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FR3157565A1 - Cassegrain telescope with piezoelectric actuators for high-performance gyro-stabilized viewfinder - Google Patents

Cassegrain telescope with piezoelectric actuators for high-performance gyro-stabilized viewfinder Download PDF

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Publication number
FR3157565A1
FR3157565A1 FR2314936A FR2314936A FR3157565A1 FR 3157565 A1 FR3157565 A1 FR 3157565A1 FR 2314936 A FR2314936 A FR 2314936A FR 2314936 A FR2314936 A FR 2314936A FR 3157565 A1 FR3157565 A1 FR 3157565A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
telescope
mirror
secondary mirror
support
actuators
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2314936A
Other languages
French (fr)
Inventor
Guillaume Pierre RANCE
Arnaud Quadrat
Dominique AMORIM
Guillaume SIEJAK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Electronics and Defense SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electronics and Defense SAS filed Critical Safran Electronics and Defense SAS
Priority to FR2314936A priority Critical patent/FR3157565A1/en
Priority to PCT/EP2024/087947 priority patent/WO2025133149A1/en
Publication of FR3157565A1 publication Critical patent/FR3157565A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/1822Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
    • GPHYSICS
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Abstract

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 Telescope (1), comprising: - a primary mirror (10) mounted on a support (11), - a secondary mirror (20), - an articulated structure (40) arranged between the support (11) and the secondary mirror (20) to allow six degrees of freedom of the secondary mirror (20) relative to the primary mirror (10), - a plurality of piezoelectric actuators (50) mounted to move the secondary mirror (20) by acting on the articulated structure (40), - at least one sensor (70) for aligning the primary mirror (10) and the secondary mirror (20), - an electronic processing unit electrically connected to the actuators and arranged to control the actuators (50) so as to maintain alignment between the primary mirror (10) and the secondary mirror (20). ABRIDGED FIGURE: Fig. 1

Description

Télescope Cassegrain à actionneurs piézo-électriques pour viseur gyrostabilisé haute performanceCassegrain telescope with piezoelectric actuators for high-performance gyro-stabilized viewfinder

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.The present invention relates to the field of optical devices, for example intended for aiming. More specifically, the present invention relates to the field of high-precision gyro-stabilized sights applied to on-board systems.

ARRIERE PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE 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.Gyro-stabilized sights are known from the state of the art that can be used to form optronic devices commonly referred to as gyro-stabilized balls. In a manner known per se, a gyro-stabilized ball comprises a photosensitive sensor, optical elements carried by a mechanical structure to define an optical path to the photosensitive sensor, and an electronic processing unit connected to the photosensitive sensor to process the signals from said sensor.

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.In a stressed environment (severe vibrations, thermal gradients and/or load factor), the mechanical structure supporting the optical elements can deform and alter the optical path. For example, in a telescope, the mechanical structure supports two mirrors facing each other, thus defining the optical path between them. When a deformation of the mechanical structure occurs, the optical path itself is then deformed.

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.Thus, to meet the objectives of improving the image quality of the optronic chain, a current solution consists of further stiffening the mechanical structure.

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.Unfortunately, such a mechanical structure is particularly expensive and is accompanied by difficulties in manufacturing or configuring the position and orientation of one mirror relative to the other. In addition, the use of the same material is necessary throughout the telescope in order to limit deformations linked to differential expansion and the thermal gradient, since the temperature is not uniform across the entire mechanical structure.

OBJET DE L’INVENTIONSUBJECT OF THE INVENTION

L’invention a notamment pour but de remédier au moins en partie aux inconvénients précités.The invention aims in particular to remedy at least in part the aforementioned drawbacks.

A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un télescope comprenant :For this purpose, according to the invention, a telescope is provided comprising:

- un miroir primaire monté sur un support,- a primary mirror mounted on a support,

- un miroir secondaire,- a secondary mirror,

- 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,- an articulated structure which is arranged between the support and the secondary mirror to allow six degrees of freedom of the secondary mirror relative to the primary mirror,

- une pluralité d’actionneurs piézo-électriques montés pour déplacer le miroir secondaire en agissant sur la structure articulée,- a plurality of piezoelectric actuators mounted to move the secondary mirror by acting on the articulated structure,

- au moins un capteur d’un alignement du miroir primaire et du miroir secondaire,- at least one sensor of an alignment of the primary mirror and the secondary mirror,

- 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.- an electronic processing unit electrically connected to the actuators and arranged to control the actuators so as to maintain alignment between the primary mirror and the secondary mirror.

