ES2603679T3

ES2603679T3 - Sistema óptico de observación espacial por barrido

Info

Publication number: ES2603679T3
Application number: ES14195310.9T
Authority: ES
Inventors: Frédérick PASTERNAK
Original assignee: Airbus Defence and Space SAS
Current assignee: Airbus Defence and Space SAS
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2017-02-28
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: US9207446B2; EP2884327A1; EP2884327B1; US20150168708A1; FR3015056B1; FR3015056A1

Abstract

Sistema óptico (100) que incluye: - un espejo de barrido (30), rotatorio, establecido al objeto de recibir un haz incidente de rayos (11) y redirigir un haz de rayos, llamado haz de entrada (12), según un eje dado, llamado primer eje (121), - un instrumento óptico (20) establecido al objeto de recibir el haz de entrada (12) proveniente del espejo de barrido (30) y de redirigir un haz de rayos, llamado haz de salida (13), según un eje dado, llamado segundo eje (131), - un dispositivo óptico de rotación de imagen (40), dispuesto en el segundo eje (131) y establecido al objeto de recibir el haz de salida (13), caracterizado por que el instrumento óptico (20) se establece al objeto de redirigir el haz de salida (13) paralelamente al haz de entrada (12), en una dirección opuesta a dicho haz de entrada, en dirección al dispositivo óptico de rotación de imagen (40), por que el espejo de barrido (30) se establece al objeto de presentar un eje de rotación (300) alineado a lo largo del primer eje (121), por que el dispositivo óptico de rotación de imagen (40) se establece al objeto de presentar un eje de rotación (400) alineado a lo largo del segundo eje (131) y por que el sistema óptico (100) incluye un medio de accionamiento giratorio (50) común al espejo de barrido (30) y al dispositivo óptico de rotación de imagen (40) alrededor de sus respectivos ejes de rotación (300, 400).

Description

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DESCRIPCION

Sistema optico de observacion espacial por barrido Campo de la invencion

La presente invencion pertenece al campo de los sistemas opticos para la observacion espacial. Mas en particular, la presente invencion se refiere a los sistemas opticos por barrido para los satelites no geoestacionarios.

Estado de la tecnica

Un sistema optico para la observacion espacial es un sistema optico embarcado en un satelite y que permite recoger informacion sobre la Tierra, las estrellas, los planetas,..., a traves del registro de imagenes de alta resolucion. Tal sistema optico incluye, entre otros, un telescopio, por ejemplo, de tipo Cassegrain, Korsch, Newton...

Determinados sistemas opticos, especialmente para los satelites no geoestacionarios, precisan, adicionalmente, de un sistema por barrido con el fin de realizar una imagen en una o varias bandas espectrales.

La figura 1 representa un ejemplo de un sistema optico 10, por barrido, embarcado en un satelite no geoestacionario, tal como el sistema optico “Advanced Very High Resolution Radiometer” (mas conocido bajo las siglas AVHRR) embarcado en los satelites Met-Op (Meteorological Operational). El sistema optico 10 incluye un telescopio 20, de tipo Cassegrain, que tiene un eje optico 200 paralelo al vector velocidad V del satelite, es decir, paralelo a una direccion D de pasada del satelite. El sistema optico 10 incluye, ademas, un espejo de barrido 30, rotatorio segun un eje de rotacion 300 que coincide con el eje optico 200 del telescopio 20. El espejo de barrido 30 se establece para recibir un haz incidente de rayos 11, proveniente de una porcion de escena observada 90, y redirigir un haz reflejado de rayos 12 segun el eje optico 200 de dicho telescopio. A la salida del telescopio, el haz de rayos es focalizado en un plano focal 201 del telescopio 20. La imagen de la porcion de escena 90 es observada en el plano focal 201 del telescopio 20 por un detector (no representado), por ejemplo de tipo camara de transferencia de carga, llamada camara CCD (“Charge Coupled Device”).

El espejo de barrido 30 esta inclinado respecto al eje optico 200 del telescopio. En el ejemplo de la figura 1, dicho espejo de barrido presenta una normal orientada a 45° con respecto al eje optico 200 del telescopio. El angulo formado, en el espejo de barrido 30, entre el haz incidente de rayos 11 y el haz reflejado de rayos 12 es de 90°.

El espejo de barrido 30 esta gobernado por un motor (no representado), por ejemplo, de movimiento alternativo o continuo. Asf, tal configuracion permite un barrido de lmea perpendicularmente a la direccion D de pasada del satelite.

