Brevet FR3134460A1 — publié le 20231013

Un télescope (10) comprend un miroir primaire (M1) et un miroir secondaire (M2), avec un trou (T1) au niveau d’une intersection du miroir primaire avec un axe optique (A-A) du télescope, de sorte que des rayons lumineux de réception (Rx) qui forment une image dans un plan focal (PF) du télescope passent par le trou à travers le miroir primaire après avoir été réfléchis par le miroir secondaire. Le miroir secondaire est pourvu d’une altération de surface au niveau d’une intersection dudit miroir secondaire avec l’axe optique, pour que des rayons lumineux (Tx0) qui proviennent du plan focal et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire, soient empêchés au moins en partie d’être réfléchis, rétrodiffusés ou réémis par ledit miroir secondaire en direction dudit plan focal. Un tel télescope supprime ou réduit un signal Narcisse pour un appareil d’émission-réception qui incorpore ledit télescope. Figure d’abrégé : Figure 1 TELESCOPE A FAIBLE REEMISSION EN DIRECTION DU PLAN FOCAL ET APPAREIL OPTIQUE D’EMISSION-RECEPTION COMPRENANT UN TEL TELESCOPE La présente description concerne un télescope à faible réémission de rayonnement en direction de son plan focal. Elle concerne aussi un appareil optique d’émission-réception qui comprend un tel télescope. Les télescopes axiaux, c’est-à-dire dont les surfaces réfléchissantes ont des axes optiques respectifs qui sont superposés à l’axe optique du télescope, présentent l’avantage d’être plus compacts et moins chers à fabriquer que les télescopes à configuration hors d’axe. Mais lorsqu’une source de rayons lumineux d’émission est disposée dans le plan focal d’un télescope axial, l’un au moins des miroirs du télescope réfléchit en direction du plan focal une partie des rayons lumineux d’émission qui sont proches de l’axe optique. Alors, un photodétecteur qui est aussi disposé dans le plan focal détecte involontairement cette partie réfléchie des rayons lumineux d’émission, en produisant un signal qui est appelé signal Narcisse dans le jargon de l’Homme du métier. Or parce que l’intensité des rayons lumineux d’émission est très supérieure à celle de rayons lumineux de réception utiles qui entrent dans le télescope en provenance de l’extérieur, le signal Narcisse réduit la sensibilité de détection de ces derniers, ou bien les masque lorsqu’ils sont simultanés. Par exemple, lorsque le télescope est utilisé dans un terminal de communication par signaux laser et qu’il est commun aux voies d’émission et de réception de ce terminal, les signaux optiques d’émission peuvent avoir une puissance de quelques watts, alors que les signaux optiques de réception peuvent avoir une puissance de quelques nanowatts, voire quelques picowatts. Un transfert involontaire d’une fraction de l’intensité des signaux optiques de la voie d’émission vers la voie de réception, due à une rétro-réflexion d’une partie des signaux optiques d’émission sur l’un des miroirs du télescope, peut alors empêcher de détecter les signaux optiques de réception, voire provoquer une saturation d’un photodétecteur de réception. Problème technique A partir de cette situation, un but de la présente invention est de proposer un nouveau télescope axial, pour lequel le signal Narcisse est au moins en partie réduit ou supprimé. Pour atteindre ce but ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un télescope qui comprend au moins un miroir primaire et un miroir secondaire, et qui est adapté pour former, lors d’une utilisation de ce télescope, une image dans un plan focal avec des rayons lumineux de réception qui sont réfléchis par le miroir primaire puis par le miroir secondaire en direction du plan focal. Dans ce télescope, le miroir secondaire est orienté perpendiculairement à l’axe optique du télescope. Le miroir primaire est pourvu d’un premier trou au niveau d’une intersection de sa surface réfléchissante avec l’axe optique, de sorte que les rayons lumineux de réception qui forment l’image dans le plan focal passent par le premier trou à travers le miroir primaire après avoir été réfléchis par le miroir secondaire. Selon l’invention, le miroir secondaire est pourvu d’une altération de surface au niveau d’une intersection de la surface réfléchissante de ce miroir secondaire avec l’axe optique, cette altération