question optique / a-t-on de la perte de lumiere?

[ArnaudD]

Bonjour à vous tous,

 

ça fait maintenant 2 ans que j'ai un mak 127, et en ce moment je creuse un peu plus niveau optique pour savoir comment ça marche. Du coup je me suis remis quelques cours d'optique de 1er et de terminale: ça remet un peu en place, et ça fait du bien, mais j'ai l'impression que beaucoup de chose m'échappe. Pour bien m'imprégner du fonctionnement j'ai tester un schéma pour commencer sur un télescope du type Newton, D300 F1500. J'ai fait le plan à l'échelle car dans la plupart des explications que j'ai pu trouvé ce n'était pas du tout à l'échelle. L'oculaire n'est pas encore représentée.

Dans les images jointe j'ai testé différentes inclinaisons de rayon venant taper le miroir primaire et j'ai plusieurs questions qui vont peut être vous paraitre débile mais bon...je me lance.

 

-Dans les images ci dessous nous pouvons constater qu'il y a des rayons de lumière qui s'échappent à côté du miroir. Est ce le cas en vrai? tous les rayon ne sont pas réfléchis par le miroir?

 

-Dans la dernière image il y a un schéma expliquant le rebond d'un rayon contre l'intérieur du tube. Est ce que l'intérieur du tube réfléchi les rayons jusqu'au miroir primaire?

 

-Aussi comment calcule-t-on la dimension du miroir secondaire?

 

J'espère que j'aurai un retour de votre part et que nous pourrons discuter un peu optique ensemble.

Bonne soirée à vous!!!!!!!

 

[Toutiet]

Ton cinquième schéma est le bon, et correspond à l'observation d'un objet ponctuel, pile sur l'axe optique du miroir primaire et la dimension du miroir secondaire est déterminée en conséquence.

 

Par contre, tes deux premiers schémas correspondent à l'observation d'objets ponctuels qui ne situent plus sur l'axe du miroir, OU à l'observation d'un objet étendu (champ couvert), dont la totalité ne se trouve pas sur l'axe du primaire. C'est pour répondre à ton constat que le miroir secondaire doit alors être légèrement plus grand que dans le cas ci-dessus, afin de ne pas perdre de la lumière réfléchie par le primaire. Ainsi, dans le sixième schéma, le miroir secondaire devra être plus grand que celui de la figure, de façon à réfléchir la totalité des faisceaux vert et rouge. Sa dimension détermine le "champ de pleine lumière" dont est capable le télescope. Si elle est trop faible, il y a alors du "vignetage" et l'image observée s'assombrit sur les bords.

Modifié 12 mars 2021 par Toutiet

[ArnaudD]

Bonjout Toutiet, merci pour ta réponse.

 

Le champ de pleine lumière est l'angle incident maximum  ( est ce que ça correspond au champ qui est donné en seconde d'arc) ? Il détermine la dimension du miroir secondaire (ou plutôt l'inverse)?

 

Si je comprend bien le vignetage correspond aux rayons qui s'échappe car le miroir est pas assez grand ou mal réglé?

 

Lorsque l'on grandit le miroir secondaire n'y a t-il pas moins de lumière qui rentre dû à l'obstruction du miroir à l'entrée du télescope?

 

Beaucoup de question....désolé

[Toutiet]

Oui, le champ de pleine lumière correspond au champ, sur le ciel, pour lequel le miroir secondaire ne limite pas les rayons lumineux. Dans le plan focal, c'est la zone qui a reçu la totalité des rayons  captés par le miroir primaire.

 

Oui pour ta remarque sur le vignetage.

Oui également pour ta dernière remarque. Il y a d'autant plus d'obstruction que le miroir secondaire est grand. Cela se traduit par une (légère) perte de luminosité des images, et surtout une diminution de leur contraste. Mais, je te rassure, cela passe quasiment inaperçu pour la plupart des observateurs...

[ArnaudD]

Merci beaucoup je vais essayer de creuser un peu plus dans ce sens alors.

[Toutiet]

Tu veux te lancer dans la construction d'un 300 mm...?