El inconveniente de tal sistema optico por barrido radica en el hecho de que la rotacion del espejo de barrido 30, en un angulo a alrededor del eje optico 200 del telescopio, lleva consigo una rotacion de la imagen obtenida en el plano focal 201 del telescopio 20, en un angulo igual al angulo a de rotacion del espejo de barrido. De este modo, la yuxtaposicion de dos lmeas de barrido sucesivas tan solo permite obtener una cobertura regular para un angulo a cercano a cero.

Existen soluciones para compensar tal rotacion de la imagen en el plano focal.

Una solucion conocida consiste en prever un juego de prismas o espejos, que hacen intervenir al menos tres superficies reflectoras, e intercalado entre el telescopio 20 y su plano focal 201. En la figura 2 se ilustra un ejemplo. La figura 2 se diferencia de la figura 1 por la interposicion, en el eje optico 200 del telescopio 20, aguas abajo de dicho telescopio y aguas arriba del plano focal 201, es decir, entre el telescopio y el plano focal, de un dispositivo optico de rotacion de imagen 40. Dicho dispositivo optico de rotacion de imagen incluye dos espejos inclinados m1 y m2, posicionados en el eje optico 200 del telescopio, encarados transversalmente con un espejo m3 paralelo a dicho eje optico 200 del telescopio 20. La disposicion de los tres espejos m1, m2, m3 es una disposicion llamada en K tendida. Tal dispositivo optico de rotacion de imagen recibe generalmente el nombre de desrotador. El paso de un haz optico procedente del telescopio 20 a traves de este dispositivo optico de rotacion de imagen genera una simetna de la imagen con relacion a un plano paralelo al espejo m1.

El dispositivo optico de rotacion de imagen 40 es rotatorio, con un eje de rotacion 400 que coincide con el eje optico 200 del telescopio. El dispositivo optico de rotacion de imagen 40 esta gobernado por un motor (no representado), de movimiento alternativo o continuo. Una rotacion de dicho dispositivo optico de rotacion de imagen en un angulo de a con respecto al eje optico 200 crea una rotacion de la imagen en el plano focal 201 en un angulo 2a.

De este modo, para compensar la rotacion de la imagen en el plano focal, cuando el espejo de barrido 30 efectua una rotacion en un angulo a alrededor del eje optico, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 debe efectuar una rotacion en un angulo de a/2 alrededor del eje optico, de igual sentido que la rotacion del espejo de barrido.

En resumen, para efectuar un barrido de lmea, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 es accionado por un

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motor giratorio a una velocidad de la mitad de la del motor 50 del espejo de barrido 30, con el fin de generar una rotacion de imagen opuesta a la generada por el espejo de barrido 30.

Otros ejemplos, que permiten compensar la rotacion del espejo de barrido 30, mas complejos que la disposicion en K tendida, hacen intervenir un dispositivo optico de rotacion de imagen que incluye un mayor numero de superficies reflectoras. Cabe citar, por ejemplo, la patente US 4929040, que describe un dispositivo optico de rotacion de imagen que incluye cinco espejos.

Sin embargo, estos sistemas opticos que incluyen un dispositivo optico de rotacion de imagen, cualquiera que sea el numero de espejos, presentan una ocupacion de espacio y un coste nada desdenables.

Explicacion de la invencion

La presente invencion tiene por objeto paliar estos inconvenientes y propone un sistema optico que incluye:

- un espejo de barrido, rotatorio, establecido al objeto de recibir un haz incidente de rayos y redirigir un haz de rayos, llamado haz de entrada, segun un eje dado, llamado primer eje,

- un instrumento optico establecido al objeto de recibir el haz de entrada proveniente del espejo de barrido y de redirigir un haz de rayos, llamado haz de salida, segun un eje dado, llamado segundo eje,

- un dispositivo optico de rotacion de imagen, dispuesto en el segundo eje y establecido al objeto de recibir el haz de salida.

De acuerdo con la invencion, el instrumento optico se establece al objeto de redirigir el haz de salida paralelamente al haz de entrada, en una direccion de propagacion opuesta a dicho haz de entrada, en direccion al dispositivo optico de rotacion de imagen. El espejo de barrido se establece al objeto de presentar un eje de rotacion alineado y coincidente con el primer eje. El dispositivo optico de rotacion de imagen se establece al objeto de presentar un eje de rotacion alineado y coincidente con el segundo eje. El sistema optico incluye, ademas, un medio de accionamiento giratorio comun al espejo de barrido y al dispositivo optico de rotacion de imagen alrededor de sus respectivos ejes de rotacion.

Tal sistema optico permite ventajosamente la observacion de una porcion de escena apuntada. Una imagen de la porcion de escena apuntada es observada en un plano imagen del instrumento optico por un detector.

