Parlons designs optiques

[chonum 976]

Je vous propose une discussion sur les différents designs de télescopes puisque c'est quelque chose qui est abordé sur le fameux post du Mewlon 300.

 

Je pense que j'ai passé la plupart des principaux designs de télescope et pour commencer la discussion je vous livre mon opinion. 

 

Commençons par le design le plus simple et presque le plus ancien qui est le télescope de Newton. Le Newton regroupe une grande variété d'instruments et c'est la force de ce design qui permet de s'adapter à tous types d'applications.

On va donc retrouver les Newton avec un miroir primaire relativement fermé et une très faible obstruction qui excelleront en planétaire, les Newtows astrographes avec une obstruction entre 40 et 50% qui bénéficieront d’un très bon champ grâce à des correcteurs comme typiquement celui de Wynne, les Dobsons relativement courts qui sont si confortables en observation visuelle et toutes les solutions intermédiaires. Ce qui a vraiment rendu le Newton aussi disponible ce sont les progrès dans le polissage de la parabole, que ce soit des miroirs chinois maintenant de bonne qualité, et des miroirs de courses des grands pousseurs de verre. Notons quand même quelques limitations vis-à-vis du déport à 90 degrés du flux par le miroir secondaire. Au-delà de certains diamètres, typiquement 400 millimètres, le tout conjugué à des rapports d'ouverture inférieurs à 4, il devient impossible d'avoir un champ étendu sans placer l’instrumentation au foyer primaire.

Comme cela sera toujours le cas, un rapport d'ouverture très court demande une mécanique irréprochable. Aussi à Newton astrographe ne sera pas un instrument bon marché. 

Un inconvénient du Newton en observation visuelle et qu'il est difficile d'exploiter une monture équatoriale. Heureusement le dobson existe !

 

Nous trouvons aussi dans les designs anciens les télescope cassegrain et Gregory. Je laisse le Grégory de côté qui n'est finalement qu'un avatar du cassegrain un peu plus facile à réaliser mais beaucoup moins pratique, et je me focalise sur le cassegrain. Cette formule optique est moins flexible que le Newton et est quand même spécialisée dans les focales longues. Néanmoins le cassegrain permet d'obtenir une qualité optique presque parfaite avec un champ étendu, une formule stigmatique, et une position d'observation particulièrement confortable. Les paramètres structurants d'un cassegrain sont la focale de son primaire, le back focus et son obstruction.  Évidemment ces 3 paramètres sont liés et si un rapport de focale primaire long (>4,5) permet d'obtenir un back focus confortable et une obstruction faible, parfois moins de 20%, cela sera au prix d'une focale longue. À l'inverse un miroir primaire court tel qu’utilisé dans un Newton Cassegrain implique un BF plus court et surtout une obstruction entre 25 et 30%. Comme le Newton, le cassegrain étant un pur réflecteur peut gérer de l'ultraviolet à l'infrarouge. Le grand défaut du cassegrain et qu'il est très difficile à réaliser avec son miroir secondaire hyperbolique et son primaire parabolique et que peu de gens à l'heure actuelle maîtrisent sa fabrication.  

 

Il est possible d'avoir le meilleur des 2 mondes avec le Newton cassegrain. C'est mon choix personnel. Cette formule impose de compromis que d'avoir un rapport l'ouverture sur le primaire relativement faible et donc implique une obstruction un peu plus importante. Cela nécessite également une excellente mécanique pour tenir l'alignement et être capable de changer de miroir secondaire sans avoir à tout réaligner ensuite. Il est d'ailleurs tout à fait remarquable que Tak ait pu faire ce genre de tube en dessous de 4k€ et avec une excellente qualité optique et mécanique. 

