Projet Houghton-Cassegrain

[vincent 2]

Bonjour à tous,

J'ai un projet de longue haleine qui me trotte dans la tête depuis quelque temps, à savoir contruire mon propre instrument.

Comme j'aime les solution un peu originales, je me suis dirigé vers une solution catadioptrique appelée Houghton-Cassegrain de 200mm à f/d=10. Elle utilise une lame de fermeture sous la forme d'un doublet (une lentille plan convexe et une lentille plan concave), d'un primaire elliptique (SC=-0.26/-0.27 environ) et d'un secondaire sphérique. J'ai optimisé l'ensemble pour obtenir d'excellents résultats sur un champs de 1,3°, Les seules aberrations notables sont la distorsion et la courbure de champ.

Le problème est que simuler est une chose, réaliser en est une autre, aussi j'aurais quelques questions pour nos opticiens.

-Quelles sont les tolérances sur la courbure des lentilles, et sur la position de l'axe optique de ces lentilles qu'une firme comme Zen peut tenir facilement?

-De même quelle est la tolérance qu'un fabricant de miroir comme Bonnin peut tenir sur les rayons de courbure et la position de l'axe optique des primaires et secondaires?

-Dans la configuration Houghton-Cassegrain que j'envisage, le miroir secondaire serait collé sur la face plane du doublet. Cette configuration me permet de me passer d'arraignée ou du perçage du doublet, mais cela peut poser des problèmes pour l'aluminure et le traitement anti-reflet (eventuel) des lentilles. J'aurais donc besoin de l'opinion de nos opticiens professionnels sur ce point de construction.

Mon idée est de faire réaliser le doublet, puis une fois celui-ci construit et ses caractéristiques connues, refaire la simulation pour optimiser les miroirs primaires et secondaires.

Merci d'avance pour votre aide.

[barbidule! 1]

le plus simple c'est de demander à zen et bonnin ce qu'ils sont capables de faire ...
et ensuite effectivement de verifier que les tolerances annoncées permettent de tenir le design initial.
et recommencer sur les cotes finales pour sortir le design "optimisé" .

moi je ferais comme ça.
mais je ne suis pas pro :-)

[fabrice2 1]

Salut
Avant tout, ça va te couter la peau des fesses.
La tolérance sur les rayons, vaste débat car 2 choses à considérer:
1- La tolérance de mesure du calibre de controle. Sur un rayon 1000 on peut envisager une tolérance de quelques dixièmes de mm (0.2-0.3) mais tout cela dépend comment il a été mesuré et avec quoi! pas simple de répondre. Pour des grands rayons genre 6000 (tu vois!) beaucoup moins facile de répondre mais on doit être plutot dans les mm.
2- L'aspect controle de la courbure à l'aide du calibre influe aussi pas mal. Imagines que le gars possède des calibres de diamètre 100 pour les 2 rayons 1000 et 6000. Un défaut d'un interfrange en différence de courbure représente une erreur de 0.2mm sur le rayon 1000 et 9mm sur le rayon 6000!! Il y aura donc une erreur supplémentaire sur R lors de la fab.

Note que plus le rayon est grand, plus les tolérances acceptables sont larges- Tu dois pouvoir simuler ça sans trop de problème.

Pour le débordage centrage et sur du 200 de diamètre, je sais pas quoi te dire. 2' d'arc de centrage doit être possible, moins aussi d'ailleurs mais c'est plus difficile. En fait le fabricant peut te faire un peu tout ce que tu veux en précision, tout ça dépend de l'épaisseur de ton portefeuille!

Un truc qu'il faut que tu saches tout de même: C'est à toi de t'adapter au calibre du fabricant. Tu choisis une boite, tu lui demande sa liste de calibres, et tu l'adaptes à ton design. Tu peux t'en passer evidemment mais ce sera à toi de le payer ce fameux calibre!! car il sera fabriqué. En plus autant te prévenir, y'a pas des masses de calibres de grand rayon dans les outillages des boites.

Tenter un artisan pourquoi pas. ça te reviendra peut être moins cher que dans l'industrie (et c'est peut être a lui que ça coutera cher!!). mais j'émet un doute sur les moyens technique dont ils disposent ne serait ce que dans le matos de centrage débordage! On peut faire sans mais, whhaoouu, le taf.

Le traitement anti reflet des 4 faces de 200 de diamètre, tu risques de le sentir passer aussi!

