simulation des performances optiques de 3 Barlow différentes sur un RC 500

[christian viladrich 7 768]

Salut à tous,

 

Je me suis amusé à comparer les performances théoriques de trois Barlow 2x montées sur un télescope RC 500 f/3-8 (équivalent à ceux d'Astroqueyras).

 

J'ai regardé quelle était la taille du champ plan limité par la diffraction. En effet, cette information est importante, d'une part pour l'imagerie lunaire haute résolution (avec les capteurs de plus en plus grands que l'on trouve sur le marché), et également en planétaire pour le réglage de l'ADC (l'ADC déplace l'axe optique dans le champ de la caméra).

J'ai pris comme critère Optical Path Difference  rms < 0.07 Lamba, ce qui est le critère habituel pour définir un optique "diffraction limited"

 

Les trois Barlow en questions sont :

- une Barlow 2x "courte", constitué d'un triplet de -55 mm de focale. Le design provient de  l'excellent bouquin "Telescopes, Eyepieces, Astrographs", de Smith, Ceragiolli et Berry,

- la Barlow 2x Clavé de -112 mm de focale. Le design a été défini par Maurice  Paul en 1935, et recalculé par Serge Bertorello sur la base du papier de Paul :

http://serge.bertorello.free.fr/optique/dispoagr/barlwmp.html)

- une Barlow 2x '"longue" de -142 mm de focale. Le design provient également de "Telescopes, Eyepieces, Astrographs", de Smith, Ceragiolli et Berry.

 

Commençons par les spot diagram du RC 500 sans Barlow (et sans correcteur de champ). Le rayon du champ plan limité par la diffraction du RC 500 f/3-8 est de 0.11°. Le champ total est donc de 0.22°, soit 2/3 de la taille de la Lune.

 

 

 

Si on passe à la Barlow courte, et dans le vert, le rayon du champ plan limité par la diffraction tombe à 0.6° (soir deux fois plus faible que sans la Barlow) :

 

 

Avec la Barlow Clavé, ce n'est vraiment pas terrible. Le rayon du champ plan limité par la diffraction est de 0.35° (soit une réduction supplémentaire d'un facteur deux). Cela s'explique par le fait que la Clavé est conçu pour réduire la coma des Newton dans le f/d est > 5, et pas pour des RC :

 

Avec la Barlow "longue",  le rayon du champ limité par la diffraction remonte à 0.74 ° :

 

Au passage, j'ai également simulé la Barlow 2x de -150 mm de focale d'Edmund Optics. C'est vraiment pourri, même sur l'ace optique.

 

Bref, selon le type de télescope, certaines Barlow fonctionnement mieux que d'autres.

 

Moralité, ce serait bien si les fabricants se décider à afficher les spot diagram de leur Barlow (par exemple sur des Newton à f/4-5)-6. APM fait cela pour les Barlow "coma correctors"(Newton à f/4). Astrophysics dit que sa Barlow couvre le format APS-C sur leurs lunettes. A part ça , pas grand chose à se mettre sous la dent ...

[AlSvartr 3 056]

Hello Christian,

 

En effet les secrets de fabrication sont en général bien gardés. La question à se poser c’est : quels éléments dispos chez un fabriquant non astro, par exemple EO ou Thorlabs, permettraient de faire une barlow custom pour un design particulier (500 @3-8 dans le cas présent), si tant est qu’au moins une optique produite par ces entreprises soient adaptées.
 

Il me semble avoir vu (mais je peux me tromper) que dans Zemax il est possible de faire tourner le soft parmi  des listes d’optiques (doublets, triplets) dispo dans le commerces (EO,…). Si c’est le cas, alors il devrait être relativement facile de trouver le meilleur compromis entre coût de fabrication et performance non?

Si oui, alors resterait la conception du corps de la barlow. 

Modifié 2 mars 2022 par AlSvartr

[christian viladrich 7 768]

Salut Simon,

Tout à fait Simon, avec Zemax, on peut optimiser un design en lui imposant de choisir parmi une liste d'éléments données. A voir avec quelqu'un qui a une licence Zemax

[patry 1 989]

Je ne comprends pas l'interprétation des spot diagrams.

