Mesures front d'onde

[PhFL 59]

Sur le site d'Airylab figurent plusieurs rapports sur des réfracteurs.
Par exemple Skywatcher 80 ED

Ors il y'a une différence entre la mesure au front d'onde et la mesure au front d'onde au meilleur foyer.
L'explication donnée est la suivante : Cette position permet de compenser en partie l’aberration sphérique avec la défocalisation.

Effectivement entre les deux les rapports PV et RMS s'améliore significativement, et bien entendu le strehl.

Comment interpréter cette différence pour du visuel, puis de la photo.

Merci d'avance

[lyl 4 501]

Chonum l'expliquera bien mieux que moi, mais cela à rapport avec le fait que le focus théorique se fait sur l'axe, ou du moins sur la partie "plate" du champ.
Le best focus est celui qui maximise l'efficacité sur tout le champ utilisé.

A l'oculaire, on fait généralement la mise au point sur la zone là ou tu as centré l'objet qui t'intéresse. L’œil a une zone de champ ou sa précision maxi n'est pas très large, ça ne prends pas tout le champ du coup et tu peux avoir de l'aberration en dehors de la zone évaluée par l'oeil.

En photo, si tu utilises un outil d'aide à la map, ça va se faire sur une zone plus ou moins grande. Si elle est grande, elle va indiquer la position ou l'aberration sphérique a le moins d'effet statistique sur le focus.

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Tu as la note suivante sur la version anglaise du site AiryLab, ça vaudra mieux que mon explication embrouillée :

quote:

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Note regarding best focus results :

New reports since 2013 mention the best focus wavefront error (WFE) in addition to the raw WFE.

The HASO delivers WFE at the null curvature focus position. In that sense, it’s a raw measurement as focus is not meshed with 3rd order spherical aberration. Although it is the good measure to evaluate precisely the optical performance versus its theorical ZEMAX design for example, it doesn’t reflect perfectly the real utilization on the field.

For visual or imaging utilization, the focus is done at the best focus position, the position that delivers the best result (minimum PSF size).

If some spherical aberration is present, part of it (about one third) can be compensated with some defocus. The best focus result takes that into account and it is the best position in real usage.

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[Ce message a été modifié par lyl (Édité le 11-02-2017).]

[olivdeso 1 860]

J'ai un doute sur un point: le best focus est il pris en polychromatique? c'est à dire le meilleur compromis pour toutes les longueurs d'ondes ?

Ou alors il est recherché pour chaque longueur d'onde ?

Dans ce cas, il serait pas mal d'avoir une mesure en polychromatique si c'était possible

[PhFL 59]

Olivdeso : Sur le rapport de la Sky 80 ED on a bien sur les trois longueurs d'onde 635nm, 543 nm et 473 nm les deux mesures (une sur le front d'onde et l'autre sur le font d'onde au meilleur foyer).

Comme toi je me pose la question : l'ajustement se fait-il sur chaque longueur d'onde à chaque fois et non sur une seule fixée une fois pour toute ou de façon monochromatique ? et si c'est le cas ça améliore bien le rapport strehl. (cf rapport sur la sky ED 80)

Je n'ai pas regardé tous les rapports, mais j'ai l'impression que la différence entre les deux mesures est plus importante sur des doublets que des triplets. (ces derniers ayant un sphérochromatisme mieux corrigé).

En conclusion : Si je n'ai que des mesures faites au meilleur foyer et pas les autres (front d'onde) qui me font ressortir de supers ratios strehl, PV et RMS, mon jugement sur la lunette est un peu faussé ? je me trompe ou non.

Philippe

[Ce message a été modifié par PhFL (Édité le 11-02-2017).]

[lyl 4 501]

Il me semble que les résultats sont liés à la méthode de mesure.

HASO utilisant Methode_Shack-Hartmann

C'est en général sur les trois longueurs d'ondes caractéristiques qui à leur tour sont utilisées lors du design optique.

Ça me semble difficile de pouvoir caractériser en bloc avec les trois types en même temps (du fait du matériel utilisé dans la méthode)

Quant à dire que les triplets sont mieux corrigés à f/D égal et diamètre égal que les doublets (même avec un élément en fluorite qui est meilleur dans le bleu->violet->UV) c'est un euphémisme.

