rolf

Contraste et état de surface

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Bonsoir,

avez-vous une idée (ou un lien ...) comment quantifier la part de l'état de surface par rapport à d'autres défauts pour obtenir un bon (ou mauvais) contraste; autrement dit: à forme égale qu'apporte une surface plus lisse?
L'état de surface est-il déterminant ou est-ce les autres types de défauts optiques qui priment?

amicalement rolf

[Ce message a été modifié par rolf (Édité le 23-11-2013).]

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L'état de surface haute fréquence se quantifie en Angstroms. Enfin pour les bons. A l'heure actuelle, c'est le principal marqueur entre un bon miroir, et du tout venant.

J'ai écrit un article pour le prochain numéro d'Astrosurf magazine qui paraîtra en janvier et parle justement de cela et qui compare beaucoup de miroirs d'origines différentes. Mais quelque chose me dit qu'on aura l'occasion d'en reparler à la sortie du magazine !

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Bonsoir

Je vais considérer par exemple le cas d'un miroir de télescope, travaillant donc par réflexion et en lumière visible.

Je n'aurais pas posé la question ainsi car elle est imprécise.

- On ne peut dire: "à forme égale, qu'apporte une surface plus lisse?" car si les formes sont égales il en est de même de leurs surfaces.
En effet, en parlant de la forme, on sous-entend souvent une forme globale approchant le paraboloïde, par exemple, sans spécifier à combien est la surface réelle de la surface idéale.
Il faut donc examiner non seulement l'amplitude des écarts entre la surface idéale et la surface réelle dans la direction perpendiculaire à la surface, mais aussi leur variation lorsqu'on déplace le point étudié le long de la surface. L'échelle de mesure dans ce cas sera prise en référence à la longueur d'onde et plus petits seront les écarts, meilleur sera le résultat optique. A cette échelle, c'est la qualité de l'image, dans le sens où l'image sera la plus proche possible de la réalité, que l'on va contrôler.

- Ensuite, l' "état de surface", ou rugosité, est caractérisé, dans un plan tangent à la surface et au voisinage du point étudié, par les variations selon deux dimensions dans le plan tangent et selon la perpendiculaire des écarts de la surface réelle à la surface idéale. Dans ce cas, l'échelle de mesure sera plutôt une petite fraction de la longueur d'onde et là il n'y a pas de limite basse. Cette rugosité peut descendre en dessous du nanomètre.
A cette échelle de défauts, le contraste sera contrôlé par la quantité de lumière diffusée dans toutes les directions par la rugosité, lumière diffusée qui s'ajoute à l'image formée par la surface vue à grande échelle.

- La conclusion est donc que l'on a tout intérêt à approcher la surface réelle au mieux de la surface idéale et cela à toute échelle, pour un miroir.

Pour une lentille, un prisme ou optique traversée, il y a lieu de tenir compte en plus des inhomogénéités d'indice causées par des contraintes ou des impuretés.

- Pour quantifier ce que j'ai expliqué "avec les mains", il faut mathématiser l'influence de la rugosité de manière générale, ce qui est fait dans le livre de Stover, mais dépasse le cadre de mon explication.
Cordialement
Pierre

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Merci Pierre,

pourrais-tu donner le titre de ce livre stp.;

amicalement rolf

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Bonjour Rolf,

Tu trouveras des éléments de réponse dans le chapitre 13 du bouquin de Suiter "Star testing Astronomical Telescopes".
Il y fait bien la différence entre les défauts de rugosité "primaires", visibles au Foucault, et détectable au star-test, et les micro-défauts dans le cas où il n'y a pas de superpoli. Il présente des courbes de MTF pour différents niveaux de rugosité.

