WO2010146256A1 - Miroir deformable a structure alveolaire - Google Patents

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WO2010146256A1
WO2010146256A1 PCT/FR2010/000445 FR2010000445W WO2010146256A1 WO 2010146256 A1 WO2010146256 A1 WO 2010146256A1 FR 2010000445 W FR2010000445 W FR 2010000445W WO 2010146256 A1 WO2010146256 A1 WO 2010146256A1
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deformable mirror
mirror according
core
actuators
plate
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Jean-Jacques Ferme
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Societe Europeenne De Systemes Optiques
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    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/183—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors specially adapted for very large mirrors, e.g. for astronomy, or solar concentrators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus

Definitions

  • the invention relates to a deformable mirror for adaptive optics having a cellular structure, suitable for example for astronomical and / or spatial applications.
  • Deformable mirrors are well known in the art of optical engineering; they are particularly used in optical instruments such as telescopes to allow correction of aberrations, effects of atmospheric turbulence (adaptive optics), etc.
  • These mirrors are generally constituted by a thin plate or membrane of glass or ceramic material (thickness of the order of a few millimeters), fixed to a support structure via an array of actuators.
  • the actuators can apply forces perpendicular to the membrane ("piston” mirrors) or parallel to the latter (“bimorph” mirrors).
  • the support structure must be very stable, and may for example be of the honeycomb type, or honeycomb, as disclosed in EP1690123.
  • VLT very large telescopes
  • a glass or ceramic plate having a thickness of the order of 2 millimeters for a diameter of 1 m is too "flexible", which makes its manufacture, polishing and shaping extremely complex.
  • a thicker plate would be too heavy and would require significant efforts of the actuators; for example, a zerodur plate one centimeter thick has a mass of more than 25 kg / m 2 - not counting the mass of the support structure and actuators, even more important.
  • deformable mirrors comprising a cellular structure substrate carbon fiber reinforced composite material, on the surface of which is deposited a thin layer of electroformed nickel: see in this regard the article S. Kendrew et al: "Development of a Carbon Fiber Composite Active Mirror: Design and Testing"; arXiv: astro-ph / 0508135v1, August 4, 2005.
  • These mirrors have a tendency to warp unpredictably during polishing due to loosening of internal stresses.
  • the invention aims to provide a deformable mirror to overcome the aforementioned drawbacks of the prior art.
  • the idea underlying the invention is to use, as a substrate of a deformable mirror, a panel comprising a honeycomb structure core or "honeycomb" enclosed between two glass or ceramic coating plates.
  • the coating plates very rigid, prevent any inadvertent deformation of the substrate; in addition, they are polishable to give a specular surface of excellent quality, without impression effect due to the soul.
  • Panels of this type are known, in particular, from the article by E. Rugi Grond, A.dorf, S. Mérillat and JJ Fermé "Innovative Ligthweight Substrate for Stable Optical Benches and Mirrors", ICSO International Conference on Space Optics 2008, Toulouse 14 - 17 October 2008, as well as US 7,167,631. It is important to note that these documents disclose the use of panels of this type in particular for the realization of optical benches, which are elements of which the main quality is rigidity. It is therefore surprising that these panels can be used for producing deformable mirrors, replacing reflective membranes characterized by their great flexibility. However, the inventors have realized that it is indeed possible to deform these substrates to obtain an arrow of up to 10 ⁇ m over a distance of 100 mm, which is amply sufficient for many applications of adaptive optics .
  • An object of the invention is therefore a deformable mirror comprising a cellular structure substrate provided with a reflecting surface and a set of actuators arranged to induce controlled deformation of said substrate and its reflecting surface, characterized in that said substrate is constituted by a panel comprising a honeycomb core encased between two facing plates, said front and rear, made of a glass or ceramic material, the reflecting surface being formed on said anterior facing plate.
  • said substrate is constituted by a panel comprising a honeycomb core encased between two facing plates, said front and rear, made of a glass or ceramic material, the reflecting surface being formed on said anterior facing plate.
  • Said honeycomb structural core may be made of a material chosen from: light metals and alloys, with a density of less than or equal to 3 kg / cm 3 ; polymers; fiber reinforced polymers.
  • the said coating plates may be made of one or more materials selected from zerodur and fused silica.
