Brevet FR3133086A1 — publié le 20230901

Un télescope (10) à cinq miroirs possède une configuration telle qu’un deuxième segment intermédiaire (S2) de rayon axial coupe un segment initial (S0) dudit rayon axial, un troisième segment intermédiaire (S3) du rayon axial coupe un premier segment intermédiaire (S1) dudit rayon axial, et un quatrième segment intermédiaire (S4) du rayon axial est situé d’un côté du troisième segment intermédiaire qui est opposé au deuxième segment intermédiaire. Un tel télescope peut être particulièrement compact, et être compatible avec un diffuseur de calibration dont les dimensions sont réduites lorsque ledit télescope est utilisé à bord d’un satellite. Les surfaces réfléchissantes des miroirs peuvent être de type freeform ® . Figure d’abrégé : Figure 2 TELESCOPE A CINQ MIROIRS La présente description concerne un télescope à cinq miroirs, en particulier un tel télescope qui est destiné à être embarqué à bord d’un satellite. La saisie d’images de la surface de la Terre à partir d’un satellite qui est en orbite nécessite d’utiliser un télescope pour former les images. Pour une telle application, le télescope doit satisfaire un compromis entre la qualité des images qui sont saisies et le volume du télescope. Un télescope qui est plus grand est pénalisant à cause de son encombrement à bord du satellite et de la charge pondérale qu’il impose lors du lancement du satellite. Mais de façon générale, la qualité d’imagerie est d’autant meilleure que le télescope est de grande taille. Des télescopes qui sont couramment utilisés pour les applications d’imagerie terrestre à partir de satellites sont du type anastigmatique à trois miroirs, ou TMA pour «three-mirror anastigmat» en anglais. Mais ces télescopes ont des volumes qui peuvent atteindre plusieurs m 3 (mètre-cube) environ pour fournir des images de qualité suffisante, notamment lorsqu’ils sont utilisés à une altitude orbitale qui est comprise entre 600 km (kilomètre) environ et 850 km environ, avec une largeur de fauchée qui est comprise entre 300 km environ et 410 km environ. En outre, pour ces applications spatiales d’imagerie, les télescopes sont associés à un système de calibration à bord de chaque satellite. Un tel système de calibration utilise un diffuseur dont les dimensions doivent être accordées à chaque télescope. Par exemple, pour un télescope de type TMA qui est utilisé dans les conditions indiquées ci-dessus, le diffuseur doit avoir une longueur d’environ 1,8 m (mètre). Or de telles dimensions pour le diffuseur de calibration causent un encombrement et une charge pondérale supplémentaires, qui s’ajoutent à ceux du télescope. Problème technique A partir de cette situation, un but de la présente invention est de fournir de nouveaux télescopes qui réalisent des compromis améliorés entre leurs tailles et la qualité des images qu’ils forment. Un autre but de l’invention est de fournir un télescope qui soit compatible avec un diffuseur de calibration dont la taille est restreinte. Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un télescope à cinq miroirs, pour former une image d’une scène dans un plan focal avec des rayons lumineux qui sont issus de la scène et se réfléchissent successivement et dans l’ordre sur un miroir primaire, un miroir secondaire, un miroir tertiaire, un quatrième miroir puis un cinquième miroir du télescope. Le télescope possède un plan de symétrie, et chacun des cinq miroirs possède une surface réfléchissante respective dont une portion au moins s’étend de chaque côté du plan de symétrie en ayant une forme courbe qui est symétrique par rapport au plan de symétrie. Le télescope est conçu pour qu’un rayon lumineux axial qui y rentre en étant superposé à un axe optique du télescope, se propage dans le télescope jusqu’au plan focal en étant constitué successivement par, selon le sens de propagation du rayon axial, un segment initial en amont du miroir primaire, un premier segment intermédiaire entre le miroir primaire et le miroir secondaire, un deuxième segment intermédiaire entre le miroir secondaire et le miroir tertiaire, un troisième segment intermédiaire entre le miroir tertiaire et le quatrième miroir, un quatrième segment intermédiaire entre le quatrième miroir et le cinquième miroir, et un segment terminal entre le cinquième miroir et le plan focal. Selon une première caractéristique de l’invention, les miroirs sont disposés de sorte que, à l’intérieur du