Brevet FR3132981A1 — publié le 20230825

DISPOSITIF PIÉZOÉLECTRIQUE DE POINTAGE Un dispositif piézoélectrique comprend un bâti fixe (1) et un porte-miroir (4) définissant plusieurs points de support (4a) fixant un miroir (5). Le porte-miroir (4) est monté mobile en rotation. Plusieurs actionneurs piézoélectriques (2) sont fixés au support (1) et se déforment indépendamment en translation dirigée selon une première orientation (AA). Chaque actionneur piézoélectrique (2) déplace la zone de support du porte-miroir (4). Le porte-miroir (4) définit plusieurs points de fixation. Chaque point de fixation (4b) relie mécaniquement le porte-miroir (4) avec un actionneur piézoélectrique (2). Les points de support (4a) et de fixation (4b) sont distincts. Le porte-miroir (4) définit une pluralité de zones de flexion (4d). Les points de support (4a) sont mobiles entre eux. Les actionneurs piézoélectriques (2) alimentés en push-pull entrainent les points de support (4a) ce qui fait tourner le miroir (5) perpendiculairement à la première direction (AA). Figure pour l’abrégé : Fig. 9 DISPOSITIF PIÉZOÉLECTRIQUE DE POINTAGE L'invention concerne un dispositif piézoélectrique de pointage. Dans le domaine du pointage optique, il est connu d’utiliser des dispositifs piézoélectriques qui possèdent un miroir mobile. Le miroir se déplace suivant des rotations à débattement limité pour orienter un faisceau optique ou un rayon laser. Afin de mouvoir le miroir, on utilise des actionneurs piézoélectriques qui sont connectés mécaniquement au miroir de sorte que la déformation de l’actionneur piézoélectrique entraine la rotation du miroir, suivant une ou deux directions perpendiculaires à un axe optique de référence. La demanderesse commercialise un mécanisme piézoélectrique de « tip-tilt » illustré à la qui possède un bâti fixe 1 sur lequel quatre actionneurs piézoélectriques 2 sont montés pour se déformer selon quatre axes qui sont parallèles à une première direction AA définie par l’axe optique de référence. Les actionneurs piézoélectriques 2 sont chacun surmontés par une tige de flexion 3. Les quatre tiges de flexion 3 forment une liaison mécanique flexible entre les actionneurs piézoélectriques 2 et un porte-miroir 4. Le porte-miroir 4 est surmonté par un miroir 5. Les axes de déformation des actionneurs sont disposés à équidistance du centre du miroir 5 circulaire utilisé. Le porte-miroir 4 est réalisé très rigide de manière à ne pas se déformer sous l’effet des efforts appliqués par les actionneurs piézoélectriques 2 et retransmis par les tiges de flexion 3. Les tiges de flexion 3 sont reliées à un plot d’ancrage 6 qui est immobile. Le plot d’ancrage 6 est relié aux quatre tiges de flexion 3 au moyen d’un palier flexible 7 qui est formé par quatre fléchisseurs de forme rectiligne agencés sous la forme d’une croix. Le palier flexible 7 est souple suivant la première direction AA et raide dans les deux directions perpendiculaires à cette dernière. Le palier flexible 7 augmente la tenue aux vibrations et aux chocs que l’on peut rencontrer notamment dans les applications embarquées. Enfin, en combinaison avec les tiges de flexion 3, le palier flexible 7 contribue à transformer une translation du sommet de l’actionneur piézoélectrique 2 en une rotation à débattement limité, du sommet de la tige de flexion 3. Les quatre actionneurs piézoélectriques 2 travaillent indépendamment les uns des autres. Les tiges de flexion 3 sont montées fixement à l’actionneur piézoélectrique 2 et au porte-miroir 4. Pour obtenir efficacement une rotation à débattement limité, il est classique d’alimenter les actionneurs en mode « push-pull » par paires. Deux actionneurs disposés diamétralement opposés par rapport à l’axe optique de référence passant par le centre du miroir 5 sont alimentés de telle sorte qu’un actionneur se dilate pendant que l’autre se contracte. Dans la configuration illustrée à la , le mécanisme possède une première paire d’actionneurs alignés suivant une direction B-B pour produire une rotation autour d’une direction C-C à la fois perpendiculaire à la direction A-A et perpendiculaire à la direction B-B. La seconde paire d’actionneurs formée par les actionneurs alignés selon la direction C-C, produit une rotation autour de la direction B-B. Il a été constaté que le dispositif piézoélectrique illustré à la peut générer des erreurs de front d’onde en utilisation. Il s’est avéré que ces erreurs de front d’onde ne sont pas toujours présentes et proviennent d’une déformation du miroir 5 fixé sur le porte-miroir 4. Une autre configuration de dispositif piézoélectrique est illustrée dans le document FR2850218 ou US6927528, et présente ces mêmes limitations. Les actionneurs piézoélectriques 2 présentent un débattement faible ce qui limite fortement la course angulaire accessible au porte-miroir 4. Pour produire un débattement angulaire plus important dans un mécanisme tel que celui illustré à la , il y a un compromis à trouver vis-à-vis de l’encombrement et du cout d’un actionneur piézoélectrique 2. Cela se traduit généralement, par l’utilisation d’actionneurs 