  • Said coating plates may preferably be attached directly to said core.
  • the fixing of the coating plates to said core can be done by gluing.
  • - Said core may have a thickness between
  • Said actuators may be adapted to induce deformation of between 1 and 10 ⁇ m over a distance of 100 mm.
  • Said actuators may be piezoelectric elements fixed to the posterior coating plate and arranged so as to apply traction or compression forces oriented parallel to the latter.
  • Said actuators may be adapted to apply to said posterior coating plate forces oriented perpendicular to the latter.
  • - Said actuators may include heating elements distributed evenly on said posterior coating plate to cause localized thermal expansion.
  • said heating elements may be electrical resistors arranged on said posterior coating plate.
  • said heating elements may be point optical sources (light-emitting diodes or lamps) arranged opposite said posterior coating plate, which is absorbent or coated, in turn, with an absorbent layer.
  • the diameter of the mirror may be greater than 1 m.
  • Another object of the invention is the use as a deformable mirror substrate of a panel having a honeycomb structure core enclosed between two said front and rear facing plates, wherein the front plate has a reflective outer surface.
  • FIG. 1 a partially broken-away elevational view of a mirror substrate according to the invention
  • - Figure 2 a sectional view of a deformable mirror according to a first embodiment of the invention, comprising piezoelectric actuators
  • Figure 3 is a sectional view of a deformable mirror according to a second embodiment of the invention, comprising actuators of the "piston"type
  • Figure 4 a sectional view of a deformable mirror according to a third embodiment of the invention, comprising electrothermal actuators
  • Figure 5 a sectional view of a deformable mirror according to a third embodiment of the invention, comprising thermo-optical actuators
  • - Figures 6A and 6B two section views of curved mirrors according to alternative embodiments of the invention.
  • FIG. 1 represents, not to scale, a mirror according to the invention, comprising a mirror substrate 10 and a set of actuators 20 intended to deform, in a controlled manner, said substrate.
  • the substrate 10 is constituted by a substantially planar panel comprising a honeycomb structure 1 1 honeycomb structure or "honeycomb" enclosed between two cladding plates 12 (anterior plate) and 13 (posterior plate).
  • the anterior plate 12 is polished at an optical level (roughness of the order of a few Angstroms or nanometers in the visible range, or up to a few micrometers for the infrared) and provided with a reflective, metallic or multilayer dielectric coating,
  • the rear plate 13 is operatively connected to the actuator assembly 20 in a manner to be described in more detail below.
  • the core 11 has a honeycomb structure, preferably regular, which, in the example illustrated in Figure 1, has a hexagonal geometry.
  • a honeycomb structure preferably regular, which, in the example illustrated in Figure 1, has a hexagonal geometry.
  • Such a structure can be manufactured by extrusion; it has very anisotropic mechanical properties, with a substantially higher stiffness in the z direction (perpendicular to the mirror surface 14) than in the x and y directions.
  • This core can be made of metal or light alloy, such as aluminum.
  • metal or light alloy means any metal or metal alloy, homogeneous or not homogeneous, with a density of less than or equal to 3 kg / cm 3 .
  • the volume density of an aluminum honeycomb core adapted to the implementation of the invention can be as low as 16 kg / m 3 .
  • the thickness of the core 11 (defined as its z-direction dimension) is generally in the range 10 - 50 mm or up to about 100 mm for a diameter (defined broadly as the principal dimension in the plane). xy) of the order of 1 meter. For mirrors 3 meters in diameter, the thickness of the core can reach 500 mm.
  • the "anterior" or “front” cladding plate 12 is made of glass or ceramic material, which includes glass-ceramics.
  • Zerodur registered trademark of Schott AG
  • Zerodur is an easily polishable glass ceramic having a very low coefficient of thermal expansion (-0.02 x 10 -6 / K between 0 and 50 ° C.) and a very high homogeneity.
  • Other materials such as fused silica (SiO 2 ) can also be used
  • the anterior plate 12 can be fixed to the core 11 by gluing, in particular by means of an adhesive film made of epoxy resin.
  • plate 12 is fixed directly to the honeycomb structure, that is to say at the edges of the partitions delimiting the cells, without interposition of an intermediate layer or “skin” of plastic material, composite or metal / light alloy. "Skin” would form with the plate 12 a bimetallic structure, likely to be deformed by the effect of thermal expansion.
