Brevet FR2525352A1 — publié le 19831021

L'invention concerne une optique de champ refroidie pour télescopes à infrarouge non refroidis à miroir principal percé, l'optique de champ engendrant une image intermédiaire de la pupille de sortie du télescope au ni- veau d'un diaphragme refroidi. Des optiques de champ de ce genre sont utilisées en particulier sur de grands appareils astrono- miques pour la spectrophotométrie de corps célestes dans le domaine spectral infrarouge et servent à réduire le rayonnement thermique de fond En effet, lorsqu'on choisit le diamètre approprié du diaphragme refroidi qui définit le champ visuel du détecteur utilisé pour l'acquisition, à l'en- droit o se forme l'image intermédiaire de la pupille de sortie, on empêche efficacement le rayonnement thermique de la cellule de miroir principal du télescope d'atteindre le détecteur. Toutefois, il est relativement difficile d'incorporer à un Dewar refroidi une optique de champ avec formation d'une image intermédiaire de la pupille de sortie, car, étant donné la très grande distance entre la pupille de sortie du télescope et le Dewar, dans les grands téles- copes, il faut opérer avec de longues distances focales Par suite, en général, il est nécessaire de plier le trajet op- tique Toutefois, la déviation des rayons à l'aide de l'opti- que à miroir utilisée de préférence dans l'infrarouge conduit à un astigmatisme dans la formation de l'image de la pupille, de telle sorte qu'il en résulte un défaut d'adaptation de la section du faisceau à la surface photosensible du détec- teur, ce qui diminue la sensibilité de celui-ci On y remédie au moyen de miroirs de déviation de forme asphérique, mais ceux-ci sont relativement coûteux à fabriquer. Le but de l'invention est de fournir une op- tique de champ refroidie de l'espèce indiquée au début qui permette une structure peu encombrante et assure la formation de l'image de la pupille sans astigmatisme. Ce problème est résolu, selon l'invention, par le fait que derrière le plan focal du télescope, limité par un diaphragme de champ, est disposé un miroir de champ qui réfléchit coaxialement le rayonnement incident et dont la distance focale et la distance au diaphragme de champ sont choisies de telle sorte qu'au voisinage du diaphrame de champ, il se forme une image de la pupille de sortie du télescope, dont le vignettage central est supérieur ou égal à l'ouverture du diaphragme de champ. L'avantage que l'on peut ainsi obtenir réside dans le fait que les moyens nécessaires pour atteindre le but fixé peuvent être maintenus relativement réduits, car en vertu du guidage coaxial des rayons, on n'a pas besoin d'optique asphérique Etant donné que la formation de l'image de la pupille se situe au voisinage du diaphragme de champ, on peut tirer parti du vignettage central que présente de toute façon le télescope, de sorte qu'il ne se produit pas de perte de sensibilité lors de la déviation hors du trajet optique coa- xial On peut utiliser pour la déviation un simple miroir annulaire plan qui est disposé au voisinage du diaphragme de champ, qui fait par exemple un angle de 45 avec l'axe optique du trajet des rayons incidents et présente une perforation optique. Il est avantageux de donner à l'ensemble de l'optique la forme d'une optique à miroir pour éliminer les problèmes résultant de la grande dispersion des matières réfringentes utilisées dans le domaine spectral infrarouge. Il est avantageux en outre que le diaphragme refroidi situé à l'endroit o se forme l'image de la pupille soit un diaphragme annulaire avec recouvrement central Ainsi, le rayonnement thermique de la perforation centrale du mi- roir principal du télescope est efficacement affaibli Cette occultation apparaît encore plus efficace que par exemple un passage central libre dans la partie du miroir capteur du télescope qui n'est pas utilisée pour la formation de l'ima- ge Avec cette dernière mesure, il faudrait encore tenir compte, comme fond, de l'émission de l'atmosphère terrestre qui passe par le passage libre et dont l'intensité, tout en étant infé- rieure à celle du rayonnenement thermique du miroir capteur, existe tout de même. D'autres développements avantageux sont expli- qués plus précisément ci-après, dans la description des dessins annexés sur lesquels La figure 1 est un schéma du trajet optique dans un télescope de Cassegrain pour observations à l'infra- rouge; la figure 2 un schéma détaillé du trajet optique dans l'optique de champ refroidie 3 destinée au téles- cope de la figure 1. Le télescope représenté sur la figure 1 est formé d'un miroir principal 1 et d'un miroir capteur 2 qui réfléchit les rayons, à travers la perforation centrale du miroir principal 1, en direction de l'optique de champ incorpo- rée à un lZwar 3 Le plan focal du télescope, limité par le diaphragme de champ 5, se trouve à l'intérieur du Dewar 3 fermé par la fenêtre 3. Le miroir capteur 2 peut par exemple être sous forme de miroir oscillant à modulation autant que possible rectangulaire, par lequel sont définis deux champs d'obser- vation alternés L'un des champs d'observations contient l'image de l'objet et la reproduction du fond tandis que l'autre ne présente que du rayonnement de fond. Comme le montre la figure 2, juste derrière le diaphragme de fond 5 est disposé un miroir annulaire plan 8 Le miroir annulaire 8 présente une ouverture elliptique 18 à travers laquelle le rayonnement atteint un miroir concave de champ 