Par expérience de mon Newton 10", entre avant et après superpoli ( à l'atelier de la SAF), la différence n'est pas évidente au star-test ( il faut vraiment une turbu très faible pour différencier les effets de la turbu des effets de la rugosité), par contre elle l'est en planétaire :
- contraste sur Saturne ou la lune,
- les planètes ne bavent plus en prise de vue même en cas de saturation. Par exemple (prise de vue webcam) :

- sur Saturne, j'ai sans problème l'anneau de crèpe en imagerie.
- le défaut, c'est les "aigrettes" sur les planètes lumineuses, en particulier sur Mars ( et Jupiter par faible grossissement) ....

Francis

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Bonsoir

Désolé de répondre si tard mais je n'ai pas rouvert le forum depuis hier.

Bien sûr, voici le titre: J.C. Stover, "Optical scattering: Measurements and Analysis"
SPIE Optical Engineering Press, Bellingham ( Washington) 1995.

Pour avoir travaillé avec, je dirai qu'il est très complet mais il faut savoir deux choses, d'abord qu'en anglais "scattering" contient ce qu'en français on sépare en diffraction et diffusion, ensuite qu'il y a des maths qui accompagnent le texte mais cela est compensé par les exemples provenant de questions que des opticiens au sens large peuvent se poser.

Puisque je suis dans ce sujet, si la diffusion due à toute hétérogénéïté de la surface réfléchissante est une gêne en astronomie, il faut savoir aussi que c'est un outil puissant d'étude de la couche de matière que la lumière pénètre avant d'être réfléchie. On a ainsi accès à des défauts de l'ordre du micromètre et même moins non seulement en surface mais en profondeur. Une zone de la couche métallique réfléchissante dont l'état cristallin varie par rapport à la zone voisine ou bien qui a subi une contrainte thermique différente de la zone voisine lors du dépôt va diffuser de manière différente et cela est détectable. Que ce soit utile à l'astronomie est une autre affaire.

A l'oeil, on a une idée de la rugosité d'une surface de verre parfaitement propre en envoyant un faisceau laser à l'incidence normale sur cette surface. Si le point d'impact du faisceau est très peu visible, au point de nécessiter un papier pour le trouver, alors la rugosité est une fraction de nanomètre.

Bonne soirée
Pierre

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Le miroir superpoli au ras des pâquerettes càd là où la turbu est souvent maximum.

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Je pose cette question car sur un forum allemand un groupe d'amateurs reproche justement à Zambuto de ne pas fournir de bulletins interférométriques et de se contenter de faire de la publicité sur l'état de surface, son "superpoli". Ils affirment qu'une surface très lisse n'aurait quasiment aucun effet visible et qu'il serait impossible de lui attribuer quoi que ce soit sur une éventuelle amélioration du contraste et de l'image. S'il y a amélioration ce serait dû à une meilleure parabole, astigmatisme maîtrisé, maîtrise de l'instrument, turbulence etc. - bref sur une liste de 20 critères l'absence de micromammellonnage viendrait en dernière position; quasi négligeable et contribuerait à moins de 1 sur mille sur l'amélioration de l'image.
Ils affirment également qu'il serait quasiment impossible de ne pas avoir de surface ultra-lisse si la parabole est bonne; la surface très lisse viendrait de toute façon automatiquement si la parabolisation est faite correctement et manuellement et pour les amateurs ce ne serait pas un problème.

Voilà ce que je lis et je serais curieux de voir ce que vous en pensez.

amicalement rolf

[Ce message a été modifié par rolf (Édité le 25-11-2013).]

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"Ils affirment également qu'il serait quasiment impossible de ne pas avoir de surface ultra-lisse si la parabole est bonne; la surface très lisse viendrait de toute façon automatiquement si la parabolisation est faite correctement et manuellement et pour les amateurs ce ne serait pas un problème."

Ben c'est juste n'importe quoi. Il n'y a aucun lien entre l'obtention d'une bonne parabole et la formation du micromamelonnage. Tu peux avoir un miroir très doux à 3 lambdas, comme un miroir à L/10 avec un état de surface désastreux.
La formation du micromamelonnage est lié à la technique de polissage, qualité de la poix, vitesse de polissage, les produits à polir employés etc...