2 plus importants, au prix d’un encombrement et d’un coût plus importants. Or, pour les mécanismes de pointage, en plus des contraintes précédentes, il est demandé d’obtenir une course angulaire élevée dans un encombrement réduit, avec un minimum de pièces afin d’en réduire le coût. Il est connu un autre actionneur de type « tip-tilt », qui possède un porte-miroir infiniment rigide et un miroir déformable sur commande. Le miroir est fixé au moyen de plusieurs vis. Un joint-torique (O-ring) est placé entre le miroir et le porte-miroir et il est contraint entre ces deux éléments. Le joint-torique est déformé élastiquement en compression lors du serrage des vis. Une telle solution technique est divulguée dans le document « Low order high accuracy deformable mirror based on electromagnetic actuators » de F.P. Wildi et al. Proceedings Volume 6715, Optomechatronic Actuators and Manipulation III ; 67150C (2007). Le miroir est déformé au moyen de plusieurs aimants qui sont actionnés par plusieurs champs magnétiques. Objet de l'invention Un objet de l’invention consiste à prévoir un dispositif piézoélectrique qui limite les déformations indésirables du miroir afin d’obtenir une bonne qualité optique. On tend à résoudre ces inconvénients au moyen d’un dispositif piézoélectrique qui comporte : - un bâti fixe ; - des actionneurs piézoélectriques fixés au bâti fixe, les actionneurs piézoélectriques étant aptes à se déformer indépendamment les uns des autres selon une translation linéaire, chaque translation linéaire étant dirigée selon une première orientation ; - un porte-miroir définissant des points de fixation et au moins trois points de support, les au moins trois points de support étant destinés à monter fixement un miroir sur le porte-miroir, les au moins trois points de support étant distincts des points de fixation, les au moins trois points de support définissant une zone de support montée mobile en rotation par rapport au bâti fixe autour d’au moins un premier axe de rotation, la première direction étant perpendiculaire audit au moins un premier axe de rotation, chaque point de fixation étant relié fonctionnellement à un actionneur piézoélectrique ; - un convertisseur disposé dans au moins une liaison mécanique reliant les actionneurs piézoélectriques et les points de support de sorte que la translation linéaire d’un ou de plusieurs des actionneurs piézoélectriques entraine la rotation de la zone de support par rapport au bâti fixe autour dudit au moins un premier axe de rotation. Le dispositif piézoélectrique est remarquable en ce qu’au moins un des au moins trois points de support est un point de support monté mobile indépendamment des autres points de support dans la première direction par déformation élastique du porte-miroir, en l’absence du miroir. Préférentiellement, chaque point de support est un point de support monté mobile indépendamment des autres points de support dans la première direction par déformation élastique d’une partie du porte-miroir, en l’absence du miroir. Selon un développement, le dispositif comporte une pluralité de platines, chaque point de support étant monté sur une platine. Chaque platine est fixée au reste du porte-miroir par une liaison en flexion pour que chaque platine soit montée mobile indépendamment des autres platines, selon la première direction, en l’absence du miroir. Préférentiellement, les points de support sont disposés à équidistance d’un centre. Les liaisons en flexion sont disposées plus près du centre que les points de support dans une observation selon la première direction. Préférentiellement, les points de support sont disposés à équidistance d’un centre. Les points de support sont plus éloignés du centre que les points de fixation. Selon un développement, les points de support sont disposés à équidistance d’un centre. Une partie sommitale d’au moins un des actionneurs piézoélectriques comporte une barre s’étendant selon une direction perpendiculaire à la première direction radialement par rapport au centre pour que la connexion mécanique entre l’actionneur piézoélectrique et le point de fixation associé soit plus proche du centre que du barreau piézoélectrique de l’actionneur piézoélectrique, dans une observation selon la première direction. Préférentiellement, les platines sont configurées pour se déplacer selon au moins une direction perpendiculaire à la première direction. De manière avantageuse, les points de support sont disposés à équidistance d’un centre. La liaison en flexion est également configurée pour autoriser un déplacement radial des points de support perpendiculairement à la première direction et par rapport au centre. Selon un autre développement, le dispositif comporte des platines additionnelles. Le centre est monté fixement par rapport au bâti fixe au moyen d’un plot d’ancrage. Des bras s’étendent depuis le centre, chaque bras étant fixé à une des platines par la liaison en flexion, chaque bras étant fixé à une des platines additionnelles par une liaison en torsion, la liaison en torsion faisant pivoter le bras par rapport à la platine additionnelle