Sans barlow, ni focus shift, les rayons sont tous circonscrits dans le rayon de la tache d'airy jusqu'à 0,11°.

Ensuite, en doublant la focale avec la première barlow (et en doublant le grandissement) on voit que les rayons à 0,06° (faisceau d'entrée de l'instrument j'imagine) sont eux aussi circonscrit dans la tache d'airy. Je ne vois pas comment il pourrait en être autrement à moins que la barlow se mette à corriger l'instrument.

Par contre elle peut effectivement apporter son lot de défaut comme avec la clavé dont l'effet "correcteur" est ici rédhibitoire puisque le champ est 4x plus petit alors qu'on a "seulement" doublé le grandissement !

La dernière barlow montre qu'à 0,74° certains rayons quittent le disque central ce n'est plus trop comparable avec la première, peut être qu'à 0,6° tu aurait une planche similaire à la première barlow ?

 

Moi j'en conclue que la première barlow est "parfaite" et qu'elle n'introduit pas de défaut à ton optique. Tu aura même de meilleurs résultats encore en décalant le focus entre 0 et +0.25 pour une couverture de champ parfaite.

 

Ou alors je n'ai pas compris le mode opératoire ?

 

Marc

 

[christian viladrich 7 768]

Salut Marc,

 

Je suis allé un peu vite dans les explications, aussi je te propose quelques précisions.

 

1) La méthode

 

D'abord commençons par le critère utilisé pour dire que l'instrument est limité par la diffraction.

D'une façon générale, on prend le critère suivant : Strelh > 0.8, ce qui revient à dire erreur sur l'onde max (OPD max) < Lambda/4, ce qui revient à dire erreur sur l'onde rms (OPD rms) < 0.07 Lambda

Ici, on peut noter une chose, c'est que l'équivalence entre Strelh =0.8, OPD max = Lambda/4 et OPD rms = 0.07 Lamdda n'est vrai que si le défaut de l'optique se résume à de l'aberration de sphéricité et pas autre chose. Si ce n'est pas le cas, alors la correspondance entre Strelh, OPD max, et OPD rms est différente.

 

Le champ limité par la diffraction est donc le champ où le Strelh est > 0.8 ou encore  OPD max < Lambda/4 ou encore OPD rms < 0.007 lambda

 

Certains logiciels comme Zemax donne directement la courbe du Strelh en fonction de la distance par rapport à l'axe optique.

 

Olso (que j'utilise) ne donne pas cette courbe, mais la courbe OPD rms en fonction de la distance par rapport à l'axe optique. C'est donc cette information que j'utilise pour déterminer le rayon du champ plan limité par la diffraction.

 

On voit ainsi que pour le RC 500 sans optique supplémentaire, ce champ est de 0.11° (en rayon) :

 

Sur cette figure, l'abscisse est égale à 1 pour une distance à l'axe de 0.11°. Le rms OPD est alors un peu inférieure à 0.07. Le champ est donc limité par la diffraction jusqu'à 0.11° de l'axe optique.

 

En aucune façon, on utilise les spot diagrams pour déterminer si l'instrument est limité par la diffraction ou pas. Les spot diagrams, c'est bien pour les astrographes destinée au ciel profond, car on peut comparer alors la taille des spots à celle du pixel, mais cela ne présente aucun intérêt pour évaluer les performances en haute résolution où seul le Strelh (oo l'OPD) compte.

Je n'ai donné les spot digrams que pour visualiser le type d'aberration qui se forme au bord du champ limité par la diffraction.

 

2) L'interprétation des résultats

La 1er chose intéressante, c'est que le champ plan limité par la diffraction avec Barlow est plus petit que le champ sans Barlow. Ce résultat n'est pas évident a priori. Pour certains type de télescopes, une Barlow va accroitre le champ limité par la diffraction, pour d'autresla Barlow réduit le champ.

On citera par exemple le cas des Barlow coma corrector d'APM conçues pour des Newton f/4.

