veces, la deformación local, sufrida por la primera capa electroactiva CP1 bajo la acción del campo eléctrico aplicado, se presenta casi en forma de almenaje que resulta de un efecto de borde.

Con el fin de alcanzar este efecto de borde en todo o en parte de un electrodo EL, es posible definir en este electrodo EL al menos un hueco. Toda forma de hueco puede ser considerada, y particularmente una forma de estrella con n ramas (por ejemplo n=24), o una forma de círculo.

El número de electrodos EL que presenta un hueco puede variar. Puede ser igual a uno o más en el seno de una etapa de electrodo. Además, se puede considerar que las formas de los huecos difieran de un electrodo a otro.

Con el fin de reducir las tensiones aplicadas a los electrodos, se puede utilizar una estructura multicapas, del tipo de la ilustrada en la figura 4. Más precisamente, dependiendo del espesor de la capa electroactiva la tensión necesaria para la deformación, es posible utilizar varias capas electroactivas (al menos dos) de espesores medios o bajos más que una única capa de espesor importante. Así, se puede obtener la deformación antedicha de 7 \mum con 10 capas de 10 \mum de espesor pero con solamente 1,7 kV aplicado en cada capa.

En el ejemplo ilustrado en la figura 4, el espejo M comprende, intercalado entre la cara trasera de la primera etapa E1 y la cara delantera FAS del substrato S, una primera capa aislante separadora CI1, después una primera capa conductora separadora EM1 que define un electrodo de masa conectado a la masa eléctrica, después una segunda capa electroactiva CP2 cuya cara trasera está solidarizada a una segunda etapa E2 que comprende al menos dos electrodos planos EL, después una segunda capa aislante separadora CI2, después una segunda capa conductora separadora EM2 que define otro electrodo de masa conectado a la masa eléctrica, y después una tercera capa electroactiva CP3 cuya cara trasera está solidarizada a la cara delantera de una tercera etapa E3 que comprende al menos dos electrodos planos EL cuya cara trasera está solidarizada a la cara delantera FAS del substrato S.

En una variante de realización simplificada, se puede pasar de las capas aislantes separadoras CI1 y CI2. En este caso, las capas conductoras separadoras EM1 y EM2 están respectivamente intercaladas entre las caras traseras de las etapas primera E1 y segunda E2 de electrodos y las caras delanteras de las capas electroactivas segunda CP2 y tercera CP3.

En el ejemplo ilustrado en la figura 4, todos los electrodos EM1 y EM2 de masa (y la capa reflectante CR que juega igualmente este papel) están unidos entre ellos eléctricamente, e igualmente todos los electrodos de una misma pila (es decir que pertenecen a unas etapas diferentes pero colocados los unos sobre los otros).

Pero se podría imaginar comandar todos los electrodos con solamente dos tensiones, por ejemplo +U y -U, estando el potencial de la masa en el valor cero (0). La amplitud de la deformación según una pila es entonces controlada por el número de electrodos puestos bajo tensión o a cero en el seno de esta pila. Con diez capas, la deformación se encuentra cuantificada aproximadamente en la vigésima parte de la deformación total posible. En este caso, los electrodos de una misma pila son todos independientes los unos de los otros. Más precisamente, los electrodos de la segunda etapa E2 están conectados a unos segundos circuitos C2i (aquí i=1 a N) de alimentación eléctrica, y los electrodos de la tercera etapa E3 están conectados a unos terceros circuitos C3i (aquí i=1 a N) de alimentación eléctrica.

Colocando bajo unos potenciales eléctricos elegidos los electrodos EL de las tres etapas E1 a E3, que están colocados los unos sobre los otros, se pueden deformar local y simultáneamente las tres zonas superpuestas correspondientes y así obtener una deformación acumulada equivalente a la que se obtendría con una única capa electroactiva de espesor importante, pero para una tensión notablemente inferior.

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Los electrodos planos EL de la segunda etapa E2 pueden ser casi de la misma forma y estar colocados casi en el lugar de los electrodos de la primera etapa E1, como los de la tercera etapa E3.

