Brevet FR3157565A1 — publié le 20250627

Télescope (1), comprenant : - un miroir primaire (10) monté sur un support (11), - un miroir secondaire (20), - une structure articulée (40) qui est agencée entre le support (11) et le miroir secondaire (20) pour autoriser six degrés de liberté du miroir secondaire (20) par rapport au miroir primaire (10), - une pluralité d’actionneurs piézo-électriques (50) montés pour déplacer le miroir secondaire (20) en agissant sur la structure articulée (40), - au moins un capteur (70) d’un alignement du miroir primaire (10) et du miroir secondaire (20), - une unité électronique de traitement électriquement reliée aux actionneurs et agencée pour piloter les actionneurs (50) de manière à maintenir l’alignement entre le miroir primaire (10) et le miroir secondaire (20). FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1 Télescope Cassegrain à actionneurs piézo-électriques pour viseur gyrostabilisé haute performance La présente invention concerne le domaine des dispositifs optiques par exemple destinés à effectuer une visée. Plus précisément, la présente invention concerne le domaine des viseurs gyrostabilisés de haute précision appliqué aux systèmes embarqués. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Il est connu de l’état de la technique des viseurs gyrostabilisés utilisables pour former des dispositifs optroniques couramment dénommés boules gyrostabilisées. De façon connue en soi, une boule gyrostabilisée comprend un capteur photosensible, des éléments optiques portés par une structure mécanique pour définir un chemin optique vers le capteur photosensible, et une unité électronique de traitement reliée au capteur photosensible pour traiter les signaux provenant dudit capteur. En environnement contraint (vibrations sévères, gradients thermiques et/ou facteur de charge), la structure mécanique porteuse des éléments optiques peut se déformer et altérer le chemin optique. Par exemple, dans un télescope, la structure mécanique porte deux miroirs en regard l’un de l’autre définissant ainsi entre eux le chemin optique. Lorsqu’une déformation de la structure mécanique se produit, le chemin optique se retrouve alors lui-même déformé. Ainsi, pour répondre aux objectifs d’amélioration de la qualité d’image de la chaine optronique, une solution actuelle consiste à rigidifier davantage la structure mécanique. Malheureusement, une telle structure mécanique est particulièrement onéreuse et s’accompagne de difficultés de fabrication ou de configuration de la position et de l’orientation d’un miroir par rapport à l’autre. En outre, l’utilisation d’un même matériau est nécessaire sur l’ensemble du télescope afin de limiter les déformations liées aux dilatations différentielles et au gradient thermique, la température n’étant pas uniforme sur toute la structure mécanique. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de remédier au moins en partie aux inconvénients précités. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un télescope comprenant : - un miroir primaire monté sur un support, - un miroir secondaire, - une structure articulée qui est agencée entre le support et le miroir secondaire pour autoriser six degrés de liberté du miroir secondaire par rapport au miroir primaire, - une pluralité d’actionneurs piézo-électriques montés pour déplacer le miroir secondaire en agissant sur la structure articulée, - au moins un capteur d’un alignement du miroir primaire et du miroir secondaire, - une unité électronique de traitement électriquement reliée aux actionneurs et agencée pour piloter les actionneurs de manière à maintenir l’alignement entre le miroir primaire et le miroir secondaire. Ainsi, une nouvelle architecture de télescope est avantageusement proposée. L’architecture retenue permet au miroir secondaire d’être en permanence aligné par rapport audit miroir primaire. En effet, le capteur détecte un désalignement ou une déformation du miroir secondaire par rapport au miroir primaire. L’information est alors reçue par l’unité électronique de traitement qui pilote les actionneurs piézo-électriques de façon à réaligner le miroir secondaire et le miroir primaire. Selon des caractéristiques optionnelles, utilisées individuellement ou tout ou partie en combinaison : le télescope comprenant une couronne secondaire montée autour du miroir