FR3011089A1 - Telescope comportant des moyens internes de reglage au plan focal - Google Patents

Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des télescopes comportant une optique de focalisation (OT) et des moyens de photodétection (D) disposés dans son plan focal. Le télescope selon l'invention comporte une pluralité de sources de lumière (L) disposées au voisinage de son plan focal, agencées de façon que l'image autocollimatée de chaque source de lumière ponctuelle se forme sur les moyens de photodétection. Grâce à cette disposition, il est possible de contrôler simultanément les aberrations en plusieurs points du champ du télescope au moyen d'un miroir plan fixe et de simplifier le réglage des caméras.

Description

Télescope comportant des moyens internes de réglage au plan focal Le domaine de l'invention est celui du réglage et du contrôle des télescopes et notamment celui des télescopes spatiaux. Pour obtenir une très haute résolution, les télescopes spatiaux sont des instruments de grand diamètre. Pour limiter la masse embarquée, la combinaison optique du télescope est très compacte et ses différents éléments optomécaniques sont réalisés dans des matériaux à faible densité. Elle devient alors très sensible aux perturbations extérieures, notamment aux effets thermo-élastiques et aux effets hydriques.

Le réglage du plan focal au foyer du télescope est réalisé au moyen d'un collimateur disposé devant le miroir primaire du télescope. La figure 1 représente de façon schématique le fonctionnement d'un tel banc de tests. Le collimateur comprend une source S et une optique de collimation Oc. Généralement, ce banc est disposé dans un caisson sous vide de façon à éliminer les perturbations dues à l'air ambiant. Pour réaliser l'exploration du champ du télescope T comprenant une optique OT et des moyens de photodétection D, on incline le collimateur C de façon que l'image de sa source ponctuelle S se forme sur les moyens de photodétection D. L'analyse des différentes images permet de calculer la défocalisation du plan image, en particulier l'angle de tilt et, bien entendu, de les compenser. L'inconvénient de cette méthode est qu'elle est très lourde à mettre en place, nécessite des moyens optiques importants et entraîne des temps d'acquisition élevés qui peuvent être de l'ordre de l'heure.

Dans le télescope selon l'invention, l'instrument comporte des moyens optiques permettant, au cours des opérations de contrôle et de test, d'utiliser des moyens optiques moins importants qu'un collimateur et permettant également de réaliser plusieurs mesures simultanément, éliminant ainsi toutes les perturbations liées aux instabilités temporelles. De façon avantageuse, il devient possible de réaliser le réglage du plan focal sans caisson à vide.

Un autre avantage est qu'il devient aussi possible de réaliser le réglage d'un instrument en une seule étape au lieu des deux étapes traditionnelles qui sont le réglage des éléments optiques du télescope puis le réglage du plan focal.

Plus précisément, l'invention a pour objet un télescope comportant au moins une optique de focalisation et des moyens de photodétection disposés dans son plan focal, caractérisé en ce que le télescope comporte une première source de lumière disposée au voisinage de son plan focal agencée de façon que l'image autocollimatée de ladite première source de lumière se forme sur les moyens de photodétection. Avantageusement, le télescope comporte au moins une seconde source de lumière disposée à proximité de la première source et agencée de façon que l'image autocollimatée de ladite seconde source de lumière se 15 forme sur les moyens de photodétection. Avantageusement, la seconde source est symétrique de la première source par rapport à un point correspondant au centre du champ image du télescope. Avantageusement, la première source et/ou la seconde source 20 sont constituées de deux sources élémentaires ponctuelles défocalisées d'une distance prédéterminée. Avantageusement, la première source de lumière et/ou la seconde source de lumière sont reliées à une source de lumière unique au moyen de fibres optiques. 25 Avantageusement, les moyens de photodétection sont des barrettes ou des matrices de photodétecteurs agencées de façon à couvrir un segment déterminé du plan focal. Avantageusement, les moyens de photodétection sont des détecteurs utilisés pour la mission ou des capteurs d'instrumentation de vol 30 du type analyseurs de surface d'onde. L'invention concerne également un procédé de contrôle du télescope décrit ci-dessus, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes suivantes : Etape 1 : Mise en place d'un miroir plan d'auto collimation à 35 l'entrée du télescope ; Etape 2 : Allumage simultané des sources de lumière ponctuelles ; Etape 3: Analyse des signaux reçus par les moyens de photodétection ; Etape 4: Calcul d'une correction à appliquer à au moins un des 5 éléments du télescope ; Etape 5: Ajustement mécanique dudit ou desdits éléments du télescope en fonction de ladite correction. Avantageusement, le miroir plan d'auto collimation est agencé de façon à couvrir totalement ou partiellement la pupille de l'optique de 10 focalisation. Avantageusement, l'étape 1 utilise un miroir plan devant le télescope d'essai pour un réglage au sol ou un miroir intégré au télescope pour un réglage en vol, par exemple un anneau réfléchissant, disposé, par exemple, autour du miroir secondaire de l'optique de focalisation. 15 Avantageusement, l'étape 4 consiste à calculer la position du meilleur plan de focalisation et l'étape 5 consiste à ajuster la position des moyens de photodétection de façon à les disposer dans ledit meilleur plan de focalisation. Avantageusement, l'étape 4 consiste à calculer les aberrations 20 géométriques dans le champ et l'étape 5 consiste à ajuster la position et l'orientation d'au moins un des miroirs du télescope en fonction desdites aberrations. Avantageusement, l'analyse des signaux reçus comporte un traitement par diversité de phase. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente le contrôle d'un télescope selon l'art 30 antérieur ; La figure 2 représente un premier agencement de sources de lumière dans le plan focal d'un télescope selon l'invention ; La figure 3 représente l'activation d'une des sources de lumière et son image sur le photodétecteur associé ; 301 10 89 4 La figure 4 représente un second agencement de sources de lumière dans le plan focal d'un télescope selon l'invention ; La figure 5 représente le banc de contrôle complet d'un télescope selon l'invention.

