Brevet FR2940472A1 — publié le 20100625

COUPLAGE OPTIQUE ENTRE UN COLLECTEUR OPTIQUE DE TELESCOPE ET UN RECEPTEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au couplage optique entre un collecteur optique de télescope et un récepteur. Le récepteur peut, par exemple, être une fibre optique ou un analyseur de spectre. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La collection de lumière et le couplage optique (couplage source lumineuse/fibre optique et couplage source/analyseur) sont des paramètres cruciaux pour les techniques d'analyse par spectroscopie. La source lumineuse peut être très variée: gaz, plasma, lampe, flamme,... L'analyseur peut être un spectromètre couplé à un détecteur ou un détecteur seul. Un collecteur optique permettant une bonne collection de photons sur une large bande spectrale pour des mesures en routine doit être robuste. Il ne doit pas présenter de dérive mécanique en positionnement, ni de vieillissement dans le temps, ni de dérives thermiques. Plusieurs solutions ont été proposées pour apporter une solution à ce problème. Une première solution consiste à utiliser des lentilles simples. Les lentilles sont faciles à 2 aligner et robustes mécaniquement. Par contre, elles sont susceptibles d'aberrations chromatiques et donc de pertes importantes de photons pour certaines longueurs d'onde. Une deuxième solution consiste à utiliser des doublets ou triplets de lentilles. Une telle solution présente l'avantage de minimiser les aberrations chromatiques. Par contre, cette solution provoque des pertes aux interfaces entre les lentilles et le caractère achromatique ne s'étend pas au domaine ultraviolet. Une troisième solution consiste à utiliser un télescope à deux miroirs. L'avantage de cette solution est son caractère achromatique. Cependant, sur un collecteur optique à télescope, la lumière reçue par le télescope est transmise selon une ouverture optique dont la zone centrale est obturée (voir la figure 2). Ainsi, lorsque l'on couple un télescope sur un récepteur peu ouvert (tel que la tranche d'une fibre optique), une quantité importante du signal est perdue. Dans un cas extrême, si l'ouverture du récepteur est incluse dans le cône de l'ouverture centrale obturée du télescope, la quantité de lumière effectivement récupérée par le récepteur est nulle. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de remédier à ce problème de couplage entre un télescope et un récepteur afin de couvrir l'ouverture du récepteur malgré l'obturation centrale provoquée par le collecteur 3 optique. Pour cela, il est proposé de désaxer l'angle de collection du récepteur (fibre ou fentes) par rapport à l'axe selon lequel la lumière (faisceau lumineux) est transmise par le collecteur optique de télescope. L'invention a donc pour objet un système de couplage optique entre un collecteur optique de télescope et un récepteur optique, le récepteur optique comprenant une face de réception d'un faisceau lumineux transmis par le collecteur optique, disposée en regard du faisceau lumineux et présentant un cône d'ouverture optique, le collecteur optique transmettant le faisceau lumineux selon une ouverture optique dont la zone centrale est obturée, le système de couplage étant caractérisé en ce qu'il permet d'orienter la face de réception du récepteur pour centrer son cône d'ouverture optique sur une zone de l'ouverture optique du collecteur fournissant de l'énergie optique. Le système peut comprendre un détecteur d'énergie lumineuse connecté à la sortie du récepteur optique, apte à détecter un maximum d'énergie lumineuse transmise par le collecteur optique au récepteur optique. L'invention a aussi pour objet un ensemble comprenant un collecteur optique à télescope et un récepteur optique, le récepteur optique comprenant une face de réception d'un faisceau lumineux transmis par le collecteur optique, disposée en regard du faisceau lumineux et présentant un cône d'ouverture optique, le collecteur optique transmettant le faisceau lumineux selon une ouverture optique dont la zone centrale est 4 obturée, caractérisé en ce que la face de réception du récepteur optique est décalée d'un angle déterminé par rapport à l'axe du faisceau lumineux de manière à centrer le cône d'ouverture optique du récepteur optique sur une zone de l'ouverture optique du collecteur fournissant de l'énergie optique. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant le couplage entre un collecteur optique à télescope et un récepteur, selon l'art connu, - la figure 2 est un schéma montrant l'ouverture optique selon laquelle le collecteur optique à télescope transmet un faisceau lumineux, - la figure 3 est un schéma illustrant le couplage entre un collecteur optique de télescope et un récepteur, selon la présente invention, la figure 4 est un schéma des répartitions d'ouverture du collecteur optique et du récepteur selon la présente invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un objectif à deux miroirs est généralement composé d'un miroir primaire concave et d'un miroir secondaire convexe. Le miroir primaire qui se trouve derrière le miroir secondaire par rapport à la lumière arrivant sur l'objectif, est percé en son centre pour laisser passer le faisceau de lumière collecté vers un récepteur. 