secondaire et reliée par une armature à la structure articulée ; l’armature comprend trois bras qui sont agencés sensiblement en triangle tangentiellement à la couronne secondaire et qui ont chacun deux extrémités, les bras sont fixés deux à deux par leurs extrémités formant un sommet du triangle, les sommets étant fixés à la structure articulée ; la structure articulée comprend trois paires de jambes, les jambes de chaque paire ayant des premières extrémités écartées l’une de l’autre et reliées chacune au support par l’intermédiaire d’un des actionneurs piézo-électriques, et des deuxièmes extrémités rapprochées l’une de l’autre et reliées à l’un des sommets de l’armature ; la première extrémité de chacune des jambes est reliée à l’actionneur piézo-électrique par une première liaison sphérique et la deuxième extrémité est reliée à l’armature par une deuxième liaison double pivot, les deux liaisons étant agencées pour autoriser une rotation de l’armature par rapport au support ; chacun des actionneurs piézo-électriques est agencé pour produire un mouvement de translation selon une direction longitudinale de la jambe à laquelle il est relié ; les actionneurs piézo-électriques sont attenants au support ; le capteur est un capteur sans contact porté par un bâti surmontant le support et agencé pour détecter une position d’une cible solidaire du miroir secondaire ; le capteur sans contact est un capteur de position inductif, ou capacitif ou à courants de Foucault ; l’unité électronique pilote les actionneurs en fonction d’une loi de commande agencée pour maintenir l’alignement entre le miroir primaire et le miroir secondaire. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue en perspective d’un télescope, selon l’invention ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue de face du télescope illustré à la FIG. 1 ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue de dessus du télescope illustré à la FIG. 1 ; FIG. 4 la FIG. 4 est une vue en perspective d’un élément du télescope selon l’invention ; FIG. 5 la FIG. 5 est une représentation du télescope pourvu de capteurs selon l’invention ; FIG. 6 la FIG. 6 est une vue de dessus du télescope pourvu de capteurs illustré à la FIG. 5 ; FIG. 7 la FIG. 7 est une vue de face du télescope pourvu de capteurs illustré à la FIG. 5 ; FIG. 8 la FIG. 8 est un schéma fonctionnel d’une loi de commande selon l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence aux figures 1 à 8, il est décrit un télescope 1 selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Le télescope 1 est ici un télescope de type Cassegrain et comprend un miroir primaire 10 monté sur un support 11 et un miroir secondaire 20 agencé pour être en regard du miroir primaire 10. Le miroir primaire 10 comprend une surface supérieure concave réfléchissante et une surface inférieure, opposée à la surface supérieure et portée par le support 11. Le miroir primaire 10 comprend un trou central ayant un axe central X s’étendant orthogonalement à ladite surface inférieure. De manière connue en elle-même, un capteur photosensible est destiné à être positionné en regard du trou central, perpendiculairement à l’axe central X. Le support 11 possède une surface supérieure 11.1 faisant face à ladite surface inférieure du miroir primaire 10, et une surface inférieure opposée à la surface supérieure 11.1. La surface supérieure 11.1 est reliée à ladite surface inférieure du miroir primaire 10 par l’intermédiaire de plots connus en eux-mêmes et agencés pour fixer le miroir primaire 10 au support 11 en limitant au maximum les contraintes sur le miroir primaire 11. Le miroir secondaire 20 comprend une surface inférieure convexe réfléchissante et une surface supérieure, opposée à ladite surface inférieure. De plus, le miroir secondaire 20 comprend également une surface périphérique cylindrique. Le miroir secondaire 20 possède un axe central aligné sur l’axe central X du miroir primaire 10 pour définir un axe optique du télescope 1. L’axe central du miroir secondaire 20 est donc confondu avec l’axe central X précédemment défini. Une couronne secondaire 21 épouse la forme de la surface périphérique cylindrique du miroir secondaire 20. En d’autres termes, la couronne secondaire 21 encercle le miroir secondaire 20. Le télescope 1 comprend également une armature 30 solidarisée, en