6. Le miroir de champ 6 porte une couche réflé- chissante dichroique; comme l'indique la flèche 7, derrière le miroir de champ se trouve une optique destinée au domaine spectral visible (non représentée), qui permet l'observa- tion visuelle de l'image de l'objet, se formant au milieu du diaphragme de champ 5 Cette optique contient un ampli- ficateur d'image. La partie infrarouge du rayonnement atteignant le miroir 6 est réfléchie dans sa propre direction et, en pas- sant par le miroir annulaire 8, elle est réfléchie perpendi- culairement à la direction d'incidence A peu près à la dis- tance comprise entre le diaphragme de champ 5 et le miroir de champ 6, il se forme une image intermédiaire de la pu- pille de sortie du télescope 1, 2 En cet endroit se trouve le diaphragme annulaire 9 dont la limite extérieurerecouvre les parties extérieures du miroir principal et dont le recou- vrement central 19 arrête, entre autres, le rayonnement ther- mique de la perforation centrale du miroir principal 1. Entre le diaphragme 9 et le détecteur 14 se trouve un monochromateur sous la forme d'un filtre d' inter- férence 12 Ce filtre d'interférence est conçu sous forme de disque tournant dont l'épaisseur des couches d'interférence augmenteen direction azimutale (filtre CVF) et on peut le rem- placer par différents filtres fixes qui n'ont pas toujours la même épaisseur de substrat. Pour l'adaptation à ces filtres, devant ceux-ci est disposée une optique coaxiale à miroirs 10, 11 qui réduit la section de faisceau du rayonnement à déceler et forme à l'infini une image du diaphragme de champ 5 Le miroir 11 de ce système de Cassegrain se trouve dans l'occul- tation centrale du faisceau entrant et par suite, ne cause pas d'occultation supplémentaire de ce faisceau Par suite de la réduction de section, on tire un parti optimal du pouvoir de -résolution du filtre 12 tandis que le trajet parallèle des rayons en cet endroit évite que la position du foyer ne se déplace en fonction de l'épaisseur de substrat des filtres utilisés. Un miroir concave elliptique 13 concentre le rayonnement sur la surface du récepteur 14 Le miroir 13 n'a pas tellement un rôle de formation d'image mais plutôt simple- ment un rôle de concentration de lumière et par conséquent, il n'est pas critique en ce qui concerne les tolérance à respecter. L'optique de champ décrite ci-dessus n'est pas seulement utilisable en combinaison avec de grands appareils astronomiques, mais on peut aussi l'utiliser en combinaison avec des lunettes d'approche terrestres à infrarouge, par exem- ple des appareils de vision nocturne, lorsqu'il s'agit d'obte- nir une sensibilité aussi grande que possible. REVENDICATIONS 1. Optique de champ refroidie pour télescopes à infrarouge non refroidie à miroir principal percé ( 1), l'op- tique de champ engendrant une image intermédiaire de la pu- pille de sortie du télescope ( 1, 2) au niveau d'un diaphragme refroidi ( 9), caractérisée en ce que derrière'le plan focal du télescope ( 1, 2), limité par un diaphragme de champ ( 5), est disposé un miroir de champ ( 6) qui réfléchit coaxialement le rayonnement incident-et dont la distance focale et la distance au diaphragme de champ ( 5) sont choisies de telle sorte qu'au voisinage du diaphragme de champ ( 5), il se forme une image de la pupille de sortie du télescope ( 1, 2), dont le vignettage central est supérieur ou égal à l'ouverture ( 15) du diaphragme de champ ( 5). 2.-Optique selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le diaphragme ( 9) situé à l'endroit o se forme l'image intermédiaire de la pupille est un diaphragme annulaire présentant un recouvrement central ( 19). 3. Optique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'entre le diaphragme de champ ( 5) et le miroir de champ ( 6) est disposé, au voisinage du diaphragme de champ ( 5) , un miroir annulaire plan ( 8) incliné par rapport à l'axe optique. 4. Optique selon la revendication 3, caracté- risée en ce que le miroir annulaire ( 8) fait un angle de 450 avec l'axe optique et présente une perforation elliptique ( 18). 5. Optique selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que l'ensemble de l'opti- que de champ est sous forme d'optique à miroirs. 6. Optique selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que le miroir de champ ( 6) présente une surface réfléchissante dichroique. 7. Optique selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisée en ce que derrière le diaphragme annulaire ( 9) est disposée une optique à miroirs ( 10,11) diminuant la section du faisceau. 3. Optique selon la revendication 7, carac- térisée en ce que l'optique à miroirs ( 10, 11) est un système de Cassegrain dont le miroir secondaire ( 11) est disposé à l'intérieur du vignettage central du télescope ( 1, 2). 9 Optique selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que dans le trajet pratiquement paral- lèle des rayons est disposé, derrière l'optique à miroirs ( 10, 11), un filtre interférentiel t 12). 10. Optique selon la revendication 9, carac- térisée en ce que le filtre interférentiel est formé de filtres distincts ou d'un filtre tournant dont l'épaisseur de couche varie en direction azimutale (filtre CVF, 12). 11. Optique selon l'une des revendications 9 et , caractérisée en ce que le filtre interférentiel ( 12) est suivi d'une optique ( 13) qui engendre une autre image inter- médiaire de la pupille de sortie du télescope sur la surface sensible d'un détecteur ( 14).