Brevet FR2349846A1 — publié le 19771125

L'invention concerne un dispositif optique, permettant de contrôler l'orientation d'un miroir, ou d'un système comprenant un tel miroir, ce dispositif comprenant, en série sur un axe1 une source lumineusetun condenseur et un objectif de collimation. L'invention concerne également un procédé de contrôle de ltorientation d'un miroir, ou d'un système comprenant un tel miroir, au moyen de ce dispositif. L'invention trouve son application dans le domaine optique, plus précisément dans les mesures effectuées à partir d'appareils optiques, telles que les mesures d'angles ; l'invention trouve également son application dans le domaine spatial, tel que l'essai des appareils optiques qui assurent la mesure de l'attitude des corps auxquels ils sont fixés. Des dispositifs optiques tels que définis précédemment sont connus de l'art antérieur, et l'on citera pour exemple les lunettes autocollimatrices qui permettent également de contraler l'orientation d'un miroir ; ces dispositifs connus comprennent généralement un réticule-source, un séparateur, et un réticule-oculaire, l'objectif de collimation projetant à l'infini l'image du réticule-source qui, après réflexion sur le miroir dont l'orientation est à contraler, est focalisé par le même objectif sur le réticule-oculaire. Le séparateur permet de se placer sur un axe différent pour effectuer la lecture du décalage entre le faisceau émis et le faisceau réfléchi.Une lunette collimatrice agit ainsi comme un bras de levier de longueur égale au double de la distance focale de l'objectif, un oculaire permettant également de multiplier ce décalage. Un tel dispositif présente néanmoins, comme icon- vénients, l'introduction d'un séparateur dans le faisceau lumineux qui perturbe celui-ci et rend ainsi illusoire toute utilisation du faisceau lumineux sortant à des fins différentes de la collimation proprement dite. D'autre part, il est difficile d'as- surer la confusion des divers axes d'un tel dispositif avec une précision suffisante. L'invention a pour but la réalisation d'un dispositif d'éclairement autocollimateur, qui ne comporte pas de séparateur et qui permet ainsi d'éviter les inconvénients inhérents aux dispositifs connus. Le dispositif, selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend également, entre le condenseur et l'objec- tif de collimation, une lame à faces parallèles, dont l'une des faces est recouverte partiellement d'un masque métallique réfléchissant, qui délimite une zone centrale non recouverte, ladite lame étant inclinée par rapport à l'axe optique du dispositif. La zone centrale joue alors le rôle de trou-source, et le faisceau de lumière en retour, réfléchi par le miroir dont l'orientation est à contrôler, et agrandi par suite des phénomènes de diffraction, vient frapper la face partiellement recouverte de la lame à faces parallèles, autour de cette zone centrale non recouverte. Selon une variante de l'invention, le dispositif optique est caractérisé en ce que ladite première zone centrale non recouverte est incluse dans une seconde zone métallisée, ellemême incluse dans une troisième zone non recouverte, alors que la surface restante et la susdite seconde zone constituent le maeue métallique réfléchissant. Cette variante offre l'avantage d'améliorer la précision du contrôle, alors que la lame à faces parallèles permet le passage d'un faisceau lumineux nettement plus important, ce qui permet de simuler ainsi une source lumineuse d'un large diamètre apparent, et de garder le même degré de précision. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, le dispositif optique est caractérisé en ce que l'on choisit comme contour de zone une ellipse telle que sa projection sur un plan perpendiculaire à l'axe optique du dispositif soit un cercle. Cette réalisation permet notamment, pour un observateur, aligné suivant un axe incliné par rapport à l'axe du dispositif d'un angle double de l'angle d'inclinaison de la lame à faces parallèles, d'observer deux cercles concentriques, lorsque l'axe du dispositif est confondu avec la normale au miroir dont ltorientation est à contrôler. Selon une disposition avantageuse de l'invention, cette observation pourra notamment s'effectuer au moyen d'une lunette. La précision de l'orientation sera ainsi multipliée par le facteur d'agrandissement de ladite lunette. Le procédé de contrôle de l'orientation, suivant la présente invention, consiste alors à centrer deux cercles, un cercle brillant sur un cercle noir, le cercle intérieur étant noir, puisque l'observateur est situé hors-axe, par rapport au premier faisceau. