Brevet FR2757277A1 — publié le 19980619

L'invention concerne un dispositif pour la commande de la déformation d'un miroir d'un système optique. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif pour la commande de la déformation d'un miroir actif d'un système optique, du type comportant un capteur qui analyse un front d'onde traversant le système optique en se réfléchissant sur la face avant du miroir, et qui transmet à une unité de calcul une information représentative d'une distorsion du front d'onde, et du type dans lequel l'unité de calcul commande au moins un actionneur qui agit sur le miroir par l'intermédiaire d'au moins un patin fixé sur une face arrière du miroir pour commander une déformation locale de ce dernier propre à corriger, au moins partiellement, la distorsion du front d'onde. II est connu de faire appel à un tel type de dispositif dans les télescopes d'observation astronomique pour corriger les distorsions qui peuvent affecter l'onde lumineuse du fait de sa traversée de l'atmosphère terrestre. Un tel dispositif peut aussi être utilisé pour compenser les aberrations dues au système optique lui-même. Selon l'art antérieur, le dispositif de déformation comporte de nombreux actionneurs qui déforment le miroir en autant de points déterminés pour obtenir une correction sur l'ensemble de l'image observée grâce au système optique. Chacun de ces actionneurs agit sur le miroir par un ou plusieurs patins qui sont généralement collés sur la face arrière du miroir. Les actionneurs sont commandés pour fournir un certain déplacement au patin, ce déplacement étant alors retransmis au miroir en vue de sa déformation. Toutefois, la rigidité et la raideur du patin et de la couche de colle ne peuvent être infinies, si bien que le déplacement de l'actionneur n'est pas intégralement retransmis au miroir du fait d'un allongement ou d'un écrasement des éléments intermédiaires que forment notamment le patin et la couche de colle. Une telle incertitude sur le déplacement véritable du miroir n'est pas acceptable compte tenu de la qualité des résultats recherchés lorsqu'il est fait appel à la technologie des miroirs actifs. Aussi, il est généralement nécessaire de procéder à un calibrage préalable du dispositif. Ce calibrage nécessite d'étudier le déplacement effectif du miroir pour une série de déplacements donnés de l'actionneur en vue de déterminer une relation qui permet d'obtenir une déformation voulue du miroir en commandant un déplacement adéquat de l'actionneur. Une telle opération se révèle longue et fastidieuse, notamment du fait du nombre important d'actionneurs que peut comporter le miroir, et elle n'est que partiellement satisfaisante. En effet, la rigidité des éléments intermédiaires entre l'actionneur et le patin peut varier notamment en fonction des conditions externes telles que la température et l'humidité de l'air. Plus important, elle peut même varier dans le temps et imposer de nouveaux calibrages. Pour minimiser l'importance de l'incertitude liée à la rigidité des éléments intermédiaires, on utilise généralement des patins les plus rigides possibles et on utilise, pour les fixer sur le miroir, une colle elle aussi la plus rigide possible. Toutefois, cela n'est pas sans poser d'autres problèmes. En effet, la rigidité des patins et de la colle devient alors supérieure à celle du miroir. Ainsi, au moment du collage, des phénomènes de retrait de la colle lors de sa polymérisation peuvent induire des contraintes importantes entre le patin et le miroir, et, ce dernier étant le moins rigide, il subit une déformation parasite à laquelle il est généralement nécessaire de remédier par un nouveau polissage de la surface du miroir. Une première solution pour éviter de telles déformations parasites est d'augmenter l'épaisseur du miroir mais cela a notamment comme inconvénient d'augmenter le poids et le prix du miroir et d'imposer l'utilisation d'actionneurs plus puissants, donc plus encombrants et plus coûteux, pour pouvoir corriger les aberrations du front d'onde. Une deuxième solution est de diminuer fortement la surface de contact du patin avec le miroir jusqu'à en faire une surface d'action quasi ponctuelle. Toutefois, cela rend impossible d'adapter la forme de cette surface d'action, ce qui est pourtant nécessaire à une bonne maîtrise de la répartition des efforts transmis au miroir. Or, seul une bonne maîtrise de cette répartition permet de lisser la déformation du miroir entre les différents points d'action de chaque actionneur. En effet, un tel lissage est nécessaire pour se rapprocher d'un champ de déformation continu de la surface du miroir à l'aide d'un nombre discret d'actionneurs. Seul un rapprochement des différents points d'action, et donc une augmentation du nombre d'actionneurs peut alors permettre d'obtenir une déformée réelle proche d'une surface déformée théorique, de nouveau au détriment du coût et de l'encombrement du dispositif. Aussi, I'invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'un dispositif de déformation pour un miroir qui permette d'obtenir de manière fiable une déformation précise du miroir. Dans ce but, I'invention propose un dispositif du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le patin de l'actionneur est d'une rigidité faible par rapport à celle du miroir à déformer, et en ce que l'actionneur est commandé de manière à appliquer au miroir