 

Parlons maintenant du dall kirkham qui est à l'origine de ce post. Cela ne sera pas une surprise que je n'aime pas ce design qui est avant tout un compromis économique du cassegrain. Compromis au niveau de la mécanique avec un secondaire sphérique qui comme le dit Jean-Luc ne demande pas un centrage très rigoureux, et c'est un point que l'on retrouve dans le Schmidt cassegrain tel qu'il est instancié à l'heure actuelle. Compromis au niveau de l'optique avec un miroir primaire elliptique et un miroir secondaire sphérique. Le compromis se traduit par un champ rapidement entachés de coma. Cela en fait un instrument planétaire avec un domaine d'application relativement restreint. Cette notion de compromis avait peut-être un sens il y a quelques années, et je pense que la série des mewlons s'inscrit dans cette logique. Néanmoins à l'heure actuelle avec les progrès qui ont été réalisés dans le polissage des optiques, il est difficile de justifier l'existence de ce télescope, surtout à ce niveau de prix.

En revanche le Dall Kirkham présente une grande qualité: il est facile de corriger le champ à la sortie du baffle, ou encore mieux dans le baffle.  Nous avons donc une nouvelle génération de DK, les CDK qui l’on trouve chez Tak en focale longue, et chez PlaneWave sur des astrographes relativement courts. Le CDK est une vraie réussite en termes de design puisqu'il permet des rapports d'ouverture de l'ordre de 4 ou 5, des champs corrigés très larges capable de couvrir tous les capteurs existants et le tout avec un spectre allant de l'ultra violet à l'infra rouge également. La seule difficulté et au niveau de la réalisation mécanique comme d'habitude puisque la présence du correcteur impose un axe optique au miroir secondaire et au miroir primaire. Mais cela n'est pas plus critique que sur un Newton court.

Le CDK, conjugué au photosites de plus en plus petits, signe pour moi la fin du Ritchey Chretienqui ne se justifie plus que dans les applications pour lesquels tout élément réfractif est un show stopper. Mais cela ne concerne pas les applications des amateurs, même pointus. 

 

Je passe rapidement sur les Maksutov qui sont des instruments potentiellement très polyvalents et qui ont eu un gros succès quand il était encore difficile de faire des asphères. Pour rappel le Maksutov, surtout dans sa déclinaison Rumak, délivre d'excellentes performances optiques, il est très peu sensible sphérochromatisme et présente un chant de bonne qualité. Néanmoins son poids et l'inertie thermique de son ménisque le pénalise, particulièrement sur les grands diamètres. D'ailleurs ces grands diamètres, 200 millimètres et plus, posent d'autres problèmes sur les aberrations sphériques puisque le Mak n’est pas stigmatique. Une asphérisation est d’ailleurs nécessaire, ce qui limite l'intérêt d'une formule initialement entièrement sphérique. Les cousins du Mak (Klevstov, Clavius…) sont potentiellement toujours intéressants, mais ce sont des formules au final relativement peu exploitées.

 

Un autre télescope qui n'est pas stigmatique est le schmidt-cassegrain. C'est une formule dont je ne vous rappellerai pas les intérêts pratiques, ni le prix intéressant, mais je mentionnerai juste son principal défaut qui est le sphérochromatisme qui le rend peu performant aux extrémités du spectre, et notamment dans le bleu et le violet. Il faut simplement garder ça en tête et vivre avec, ces télescopes peuvent dans tous les cas délivrer d'excellentes images. De plus avec le transfert de la production de Celestron en Chine, la qualité optique s'est fortement améliorée et les petits modèles sont dans l'immense majorité des cas de très bonne qualité, voir parfois absolument superbes. On a un peu plus de variabilité dans les C11 et C14, et parfois quelques petits soucis mécaniques au niveau du collage du miroir primaire qui peut amener un alignement relativement peu stable, même sur les edgeHD. Le choix du schmidt-cassegrain et très généraliste et ce télescope offre une flexibilité inégalable sur ce que l'on peut en faire, et sur les instruments que l'on peut monter dessus grâce à un BF très confortable.