Si tu veux imager avec plus de précision, exploiter le "best-focus par couleur", il y a la méthode LRVB avec capteur monochrome et roue à filtre.
Plusieurs avantages :
- le capteur monochrome aura tout ses photosites actifs par plan couleur (pas d'estimation suite à debayérisation)
- la map peut être plus précise, ajustée pour la plage de longueur d'onde filtrée, donc meilleure résolution.

Sur un triplet TOA (n°20), ça peut avoir un impact dans les longueurs d'onde extrêmes.
Non seulement la formule est bien corrigée globalement, mais en plus tu peux gagner en résolution en sélectionnant la longueur d'onde qui t'intéresse, en réalisant le focus après filtrage. Et ce, sur une grande plage... la classe !
http://www.telescope-optics.net/images/EDs.PNG

Cas général : on peut remarquer que par conception la partie bien corrigée des formules est calée souvent vers les 70% du diamètre optique, la ou on commence à capturer un maximum de lumière.

On peut faire de jolies choses avec une 80ED, mais il ne faut pas se leurrer, exploiter complètement un diamètre optique donné : les optimisations coûtent assez cher. Tu es restreint aux possibilités offertes par l'optique. Il n'est pas certain que pour une semi-apo tu trouves un avantage à faire du LRVB.

[Ce message a été modifié par lyl (Édité le 11-02-2017).]

[Patrick Sogorb 258]

Fred se place place sur le meilleur foyer (en terme de focus, pas en terme d'aberration sphérique) sur la longueur d'onde centrale. Après, tu as l'aberration sphérique qui correspond au design de l'instrument pour chaque longueur d'onde.
Si Fred se place sur un autre foyer, toujours en terme de focus, (on parle de pouillémes de mm), la quantité d'aberration sphérique ne changera pas, seul le focus des différentes longueurs d'onde change, mais ce terme de Zernike est supprimé lors du traitement de la mesure. Bref, tu dois retrouver les mêmes résultats, quelque soit la position de l'analyseur de front d'onde.

[Ce message a été modifié par Patrick Sogorb (Édité le 11-02-2017).]

[PhFL 59]

Merci pour ces réponses.
P Sogorb "Bref, tu dois retrouver les mêmes résultats" . Bon là je suis un peu perdu (ou plus vraisemblablement je ne comprends plus rien) car franchement sur le cas de Skywatcher ED 80, les résultats ne sont pas les mêmes pour les PV, RMS et Strehl, ils s'améliorent significativement pour les mesures "Front d'onde au meilleur Foyer". D'ailleurs visuellement parlant la représentation de la lentille ne comporte plus que du vert et du bleu, exit le jaune, orange rouge ou violet. C'est quand même plus flatteur pour la lunette mesurée !
Si je veux comparer une lunette de 100 f/D 7.4 à une FS60 et que je n'ai pas des mesures d'onde faites de la même façon, ça devient compliqué : Que vaut un strehl de 0,876 qui devient 0,918 (WFE best focus) pour le 473mn pour la FS60 avec 0,915 pour la 100 mais WFE best focus ?
Pour la décomposition de Zernique (concept pas évident), je vois bien que les tableaux d'Airylab ont supprimé les quatre premier termes et je regarde surtout le terme 8 "3th order spherical abberration". Pas simple à appréhender surtout que j'ai trouvé dans les exemples de mesures des triplets qui en avaient nettement plus que des doublets.

Philippe

[Ce message a été modifié par PhFL (Édité le 11-02-2017).]

[chonum 976]

Voilà une question très pertinente Philippe
Je vais tâcher d'y répondre. Mais avant je recommande la lecture de cet article : http://airylab.fr/lanalyseur-de-front-donde-de-shack-hartmann/

Un SH mesure donc le front d'onde en calculant l'écart des foyers derrière les µlentilles avec la position attendue dans le cas d'un front d'onde incident parfaitement plan.
Ces distances représentent les pentes locales du FO (WFE), donc sa dérivée. Puis le logiciel intègre de proche en proche ces pentes pour retrouver le FO.