plan de symétrie, le miroir secondaire et le quatrième miroir aient des sections respectives dans le plan de symétrie qui sont situées sur un même premier côté du segment initial du rayon axial, et le miroir tertiaire ainsi que le cinquième miroir aient d’autres sections respectives aussi dans le plan de symétrie qui sont situées sur un même second côté du segment initial du rayon axial, opposé au premier côté à l’intérieur du plan de symétrie. Selon une deuxième caractéristique de l’invention, les miroirs sont disposés en outre de sorte que, aussi à l’intérieur du plan de symétrie, la section du miroir secondaire soit située en amont de la section du quatrième miroir, selon une projection perpendiculaire des sections des miroirs sur le segment initial du rayon axial, et la section du miroir tertiaire soit située en amont de la section du cinquième miroir, encore selon la projection perpendiculaire des sections des miroirs sur le segment initial du rayon axial. Enfin, selon des caractéristiques supplémentaires de l’invention, les miroirs primaire, secondaire, tertiaire et le quatrième miroir sont orientés de sorte qu’à l’intérieur du plan de symétrie : - le deuxième segment intermédiaire du rayon axial coupe le segment initial du rayon axial ; - le troisième segment intermédiaire du rayon axial coupe le premier segment intermédiaire du rayon axial ; et - le quatrième segment intermédiaire du rayon axial est situé d’un côté du troisième segment intermédiaire du rayon axial qui est opposé au deuxième segment intermédiaire du rayon axial. Grâce à une telle série des orientations des réflexions successives qui sont produites par les miroirs, le télescope de l’invention peut être particulièrement compact, réduisant ainsi son encombrement et la charge pondérale pour une structure porteuse dans laquelle il peut être intégré, notamment lorsqu’il est destiné à être intégré à un satellite. Cette réduction d’encombrement et de poids permet d’obtenir un compromis amélioré avec la qualité des images qui sont formées par le télescope. En outre, un tel télescope peut posséder une pupille d’entrée qui est décalée en amont du miroir primaire le long du segment initial du rayon axial. Cette pupille d’entrée peut avoir des dimensions réduites, si bien qu’un diffuseur de calibration qui est associé au télescope au niveau de son entrée optique peut aussi avoir des dimensions réduites. De plus, grâce à cette possibilité d’une pupille d’entrée dont la taille est réduite, une quantité de lumière parasite qui pénètre dans le télescope par son entrée optique peut être diminuée, notamment en utilisant un diaphragme ou un écran latéral («baffle» en anglais) qui coïncide avec la pupille d’entrée. Enfin, la structure de télescope proposée par l’invention est compatible avec un large intervalle de valeurs pour la longueur focale du télescope. Dans des premiers modes de réalisation de l’invention, le cinquième miroir peut être orienté de sorte que le segment terminal du rayon axial soit situé d’un côté du quatrième segment intermédiaire du rayon axial qui est opposé à son troisième segment intermédiaire. Dans ce cas, le cinquième miroir peut être orienté en outre de sorte que le segment terminal du rayon axial passe entre le miroir primaire et le quatrième miroir, ou bien passe sur un côté du miroir primaire qui est opposé au quatrième miroir. Dans des seconds modes de réalisation de l’invention, le cinquième miroir peut être orienté de sorte que le segment terminal du rayon axial coupe son troisième segment intermédiaire, et passe sur un côté du miroir secondaire qui est opposé au quatrième miroir. L’un de ces premiers ou seconds modes de réalisation peut être sélectionné avantageusement en fonction du dégagement qu’il présente au niveau du plan focal du télescope. En effet, en fonction du type de capteur(s) d’images qui est (sont) disposé(s) dans ce plan focal, ce(s) capteur(s) d’images peut (peuvent) nécessiter plus ou moins d’espace disponible, par exemple pour y contenir une électronique de proximité et/ou une enceinte cryogénique. De façon générale pour l’invention, la surface réfléchissante de chacun des miroirs primaire, secondaire, tertiaire, quatrième miroir et cinquième miroir peut être dépourvue de symétrie de révolution. Autrement dit, ces surfaces de miroirs peuvent être freeform ® , en étant produites par un procédé approprié, aussi désigné couramment par freeform ® . Avantageusement, les