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.Thus, a new telescope architecture is advantageously proposed. The chosen architecture allows the secondary mirror to be permanently aligned with respect to the said primary mirror. Indeed, the sensor detects a misalignment or deformation of the secondary mirror with respect to the primary mirror. The information is then received by the electronic processing unit which controls the piezoelectric actuators in order to realign the secondary mirror and the primary mirror.

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.
According to optional features, used individually or in whole or in part in combination:
  • the telescope comprising a secondary crown mounted around the secondary mirror and connected by a frame to the articulated structure;
  • the frame comprises three arms which are arranged substantially in a triangle tangentially to the secondary crown and which each have two ends, the arms are fixed two by two by their ends forming a vertex of the triangle, the vertices being fixed to the articulated structure;
  • the articulated structure comprises three pairs of legs, the legs of each pair having first ends spaced apart from each other and each connected to the support via one of the piezoelectric actuators, and second ends close to each other and connected to one of the vertices of the frame;
  • the first end of each of the legs is connected to the piezoelectric actuator by a first spherical connection and the second end is connected to the armature by a second double pivot connection, the two connections being arranged to allow rotation of the armature relative to the support;
  • each of the piezoelectric actuators is arranged to produce a translational movement in a longitudinal direction of the leg to which it is connected;
  • the piezoelectric actuators are attached to the support;
  • the sensor is a contactless sensor carried by a frame surmounting the support and arranged to detect a position of a target secured to the secondary mirror;
  • the non-contact sensor is an inductive, or capacitive or eddy current position sensor;
  • The electronic unit controls the actuators according to a control law arranged to maintain alignment between the primary mirror and the secondary mirror.

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.Other characteristics and advantages of the invention will emerge upon reading the following description of a particular and non-limiting embodiment of the invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :Reference will be made to the attached drawings, including:

FIG. 1laFIG. 1est une vue en perspective d’un télescope, selon l’invention ; FIG. 1 there FIG. 1 is a perspective view of a telescope, according to the invention;

FIG. 2laFIG. 2est une vue de face du télescope illustré à laFIG. 1; FIG. 2 there FIG. 2 is a front view of the telescope shown in FIG. 1 ;

FIG. 3laFIG. 3est une vue de dessus du télescope illustré à laFIG. 1; FIG. 3 there FIG. 3 is a top view of the telescope shown in FIG. 1 ;

FIG. 4laFIG. 4est une vue en perspective d’un élément du télescope selon l’invention ; FIG. 4 there FIG. 4 is a perspective view of an element of the telescope according to the invention;

FIG. 5laFIG. 5est une représentation du télescope pourvu de capteurs selon l’invention ; FIG. 5 there FIG. 5 is a representation of the telescope provided with sensors according to the invention;

FIG. 6laFIG. 6est une vue de dessus du télescope pourvu de capteurs illustré à laFIG. 5; FIG. 6 there FIG. 6 is a top view of the sensor-equipped telescope shown in FIG. 5 ;

FIG. 7laFIG. 7est une vue de face du télescope pourvu de capteurs illustré à laFIG. 5; FIG. 7 there FIG. 7 is a front view of the sensor-equipped telescope shown in FIG. 5 ;

FIG. 8laFIG. 8est un schéma fonctionnel d’une loi de commande selon l’invention. FIG. 8 there FIG. 8 is a functional diagram of a control law according to the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En référence aux figures 1 à 8, il est décrit un télescope 1 selon un mode de réalisation particulier de l’invention.With reference to figures 1 to 8, a telescope 1 is described according to a particular embodiment of the 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.The telescope 1 is here a Cassegrain type telescope and comprises a primary mirror 10 mounted on a support 11 and a secondary mirror 20 arranged to be opposite the primary mirror 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.The primary mirror 10 comprises a concave reflecting upper surface and a lower surface, opposite the upper surface and carried by the support 11. The primary mirror 10 comprises a central hole having a central axis X extending orthogonally to said lower surface. In a manner known per se, a photosensitive sensor is intended to be positioned opposite the central hole, perpendicular to the central axis 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.The support 11 has an upper surface 11.1 facing said lower surface of the primary mirror 10, and a lower surface opposite the upper surface 11.1. The upper surface 11.1 is connected to said lower surface of the primary mirror 10 by means of studs known per se and arranged to fix the primary mirror 10 to the support 11 while limiting as much as possible the constraints on the primary mirror 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.The secondary mirror 20 comprises a convex reflective lower surface and an upper surface, opposite said lower surface. In addition, the secondary mirror 20 also comprises a cylindrical peripheral surface. The secondary mirror 20 has a central axis aligned with the central axis X of the primary mirror 10 to define an optical axis of the telescope 1. The central axis of the secondary mirror 20 is therefore coincident with the central axis X previously defined.