El espejo de barrido se orienta de modo que los rayos del haz incidente determinen, inmediatamente tras la reflexion sobre dicho espejo de barrido, un haz de rayos que tiene una primera direccion de propagacion.

En el ambito de la presente invencion, se entiende por direccion de propagacion de un haz de rayos la direccion de propagacion media de sus rayos. El haz de rayos puede tener una apertura angular, especialmente cuando se trata de un haz divergente o convergente. En este caso, su direccion de propagacion es la direccion de un eje longitudinal central del haz.

De este modo, por primer eje, se entiende un eje longitudinal central del haz de entrada. Y, por segundo eje, se entiende un eje longitudinal central del haz de salida.

De acuerdo con la invencion, los ejes primero y segundo son paralelos y no coincidentes; el haz de salida vuelve a salir del instrumento optico paralelo y no coincidente con el haz de entrada.

El dispositivo optico de rotacion de imagen esta configurado para compensar una rotacion, en el plano focal, de la imagen de la porcion de escena apuntada, debida a la rotacion del espejo de barrido.

De acuerdo con una disposicion particularmente ventajosa, el dispositivo optico de rotacion de imagen incluye un juego de N espejos, siendo N impar e igual o mayor que tres.

Preferentemente, el espejo de barrido esta configurado para efectuar una rotacion en un angulo predefinido alrededor del primer eje para realizar un barrido de una porcion de escena apuntada, y el dispositivo optico de rotacion de imagen esta configurado para efectuar, por su parte, una rotacion, alrededor del segundo eje, en un angulo de la mitad de rotacion del espejo de barrido.

A diferencia de los sistemas opticos existentes, en los que el espejo de barrido y el dispositivo optico de rotacion de imagen se posicionan a uno y otro lado del instrumento optico, el sistema optico de la invencion presenta un dispositivo optico de rotacion de imagen posicionado en la proximidad del espejo de barrido.

Merced a la configuracion del instrumento optico y al posicionamiento relativo del dispositivo de rotacion de imagen con relacion al espejo de barrido, se reducen las dimensiones de conjunto del sistema optico. El sistema optico se extiende ahora en una escasa longitud, sensiblemente equivalente a una distancia focal del instrumento optico. Consecuentemente, el sistema optico de la invencion es particularmente compacto.

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Ademas, el sistema optico de la invencion no posee mas que un solo medio de accionamiento giratorio, comun al espejo de barrido y al dispositivo optico de rotacion de imagen. Esta limitacion del numero de medios de accionamiento contribuye a reducir la ocupacion de espacio, asf como la masa del conjunto del sistema optico.

Tal sistema optico puede ser utilizado facilmente a bordo de un satelite no geoestacionario, por ejemplo, planetario o terrestre, para la observacion espacial por barrido. Puede entonces posicionarse el sistema optico sobre el satelite de manera tal que el plano imagen del instrumento optico, en el que se encuentra el detector de imagen, sea perpendicular a una direccion de pasada del satelite. Ademas, por su compacidad, el sistema optico de la invencion resulta particularmente adecuado para ser instalado dentro de un volumen de alojamiento restringido a bordo del satelite.

Segun unas formas preferidas de realizacion, la invencion obedece ademas a las siguientes caractensticas, puestas en practica por separado o en cada una de sus combinaciones tecnicamente operativas.

De acuerdo con una disposicion particularmente ventajosa, el instrumento optico es un telescopio que incluye al menos tres espejos de redireccion.

En un modo de realizacion preferido, en interes de la compacidad y de la facilidad de realizacion del sistema optico, el telescopio incluye tres espejos de redireccion.

Los espejos de redireccion estan situados sucesivamente en un camino de los rayos entre el espejo de barrido y el dispositivo optico de rotacion de imagen, con un primer espejo de redireccion posicionado en el primer eje para recibir el haz de entrada y un ultimo espejo de redireccion posicionado en el segundo eje para focalizar el haz de salida a lo largo de dicho segundo eje.

De acuerdo con una caractenstica ventajosa, el sistema optico incluye un medio de acoplamiento en rotacion del espejo de barrido y del dispositivo optico de rotacion de imagen, asociado al medio de accionamiento giratorio comun. El espejo de barrido y el dispositivo optico de rotacion de imagen estan acoplados entre sf de modo que uno arrastra en su giro al otro. De esta manera, una velocidad angular de rotacion del dispositivo optico de rotacion de imagen y una velocidad angular de rotacion del espejo estan sincronizadas entre sf para asegurar una perfecta correccion de la rotacion de imagen en el plano imagen.

