Brevet FR2605750A1 — publié le 19880429

La présente invention concerne des systèmes optiques ayant un élément mobile qui a besoin d'être équilibré statiquement. De nombreux systèmes optiques comportent un élément mobile, tel qu'un miroir ou un prisme, qui doit être équilibré de façon que l'élément reste dans une position quelconque dans laquelle il est déplacé. Un exemple d'un tel système optique est celui utilisé pour fournir une ligne de visée optique stabilisée, et qui comprend un miroir mobile en fonction des mouvements d'un gyroscope de stabilisation. De façon usuelle, et comme décrit par exemple dans le brevet britannique n i 320 711, un miroir pivote autour d'un axe central et est entraîné directement par le gyroscope par l'intermédiaire d'un entraînement à courroie ou à câble. On peut utiliser d'autres mécanismes d'entraînement tels que des engrenages ou le mécanisme à levier décrit dans le brevet britanique n i 236 807. Plus récemment, il est devenu habituel de déplacer le miroir au moyen d'un moteur, un capteur placé sur le gyroscope fournissant les signaux électriques nécessaires. On a utilisé fréquemment des moteurs et autres actionneurs électriques pour déplacer des éléments optiques dans d'autres situations. Les dispositifs d'entraînement mécaniques ont toujours souffert de problèmes dûs aux vibrations et aux jeux, et il a souvent été difficile d'obtenir un équilibrage adéquat. Avec les actionneurs électriques, le problème a consisté à produire un couple adéquat pour déplacer l'élément optique tout en ayant un système équilibré. Ce problème devient plus aigu lorsque la taille de l'élément optique augmente. Le but de l'invention est de proposer un système optique mobile équilibré comportant un dispositif perfectionné pour communiquer le mouvement nécessaire. Conformément à l'invention, on propose un système optique équilibré caractérisé par un élément optique monté sur pivot pour pouvoir tourner d'un angle limité autour d'un axe de cet élément, des moyens formant actionneur comprenant un bras d'actionneur susceptible de tourner sous l'action d'un actionneur autour d'un axe de l'actionneur parallèle à l'axe de l'élément, une première biellette reliant un premier point du bras de l'actionneur situé d'un côté de l'axe de l'actionneur, à un point de l'élément optique écarté de l'axe de l'élément, un bras d'équilibrage portant une masse d'équilibrage et monté sur pivot pour pouvoir tourner autour d'un axe du bras d'équilibrage parallèle à l'axe de l'élément, et une seconde biellette reliant un point du bras d'équilibrage écarté de l'axe du bras d'équilibrage, à un second point situé sur le bras de l'actionneur du c6té de l'axe de l'actionneur opposé au premier point, l'agencement étant tel que la droite joignant l'axe de l'élément au point de liaison entre la première biellette et l'élément optique est parallèle à la droite joignant l'axe du bras d'équilibrage au point de liaison entre la seconde biellette et le bras d'équilibrage dans toute position de l'élément optique de sorte que l'élément optique soit équilibré statiquement. On va maintenant décrire l'invention en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation de côté d'un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est un diagramme schématique illustrant le principe de fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1. Dans la configuration représentée à la figure 1, un miroir 10 est utilisé pour dévier une ligne de visée optique 11 d'un angle que l'on peut faire varier de part et d'autre de l'angle de 900 représenté. Le miroir pivote autour d'un axe 12 du miroir. Des moyens formant actionneur pour faire bouger le miroir comprennent un actionneur tournant 13, tel qu'un moteur pas-à-pas ou un servomoteur, et un bras d'actionneur 14 qui peut tourner sous l'action de l'actionneur 13 autour d'un axe 15 de l'actionneur qui est parallèle à l'axe 12 du miroir. Le bras de l'actionneur est relié au miroir par une première