[ArnaudD]

Je voudrais essayer de comprendre comment marche tout ça pour effectivement en construire un plus tard 300mm voir plus. Je suis designer produit et industriel et j'aimerai aussi essayer de dessiner un nouveau type de télescope, je ne sais pas encore quoi. J'aimerai bien m'associer avec un ingénieur avec qui nous pourrions réaliser cela ensemble. Il faudra que je poste cela sur le forum pour voir si il y a des gens motivés pour se lancer dans un nouveau projet, essayer d'apporter des nouvelles choses dans ce milieu, je pense qu'il y a des choses à faire!

[LH44]

Il y a 2 heures, ArnaudD a dit :

Lorsque l'on grandit le miroir secondaire n'y a t-il pas moins de lumière qui rentre dû à l'obstruction du miroir à l'entrée du télescope?

 

Oui il y a moins de lumière au global mais le champ pleine lumière est plus étalé et en photo cela a son importance car on éclaire mieux (plus uniformément) la surface du capteur dans ce cas, en visuel en revanche cela importe peu en fait, on pourrait très bien diminuer la dimension du secondaire au point que le champ pleine lumière se réduise à un point justement et puis nos yeux ne sont pas suffisamment sensible pour détecter une perte de 0.4 magnitude entre le centre et l'extrême bord du champ. Réduire l'obstruction permet notamment de gagner en contraste mais sans dépasser une limite non plus où sinon on perdra cet avantage.

Modifié 12 mars 2021 par LH44

[ArnaudD]

Ok merci LH44, Il y une question que je me pose peut être est-elle stupide. N'esxiste t il pas des télescope conique? pour augmenter le champ plein lumière et l'entrée de lumière?

Je me doute qu'en thermes de fabrication c'est plus délicat, mais bon est ce que ça améliorerai la capacité d'un D300 par exemple si il était conique?

[popov]

Salut ! 

 

Schéma 1+2+ le rouge et le vert du 6 : les cibles qui ne sont pas dans l'axe optique de l'instrument ne seront donc pas pile au centre de l'oculaire. C'est justement ce qui cause les aberrations optiques comme la coma dans le cas d'un newton.   

 

Schéma 3 : l'objet est beaucoup trop décentré, aucun champ d'oculaire ne permettra de l'avoir. La zone du ciel visible à l'oculaire est peu large dans le ciel, la lumière bleue vient d'en dehors de cette zone. Ce n'est donc pas grave d'y perdre toute sa lumière. Même sur le schema 1 et 2 le point d'origine de la lumière est déjà trop décentré, c'est ce qui te donne l'impression d'y perdre pas mal de lumière à cause du secondaire sous dimensionné. Sur le schéma 6 si tout est à l'échelle, l'écart entre les foyers rouge et vert serait d'environ 7cm pour un 12"f/5, ces 7cm sont beaucoup plus que ce qu'on peut encaisser : il faudrait un oculaire à lentille de champ de 7cm c'est à dire un coulant 3", avec surement une pupille de sortie qui fera de toutes façons diaphragmer. J'ai l'impression que c'est cette notion de champ qui est à l'origine de tous tes doutes sur le décentrage des faisceaux de lumière.

 

Schéma 4 : comme le 3 mais en pire. C'est pour cette raison que l'intérieur d'un instrument doit éviter tout réflexion (tube ouvert d'un serrurier qui laisse ressortir la lumière, peinture noire dans tubes pleins, baffles dans les lunettes et SC, ...)

 

Schéma 5 : nous voilà dans un monde parfait mais qui correspond à peu près à ce qui se passe vraiment dans le télescope. C'est ce type de schéma que tu vas retrouver un peu partout car il est suffisant pour comprendre ce qui se passe. Comme le disait Toutiet, le secondaire sera un tout petit peu plus grand pour les objets un peu décentrés, ça suffit. Si c'est toi qui construit l'instrument tu auras l'info dans les bouquins/tuto/logiciels correspondant précisément à ton projet. La question à se poser sera surtout de savoir de combien tu veux faire sortir le foyer, qui dépendra de l'utilisation que tu voudras en faire. Par exemple pour la photo ou pour mettre une bino faut d'avantage de back focus donc secondaire monté plus proche du primaire

['Bruno]

il y a une heure, ArnaudD a dit :

Ok merci LH44, Il y une question que je me pose peut être est-elle stupide. N'esxiste t il pas des télescope conique? pour augmenter le champ plein lumière et l'entrée de lumière?