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.A secondary crown 21 matches the shape of the cylindrical peripheral surface of the secondary mirror 20. In other words, the secondary crown 21 encircles the secondary mirror 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 laFIG. 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.The telescope 1 also comprises a frame 30 secured, in part, to a secondary crown 21 surrounding the cylindrical peripheral surface of the secondary mirror 20 and ensuring the attachment of the secondary mirror 20 to the frame 30. With reference to the FIG. 3 , the frame 30 comprises three arms 30.1, 30.2 and 30.3 which are arranged substantially in a triangle tangentially to the secondary crown 21 and which have their central part curved towards the secondary crown 21 and fixed thereto. The arms 30.1, 30.2 and 30.3 each have two ends and are fixed two by two by said ends forming a vertex 31 of the triangle. Consequently, the frame 30 comprises three vertices 31.1, 31.2, 31.3 each formed by the junction of two of the arms 30.1, 30.2 and 30.3 of the frame 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.Each arm 30.1, 30.2, 30.3 has an inner surface facing the secondary crown 21 and an outer surface, opposite the inner surface.

Le télescope 1 comprend également une structure articulée 40 et une pluralité d’actionneurs piézo-électriques 50.The telescope 1 also comprises an articulated structure 40 and a plurality of piezoelectric actuators 50.

Les actionneurs piézo-électriques 50 sont solidarisés au support 11 par tout moyen adapté et par exemple par vissage, boulonnage…The piezoelectric actuators 50 are secured to the support 11 by any suitable means and for example by screwing, bolting, etc.

La structure articulée 40 comprend trois paires de jambes 41, 42 et 43.The articulated structure 40 comprises three pairs of legs 41, 42 and 43.

En référence à laFIG. 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.In reference to the FIG. 2 , the legs of pair 41 are referenced 41.1 and 41.2, the legs of pair 42 are referenced 42.1 and 42.2, and the legs of pair 43 are referenced 43.1 and 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 X41.1. De façon équivalente, la jambe 41.2 s’étend selon un axe X41.2. De façon équivalente, la jambe 42.1 s’étend selon un axe X42.1. De façon équivalente, la jambe 42.2 s’étend selon un axe X42.2. De façon équivalente, la jambe 43.1 s’étend selon un axe X43.1. De façon équivalente, la jambe 43.2 s’étend selon un axe X43.2.Each of the legs extends in a longitudinal direction specific to it. Thus, leg 41.1 extends along an axis X 41.1 . Equivalently, leg 41.2 extends along an axis X 41.2 . Equivalently, leg 42.1 extends along an axis X 42.1 . Equivalently, leg 42.2 extends along an axis X 42.2 . Equivalently, leg 43.1 extends along an axis X 43.1 . Equivalently, leg 43.2 extends along an axis 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.Furthermore, the pairs of legs 41, 42 and 43 have first ends spaced apart from each other and each connected to the support 11 via one of the piezoelectric actuators 50, and second ends close to each other and connected to one of the vertices 31.1, 31.2 and 31.3 of the frame 30.

En référence à laFIG. 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.In reference to the FIG. 4 , each of the legs 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 and 43.2 is connected by its first end to one of the piezoelectric actuators 50 via a spherical connection 61 (or ball joint connection). The spherical connection 61 allows rotation around three orthogonal axes allowing three degrees of freedom.

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.On the other hand, each of the legs 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 and 43.2 is connected by its second end to one of the vertices 31.1, 31.2 and 31.3 of the frame 30 by means of a double pivot connection 60. The double pivot connection 60 allows rotation around two orthogonal axes allowing two degrees of freedom.

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.In the extension of the legs 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 and 43.2, the piezoelectric actuators 50 are responsible for the actuation of a prismatic link 62. The prismatic link 62 allows a translation and makes it possible to achieve a degree of freedom.

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.As a result, each of the legs 41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 and 43.2 of the articulated structure 40 comprises a double pivot link 60, a spherical link 61 and a prismatic link 62. All of these links allow six degrees of freedom of the secondary mirror 20 with respect to the primary mirror 10. The six degrees of freedom correspond to three translations in an orthonormal frame of reference (not shown) and three rotations (not shown). The three rotations correspond to heading, rolling or pitching.

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.With reference to figures 5, 6 and 7, the telescope 1 comprises at least one sensor 70 of a relative alignment of the primary mirror 10 and the secondary mirror 20. Preferably, the telescope 1 comprises at least two sensors 70 of the relative alignment of the primary mirror 10 and the secondary mirror 20. Preferably, the telescope 1 comprises three sensors 70.