Pero esto no es una obligación. Se puede en efecto considerar que los electrodos EL de las diferentes etapas E1, E2 y E3 sean casi de la misma forma y que estén colocados los unos sobre los otros en unas posiciones parcialmente desfasadas de manera que se recubren parcialmente. Esto permite en efecto definir en el lugar de cada recubrimiento de electrodos una zona de deformación de tamaño inferior a la de los electrodos implicados en dicho recubrimiento. En este caso, las tensiones de comando de los electrodos EL que pertenecen a unas etapas diferentes deben permanecer independientes. Por ejemplo, utilizando unos electrodos de forma hexagonal, desfasados de una etapa a la otra, se pueden definir unas zonas de recubrimiento de tipo triangular.

En este segundo ejemplo de realización, como en el primero, es posible utilizar unos electrodos EL que comprenden (al menos para uno de ellos de una de las etapas) uno o varios huecos, de manera a alcanzar el efecto de borde inducido por el efecto eléctrico sufrido por cada capa electroactiva CP1, CP2, CP3.

Esta solución multicapas se puede considerar por el hecho de que los electrodos son de metalizaciones (realizadas al vacío o no) de varias micras de espesor y que de hecho no presentan realmente rigidez.

Se hace referencia ahora a la figura 5 para describir un tercer ejemplo de realización de un espejo activo (o deformable) según la invención.

Este tercer ejemplo de realización retoma íntegramente los constituyentes del primer ejemplo de realización, descrito anteriormente en referencia a las figuras 1 a 3, y comprende complementariamente una capa separadora adicional CA semirígida y conductora (o que se vuelve conductora).

Esta capa separadora adicional CA está intercalada entre la capa reflectante CR, que define un electrodo de masa, y la primera capa electroactiva CP1. Está destinada a efectuar un filtrado espacial de las deformaciones inducidas en la primera capa electroactiva CP1 por los primeros circuitos C1i de alimentación eléctrica.

En efecto, como se mencionó anteriormente, cuando las dimensiones de los electrodos EL son (muy) grandes con respecto al espesor de la primera capa CP1, típicamente cien veces, la deformación local se presenta casi en forma de almenaje resultante de un efecto de borde. La capa separadora adicional CA está destinada por lo tanto a "alisar" este almenaje de manera a definir localmente un montículo que no presenta (o casi no presenta) forma angular.

Esta capa separadora adicional CA está realizada por ejemplo en un material metálico o en un material semiconductor, como por ejemplo silicio.

Por otro lado, esta capa separadora adicional CA presenta preferiblemente un espesor comprendido entre en torno a una decena de micras y varias centenas de micras.

Además, la capa separadora adicional CA está preferiblemente solidarizada por adherencia a las capas CR y CP1 que lo rodean. Más precisamente, es preferible depositar la capa reflectante CR en la capa separadora adicional CA después de haber depositado esta última en la primera capa electroactiva CP1 antes del secado.

En este tercer ejemplo de realización, como en los dos precedentes, es posible utilizar unos electrodos EL que comprenden, al menos para uno de entre ellos, uno o varios huecos, de manera a extender el efecto de borde inducido por el efecto eléctrico sufrido por la primera capa electroactiva CP1.

Se hace referencia ahora a la figura 6 para describir un cuarto ejemplo de realización de un espejo activo (o deformable) según la invención.

Este cuarto ejemplo de realización toma íntegramente los constituyentes del segundo ejemplo de realización, descrito anteriormente en referencia a la figura 4, y comprende complementariamente al menos una capa separadora adicional CA semirígida y conductora (o que se vuelve conductora) intercalada entre la capa reflectante CR (que define un electrodo de masa) y la primera capa electroactiva CP1.

Esta capa separadora adicional CA es idéntica a la descrita anteriormente en referencia a la figura 5.

En este cuarto ejemplo de realización, como en los tres precedentes, es posible utilizar unos electrodos EL que comprenden, al menos para uno de entre ellos, uno o varios huecos, de manera a extender el efecto de borde inducido por el efecto eléctrico sufrido por cada capa electroactiva CP1, CP2, CP3.

Por otro lado, en este cuarto ejemplo de realización, como en el segundo, los electrodos EL de las diferentes etapas pueden estar totalmente, o solo parcialmente, superpuestos los unos sobre los otros.

Además, la variante simplificada del segundo ejemplo de realización (ilustrada en la figura 4), es decir sin capa separadora aislante, se aplica igualmente a este cuarto ejemplo de realización.

