Jean-Noel

Champs de pleine lumière Obsession 20"

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Bonjour à tous,

Obsession équipe ses modèles avec des miroirs secondaires de petites tailles, censés favoriser le contraste par rapport aux instruments présentant une obstruction plus importante. Sur sa page consacrée à l’obsession 20‘’, un site de vente recommande fortement l’adjonction d’un Nagler 31 et l’ajout d’une tête binoculaire de haute qualité. Je me suis posé la question sur l'adéquation entre les oculaires de longues focales/grands champs et les instruments F/D=5 dotés d’une obstruction de 15%. Cette réflexion pose la question du choix d'un dimensionnement judicieux afin d'obtenir le contraste le plus élevé possible sans provoquer un vignetage visuel visible.

Pour son modèle 20’’, Obsession donne les éléments suivants :

- Focal Length: 2540 mm (± 50 mm)
- Primary Mirror: 508 mm (50.8 mm thick)
- Secondary Mirror: 79 mm
- Truss Pole: Length: 180 cm (± 5 cm)
- Upper Assembly: Diameter: 63 cm, Height: 33 cm
- Lower Assembly: A= 79 cm, B= 73 cm, C= 63 cm, D= 68 cm
- Eyepiece Height (Z) 245 cm
- crayford JMI EV3 hauteur = 58.4mm.

J'ai recherché le champs de pleine lumière afin de regarder l'adéquation entre l'obsession 20" et le panoptic 35mm (pupille de 7mm):

Le champ de pleine lumière n'est que de 5.3' et la lumière du miroir au bord de champ de l’oculaire n’est que de ~32% pour 70% admissible !!! Les résultats semblent montrer un sous dimensionnement du miroir secondaire, provoquant un vignetage visuel très nettement perceptible.

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"Newtonian Diagonal Analysis" de Mel Bartels présente les résultats suivants :

(This program calculates off-axis illumination and diagonal shift).

- Primary mirror diameter: 508mm
- Primary mirror focal length: 2540mm
- Diagonal size - m.a.: 79mm
- Diagonal to focal plane: 363.4mm

Off-Axis Illum. Light Loss
0.00 mm 100.0% 0.00 mag
2.00 mm 100.0% 0.00 mag
4.00 mm 99.87% 0.00 mag
6.00 mm 97.83% 0.02 mag
8.00 mm 95.19% 0.05 mag
10.0 mm 92.35% 0.08 mag
12.0 mm 89.43% 0.12 mag
14.0 mm 86.46% 0.15 mag
16.0 mm 83.46% 0.19 mag
18.0 mm 80.46% 0.23 mag
20.0 mm 77.46% 0.27 mag
22.0 mm 74.46% 0.32 mag
24.0 mm 71.48% 0.36 mag
26.0 mm 68.51% 0.41 mag

(Max field for visual use with 68 deg eyepiece and 7mm exit pupil = 20.76 mm radius. offset = -3.91 mm parallel to focal plane).

Le taux d'illumination en bordure de miroir au Panoptic 35mm est ici de l'ordre de 76% (0.3 mag). Ce résultat semble en contradiction avec le premier énoncé ! Contrairement à la conclusion de la première application, le vignetage visuel serait visible mais parfaitement tolérable.

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Diagonal mirror calculus (Atelier d'optique à la SAF) préconise un miroir secondaire de 95mm pour couvrir le diamètre de la Lune dans le plan focal :

Un miroir secondaire de 116mm serait nécessaire afin de couvrir entièrement le champ d'un Panoptic 35mm, soit une obstruction de 23% et une dégradation du rapport de Strehl en regard de la version actuelle.

Le champs de pleine lumière de 0.09°, calculé par la première application, calcul un dimensionnement du miroir plan égale à environ 77mm :

Ce résultat comme le premier met en évidence un sous dimensionnement du secondaire

La méthode écrite sur le livre de Karine et Jean-Marc Lecleire, page 90, calcul un champ de pleine lumière de 10' d'arc environ, c'est un tier du diamètre lunaire : champs b=(79-(363,4*508/2540))/(1-363,4/2540), soit 7.38mm ou 0.17° (9.98').

Le CTA de Jean Texereau confirme :

dimension d'un astre au foyer = 2540*radians(0.17°)= 7.37mm
d miroir plan =(508-7,37)*363,4/2540+7,37 soit 79mm.

Pour couvrir un champ de pleine lumière égal au diamètre de la Lune (0.5°), la formule du texereau recommande :

un champs de pleine lumière de 0.5*RADIANS(2540)= 22.2mm
un miroir secondaire de (508-22,2)*363,4/2540+22,2mm = 92mm.

Le miroir secondaire de l'obsession 20" ne permettrait donc pas théoriquement d'utiliser les Panoptic 35mm et Nagler 31mm. Avez-vous constaté un vignetage visuel visible avec cette configuration ?