  • the front surface of the plate 12 can be polished by conventional techniques to a roughness level of a few nanometers or Angstrom, as explained above, before receiving a reflective coating 14 conferring the desired optical properties.
  • the technique of the invention is particularly suitable for producing planar mirrors (before deformations introduced actively), but it is possible to introduce a curvature of the anterior and posterior plates to obtain convex or concave mirrors.
  • the honeycomb structure constituting the core of the mirror must, in this case, follow the shape of the modified plates.
  • FIG. 6A shows a structure according to the invention having a concave face (on the left) and a convex face (on the right); depending on the face that is made reflective, this structure may be suitable for producing a concave or convex mirror.
  • Concave mirrors can be used especially as primary telescopes and convex mirrors as secondary.
  • Figure 6B shows a structure according to the invention having two concave faces.
  • the symmetry of this structure is advantageous from the mechanical point of view. It is also possible to envisage a symmetrical structure with two convex faces.
  • the rear plate 13 may be of the same material as the front plate 12 which is advantageous for reasons of thermal stability, but not essential. In general, it does not require optical finishing because it provides only a mechanical function. Fixing the posterior plate 13 to the core 11 can be done by the same techniques mentioned in connection with the anterior plate 12.
  • the plates 12 and 13 typically have a thickness of at least 0.5 mm, and in particular of the order of 1 - 2 mm for mirrors of 1 m diameter, and 2 - 20 mm for mirrors up to at 5 m diameter. They are mainly responsible for the mechanical properties in the x-y plane and bending properties, the direct contribution of the soul
  • the set of actuators 20 may consist of a set of piezoelectric elements 21 glued to the back plate 13 of the mirror in a regular pattern. These elements expand or shrink under the effect of an electrical voltage, applying to said plate 13 traction / compression forces parallel to its surface, according to the principle of the bimorph mirror.
  • the actuator assembly 20 may be constituted by a set of mechanical or electromechanical actuators 22 of the "piston" type, applying to the rear plate 13 of the mirror forces perpendicular to its surface .
  • these actuators 22 are attached to a support member 30 which may be of alveolar type.
  • the heating resistors 23 may be discrete elements bonded to the plate 13, or may be made by deposition of a thin layer of a resistive material such as I 1 ITO (Indium-Tin Oxide, that is to say oxide of indium and tin).
  • I 1 ITO Indium-Tin Oxide, that is to say oxide of indium and tin
  • the actuators are distributed uniformly.

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Abstract

Miroir déformable comportant un substrat (10) à structure alvéolaire pourvu d'une surface réfléchissante (14) et un ensemble d'actionneurs (20) agencés pour induire des déformations maîtrisées dudit substrat et de sa surface réfléchissante, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué par un panneau comportant une âme (11) à structure alvéolaire enfermée entre deux plaques de revêtement, dites antérieure (12) et postérieure (13), réalisées dans un matériau de type verre ou céramique, la surface réfléchissante (14) étant formée sur ladite plaque de revêtement antérieure. Utilisation en tant que substrat de miroir déformable d'un panneau (10) comportant une âme à structure alvéolaire (11) enfermée entre deux plaques de revêtement dites antérieure (12) et postérieure (13), dans lequel la plaque antérieure présente une surface extérieure réfléchissante(14).

Description

MIROIR DEFORMABLE A STRUCTURE ALVEOLAIRE
L'invention porte sur un miroir déformable pour optique adaptative présentant une structure alvéolaire, adapté par exemple à des applications astronomiques et/o spatiales. Les miroirs déformables sont bien connus dans l'art du génie optique ; ils sont notamment utilisés dans les instruments optiques tels que les télescopes pour permettre une correction des aberrations, des effets de la turbulence atmosphérique (optique adaptative), etc.
Ces miroirs sont généralement constitués par une plaque mince ou membrane en verre ou matériau céramique (épaisseur de l'ordre de quelques millimètres), fixée à une structure de support par l'intermédiaire d'un réseau d'actionneurs. Les actionneurs peuvent appliquer des efforts perpendiculaires à la membrane (miroirs « à pistons ») ou parallèles à cette dernière (miroirs « bimorphes »). La structure de support doit être très stable, et peut par exemple être du type alvéolaire, ou à nid d'abeille, comme divulgué par le document EP1690123.