 

Donc ici, pas de bol, toutes les Barlow réduisent le champ limité par la diffraction du RC 500. Dommage pour les gros capteurs :-(

 

La meilleure Barlow est alors celle qui a la focale la plus longue avec un champ limité par la diffraction de de 0.074° (en rayon, et dans le vert), suivi de la Barlow courte (0.06°), puis la Clavé (0.035°).  Toutes ces Barlow restreignent le champ limité par la diffraction du RC 500 (initialement 0.11°). Elles introduisent donc des défauts optiques (car elles ne sont pas optimisées pour le RC).

 

A nouveau, le champ limité par la diffraction n'est pas défini sur la base des spot diagrams, mais uniquement sur la base de l'erreur sur l'onde en rms. Les spot diagrams donnent juste à quoi ressemble le spot associé à une étoile avec chacune de ces Barlow (et donc sur des champs différents).

 

3) On peut effectivement augmenter légèrement le champ limité par la diffraction en faisant la mise au point non pas au centre, mais en un point légèrement décalé de l'axe optique. Cela ne change rien à l'ordre de "classement" de ces trois Barlow, ce qui était le but de la manip.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[lyl 4 519]

Pour les quelques photos lunaires de test que j'ai prise avec ma ST80L (80-1000), barlow Scopetech à x2.5 (filtrage 500-600nm)

et avec la ST80-Maxi 80-1200 -filtrage (~>495, baader filtre jaune).

les caméras ont été ASI0185MC et Basler monochrome (pix 4.4um) rachetée à Christian

 

La représentation est flat-field. Les images sont dans la galerie. Comme échangé, on atteint la limite de résolution (à 525nm) pour les détails. C'est courant avec 80mm de diamètre.

La barlow est en BAK1+SF5, c'est le standard long vintage japonais.

Le design n'est pas public, je ne donne que les matériaux, il fonctionne bien à f/10 et plus, correct en visuel sur leur 80-560 grand champ.

Pour la 80-1000, le strehl obtenu à 525nm est >0.97. il dépasse 0.92 sur une grande partie de la plage. (à droite à 525nm)

La lunette est calée F'C'

 

Pour la 80-1200, on descend plus bas dans le rouge (633nm) pour les planètes.

 

Christian, pourquoi choisir un RC 500mm comme instrument de référence ? Il est clair que c'est assez rare comme instrument.

Modifié 8 mars 2022 par lyl

[olivdeso 1 861]

Le 02/03/2022 à 15:14, christian viladrich a dit :

Astrophysics dit que sa Barlow couvre le format APS-C sur leurs lunettes.

 

Oui enfin pas toutes les lunettes AP.

 

À F/D 8 oui la Baradv passe en photo ciel profond, (on doit quand même pas être diffraction limited dans les coins)

Par contre à 6,5 sur l'AP130 là c'est pas bon sur les bord. Même avec un capteur micro 4/3. Un tiers du  bord du champ est de à enlever. (Mais AP le signale)

 

La powermate x2 marche beaucoup mieux sur lunette F/D 6,5. C'est propre jusqu'au bord du 4/3. 

 

L'extender taka 1,5ED marche aussi très bien sur l'AP130.

Modifié 5 mars 2022 par olivdeso

[olivdeso 1 861]

Le 02/03/2022 à 15:14, christian viladrich a dit :

Si on passe à la Barlow courte, et dans le vert, le rayon du champ plan limité par la diffraction tombe à 0.6° (soir deux fois plus faible que sans la Barlow) :

 

Un point intéressant : on voit que la barlow sur-corrige la courbure de champ du RC. .

 

Sans barlow, on voit bien en bord de champ 2 chose :

- l'astigmatisme

- la courbure de champ.

Le focus idéal de la ligne du haut serait décalé de 0,05mm à gauche environ.

 

Alors qu'avec la barlow courte le focus idéal de la ligne du haut est décalé à droite.

 

Donc possible qu'en réduisant un peu le tirrage on zit une correction moins forte de la courbure de champ qui serait plus optimale.

 

Abec la barlow longue on a le même phénomène de sur correction de coma qu'avec la clavé. Étonnant.

 

Je serais curieux dede voir ce que donne la powermate x2

 

[christian viladrich 7 768]

Il y a 10 heures, lyl a dit :

Le design n'est pas public, je ne donne que les matériaux, il fonctionne bien à f/10 et plus, correct en visuel sur leur 80-560 grand champ.