De acuerdo con una disposicion particularmente ventajosa, el medio de accionamiento giratorio comun esta asociado al espejo de barrido. De este modo, el dispositivo optico de rotacion de imagen recibe el arrastre giratorio del medio de accionamiento giratorio del espejo de barrido.

De acuerdo con una caractenstica ventajosa, el medio de acoplamiento en rotacion presenta una relacion de transmision entre la velocidad angular de rotacion del espejo de barrido y la velocidad angular de rotacion del dispositivo optico de rotacion de imagen de 2.

De acuerdo con una caractenstica ventajosa, para reducir los pares perturbadores inducidos por la rotacion del espejo de barrido y la del dispositivo optico de rotacion de imagen, el sistema optico incluye un dispositivo de compensacion de par, acoplado al medio de acoplamiento en rotacion de uno al otro.

De acuerdo con una realizacion particularmente ventajosa, el medio de acoplamiento en rotacion es un sistema de roldanas - correa. Una roldana queda asociada al eje de rotacion del espejo de barrido, una roldana queda asociada al eje de rotacion del dispositivo optico de rotacion de imagen y una correa coopera con las dos roldanas para transmitir el movimiento de rotacion.

De acuerdo con otra realizacion particularmente ventajosa, el medio de acoplamiento incluye un sistema de engranajes.

Presentacion de las figuras

La siguiente descripcion de la invencion se lleva a cabo haciendo referencia a las figuras, en las que identicas referencias designan elementos identicos o analogos, las cuales representan, sin caracter limitativo:

figura 1: ya descrita, una vista esquematica en perspectiva de un sistema optico de la tecnica anterior,

figura 2: ya descrita, una representacion esquematica de un sistema optico de la tecnica anterior, que incluye un dispositivo optico de rotacion de imagen,

figura 3a: una representacion esquematica de un sistema optico segun la invencion, figura 3b: una vista del sistema optico de la figura 3a, segun un corte CC,

figura 4: una vista en perspectiva de un medio de acoplamiento en rotacion segun una forma de realizacion,

figura 5: una vista de conjunto en perspectiva del medio de acoplamiento en rotacion segun la forma de realizacion

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de la figura 4, asociado a un dispositivo optico de rotacion de imagen,

figura 6: una representacion esquematica del medio de acoplamiento en rotacion, segun la forma de realizacion de la figura 4, acoplado a un dispositivo de compensacion de par,

figura 7: una representacion esquematica de un medio de acoplamiento en rotacion acoplado a un dispositivo de compensacion de par, segun otra forma de realizacion,

figura 8: una representacion esquematica de la propagacion de un haz de rayos a traves de un sistema optico segun una forma de realizacion y que incluye un dispositivo optico de rotacion de imagen que incluye un juego de 5 espejos, y

figura 9: una representacion en perspectiva de la propagacion de un haz de rayos a traves del sistema optico de la figura 8.

Identicas referencias en diferentes figuras designan elementos identicos.

Descripcion detallada de formas de realizacion de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema optico 100.

La presente invencion es de aplicacion en cualquier sistema optico, en particular en los sistemas opticos puestos en practica para la observacion espacial (observacion terrestre, planetaria, estelar...) y embarcados a bordo de vehuculos espaciales, tales como satelites no geoestacionarios.

La figura 3a ilustra esquematicamente un sistema optico 100 que permite un adecuado barrido de lmea de una porcion de escena observada 90, segun una forma de realizacion particular.

El satelite no geoestacionario, a bordo del cual esta instalado el sistema optico, avanza segun un eje y una direccion de pasada, ilustrada mediante la flecha D, a una velocidad predefinida.

Por motivos de claridad, en las figuras 3a a 9 no se han representado los componentes del sistema optico, especialmente los soportes de los espejos, que no son necesarios para la comprension de la invencion.

El sistema optico 100 incluye:

- un espejo de barrido 30,

- tres espejos de redireccion, llamados primer M1, segundo M2 y tercer M3 espejo de redireccion, que conjuntamente determinan un instrumento optico del tipo telescopio 20, por ejemplo un telescopio de Korsch,

- un detector de imagen, llamado detector (no representado).

Primero, un haz de rayos, llamado haz incidente 11, proveniente de puntos de una porcion de escena 90 apuntada, es reflejado por el espejo de barrido 30 y, luego, sucesivamente, por cada uno de los tres espejos de redireccion M1, M2, M3.

El detector esta posicionado tras el tercer espejo de redireccion para captar la imagen final que se forma de la porcion de escena. Preferiblemente, el detector presenta una superficie de deteccion establecida en un plano imagen 202 del telescopio 20.

