babar001

question sur l'aberration de sphéricité

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Bonjour

L'aberration de sphéricité diminue  le contraste et la definition des fins details.

Ma question est: avec un réfracteur le problème ne depend t-il (pour une même combinaison de verre)  que du rapport f/d ou augmente -il également avec le diametre de l'objectif, comme avec le chromatisme.

Autrement dit  une 150 à f/d 8 aura la même aberration de sphéricité qu'une 200 à f/d 10 ( à la louche) ou la 200 ayant un f/d plus grand serra meilleur pour ce défaut.

merci

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Il y a 2 heures, Bingocrepuscule a dit :

En premier lieu c'est le F# qui prime

Pas toujours, dans les grands diamètres, on va dire vers 200mm, il y a du troisième ordre d'aberration qui vient se joindre à la partie, c'est assez difficile de prévoir à coup sûr si l'augmentation du f/D sera suffisante.

Mais le classique BK7-F2 se comporte encore bien et c'est encore le chromatisme qui pêche par son ampleur (obligé de dépasser f/15 pour conserver la qualité planétaire nécessaire ou caler vers l'orange et sacrifier le bleu).

 

En plus grand, les combinaisons anciennes verres au baryum/flint lourd comme je pense le grand réfracteur Merz de Strasbourg (1880) est encore mieux car les courbes sont moins prononcées (index élevé)

 

J'ai constaté récemment qu'Istar Optical a trouvé une combinaison de ce type H-BAK8/H-ZF2 chez CGDM qui fonctionne bien à 220mm. Je me demande si CGDM n'aurait pas fait l'effort d'excavation de données historiques. Je rappelle qu'ils doivent leur connaissance à un transfert provenant ... de leur formation à l'institut Friedrich Schiller (CZJ)

 

Les index élevés combinés avec une dispersion chromatique adéquate des deux verres diminuent l'aberration sphérique et rendent ces verres performant au niveau chromatisme résiduel dans les grands diamètres ou à f/D plus court (c'est la raison de ma recherche l'an dernier pour la combinaison BAK2-F5, le BAK2 ayant resurgit chez Ohara)

 

*** En bref, attention dans cette plage de diamètre 200-250mm à ne pas courir sans réfléchir vers les doublets à verres ED car leur index est plus faible que le BK7 et ça n'aide pas pour l'aberration sphérique.

 

--------------

 

Historiquement, ce sont aussi les demandes de construction des grands réfracteurs qui ont conduit l'ancienne verrerie Parra-Montois à ce que notre illustre chimiste national des années folles, inventeur du rubis synthétique, Auguste Verneuil mettent au point les verres à index élevé chez Parra-Mantois en en faisant la fabrique la plus au point jusqu'au vol de son matériel en 1959. (si c'est pas du sabotage industriel ça ...)

http://archives.croissy.com/2013/07/la-verrerie-parra-mantois.html

 

C'est à dire en particulier, le plan focal du bleu en fonction du diamètre est moins courbé, rapprochant le focus moyen du bleu de celui du rouge.

Repris sur le post Istar pour montrer la courbure moindre pour plusieurs raisons : http://www.astrosurf.com/topic/131303-objectif-achromatique-istar-optical-180-mm-f8-r35-s/?tab=comments#comment-1745264

 

 

spherical220f15.JPG.f82042fc826dbfce891db6677bfb2daa.JPG

 

En parallèle, de l'autre côté du Rhin, Zeiss par August Sonnenfeld s'est également penché sur le sujet dans l'élaboration de "grands réfracteurs" commerciaux avec l'astrospezial qui s’appuie sur le verre miracle BK7 mis au point par le trio germanique Abbe-Schott-Zeiss

http://www.jena-fernrohre.de/0000009d1a124be08/0000009d1e0deef01/index.html

Il a utilisé le verre KzFs2 (curieusement index plus léger que F2) mais en complément il a pensé à une asphérisation poussée d'une surface pour arranger fortement l'aberration sphérique.

Résultat, au milieu du 20eme siècle les tailles des réfracteurs AS sont allées en prolongement des objectifs E dont la limite correcte est le E110 et le E130 (à f/15) (130mm de diamètre)

 

Il y avait eu d'autres essais précédemment mais pas très poussé, Schott avait sorti un prémisse de verre au baryum : BALKN3 pour aller avec le F2 (Zeiss E110 littrow par exemple)

 

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A notre époque on a plusieurs choix : les 100f10 (Vixen 102M) et les 100f12 donne une limite des objectifs multi-usage.

Au delà, on peut doubler le diamètre pour faire des collecteurs de lumière en tablant sur l'amélioration du contraste perçu par l’œil à plus forte luminosité (on est dans des limites sur les planètes majeures). Mais le grossissement plafonne : plutôt à cause du chromatisme que de l'aberration sphérique jusqu'à 180/200mm

Au delà, même pour les combinaisons à verre à faible dispersion il faut penser à l'aberration sphérique pour faire sauter le plafond. Le triplet devient nécessaire laissant grosse marge au chromatisme même sans verre ED mais avec d'autres solutions comme le triplet 230 huilé (Baryum Crown, Kurtz Flint, Baryum Flint) que j'ai proposé pour Mr Gilley.

Modifié par lyl

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Il y a 6 heures, lyl a dit :

Le triplet devient nécessaire laissant grosse marge au chromatisme même sans verre ED mais avec d'autres solutions comme le triplet 230 huilé (Baryum Crown, Kurtz Flint, Baryum Flint) que j'ai proposé pour Mr Gilley.

 

Le principal problème des objectifs des grands réfracteurs est l'épaisseur cumulée des lentilles de l'objectif.

