Qu' est-ce qu 'une bonne optique? :

Avant tout, dans cette partie sur les notions d'optique, je ne parlerai que des miroirs de télescopes et non pas des objectifs de lunettes que je ne connais pratiquement pas pour l' instant.

J'ai derrière moi une expérience de plusieurs années et la taille de plusieurs dizaines de miroirs de télescope.

Riche de cette expérience je peux dire sans me tromper que chaque optique est unique et que le travail de l'optique ne pardonne pas le moindre défaut, la sanction est pratiquement immédiate en observant une étoile ou une planète.

J'ai encore beaucoup de choses à apprendre, mais c'est ce qui rend ce domaine si passionnant pour moi.

 

 

Pour moi il y a deux moyens complémentaires pour savoir si une optique tient la route:

• tout d'abord en observant la tache de diffraction d'une étoile, ce qui permet de savoir si l'optique est bien corrigée de l'aberration de sphéricité, le moyen est très simple à mettre en oeuvre puisqu' il s' agit d'observer l'aspect que prend la tache de diffraction en position intra focale et en position extra focale, voici quelques aspects que l'on rencontre le plus fréquemment:

 

 

Position intra focale - mise au point - position extra focale

Premier cas, le meilleur bien sûr !, les images intra et extra focales sont identiques, l'optique est bien corrigée de l'aberration de sphéricité, l'anneau extérieur est toujours plus épais que les anneaux intérieurs. Deuxième cas, le plus fréquent à mon avis!, en position intra focale le dernier anneau est irisée et donc beaucoup plus épais, en même temps les anneaux intérieurs deviennent plus flou, ce cas est un défaut de bord rabattu, bien sûr cette aspect sera plus ou moins prononcé suivant l'importance du défaut. Troisième cas que l'on trouve principalement sur des télescopes de l'industrie dont les optiques sont en principe sphériques et fabriquées à la machine, nous trouvons l'effet inverse, c'est à dire un bord relevé.

 

Si vous avez le premier cas vous devez pouvoir apercevoir la tache d'Airy en effectuant une bonne mise au point et si le ciel le permet vous verrez l'étoile entourée de un ou deux anneaux,

ne pas hésiter à pousser les grossissements jusqu' a 600 ou 800 fois.

• Si le premier test est positif on peut passer au second test, observation sur une planète, de préférence Jupiter. Choisir une nuit avec de bonnes conditions (ciel transparent et peu de turbulences ) même si il y a un peu de turbulence, il y a toujours quelques trous et si à ce moment là, il y a des détails qui vous sautent aux yeux c'est déjà prometteur! De toutes façons, là aussi pousser le grossissement au minimum à 400 fois, ne pas oublier d'effectuer une bonne collimation du système optique, la planète doit avoir des contours nets, plusieurs bandes doivent être visibles, on doit sans forcer voir des détails dans les bandes principales et bien sur voir différentes teintes de couleurs sur la planète. Si le miroir ne présente pas de défauts au niveau de sa forme d'ensemble, cela ne veut pas dire que l' image sera bonne pour autant, il y a un autre aspect qui favorise ou non l'image, c'est celui de l'état de surface. Si sur la planète peu de détails sont visibles, que l'on n'a du mal à faire la mise au point, que la planète diffuse de la lumière autour d'elle, que l'ont à un certain manque de contraste et un manque de couleur, l'optique à un problème au niveau de l'état de surface. Les deux principaux problèmes sont le mamelonnage et le micromamelonnage.

Le mammelonnage est facilement repérable à l' appareil de foucault ( à condition d' avoir une source lumineuse assez puissante), il se présente sous forme d' irrégularités sur la surface du miroir.

Sur cette image le miroir présente du mammelonnage assez important	Ici un miroir ne présentant pas de mammelonnage, la surface est douce et régulière.

Le micrommamelonnage est décelable en remplaçant le couteau de l' appareil de foucault par une lame de phase.