un effort déterminé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la rigidité du patin est au moins cent fois inférieure à celle du miroir - la rigidité du patin est environ mille fois inférieure à celle du miroir - la plus grande dimension de la surface de contact du patin avec le miroir est supérieure à l'épaisseur du miroir - la surface de contact du patin avec le miroir est une surface sensiblement annulaire - le patin comporte des portions de rigidités différentes correspondant à des zones différentes de sa surface de contact avec le miroir - le dispositif comporte plusieurs actionneurs, et la plus grande dimension de la surface de contact d'un patin est sensiblement égale au tiers de la distance entre deux actionneurs voisins - le patin est fixé sur le miroir par collage - 'actionneur agit sur le miroir par plusieurs patins portés par un répartiteur d'effort - I'actionneur est un actionneur à faible raideur lorsqu'il n'est pas commandé - I'actionneur est un moteur électromagnétique linéaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexés dont la figure unique est un schéma illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de déformation selon l'invention. On a représenté de manière schématique le principe de fonctionnement d'un dispositif 10 pour assurer la déformation d'un miroir 12 appartenant à un système optique (non représenté) en vue de corriger les aberrations d'un front d'onde qui traverse le système optique et qui se réfléchit sur le miroir 12. Le dispositif 10 comporte un capteur 14 qui analyse le front d'onde pour y déceler des aberrations ou des distorsions indésirables. Ce capteur 14 peut être agencé indifféremment de manière à capter l'onde en amont, en aval ou à l'intérieur du système optique en fonction de l'origine ou de la nature des perturbations que l'on souhaite détecter et corriger. Les informations ainsi recueillies sont transmises à une unité de calcul 16 qui détermine une déformation de la surface avant réfléchissante 18 du miroir 12 qui doit permettre de compenser les défauts. Pour réaliser cette déformée, L'unité de calcul 16 commande au moins un actionneur 20 dont un organe mobile agit sur le miroir 12 par l'intermédiaire d'un patin d'interface 22 collé sur une face arrière 24 du miroir 12. Généralement, le dispositif 10 comporte plusieurs actionneurs destinés à déformer chacun une zone du miroir 12. Lorsqu'il nécessaire d'obtenir une très bonne correction des aberrations de l'onde, un même miroir peut ainsi comporter plusieurs dizaines d'actionneurs pour en assurer une déformation optimale. Conformément aux enseignements de l'invention, le patin d'interface 22 est peu rigide comparativement au miroir 12. Bien entendu, le patin 22 peut comporter des parties rigides, notamment pour sa liaison avec l'actionneur 20, mais il doit comporter au moins une partie souple interposée en série entre l'actionneur 20 et le miroir 12. De préférence, la surface de contact du patin 22 avec le miroir 12 est formée dans la partie souple du patin 22. Ainsi, pour la réalisation de la partie souple du patin 22, on peut choisir un matériau dont la rigidité est au moins cent fois inférieure à celle du matériau formant le miroir 12. De manière optimale, le matériau du patin 22 est choisi de manière à présenter une rigidité environ mille fois inférieure à celle du matériau du miroir 12. Ce rapport n'est qu'un ordre de grandeur grâce au fait que le dispositif 10 selon l'invention permet d'obtenir une déformation déterminée du miroir 12 sans avoir à maîtriser la rigidité du patin 22. A titre d'exemple, dans le cas d'un miroir 12 réalisé en verre, le patin 22, ou au moins sa surface de contact avec le miroir 12, peut être réalisé à l'aide d'un caoutchouc ou d'un matériau élastomère, naturel ou synthétique. L'utilisation d'un tel patin 22 permet dans un premier temps de faciliter sa fixation par collage sur la face arrière 24 du miroir 12. En effet, on obtient ainsi sans difficulté une bonne coïncidence géométrique entre les deux surfaces de contact du patin 22 et du miroir 12. De plus, les éventuelles contraintes induites par un retrait de la colle lors de sa polymérisation sont entièrement absorbées par une déformation du patin 22 sans que le miroir 12 n'en soit affecté. Dans tous les cas, il n'est de toute façon pas nécessaire d'utiliser une colle particulièrement rigide, ce qui en élargit les possibilités de choix et permet de privilégier d'autres paramètres tels que la facilité de mise en oeuvre ou la stabilité dans le temps. La quasi-absence de contraintes imposées au miroir 22 au niveau de l'interface entre le patin 22 et le miroir 12 permet d'augmenter la surface de contact du patin avec le miroir 12 sans induire de déformation parasite et permet surtout d'optimiser le contour de la surface pour obtenir une loi de répartition des efforts transmis au miroir la plus favorable possible. A titre d'exemple, il est possible d'utiliser des patins 22 dont la surface de contact avec le miroir 12 est sensiblement annulaire, ce qui permet d'éviter l'apparition d'un pic de déformation du miroir dans l'axe de l'application de l'effort de déformation. Le diamètre d'un tel patin 22 peut alors atteindre environ le tiers de la distance séparant deux actionneurs 20 voisins. En variante, on peut aussi utiliser des patins 22 dont la surface de contact avec le miroir 12 comporte plusieurs zones