Se ha representado en la figura 7 un primer ejemplo, no limitativo, de una parte de un instrumento IO de observación equipado con un espejo M según la invención. En este ejemplo, el instrumento IO es un telescopio, por ejemplo de tipo Cassegrain o Korsch o incluso Ritchey-Chrétien, equipado con lo que el experto en la técnica llama un dispositivo Offner DO, en el que está integrado un espejo deformable (o activo) M según la invención.

Este dispositivo Offner está destinado a hacer funcionar el espejo deformable M, y más precisamente a realizar una imagen de la pupila del telescopio en el plano del espejo deformable M donde se efectúa la corrección de superficie de onda. Para hacer esto, intercepta la totalidad del flujo luminoso recogido por el telescopio antes de que alcance su plano focal.

El dispositivo Offner DO representado comprende dos espejos FM1 y FM2 de reenvío y dos espejos esféricos SM1 y SM2, entre los que está intercalado el espejo deformable M según la invención.

El primer espejo FM1 de reenvío está encargado de reflejar el flujo de fotones, que ha sido recogido por el telescopio (materializado por la flecha de la derecha), en dirección al primer espejo esférico SM1, encargado el mismo de reflejar una primera vez los fotones en dirección al segundo espejo esférico SM2 que está encargado a su vez de reflejar los fotones una primera vez en dirección al espejo deformable M, el cual los refleja hacia el segundo espejo esférico SM2 que los refleja a su vez una segunda vez hacia el primer espejo esférico SM1, encargado de reflejarlos una segunda vez hacia el segundo espejo de reenvío FM2, encargado el mismo de reflejarlos hacia el plano focal del telescopio.

Por otro lado, con el fin de tener en cuenta las variaciones eventuales de comportamiento del material electroactivo que constituye los electrodos EL, se puede adjuntar al instrumento IO de observación de la figura 7 un bucle de retroalimentación local destinado a comandar precisamente sus diferentes electrodos EL. Tal instrumento IO de observación está ilustrado en parte en la figura 8.

El bucle de retroalimentación local comprende por ejemplo un módulo MM de medición encargado, por ejemplo, de efectuar mediciones interferométricas en la cara activa del espejo deformable M, y un módulo MC de comando encargado de controlar las tensiones aplicadas a los diferentes electrodos en función de las mediciones suministradas por el módulo MM de medición y de la consigna que proviene del bucle de imagen del telescopio (no representado).

Este principio de corrección de forma puede ser aplicado a cualquier superficie reflectante de un espejo grande de telescopio revestido del material electroactivo como se ha indicado anteriormente. En este caso, la consigna de retroalimentación está elaborada a partir de la superficie ideal (por ejemplo una parábola) que debe presentar la superficie reflectante del espejo. En órbita, las deformaciones provienen principalmente de efectos térmicos. En el suelo, las deformaciones provienen principalmente de los efectos de la gravedad en función de la orientación del telescopio.

La invención es particularmente ventajosa, particularmente para las misiones de observación en órbita, por el hecho de no impone ninguna pieza mecánica en movimiento. Además, en ausencia de tensión de alimentación, el perfil del espejo permanece inalterado (por ejemplo perfectamente plano), casi sin desplazamiento de su plano medio, aunque el espejo no hace variar la focal del instrumento óptico, que puede por lo tanto continuar funcionando con una pequeña degradación de las imágenes debidas a la ausencia de compensación de sus aberraciones geométricas.

La invención no se limita a los modos de realización de espejo deformable y de instrumentos de óptica descritos anteriormente, solamente a título de ejemplo. La invención está definida por las reivindicaciones siguientes.

Claims (19)