de surface étant adaptée pour que des rayons lumineux qui proviennent du plan focal du télescope et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire en passant par le premier trou à travers le miroir primaire, soient empêchés au moins en partie d’être réfléchis par le miroir secondaire en direction du plan focal. Autrement dit, l’altération de surface du miroir secondaire réduit ou supprime le signal Narcisse qui résulterait d’une rétro-réflexion, rétrodiffusion ou réémission de certains des rayons lumineux d’émission sur le miroir secondaire. L’invention est particulièrement bénéfique lorsque le télescope est d’un type axial, notamment lorsqu’il est du type Cassegrain. Toutefois, l’invention n’est pas limitée à des télescopes axiaux. L’altération de surface de la surface réfléchissante du miroir secondaire, telle que proposée par la présente invention, peut être de différentes natures. Ce peut être une rugosité qui est accrue localement dans la surface réfléchissante du miroir secondaire, ou une peinture absorbante qui est appliquée localement sur cette surface réfléchissante, ou encore un ré-usinage local de la surface réfléchissante du miroir secondaire, par exemple en forme de méplat local, ou un élément qui est collé sur sa surface réfléchissante pour en changer la forme localement. Mais de préférence, l’altération de surface du miroir secondaire peut être un second trou qui relie la surface réfléchissante de ce miroir secondaire à son côté arrière. En effet, un tel trou est particulièrement efficace pour réduire ou supprimer une contribution du miroir secondaire au signal Narcisse. Un tel second trou à travers le miroir secondaire, au niveau de l’intersection de sa surface réfléchissante avec l’axe optique du télescope, peut être combiné avec la disposition d’un piège optique, aussi appelé piège à lumière, derrière le miroir secondaire. Un tel piège à lumière sert non seulement à supprimer le signal Narcisse qui serait généré sinon par le miroir secondaire, mais il peut aussi éviter que de la lumière non-désirée et/ou parasite provenant de l’extérieur passe par le second trou à travers le miroir secondaire, puis par le premier trou à travers le miroir primaire, parvienne ensuite dans le plan focal et soit détectée. Dans un application spatiale, une telle lumière parasite pourrait être notamment de la lumière solaire. De préférence, le piège optique qui est disposé derrière le miroir secondaire peut être pourvu de l’une au moins des caractéristiques additionnelles suivantes, pour présenter une grande efficacité à réduire encore plus le signal Narcisse : - le télescope peut comprendre en outre une portion de surface qui est inclinée par rapport à l’axe optique, et qui est disposée derrière le miroir secondaire, de sorte qu’une partie au moins des rayons lumineux qui proviennent du plan focal du télescope et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire soient incidents sur la portion de surface inclinée après avoir traversé le miroir secondaire par le second trou. Cette portion de surface inclinée peut être au moins partiellement réfléchissante pour les rayons lumineux qui traversent le miroir secondaire par le second trou ; - le télescope peut comprendre en outre une structure qui est absorbante pour du rayonnement, et disposée pour que la partie des rayons lumineux qui proviennent du plan focal du télescope et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire soit réfléchie au moins partiellement par la portion de surface inclinée en direction de la structure absorbante ; - la portion de surface inclinée peut posséder une forme de cône saillant ou de pyramide, avec un sommet du cône qui est orienté vers le second trou. Dans ce cas, la structure absorbante peut entourer latéralement le cône ; - le télescope peut comprendre en outre un tube qui est disposé derrière le miroir secondaire, parallèlement à l’axe optique et de sorte qu’une ouverture d’entrée du tube soit en vis-à-vis du second trou à travers le miroir secondaire ; et - la portion de surface inclinée peut être en vis-à-vis d’une ouverture de sortie du tube sur un côté de ce tube qui est opposé au miroir secondaire, avec une distance de séparation entre la portion de surface inclinée et le tube telle que des rayons lumineux qui proviennent du plan focal du