Heu voilà le peu d'info que je peux te donner.

Salut

[David Vernet 131]

Vincent: Pour les tolérances de fabrication, il faut comme le dit Barbidule la demander aux fabricants...

Il faut effectivement demander la tolérance sur les rayons de courbure, mais en %, car 0.2mm sur une courbure de 200 mm ca revient au même que 1 mm sur une courbure de 1000 mm…
Il faut aussi demander les tolérances sur le respect des épaisseurs et effectivement sur le centrage des axes optiques des différentes faces.
Je ne sais pas ce que tu as choisi comme verre mais il faut aussi vérifier si le type de verre que tu as choisi ne soit pas trop exotique, sinon, il risque d'être cher et surtout indisponible à moins d'en faire une grosse commande de quelques tonnes…

Pour le contrôle, il y a différentes possibilités, et le calibre interférentiel dont parle Fabrice2 est sûrement une des plus luxueuses…
Je ne connais pas les rayons de courbure de tes 2 lentilles, mais si ils sont assez grand, ca peut se contrôler au Foucault en association avec un sphérique et un écran de Couder ou alors contrôler l'ensemble du montage (télescope complet) en autocollimation. En pratique, les surfaces sphériques sont facile à réaliser automatiquement, et pour les résidus on peut les compenser sur une seule face pour tout l'ensemble jusqu'à obtenir une belle teinte plate au Foucault. Si je me lançais dans ce genre de projet je pense que je procéderais ainsi.
Ce genre de technique est tout à fait à la portée de Zen je pense.

Pour le collage, je ne sais pas trop, c'est toujours un peu aléatoire ce genre de manip.

Pour les traitements anti reflet, ca peut effectivement coûter cher si tu veux un bon multicouche sur toutes les faces. Sinon, pour 150 €uro pour une lentille de 200 mm (les 2 faces traitées) Zen fais un traitement antireflet monocouche au MgF2. Ca reste abordable.

Sinon, je viens de m'apercevoir que Zen fabrique aussi des triplets APO de 150, l'un à F/6.7 et l'autre à F/10, pour 3535 €uro l'objectif (Le prix ne change pas avec le F/D).
Bien sur il faut ensuite se fabriquer le reste, mais pour les accrocs des lunettes APO, bien que je ne connaisse pas la qualité de ces objectifs, c'est peut être une alternative à creuser…

[Ce message a été modifié par David Vernet (Édité le 20-11-2002).]

[barbidule! 1]

sur le forum design optique il y a le detail de ce que veux faire vincent, mais en gros c'est des rayons de courbure de 1 et 6 metres a tester.

[David Vernet 131]

Effectivement.

Ben faut simuler sous Oslo ce que ca donne comme aberration une lentille associé a un miroir sphérique. Ca va surement faire un peu d'aberration de sphéricité mais à vue de nez ca doit être facilement mesurable avec un écran de Couder comme pour un miroir parabolique au rayon de courbure.

Sinon, il y a toujours la solution de l'autocollimation sur l'instrument complet qui a ma préférence.

[Ce message a été modifié par David Vernet (Édité le 21-11-2002).]

[David Vernet 131]

Bon, petite simulation sous zemax:

Avec un sphérique de 200 F/5, une lentille de BK7 plan convexe avec 1000 mm de rayon de courbure sur la face arrière (coté miroir, pas le contraire, sinon, ca génère beaucoup d'aberration de sphéricité), épaisseur de la lame de 20 mm au centre, et la lame placé à 20 mm du sphérique, on reste presque dans les conditions d'observation d'une teinte plate au Foucault. On a en fait L/7 d'aberration sphérique et on peut bien entendu l'intégrer avec un écran de couder, même simplifié à 3 zones.
Pour le cas d'une lentille avec une face concave en face avant à 6000 mm de rayon de courbure, et la face arrière convexe de 1000 mm de rayon de courbure, (toujours dirigé vers le miroir sphérique), on a L/2.65 d'aberration de sphéricité, ce qui reste très modeste et très facile à mesurer avec un écran de Couder.
Les résidus d'aberration de sphéricité d'ordre plus élevés sont parfaitement négligeables.