 

Finissons avec les réfracteurs et je ne parlerai que des lunettes apochromatiques. Vous connaissez tous les défauts des grands réfracteurs :  leur longueur démesurée sur les très grands diamètres, un poids absolument pas négligeable, une mise en pratique toujours délicate sur un tube qui peut faire plus de 2 mètres et des performances en général en retrait sur les extrémités du spectre. Seule la TOA s’affranchit de ce dernier défaut, mais au prix d'une mise en température particulièrement longue. Pour ma part je n'ai pas beaucoup d'affinité avec les lunettes, bien que j'en ai possédé quelques-unes. En revanche c'est sur les courtes focales et les grands champs que les lunettes restent irremplaçables, que ce soit en photographie ou en visuel. Je pense particulièrement aux excellentes FSQ qui restent inévitables en grand champ. Il y a aussi des applications pour lesquelles toute diffraction est pénalisante, cela peut être le cas en solaire et tout spécifiquement sur les coronographes. De même les observations qui présente un écart de dynamique considérable, par exemple la faible compagnonne d'une étoile, utiliseront avantageusement à réfracteur sans obstruction centrale.

 

Vous me pardonnerez les fautes de frappe dans ce texte que j'ai dicté rapidement à ma meilleure SIRI !

 

J'ai fait il y a quelques années dans Astrouf mag une série d'articles plus détaillés avec des exemples d'analyse sous Zemax, peut être à lire pour creuser plus avant.

 

 

 

[messier63 5 103]

Top.

Et les Epsilons?

jérôme

[astrocg 395]

epsilon = newton corrigé

[danielo 5 836]

Merci pour ce récapitulatif très utile !

 

Il y a 5 heures, chonum a dit :

Il est possible d'avoir le meilleur des 2 mondes avec le Newton cassegrain. C'est mon choix personnel.

 

Justement, une des questions noyée dans le fil sur le Mewlon portait sur l'utilité d'avoir accès aux deux foyers.

 

En visuel planétaire, je vois bien des avantages au foyer Cassegrain (position plus confortable sur équatoriale, possibilité d'utiliser des oculaires plus simples) mais pour l'imagerie planétaire est-ce que le foyer Cassegrain est vraiment  préférable ?  Je veux dire, dans les 2 cas la focale native est trop courte et il faut amplifier, et on peut même imaginer, tant qu'à avoir un secondaire amovible, un deuxième miroir plan de petite taille spécialisé planétaire pour une obstruction réduite au foyer Newton.

[lyl 4 485]

Deux avis autour du DK :

 

a) oui le Ritchey Chrétien à f/8 + correcteur aplanisseur : c'est mort face au CDK.

Pour une complexité optique similaire au global, la correction de la coma au niveau des miroirs n'est pas optimale, au contraire, elle augmente la courbure de champ et l'astigmatisme par rapport au DK et induit de l'intolérance à la décollimation. Adieu RC, il était conçu pour de gros miroirs dont on exploitait qu'un champ relativement petit et relativement plus plan de facto.

 

b) CDK contre Cassegrain (Grégory compris).

Ayant classé le CDK dans les champs ouverts corrigé plan et acomatique pour capteur photo.

 

Il reste à titre anecdotique le Cassegrain pur planétaire avec m = de 5 à 10. Je ne perds pas de vue ce que voulait en faire Texereau qui en a construit un de 250mm devenu célèbre. (un passage dans la revue de la SAF).

Le diamètre minimum est pour moi 250mm et le max 330mm. L'engin résultant est trop gros sinon.

Il sert principalement à obtenir un champ plus étendu que le DK sans ajouter de correction optique.

Les cibles sont solaire, lunaire, planétaire, objets avec une bonne luminosité surfacique : les galaxies sont un peu hors jeu...

 

Techniquement le primaire idéal est alors à f/5, plus rarement à f/4, ce qui reste une parabole facile à faire maintenant, même à la machine. On vise alors des obstructions réduites 20/25%° pour le visuel avec un f/D intéressant de 20 à 30, rarement à 50 sinon c'est trop dédié.

Le secondaire faire alors office de barlow correctrice et on s'arrête là sur l'empilement des correcteurs.

Dans ces conditions, le secondaire est faisable optiquement, l'hyperbole s'écarte peu de la sphère est la forme du secondaire est sans doute standardisable.

 

Le problème est la taille du marché pour un instrument plutôt dédié.

° : chercher à faire 16% c'est oublier d'y mettre un bafflage décent et on y perd.

