Brevet FR2764082A1 — publié le 19981204

ENSEMBLE OPTIQUE A DEUX TELESCOPES L'invention concerne les ensembles optiques comportant deux télescopes ayant des axes de visée parallèle, destinés à des applications exigeant un encombrement faible et un maintien très précis du co-alignement des axes de visée, en dépit de variations importantes de l'environnement thermique. Parmi ces applications, on peut notamment citer les liaisons entre satellites par voie optique et les lidars utilisés sur satellite. Dans le premier cas, par exemple, il est souhaitable que le co-alignement soit maintenu à quelques dizaines de micro-radians près malgré les variations thermiques, et cela pendant une durée d'exploitation en orbite qui est généralement de l'ordre de dix ans. Au surplus, les faisceaux parallèles d'émission et de réception doivent en général être contenus dans un volume à peu près cylindrique de diamètre faible, par exemple ne dépassant 200 mm. Enfin, le coût de fabrication de l'ensemble doit rester compatible avec des impératifs commerciaux, en particulier lorsqu'un tel ensemble est prévu sur chacun des satellites d'une constellation de satellites placés en orbite basse et destinés à des télécommunications. Pour arriver à ce résultat, l'invention propose un ensemble optique à deux télescopes, comprenant un banc optique portant les miroirs primaires des deux télescopes et une poutre d'une seule pièce avec le banc, parallèle à l'axe optique des deux télescopes, portant les miroirs secondaires des deux télescopes, dont les miroirs, la poutre et le banc sont en un même matériau, la poutre et le banc constituant une seule pièce monolithique et le miroir primaire d'un premier des télescopes ayant une échancrure destinée à libérer l'encombrement de la poutre et au moins partielle ment celui du miroir primaire du second télescope. La constitution monolithique et l'utilisation d'un même matériau pour constituer tous les éléments permettent de maintenir le co-alignement même en présence de gradients thermiques dissymétriques et élevés. En général, le miroir primaire du premier télescope aura des dimensions très supérieures à celles du miroir primaire du second télescope, de sorte que l'échancrure nécessaire est suffisamment faible pour que l'effet de vignettage qui en résulte soit acceptable. En général, les miroirs secondaires seront portés par des bras d'une seule pièce avec la poutre. Ils peuvent être d'une seule pièce avec cette poutre, mais il est préférable de les réaliser séparément pour en faciliter le polissage. Les miroirs primaires seront en règle générale rapportés sur le banc optique. Une solution commode consiste à prévoir, sur le banc optique, trois bossages d'appui pour chaque miroir permettant de l'orienter, ou davantage. Ainsi, les surfaces à usiner sont réduites. Les miroirs peuvent être fixés chacun par des vis traversant le banc optique, s'engageant dans des trous taraudés borgnes des miroirs ou traversant une queue de la pièce à laquelle appartient le miroir. Des cales en forme de rondelles peuvent être interposées entre les moyens de fixation et le miroir pour ajuster l'orientation de ce dernier. Parmi les matériaux particulièrement intéressants pour constituer l'ensemble, on peut citer le carbure de silicium, dont la mise en forme par frittage est bien maîtrisée. Dans ce cas, aucun revêtement des miroirs n'est nécessaire pour beaucoup d'applications. Cependant, le dépôt d'une couche métallique mince, par exemple en aluminium, peut être préférable dans certains cas, notamment pour des communications dans l'infrarouge. Le carbure de silicium peut aussi être mis en forme par des moyens autres que le frittage. Parmi les autres matériaux utilisables, on peut citer divers composites epoxy-fibres de renforcement. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective avec des arrachements, montrant la constitution générale de lensem- ble optique - la figure 2 est une vue en coupe suivant un plan passant par l'axe d'un miroir primaire, montrant un mode possible de montage de ce miroir sur le banc optique. L'ensemble optique montré schématiquement sur la figure 1 peut être constitué en totalité en carbure de silicium fritté. Il comporte un banc optique 10, constitué par un socle ayant un cadre dont les côtés sont reliés par un croisillon interne évidé, destiné à recevoir les miroirs primaires des deux télescopes, comme on le verra plus loin. Lorsque l'ensemble est destiné à être monté sur un satellite, le socle est relié à la structure de ce satellite par des supports 12 capables de résister aux vibrations lors du lancement et de supporter les dilatations thermiques. Ces supports peuvent notamment être d'un type couramment utilisé pour porter les miroirs dans des satellites existants, ayant une embase et deux bras souples formant un V. Une poutre 14, d'une seule pièce avec le banc optique, se raccorde