El espejo de barrido 30 esta inclinado respecto a un eje longitudinal central 111 y una direccion de propagacion del haz incidente 11. El espejo de barrido 30 se establece de modo que el haz incidente 11 que proviene de la porcion de escena 90 es reflejado por dicho espejo de barrido, segun un eje longitudinal central 121 y una direccion de propagacion dados, diferentes del eje longitudinal central 111 y de la direccion de propagacion del haz incidente 11.

El haz de rayos reflejado por el espejo de barrido 30 es llamado haz de entrada 12. Su eje longitudinal central 121 y su direccion de propagacion son llamados primer eje 121 y primera direccion de propagacion.

El primer eje 121 es paralelo al eje de pasada del satelite, y la primera direccion de propagacion es opuesta a la direccion D de pasada del satelite, tal como se ilustra en la figura 3a.

El espejo de barrido 30 es, preferentemente, un espejo plano que presenta una primera superficie, llamada superficie reflectora 31, de eje optico 33.

En el ejemplo no limitativo ilustrado en la figura 3, el espejo de barrido 30 esta orientado de modo que el eje longitudinal central 111 del haz incidente 11 forma un angulo de sensiblemente 90° con el primer eje 121. El eje longitudinal central 111 del haz incidente 11 forma un angulo de sensiblemente 45° con el eje optico 33 del espejo

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de barrido 30, tras la reflexion sobre dicho espejo de barrido, y el primer eje 121 del haz de entrada 12 forma un angulo de sensiblemente 45° con el eje optico 33 del espejo de barrido.

El primer espejo de redireccion M1 se establece en el primer eje 121, en la primera direccion de propagacion, al objeto de redirigir el haz de entrada 11 en direccion al segundo espejo de redireccion M2.

El segundo espejo de redireccion M2 se halla dispuesto en el trayecto del haz de rayos redirigido por el primer espejo de redireccion M1, y el tercer espejo de redireccion M3 se halla dispuesto en el trayecto del haz de rayos redirigido por el segundo espejo de redireccion M2.

Los espejos de redireccion segundo M2 y tercero M3 se establecen con relacion al primer espejo de redireccion M1 al objeto de orientar el haz de rayos segun un eje longitudinal central y una direccion de propagacion definida.

El tercer espejo de redireccion M3 se establece y orienta al objeto de redirigir un haz de rayos, llamado haz de salida 13, segun un eje longitudinal central, llamado segundo eje 131, sensiblemente paralelamente al primer eje 121. El tercer espejo de redireccion M3 se establece asimismo al objeto de redirigir el haz de salida 13 con una direccion de propagacion, llamada segunda direccion de propagacion, opuesta a la primera direccion de propagacion.

Dicho de otro modo, los tres espejos de redireccion M1, M2, M3 estan configurados de modo que el primer eje 121 y el segundo eje 131 son paralelos entre sf y no coincidentes.

Aunque el telescopio 20 este ilustrado en la figura 3 y descrito con tres espejos de redireccion, el numero de estos espejos de redireccion no queda limitado al descrito e ilustrado. Asf, es posible, sin apartarse del ambito de la invencion, realizar un telescopio con un numero de espejos de redireccion superior a tres, toda vez que el haz de salida 13, a la salida del telescopio 20, es paralelo al haz de entrada 12, a la entrada del telescopio 20, con una direccion de propagacion opuesta.

A la salida del telescopio 20, el haz de salida 13 es focalizado en el plano imagen 202 de dicho telescopio.

El detector esta posicionado en el segundo eje 131. Dicho detector presenta una superficie de deteccion orientada perpendicularmente a dicho segundo eje y posicionada en el plano imagen 202 del telescopio 20.

El detector es, en un ejemplo preferido de realizacion, una camara de transferencia de carga, llamada camara CCD.

Preferentemente, tal como se ilustra en la figura 3a, la superficie de deteccion del detector esta situada en la proximidad del espejo de barrido 30.

De acuerdo con la invencion, el espejo de barrido 30 es arrastrado giratoriamente, a una velocidad V30 predeterminada, alrededor de un eje de rotacion 300 coincidente con el primer eje 121.

La rotacion de dicho espejo de barrido permite realizar un barrido de lmea, perpendicularmente al eje de pasada del satelite, y cubrir, en un sector angular determinado, una sucesion de porciones de escena.

El espejo de barrido 30 recibe el arrastre giratorio, alrededor del primer eje vertical, de un medio de accionamiento giratorio 50, tal como, por ejemplo, un motor de accionamiento electrico.