En astronomie, tant terrestre que spatiale, la tendance est à la réalisation de télescopes de dimensions de plus en plus grandes, pourvus de miroirs secondaires déformables. Les secondaires de ces télescopes de très grandes dimensions (VLT : very large télescopes) peuvent présenter des diamètres supérieurs au mètre. Or, il est très difficile de fabriquer des miroirs déformables de ces dimensions. Une plaque de verre ou céramique ayant une épaisseur de l'ordre de 2 millimètres pour un diamètre de 1m s'avère trop « flexible », ce qui rend sa fabrication, son polissage et sa mise en forme extrêmement complexes. Une plaque plus épaisse serait trop lourde et nécessiterait des efforts importants des actionneurs ; par exemple, une plaque en zerodur d'un centimètre d'épaisseur présente une masse de plus de 25 kg/m2 - sans compter la masse de la structure de support et des actionneurs, encore plus importante. Ces considérations de masse sont essentielles notamment pour les applications spatiales (télescopes embarqués sur satellites). Pour résoudre ce problème, il a été proposé d'utiliser des miroirs déformables comportant un substrat à structure alvéolaire en matériau composite renforcé par fibres de carbone, sur la surface duquel est déposée une couche mince de nickel électroformée : voir à ce propos l'article de S. Kendrew et al : « Developement of a carbon fibre composite active mirror : Design and testing » ; arXiv :astro-ph/0508135v1 , 4 août 2005. Ces miroirs, cependant, ont une tendance à se déformer de manière imprévisible lors du polissage à cause d'un relâchement de contraintes internes. Cet inconvénient a conduit à leur abandon au profit de miroirs pourvus d'un substrat massif - et donc moins léger — également en matériau composite renforcé par fibres de carbone. Voir l'article de S. J. Thompson, D. Brooks et A. P. Doel « A nickel- carbon-fibre composite for large adaptive mirrors : fabrication methods and properties », Opics Express Vol. 16, N° 2 pages 1321 - 1330, 21 janvier 2008. Dans tous les cas, une structure de fibrage peut réapparaître sous la surface optique, effet connu sous le nom de « fibre print through ».
L'invention vise à procurer un miroir déformable permettant de pallier aux inconvénients précités de l'art antérieur.
L'idée à la base de l'invention consiste à utiliser, comme substrat d'un miroir déformable, un panneau comportant une âme à structure alvéolaire ou « à nid d'abeille » enfermée entre deux plaques de revêtement en verre ou céramique. Les plaques de revêtement, très rigides, empêchent toute déformation intempestive du substrat ; en outre, elles sont polissables pour donner une surface spéculaire d'excellente qualité, sans effet d'empreinte dû à l'âme.
Des panneaux de ce type sont connus, notamment, de l'article de E. Rugi Grond, A. Herren, S. Mérillat et J. J. Fermé « Innovative Ligthweight Substrate for Stable Optical Benches and Mirrors », International Conférence on Space Optics ICSO 2008, Toulouse 14 - 17 octobre 2008, ainsi que du document US 7,167,631. Il est important de noter que ces documents divulguent l'utilisation de panneaux de ce type en particulier pour la réalisation de bancs optiques, qui sont des éléments dont la principale qualité est la rigidité. Il est donc surprenant que ces panneaux puissent être utilisés pour la réalisation de miroirs déformables, en remplacement de membranes réfléchissantes caractérisées par leur grande souplesse. Cependant, les inventeurs se sont rendus compte du fait qu'il est effectivement possible de déformer ces substrats jusqu'à obtenir une flèche pouvant atteindre 10 μm sur une distance de 100 mm, ce qui est amplement suffisant pour des nombreuses applications d'optique adaptative.
La possibilité de polir l'une des plaques de revêtement pour en faire une surface de miroir est divulguée par l'article précité de E. Rugi Grond et al.