On a très longuement discuté de tous ces points par le passé sur les forums, fais une petite recherche autour de "superpoli" et tu vas voir des dizaines de fils ou on en cause en détail.

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"Ils affirment qu'une surface très lisse n'aurait quasiment aucun effet visible et qu'il serait impossible de lui attribuer quoi que ce soit sur une éventuelle amélioration du contraste et de l'image"

Ils n'ont peut-être jamais observé dans un bon miroir avec un très bon état de surface... La différence se voit pourtant presque immédiatement.

Désolé d'être un peu "rapide", mais en fait, qui fait du "superpoli" (ou équivalent) en Allemagne ? A mon sens, pas Alluna, et à part eux, il y a quelques amateurs qui font de bons miroirs, mais qui restent des amateurs à un niveau d'amateurs.

Rolf, tu pourrais donner le lien de la discussion?

[Ce message a été modifié par Kentaro (Édité le 25-11-2013).]

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"ils disent aussi que les supports asta, cela ne set à rien"

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il doit littéralement y avoir des centaines de page sur ce sujet dans les archives du forum ...
il ne faut s'étonner s'il y a une lassitude de certains intervenants à s'exprimer de nouveau pour se répéter une fois de plus.
telle qu'elle est posée la question est dès le départ trop ouverte.
il faudrait préciser le contexte, l'usage, etc.
je n'ai pas envie non plus de relire des dizaines de pages de forums allemands où la aussi les avis se sont exprimés depuis longtemps.

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Il me semble que je l'ai précisé à 16h26.

amicalement rolf

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imagerie (quel échantillonnage) ou visuel?
quel type d'objets?
quelle configuration instrumentale?
etc.

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Je n'en sais rien, visuel si tu veux avec un Newton assez ouvert. Comment attribuer au "superpoli" le gain qu'il engendre par rapport à un poli moins "super", si je peux m'exprimer ainsi. Est-ce vraiment totalement négligeable comme prétendu par des gens qui ne disent sûrement pas n'importe quoi à priori et pour qui tout doit passer par la mesure du Strehl. Il me semble qu'il y ait consensus ici que le "superpoli" produit des images plus propres, non?

amicalement rolf

[Ce message a été modifié par rolf (Édité le 25-11-2013).]

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"... pour qui tout doit passer par la mesure du Strehl."
il fallait commencer par cela ...

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J'ai parcouru le fil en question avec google translate, mais d'après ce que j'ai compris ils buttent sur la question du pourcentage d'énergie diffusée (de l'ordre de 1*10-2 pour les miroirs les plus rugueux contre 1*10-6 pour les meilleurs) et raisonnent par rapport à la tache de diffraction et du Strehl, ce qui ne marche pas pour comprendre ce qui se passe.

On a eu exactement le même genre de débats ici, dis moi Rofl si ca répond aux questions qu'ils se posent:
http://www.astrosurf.com/ubb/Forum2/HTML/018573.html

(a partir du 15-06-2006 01:21)

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Déjà si ils prennent Zambutto comme référence de superpoli, c'est pas gagné

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"si "état de surface" = micromamelonnage, alors cela ne compte pas énormément.
Un faible micromamelonnage est intéressant pour supprimer le halo autour des objets brillants. Cela permet de distinguer plus facilement des objets faibles à proximité, comme les satellites de Saturne par exemple. Mais il n’a aucun effet sur les contrastes en planétaire contrairement à ce qui est écrit sur les sites de Skyvision et Astrotélescope.
Un estimation du micromamelonnage a été faite par l’un des testeurs : http://marty-atm.de/RoundRobin/Kurt%20Schreckling/RBericht2.html
Il arrive à une perte de strehl ratio de 0.7% (voire 3% en comptant large), à comparer aux 90% de perte dus à l’astigmatisme et autres défauts…
Pour les sceptiques, il y a le livre « Optical Scattering : Measurement and Analysis » de John Stover, édité par la SPIE, et qui est LA référence en matière d’états de surface et de diffusion lumineuse. Les études de diffusion sur les télescopes des grands observatoires font toujours référence à cet ouvrage.
Enfin tout cela est théorique, cela ne modifie pas les bonnes adresses pour faire tailler ou retoucher ses miroirs