Para compensar la rotacion de la imagen inducida por la rotacion del espejo de barrido 30 alrededor del primer eje 121, el sistema optico 100 incluye, ademas, un dispositivo optico de rotacion de imagen 40. Dicho dispositivo optico de rotacion de imagen se halla dispuesto en el segundo eje 131, entre el tercer espejo M3 y la superficie de deteccion del detector. El dispositivo optico de rotacion de imagen 40 se establece al objeto de recibir la totalidad del haz de salida 13.

El dispositivo optico de rotacion de imagen 40 incluye un juego de N espejos, siendo N impar y mayor o igual que tres.

En ejemplos de realizacion preferidos, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 incluye un juego de tres espejos o de cinco espejos, tales como se han descrito anteriormente. Las figuras 8 y 9 ilustran un sistema optico que incluye un dispositivo optico de rotacion de imagen que incluye un juego de 5 espejos.

Preferentemente, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 se halla contenido en un bloque de soporte, llamado bloque desrotador 41, tal como se ilustra en la figura 5. Dicho bloque desrotador esta dimensionado para posicionar y mantener los espejos unos con relacion a otros.

Segun la invencion, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 esta posicionado en la proximidad del espejo de barrido 30.

Las figuras 8 y 9 representan a tftulo ilustrativo el funcionamiento de un sistema optico segun una forma de realizacion de la invencion. El telescopio incluye tres espejos de redireccion, y el dispositivo optico de rotacion de

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imagen incluye un juego de cinco espejos. En estas figuras, se han representado varios rayos, que provienen de varios puntos de una porcion de escena situada en una direccion de apuntamiento del telescopio. Estos rayos ilustran el funcionamiento optico del sistema optico, de una manera que es habitual para un experto en la materia.

El dispositivo optico de rotacion de imagen 40 es arrastrado giratoriamente, por intermedio de una rotacion del bloque desrotador 41, a una velocidad V40 predeterminada, alrededor de un eje de rotacion 400 coincidente con el segundo eje 131.

De este modo, los ejes de rotacion del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 y del espejo de barrido 30 son paralelos y no coincidentes.

Ventajosamente, la rotacion del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 y del espejo de barrido 30 se realiza a partir del mismo medio de accionamiento giratorio.

De acuerdo con una disposicion preferida, para no perturbar la propagacion del haz de salida que tiene que atravesar de parte a parte el dispositivo optico de rotacion de imagen 40, el medio de accionamiento giratorio 50 esta asociado al espejo de barrido.

El medio de accionamiento giratorio 50 esta situado preferiblemente en el primer eje 121, por el lado de una superficie 32 opuesta a la superficie reflectora 31 del espejo de barrido 30.

En una disposicion ventajosa del sistema optico 100, el medio de accionamiento giratorio 50 y el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 se mantienen solidarios entre sf mediante una estructura de soporte unica 64, tal como se ilustra en la figura 5. Tal disposicion permite mantener una distancia entre centros entre el eje de rotacion 400 del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 y el eje de rotacion 300 del espejo de barrido 30.

El medio de accionamiento giratorio 50 esta asociado a un medio de acoplamiento en rotacion 60 del espejo de barrido 30 y del dispositivo optico de rotacion de imagen 40.

En una primera forma de realizacion del medio de acoplamiento en rotacion 60, dicho medio de acoplamiento en rotacion incluye un sistema de poleas - correa, tal como se ilustra en las figuras 3a, 3b, 4 y 5, que incluye:

- una primera roldana, llamada roldana conductora 61, de diametro d, solidaria en rotacion de un arbol de salida del medio de accionamiento giratorio 50, de eje el eje de rotacion 300 del espejo de barrido 30,

- una segunda roldana, llamada roldana conducida 62, solidaria en rotacion del bloque desrotador 41,

- una correa 63 cooperante con la roldana conductora 61 y la roldana conducida 62.

La roldana conducida 62 esta relacionada mediante la correa 63 con la roldana conductora 61 para arrastrar giratoriamente el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 en un mismo sentido que el del espejo de barrido 30.

Segun se ha descrito anteriormente, para compensar la rotacion de la imagen en el plano imagen, debido a la rotacion del espejo de barrido 30, cuando el espejo de barrido 30 efectua una rotacion en un angulo a alrededor de su eje de rotacion 300, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 debe efectuar una rotacion en un angulo de a/2 alrededor del segundo eje, de igual sentido que la rotacion del espejo de barrido 30.

Dicho de otro modo, para efectuar un barrido de lmea, el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 debe girar a una velocidad V40 de la mitad de la del espejo de barrido, con el fin de generar una rotacion de imagen opuesta a la generada por el espejo de barrido.