Les figures 2, 3 et 4 représentent une vue du plan focal d'un télescope selon l'invention dans un repère centré (0, x, y). 0 est disposé au centre du plan focal. A titre d'exemple, les moyens de photodétection disposés dans ce plan focal sont une succession de barrettes identiques, 10 chacune comprenant une colonne ou une matrice de photodétecteurs élémentaires. Les barrettes sont disposées de part et d'autre d'un axe central parallèle à l'axe y de façon à parfaitement couvrir le champ de l'optique du télescope selon cet axe avec des zones de recouvrement en extrémité de barrettes. Sur les figures 2, 3 et 4, sept barrettes sont représentées. Mais ce 15 nombre est purement indicatif. Le plan focal comporte également des sources de lumière LI représentées par des cercles en traits gras sur les figures 2 à 4. Ces sources de lumière peuvent être des sources ponctuelles autonomes comme des diodes laser. Ces sources de lumière LI peuvent également être des sources 20 fibrées reliées à une source unique de lumière au moyen de fibres optiques. Ces sources de lumière sont disposées de telle sorte que l'image autocollimatée de chaque source de lumière se forme sur une des barrettes des moyens de photodétection comme on le voit sur la figure 3. On entend par image autocollimatée une image se réfléchissant sur un miroir plan 25 disposé devant l'optique du télescope. Ainsi, l'allumage d'une source L1 symbolisé par des cercles concentriques sur la figure 3 a comme image lu par autocollimation. La source L1 et l'image lu sont symétriques par rapport au point central O. Généralement, la précision de positionnement requise des sources de 30 lumière dans le plan focal est de l'ordre de +1- 10 microns et la précision dans un plan perpendiculaire au plan focal est de l'ordre de +1- 20 microns. Il est avantageux de disposer les sources de lumière par paire symétrique de façon à pouvoir analyser deux points symétriques du champ du télescope. Ainsi, sur les différentes figures, la source L1 est symétrique 35 de la source L4 et la source L2 est symétrique de la source L3.

Les sources de lumière peuvent être disposées d'un seul côté du plan focal correspondant, par exemple, à des abscisses x négatives sur les figures 2 et 3 ou les sources de lumière peuvent être disposées des deux côtés du plan focal comme on le voit sur la figure 4 où les sources de lumière L1, L2, L3 et L4 sont disposées d'un côté de l'axe y et les sources de lumière L5, L6 et L7 sont disposées de l'autre côté de l'axe y. Avantageusement, la première source et/ou la seconde source sont constituées de deux sources élémentaires ponctuelles défocalisées d'une distance prédéterminée. Ces sources peuvent également être fibrées.

Cet agencement des sources de lumière est utilisé pour caractériser le télescope. Le procédé de contrôle comporte les étapes suivantes illustrées en figure 5. Les flèches sur la figure 5 indiquent le parcours des rayons lumineux issus de la source S: Etape 1 : Mise en place du télescope devant un miroir plan 15 d'autocollimation M. Ce miroir doit être d'une planéité parfaite. Ce miroir plan peut couvrir toute la pupille d'entrée de l'optique de focalisation. Cependant, pour certaines applications, il n'est pas nécessaire de couvrir toute la pupille pour assurer le contrôle de l'optique de focalisation. Dans ce cas, on peut utiliser un miroir couvrant partiellement la pupille. Ce miroir peut avoir une 20 forme annulaire et être disposé autour du miroir secondaire de l'optique de focalisation lorsque cette optique comporte très classiquement un premier ensemble comportant un grand miroir primaire et un miroir secondaire ; Etape 2: Allumage simultané des sources de lumière LI. Les différentes barrettes des moyens de photodétection reçoivent des images IL.