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   1. Espejo deformable (M), que comprende i) un substrato (S) aislante eléctricamente y que presenta una cara delantera casi plana, ii) una primera etapa (E1) que comprende al menos dos electrodos planos (EL) colocados en unos sitios elegidos sobre dicha cara delantera del substrato (S), iii) una primera capa (CP1) de material electroactivo colocada en contacto con una cara delantera de los electrodos (EL) de dicha primera etapa (E1) y apropiada para ser deformada localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico local elegida, iv) una capa reflectante (CR) eléctricamente conductora, que define un electrodo de masa conectado a una masa eléctrica y colocado sobre una cara delantera de dicha primera capa electroactiva (CP1), y v) unos primeros circuitos (C1i) de alimentación eléctrica conectados cada uno, por una parte, a dicha masa eléctrica y, por otra parte, a al menos uno de los electrodos (EL) de dicha primera etapa (E1) de manera a instaurar localmente, tras una orden, una diferencia de potencial elegida, apropiada para deformar localmente una zona (ZD) de la primera capa electroactiva (CP1) colocada casi en el lugar de dicho electrodo (EL); caracterizado porque comprende además i) al menos una segunda etapa (E2) que comprende al menos dos electrodos planos (EL) e intercalada entre dicha cara delantera del substrato (S) y una cara trasera de la primera etapa (E1), ii) al menos una capa conductora separadora (EM1, EM2), que define un electrodo de masa conectado a dicha masa eléctrica e intercalado entre un cara trasera de la primera etapa (E1) y dicha segunda etapa (E2), iii) al menos una segunda capa (CP2, CP3) de material electroactivo, intercalada entre una cara delantera de los electrodos (EL) de dicha segunda etapa (E2) y una cara trasera de dicha capa conductora separadora (EM1, EM2), y apropiada para ser deformada localmente bajo la acción de una diferencia de potencial eléctrico elegida, y iv) unos segundos circuitos (C2i) de alimentación eléctrica conectados cada uno, por una parte, a dicha masa eléctrica y, por otra parte, a al menos uno de los electrodos (EL) de dicha segunda etapa (E2) de manera a instaurar localmente, tras una orden, una diferencia de potencial elegida, apropiada para deformar localmente una zona de la segunda capa electroactiva (CP2) colocada casi en el lugar de dicho electrodo (EL).
2. 2. Espejo según la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos (EL) de cada etapa (E1, E2, E3) son casi de la misma forma y están colocados casi los unos sobre los otros.
3. 3. Espejo según la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos (EL) de cada etapa (E1, E2, E3) son casi de la misma forma y están colocados los unos sobre los otros en unas posiciones parcialmente desfasadas de manera que se recubren parcialmente.
4. 4. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende al menos una capa aislante separadora (CI1, CI2) intercalada entre la cara trasera de la primera etapa (E1) de electrodos y dicha capa conductora separadora (EM1, EM2).
5. 5. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada capa (CP1, CP2, CP3) de material electroactivo está solidarizada por adherencia a las capas que la rodean.
6. 6. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada etapa (E1, E2, E3) es un circuito impreso en el que están definidos dichos electrodos (EL).
7. 7. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dichos electrodos (EL) están conectados a sus respectivos circuitos (C1i, C2i, C3i) de alimentación eléctrica por una cara trasera opuesta a su cara delantera.
8. 8. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dichos electrodos (EL) de cada etapa (E1, E2, E3) son de forma casi hexagonal y están dispuestos los unos con respecto a los otros conforme a una pavimentación triangular.
9. 9. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos uno de los electrodos (EL) de cada etapa (E1, E2, E3) comprende al menos un hueco de forma elegida.
10. 10. Espejo según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho hueco está en forma de estrella con n ramas.
11. 11. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque cada deformación local es función de la diferencia de potencial elegida, del espesor de la capa electroactiva (CP1, CP2, CP3) en cuestión y del tipo del material electroactivo de dicha capa electroactiva en cuestión.
12. 12. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicho material electroactivo es un terpolímero.
13. 13. Espejo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho terpolímero es un copolímero dopado con flúor.
14. 14. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dicha capa reflectante (CR) está realizada en un material metálico.
15. 15. Espejo según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque comprende al menos una capa separadora adicional (CA) semirígida y conductora, colocada entre dicha capa reflectante (CR) y dicha primera capa electroactiva (CP1).

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16. 16. Espejo según la reivindicación 15, caracterizado porque dicha capa separadora adicional (CA) presenta un espesor comprendido entre en torno a una decena de micras y varias centenas de micras.
17. 17. Espejo según una de las reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque dicha capa separadora (CA) está solidarizada por adherencia a la capa reflectante (CR) y a la primera capa electroactiva (CP1).
18. 18. Instrumento (IO) de óptica, caracterizado porque comprende un telescopio acoplado a un espejo deformable (M) según una de las reivindicaciones precedentes.
19. 19. Instrumento de óptica según la reivindicación 18, caracterizado porque comprende unos medios (MM, MC) de retroalimentación apropiados para efectuar mediciones en la cara activa de dicho espejo deformable (M) de manera a controlar su forma mediante las tensiones aplicadas a sus diferentes electrodos (EL).