partie, à une couronne secondaire 21 entourant la surface périphérique cylindrique du miroir secondaire 20 et assurant la fixation du miroir secondaire 20 à l’armature 30. En référence à la FIG. 3 , l’armature 30 comprend trois bras 30.1, 30.2 et 30.3 qui sont agencés sensiblement en triangle tangentiellement à la couronne secondaire 21 et qui ont leur partie centrale incurvée vers la couronne secondaire 21 et fixée à celle-ci. Les bras 30.1, 30.2 et 30.3 ont chacun deux extrémités et sont fixés deux à deux par lesdites extrémités formant un sommet 31 du triangle. Par conséquent, l’armature 30 comprend trois sommets 31.1, 31.2, 31.3 formés chacun par la jonction de deux des bras 30.1, 30.2 et 30.3 de l’armature 30. Chaque bras 30.1, 30.2, 30.3 possède une surface intérieure en regard de la couronne secondaire 21 et une surface extérieure, opposée à la surface intérieure. Le télescope 1 comprend également une structure articulée 40 et une pluralité d’actionneurs piézo-électriques 50. Les actionneurs piézo-électriques 50 sont solidarisés au support 11 par tout moyen adapté et par exemple par vissage, boulonnage… La structure articulée 40 comprend trois paires de jambes 41, 42 et 43. En référence à la FIG. 2 , les jambes de la paire 41 sont référencées 41.1 et 41.2, les jambes de la paire 42 sont référencées 42.1 et 42.2, et les jambes de la paire 43 sont référencées 43.1 et 43.2. Chacune des jambes s’étend selon une direction longitudinale qui lui est propre. Ainsi la jambe 41.1 s’étend selon un axe X 41.1 . De façon équivalente, la jambe 41.2 s’étend selon un axe X 41.2 . De façon équivalente, la jambe 42.1 s’étend selon un axe X 42.1 . De façon équivalente, la jambe 42.2 s’étend selon un axe X 42.2 . De façon équivalente, la jambe 43.1 s’étend selon un axe X 43.1 . De façon équivalente, la jambe 43.2 s’étend selon un axe X 43.2 . Par ailleurs, les paires de jambes 41, 42 et 43 possèdent des premières extrémités écartées l’une de l’autre et reliées chacune au support 11 par l’intermédiaire d’un des actionneurs piézo-électriques 50, et des deuxièmes extrémités rapprochées l’une de l’autre et reliées à l’un des sommets 31.1, 31.2 et 31.3 de l’armature 30. En référence à la FIG. 4 , chacune des jambes 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 et 43.2 est reliée par sa première extrémité à l’un des actionneurs piézo-électriques 50 par l’intermédiaire d’une liaison sphérique 61 (ou liaison rotule). La liaison sphérique 61 autorise une rotation autour de trois axes orthogonaux autorisant trois degrés de liberté. D’autre part, chacune des jambes 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 et 43.2 est reliée par sa deuxième extrémité à l’un des sommets 31.1, 31.2 et 31.3 de l’armature 30 par le biais d’une liaison double pivot 60. La liaison double pivot 60 autorise une rotation autour de deux axes orthogonaux autorisant deux degrés de liberté. Dans le prolongement des jambes 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 et 43.2, les actionneurs piézo-électriques 50 sont responsables de l’actionnement d’une liaison prismatique 62. La liaison prismatique 62 autorise une translation et permet de réaliser un degré de liberté. De ce fait, chacune des jambes 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 et 43.2 de la structure articulée 40 comprend une liaison double pivot 60, une liaison sphérique 61 et une liaison prismatique 62. L’ensemble de ces liaisons autorise six degrés de liberté du miroir secondaire 20 vis-à-vis du miroir primaire 10. Les six degrés de liberté correspondent à trois translations dans un repère orthonormé (non représenté) et trois rotations (non représentées). Les trois rotations correspondent au cap, au roulis ou au tangage. En référence aux figures 5, 6 et 7, le télescope 1 comprend au moins un capteur 70 d’un alignement relatif du miroir primaire 10 et du miroir secondaire 20. De préférence, le télescope 1 comprend au moins deux capteurs 70 de l’alignement relatif du miroir primaire 10 et du miroir secondaire 20. De préférence, le télescope 1 comprend trois capteurs 70. Chaque capteur 70 est un capteur de position sans contact. Ledit capteur 70 est agencé pour détecter une position d’une cible solidaire du miroir secondaire 20. Plus précisément, ledit capteur 70 comprend une partie mobile et une partie fixe. La partie