miroirs primaire et secondaire peuvent être adaptés pour former une image intermédiaire de la scène qui est située entre le miroir secondaire et le miroir tertiaire. Il est ainsi possible de disposer divers composants optiques sur le second segment intermédiaire du rayon axial, avec des dimensions réduites pour ces composants sans restreindre le champ de vue du télescope. Il est aussi possible d’y disposer un diaphragme de champ, en fonction des applications du télescope. Un télescope qui est conforme à l’invention peut comprendre en outre : - un séparateur dichroïque qui est situé sur le segment terminal du rayon axial, de façon à produire une image du plan focal du télescope ; - au moins un premier capteur d’images, qui est superposé au plan focal du télescope ; et - au moins un second capteur d’images, qui est superposé à l’image du plan focal du télescope produite par le séparateur dichroïque. Le séparateur dichroïque peut notamment être adapté pour séparer des rayons lumineux qui sont associés à des valeurs de longueur d’onde comprises entre 400 nm (nanomètre) et 1400 nm, par rapport à d’autres rayons lumineux qui sont associés à des valeurs de longueur d’onde comprises entre 1400 nm et 2500 nm. L’un de ces deux domaines spectraux peut être attribué au(x) capteur(s) d’images du plan focal ou à celui (ceux) de l’image du plan focal qui est produite par le séparateur dichroïque, en fonction des dégagements qui sont disponibles au niveau du plan focal et de son image. La position précise et l’orientation du séparateur dichroïque peuvent aussi être sélectionnées à partir des mêmes considérations. Un deuxième aspect de l’invention propose un satellite qui comprend un télescope conforme au premier aspect d’invention, ce télescope étant embarqué à bord du satellite. Enfin, un troisième aspect de l’invention propose un procédé de saisie d’images de la surface de la Terre à partir d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre, le satellite étant conforme au second aspect d’invention et les images étant formées par le télescope. Alors, chaque image est saisie pendant que le satellite et le télescope sont orientés de sorte qu’une intersection du plan de symétrie du télescope avec son plan focal soit parallèle à une direction de déplacement apparent de la surface de la Terre dans le plan focal. 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 : illustre une configuration possible pour un système à deux miroirs successifs ; correspond à pour une configuration alternative ; illustre une première configuration possible pour un télescope qui est conforme à la présente invention ; correspond à pour une deuxième configuration possible d’un télescope qui est conforme à l’invention ; correspond aussi à mais pour une troisième configuration possible d’un télescope qui est conforme à l’invention ; est un schéma d’agencement possible de plan focal pour un télescope conforme à l’invention ; et illustre une application de l’invention. Télescope (10) à cinq miroirs, pour former une image d’une scène dans un plan focal (PF) avec des rayons lumineux qui sont issus de ladite scène et se réfléchissent successivement et dans l’ordre sur un miroir primaire (M1), un miroir secondaire (M2), un miroir tertiaire (M3), un quatrième miroir (M4) puis un cinquième miroir (M5) dudit télescope, le télescope ayant un plan de symétrie (PS), et chacun des cinq miroirs ayant une surface réfléchissante respective dont une portion au moins s’étend de chaque côté du plan de symétrie en ayant une forme courbe qui est symétrique par rapport audit plan de symétrie, le télescope (10) étant conçu pour qu’un rayon lumineux axial qui entre dans ledit télescope en étant superposé à un axe optique (A-A) dudit télescope, se propage dans ledit télescope jusqu’au plan focal (PF) en étant constitué successivement par, selon un sens de propagation dudit rayon axial, un segment initial (S0) en amont du miroir primaire (M1), un premier segment intermédiaire (S1) entre le miroir primaire et le miroir secondaire (M2), un deuxième segment intermédiaire (S2) entre le miroir secondaire et le miroir tertiaire (M3), un troisième segment intermédiaire (S3) entre le miroir tertiaire et le quatrième miroir (M4), un quatrième segment intermédiaire (S4) entre le quatrième miroir et le cinquième miroir (M5), et un segment terminal (S5) entre le cinquième miroir et le plan focal (PF), les miroirs étant disposés de sorte que, à