télescope et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire, et qui sont ensuite incidents sur la portion de surface inclinée en passant dans le tube, soient réfléchis par cette portion de surface inclinée et s’éloignent de l’axe optique en passant entre la portion de surface inclinée et le tube. De façon générale pour l’invention, le télescope peut comprendre en outre au moins une lentille disposée sur un chemin des rayons lumineux de réception qui forment l’image dans le plan focal, en aval du miroir secondaire selon un sens de propagation de ces rayons lumineux de réception. Cette lentille peut posséder deux surfaces optiques qui coupent l’axe optique du télescope, chacune des deux surfaces optiques de la lentille formant avec l’axe optique un angle qui est différent de 90° (degré) à un point d’intersection de la surface optique considérée de la lentille avec l’axe optique. En particulier, une direction respective normale à chaque surface optique de la lentille peut former avec l’axe optique un angle qui est compris entre 5° et 10°. De cette façon, une contribution de la lentille au signal Narcisse total du télescope peut être réduite ou supprimée. Le télescope peut comprendre un système dioptrique formant collimateur ou relais imageur, ce système dioptrique comprenant plusieurs lentilles disposées sur le chemin des rayons lumineux de réception qui forment l’image dans le plan focal, chaque lentille ayant deux surfaces optiques qui coupent l’axe optique du télescope. Dans ce cas et de la même façon que précédemment, une direction respective normale à chacune des deux surfaces optiques de chaque lentille du système dioptrique peut former avec l’axe optique un angle qui est compris entre 5° et 10° à un point d’intersection de la surface optique de lentille considérée avec l’axe optique. Ainsi, des contributions de l’ensemble du système dioptrique au signal Narcisse total du télescope peuvent être réduites ou supprimées. Encore de façon générale pour l’invention, le télescope peut comprendre en outre au moins un filtre spectral disposé sur le chemin des rayons lumineux de réception qui forment l’image dans le plan focal, en aval du miroir secondaire selon le sens de propagation de ces rayons lumineux de réception. Un tel filtre possède deux surfaces optiques qui coupent l’axe optique du télescope. Alors, chacune des deux surfaces optiques du filtre peut avantageusement former avec l’axe optique un angle qui est différent de 90° à un point d’intersection de cette surface optique du filtre avec l’axe optique. De préférence, une direction respective normale à chaque surface optique du filtre peut former avec l’axe optique un angle qui est compris entre 5° et 10°. De cette façon, une contribution du filtre au signal Narcisse total du télescope peut aussi être réduite ou supprimée. Lorsque le télescope comprend un tel filtre, les deux surfaces optique de ce filtre peuvent avantageusement ne pas être parallèles l’une à l’autre. En particulier, un angle entre les deux surfaces optiques du filtre peut être compris entre 0,5° et 2°. La contribution du filtre au signal Narcisse total du télescope peut ainsi être réduite ou supprimée dans une mesure supplémentaire. Encore de façon générale pour l’invention, le télescope peut comprendre en outre un masque de champ qui est situé dans un plan d’image intermédiaire du télescope. Ce masque de champ est opaque en dehors d’une fenêtre qui est destinée à être traversée par les rayons lumineux de réception qui forment l’image dans le plan focal. Un tel masque de champ contribue aussi à réduire le signal Narcisse total qui est détecté dans le plan focal du télescope. Le télescope de l’invention peut être du type Cassegrain. Il peut ainsi être particulièrement compact et peu onéreux à fabriquer. Un intérêt tout particulier pour ce type de télescope réside dans son potentiel d’adaptation à des applications diverses, contrairement à des types de télescopes hors-d’axe tels que les anastigmats à trois miroirs, ou TMA pour «Tri-Mirror Anastigmat» en anglais. Un second aspect de l’invention propose un appareil optique d’émission-réception qui comprend un télescope, ce télescope étant conforme au premier aspect de l’invention, et qui comprend en outre : - au moins un photodétecteur qui est agencé pour détecter une