Je ne m'explique pas la différence des résultats entres les différentes applications et la façon dont Mel Bartel définit sont "off-axis illumination " et les pertes de magnitudes liées. Auriez-vous des infos sur les méthodes de calcul? Avez-vous constater, lors d'une observation avec un obsession, un vignetage perceptible par exemple au nagler 26 ou 31? Je vous propose d'ouvrir une discution sur l'optimisation de l'obstruction, prenant un compte le gain de contrste obtenu par un petit miroir secondaire et les limites à ne pas dépasser pour limiter le vignetage visuel (surtout si le point focal doit-être reculé pour l'adjonction d'une tête binoculaire)


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J'aurais tendance à préférer le secondaire de grande taille, car cela permet de s'affranchir des effets de bord que l(on genere lors du polissage du miroir secondaire. Quand ou vignettage, j'ai toujours trouvé que les dobsons US (toutes marques confondues) avaient des secondaires trop petits. J'en ai même vu dont le champ de pleine lumiere était égal à zero, le secondaire diaphragmant le primaire...

Pour la perte de strehl ration dont tu parle, laisse moi te dire que c'est completement négligeable, surtout sur un 20". Il faut voir que passer de 15% à 20% d'obturation ne va pratiquement pas toucher ton strehl, tandis que 99,99% du temps la turbulence te dégradera ton strehl beaucoup plus.
J'ai aussi une tendance qui me pousse vers l'imagerie et dans ce cas là, on cherche à minimiser le vignettage. Bref, vive les gros secondaires!

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Jean-Noël,
Je ne comprends pas bien . Un rapide calcul me donne, avec tes données tout en haut, un champ de pleine lumière d'environ 1 Lune, soit #30' et non pas 5,3 !

[Ce message a été modifié par Toutiet (Édité le 15-12-2007).]

Autant pour moi : j'ai fait le calcul avec une sortie foyer de 280 mm au lieu de 363 !

[Ce message a été modifié par Toutiet (Édité le 15-12-2007).]

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Tu n'auras jamais un champs de pleine lumière couvrant la lentille de champs d'un Pano 35. Sur les Skyvision, le champs est à peu près calculé pour couvrir le champs d'un oculaire type Pano 24 (de même sur les XT 12) ; ce qui donne une obstruction de 20-22 %. Avec ce champs là, je ne vois aucun vignetage sur un Nagler 22 ou même le Nagler 31. Et l'image claque en planétaire comme dans une apo.

Mais 15 % d'obstruction, c'est vraiment très faible. Je ne vois pas l'intérêt, car les effets de l'obstruction sont presque indolores en dessous de 25 %.
Quand à la bino, vu la longueur de son tube, le champos de pleine lumière y est ridicule quelle que soit la taille du secondaire. C'est lié au fait qu'il est illusoire de vouloir rentrer un cone dans un cylindre, car ça coince assez vite...

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Bonjour à tous,

Merci de vos réponses respectives et riches de renseignements.

Je m’étais entretenu avec l’un de nos artisans à propos des effets de bord des miroirs secondaires. Les choses se sont bien améliorées depuis quelques années, notamment chez Romano Zen, fournisseur de secondaires de bonnes qualités. Il est clair qu’un miroir plan affublé d’un bord rabattu dégradera bien plus les images qu’une obstruction plus importante. Ce type d’optique est simplement à rejeter sauf si support adéquat masquant ce défaut.

La différence de Strehl ratio entre deux obstructions représente pour une obstruction de 15% : (1-0.15²)²= 0.96 et (1-0.2²)²=0.92, donc un écart assez peu significatif mais qui s’additionne aux dégradations nettement plus nuisibles engendrés par les défauts de forme RMS des optiques et par l’agitation atmosphérique (J’ai heureusement la chance d’observer assez régulièrement les anneaux complets, parcourus par des condensations mobiles au T250 et 300mm).

Grâce à vos réponses, j’ai pu allez un peu plus loin dans ma démarche mais je n’arrive pas à faire fonctionner le script de CoreDump. La page de Jeff Beish (Association of Lunar and Planetary Observer) parle du concept de facteur de contraste

CF =5,25-5,1*(d/D)-34,1*(d/D)²+51,1*(d/D)³

J’essaierai en fin se semaine de la mettre en relation avec la perte de lisibilité des demi-tons planétaires de Jupiter exprimé par le ratio de contraste c = (600cd/m² - 300cd/m²)/600cd/m² = 50%. Pour reprendre l’exemple de l’obsession de 508mm utilisé avec des Panoptic de 35mm :

miroir = 508mm
F = 2540mm
diamètre linéaire 'b' = 42mm
crayford JMI EV3 = 58mm
D tube = 560mm
Tirage = 25mm
S théorique = 363,4mm
secondaire théorique = 108mm
Secondaire imposé = 79mm

La perte de luminosité en bord de champ serait de :
Obstruction = 15,6%

Facteur de contraste (CF) soit 3,82
r = cF / lD soit 1,087
x = 2b(F-l)/lD soit 0,980
A = (x² + 1 - r²)/2x soit 0,397 ; (Arc Cos = 1,16 Radians)
B = (x² + r² -1)/2xr soit 0,536 ; (Arc Cos = 1,01 Radians)
I = [acos A–x racine²(1-A²)+r²acos B]/p soit 0,636 d'où une perte de Magnitude de 0,494. (M = 2.5 log(1/I))