biellette 16 fixée à une extrémité du bras 14 de l'actionneur et au miroir en un point 17 écarté de l'axe 12 du miroir. Il est également prévu un bras d'équilibrage 18 qui tourne autour d'un axe 19 également parallèle à l'axe 12 du miroir, et qui porte une masse d'équilibrage 20. Le bras d'équilibrage 18 est relié au bras 14 de l'actionneur par une seconde biellette 21 fixée à l'autre extrémité du bras 14 de l'actionneur et en un point 22 à l'extrémité libre du bras d'équilibrage 18. Les longueurs des bras et des biellettes et les positions des points de pivotement doivent permettre de satisfaire une condition essentielle, à savoir que la droite joignant l'axe 12 du miroir au point de liaison 17 du miroir (représenté par la droite en traits mixtes 23) doit être parallèle à la droite joignant l'axe 19 du bras d'équilibrage au point de liaison 22 sur le bras d'équilibrage 18 (représentée par la droite en traits mixtes 24) pour toutes les positions du miroir. De plus, la masse d'équilibrage 20 doit être positionnée de telle façon que le système optique soit équilibré statiquement. La figure 2 illustre le principe selon lequel on peut déterminer les dimensions des différentes pièces du système. Les pièces et les biellettes sont indiquées par des droites uniques qui représentent les droites joignant les points de pivotement de chaque pièce. Dans la configuration représentée à la figure 2, l'élément optique 10 a, du pivot 12 au point de liaison 17 avec la biellette 16, une longueur désignée par Lml. L'élément optique 10 a une masse Mm, et le centre de masse est représenté décalé par rapport à la droite joignant les points 12 et 17 d'une distance Lmz à une distance LM3 du pivot 12. Le bras 14 de l'actionneur est représenté avec une longueur Lal du pivot 15 à son point de liaison avec la biellette 16, et une longueur La2 du pivot 15 à son point de liaison avec la biellette 21. Le bras d'équilibrage 18 a, du pivot 19 à son point de liaison 22 avec la biellette 21, une longueur Lbi. Le bras d'équilibrage a une masse, y compris la masse d'équilibrage , Mb, et son centre de masse est représenté décalé par rapport à la droite joignant les points 19 et 22 d'une distance Lbz à une distance Lb3 du pivot 19. La position de la masse d'équilibrage 20, c'est-à- dire les dimensions Lb2 et Lb3, doivent être déterminées pour maintenir l'équilibre statique, et on procède pour cela de la manière suivante: On suppose d'abord que l'on peut négliger les masses des biellettes 16 et 21. On peut montrer que l'équilibre n'est maintenu pour des mouvements de l'élément optique 10 à partir de sa position centrale que si les droites 23 et 24 de la figure 1 restent parallèles en permanence. Cette condition est remplie Si Lai La2 Lml Lbl (1) Si l'on considère deux axes orthogonaux x et y comme représenté à la figure 2, si l'on considère ensuite l'accélération linéraire appliquée parallèlement à l'axe y, et si l'on prend les moments par rapport au pivot 15 du bras de l'actionneur, la condition pour avoir un moment nul est: Mm x Lm3 x Lal = Mb x b3 x La2. ..... (2) Lm, Lbl 260575b Si on considère l'accélération linéraire appliquée parallèlement à l'axe x, la condition correspondante est: Lm2 Lb, Mm x x Lal = Mb x _ x Laz.......... (3) Lmi Lbi En substituant l'équation (1) dans les équations (2) et (3), on obtient: Mm x Lm3 = Mb x Lb3 Mm x Lmz = Mb x Lb2 On peut déterminer, à partir de ces égalités, la..DTD: position et la valeur de la masse d'équilibrage 20. Dans la configuration représentée, Lai = Laz et Lmi=Lbî. Si l'on modifie l'une ou l'autre de ces relations, on doit également modifier la seconde, car il est essentiel de maintenir la relation exprimée par l'équation (1). Il est aussi nécessaire que les longueurs des biellettes 16 et 21 soient déterminées pour que les droites 23 et 24 soient toujours parallèles. Il est clair, d'après ce qui précède, que l'on peut faire pivoter le miroir utilisé dans le mode de réalisation décrit dans une