Pour le cas de la lentille divergente, c'est encore plus simple, le rayon le plus court est directement contrôlable au Foucault et l'ensemble avec sphérique ne génère pas plus que L/8 d'aberration sphérique si la partie concave est en face avant.
A noter qu'il existe pour chaque lentille une solution dans le choix du rayon de courbure du miroir sphérique de contrôle pour complètement annuler l'aberration de sphéricité du montage, mais bon, ca oblige à avoir 2 miroirs sphériques, un pour chaque lentille… On en revient au même problème que pour les calibres, avec néanmoins l'avantage d'une meilleure précision et d'avoir une bonne indication sur les états de surface, mamelonnage, zonage, etc, bien plus facile à voir au Foucault qu'au calibre interférentiel.

Bien sur, la mesure au Foucault + ecran de Couder doit impérativement se faire avec une source monochromatique, sinon bonjour le chromatisme du montage…

A noter que comme chaque lentille a une face concave directement mesurable, il est facile de déduire le rayon de courbure de la partie convexe sur le montage Foucault + sphérique connaissant au départ la courbure du miroir sphérique de référence et l'épaisseur des lentilles.
On devrait pouvoir obtenir ces rayons de courbure a +/- 1 mm, ce qui fait du 0.2%, c'est pas si mal.

Sinon, petite question comme ca Vincent, tu semble vouloir faire faire ces miroirs et lentilles, mais vu que tout est sphérique ou presque, pourquoi tu tentes pas de les faire toi même ? Ca serait certes long mais pas très compliqué à faire et avec un peu de patience tu dois pouvoir arriver à un très bon résultat tout en réalisant une économie substantielle sur le budget.

[Ce message a été modifié par David Vernet (Édité le 21-11-2002).]

[vincent 2]

Je remercie encore tous ceux qui m'ont donné des informations.

Je n'ai pas posté sur le forum optique la configuration que j'envisage, mais en voici les grandes lignes de mémoire:

Diamètre des lentilles 210mm environ, diamètre du diaphragme 200mm

R1=-1300 (à optimiser)
e1=10.5
BK7

R2=0 (fixe)
e2=4.4
AIR

R3=1300 (a optimiser)
e3=9.5
BK7

R4=0 (fixe)
e4=420mm environ (à optimiser)
AIR

R5=-1200
e5=-(e4-7)
SC=-0,265 (à optimiser)

R6= (à calculer)
e6=e4-193 (aussi long que possible, environ 200mm de plus que la distance primaire/secondaire, pour pouvoir installer un porte-oculaire et des accessoire derrière).

J'ai plusieurs points que me chiffonent:

-L'épaisseur des lentilles
-Le problème de collage
-La réalisation d'un primaire elliptique aussi ouvert.

Le but est d'obtenir quelque chose d'environ 2000mm de focale avec 37% d'obstruction maxi qui se comporte très bien sur un champ de 1.3° (diamètre du disque image 46mm environ) avec un vignettage de 40% maxi à 0,65° de l'axe optique. Les simulations que j'ai pu mener conduisent à d'excellents résultats sur 1,3° avec un rayon de courbure du plan focal d'environ 480mm, une coma et un astigmatisme quasi insensible sur ce champ.

[fabrice2 1]

Ben tu pourrais éclairer ma lanterne en m'expliquant ta manip David because j'ai rien compris!
Ta simul, c'est le sphérique associé à la lentille le tout travaillant au gamma de -1 (comme au foucault)?
Comment tu fais pour connaitre le rayon de courbure d'une face de la lentille?
Salut

[David Vernet 131]

"Ta simul, c'est le sphérique associé à la lentille le tout travaillant au gamma de -1 (comme au foucault)?"
Ben non y'a pas de gamma à -1, c'est un sphérique…

"Comment tu fais pour connaitre le rayon de courbure d'une face de la lentille?"
A chaque fois t'as une face concave ou plane dans le montage a Vincent. Dans la cas de ces faces c'est facile a mesurer. Ensuite tu déduit le rayon de courbure de l'autre face (convexe) de la puissance de l'ensemble.

[David Vernet 131]

Vincent:
C'est un truc comme ca que tu veux faire?
http://vernet.david.free.fr/Houghton-Cassegrain200.jpg

[fabrice2 1]

Je persiste: ???????
Heu par gamma, j'entend grandissement.
Salut

[David Vernet 131]

Fabrice, je ne vois pas ce qui t'embête.
Donc comme un petit dessin vaut mieux qu'une longue explication dans le vide, je t'ai mis le principe de la simulation ici:
http://vernet.david.free.fr/Sph%e9rique200-Lentille.jpg

[fabrice2 1]

Ce qui m'embête? Ben le fait que tu met le dernier BK7 dans l'espace image (épaisseur 1m 60!!!). Met le juste après le miroir et tu verras, ça marchera mieux- Va aussi faire un tour dans les données paraxiales et tu verras également que t'as pas le grandissement de -1 (logique compte tenu que l'espace image est d'indice >1). je comprend mieux ton résultat à présent!!
Salut

[vincent 2]

Oui David, cela ressemble à ça.