Merci pour ces info Myriam. C'est dommage de ne pas pouvoir mettre la main sur les spec. Cela permettrait de simuler la Barlow sur d'autres types d'instrument.

 

Au passage, un Astrosurfien m'a passé la "vraie" spec de la Clavé 2x version Kinoptik 1995. Il faudra que je la mette sur mon site. C'est très proche de la version de S. Bertollero. Les spot diagrams restent quasi-identiques.

 

Il y a 4 heures, olivdeso a dit :

Le 02/03/2022 à 14:14, christian viladrich a dit :

Astrophysics dit que sa Barlow couvre le format APS-C sur leurs lunettes.

 

Oui enfin pas toutes les lunettes AP.

 

À F/D 8 oui la Baradv passe en photo ciel profond, (on doit quand même pas être diffraction limited dans les coins)

Par contre à 6,5 sur l'AP130 là c'est pas bon sur les bord. Même avec un capteur micro 4/3. Un tiers du  bord du champ est de à enlever. (Mais AP le signale)

Effectivement Olivier. J'ai fait un raccourci. Le message ici était qu'il n'y avait pas de Barlow universelle qui marche bien sur tout type d'instrument.

 

Il y a 4 heures, olivdeso a dit :

Je serais curieux dede voir ce que donne la powermate x2

Faudrait mettre la main sur le design ....

 

 

[christian viladrich 7 768]

Il y a 10 heures, lyl a dit :

Christian, pourquoi choisir un RC 500mm comme instrument de référence ? Il est clair que c'est assez rare comme instrument.

 

Parce que j'utilise le RC-500 d'Astroqueyras pour faire des images de la Lune avec l'ASI1600 La question pour moi était de savoir quelle était la "bonne" Barlow permettant de couvrir tout le capteur de l'ASI1600 (voire un capteur plus gros) en étant limité par la diffraction.

 

Le RC-500 marche pas mal en haute résolution malgré ses 40% d'obstruction

 

 

Sinon, sur les Newton, on s'aperçoit que c'est la Barlow "longue" qui donne également la meilleure couverture de champ :

http://astrosurf.com/viladrich/astro/instrument/sensitivity/sensitivity-analysis-Barlow.htm

 

Mais il faudrait avoir d'autres "vrais" designs de Barlow pour consolider tout cela.

[lyl 4 519]

il y a une heure, christian viladrich a dit :

Mais il faudrait avoir d'autres "vrais" designs de Barlow pour consolider tout cela.

C'est dans le seeing de 250-300mm, tout à fait logique par rapport à la dégradation due à l'obstruction. Une barlow meilleure agrandira le champ utilisable mais ne donnerait pas plus de détails (c'est mon avis).

 

Je t'oriente vers une barlow à verre plus lourd (pas forcément la TAL, c'est pour tes simulations). Tiens compte de la plage ramassée par le capteur. Pour éviter les couleurs mal focusées, il faut filtrer, mais un filtre peu aussi amener des aberrations donc bon ...

 

Un rétro-design de la TAL en SF12-LAK9, j'avais calculé pour Anton et Mila, on avait plusieurs modèles sous la main, j'ai démonté tout ça.

https://www.telescope-optics.net/miscellaneous_optics.htm

Vladimir Sacek ne met pas toujours des designs fiables...

et il faut le catalogue Schvabe pour la calculer.

C'est une approximation seulement :

10mm de rayon.

Verre TF1, r1=115.485, e1=3.3
Verre CTK12, r2= -42.0, e2=1.85
r3=30.1
backfocus  60.0 (nominal, effectif 56.125)

En vert : pour la Lune à 525nm, perfect lens 125/1000, la correction en lunaire à f/8 est de haut niveau, 16mm de diagonale sur un capteur type hauteur sur un APS-C (24x16), ça change peu sur la LZOS 152f8 d'Anton et Mila.

 

Modifié 5 mars 2022 par lyl

[ClaudeS 3 572]

La qualité de la TAL est d'un niveau équivalent par rapport aux deux barlows TV 2X et 3X. Pour faire simple,  j'ai enlevé recemment son bloc optique pour le visser sur le correcteur de dispersion ZWO. A l'occasion, je ferai une mesure de grandissement par le calcul d'une étoile double étalon avec la ZWO 290 MM visser sur le disperseur atmosphérique.