mobile du capteur 70 est attenante à l’un des sommets (31.1, 31.2 et 31.3) de l’armature 30. La partie fixe du capteur 70 est, quant à elle, fixée à un bâti 2 surmontant le support 11. Cette partie fixe correspond à la cible solidaire du miroir secondaire 20. Le bâti 2 surmonte le support 11. De préférence, le bâti 2 est conformé en un cylindre. Enfin, le télescope 1 comprend une unité électronique de traitement (non représentée), électriquement reliée aux actionneurs piézo-électriques 50 et aux capteurs 70 et agencée pour piloter les actionneurs piézo-électriques 50 en fonction des signaux fournis par les capteurs 70 de manière à maintenir l’alignement entre le miroir primaire 10 et le miroir secondaire 20. Le fonctionnement de la présente invention va désormais être décrit. Les capteurs de position 70 permettent de mesurer les déplacements (translations et orientations) de l’armature 30 et donc du miroir secondaire 20 vis-à-vis du miroir primaire 10. Lorsqu’un déplacement est détecté par l’un des capteurs 70, le signal fourni par les capteurs 70 renferme une information correspondante transmise à l’unité de traitement qui pilote les actionneurs piézo-électriques 50 pour maintenir l’alignement selon l’axe X du miroir secondaire 20 vis-à-vis du miroir primaire 10. En référence à la FIG. 6 , les grandeurs mesurées par les différents capteurs 70 sont les suivantes : Ces grandeurs correspondent à des distances mesurées entre la partie fixe du capteur 70 et la partie mobile du capteur 70. Cette mesure s’effectue, de préférence, au niveau des trois sommets (31.1, 31.2 et 31.3) de l’armature 30. Ainsi, chacun des sommets est respectivement nommé A, B et C pour faciliter la notation. La position relative du miroir secondaire par rapport au miroir primaire est ainsi déterminée par la matrice suivante : Pour j = 1, 2 ou 3, chaque élément de la matrice l correspond à une distance mesurée par le capteur 70. Par la suite, nous noterons s la variable de Laplace. Un premier système décrit le lien entre les forces engendrées par les six actionneurs, que l’on notera F i , et un vecteur position et orientation du miroir secondaire 20, que l’on notera X. Le vecteur X est défini par six grandeurs dont trois positions (x, y et z) et trois angles (Θ, Φ, et Ψ). Une matrice F rassemble l’ensemble des forces engendrées F i . Ledit premier système peut être décrit par une matrice de transfert que l’on notera G(s) et qui est obtenue par modélisation d’éléments finis. Le système réel correspondant est noté G*. Le vecteur X est alors défini comme suit : Un deuxième système décrit le lien entre lesdites forces engendrées F i et les neuf longueurs mesurées par les capteurs 70. Ce système peut être décrit par une matrice de transfert, que l’on notera H(s), obtenue également par modélisation d’éléments finis. Le système réel correspondant est noté H*. Le vecteur est alors défini comme suit : Une matrice de gain G(0) correspond au gain continu du système G(s). Par ailleurs, N correspond au facteur de force d’un actionneur, mentionné dans la fiche de spécifications du constructeur. Dans le cas de la FIG. 8 , N=M(s=0) c'est-à-dire que la fonction de transfert M(s) devient une matrice de gain N quand s est nul. En référence à la FIG. 8 , une loi de commande permet de garantir le maintien de l’alignement du miroir secondaire 20 vis-à-vis du miroir primaire 10. La loi de commande illustrée à la FIG. 8 permet de contrôler la position et l’orientation du miroir secondaire 20 par rapport au miroir primaire 10, à l’aide des actionneurs piézo-électriques 50. La loi de commande comprend : une matrice diagonale de correction K(s) 100 dans laquelle chaque composante diagonale est un correcteur K i (s) permettant de stabiliser la boucle suivant le degré de liberté n°i ; chaque correcteur est choisi comme étant un correcteur proportionnel et le gain est choisi de manière à stabiliser la boucle totale ; une matrice de gains G(0) -1 101 issue de la modélisation d’éléments finis du système G(s), agencée pour linéariser et découpler le système jusqu’aux premiers modes mécaniques ; une matrice de gains 102 agencée pour convertir les efforts calculés en tension pilotable pour chacun des actionneurs 50 ; un actionneur réel M*(s) 103 ; un modèle réel du télescope T*(s) 104 défini comme suit ; une pluralité de capteurs C*(s) 105 