Un objet de l'invention est donc un miroir déformable comportant un substrat à structure alvéolaire pourvu d'une surface réfléchissante et un ensemble d'actionneurs agencés pour induire des déformations maitrisées dudit substrat et de sa surface réfléchissante, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué par un panneau comportant une âme à structure alvéolaire enfermée entre deux plaques de revêtement, dites antérieure et postérieure, réalisées dans un matériau de type verre ou céramique, la surface réfléchissante étant formée sur ladite plaque de revêtement antérieure. Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention :
Ladite âme à structure alvéolaire peut être réalisée en un matériau choisi parmi : les métaux et alliages léger, de densité volumique inférieure ou égale à 3 kg/cm3 ; les polymères ; les polymères renforcés par fibres. - Lesdites plaques de revêtement peuvent être réalisées en un ou plusieurs matériaux choisis parmi le zerodur et la silice fondue.
Lesdites plaques de revêtement peuvent, de préférence, être fixées directement à ladite âme. La fixation des plaques de revêtement à ladite âme peut se faire par collage. - Ladite âme peut présenter une épaisseur comprise entre
10 et 500 mm et lesdites plaques de revêtement une épaisseur comprise entre 0,5 et 20 mm. Lesdits actionneurs peuvent être adaptés pour induire une déformation comprise entre 1 et 10 μm sur une distance de 100 mm.
Lesdits actionneurs peuvent être des éléments piézoélectriques fixés à la plaque de revêtement postérieure et agencés de manière à appliquer des forces de traction ou de compression orientées parallèlement à cette dernière.
Lesdits actionneurs peuvent être adaptés pour appliquer à ladite plaque de revêtement postérieure des forces orientées perpendiculairement à cette dernière. - Lesdits actionneurs peuvent comporter des éléments de chauffage repartis de manière régulière sur ladite plaque de revêtement postérieure pour en provoquer une dilatation thermique localisée. En particulier lesdits éléments de chauffage peuvent être des résistances électriques disposées sur ladite plaque de revêtement postérieure. En variante, lesdits éléments de chauffage peuvent être des sources optiques ponctuelles (diodes électroluminescentes ou lampes) disposées en regard de ladite plaque de revêtement postérieure, laquelle est absorbante ou revêtue, à son tour, d'une couche absorbante.
Le diamètre du miroir peut être supérieur à 1 m. Un autre objet de l'invention est l'utilisation en tant que substrat de miroir déformable d'un panneau comportant une âme à structure alvéolaire enfermée entre deux plaques de revêtement dites antérieure et postérieure, dans lequel la plaque antérieure présente une surface extérieure réfléchissante. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : la figure 1 , une vue en élévation partiellement écorchée d'un substrat de miroir selon l'invention ; - la figure 2, une vue en coupe d'un miroir déformable selon un premier mode de réalisation de l'invention, comportant des actionneurs piézoélectriques ; la figure 3, une vue en coupe d'un miroir déformable selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, comportant des actionneurs de type « piston » ; la figure 4, une vue en coupe d'un miroir déformable selon un troisième mode de réalisation de l'invention, comportant des actionneurs électrothermiques ; la figure 5, une vue en coupe d'un miroir déformable selon un troisième mode de réalisation de l'invention, comportant des actionneurs thermo-optiques ; et - les figures 6A et 6B deux vues en coupes de miroirs courbes selon des modes de réalisation alternatifs de l'invention.
La figure 1 représente, non à l'échelle, un miroir selon l'invention, comportant un substrat de miroir 10 et un ensemble d'actionneurs 20 destinés à déformer, de manière maîtrisée, ledit substrat. Le substrat 10 est constitué par un panneau sensiblement planaire comportant une âme 1 1 à structure alvéolaire ou à « nid d'abeille » enfermée entre deux plaques de revêtement 12 (plaque antérieure) et 13 (plaque postérieure). La plaque antérieure 12 est polie à un niveau optique (rugosité de l'ordre de quelques Angstrôm ou nanomètres dans le domaine visible, ou jusqu'à quelques micromètres pour l'infrarouge) et pourvue d'un revêtement réfléchissant, métallique ou multicouche diélectrique, formant une surface de miroir 14. La plaque postérieure 13 est reliée fonctionnellement à l'ensemble d'actionneurs 20 d'une manière qui sera décrite plus en détail par la suite. L'âme 11 a une structure alvéolaire, de préférence régulière, qui, dans l'exemple illustré sur la figure 1 , présente une géométrie hexagonale. Une telle structure peut être fabriquée par extrusion ; elle présente des propriétés mécaniques très anisotropes, avec une raideur sensiblement plus élevée dans la direction z (perpendiculaire à la surface de miroir 14) que dans les directions x et y. Cette âme peut être réalisée en métal ou alliage léger, tel que l'aluminium. Ici et par la suite on entend par « métal ou alliage léger » tout métal ou alliage métallique, homogène ou non homogène, de densité volumique inférieure ou égale à 3 kg/cm3. En variante, elle peut être réalisée en matière plastique (au sens large, incluant les résines thermodurcissables), de préférence renforcée par fibres de carbone ou de verre ; ces matériaux présentent l'avantage d'avoir un plus faible coefficient d'expansion thermique par rapport aux métaux. A titre d'exemple, la densité volumique d'une âme alvéolée en aluminium adaptée à la mise en oeuvre de l'invention peut être aussi faible que 16 kg/m3.