Donc une perte bien décelable de près de une demie magnitude. J’ai regardé ce que cela donnerait sur mon projet de futur 500mm équipé d’un Nagler 31mm :

miroir = 506mm
Focale = 2630mm
diamètre linéaire "b" = 44mm
crayford = 37mm
D tube = 536mm
Tirage = 25mm
S théorique = 330mm
secondaire théorique = 102mm
Secondaire imposé = 89mm

Obstruction = 17,6%
Facteur de contraste (CF) = 3,58
r = cF/lD = 1,402
x = 2b(F - l)/lD = 1,222
A = (x²+ 1-r²)/2x = 0,216 ; (Arc Cos = 1,370 Radians)
B = (x² + r² -1)/2xr = 0,718 ; (Arc Cos = 0,738 Radians)
I = [arccos A – x Ö (1 - A²) + r² arccos B ] / p = 0,793 d'où une perte de Magnitude=2.5log(1/I), soit 0,25

La perte de magnitude de 0.2 à 0.3 me semble comestible. Il me parraît préférable de ne pas déscendre sous ce seuil. Au Nagler 26, la perte serait de 0.16 magnitude (si la distance entre le secondaire et le point focale peut effectivement être de 330mm, avec un PO low profile, compte tenu des oculaires utilisés (Zeiss Abbe, Pentax XW, Naglers). L’utilisation d’une tête binoculaire sans système OCS nécessite un secondaire de 120mm soit une obstruction de prés de 24% et une baisse supplémentaire du rapport de strehl de 3%.

Mon projet de télescope vous paraît-il correctement calibré ?
J'aurai plaisir à vous lire en rentrant mercredi soir.

Jean-noël


[Ce message a été modifié par Jean-Noel (Édité le 16-12-2007).]

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Juste une remarque. Je ne sais pas quel sera le rapport F/D de ton futur télescope, mais je doute qu'il soit de 5 avec un miroir de 500 mm.
Or, le 31 n'est pas vraiment adapté pour des F/D < 5-6.
Je l'utilise de temps en temps pour son champs énorme sur le Sky ouvert à 4, mais la pupulle est presque de 8 mm. Autant dire que je perds plus de la moitié de la lumière car je tourne (à 40 ans) à 4-5 mm de pupille max. Autant dire que le problème du secondaire devient plus que secondaire (hi hi).
Lorsque j'observe les dentelles sur le Sky, c'est au 16 mm qu'elles sont les plus lumineuses (4 mm de pupille). Au 22, j'ai plus de champs mais la brillance surfacique de l'objet baisse. Au 31, je les ai en entière mais la brillance baisse encore...
Si tu fais un scope à F/D 3,5 : observer avec plus que 20mm me semble inutile. Avec le 31, tu vas te retrouver avec une pupille de 10 mm...
Et si tu fais ton scope à F5, tu vas observer sur un échaffaudage.

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Si j'avais un tel instrument je garderais le petit secondaire pour le planétaire et je prendrais un bien plus grand, optimisé pour le ciel profond.

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Pour info, le pourcentage d'illumination que donne le soft de Mel Bartels est juste. J'ai fais un soft sur le principe du raytracing pour vérifier la chose, et je trouve la même chose. J'ai déjà constaté que le premier soft que tu utilises (qui donne 32%) donne un résultat érroné. Je l'ai indiqué au consepteur mais il n'a pas fait la modif.

Marc
www.astrosurf.com/durey

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Jean-Noël, ou à ceux qui savent répondre ( ...)

Désolé de faire remonter ce vieux post, mais j'aimerais assez connaître le soft utilisé par Jean-Noël qui semble intéressant et compléter Newt et autres simulation du genre.

Merci de votre aide !!

JMarc

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Jean-Noel a quitté l'écoute hier soir. Il sera de retour le 13/5 sur la toile.

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Bonsoir Jean Noel,

I = [acos A–x racine²(1-A²)+r²acos B]/p soit 0,636 d'où une perte de Magnitude de 0,494. (M = 2.5 log(1/I))

Ayant rédigé sur Excel le formulaire de Jeff Beish et en ayant vérifié le bon fonctionnement sur son exemple numérique (télescope de 6" ouvert à F/D = 4) et sur le même avec les pouces convertis en mm, je l'ai testé sur ton exemple et trouve les mêmes résultats jusque B radians.

Mais à la valeur de I je trouve (sauf erreur) 0,462, ce qui donne une perte de magnitude bien plus gênante (et bien plus proche de la réalité) de 0,84 mag.

79 mm, c'est bien trop petit car cela te donne, dans ta configuration, un champ de pleine lumière de 10',

108mm, c'est beaucoup mieux : 55'.

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Il y a 3 heures, Cecil-Kris a dit :

Ah mince, les liens ne fonctionnent plus...

 

Ben faut dire que le post commence à dater ;)

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