Consecuentemente, el diametro de las roldanas se define de modo que la relacion de impulsion de las velocidades angulares de rotacion V30, V40 del espejo de barrido 300 y del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 es de un factor dos, lo cual lleva a una relacion de diametros de las roldanas tambien de un factor dos. Dicho de otro modo, el diametro de la roldana conducida 62 es el doble del diametro d de la roldana conductora 61.

Tal configuracion permite una sincronizacion de las velocidades angulares de rotacion V30, V40 del espejo de barrido 30 y del dispositivo optico de rotacion de imagen 40.

En un modo de realizacion del medio de acoplamiento de rotacion 60, para evitar el resbalamiento de la correa 63 sobre las roldanas conductora 61 y conducida 62 y asegurar asf una perfecta correccion de rotacion de imagen, la correa 63 esta fijada mecanicamente a al menos una de las dos roldanas. En el ejemplo no limitativo ilustrado en las figuras 4 y 5, la correa 63 esta fijada a la roldana conductora 61. Sin embargo, tal modo de realizacion presenta el inconveniente de un margen limitado de rotacion angular, lo cual dicta un movimiento de vaiven para el espejo de barrido 30 y el dispositivo optico de rotacion de imagen 40.

En un ejemplo mejorado de realizacion, asociado a esta primera forma de realizacion del medio de acoplamiento en rotacion 60, con el fin de compensar los pares perturbadores inducidos por la rotacion del espejo de barrido 30 y del dispositivo optico de rotacion de imagen 40, el sistema optico 100 incluye un dispositivo de compensacion de par 70,

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El dispositivo de compensacion de par 70 incluye una correa 71 cooperante con, bien la roldana conductora 61, o bien la roldana conducida 62, y una tercera roldana 72. La tercera roldana 72 es solidaria en rotacion de un arbol de una parte movil (no representada) en rotacion, de eje paralelo y no coincidente con los ejes primero y segundo. La parte movil en rotacion es solidaria de la estructura unica de soporte 64.

En el ejemplo de la figura 6, la correa 71 coopera con la roldana conductora 61.

La tercera roldana 72 esta relacionada mediante la correa 71 con la roldana conductora 61 o con la roldana conducida 62 y es arrastrada giratoriamente en un sentido opuesto al del espejo de barrido 30 o del dispositivo optico de rotacion de imagen 40.

La tercera roldana 72 esta configurada al objeto de proporcionar una inercia de rotacion equivalente a la suma de las inercias de rotacion del espejo de barrido 30, del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 y del medio de accionamiento giratorio 50. De este modo, el par de compensacion creado por el dispositivo de compensacion compensa el efecto de los pares perturbadores inducido a la vez por la rotacion del espejo de barrido 30, la del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 y la del medio de accionamiento giratorio 50.

El calculo de la inercia de rotacion de la tercera roldana 72 esta al alcance de un experto en la materia. La tercera roldana 72 esta dimensionada (masa, diametro, velocidad de rotacion,...) en funcion de la inercia deseada.

En una segunda forma de realizacion del medio de acoplamiento en rotacion 60, dicho medio de acoplamiento incluye un sistema de engranajes, tal como se ilustra en la figura 7.

El sistema de engranajes incluye:

- una primera rueda dentada, llamada rueda conductora 61b, solidaria en rotacion del arbol de salida del medio de accionamiento giratorio 50, de eje el eje de rotacion 300 del espejo de barrido 30,

- una segunda rueda dentada, llamada rueda conducida 62b, solidaria en rotacion del bloque desrotador 41,

- una tercera rueda dentada, llamada rueda intermedia 63b, cooperante con las ruedas conductora 61b y conducida 62b, por la accion de dientes en contacto sucesivo.

Segun se ha descrito anteriormente, a la vista del posicionamiento relativo del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 con relacion al espejo de barrido, dicho dispositivo optico de rotacion de imagen debe efectuar una rotacion alrededor del segundo eje 131, de igual sentido que la rotacion del espejo de barrido 30 alrededor del primer eje 121. De este modo, para arrastrar giratoriamente el dispositivo optico de rotacion de imagen 40 en un mismo sentido que el del espejo de barrido 30, la rueda intermedia 63b efectua una rotacion segun un sentido de rotacion opuesto a la rotacion de las ruedas conductora y conducida 61b, 62b.

Igualmente, para compensar la rotacion de la imagen en el plano imagen, debido a la rotacion del espejo de barrido 30, un diametro de la rueda conducida 62b es el doble de un diametro de la rueda conductora 61b.