L'épaisseur de l'âme 11 (définie comme sa dimension dans la direction z) est généralement comprise dans la plage 10 — 50 mm ou jusqu'à 100 mm environ pour un diamètre (défini au sens large comme la dimension principale dans le plan x-y) de l'ordre de 1 mètre. Pour des miroirs de 3 mètre de diamètre, l'épaisseur de l'âme peut atteindre les 500 mm.
La plaque de revêtement « antérieure » ou « avant » 12 est réalisée en matériau de type verre ou céramique, ce qui inclut les vitrocéramiques. Le zerodur (marque déposée par la société Schott AG) est une vitrocéramique facilement polissable, présentant un coefficient d'expansion thermique très faible (-0.02 x 10"6/K entre 0 et 500C) et une très grande homogénéité. D'autres matériaux tels que la silice fondue (SiO2) peuvent également être utilisés. La plaque antérieure 12 peut être fixée à l'âme 11 par collage, notamment à l'aide d'une pellicule adhésive en résine époxy. Il est préférable que la plaque 12 soit fixée directement à la structure alvéolaire, c'est à dire aux arêtes des cloisons délimitant les alvéoles, sans interposition d'une couche intermédiaire ou « peau » en matériau plastique, composite ou métal/alliage léger. En effet, une telle « peau » formerait avec la plaque 12 une structure bilame, susceptible de se déformer par effet de la dilatation thermique.
La surface avant de la plaque 12 peut être polie par des techniques conventionnelles jusqu'à un niveau de rugosité de quelques nanomètres ou Angstrôm, comme expliqué plus haut, avant de recevoir un revêtement réfléchissant 14 lui conférant les propriétés optiques recherchées.
La technique de l'invention se prête particulièrement bien à la réalisation de miroirs planaires (avant déformations introduites de manière active), mais il est possible d'introduire une courbure des plaques antérieures et postérieures pour obtenir des miroirs convexes ou concaves. La structure alvéolaire constituant l'âme du miroir doit, dans ce cas, épouser la forme des plaques modifiées.
La figure 6A montre une structure selon l'invention présentant une face concave (à gauche) et une face convexe (à droite) ; en fonction de la face qui est rendue réfléchissante, cette structure peut convenir à la réalisation d'un miroir concave ou convexe. Les miroirs concaves peuvent être utilisés en particulier en tant que primaires de télescope et les miroirs convexes en tant que secondaires.
La figure 6B montre une structure selon l'invention présentant deux faces concaves. La symétrie de cette structure est avantageuse du point de vue mécanique. On peut également envisager une structure symétrique avec deux faces convexes.
La plaque postérieure 13 peut être du même matériau que la plaque antérieure 12 ce qui est avantageux pour des raisons de stabilité thermique, mais pas essentiel. En général, elle ne nécessite pas de finition optique car elle n'assure qu'une fonction mécanique. La fixation de la plaque postérieure 13 à l'âme 11 peut se faire par les mêmes techniques évoquées à propos de la plaque antérieure 12.
Les plaques 12 et 13 présentent typiquement une épaisseur d'au moins 0,5 mm, et en particulier de l'ordre de 1 - 2 mm pour des miroirs de 1 m de diamètre, et de 2 - 20 mm pour des miroirs jusqu'à 5 m de diamètre. Elles sont essentiellement responsables des propriétés mécaniques dans le plan x-y et des propriétés de flexion, la contribution directe de l'âme
11 étant négligeable. En revanche, c'est l'âme 11 qui est responsable des propriétés mécaniques le long de l'axe z. L'âme joue un rôle indirect, mais essentiel, dans la détermination de la rigidité en flexion de la structure, en éloignant les plaques 12 et 13 de la fibre neutre.