25 Chaque image ILI est associée à une source de lumière LI ; Etape 3: Analyse par des moyens de traitement A des images reçues par les moyens de photodétection. A titre d'exemple de traitement d'images, on peut utiliser un traitement par diversité de phase si l'on dispose de deux images décalées l'une par rapport à l'autre du même champ du 30 télescope. C'est le cas si chaque source de lumière est constituée de deux sources élémentaires défocalisées. Ce type de traitement permet de déterminer les aberrations géométriques de troisième et/ou de cinquième ordre ; Etape 4: Calcul d'une correction à appliquer à au moins un des éléments du télescope. On peut ainsi calculer la position du meilleur plan de focalisation et/ou les aberrations géométriques dans le champ ; Etape 5: Ajustement de la position et l'orientation d'au moins un 5 des miroirs du télescope en fonction desdites aberrations et/ou des moyens de photodétection dans le meilleur plan de focalisation. Ainsi, grâce à cette disposition des sources de lumière dans le plan focal du télescope, il est possible de faire le contrôle ou le réglage d'un 10 plan focal au foyer d'un télescope en une seule mesure avec des moyens simples sans collimateur, ce qui représente un gain de temps de mise en place et de mesure considérable. De plus, on évite les dérives dues à des temps de mesure trop importants. Enfin, ce réglage peut être effectué sur banc de test au sol mais également dans l'espace, en vol, en utilisant 15 préférentiellement un miroir d'autocollimation qui ne couvre qu'une partie de la pupille de l'optique de focalisation de façon à diminuer les contraintes d'encombrement, de poids et de mise en place. Par ailleurs, ce dispositif permet de réaliser un réglage complet d'un instrument, c'est-à-dire le réglage du miroir secondaire du télescope 20 selon les cinq degrés de liberté et le réglage du tilt du plan focal en une seule étape. L'exploitation des aberrations dans le champ que sont la coma, l'astigmatisme et la focalisation permet le réglage du miroir secondaire par rapport au miroir primaire, le plan image télescope est alors défini par le plan focal du détecteur. 25

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Télescope comportant au moins une optique de focalisation (0T) et des moyens de photodétection (D, B) disposés dans son plan focal, caractérisé en ce que le télescope comporte une première source de lumière (L, L1, L2) disposée au voisinage de son plan focal, agencée de façon que l'image autocollimatée de ladite première source de lumière se forme sur les moyens de photodétection.
2. 2. Télescope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le télescope comporte au moins une seconde source de lumière (L3, L4) disposée à proximité de la première source et agencée de façon que l'image autocollimatée de ladite seconde source de lumière se forme sur les moyens de photodétection.
3. 3. Télescope selon la revendication 2, caractérisé en ce que la 15 seconde source (L3, L4) est symétrique de la première source (L1, L2) par rapport à un point (0) correspondant au centre du champ image du télescope.
4. 4. Télescope selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que la première source et/ou la seconde source sont constituées de deux sources élémentaires ponctuelles défocalisées d'une distance prédéterminée.
5. 5. Télescope selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que la première source et/ou la seconde source sont reliées à une source de lumière unique au moyen de fibres optiques.
6. 6. Télescope selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de photodétection (D) sont des barrettes 30 (B) ou des matrices de photodétecteurs agencées de façon à couvrir un segment déterminé du plan focal. 301 10 89 8
7. 7. Télescope selon l'une des revendications1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de photodétection sont des capteurs d'instrumentation en vol du télescope. 5
8. 8. Télescope selon la revendication 7, caractérisé en ce que les capteurs d'instrumentation en vol du télescope sont des analyseurs de surface d'onde.
9. 9. Procédé de contrôle d'un instrument comportant un télescope 10 selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé de contrôle comporte les étapes suivantes : Etape 1 : Mise en place d'un miroir (M) plan d'auto collimation à l'entrée du télescope ; Etape 2 : Allumage simultané des sources de lumière (L) ; Etape 3: Analyse des signaux reçus par les moyens de photodétection ; Etape 4: Calcul d'une correction à appliquer à au moins un des éléments du télescope ; Etape 5: Ajustement mécanique dudit ou desdits éléments du 20 télescope en fonction de ladite correction.
10. 10. Procédé de contrôle d'un instrument selon la revendication 9, caractérisé en ce que le miroir plan d'auto collimation est agencé de façon à couvrir totalement la pupille de l'optique de focalisation. 25
11. 11. Procédé de contrôle d'un instrument selon la revendication 9, caractérisé en ce que le miroir plan d'auto collimation est agencé de façon à couvrir partiellement la pupille de l'optique de focalisation. 30
12. 12. Procédé de contrôle d'un instrument selon la revendication 11, caractérisé en ce que le miroir plan d'auto collimation est un anneau réfléchissant. 301 10 89 9
13. 13. Procédé de contrôle d'un instrument selon la revendication 9, caractérisé en ce que le miroir plan d'auto collimation est intégré à l'optique de focalisation. 5
14. 14. Procédé de contrôle d'un instrument selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape 4 consiste à calculer la position du meilleur plan de focalisation et en ce que l'étape 5 consiste à ajuster la position des moyens de photodétection de façon à les disposer dans ledit meilleur plan. 10
15. 15. Procédé de contrôle d'un instrument selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape 4 consiste à calculer les aberrations géométriques dans le champ et en ce que l'étape 5 consiste à ajuster la position et l'orientation d'au moins un des miroirs du télescope en fonction desdites aberrations. 15
16. 16. Procédé de contrôle d'un instrument selon les revendications 9 à 15, caractérisé en ce que l'analyse des signaux reçus comporte un traitement par diversité de phase.20