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, permettra de mieux comprendre comment l'intention peut autre réalisée. La figure 1 représente une lunette autocollimatrice, suivant l'art antérieur. La figure 2 représente le dispositif optique, sui vant l'intention. La figure 3 est une vue agrandie, de côté, de la lame â faces parallèles. La figure 4 est l'image obtenue par un observateur, incliné par rapport à l'axe du dispositif d'un angle double de l'angle d'inclinaison de la lame à faces parallèles, dans le cas d'une seule zone. La figure 5 est l'image obtenue par un observateur, dans le cas ou la lame comprend plusieurs zones Selon l'art antérieur, une lunette autocollimatrice comporte en série sur un axe ##' , une lampe 1, telle que référencée à la figure t, un condenseur 2, un réticule-source 3, un séparateur 4, et un objectif de collimation 5. Cet objectif de collimation 5 projette à l'infini l'image du réticule-source 3 ; après réflexion sur le miroir 6, dont l'orientation est à contraler, le faisceau en retour est focalisé, par le même objectif 5, sur le réticule- oculaire 7. La séparation des deux faisceaux émis et réfléchi, est assuré par le séparateur 4, et lorsque l'axe normal au miroir 6 n'est pas exactement confondu avec l'axe optique ##' du dispositif, il existe un décalage au niveau du réticule-oculaire 7, entre le centre du réticule-oculaire et le point image du réticulesource. Une lunette autocollimatrice, teleque décrite pré- cédemment, agit comme un bras de levier de longueur égale au double de la distance focale de l'objectif. Le décalage obtenu, peut être calculé à partir de la formule D = F x 2 &alpha; formule dans laquelle D représente le décalage, F la distance fo cale de l'objectif, et out l'angle du miroir. L'observation du décalage peut 8 2effectuer, au moyen d'un oculaire1 le décilage étant alors multiplié par le grossissement de l'oculaire. Un tel oculaire a été représenté à la figure 1, sous la référence 8. Mais, dans une telle lunette autocollimatrice, on peut distinguer plusieurs axes: - axe passant par le centre de l'objectif et le réticule-source. - axe passant par le centre de l'objectif et le réticule-oculaire. - axe normal au miroir. - axe mécanique de guidage des éléments optiques internes, et il n'est pas aisé d'obtenir une parfaite concordance de ces divers axes optiques. D'autre part, l'introduction dans le faisceau lumineux, d'un séparateur rend illusoire toute utilisation du faisceau lumineux sortant à des fin différentes de la collimation proprement dite. La figure 2 représente le dispositif optique, objet de la présente invention. Ce dispositif comporte, alignés sur un axe, une lampe 11, un condenseur 12 et un objectif de collimation 15. D'une manière analogue, à celle de la figure précédente, l'objectif 15 envoie un faisceau de rayons parallèles, sur un miroir 16, dont l'orientation est à contrôler. Conformément à l'invention, le dispositif comprend également une lame à faces parallèles 17, dont l'une des faces est partiellement métallisée, la zone centrale restant transparente. Cette lame 17 est inclinée par rapport à l'axe optique du dispositif, d'un angle quelconque, généralement compris entre 10 et 30-, afin de ne pas trop augmenter le chemin optique, dans ladite lame. La tache lumineuse, en retour, a un diamètre supérieur à celui de la zone délimitée, par suite de la diffraction apportée par le dispositif. Pour un observateur aligné suivant un axe incliné d'un angle double de l'angle d'inclinaison de la lame, l'image obtenue est constituée - d'une part, d'une zone noire, correspondant à la zone centrale de la lame non métallisée, puisque l'axe d'obser vation est situé en dehors du faisceau lumineux émergeant de cette zone. - d'autre part, d'une zone lumineuse1 constituée par l'image en retour de ladite zone centrale, formée en partie sur la surface métallisée qui joue le rôle de miroir plan puisque l'axe d'observation est situé dans le faisceau lumineux réfléchi par cette surface métallisée. L'alignement du miroir est obtenu lorsque le centre de la