Comme illustré sur la figure 2, l'ensemble d'actionneurs 20 peut être constitué par un ensemble d'éléments piézoélectriques 21 collés à la plaque arrière 13 du miroir selon un motif régulier. Ces éléments se dilatent ou se rétractent sous l'effet d'une tension électrique, appliquant à ladite plaque 13 des efforts de traction/compression parallèles à sa surface, selon le principe du miroir bimorphe. En variante, comme illustré sur la figure 3, l'ensemble d'actionneurs 20 peut être constitué par un ensemble d'actionneurs mécaniques ou électromécaniques 22 de type « piston », appliquant à la plaque arrière 13 du miroir des efforts perpendiculaire à sa surface. A leur tour, ces actionneurs 22 sont fixés à un élément de support 30 qui peut être de type alvéolaire.
Il est également possible de réaliser un actionnement du miroir par effet thermique, et cela même lorsque la plaque arrière 13 est en zerodur. Pour ce faire, il existe plusieurs possibilités.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 4, il est possible de prévoir sur la plaque arrière 13 un réseau de résistances électriques chauffantes 23, disposées selon un motif qui peut être par exemple hexagonal. Les résistances chauffantes 23 peuvent être des éléments discrets collés à la plaque 13, ou bien être réalisés par dépôt d'une couche mince d'un matériau résistif tel que I1ITO (Indium-Tin Oxide, c'est à dire oxyde d'indium et étain).
En variante, selon le mode de réalisation représenté sur la figure 4, représenté sur la figure 5, il est possible de prévoir un réseau de sources lumineuses ponctuelles 24 (lampes ou diodes électroluminescentes) disposées en regard de la face arrière de la plaque 13. Cette face arrière peut être, le cas échéant, revêtue d'une couche 25 absorbant la lumière et la convertissant en chaleur qui détermine une dilatation thermique et donc une déformation de la structure. Les sources lumineuses 24 sont portées par une structure de support 31 qui n'a généralement pas à être aussi rigide que celle (30) du mode de réalisation de la figure 3, et peut donc être plus légère. II n'est pas essentiel que les actionneurs soient repartis de manière uniforme. D'une manière connue par elle-même en optique adaptative, il peut être préférable d'utiliser une disposition non-uniforme des actionneurs pour optimiser les corrections recherchées. Ainsi, par exemple, il est courant de disposer des actionneurs de manière à former des segments de couronnes circulaires concentriques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Miroir déformable comportant un substrat (10) à structure alvéolaire pourvu d'une surface réfléchissante (14) et un ensemble d'actionneurs (20) agencés pour induire des déformations maitrisées dudit substrat et de sa surface réfléchissante, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué par un panneau comportant une âme (11) à structure alvéolaire enfermée entre deux plaques de revêtement, dites antérieure (12) et postérieure (13), réalisées dans un matériau de type verre ou céramique, la surface réfléchissante (14) étant formée sur ladite plaque de revêtement antérieure.
2. Miroir déformable selon la revendication 1 dans lequel ladite âme (11) à structure alvéolaire est réalisée en un matériau choisi parmi : les métaux et alliages léger, de densité volumique inférieure ou égale à 3 kg/cm3 ; les polymères ; les polymères renforcés par fibres.
3. Miroir déformable selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites plaques de revêtement (12, 13) sont réalisées en un ou plusieurs matériaux choisis parmi le zerodur et la silice fondue.
4. Miroir déformable selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites plaques de revêtement (12, 13) sont fixées directement à ladite âme (11).
5. Miroir déformable selon la revendication 4 dans lesdites plaques de revêtement (12, 13) sont fixées à ladite âme (11) par collage.
6. Miroir déformable selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite âme (11) présente une épaisseur comprise entre 10 et 500 mm et lesdites plaques de revêtement (12, 13) une épaisseur comprise entre 0,5 et 20 mm.