ANTWORT:

Pour le micromamelonnage, l’intégrer dans la chute du Strehl pour en mesurer son importance est une erreur. Ce sont des défauts de nature différente des défauts de forme dont l’angle solide de diffusion est très différent.
Les effets sur l’image ne sont pas du tout les mêmes, sur une planète comme Jupiter , l’abaissement du Strehl dû a des défauts de forme bouffera le contraste et la résolution, mais une différence de l’ordre du % sera très difficile à percevoir, alors qu’un % de l’énergie diffusé par du micromamelonnage créera un voile uniforme sur la planete qui bouffera complètement les différences de contraste des différents détails, qui sont très faible, très inférieur au % par rapport à l’énergie lumineuse totale de la planète.
En fait tu raisonne comme si la diffusion lié au micromamelonnage se cantonne à la taille de la tache de diffraction, or l’effet déborde très largement de celle ci, et la contribution d’une source lumineuse large vas affecter tous les détails de celle ci sur un champs de 2 à 3’ d’arc.
En gros un abaissement du Strehl de 1% par un defaut de forme ne se verras pour ainsi dire pas, alors que 1% d’énergie diffusée, ca vas se voir comme le nez au milieu de la figure !"


David, voici un extrait d'échange qui résume en quelques lignes la chose.

Je vais le leur mettre.

amicalement rolf

[Ce message a été modifié par rolf (Édité le 26-11-2013).]

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Salut!

Dans mes souvenirs je crois qu'on faisait surtout la différence sur le plan du contraste. Sur la lune par exemple, les ombres sont vraiment noires et très très tranchées et pas "grises", comme on peut souvent le voir dans pas mal d'optiques. Après ça peut aussi être dû à un mauvais bafflage interne.
En ciel profond, le contraste permet une meilleur détectivité des dentelles par exemple à diamètre équivalent.
Évidemment, c'est plus facile à voir un soir où la turbu sera faible et où la différence entre les qualités optiques et diamètres s'exprimeront.

Mais c'est sûr qu'avant de parler de superpoli, encore faudrait-il avoir une très bonne collimation à chaque observation, et malheureusement, cela ne semble pas le cas pour un certain nombre d'astronomes amateurs qui ne mesurent pas son importance .

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Rolf pour compléter, si je puis me permettre, sur la MTF proposé par ton lien ce n'est pas vraiment une comparaison scientifique puisque qu'il n'y figure pas la courbe affecté par le mamelonnage/micro mamelonnage. Sauf erreur de ma part, cette composante ne figure-t-elle pas dans le bouquin de Suitter? On pourrait voir que cela affecte les hautes fréquences donc "ça voile la face à l'oculaire" Pour poursuivre un peu sur l'optique théorique (je ne suis pas un pro mais j'ai quelques souvenirs de ma formation initiale... Merci M. Gresser, prof de l'Université de Haute Alsace que je salue au passage) une étoile dans un instrument propre donne des aigrettes avec un profil en intensité lumineuse bien particulier... en sinus cardinal! (PSF -Point Spread Function en anglais, découlant de la MTF par traitement du signal dont je passe les détails). Et bien si vous voyez des aigrettes en pointillés c'est un signe de "polissage de qualité" sinon en gros, avec une bouse, le profil en sinus cardinal tend vers une p... de courbe en cloche... Ah c'est sûr les aigrettes tu les vois avec une "kolossal finesse" , mais c'est moche! et surtout significatif d'absence de contraste. Comme quoi la théorie optique s'observe aussi à l'oculaire
Souvenir des RAP de 2007... (ensuite j'ai eu une période d'arrêt de l'astro mais là je reprends de plus belle ): Jupiter dans deux T300: un sans et un autre "sans" mamelonnage... le résultat a été édifiant... c'est comme pour les lessives, tu vois avec ou sans taches Donc si tu ne veux pas voir une planète avec de la crasse propre, un bon miroir utiliser tu dois.