zone lumineuse correspond au centre de la zone noire. La figure 3 est une vue de coté de la lame à faces parallèles 17. Cette lame, généralement en silice, est recouverte partiellement sur une de ses faces 18, d'un revêtement métallique réfléchissant 19, par exemple une couche mince de chrome déposée par évaporation. Selon une réalisation préférentielle de l'invention la zone centrale non recouverte 20 est une ellipse, telle que la projection sur un plan normal à l'axe du dispositif, est un cercle. En d'autres termes, la zone 20 est une section, par le plan de la face 18, du cylindre, déterminée par le faisceau lumineux1 émis par la source. De cette manière, l'observateur aligné suivant un axe incliné d'un angle double de l'angle d'inclinaison de la lame, observe pour un alignement parfait du miroir, deux cercles con centriques, tels que représentés à la figure 4. L'observation et le centrage de ces cercles pourra se faire avantageusement à l'aide d'une lunette 18, telle que référencée à la figure 1. La précision du centrage sera bien évi- demment multipliée par le facteur de grandissement de ladite lunette. Le centrale de l'orientation du miroir se résume donc à un centrage de deux cercles. L'invention permet donc d'assurer, avec une grande précision, le contrôle de l'orientation d'un miroir, soit par rapport à lui-même, dans le cas d'une rotation, soit par rapport à un autre miroir, pour contrôler le parallèlisme. Selon une variante d'utilisation, l'invention a trouvé son application dans le cas de senseurs d'attitude spatiaux, où la précision des mesures peut être supérieure à une seconde d'arc ; ainsi, l'alignement de l'axe de visée du senseur, par rapport à la direction d'une source lumineuse, simulant une étoile, fut réalisé avec une précision de l'ordre de 0,1 seconde d'arc. Le diamètre du trou-source était inférieur à 10 microns. Selon une autre variante d'utilisation, où il convenait de simuler un soleil, le trou-source avait un diamètre nettement plus important, de l'ordre d'une dizaine de millimètres. Dans ce cas, ainsi que représenté à la figure 5, on disposait au milieu de ce trou 22, une zone métallisée 21 de plus faible diamètre, par exemple une couronne de diamètre extérieur voisin de 1 mm, et qui constituait ainsi une obstruction négligeable, l'image du faisceau en retour étant symbolisée par des traits pointillés. il est bien évident pour l'homme de l'art que les figures et exemples d'application décrits ci-dessus ne constituent pas une limite à la portée de l'invention, et que toute variante non essentielle est contenue dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS : 1. Dispositif optique, permettant de contrôler ltorienta- tion d'un miroir, ou drun système comprenant un tel miroir, ce dispositif comprenant, en série sur un axe, une source lumineuse, un condenseur, et un objectif de collimation, caractérisé en ce qu'il comprend également, entre le condenseur et l'objectif de collimation, une lame à faces parallèles, dont l'une des faces est recouverte partiellement d'un masque métallique réfléchissant, qui délimite une zone centrale non recouverte, ladite lame étant in cliaée par rapport à l'axe optique du dispositif. 2. Dispositif optique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première zone centrale non recouverte est incluse dans une seconde zone métallisée, elle-même incluse dans une troisième zone non recouverte, alors que la surface restante et la susdite seconde zone constitutle masque métallique réflé chissant. 3. Dispositif optique, selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que 1'on choisit comme contour de zone une ellipse telle que sa prajection sur un plan perpendiculaire à I'axe optique du dispositif soit un cercle. 4. Dispositif optique, selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte également une lunette, alignée suivant un axe incliné par rapport à l'axe du dispositif d'un angle double de l'angle d'inclinaison de la lame à faces parallèles. 5. Procédé de contrôle de l'orientation d'un miroir, ou d'un système comprenant un tel miroir, au moyen du dispositif selon l'une des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à centrer deux cercles, pour un observateur situé sur un axe incliné par rapport à l'axe du dispositif d'un angle double de l'angle d'inclinaison de la lame à faces parallèles.