Chaque capteur 70 est un capteur de position sans contact.Each sensor 70 is a non-contact position sensor.

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.Said sensor 70 is arranged to detect a position of a target secured to the secondary mirror 20. More precisely, said sensor 70 comprises a movable part and a fixed part. The movable part of the sensor 70 is adjacent to one of the vertices (31.1, 31.2 and 31.3) of the frame 30. The fixed part of the sensor 70 is, for its part, fixed to a frame 2 surmounting the support 11. This fixed part corresponds to the target secured to the secondary mirror 20.

Le bâti 2 surmonte le support 11. De préférence, le bâti 2 est conformé en un cylindre.The frame 2 surmounts the support 11. Preferably, the frame 2 is shaped into a cylinder.

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.Finally, the telescope 1 comprises an electronic processing unit (not shown), electrically connected to the piezoelectric actuators 50 and to the sensors 70 and arranged to control the piezoelectric actuators 50 as a function of the signals provided by the sensors 70 so as to maintain the alignment between the primary mirror 10 and the secondary mirror 20.

Le fonctionnement de la présente invention va désormais être décrit.The operation of the present invention will now be described.

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.The position sensors 70 make it possible to measure the movements (translations and orientations) of the frame 30 and therefore of the secondary mirror 20 with respect to the primary mirror 10. When a movement is detected by one of the sensors 70, the signal provided by the sensors 70 contains corresponding information transmitted to the processing unit which controls the piezoelectric actuators 50 to maintain the alignment along the X axis of the secondary mirror 20 with respect to the primary mirror 10.

En référence à laFIG. 6, les grandeurs mesurées par les différents capteurs 70 sont les suivantes :In reference to the FIG. 6 , the quantities measured by the different sensors 70 are as follows:

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.These quantities correspond to distances measured between the fixed part of the sensor 70 and the mobile part of the sensor 70. This measurement is preferably carried out at the level of the three vertices (31.1, 31.2 and 31.3) of the frame 30. Thus, each of the vertices is respectively named A, B and C to facilitate notation.

La position relative du miroir secondaire par rapport au miroir primaire est ainsi déterminée par la matrice suivante :The relative position of the secondary mirror with respect to the primary mirror is thus determined by the following matrix:

Pour j = 1, 2 ou 3, chaque élément de la matrice l correspond à une distance mesurée par le capteur 70.For j = 1, 2 or 3, each element of the matrix l corresponds to a distance measured by the sensor 70.

Par la suite, nous noteronssla variable de Laplace.Subsequently, we will denote the Laplace variable by s .

Un premier système décrit le lien entre les forces engendrées par les six actionneurs, que l’on notera Fi, et un vecteur position et orientation du miroir secondaire 20, que l’on notera X.A first system describes the link between the forces generated by the six actuators, which we will denote F i , and a position and orientation vector of the secondary mirror 20, which we will denote X.

Le vecteur X est défini par six grandeurs dont trois positions (x, y et z) et trois angles (Θ, Φ, et Ψ).The vector X is defined by six quantities including three positions (x, y and z) and three angles (Θ, Φ, and Ψ).

Une matrice F rassemble l’ensemble des forces engendrées Fi.A matrix F brings together all the generated forces 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.The said first system can be described by a transfer matrix which will be noted G(s) and which is obtained by finite element modeling.

Le système réel correspondant est noté G*.The corresponding real system is denoted G*.

Le vecteur X est alors défini comme suit :The vector X is then defined as follows:

Un deuxième système décrit le lien entre lesdites forces engendrées Fiet 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.A second system describes the link between the said generated forces F i and the nine lengths measured by the sensors 70. This system can be described by a transfer matrix, which we will denote by H(s), also obtained by finite element modeling.

Le système réel correspondant est noté H*.The corresponding real system is denoted H*.

Le vecteur est alors défini comme suit :The vector is then defined as follows:

Une matrice de gain G(0) correspond au gain continu du système G(s).A gain matrix G(0) corresponds to the continuous gain of the system 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 laFIG. 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.Furthermore, N corresponds to the force factor of an actuator, mentioned in the manufacturer's specification sheet. In the case of the FIG. 8 , N=M(s=0) that is to say that the transfer function M(s) becomes a gain matrix N when s is zero.

En référence à laFIG. 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 laFIG. 8permet 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.In reference to the FIG. 8 , a control law makes it possible to guarantee that the alignment of the secondary mirror 20 with respect to the primary mirror 10 is maintained. The control law illustrated in FIG. 8 allows the position and orientation of the secondary mirror 20 to be controlled relative to the primary mirror 10, using the piezoelectric actuators 50.