[Ce message a été modifié par maire (Édité le 26-11-2013).]

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Est-ce que l'aluminure n'intervient pas aussi ?
Et que dire des traitements multicouches (Hilux, Starbright, ...) à base de différents oxydes qui augment la réflectivité et ont sans doute une importance non négligeable sur la diffusion.

Comme dit chonum :

quote:
L'état de surface haute fréquence se quantifie en Angstroms

et en plus ce n'est pas la surface du verre mais celle des différentes couches d'oxydes qui protègent l'aluminure.

De ce fait, il faudrait prendre en compte l'effet tunnel (plus connu en microscopie) comme le laisse supposer PierrePA28 :

quote:
Une zone de la couche métallique réfléchissante dont l'état cristallin varie par rapport à la zone voisine ou bien qui a subi une contrainte thermique différente de la zone voisine lors du dépôt va diffuser de manière différente et cela est détectable.

C'est peut-être un peu tôt pour avoir un avis tranché sur le superpoli, je crois qu'il faudra attendre le développement des nanotechnologies et en particulier des sondes à balayage pour comprendre réellement ce qui se passe en surface d'un miroir de télescope.

En plus, je ne crois pas que les miroirs en Pyrex utilisés par les amateurs restent stables à l'échelle nanoscopique comme le Zerodur utilisé par les pros.

Le superpoli associé au traitement de surface qui va bien et au matériau qui va bien ... c'est plutôt à ce niveau que devrait se tenir cette discussion.

Tiens un exemple : le superpoli du miroir chinois fait avec du verre à vitre suivi de son traitement haute réflectivité Hilux ... qu'importe le support pourvu qu'on ait l'ivresse.

[Ce message a été modifié par ms (Édité le 26-11-2013).]

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Bonjour

Dans l'élément de réponse que j'ai écrit le 24, j'ai cité le livre de Stover sans indiquer qu'il était une référence, désolé.

De fait, l'expérience montre que les dépôts métalliques réfléchissants ont tendance à reproduire l'état de la surface de verre support. Ces problèmes ont déjà été étudiés il y a longtemps et les facteurs influençant la rugosité du dépôt sont essentiellement la nature du métal déposé, la vitesse du dépôt et donc son mode d'évaporation-condensation, la température du substrat et sa propreté. On suppose que l'évaporation se passe en ultra-vide, raisonnablement propre donc.

Pour ce qui est de l'influence de la diffusion des couches diélectriques destinées à protéger d'une part la métallisation et d'autre part augmenter quand c'est possible la réflectance, elle a été largement étudiée par un labo marseillais car les miroirs destinés à réfléchir des faisceaux lasers de puissance sont constitués uniquement de couches diélectriques. La diffusion constituant des pertes d'énergie qui seront absorbées par l'empilement diélectrique, les conditions de préparation de ces empilements ont été étudiées largement aussi.

Pour en revenir à une surface réfléchissante dont la rugosité est très faible, une fraction de nanomètre, je suis surpris qu'aucun amateur fortuné n'est fait réaliser un miroir métallique obtenu par tournage diamant. Pour mes recherches j'avais un miroir ellipsoidal, diamètre 20 cm, épaisseur 12 cm, distance entre foyers 45cm, réalisé dans une qualité d'alliage d'aluminium présentant peu de joints de grains. Un tel miroir avait été réalisé au tour de précision, avec un diamant en pointe d'outil, contrôlé par interférences. Sa diffusion intrinsèque était si faible que l'on pouvait mesurer des diffusions d'échantillons de l'ordre de 10 puissance moins 4 ou 5. Depuis, je ne jure que par ce type de miroir, mais je n'ai pas les moyens en tant qu'amateur ordinaire. Avec cette technique, il reste peu de questions à se poser sur la forme et la diffusion.

Bon, il reste donc encore de quoi rêver.
Cordialement
Pierre


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