partie au moins des rayons lumineux de réception tels que parvenant au plan focal ; et - au moins une source de rayons lumineux d’émission, qui est agencée pour émettre des rayons lumineux d’émission à partir d’au moins un point du plan focal, de sorte que ces rayons lumineux d’émission traversent le miroir primaire par le premier trou, soient réfléchis par le miroir secondaire puis par le miroir primaire. Grâce au télescope de l’invention muni de l’altération de surface du miroir secondaire, le signal Narcisse qui serait généré par la source des rayons lumineux d’émission et détecté par le photodétecteur est évité. De cette façon la sensibilité et la dynamique du photodétecteur pour détecter les rayons lumineux de réception est préservée au moins dans une large mesure. Un appareil optique d’émission-réception qui est conforme à l’invention peut former en particulier une partie d’un terminal de communication par signaux laser ou une partie d’un système LIDAR. Brève description des figures Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : est une vue en coupe dans un plan méridien, d’un appareil optique d’émission-réception qui est conforme à l’invention ; est une vue en coupe, dans le plan méridien, d’un miroir secondaire et d’un piège optique tels que pouvant être utilisés dans l’appareil de ; et est une vue en coupe, dans le plan méridien, d’un collimateur tel que pouvant être utilisé dans l’appareil de . Télescope (10) comprenant au moins un miroir primaire (M1) et un miroir secondaire (M2), et adapté pour former, lors d’une utilisation du télescope, une image dans un plan focal (PF) avec des rayons lumineux de réception (Rx) qui sont réfléchis par le miroir primaire puis par le miroir secondaire en direction du plan focal, ledit miroir secondaire étant orienté perpendiculairement à un axe optique (A-A) dudit télescope, le miroir primaire (M1) étant pourvu d’un premier trou (T1) au niveau d’une intersection de la surface réfléchissante (S1) dudit miroir primaire avec l’axe optique (A-A), de sorte que les rayons lumineux de réception (Rx) qui forment l’image dans le plan focal (PF) passent par le premier trou à travers le miroir primaire après avoir été réfléchis par le miroir secondaire (M2), caractérisé en ce que le miroir secondaire (M2) est pourvu d’une altération de surface au niveau d’une intersection d’une surface réfléchissante (S2) dudit miroir secondaire avec l’axe optique (A-A), ladite altération de surface étant adaptée pour que des rayons lumineux (Tx0) qui proviennent du plan focal (PF) du télescope (10) et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire en passant par le premier trou (T1) à travers le miroir primaire (M1), soient empêchés au moins en partie d’être réfléchis par ledit miroir secondaire en direction dudit plan focal. Télescope (10) selon la revendication 1, dans lequel l’altération de surface du miroir secondaire (M2) est un second trou (T2) qui relie la surface réfléchissante (S2) dudit miroir secondaire à un côté arrière dudit miroir secondaire. Télescope (10) selon la revendication 2, comprenant en outre une portion de surface qui est inclinée par rapport à l’axe optique (A-A), et qui est disposée derrière le miroir secondaire (M2), de sorte qu’une partie au moins des rayons lumineux (Tx0) qui proviennent du plan focal (PF) du télescope (10) et qui parviennent à l’altération de surface dudit miroir secondaire soient incidents sur la portion de surface inclinée après avoir traversé le miroir secondaire par le second trou (T2). Télescope (10) selon la revendication 3, comprenant en outre une structure (12) absorbante pour du rayonnement, disposée pour que la partie des rayons lumineux (Tx0) qui proviennent du plan focal (PF) du télescope (10) et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire (M2) soit réfléchie au moins partiellement par la portion de surface inclinée en direction de la structure absorbante. Télescope (10) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la portion de surface inclinée possède une forme de cône (11) saillant ou de pyramide, avec un sommet (SC) dudit cône qui est orienté vers le second trou (T2), et la structure absorbante (12) entoure latéralement le cône. Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant en outre un tube (13) qui est disposé derrière le miroir secondaire (M2), parallèlement à l’axe optique (A-A) et de sorte qu’une ouverture d’entrée (O13 1 ) du tube soit en vis-à-vis du second trou (T2) à travers le miroir secondaire. Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel la portion de surface inclinée est en vis-à-vis d’une ouverture de sortie (O13 2 ) du tube (13) sur un côté dudit tube qui est opposé au miroir secondaire (M2), avec une distance de séparation entre ladite portion de surface inclinée et ledit tube telle que des rayons lumineux (Tx0) qui proviennent du plan focal (PF) du télescope (10) et qui parviennent à l’altération de surface du miroir secondaire (M2), et qui sont ensuite incidents sur la portion de surface inclinée en passant dans le tube, soient réfléchis par ladite portion de surface inclinée et s’éloignent de l’axe optique en passant entre ladite portion de surface inclinée et ledit tube. Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une lentille disposée sur un chemin des rayons lumineux de réception (Rx) qui forment l’image dans le plan focal (PF), en aval du miroir secondaire (M2) selon un sens de propagation desdits rayons lumineux de réception, ladite lentille ayant deux surfaces optiques qui coupent l’axe optique (A-A) du télescope, chacune des deux surfaces optiques de la lentille formant avec l’axe optique un angle qui est différent de 90° à un point d’intersection de ladite surface optique de la lentille avec l’axe optique. Télescope (10) selon la revendication 8, dans lequel une direction respective normale à chaque surface optique de la lentille forme avec l’axe optique (A-A) un angle qui est compris entre 5° et 10°. Télescope (10) selon la revendication 8 ou 9, comprenant un système dioptrique formant collimateur (3) ou relais imageur, ledit système dioptrique comprenant plusieurs lentilles (L1-L4) disposées sur le chemin des rayons lumineux de réception (Rx) qui forment l’image dans le plan focal (PF), chaque lentille ayant deux surfaces optiques qui coupent l’axe optique (A-A) du télescope, une direction respective normale à chacune des deux surfaces optiques de chaque lentille du système dioptrique formant avec l’axe optique un angle qui est compris entre 5° et 10° à un point d’intersection de ladite surface optique de lentille avec l’axe optique. Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un filtre spectral (9) disposé sur le chemin des rayons lumineux de réception (Rx) qui forment l’image dans le plan focal (PF), en aval du miroir secondaire (M2) selon le sens de propagation desdits rayons lumineux de réception, ledit filtre ayant deux surfaces optiques (S9 1 , S9 2 ) qui coupent l’axe optique (A-A) du télescope, chacune des deux surfaces optiques du filtre formant avec l’axe optique un angle qui est différent de 90° à un point d’intersection entre ladite surface optique du filtre et l’axe optique. Télescope (10) selon la revendication 11, dans lequel les deux surfaces optique (S9 1 , S9 2 ) du filtre (9) ne sont pas parallèles l’une à l’autre. Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un masque de champ (8) qui est situé dans un plan d’image intermédiaire du télescope, ledit masque de champ étant opaque en dehors d’une ouverture (O8) de masque destinée à être traversée par les rayons lumineux de réception (Rx) qui forment l’image dans le plan focal (PF). Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit télescope étant d’un type axial, notamment d’un type Cassegrain. Appareil optique d’émission-réception comprenant un télescope (10), ledit télescope étant selon l’une quelconque des revendications précédentes, et l’appareil optique comprenant en outre : - au moins un photodétecteur (20) qui est agencé pour détecter une partie au moins des rayons lumineux de réception (Rx) tels que parvenant au plan focal (PF) ; et - au moins une source (30) de rayons lumineux d’émission (Tx), qui est agencée pour émettre les rayons lumineux d’émission à partir d’au moins un point (O) du plan focal (PF), de sorte que lesdits rayons lumineux d’émission traversent le miroir primaire (M1) par le premier trou, soient réfléchis par le miroir secondaire (M2) puis par ledit miroir primaire (M1). Appareil selon la revendication 15, formant une partie d’un terminal de communication par signaux laser ou une partie d’un système LIDAR.