[christian viladrich 7 768]

A titre d'information pour ceux qui veulent jouer avec OSLO ou ZEMAX, voici la spécification de la Barlow 2x Clavé telle que fournie directement par Kinoptik en 1995:

 

Merci à l'Astrosurfien qui me l'a fournie

 

C'est très proche de l'extrapolation faite par Serge Bertorello à partir du papier de Maurice Paul. Il n'y a quasiment aucune de différence au niveau des spot diagrams.

 

[olivdeso 1 861]

Il y a 11 heures, christian viladrich a dit :

Effectivement Olivier. J'ai fait un raccourci. Le message ici était qu'il n'y avait pas de Barlow universelle qui marche bien sur tout type d'instrument.

 

Ah pardon, c'était pas une critique de ce que tu disais, je voulais juste souligner que la barlow marche pas forcément aussi bien qu'on pourrait le croire en lisant le descriptif.

Bref même une barlow optimisé pour ne donne pas un résultat parfait on est loin du diffraction limited en bord de champ d'un capteur 4/3 avec une lunette du moins.

[lyl 4 519]

Le 05/03/2022 à 20:52, christian viladrich a dit :

Serge Bertorello à partir du papier de Maurice Paul. Il n'y a quasiment aucune de différence au niveau des spot diagrams

La version de Serge est optimisée sur la raie D, celle de Kinoptik me semble une mise à jour de modernisation.

Je veux dire par là

version initiale barlow SB/MP 1950 : F,C et raie D pour l'aberration sphérique (raies hydrogène et sodium)

version Kinoptik 1995 : F',C' et raie e. (raies Cadmium et Mercure)

 

La force de la barlow Clavé, c'est l'absence de compromis vis à vis de l'aberration sphérique, on cherche le piqué central pour le visuel planétaire, la correction de champ pour la coma est citée comme utile mais secondaire dans les comptes-rendus de la commission des instruments.

La photographie est arrivée ensuite.

A l'époque, les émulsions photographiques étaient si peu piquée que le visuel s'est imposé jusqu'à la cartographie de la Lune au pic du Midi en préparation des missions Apollo pour la fin de la décade des années 1960.

Modifié 8 mars 2022 par lyl

[remy-33 383]

Fan de l’observation visuelle de la Lune, je me suis amusé pour le fun  à calculer un grossissement équivalent sur l’extraordinaire photo de Copernic. En version « agrandie » de la photo sur un Ipad, je trouve, ce qui est bien entendu un peu subjectif, que l’image de Copernic m’apparait « nette » lorsque j’observe à 250 mm de l’écran le cratere de diamétre 90 mm sur l’image. Ceci sous-tend un angle de 20 degrés (90 mm à 250 mm); or Copernic présente un diamètre réel de 90 km à en gros 380000 km soit sous tend un angle réel de arctg(90/380000) = 0,0135 degrés soit un grossissement équivalent de 1500 x, calculé par 20/0,0135. (On retrouve d’ailleurs la « limite » de 3xD sur la Lune, avec D = 500 mm ici)

Bertrand

[christian viladrich 7 768]

Intéressant ce que tu dis Bertrand. Parfois, je m'éloigne de 2 à 3 m de mon écran (un 27") pour retrouver l'allure habituelle de la Lune à l'oculaire :-)

[remy-33 383]

Quand je pense aux photos de la Lune dans les années 70  : quels progrès extraordinaires !

 

[christian viladrich 7 768]

Oui, j'ai l'atlas Viscardi à portée de main. Ce que l'on obtient maintenant n'a vraiment rien à voir. En fait, on fait mieux maintenant avec un 250 mm qu'avec le Cassegrain de 1.5 m de Catalina dans les années 65-66 (Consolidated Lunar Atlas de Kuiper)

[jm-fluo 4 827]

Il y a 15 heures, christian viladrich a dit :

le Cassegrain de 1.5 m de Catalina dans les années 65-66 (Consolidated Lunar Atlas de Kuiper)

https://www.lpi.usra.edu/resources/cla/

Très intéressant :-)