Plus l'objectif est de grand diamètre, plus les lentilles au centre deviennent épaisses.

Plus une lentille est épaisse, plus la lumière passe mal à travers.Cela est dû au "sirop" comme l'appelle les verriers.

 

C'est ainsi que la grande lunette de Yerkès dépasse péniblement le 50% de lumière restante à l'oeil pour un observateur alors que son diamètre est de 102 cm.

 

C'est peut-être la raison pour laquelle LZOS ne fabrique pas d'objectif en triplet apochromatique de plus de 50 cm de diamètre. 

 

Utiliser des lentilles à échelons (comme les lentilles de Fresnel) ne fonctionnent pas non plus pour régler le problème.

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Petit essai dans l'esprit Istar avec le verre disponible chez CGDM (proche de Schott BAK1)

Deux objectifs type R30/R35 pour lesquels il faut jouer avec l'aberration sphérique en montant le calage sphérique assez haut.

Une 108mm - 1200mm de focale "MagellanTraveler", Chromatisme au même niveau que la réputée TAL-R 100mm

MagellanTraveler108-1200-spots.jpg.380b65f2474f80710148763ab62cffd6.jpgMagellanTraveler108-1200.JPG.19ff02c1082a657598e13d13a05fc20e.JPG

et un remake de la Camille Flammarion (fondateur de la SAF) 108mm en plus court mais 1m50 quand même.

Le réglage de l'aberration sphérique est à 555nm pour améliorer le comportement avec les verres particuliers.

Le gain de résidu : une Zeiss E110 est à 3.7, ici on est à 2.9 pour du plus court.

CamilleFlammarion108-1500-spots.jpg.e95fa4a0281d1ed53da7ac62d38785a1.jpgCamilleFlammarion108-1500.JPG.a45e17776fc1f9dda89412245d530dbb.JPG

 

 

Flammarion-FH-BAK8-LF5-108-1500.len

MagellanTraveler-FH-BAK8-LF5-108-1200.len

Modifié par lyl

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Le 19/12/2019 à 06:23, lyl a dit :

Le gain de résidu : une Zeiss E110 est à 3.7, ici on est à 2.9 pour du plus court.

 

Peut-on en tant qu'amateur calculer nous-même le résidu chromatique d'une lunette astronomique stp? un logiciel de conception optique est nécessaire?

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C'est difficile pour un amateur, car il faut mesurer avec précision et le faire pour des couleurs précises.

Mesurer le best focus e en vert mercure 546, F en bleu Hbeta 486 et C en rouge Halpha 656.

e, F et C étant une mesure en mm pour le besoin. l'ouverture N = f/D

Sur une lunette f/D 15, c'est déjà sous le millimètre.

Le résidu est une moyenne divisée par l'ouverture de l'objectif au carré et un longueur d'onde de référence, celle du vert : RC = 1000 * ( | F -e | + | C - e | ) / ( 4 * N2 * 0.54607 )

<1 Apochromatique ; <2 à 3 semi-apo ; <4.5 enhanced achromat ; <6 achromat avec résidu bleu visible suivant calage ; <12 filtrable ; <20 utilisable à grande pupille seulement

 

Références, attention : le RC n'est pas le CA-ratio, l'aberration sphérique influence le best focus et donc le RC résultant.

Sidgwick ~> RC~4.1 (80f10, BK7-F2, équilibrée F-C), CA-Ratio 3xD -> 3.15*3 => f/9.45

Conrady ~< RC~2.3 (80f15, BK7-F2, équilibrée F-C), CA-Ratio 5xD -> 3.15*5 => f/15.75

 

En conditions idéales (aucune turbulence et temps sec), un réfracteur de type Sidgwick ne montre pas de chromatisme pour 95% de la population.

Un autre exemple : Telementor C63/840 => RC~2.4 BK7-SF2 n'est pas semi-apo à cause de la combinaison de verres -> plus grande dispersion dans le bleu au dela de 486nm et également comportement chromatique meilleur après le jaune (ne se comporte pas comme le BK7-F2), ça reste un objectif avec un résidu très peu visible.

 

 

secondary_spectrum_100f10.PNG   sekundSpektrum01.jpg.77fb2def9377ef9215339895087dc3fb.jpg

 

Comportement relatif des objectifs Zeiss-Abbe-Schott, le BK7-F2 (objectif E) est ici à f/15 et calé F-C, l'objectif AS est calé F-B :

ZeissChromatic-Shift.jpg.756149aa3a6f165d301fb66d41bf01d1.jpg

A noter que Zeiss créait pour tout usage, terrestre et astro, le calage est haut (souvent dans l'intervalle 546nm-555nm)

Informations : la TAL FH 100-R est une semi-apo courte, le RC est autour de 4.5 mais le comportement au-delà dans le bleu et le violet est plus aplati

le C63-840 a un RC faible de 2.4 mais le comportement bleu-violet est plus dispersé.

Ces objectifs compensent le comportement de leur courbe de dispersion dans le bleu violet ce qui fait que le RC est à interpréter suivant la combinaison de verres tant pour les "halos bleus" que pour le piqué dans la plage planétaire.

Modifié par lyl
  • Merci 1

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Bonjour Myriam,

 

on revoyant ton tableau, pour les RC inf à 1, j'y vois un certain nombre de doublets avec lentille CaF2. FS 128/1040 et FL 102/920S. Je ne sais pas si il y en a d'autres. On peut donc aussi faire aussi bien en doublet qu'en triplet pour le RC. Quel est l’inconvénient principal du doublet alors....avoir besoin IMPERATIVEMENT du CaF2?

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Merci Lyl pour ta réponse trés détaillée.C'est maintenant beaucoup plus clair pour moi.

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