7. Miroir déformable selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits actionneurs (20, 21 , 22, 23, 24) sont adaptés pour induire une déformation comprise entre 1 et 10 μm sur une distance de 100 mm.
8. Miroir déformable selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits actionneurs (21) sont des éléments piézoélectriques fixés à la plaque de revêtement postérieure (13) et agencés de manière à appliquer des forces de traction ou de compression orientées parallèlement à cette dernière.
9. Miroir déformable selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel lesdits actionneurs (22) sont adaptés pour appliquer à ladite plaque de revêtement postérieure des forces orientées perpendiculairement à cette dernière.
10. Miroir déformable selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel lesdits actionneurs comportent des éléments de chauffage (23, 24) repartis de manière régulière sur ladite plaque de revêtement postérieure pour en provoquer une dilatation thermique localisée.
11. Miroir déformable selon la revendication 10, dans lequel lesdits éléments de chauffage sont des résistances électriques (23) disposées sur ladite plaque de revêtement postérieure.
12. Miroir déformable selon la revendication 10, dans lequel lesdits éléments de chauffage sont des sources optiques ponctuelles (24) disposées en regard de ladite plaque de revêtement postérieure, laquelle est absorbante ou revêtue, à son tour, d'une couche absorbante (25).
13. Miroir déformable selon l'une des revendications précédentes, présentant un diamètre supérieur à 1m.
14. Utilisation en tant que substrat de miroir déformable d'un panneau (10) comportant une âme à structure alvéolaire (11) enfermée entre deux plaques de revêtement dites antérieure (12) et postérieure (13), dans lequel la plaque antérieure présente une surface extérieure réfléchissante(14).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2804041A1 (fr) * 2013-05-13 2014-11-19 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Système optique déformable et son procédé de contrôle ainsi qu'un système lithographique avec ce système

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19917519A1 (de) * 1999-04-17 2000-11-16 Dornier Gmbh Großer optischer Spiegel in kombinierter Sandwichbauweise
US20040165289A1 (en) * 2003-02-25 2004-08-26 Ealey Mark A. Integrated actuator meniscus mirror
EP1690123A1 (fr) 2003-11-21 2006-08-16 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Structure d'activation de deformation superficielle
US7167631B2 (en) 2004-05-04 2007-01-23 Contraves Space Ag Highly stable and very light optical bench and extra terrestric use of such an optical bench

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19917519A1 (de) * 1999-04-17 2000-11-16 Dornier Gmbh Großer optischer Spiegel in kombinierter Sandwichbauweise
US20040165289A1 (en) * 2003-02-25 2004-08-26 Ealey Mark A. Integrated actuator meniscus mirror
EP1690123A1 (fr) 2003-11-21 2006-08-16 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Structure d'activation de deformation superficielle
US7167631B2 (en) 2004-05-04 2007-01-23 Contraves Space Ag Highly stable and very light optical bench and extra terrestric use of such an optical bench

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANGEL R ET AL: "Active thermal figure control concept for the TOPS II primary mirror", PROCEEDINGS OF SPIE - THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING - TECHNIQUES AND INSTRUMENTATION FOR DETECTION OF EXOPLANETS III 2007 SPIE US, vol. 6693, 2007, pages 669313-1 - 669313-5, XP002564436 *
E. RUGI GROND; A. HERREN; S. MÉRILLAT; J. J. FERMÉ: "Innovative Ligthweight Substrate for Stable Optical Benches and Mirrors", INTERNATIONAL CONFERENCE ON SPACE OPTICS, 14 October 2008 (2008-10-14)
RUGI GROND, E. ET AL.: "Innovative lightweight baseplate solution for stable optical benches in space programmes", PROC. SPIE, OPTICAL DESIGN AND ENGINEERING III, vol. 7100, 2 September 2008 (2008-09-02), pages 710017, XP002564437 *
S. J. THOMPSON; D. BROOKS; A. P. DOEL: "A nickel- carbon-fibre composite for large adaptive mirrors : fabrication methods and properties", OPICS EXPRESS, vol. 16, no. 2, 21 January 2008 (2008-01-21), pages 1321 - 1330
S. KENDREW ET AL., DEVELOPEMENT OF A CARBON FIBRE COMPOSITE ACTIVE MIRROR : DESIGN AND TESTING, 4 August 2005 (2005-08-04)

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