l’intérieur du plan de symétrie (PS), le miroir secondaire (M2) et le quatrième miroir (M4) aient des sections respectives dans ledit plan de symétrie qui sont situées sur un même premier côté du segment initial (S0) du rayon axial, et le miroir tertiaire (M3) ainsi que le cinquième miroir (M5) aient d’autres sections respectives aussi dans ledit plan de symétrie qui sont situées sur un même second côté du segment initial du rayon axial, opposé au premier côté à l’intérieur du plan de symétrie, et les miroirs étant disposés en outre de sorte que, aussi à l’intérieur du plan de symétrie (PS), la section du miroir secondaire (M2) soit située en amont de la section du quatrième miroir (M4), selon une projection perpendiculaire des sections des miroirs sur le segment initial (S0) du rayon axial, et la section du miroir tertiaire (M3) soit située en amont de la section du cinquième miroir (M5), encore selon ladite projection perpendiculaire des sections des miroirs sur le segment initial du rayon axial, et les miroirs primaire (M1), secondaire (M2), tertiaire (M3) et le quatrième miroir (M4) étant orientés de sorte qu’à l’intérieur du plan de symétrie : - le deuxième segment intermédiaire (S2) du rayon axial coupe le segment initial (S0) dudit rayon axial ; - le troisième segment intermédiaire (S3) du rayon axial coupe le premier segment intermédiaire (S1) dudit rayon axial ; et - le quatrième segment intermédiaire (S4) du rayon axial est situé d’un côté du troisième segment intermédiaire (S3) dudit rayon axial qui est opposé au deuxième segment intermédiaire (S2) dudit rayon axial. Télescope (10) selon la revendication 1, dans lequel le cinquième miroir (M5) est orienté de sorte que le segment terminal (S5) du rayon axial soit situé d’un côté du quatrième segment intermédiaire (S4) dudit rayon axial qui est opposé au troisième segment intermédiaire (S3) dudit rayon axial. Télescope (10) selon la revendication 2, dans lequel le cinquième miroir (M5) est orienté en outre de sorte que le segment terminal (S5) du rayon axial passe entre le miroir primaire (M1) et le quatrième miroir (M4), ou bien passe sur un côté du miroir primaire qui est opposé au quatrième miroir. Télescope (10) selon la revendication 1, dans lequel le cinquième miroir (M5) est orienté de sorte que le segment terminal (S5) du rayon axial coupe le troisième segment intermédiaire (S3) dudit rayon axial, et passe sur un côté du miroir secondaire (M2) qui est opposé au quatrième miroir (M4). Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface réfléchissante de chacun des miroirs primaire (M1), secondaire (M2), tertiaire (M3), quatrième miroir (M4) et cinquième miroir (M5) est dépourvue de symétrie de révolution. Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les miroirs primaire (M1) et secondaire (M2) sont adaptés pour former une image intermédiaire de la scène qui est située entre ledit miroir secondaire et le miroir tertiaire (M3). Télescope (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre : - un séparateur dichroïque (3) qui est situé sur le segment terminal (S5) du rayon axial, de façon à produire une image du plan focal (PF’) du télescope (10) ; - au moins un premier capteur d’images (2), qui est superposé au plan focal (PF) du télescope (10) ; et - au moins un second capteur d’images (2’), qui est superposé à l’image du plan focal (PF’) du télescope (10) produite par le séparateur dichroïque (3). Télescope (10) selon la revendication 7, dans lequel le séparateur dichroïque (3) est adapté pour séparer des rayons lumineux qui sont associés à des valeurs de longueur d’onde comprises entre 400 nm et 1400 nm, d’autres rayons lumineux qui sont associés à des valeurs de longueur d’onde comprises entre 1400 nm et 2500 nm. Satellite (100), comprenant un télescope (10) qui est conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, ledit télescope étant embarqué à bord dudit satellite. Procédé de saisie d’images de la surface de la Terre à partir d’un satellite (100) qui est en orbite autour de la Terre, le satellite étant conforme à la revendication 9 et les images étant formées par le télescope (10), suivant lequel chaque image est saisie pendant que le satellite et le télescope sont orientés de sorte qu’une intersection du plan de symétrie (PS) du télescope avec le plan focal (PF) dudit télescope soit parallèle à une direction de déplacement apparent de la surface de la Terre dans ledit plan focal.