autour d’un axe perpendiculaire à la première direction, chaque platine additionnelle recevant un point de fixation. Selon un autre développement, la liaison en torsion est disposée plus près du centre que la liaison en flexion, le long de la direction d’extension du bras depuis le centre jusqu’à l’extrémité opposée. De manière avantageuse, la liaison en torsion est disposée plus près du centre que le point de support, dans une observation selon la première direction. Selon un développement, les bras s’étendent sous la forme de spirales. Avantageusement, la liaison en flexion définit également une liaison en torsion autour d’un axe parallèle à la première direction et passant par la liaison en flexion. Avantageusement, lequel le porte-miroir est directement fixé à au moins un des actionneurs piézoélectriques de sorte que le au moins un point de fixation se déplace selon une translation linéaire dans la première direction. Selon un développement, chaque actionneur piézoélectrique est fixé directement à un des points de fixation, chaque point de fixation appartenant à une platine additionnelle qui est plus rigide que le bras sur lequel la platine additionnelle est fixée par la liaison en torsion. Préférentiellement, chaque liaison en flexion possède une portion conformée en arc de cercle autour du centre. Selon un autre développement, les points de support sont disposés à équidistance d’un centre. Le centre est monté fixement par rapport au bâti fixe au moyen d’un plot d’ancrage. Les points de fixation sont reliés aux actionneurs piézoélectriques par une tige de flexion s’étendant principalement selon la première direction, une extrémité de la tige de flexion étant fixée à un des actionneurs, une autre extrémité de la tige de flexion étant fixée à un des points de fixation. Avantageusement, les platines et les liaisons en flexion sont définies par des premières fentes qui sont traversantes selon la première direction. Dans une observation selon la première direction, chaque ligne droite reliant un des points de support à un point de fixation enjambe au moins une des premières fentes. De manière préférentielle, le porte-miroir possède des deuxièmes fentes qui sont traversantes selon la première direction et qui s’étendent sous la forme de spirales à partir du centre, les deuxièmes fentes séparant le centre et les points de fixation. Il est avantageux de prévoir que chaque point de support soit disposé à équidistance de deux des points de fixation qui sont les plus proches. Préférentiellement, les points de support sont disposés à équidistance d’un centre. Le centre est mobile par rapport à un plot d’ancrage selon la première direction. Le convertisseur possède un palier flexible ayant une portion fixe montée fixement par rapport au bâti fixe au moyen du plot d’ancrage et des fléchisseurs s’étendant à partir de la portion fixe selon des directions perpendiculaires à la première direction, les fléchisseurs étant montés fixement aux points de fixation. Les actionneurs piézoélectriques sont reliés aux points de fixation par des tiges de flexion. Les points de fixation sont montés immobiles les uns par rapport aux autres dans le porte-miroir. De manière avantageuse, le dispositif comporte un miroir fixé au porte-miroir au moyen des points de support, le miroir définissant une connexion mécanique avec les points de support qui fixe la position du au moins un point de support mobile par rapport aux autres points de support. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation et de mise en œuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : : la illustre, de manière schématique, une vue en perspective d’un dispositif piézoélectrique de l’art antérieur surmonté par un miroir ; : la représente de manière schématique, en perspective, un mode de réalisation d’un dispositif piézoélectrique incluant quatre actionneurs piézoélectriques surmontés par une tige de flexion et un porte-miroir à zones déformables ; : la représente de manière schématique, une vue explosée du dispositif piézoélectrique illustré à la ; : la représente de manière schématique, une vue de dessus du porte-miroir illustré à la ; : la représente de manière schématique, en perspective, un autre mode de réalisation d’un dispositif piézoélectrique incluant quatre actionneurs piézoélectriques surmontés par un bras de levier, une tige de flexion et un porte-miroir à zones déformables ; : la représente de manière schématique, une vue explosée du dispositif piézoélectrique illustré à la ; : la représente de manière schématique, une vue en perspective, d’un actionneur piézoélectrique dont la partie sommitale possède un bras d’actionnement déportant une tige de flexion ; : la représente de manière schématique, une vue d’un porte-miroir illustré à la destiné à supporter un miroir ; : la représente de manière schématique, une vue en perspective d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif piézoélectrique surmonté par un miroir avec un porte-miroir à zones déformables ; : la représente de manière schématique, une vue explosée du dispositif piézoélectrique