Même miroir que sur la photo du haut, le micrommamelonnage est parfaitement visible ainsi que des rayures.	Au contraste de phase la surface reste lisse, ici le miroir est au alentour de 5 angströms.

 

 

Les différents critères:

L'opticien, lorsqu'il fabrique une optique, doit lorsqu'il fait le travail de finition respecter certains critères. Il doit amener la forme d'ensemble de l'optique à certaines valeurs tout en essayant au maximum de limiter tous les petits accidents de surfaces ( rayures, mamelonnage et micromamelonnage), voici les différents critères imposés:

• Le critère Rayleigh: c'est celui qui définit le pouvoir séparateur d'une optique.
• Le critère de Couder: tous les rayons lumineux en provenance de toute la surface du miroir doivent converger à l' intérieur du disque d'Airy.
• Le critère de Françon: stipule que l'optique doit être à lambda/16 au minimum.

 

La déformation des surfaces:

Pour satisfaire tous ces critères la théorie nous impose des formes à donner aux surfaces optiques

• Cas pour les miroirs de télescopes Newton:

Dans la plupart des cas, un miroir de télescope ne donnera pas de bonnes images au foyer si on laisse la surface optique sphérique.

Cas du miroir sphérique

Le problème avec un miroir sphérique c'est que tout les rayons issus de la surface optique n'arrivent pas au même endroit au foyer, ce défaut sera d'autant plus accentué que le rapport F/D du miroir sera court, c'est ce que l'on appelle l'aberration de sphéricité.

Les rayons issus du bord du miroir vont arriver sur l'axe du miroir avant les rayons issus du centre du miroir, le foyer s'étale donc et il ne sera pas possible de faire la mise au point, l'image restera flou!

Pour résoudre ce problème l'opticien aura un recours, celui de déformer la surface, c'est la parabolisation. Le principe est

d'évaser le miroir selon des valeurs bien précises, pour que tous les rayons lumineux en provenance de la surface optique arrivent dans un point de quelques microns de diamètre.

 

Cas d' un miroir parabolique

La déformation sur la surface optique est ici fortement amplifiée, dans la réalité la parabole engendrée sur la surface de l'optique est de l'ordre de quelques microns. Cette courbure doit être très précise et être parfaitement régulière sur l'ensemble de la surface du miroir.

• Cas du secondaire cassegrain:

Un secondaire cassegrain est un véritable miroir, au même titre que le miroir primaire.

La précision de cette petite pièce doit être aussi bonne que le miroir principale. Son rôle est de récupérer tout les rayons lumineux du grand miroir et de multiplier le rapport F/D du primaire dans de bonne proportions et ainsi d'avoir des rapports d'agrandissement multiplié par 4, 5 ou même 6.

La aussi si nous laissions ce miroir convexe sphérique l'image serait mauvaise au foyer du cassegrain. le miroir primaire est corrigé pour donner de bonnes images en son foyer Newton et non au foyer du cassegrain. Là encore il va falloir déformer la surface du secondaire dans des proportions très précises, c'est ce que l'ont appelle l'hyperbolisation, cette déformation est

l'inverse de la parabolisation, cette fois-ci il ne s' agira pas d'évaser le miroir mais le contraire.

Les déformations sont fortement amplifiées pour la compréhension.

 

Les moyens de contrôle:

Le moyen de contrôle le plus connu pour mesurer la forme d'un miroir parabolique est l'appareil de Foucault

 

L' appareil de foucault permet non seulement de mesurer la surface d' un miroir de télescope, mais aussi d' apprécier visuellement l' état de surface. Le principe de l' appareil de foucault est assez simple, il s' agit de ce placer au centre de courbure (double de la focale) du miroir à analyser et d' envoyer une onde lumineuse vers l' optique et après réflexion de la couper avec le couteau.

 

 

 

Voici ce que l' on voit en plaçant l' œil derrière le couteau de l' appareil de foucault.

 

L' appareil de foucault permet aussi de voir des défauts de surfaces de très petits amplitudes, en remplaçant le couteau par une lame de phase.