Brevet FR2544509A1 — publié le 19841019

L'invention concerne un système de soutènement des bords, destiné en particulier à des miroirs de télescope, et destiné à supporter les contrepoids perpendiculairement à l'axe optique du miroir. Les grands miroirs pour télescopes ont tendance, du fait de leur propre poids, à subir une déformation susceptible d'influer fortement sur la qualité optique des images On s'efforce donc, lors de la conception d'un système de soutène- ment des bords, de choisir une répartition appropriée des forces de soutènement pour réduire à un minimum les déforma- tions du miroir dans la direction de son axe, c'est-à-dire celles qui ont un effet particulièrement marqué sur la qualité des images On trouvera par exemple dans "Applied Optics Vol 7 N O 6 " (juin 1968) une description de l'influence des diffé- rents types de répartition des forces de soutènement sur la déformation d'un grand miroir de télescope. Dans les systèmes de soutènement des bords actuellement réalisés, les forces de soutènement sont toujours appliquées sous la forme de forces radiales, c'est-à-dire dirigées vers le centre du miroir On considère dans ce cas qu'il est particulièrement avantageux que la valeur des forces de soutè- nement varie comme une fonction cosinus, sous la forme de forces de compression sur la moitié inférieure du miroir et sous la forme de forces de traction sur la moitié supérieure. Du point de vue purement mécanique, l'application des forces de soutènement est réalisée grâce à un système de contrepoids, disposésd'une manière équidistante sur la circonférence du miroir, et qui agissent sur le bord du miroir par l'intermé- diaire de leviers, comme il est décrit par exemple dans le premier fascicule publié du brevet allemand 24 14 266 Cette répartition cosinusoldale des forces de soutènement est alors obtenue par le fait que l'axe de rotation des leviers est toujours tangentiel au bord du miroir. On sait par ailleurs, d'après le premier fascicule publié du brevet allemand 29 03 804, superposer à la réparti- tion cosinuso Idale des forces de soutènement dirigées vers le centre une répartition sinusoïdale des forces de soutènement, niais celle-ci tangentielle Toutes les résultantes des forces agissant sur le bord du miroir agissent alors parallèlement à la projection de la force de la pesanteur dans le plan du miroir, et elles ont toutes la même valeur Dans ce système connu de soutènement des bords, l'application des forces de soutènement s'effectue, dans une forme de réalisation convenant tout particulièrement à des montures parallactiques, par l'intermédiaire de contrepoids agissant sur des leviers, qui tous peuvent pivoter simultanément autour de deux axes ortho- gonaux Là réalisation d'un tel système de leviers exige des frais relativement importants. L'invention a pour but de créer un système de soutènement des bords qui réduise encore plus les déformations du miroir. Ce système de soutènement des bords devrait convenir tout particulièrement aux télescopes à monture azimutale, avec une constitution aussi simple que possible. L'invention concerne à cet effet un système de soutènement des bords, en particulier pour une monture de miroir de télescope, destiné à recevoir des contrepoids perpendiculaire- ment à l'axe optique du miroir, la ligne d'action des forces de soutènement appliquées sur le bord étant essentiellement parallèles à la projection de la direction de la force de la pesanteur dans le plan du miroir, caractérisé en ce que les valeurs Fgi et les distances réciproques ai des forces de soutènement sont choisies de façon que le quotient F gi/a. de ces deux grandeurs diminue quand augmente la distance entre les points d'application des forces et le sommet, supérieur ou inférieur, du miroir. Il est alors avantageux que la valeur Fgi des forces de soutènement soit choisie de façon à correspondre essentielle- ment au poids des segments Mgi du miroir, en forme de bandes et attribués aux différents points d'application des forces. Cette dernière règle n'est toutefois pas absolument nécessaire Bien plus, on peut trouver avantage à utiliser aussi des solutions dans lesquelles la valeur des forces de soutènement s'écarte, selon un coefficient dépendant de leur position angulaire, de la mleur obtenue d'après la règle mentionnée ci-dessus. Dans un système de soutènement des bords constitué selon l'invention, les déformations axiales du miroir sont considéra- blement plus faibles que dans les systèmes de l'état actuel de la technique mentionnés ci-dessus. Par ailleurs, dans le cas o le miroir à soutenir est en monture azimutale, il n'est nécessaire d'avoir qu'un montage monoaxial des leviers dans une forme de réalisation dans laquelle les forces de soutènement sont appliquées par l'inter- médiaire de leviers et de contrepoids. Il est avantageux de disposer les forces de soutènement régulièrement réparties sur la circonférence du miroir Dans ce cas, les contrepoids doivent, par exemple en partant des sommets du miroir, avoir une masse d'autant plus faible qu'ils s'éloignent de ces sommets vers la gauche et vers la droite du miroir Il est toutefois possible d'agir autrement, en augmentant vers les côtés du miroir les distances réciproques des points en lesquels les forces de soutènement agissent sur le bord du miroir, ou bien encore utiliser une combinaison de ces deux techniques (diminution des masses et augmentation des distances réciproques). L'invention sera mieux comprise en regard de la descrip- tion ci-après et des dessins annexés, qui représentent un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels La Figure 1 est un schéma de principe mettant en évidence la répartition des forces de soutènement dans un système de soutènement des bords selon l'invention La Figure 2 est une simulation des déformations d'un miroir de télescope comportant un système