5 La figure 1 est un schéma illustrant un collecteur optique associé à un miroir primaire 6 et un miroir secondaire 7. Les rayons de courbure du premier miroir primaire 6 et du miroir secondaire 7 sont calculés, par rapport à la position de la source lumineuse 4, selon les caractéristiques souhaitées (grandissement, position des plans objet et image, ouverture, ...) comme le montrent les trajets des faisceaux lumineux représentés sur la figure 1, pour assurer les réflexions de rayons émis par la source lumineuse 4 jusque vers le récepteur 5 (fibre optique, spectromètre, etc.) situé de l'autre côté du collecteur optique. Le miroir primaire 6 a une forme annulaire, tandis que le miroir secondaire 7 a une forme circulaire. Les miroirs 6 et 7 sont réalisés par dépôt d'un matériau réfléchissant la lumière émise par la source lumineuse (épaisseur de l'ordre du }gym, dépôt par évaporation, matériaux possibles: aluminium, argent, or). Ils sont centrés sur l'axe reliant la source lumineuse 4 au récepteur 5. La figure 1 montre que l'axe 8 du collecteur optique, c'est-à-dire l'axe selon lequel un faisceau lumineux est transmis par le collecteur optique, est confondu avec l'axe du récepteur 5. 6 Classiquement, le collecteur optique et le récepteur sont alignés. La figure 2 est un schéma montrant l'ouverture optique selon laquelle le collecteur optique de la figure 1 transmet un faisceau lumineux au récepteur 5 disposé dans son alignement. La zone centrale 11 de l'ouverture optique ne transmet pas d'énergie (ouverture centrale obturée), contrairement à la zone périphérique 10 (ouverture transmise). Elle correspond à la zone obturée. On comprend que si le collecteur optique et le récepteur sont parfaitement alignés et que si le récepteur a une faible ouverture, le récepteur peut très bien ne recevoir aucune énergie du faisceau lumineux transmis par le collecteur optique (si l'ouverture du récepteur est comprise dans la zone obturée 11). Si le récepteur a une ouverture un peu plus grande que la zone obturée, le récepteur ne recevra qu'une petite partie de l'énergie du faisceau lumineux transmis par le collecteur optique. La figure 3 est un schéma illustrant le couplage entre un collecteur optique de télescope et un récepteur, selon la présente invention. On constate sur cette figure, que l'axe 8 du collecteur optique et l'axe 9 du récepteur 5 ne sont plus confondus et qu'il existe un angle a entre eux. Si cet angle a est correctement choisi, par exemple avec l'axe du récepteur également incliné par rapport aux deux méridiennes les plus proches appartenant respectivement d'une part au cône limitant l'ouverture centrale obturée du collecteur et d'autre part au cône extérieur limitant l'ouverture transmise du collecteur, le 7 récepteur 5 peut recevoir le maximum d'énergie possible. Un tel cas est représenté sur la figure 4 où la zone hachurée 12 représente l'ouverture optique du récepteur 5. Le système de couplage optique selon l'invention comprend donc un moyen pour incliner l'axe 9 du récepteur par rapport à l'axe 8 du collecteur optique. Ce moyen peut simplement consister en des moyens de serrage qui bloquent le récepteur lorsque l'angle a fournissant l'énergie lumineuse maximale est obtenu. Pour connaître cet angle a, il suffit de placer à la sortie du récepteur 5 un détecteur d'énergie lumineuse. La présente invention peut être mise en 15 oeuvre avec d'autres collecteurs optiques que celui illustrant la description ci-dessus. 20 REVENDICATIONS1. Système de couplage optique entre un collecteur optique de télescope et un récepteur optique (5), le récepteur optique comprenant une face de réception d'un faisceau lumineux transmis par le collecteur optique, disposée en regard du faisceau lumineux et présentant un cône d'ouverture optique, le collecteur optique transmettant le faisceau lumineux selon une ouverture optique (10) dont la zone centrale (11) est obturée, le système de couplage étant caractérisé en ce qu'il permet d'orienter la face de réception du récepteur (5) pour centrer son cône d'ouverture optique (12) sur une zone de l'ouverture optique du collecteur fournissant de l'énergie optique. 2. Système de couplage optique selon la revendication 1, comprenant un détecteur d'énergie lumineuse connecté à la sortie du récepteur optique (5), apte à détecter un maximum d'énergie lumineuse transmise par le collecteur optique au récepteur optique. 3. Ensemble comprenant un collecteur optique à télescope et un récepteur optique (5), le récepteur optique comprenant une face de réception d'un faisceau lumineux transmis par le collecteur optique, disposée en regard du faisceau lumineux et présentant un cône d'ouverture optique, le collecteur optique transmettant le faisceau lumineux selon une ouverture optique (10) dont la zone centrale (11) est obturée, 9 caractérisé en ce que la face de réception du récepteur optique (5) est décalée d'un angle déterminé (a) par rapport à l'axe du faisceau lumineux de manière à centrer le cône d'ouverture optique (12) du récepteur optique (5) sur une zone de l'ouverture optique du collecteur fournissant de l'énergie optique.10