Modifié 9 février 2021 par lyl

[lyl 4 485]

Maksutov, c'est effectivement une déclinaison en tout sphérique, second choix par rapport au SCT.

Je ne parle pas des Mak-Cas mais juste une petite digression sur le Mak-Newt avec primaire assez long de f/6 à f/8.

Sur le retour d'utilisation de mon MN68, j'ai franchement été bluffé par ce tube qui n'a rien à envier à une apo de même diamètre avec ses 16% d'obstruction.

Il est moins lumineux de quelques %, c'est tout, le champ est restreint à du 2" avec du vignettage à forte pupille, moins qu'un triplet.

La mécanique doit être suffisamment soignée. Je n'ai pas sur ce modèle de temps excessif de mise en température. Le ménisque est plus fin avec le miroir à f/8, et le flot d'air est bien contrôlé autour du primaire équivalent pyrex. Bon ce n'est que 15cm mais il tient sa place fièrement.

Je pense que c'est une bonne solution de 5" à 8" quand on a pas l'exigence de champ d'une apo triplet car la longueur de tube reste raisonnable.

[chonum 976]

5 hours ago, messier63 said:

Et les Epsilons?

Comme le dit astrocg c'est un newton plus facilement corrigeable.

Mais là aussi, c'était un design pertinent il y a quelques années, mais maintenant qu'on a des correcteurs top facilement, il est rentré dans le rang.

 

[chonum 976]

en fait beaucoup de designs utilisés par Tak sont un peu obsolètes (à part TOA et FSQ). je pense que cela reflète aussi le conservatisme de l'astram nippon, pire que celui du français

D'ailleurs il suffit de voir leurs montures...

 

[Oodini 247]

Je ne comprend pas trop... Je croyais que le Ritchey-Chrétien était supposé pouvoir se passer de correcteur ?

Par ailleurs, il me semble que vous l'enterrez un peu vite. Le Dall-Kirkham corrigé est encore bien plus coûteux.

[xs_man 1 844]

Et les réfracto-réflecteurs ?

Et les Schiefspiegler  ?

 

Albéric

Modifié 9 février 2021 par xs_man

[Oodini 247]

Le 09/02/2021 à 14:23, chonum a dit :

Les cousins du Mak (Klevstov, Clavius…) sont potentiellement toujours intéressants, mais ce sont des formules au final relativement peu exploitées.

 

Dans le marché pour les particuliers, les Dall-Kirkham corrigés ne le sont guère plus.

 

 

Modifié 20 février 2021 par Oodini

[lyl 4 485]

il y a 56 minutes, Oodini a dit :

Je croyais que le Ritchey-Chrétien était supposé pouvoir se passer de correcteur ?

En visuel uniquement, le champ est très courbe.

L'asphérisation du primaire au-delà de la parabole engendre des difficultés. C'est ce que j'essaye de faire passer dans les posts récents.

Plus l'écart à la sphère est grand, plus la forme à obtenir est délicate car la sphère est une forme d'équilibre naturel.

Asphériser c'est déséquilibrer les forces en jeu.

C'est pareil quant à l'ouverture excessive du miroir primaire. Descendre à f/3, pour une parabole c'est vraiment casse-gueule sans avoir une maîtrise avancée de sa technique.

Aussi surprenant que celà puisse paraître, un primaire de DK à e=-0.7, ce n'est pas plus compliqué qu'une parabole de newton à f/3.3.

Modifié 9 février 2021 par lyl

[Invité chinois02]

Un scope chinois propose un cousin du dall kirkham corrigé: Primaire asphérique, secondaire sphérique et correcteur avec une ouverture finale à F/5 et une obstruction de 46%...

http://www.sharpstar-optics.com/index.php/en/sca26/344.html

 A voir si la formule prendra.

 

 

Modifié 9 février 2021 par chinois02

[Oodini 247]

il y a 3 minutes, lyl a dit :

En visuel uniquement, le champ est très courbe.

 

J'ai pourtant toujours entendu dire que le Ritchey-Chretien était d'avantage dédié à l'astrophoto.