classique de soutènement des bords; La Figure 3 est une simulation des déformations d'un miroir de télescope possédant un système de soutènement des bords selon le premier fascicule publié du brevet allemand 4 2544509 29 03 804 La Figure 4 est une simulation des déformations d'un miroir de télescope soutenu selon l'invention. Sur le schéma de principe représenté sur la Figure 1, le repère 1 désigne un miroir pour télescope à monture azimutale, ce miroir pouvant alors pivoter autour d'un axe horizontal 2 La Figure représente le miroir 1 dans une posi- tion dans laquelle son axe optique est horizontal Les flèches Fgi tracées sur la moitié droite du miroir, et dirigées vers son bord ou s'en éloignant, représentent les forces exercées sur le miroir 1 par le système de soutènement des bords selon l'invention Ces forces agissent parallèlement à la direction de la projection de la force de pesanteur g sur le plan du miroir Les forces Fgi sont choisies de façon à correspondre aux différents poids Mgi des segments en forme de bande, dirigés vers les points d'application des forces, et dont est composé le miroir La somme de toutes les forces Fgi est donc en valeur égale au poids total du miroir 1. Les forces Fgi sont appliquées sur le bord du miroir grâce à un système classique constitué de contrepoids 5 a-51, qui, par l'intermédiaire d'un levier à deux bras, exercent sur le bord du miroir une force de traction ou de compression. C'est ce qui est représenté pour le côté gauche du miroir sur la Figure 1 Les axes 6 a-61 autour desquels peuvent tourner les leviers possédant les contrepoids 5 a-51 sur la monture, non-représentée, du miroir 1, sont tous parallèles à l'axe d'élévation 2 du miroir 1 Dans le cas représenté ici, avec une disposition équidistante des contrepoids 5 a-51, la masse des contrepoids diminue d'une manière continue quand on s'éloigne des sommets 3 et 4 du miroir 1 pour se diriger vers ses bords. La Figure 4 est une représentation graphique de la déformation d'un miroir soutenu comme il est indiqué sur la Figure 1, dans la direction de son axe optique, comme le donne un calcul utilisant la méthode des éléments finis Les diffé- rentes lignes tracées sont des lignes de niveau, avec un entr'axe de 5 nm Le calcul s'est fondé sur un miroir en Zerodur (marque déposée),de diamètre d = 3 m, avec une ouverture centrale de 46 cm et une épaisseur de 25 cm Les forces de soutènemn- sont appliquées en 42 points répartis sur la circonférence du miroir Pour des raisons de symétrie, seule est représentée la moitié droite du miroir Pour plus de clarté, l'on n'a pas tracé les lignes de niveau au voisinage du bord du miroir. Dans l'exemple ayant fait l'objet du calcul, la moyenne de l'ensemble des déformations du miroir dans la direction de son axe est de 38,4 nm, ce qui est une très bonne valeur pour un miroir astronomique de cette taille. Pour pouvoir lui comparer les résultats obtenus avec des miroirs équipés d'un système classique de soutènement des bords, on a calculé avec les mêmes données les déformations d'un miroir dont le système de soutènement des bords, au contraire de l'exemple représenté sur la Figure 4, prévoit une répartition cosinusoldale des forces de soutènement radia- les Ici aussi, on a choisi 42 points discrets, en lesquels sont appliquées les forces de soutènement. Le résultat obtenu est présenté sur la Figure 2 La moyenne de l'ensemble des déformations est ici de 53,4 nm, c'est-à-dire beaucoup plus que le résultat obtenu dans l'exemple selon l'invention (Figure 4). Pour être complet, on a aussi calculé un troisième exemple, dans lequel on a supposé une répartition des forces de soutènement telle qu'indiquée dans le système proposé dans le premier fascicule publié du brevet allemand 29 03 804, c'est-à-dire avec des forces de soutènement radiales et tangentielles dont les résultantes sont parallèles à la projection de la force de pesanteur dans le plan du miroir, toutes ces résultantes ayant une valeur égale (Figure 3). La déformation d'un miroir soutenu de cette manière est plus faible que dans l'exemple de la Figure 2 mais, avec une moyenne de 44,6 nm, est nettement plus importante que dans le cas du miroir soutenu selon l'invention et présenté dans l'exemple de la Figure 4. Revendications 1 Système de soutènement des bords, en particulier pour la monture d'un miroir pour télescope, destiné à recevoir des poids perpendiculairement à l'axe optique du miroir, la ligne d'action des forces de soutènement appliquées sur le bord étant essentiellement parallèle à la projection de la direction de la force de pesanteur dans le plan du miroir, caractérisé en ce que la valeur Fgi et la distance réciproque ai des forces de soutènement sont choisies de façon que le quotient Fgi /ai entre ces deux grandeurs diminue quand augmente la distance entre les points d'application des forces et le sommet supérieur ou inférieur ( 3, 4) du miroir ( 1). 2.'Système de soutènement des bords selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la valeur Fgi des forces de soutènement est choisie de façon à correspondre essentielle- ment au poids des segments Mgi du miroir ( 1), en forme de bandes et attribués aux différents points d'application des forces. 3 Système de soutènement des bords selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les forces de soutènement sont-réparties d'une manière équidis- tante sur la circonférence du miroir. 4 Système de soutènement des bords selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour supporter un miroir de télescope à monture azimutale. Système de soutènement des bords selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les forces de soutènement sont appliquées sur le bord du miroir par des contrepoids ( 5 a,51) par l'intermédiaire de leviers dont les axes de rotation tous parallèles à l'axe d'élévation ( 2) du miroir ( 1).