illustré à la ; : la représente de manière schématique, une vue de dessus d’un porte-miroir assurant la liaison mécanique entre le miroir, les actionneurs piézoélectriques, et le plot d’ancrage ; : la représente de manière schématique un autre mode de réalisation d’un porte-miroir qui peut être utilisé en remplacement du porte-miroir illustré à la ; : la représente de manière schématique un autre mode de réalisation d’un porte-miroir qui peut être utilisé en remplacement du porte-miroir illustré à la ; : la représente de manière schématique encore un autre mode de réalisation d’un porte-miroir qui peut être utilisé en remplacement du porte-miroir illustré à la 8 ; : la représente de manière schématique encore un autre mode de réalisation d’un porte-miroir qui peut être utilisé en remplacement du porte-miroir illustré à la 8 en vue d’utiliser un miroir assemblé par collage ; : la représente de manière schématique le porte-miroir de la assemblé avec un miroir collé. Dispositif piézoélectrique de pointage comprenant : - un bâti fixe (1) ; - des actionneurs piézoélectriques (2) fixés au bâti fixe (1), les actionneurs piézoélectriques (2) étant aptes à se déformer indépendamment les uns des autres selon une translation linéaire, chaque translation linéaire étant dirigée selon une première orientation (AA) ; - un porte-miroir (4) définissant des points de fixation (4b) et au moins trois points de support (4a), les au moins trois points de support (4a) étant destinés à monter fixement un miroir (5) sur le porte-miroir (4), les au moins trois points de support (4a) étant distincts des points de fixation (4b), les au moins trois points de support (4a) définissant une zone de support montée mobile en rotation par rapport au bâti fixe (1) autour d’au moins un premier axe de rotation (BB), la première direction (AA) étant perpendiculaire audit au moins un premier axe de rotation (BB), chaque point de fixation (4b) étant relié fonctionnellement à un actionneur piézoélectrique (2) ; - un convertisseur disposé dans au moins une liaison mécanique reliant les actionneurs piézoélectriques (2) et les points de support (4a) de sorte que la translation linéaire d’un ou de plusieurs des actionneurs piézoélectriques (2) entraine la rotation de la zone de support par rapport au bâti fixe (1) autour dudit au moins un premier axe de rotation (BB) ; dispositif piézoélectrique caractérisé en ce qu’au moins un des au moins trois points de support (4a) est un point de support (4a) monté mobile indépendamment des autres points de support (4a) dans la première direction (AA) par déformation élastique du porte-miroir (4), en l’absence du miroir (5). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 1, dans lequel chaque point de support (4a) est un point de support (4a) monté mobile indépendamment des autres points de support (4a) dans la première direction (AA) par déformation élastique d’une partie du porte-miroir (4), en l’absence du miroir (5). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 2, comportant une pluralité de platines (4c), chaque point de support (4a) étant monté sur une platine (4c), dans lequel chaque platine (4c) est fixée au reste du porte-miroir (4) par une liaison en flexion (4d) pour que chaque platine (4c) soit montée mobile indépendamment des autres platines (4c), selon la première direction (AA), en l’absence du miroir (5). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 3, dans lequel les points de support (4a) sont disposés à équidistance d’un centre (O) et dans lequel les liaisons en flexion (4d) sont disposées plus près du centre (O) que les points de support (4a) dans une observation selon la première direction (AA). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les points de support (4a) sont disposés à équidistance d’un centre (O) et dans lequel les points de support (4a) sont plus éloignés du centre (O) que les points de fixation (4b). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les points de support (4a) sont disposés à équidistance d’un centre (O) et dans lequel une partie sommitale d’au moins un des actionneurs piézoélectriques (2) comporte une barre (8) s’étendant selon une direction perpendiculaire à la première direction (AA) radialement par rapport au centre (O) pour que la connexion mécanique entre l’actionneur piézoélectrique (2) et le point de fixation (4b) associé soit plus proche du centre (O) que du barreau piézoélectrique de l’actionneur piézoélectrique (2), dans une observation selon la première direction (AA). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel les platines (4c) sont configurées pour se déplacer selon au moins une direction perpendiculaire à la première direction (AA). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 7, dans lequel les points de support (4a) sont disposés à équidistance d’un centre (O) et dans lequel la liaison en flexion (4d) est également configurée pour autoriser un déplacement radial des points de support (4a) perpendiculairement à la première direction (AA) et par rapport au centre (O). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication précédente, comportant des platines additionnelles (4m), dans lequel le centre (O) est monté fixement par rapport au bâti fixe (1) au moyen d’un plot d’ancrage (6), et dans lequel des bras (4e) s’étendent depuis le centre (O), chaque bras (4e) étant fixé à une des platines (4c) par la liaison en flexion (4d), chaque bras (4e) étant fixé à une des platines additionnelles (4m) par une liaison en torsion (4h), la liaison en torsion faisant pivoter le bras (4e) par rapport à la platine additionnelle (4m) autour d’un axe perpendiculaire à la première direction (AA), chaque platine additionnelle (4m) recevant un point de fixation (4b). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication précédente, dans lequel la liaison en torsion (4h) est disposée plus près du centre (O) que la liaison en flexion (4d), le long de la direction d’extension du bras (4e) depuis le centre (O) jusqu’à l’extrémité opposée. Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel la liaison en torsion (4h) est disposée plus près du centre (O) que le point de support (4a), dans une observation selon la première direction (AA). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel les bras (4e) s’étendent sous la forme de spirales. Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 12, dans lequel la liaison en flexion (4d) définit également une liaison en torsion autour d’un axe parallèle à la première direction (AA) et passant par la liaison en flexion (4d). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une des revendications 9 à 13 dans lequel le porte-miroir (4) est directement fixé à au moins un des actionneurs piézoélectriques (2) de sorte que le au moins un point de fixation (4b) se déplace selon une translation linéaire dans la première direction (AA). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication précédente, dans lequel chaque actionneur piézoélectrique (2) est fixé directement à un des points de fixation (4b), chaque point de fixation (4b) appartenant à une platine additionnelle (4m) qui est plus rigide que le bras (4e) sur lequel la platine additionnelle est fixée (4m) par la liaison en torsion (4h). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 8, dans lequel chaque liaison en flexion (4d) possède une portion conformée en arc de cercle autour du centre (O). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconques des revendications 3 à 8 et 16, dans lequel les points de support (4a) sont disposés à équidistance d’un centre (O), dans lequel le centre (O) est mobile par rapport à un plot d’ancrage (6) selon la première direction (AA), dans lequel le convertisseur possède un palier flexible (7) ayant une portion fixe montée fixement par rapport au bâti fixe (1) au moyen du plot d’ancrage (6) et des fléchisseurs s’étendant à partir de la portion fixe selon des directions perpendiculaires à la première direction (AA), les fléchisseurs étant montés fixement aux points de fixation (4b), dans lequel les actionneurs piézoélectriques (2) sont reliés aux points de fixation (4b) par des tiges de flexion (3) et dans lequel les points de fixation (4b) sont montés immobiles les uns par rapport aux autres dans le porte-miroir (4). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 17, dans lequel les platines (4c) et les liaisons en flexion (4d) sont définies par des premières fentes (4f) qui sont traversantes selon la première direction (AA) et dans lequel, dans une observation selon la première direction (AA), chaque ligne droite reliant un des points de support (4a) à un point de fixation (4b) enjambe au moins une des premières fentes (4f). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications 3 à 8 et 16, dans lequel les points de support (4a) sont disposés à équidistance d’un centre (O) et dans lequel le centre (O) est monté fixement par rapport au bâti fixe (1) au moyen d’un plot d’ancrage (6), et dans lequel les points de fixation (4b) sont reliés aux actionneurs piézoélectriques (2) par une tige de flexion (3) s’étendant principalement selon la première direction (AA), une extrémité de la tige de flexion (3) étant fixée à un des actionneurs, une autre extrémité de la tige de flexion (3) étant fixée à un des points de fixation (4b). Dispositif piézoélectrique de pointage selon la revendication 5, dans lequel le porte-miroir (4) possède des deuxièmes fentes (4k) qui sont traversantes selon la première direction (AA) et qui s’étendent sous la forme de spirales à partir du centre (O), les deuxièmes fentes (4k) séparant le centre (O) et les points de fixation (4b). Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque point de support (4a) est disposé à équidistance de deux des points de fixation (4b) qui sont les plus proches. Dispositif piézoélectrique de pointage selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un miroir (5) fixé au porte-miroir (4) au moyen des points de support (4a), le miroir (5) définissant une connexion mécanique avec les points de support (4) qui fixe la position du au moins un point de support (4a) mobile par rapport aux autres points de support (4a).