Le logiciel du Haso dispose de deux modes de présentation du FO : zonal et modal.

En mode zonal, le front d'onde présenté est brut, sans autre calcul que l'intégration des pentes. Sur un FO zonal, le Haso est capable néanmoins de retrouver à la volée les premiers termes de Zernike (sans passer par un fit polynomial) qui sont les deux tilts, le focus (composante sphérique) et les deux astigs. Les trois premiers ne sont, sauf exception, jamais pris en compte car relatifs à la position de mesure.

Lorsque je fais la mesure, je positionne le Haso à la courbure nulle du FO, le "vrai" foyer pur. Notons néanmoins que le Haso peut sortir la même mesure sans être vraiment à ce foyer puisque la courbure n'est pas prise en compte dans le FO (ni les tilts). Mais cela soulage la dynamique du SH.
Dans ce mode, l'aberration sphérique SA de 3eme ordre (Z8) est complète telle qu'elle l'est dans un design optique (et encore un logiciel de conception peut aussi être placé au meilleur foyer).
Les valeurs de chromatisme longitudinal des rapports sont ces valeurs de courbure nulle.
Ce n'est pas en revanche le meilleur foyer car en présence de SA, il est possible de compenser partiellement celle ci en ajoutant une composante sphérique (donc une courbure) puisque les deux composantes s'ajoutent pour composer le FO total.
Evidemment un profil de SA n'est pas le même que celui d'une calotte sphérique :

Néanmoins en choisissant la bonne courbure, on annule un tiers de l'AS.

Et lorsque vous faites la focalisation sur la détectivité (en stellaire) ou les contrastes locaux (objet étendu), c'est ce que vous faites naturellement.

Le mode modal du Haso applique un fit polynomial de Zernike. Dans mes mesures, je le fais jusqu'au 33eme terme (développement de Wyant). C'est une valeur classique. Néanmoins le Haso étant décidément bien fichu, il sait garder le résidu, constitué des défauts de haute fréquence trop petits pour rentrer dans les 33 premiers termes, et l'ajouter au fit de Zernike. Du coup le FO même décomposé en polynôme le FO reste juste contrairement à d'autres systèmes qui présente un FO qui est très lissé.
D'ailleurs ce résidu est présent dans les rapports car il montre des défauts typique du polissage (couronnes) et le mamelonnage.

Lorsque le Haso fonctionne en mode modal, il positionne automatiquement le focus du FO pour obtenir le meilleur foyer (best focus), celui qui est utilisé en réalité.

J'ai ajouté cette présentation il y a quelques années car elle correspond mieux à la vraie utilisation du système, mais la première reste intéressante aussi.

Les plus attentifs vont me dire que mes valeurs de chromatisme longitudinal étant relevées sur la mesure zonal, elle ne correspondent pas à la vraie utilisation. C'est vrai. Néanmoins comme le dit Patrick, la différence entre foyer pur et best focus est très petite, quelques µm au pire. Hors comme je relève les foyers avec une précision de lecture de l'ordre de +-5µm, cela ne change rien en pratique.

Évidemment lorsque la SA est nulle, les mesures modales et zonales sont les mêmes puisque l'aberration sphérique est la seule aberration de révolution pouvant être compensée par une défocalisation.
Dans ce cas je ne donne qu'une mesure, typiquement dans le vert.

De plus la mesure modale peut être piégeuse puisque la pupille qui définit le front d'onde à fitter doit être très bien centrée. Sinon par exemple une partie de coma peut devenir un astigmatisme.

En espérant être clair

[chonum 976]

Sinon les mesures sont effectivement monochromatiques.
Le Haso sait faire une mesure polychromatique, c'est un gros avantage sur un interféromètre. Reste à trouver la source qui va bien en terne de spectre (une LED blanche par exemple ne convient pas car elle présente deux pics à 450 et 550nm pour faire un blanc qui n'en est pas un, une halogène est trop décalée vers le rouge avec pas de violet/bleu ou très peu), et surtout la fibrer dans un coeur de 4µm. En général 4µm c'est du monomode très cohérent, pas du continuum.