position convenable quelconque. De même, bien que l'on ait décrit l'utilisation d'un miroir, l'élément optique peut être d'un type quelconque que l'on peut avoir besoin de déplacer autour d'un pivot pour produire un effet optique désiré. On peut également équilibrer dynamiquement le système optique décrit cidessus, c'est-à-dire l'équilibrer dans des conditions de forces d'accélération angulaire par opposition à linéaire. On peut montrer mathématiquement que, pour que le moment angulaire du système soit indépendant de la position angulaire du miroir 10, l'inertie Ja de l'actionneur par rapport à son axe de rotation doit être donnée par l'expression: Jm + Jb Ja = Na - 2 dans laquelle J. et Jb sont les inerties du miroir 10 et de la masse d'équilibrage 20 par rapport à leur axe de rotation respectif, et Na est le rapport de la vitesse de déplacement du miroir 10 à celle du bras 14 de l'actionneur. Dans la position du système optique dans laquelle le bras 14 de l'actionneur est dans sa position centrale, le rapport Na est donné par: Lm1 Na - Lma o Lmi et Lma sont les longueurs représentées à la figure 2. Il est donc possible de calculer l'inertie nécessaire pour l'actionneur 13 et l'arbre de l'actionneur, de façon à ajouter un ou plusieurs disques d'équilibrage, représentés en tirets en 25 à la figure 1, à l'arbre de l'actionneur pour augmenter l'inertie de l'actionneur jusqu'à la valeur nécessaire permettant d'atteindre l'équilibre dynamique. Le rapport des vitesses Na varie en fait lorsque le système optique s'éloigne de sa position centrale. Cependant, le mouvement angulaire du système optique est limité et la dégradation de l'équilibrage dynamique qui en résulte est faible. L'équilibre statique est maintenu pour toutes les positions du système optique. REVENDICATIONS 1. Système optique équilibré, caractérisé par un élément optique (10) monté sur pivot pour pouvoir tourner d'un angle limité autour d'un axe (12) de cet élément (10), des moyens formant actionneur (13) comprenant un bras d'actionneur (14) susceptible de tourner sous l'action d'un actionneur (13) autour d'un axe (15) de l'actionneur (13) parallèle à l'axe (12) de l'élément (10), une première biellette (16) reliant un premier point du bras (14) de l'actionneur (13) situé d'un côté de l'axe (15) de' l'actionneur (13), à un point (17) de l'élément optique (10) écarté de l'axe (12) de l'élément optique (10), un bras d'équilibrage (18) portant une masse d'équilibrage (20) et monté sur pivot pour pouvoir tourner autour d'un axe (19) du bras d'équilibrage (18) parallèle à l'axe (12) de l'élément (10), et une seconde biellette (21) reliant un point (22) du bras d'équilibrage (18) écarté de l'axe (19) du bras d'équilibrage (18) à un second point situé sur le bras (14) de l'actionneur du côté de l'axe (15) de l'actionneur (13) opposé au premier point, l'agencement étant tel que la droite (23) joignant l'axe (12) de l'élément (10) au point (17) de liaison entre la première biellette (16) et l'élément optique (10) est parallèle à la droite (24) joignant l'axe (19) du bras d'équilibrage (18) au point (22) de liaison entre la seconde biellette (21) et le bras d'équilibrage (18) dans toute position de l'élément optique (10) de sorte que l'élément optique (10) soit équilibré statiquement. 2. Système optique selon la revendication 1, caractérisé par un disque d'équilibrage (25) porté par l'axe (15) de l'actionneur (13) pour pouvoir tourner avec le bras (14) de l'actionneur (13), le disque d'équilibrage (25) étant disposé de telle façon que le système optique (10) soit équilibré dynamiquement dans au moins une position de l'élément optique (10). 3. Système optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément optique (10) est mobile autour de ladite position entre des première et seconde limites. 4. Système optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément optique (10) est un miroir (10) disposé pour stabiliser une ligne de visée optique (11).