La loi de commande comprend :

  • une matrice diagonale de correction K(s) 100 dans laquelle chaque composante diagonale est un correcteur Ki(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)-1101 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 .
The control law includes:
  • a diagonal correction matrix K(s) 100 in which each diagonal component is a corrector K i (s) making it possible to stabilize the loop according to the degree of freedom n°i; each corrector is chosen as being a proportional corrector and the gain is chosen so as to stabilize the total loop;
  • a gain matrix G(0) -1 101 resulting from the finite element modeling of the system G(s), arranged to linearize and decouple the system up to the first mechanical modes;
  • a payoff matrix 102 arranged to convert the calculated forces into controllable voltage for each of the actuators 50;
  • a real actuator M*(s) 103;
  • a real model of the telescope T*(s) 104 defined as follows ;
  • a plurality of sensors C*(s) 105 and
  • an estimator f 106 arranged to find the state X from the measured lengths .

L’estimateur 106 peut, par exemple, être obtenu par la relation suivante :The estimator 106 can, for example, be obtained by the following relation:

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.Of course, the invention is not limited to the embodiment described but encompasses any variant falling within the scope of the invention as defined by the claims.

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 typereflecting télescopeou télescope à réflexion) notamment pour des applications liées aux télécommunications numériques à base de laser.In particular, the telescope may have a structure different from that described above and for example a so-called “off-axis” telescope structure (see reflecting telescopes or reflection telescopes) in particular for applications linked to laser-based digital telecommunications.

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.All of the prismatic connections and all of the actuators are advantageously offset as close as possible to the support in order to reduce the mass on the pairs of legs. The prismatic connections and the actuators could nevertheless be arranged in the vicinity of the frame 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.The contactless position sensor can be inductive, capacitive or eddy current. Their number can also be revised, six sensors for example allowing to find the six degrees of freedom describing the position and orientation of the secondary mirror 20 relative to the primary mirror 10.

Claims (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).
Telescope (1), comprising:
  • a primary mirror (10) mounted on a support (11),
  • a secondary mirror (20),
  • an articulated structure (40) which is arranged between the support (11) and the secondary mirror (20) to allow six degrees of freedom of the secondary mirror (20) relative to the primary mirror (10),
  • a plurality of piezoelectric actuators (50) mounted to move the secondary mirror (20) by acting on the articulated structure (40),
  • at least one sensor (70) of an alignment of the primary mirror (10) and the secondary mirror (20),
  • an electronic processing unit electrically connected to the actuators and arranged to control the actuators (50) so as to maintain the alignment between the primary mirror (10) and the secondary mirror (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).Telescope (1) according to claim 1, comprising a secondary crown (21) mounted around the secondary mirror (20) and connected by a frame (30) to the articulated structure (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).Telescope (1) according to claim 2, in which the frame (30) comprises three arms (30.1, 30.2 and 30.3) which are arranged substantially in a triangle tangentially to the secondary crown (21) and which each have two ends, the arms are fixed two by two by their ends forming a vertex of the triangle (31), the vertices (31.1, 31.2 and 31.3) being fixed to the articulated structure (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).Telescope (1) according to claim 3, in which the articulated structure (40) comprises three pairs of legs (41, 42 and 43), the legs of each pair having first ends spaced apart from each other and each connected to the support (11) via one of the piezoelectric actuators (50), and second ends close to each other and connected to one of the vertices (31.1, 31.2 and 31.3) of the frame (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).Telescope (1) according to claim 4, wherein the first end of each of the legs is connected to the piezoelectric actuator (50) by a first spherical connection (61) and the second end is connected to the armature (30) by a second double pivot connection (60), the two connections being arranged to allow rotation of the armature (30) relative to the 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.Telescope (1) according to any one of claims 4 and 5, wherein each of the piezoelectric actuators (50) is arranged to produce a translational movement in a longitudinal direction of the leg (41.1, 41.2, 42.1, 42.2, 43.1 and 43.2) to which it is connected. Télescope (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les actionneurs piézo-électriques (50) sont attenants au support (11).Telescope (1) according to any one of the preceding claims, in which the piezoelectric actuators (50) are attached to the 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).Telescope (1) according to any one of the preceding claims, in which the sensor (70) is a non-contact sensor carried by a frame (2) surmounting the support (11) and arranged to detect a position of a target secured to the secondary mirror (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.Telescope (1) according to claim 8, wherein the non-contact sensor (70) is an inductive, or capacitive or eddy current position sensor. 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).Telescope (1) according to any one of the preceding claims, in which the electronic unit controls the actuators (50) according to a control law arranged to maintain the alignment between the primary mirror (10) and the secondary mirror (20).
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