[lyl 4 485]

il y a 1 minute, Oodini a dit :

J'ai pourtant toujours entendu dire que le Ritchey-Chretien était d'avantage dédié à l'astrophoto.

Oui, mais il lui faut un aplanisseur de champ pour ça.

[Oodini 247]

Du coup, aucun intérêt au Ritchey-Chretien ??

Même avant le Dall-Kirkham corrigé ?

[chonum 976]

10 hours ago, xs_man said:

Et les réfracto-réflecteurs ?

Et les Schiefspiegler  ?

 

Un réfractoréflecteur, c'est juste une lunette pliée  

Pour les off axis, franchement des tubes qui ont des aberrations hors axe... sur l'axe, ca m'embête toujours un peu. Et puis à régler, cela doit être de grands moments de bonheur !

[chonum 976]

10 hours ago, chinois02 said:

Un scope chinois propose un cousin du dall kirkham corrigé: Primaire asphérique, secondaire sphérique et correcteur avec une ouverture finale à F/5 et une obstruction de 46%...

http://www.sharpstar-optics.com/index.php/en/sca26/344.html

 A voir si la formule prendra.

 

Probablement un CDK. Après il faut la mécanique qui soit à la hauteur, ce qui n'est pas encore le fort des chinois. Déjà qu'ils arrivent à faire des triplets de 100mm+ qui tiennent la distance...

[chonum 976]

10 hours ago, Oodini said:

Du coup, aucun intérêt au Ritchey-Chretien ??

Même avant le Dall-Kirkham corrigé ?

 

Si, pour faire de la spectro par exemple, ou avec des capteurs à grand photosites. Mais pour faire de la jolie image, le CDK est plus interessant. Et dans les mêmes prix.

 

[chonum 976]

10 hours ago, Oodini said:

Dans le marché pour les particuliers, les Dall-Kirkham corrigés ne le sont gère plus.

 

En photo dans les observatoires remote, c'est le télescope le plus répandu. Il y a énormément de Planewave dans ces observatoires.

Mais comme cela commence à 12,5", forcément c'est déjà un bon petit diamètre.

 

[PascalD 4 385]

Très intéressant!

Les schmidt-newtons, tu les classes aussi dans les newtons corrigés ?

 

[chonum 976]

33 minutes ago, PascalD said:

Les schmidt-newtons, tu les classes aussi dans les newtons corrigés ?

Même pas. La lame est là pour corriger l'aberration sphérique du primaire sphérique. A la marge cela peux jouer sur les aberration de champ, mais c'est négligeable je pense.

Donc c'est à considérer comme un newton.

Par contre le Mak newton va plus loin et peut être considéré comme corrigé.

 

[decatur30033 3 700]

Il y a 20 heures, chonum a dit :

CDK qui l’on trouve chez Tak en focale longue, et chez PlaneWave sur des astrographes relativement courts.

Salut,

merci pour ton topo,

à part Taka et Planewave, pas d'autres constructeurs?

Est-ce que tu penses que les prix de ces formules vont se démocratiser?

Olivier

[patry 1 972]

 

Il y a 15 heures, astrocg a dit :

epsilon = newton corrigé

 

Pas vraiment, il y a un primaire hyperbolique dans un epsilon !

C'est quand même un gros changement par rapport à un Newton avec son primaire parabolique. Autant que dans un DK (primaire elliptique, secondaire sphérique) ou un RC (deux hyperboliques). Seul le cassegrain partage le primaire du newton, et peut ainsi passer d'une configuration à l'autre d'ailleurs !

Maintenant de là a envisager un RC/Epsilon en changeant le secondaire et en ajoutant un correcteur, je ne sais pas si certains y ont pensé !

Remarque, quand on a mis quelques k€ et un rein dans son instrument, on est plus à un correcteur spécifique près non ?

 

il y a une heure, chonum a dit :

Donc c'est à considérer comme un newton.

Du coup le SC est à considérer comme un (mauvais à cause du sphérochromatisme) cassegrain ?

 

Marc

 

[astrocg 395]

je sais mais je parlais de newton dans son architecture concernant l'epsilon