Los diametros de la rueda conductora 61b y de la rueda conducida 62b quedan definidos de modo que la relacion de impulsion de las velocidades angulares de rotacion V30, V40 del espejo de barrido 300 y del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 es de un factor dos.

Ventajosamente, asociando una inercia de rotacion a la rueda intermedia 63b equivalente a la suma de las inercias de rotacion del espejo de barrido 30 y del dispositivo optico de rotacion de imagen 50, la rueda intermedia 63b hace las funciones de dispositivo de compensacion de par.

La rueda intermedia 63b esta configurada al objeto de proporcionar una inercia de rotacion equivalente a la suma de las inercias de rotacion del espejo de barrido 30, del dispositivo optico de rotacion de imagen 40 y del medio de accionamiento giratorio 50.

El calculo de la inercia de rotacion de la rueda intermedia esta al alcance de un experto en la materia. La rueda intermedia esta dimensionada (masa, diametro, velocidad de rotacion,...) en funcion de la inercia deseada.

Tal sistema de engranajes ofrece una limitada ocupacion de espacio, asf como una complejidad y costes de fabricacion razonables.

De acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, para controlar la posicion y la velocidad angular de rotacion del espejo de barrido 30 asf como del dispositivo optico de rotacion de imagen, el sistema optico 100 incluye, ademas, un codificador optico 80, solidario en rotacion del arbol de salida del medio de accionamiento giratorio 50.

La descripcion que antecede ilustra claramente que, por sus diferentes caractensticas y sus ventajas, la presente

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invencion logra los objetivos que se ha^a fijado. En particular, propone un sistema optico para la observacion espacial que permite un adecuado barrido de la escena apuntada sin rotacion de la imagen en el plano imagen, al propio tiempo que presenta una menor ocupacion de espacio con respecto a los sistemas opticos existentes, y mejorando la sincronizacion de la rotacion del espejo de barrido y del dispositivo optico de rotacion de imagen 5 mediante la utilizacion de un medio de accionamiento giratorio comun a dicho espejo de barrido y a dicho dispositivo optico de rotacion de imagen.

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Sistema optico (100) que incluye:

- un espejo de barrido (30), rotatorio, establecido al objeto de recibir un haz incidente de rayos (11) y redirigir un haz de rayos, llamado haz de entrada (12), segun un eje dado, llamado primer eje (121),

- un instrumento optico (20) establecido al objeto de recibir el haz de entrada (12) proveniente del espejo de barrido (30) y de redirigir un haz de rayos, llamado haz de salida (13), segun un eje dado, llamado segundo eje (131),

- un dispositivo optico de rotacion de imagen (40), dispuesto en el segundo eje (131) y establecido al objeto de recibir el haz de salida (13),

caracterizado por que el instrumento optico (20) se establece al objeto de redirigir el haz de salida (13) paralelamente al haz de entrada (12), en una direccion opuesta a dicho haz de entrada, en direccion al dispositivo optico de rotacion de imagen (40), por que el espejo de barrido (30) se establece al objeto de presentar un eje de rotacion (300) alineado a lo largo del primer eje (121), por que el dispositivo optico de rotacion de imagen (40) se establece al objeto de presentar un eje de rotacion (400) alineado a lo largo del segundo eje (131) y por que el sistema optico (100) incluye un medio de accionamiento giratorio (50) comun al espejo de barrido (30) y al dispositivo optico de rotacion de imagen (40) alrededor de sus respectivos ejes de rotacion (300, 400).
2. Sistema optico segun la reivindicacion 1, que incluye un medio de acoplamiento en rotacion (60) del espejo de barrido (30) y del dispositivo optico de rotacion de imagen (40), asociado al medio de accionamiento giratorio (50) comun.
3. Sistema optico segun la reivindicacion 2, en el que el medio de acoplamiento en rotacion (60) presenta una relacion de transmision entre una velocidad angular de rotacion del espejo de barrido (30) y una velocidad angular de rotacion del dispositivo optico de rotacion de imagen (40) de 2.
4. Sistema optico segun una de las reivindicaciones 2 o 3, que incluye un dispositivo de compensacion de par (70) acoplado al medio de acoplamiento en rotacion (60).
5. Sistema optico segun una de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el medio de acoplamiento en rotacion (60) es un sistema de roldanas - correa (61,62, 63).
6. Sistema optico segun una de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el medio de acoplamiento (60) incluye un sistema de engranajes (61b, 62b, 63b).
7. Sistema optico segun una de las anteriores reivindicaciones, en el que el instrumento optico (20) es un telescopio que incluye al menos tres espejos (M1, M2, M3).