[chonum 976]

Les 70,7% pourcent de la pupille correspondent à la position pour laquelle nous avons autant de flux intégré d'un coté que de l'autre.

[chonum 976]

"Comme toi je me pose la question : l'ajustement se fait-il sur chaque longueur d'onde à chaque fois et non sur une seule fixée une fois pour toute ou de façon monochromatique ? et si c'est le cas ça améliore bien le rapport strehl. (cf rapport sur la sky ED 80)

Je n'ai pas regardé tous les rapports, mais j'ai l'impression que la différence entre les deux mesures est plus importante sur des doublets que des triplets. (ces derniers ayant un sphérochromatisme mieux corrigé).

En conclusion : Si je n'ai que des mesures faites au meilleur foyer et pas les autres (front d'onde) qui me font ressortir de supers ratios strehl, PV et RMS, mon jugement sur la lunette est un peu faussé ? je me trompe ou non."

C'est correct. Les données sont monochromatiques sur le meilleur foyer de la longueur d'onde considérée.
Cela correspond en pratique à une utilisation narrow band.
Donc il faut bien faire attention aux valeurs de chromatisme longitudinal.

Il faudrait que je me repenche sur la faisabilité d'une mesure polychromatique VIS de 400 à 700nm, mais quelle source ?
J'ai une source deutérium tungstene, mais elle n'est pas linéaire du tout. Et puis envoyer du 200nm sur les µlentilles en résine, je ne le sens pas même si Imagine Optic m'a dit qu'ils faisaient bien pire

Si vous avez une idée ?
LED pas possible, ni Halogène tungstène. Et il faut de la pêche pour ensuite rentrer assez de flux dans une fibre monomode sachant qu'on perd 99,99% du flux à cause des modes de la fibre
Et un laser supercontinuum n'est pas une option financière

La seule source pertinente que j'ai vu pour l'instant est le soleil, mais ce n'est pas très pratique...

[Ce message a été modifié par chonum (Édité le 11-02-2017).]

[Daube-sonne 55]

Bonjour Frédéric,

N'est-il pas possible d'interpoler les résultats pour d'autres longueurs d'onde en fonction de ce que tu obtiens avec tes 3 lasers ?

Donc plutôt une solution logiciel.

Si tes mesures dans le bleu, le vert et le rouge ne sont pas suffisante pour une bonne interpolation, peut-être rajouter 2 "couleurs" intermédiaires (si financièrement c'est ok et que les longueurs d'onde existe en laser).

Après il faudrait produire un résultat "objectif" pour la photo, et un résultat "visuel" qui tiendrait compte de la courbe de sensibilité chromatique de l’œil (ne pas pénaliser une optique qui déconne dans le violet si l'observateur ne le voit pas).

J'espère ne pas dire trop de bêtises...

Amicalement, Vincent

[Ce message a été modifié par Daube-sonne (Édité le 11-02-2017).]

[olivdeso 1 860]

Je pensais à un cube RGB à l'envers pour combiner des leds R V B...

[Lucien 11 305]

Pour un spectre assez proche de la lumière solaire au moins dans la partie du visible, il y a les lampes au xénon.

Sinon on peut utiliser des lampes halogènes survoltées pour un spectre bien continu.
Avec un survoltage assez marqué, on réduit fortement la durée de vie de ces lampes mais on relève sensiblement la température de couleur.

Lucien

[chonum 976]

@Vincent : sur beaucoup d'optiques il est possible d'interpoler un résultat entre le bleu et le rouge puisque seul le sphérochromatisme change. Il m'arrive régulière de donner une estimation du FO à un longueur d'onde particulière en utilisant la régression de l'AS en fonction de la longueur d'onde.

En revanche cela est plus délicat sur le chromatisme longitudinal.

Ce que je fais sur des achromats, c'est faire les spots diagrams superposés avec une référence de point dans le vert.

@Lucien : ah oui le xénon effectivement. Je vais regarder cela.

@Olivier : non il faut vraiment une source continue avec un spectre proche du soleil.