réalisées avec des matériaux de rigidités différentes. Éventuellement, un même actionneur 20 peut solliciter le miroir 12 par l'intermédiaire de plusieurs patins 22 montés sur un répartiteur d'effort qui permet de répartir encore mieux l'effort imposé sur le miroir 12. Par ailleurs, grâce à cette meilleure maîtrise de l'interface entre le patin 22 et le miroir 12, ce dernier n'a pas besoin de voir sa rigidité renforcée par une augmentation de son épaisseur, ce qui évite de l'alourdir et ce qui permet de réduire la puissance que doit développer l'actionneur 20. Contrairement à un dispositif utilisant des patins rigides, la plus grande dimension du patin souple 22 peut être largement supérieure à l'épaisseur du miroir 12. Selon un autre aspect de l'invention, l'actionneur 20 est commandé par l'unité de calcul 16 de manière à appliquer sur le miroir 12 un effort déterminé de déformation, indépendamment de la course de déplacement de son organe mobile. En effet, lors d'un déplacement de l'organe mobile de l'actionneur 20, le patin 22, et éventuellement la colle, se déforme de manière importante, soit dans le sens d'un allongement soit dans le sens d'une compression suivant le sens de déplacement de l'actionneur. Toutefois, l'intégralité de l'effort qui est fourni par l'actionneur 20 est répercuté sur le miroir 12. La raideur des éléments intermédiaires interposés entre l'actionneur 20 et le miroir 12 n'entre pas ici en ligne de compte si bien qu'il n'est nécessaire de maîtriser parfaitement ni sa valeur ni ses variations. Aussi, il suffit de connaître la loi de déformation du miroir 12 en fonction de l'effort appliqué pour permettre à l'unité de calcul 16 de déterminer l'effort que doit fournir l'actionneur 20 pour obtenir la déformation souhaitée du miroir 12. Une telle relation, qui est généralement linéaire, est facilement accessible et est peu susceptible de varier en fonction des conditions d'utilisation du dispositif 10 ou en fonction du temps. L'actionneur 20 peut par exemple être un moteur électromagnétique linéaire comportant un noyau magnétique 26 qui est mobile selon son axe à l'intérieur d'un champ magnétique créé par une bobine 28 d'orientation axiale. L'effort fourni par un tel actionneur 20 est directement proportionnel à l'intensité du champ magnétique et donc à l'intensité du courant parcourant la bobine 28. Il est ainsi très facile de commander avec précision l'effort fourni. Par ailleurs, un tel actionneur 20 est particulièrement avantageux en ce sens que sa raideur intrinsèque, c'est à dire l'effort qu'il est nécessaire de fournir pour déplacer son noyau mobile 26 en l'absence de courant dans la bobine 28 est très faible. Ainsi, si un actionneur 20 d'un dispositif qui en comporte plusieurs tombe en panne, I'actionneur 20 n'induit pas de déformation parasite au niveau du miroir 12 qui soit susceptible de perturber la déformation imposée par les actionneurs voisins. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la commande de la déformation d'un miroir d'un système optique, du type comportant un capteur (14) qui analyse un front d'onde traversant le système optique en se réfléchissant sur la face avant (18) du miroir (12), et qui transmet à une unité de calcul (16) une information représentative d'une distorsion du front d'onde, et du type dans lequel l'unité de calcul (16) commande au moins un actionneur (20) qui agit sur le miroir (12) par l'intermédiaire d'au moins un patin (22) fixé sur une face arrière du miroir (12) pour commander une déformation locale de ce dernier propre à corriger, au moins partiellement, la distorsion du front d'onde, caractérisé en ce que le patin (22) de l'actionneur (20) est d'une rigidité faible par rapport à celle du miroir (12) à déformer, mesurée selon la direction d'action de l'actionneur (20), et en ce que l'actionneur (20) est commandé de manière à appliquer au miroir (12) un effort déterminé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rigidité du patin (22) est au moins cent fois inférieure à celle du miroir (12). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rigidité du patin (22) est environ mille fois inférieure à celle du miroir (12). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plus grande dimension de la surface de contact du patin (22) avec le miroir (12) est supérieure à l'épaisseur du miroir (12). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de contact du patin (22) avec le miroir (12) est une surface sensiblement annulaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le patin (22) comporte des portions de rigidités différentes correspondant à des zones différentes de sa surface de contact avec le miroir (12). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs actionneurs (20), et en ce que la plus grande dimension de la surface de contact d'un patin (22) est sensiblement égale au tiers de la distance entre deux actionneurs (20) voisins. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le patin (22) est fixé sur le miroir (12) par collage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (20) agit sur le miroir (12) par plusieurs patins portés par un répartiteur d'effort. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (20) est un actionneur à faible raideur lorsqu'il n'est pas commandé. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'actionneur (20) est un moteur électromagnétique linéaire.