En fait, je ne me suis toujours pas décidé entre un Lurie-Hougton et un Houghton-Cassegrain. Du point de vu mécanique c'est très similaire: il faut que le primaire soit à une distance bien définie du correcteur (avec une tolérance) et dans le cas du Cassegrain, il faut en plus respeter une tolérance sur la distance du primaire au secondaire.

Ce n'est pas un problème toutefois: on s'en tire facilement une fois qu'on a défini la distance optimale et qu'on a fixé une tolérance sur cette distance: il suffit de réaliser une chaine de cotes qui fixe une tolérance sur chaque élément mécanique qui participe à la chaine de cote.

C'est pour cette raison que je n'aime pas du tout la collimation classique sur 3 points au niveau du primaire pour ce type d'instrument car on ne contrôle ni la distance entre le primaire et le correcteur, ni la distance entre le primaire et le secondaire dans le cas du Cassegrain. (Sur un newton classique, on s'en moque).

[David Vernet 131]

Fabrice: La dernière cote de 1620 mm de l'espace image est dans l'air et non dans le BK7... regarde bien le dessin, tu n'as bien qu'une seule lentille de 20 mm d'épais (et non 1620 mm). L'ensemble fonctionne en double traversée, c'est peut être ca que tu n'as pas compris?
C'est aussi comme ca qu'on contrôle les lames de Schmidt, et ca fait quelques décennies que ca marche pas trop mal...

[fabrice2 1]

Le problème avec toi, David, c'est que t'es toujours trop sur de toi. J'ai bien compris que le système fonctionne en double traversée seulement tu l'as mal défini! Met le BK7 dans l'espace situé juste après le miroir car tel que tu l'as défini il est dans l'espace image!!
Salut

[David Vernet 131]

Bon...
Alors, je ne suis pas un pro de la conception optique comme toi... mais à priori tu me dis bien que ma dernière lentille de BK7 a une épaisseur de 1620 mm, c'est bien ca?

Si tel est le cas, et j'ai toujours à apprendre des autres, je serais donc heureux de profiter de ton expérience en la matière, explique moi alors pourquoi cette fameuse lentille de 1620 mm d'épais n'apparaît pas sur le layout 3D mais que à la place j'ai bien 2 lentilles de BK7 confondues de seulement 20 mm d'épais ?
Moi étant très bête, j'ai appris que sous zemax, quand on rentre des données d'un système optique, pour pas me gourer dans ce que je rentre, je vérifie constamment sur le layout 3D que les données que je rentre correspondent bien sur le dessin à ce que je veux obtenir. C'est pas comme ca qu'il faut faire Maître ?

[Ce message a été modifié par David Vernet (Édité le 25-11-2002).]

[fabrice2 1]

Ben non- NE JAMAIS FAIRE CONFIANCE AU DESSIN car si zeemax adapte automatiquement les diamètres à l'ouverture utile, tu verras rien! Et c'est le cas. Zeemax adopte la convention d'appliquer les matières à la première surface de l'élément défini par 2 surfaces (d'autre soft fonctionnent différemment en appliquant la matière sur la seconde surface)- Dans ton exemple, tu pars bien, 1ere surface r-6000 matière bk7 epaisseur 20 (même remarque pour l'épaisseur que pour la matière; épaisseur définie sur la première surface de l'élément) 2ème surface r-2000 épaisseur 20 d'AIR miroir (changement de direction) épaisseur -20 ou se situe à nouveau le rayon -2000 de la lentille>c'est la 1ère surface du groupe de 2 surfaces, c'est donc ici qu'est définie la matière. Bien entendu, c'est la marche à suivre en mode sequentiel, zeemax pouvant fonctionner en mode non sequentiel simplifiant ainsi l'édition d'un système en "double traversée"
Salut.