et un estimateur f 106 agencé pour retrouver l’état X à partir des longueurs mesurées . L’estimateur 106 peut, par exemple, être obtenu par la relation suivante : Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, le télescope peut avoir une structure différente de celle décrite ci-avant et par exemple une structure de télescope dit « off-axis » (voir les télescopes de type reflecting télescope ou télescope à réflexion) notamment pour des applications liées aux télécommunications numériques à base de laser. L’ensemble des liaisons prismatiques et l’ensemble des actionneurs sont avantageusement déportés au plus près du support afin de réduire la masse sur les paires de jambes. Les liaisons prismatiques et les actionneurs pourraient néanmoins être disposés au voisinage de l’armature 30. Le capteur de position sans contact peut être inductif, capacitif ou bien à courants de Foucault. Leur nombre peut aussi être revu, six capteurs permettant par exemple de retrouver les six degrés de liberté décrivant la position et l’orientation du miroir secondaire 20 par rapport au miroir primaire 10. Télescope (1), comprenant : un miroir primaire (10) monté sur un support (11), un miroir secondaire (20), une structure articulée (40) qui est agencée entre le support (11) et le miroir secondaire (20) pour autoriser six degrés de liberté du miroir secondaire (20) par rapport au miroir primaire (10), une pluralité d’actionneurs piézo-électriques (50) montés pour déplacer le miroir secondaire (20) en agissant sur la structure articulée (40), au moins un capteur (70) d’un alignement du miroir primaire (10) et du miroir secondaire (20), une unité électronique de traitement électriquement reliée aux actionneurs et agencée pour piloter les actionneurs (50) de manière à maintenir l’alignement entre le miroir primaire (10) et le miroir secondaire (20). Télescope (1) selon la revendication 1, comprenant une couronne secondaire (21) montée autour du miroir secondaire (20) et reliée par une armature (30) à la structure articulée (40). Télescope (1) selon la revendication 2, dans lequel l’armature (30) comprend trois bras (30.1, 30.2 et 30.3) qui sont agencés sensiblement en triangle tangentiellement à la couronne secondaire (21) et qui ont chacun deux extrémités, les bras sont fixés deux à deux par leurs extrémités formant un sommet du triangle (31), les sommets (31.1, 31.2 et 31.3) étant fixés à la structure articulée (40). Télescope (1) selon la revendication 3, dans lequel la structure articulée (40) comprend trois paires de jambes (41, 42 et 43), les jambes de chaque paire ayant des premières extrémités écartées l’une de l’autre et reliées chacune au support (11) par l’intermédiaire d’un des actionneurs piézo-électriques (50), et des deuxièmes extrémités rapprochées l’une de l’autre et reliées à l’un des sommets (31.1, 31.2 et 31.3) de l’armature (30). Télescope (1) selon la revendication 4, dans lequel la première extrémité de chacune des jambes est reliée à l’actionneur piézo-électrique (50) par une première liaison sphérique (61) et la deuxième extrémité est reliée à l’armature (30) par une deuxième liaison double pivot (60), les deux liaisons étant agencées pour autoriser une rotation de l’armature (30) par rapport au support (11). Télescope (1) selon l’une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel chacun des actionneurs piézo-électriques (50) est agencé pour produire un mouvement de translation selon une direction longitudinale de la jambe (41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 et 43.2) à laquelle il est relié. Télescope (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les actionneurs piézo-électriques (50) sont attenants au support (11). Télescope (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (70) est un capteur sans contact porté par un bâti (2) surmontant le support (11) et agencé pour détecter une position d’une cible solidaire du miroir secondaire (20). Télescope (1) selon la revendication 8, dans lequel le capteur (70) sans contact est un capteur de position inductif, ou capacitif ou à courants de Foucault. Télescope (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité électronique pilote les actionneurs (50) en fonction d’une loi de commande agencée pour maintenir l’alignement entre le miroir primaire (10) et le miroir secondaire (20).