à ce banc optique au centre du croisillon. Elle est dirigée orthogonalement au socle et parallèlement aux axes optiques des deux télescopes de l'ensemble. La partie terminale de la poutre 14 comporte deux bras transversaux 16, d'une seule pièce avec la poutre, portant l'un le miroir secondaire 18 du premier télescope, l'autre le miroir secondaire 20 du second télescope. Bien que ces miroirs puissent être constitués d'une seule pièce avec la poutre et les bras, on préfèrera généralement les réaliser séparément, pour en faciliter le polissage. Le miroir primaire 22 du premier télescope est fixé sur le croisillon du banc optique 10, par des moyens qui seront décrits plus loin. I1 présente un trou central 24 destiné au passage de la lumière entre le miroir secondaire 18 et le plan focal du télescope. Il comporte également une échancrure 26, en forme de V à fond arrondi, de section suffisante pour livrer passage à la poutre 14 et aussi pour libérer une fraction de la place nécessaire pour le miroir primaire 28 du second télescope. En général, le diamètre du miroir primaire 28 sera approximativement moitié du diamètre du miroir primaire 22. L'échancrure 26 aura souvent une étendue angulaire d'environ 600. Le miroir primaire 28 est également percé d'un trou central de passage de la lumière. En général, un des télescope (par exemple celui ayant un miroir de petit diamètre) est destiné à l'émission lumineuse, l'autre étant destiné à la réception. Les éléments optiques d'émission (généralement une ou plusieurs diodes laser) et les capteurs (détecteurs CCD par exemple) peuvent être fixés sur la face du banc optique opposée à celle qui porte les miroirs primaires 22 et 28. Lorsque l'ensemble optique est destiné à être utilisé sur un satellite, il sera généralement complété par des baffles minces, en matériau métallique, protégeant les télescopes. Dans le cas illustré sur la figure 1, un baffle 30, de forme cylindrique, entoure l'ensemble du second télescope. Un second baffle 32, également cylindrique, entoure globalement le premier et le second télescopes. Les baffles peuvent être eux aussi fixés au banc optique. Le mode de montage des miroirs primaires peut être par exemple celui indiqué en figure 2. Le miroir 22 par exemple comporte une queue tubulaire 34 qui traverse un manchon 36 appartenant au banc 10. Trois oreilles 44 de la queue 34, réparties à intervalles réguliers, sont fixées à un anneau 38 par des moyens tels que trois jeux vis-écrou 46. A son tour, l'anneau 38 est fixé à la partie inférieure du manchon. Pour faciliter l'usinage et permettre un réglage de la position axiale et de l'orientation du miroir, le banc présente trois bossages d'appui. L'anneau est percé de trous, en général alignés radialement avec les trous de réception des vis 46, destinés chacun à des vis de fixation de l'anneau sur un bossage. Des rondelles 42 permettent d'ajuster la position axiale et l'orientation de l'anneau 38. Trois points de fixation au moins sont prévus, mais leur nombre peut être accru et souvent on utilisera une fixation en six points régulièrement répartis. REVENDICATIONS 1. Ensemble optique à deux télescopes, comprenant un banc optique (10) portant les miroirs primaires (22,28) des deux télescopes et une poutre (14) d'une seule pièce avec le banc, parallèle à l'axe optique des deux télescopes, portant les miroirs secondaires (18,20) des deux télescopes, dans lequel les miroirs , la poutre et le banc sont en un même matériau, la poutre et le banc constituant une seule pièce monolithique et le miroir primaire d'un premier des télescopes ayant une échancrure destinée à libérer l'encombrement de la poutre et au moins partiellement celui du miroir primaire du second télescope. 2. Ensemble optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir primaire (28) du second télescope, de diamètre inférieur à celui du miroir primaire (22) du premier télescope est placé de façon que la lumière qu'il reçoit ou émet se trouve dans l'encombrement de l'échancrure (26). 3. Ensemble optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre du miroir primaire (28) du second télescope est approximativement moitié du diamètre du miroir primaire (22) du premier télescope. 4. Ensemble optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les miroirs secondaires (18,20) sont portés par des bras (16) d'une seule pièce avec la poutre. 5. Ensemble optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les miroirs, la poutre et le banc sont en carbure de silicium. 6. Ensemble optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc optique est constitué par un socle ayant un cadre et un croisillon évidé, en carbure de silicium fritté. 7. Ensemble optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les miroirs primaires (22,28) sont fixés au croisillon par des moyens d'ajustement de leur position axiale et de leur inclinaison.