PS:Zoom ton dessin, tu verras que le faisceau d'aller et de retour ne sont pas confondus alors qu'ils devraient l'être. Regarde aussi, comme je t'avais conseillé de le faire, les données paraxiales; tu verras que le gamma est pas de -1 alors qu'il devrait l'être.

[fabrice2 1]

J'ajoute qu'en fait, la fourberie du dessin c'est que tes dioptres sont bien placé DONC tu peux pas voir que l'indice de l'espace image a changé. Ces nouveaux soft auraient du intégrer le changement de teinte quand le milieu a un indice différent de l'air, ça éviterait les embrouilles!
Resalut

[David Vernet 131]

RRaaahhhh...
Putain tu pouvais pas me dire plutôt que je m'étais gouré de case pour le BK7??
Ca aurait été plus simple comme explication…
Bon ben sinon, même comme ca ca marche, la déformation à mesurer reste très raisonnable, 3 lambdas d'aberration sphérique et on peut toujours en déduire le rayon de courbure d'une face si l'on connaît l'autre et le rayon de courbure du sphérique.
Ca raccourcit aussi le montage, et ca c'est pratique.
Sinon, j'ai la version 6 de Zemax, donc pas de mode non séquentiel…

[fabrice2 1]

A vrai dire oui tu t'es gourré de case- Je l'ai dit autrement mais ça revient effectivement à ça.
Par contre je sais pas pourquoi tu cherches à mesurer l'aberration sphérique de la lentille? Enfin c'est pas grave.
Autre chose, tu trouves la technique des calibres luxueuses>??? Oublie pas que dans l'industrie les lentilles sont glantées et je vois mal le gars déglanter/reglanter sa lentille plein de fois pour s'assurer de la valeur de son rayon!! En plus avec une combine de miroir et de foucault que les gars ont toutes les chances de n'avoir jamais utilisé (le foucault) sans compter qu'il est très probable qu'ils n'en possedent pas voir même qu'ils ne sachent pas ce que c'est!! Autant faire rapidos un calibre.
Salut

[David Vernet 131]

Ben je mesure l'aberration sphérique de la lentille car ce montage engendre justement de l'aberration sphérique avec une lentille sphérique et un miroir sphérique. Donc si l'aberration sphérique que tu mesure colle avec celle qui a été calculé, tu sais que la surface de ta lentille sera effectivement sphérique.

Sinon, pour les calibres, ne raisonne pas industrie, mais polissage amateur… D'une part ca n'est pas une série mais des pièces uniques, encore que là 2 faces sont identiques, et contrairement au calibre, tu as accès à l'état de surface des lentilles avec le montage au foucault, ce qui est intéressant à connaitre pour des grandes pièces qui forment la pupille d'entrée.

[fabrice2 1]

Ben si je raisonne industrie, c'est because que Vincent aussi; y cherche pas à les faire lui même ces lentilles.
Houla la mesure de l'aberration sphérique pour savoir si la lentille est bonne dur dur la manip mais pourquoi pas!
Salut

[David Vernet 131]

Ben on procède ainsi pour faire un miroir parabolique hein... Je vois pas la différence… Et pour des déformations bien plus importantes, par exemple plus de 6 lambdas d'aberration sphérique pour un 200 à F/5 et même 63 lambdas d'aberration sphérique sur un 600 à F/3.3...
La déformation à mesurer sur le montage sphérique + lentille correspond à la déformation d'un 200 à F/6.25, franchement, c'est très facile à mesurer.

Sinon, je raisonne fabrication amateur ou artisanale car Vincent veut s'adresser à des artisans comme Bonnin ou Zen qui sont issus du milieu amateur, avec des méthodes amateurs bien adapte aux demandes qu'ils ont, de pièces unitaires, et non de méthodes industrielles avec un effet de série ou le calibre se justifie pleinement.
J'exclue pas non plus que le projet de Vincent puisse aussi intéresser des amateurs qui ont déjà taillé du verre mais qui seraient freinés par des déformations trop importantes des surfaces d'un RC et qui se poseraient la question du contrôle des lentilles tout en ne disposant que du seul test de Foucault.

Sinon, j'ai remis à jour les données du montage pour ceux qui seraient intéressé de contrôler les lentilles de cette manière :
http://vernet.david.free.fr/Spherique200-Lentille.jpg

Heureusement que tu m'as parlé de cette histoire de faisceaux non confondus au retour Fabrice, sinon, on y serait encore...

[Ce message a été modifié par David Vernet (Édité le 25-11-2002).]