 

Les télescopes de Schmidt, qui ont un très grand champ photographique, ont un miroir primaire sensiblement plus grand que la lame d'entrée. Justement pour avoir un champ de pleine lumière compatible avec le champ photo. Du moins c'est le cas pour les télescopes de Schmidt professionnels. Il me semble que les modèles de chez Celestron avaient un miroir primaire de même diamètre que la lame, peut-être pour des questions de coût de fabrication.

 

[LH44]

Je ne sais pas si c'est lié à ce que tu dis Bruno mais la lame de Schmidt fait légèrement diverger les rayons incidents et donc on surdimensionne le primaire pour ne pas manquer ces rayons, les fabricants donnent en général le diamètre de la lame mais pas celui du primaire.

['Bruno]

Ah oui, c'est surtout pour cette raison que les miroirs primaires sont plus grands.

[francheu]

Il y a 2 heures, LH44 a dit :

Je ne sais pas si c'est lié à ce que tu dis Bruno mais la lame de Schmidt fait légèrement diverger les rayons incidents et donc on surdimensionne le primaire pour ne pas manquer ces rayons, les fabricants donnent en général le diamètre de la lame mais pas celui du primaire.

 

La divergence introduite par la lame est en réalité très faible.

La vraie raison est que la lame de Schmidt est la pupille d'entrée du télescope, et qu'elle est placée au centre de courbure du miroir primaire pour éviter que celui-ci introduise de la coma et de l'astigmatisme. Pour éviter que le primaire vignette, il faut qu'il soit plus grand que la lame.

 

@ArnaudD Il y a un petit défaut sur tes schémas : dans un Newton, le miroir primaire est la pupille d'entrée, le faisceau doit donc le couvrir complètement, sur l'axe et dans le champ. C'est pour ça que le tube doit être suffisamment large par rapport au primaire, de façon à ce qu'il (le tube) ne vignette pas dans le champ.

 

[ArnaudD]

 Merci pour vos commentaires? C'est vraiment chouette d'avoir des réponses comme cela, mais je me rend compte que j'ai beaucoup de chose à apprendre...J'ai parfois l'impression que vous parlez tous chinois...bref c'est pas facile et je dois m'armer de persévérance je crois.

Plus je réfléchie à comment rentre la lumière et comment se forme les objets dans le télescope plus je m'y perd...Les vidéos sur youtube ou autre qui explique comment se forme les images, je les comprends mais il y a des choses que je ne saisi pas. J'ai très très envie d'apprendre mais j'ai l'impression de revenir en arrière, je mouline un peu.

 

-Quand on parle de lumière qui rentre on parle bien de a lumière de l'astre ou de la lune par exemple?

 

-J'ai du mal de concevoir déjà qu'un point lumineux dans le ciel sera plus lumineux dans le télescope si le miroir primaire possède un plus gros diamètre...le point lumineux aura toujours la même dimension et luminosité sur le miroir primaire qu'il fasse 80, 150, 300mm de diam...Je ne comprend pas! Et pour la résolution c'est pareil je ne comprend pas pourquoi un plus gros diam de miroir primaire apporte une meilleure résolution...Je suis au bout du rouleau là!!!

 

- J'ai fait un schéma ci dessous avec l'angle alpha de 31 min d'arc qui correspond au diamètre apparent que l'on a de la lune. Je ne comprend pas bien comment la lune pourrait d'un coup mesurer 30cm de diamètre sur le miroir primaire

J'ai l'impression que je veux représenter quelque chose qui n'est pas représentable.

Du  coup l'autre possibilité en dessous  en partant de la vision réel que l'on en a en diamètre apparent? mais du coup je ne comprend pas bien comment se formerait la lune sachant qu'il y a le miroir secondaire qui obstrue....Je suis paumé aidez moi....

 

J'aimerai matérialiser le champ de pleine lumière du miroir primaire sur le foyer image M1, je crois qu ça m'aiderait beaucoup à comprendre. Savez vous comment je peux le dimensionner et le positionner sur le schéma?

 

Merci pour vos réponse.

 

[LH44]

Il y a 23 heures, ArnaudD a dit :

-Quand on parle de lumière qui rentre on parle bien de a lumière de l'astre ou de la lune par exemple?

 

Tout à fait lorsque tu observes la Lune, c'est bien la lumière de la Lune que tu reçois dans le télescope (en fait celle du soleil réfléchie par la Lune !).

 

Il y a 23 heures, ArnaudD a dit :

J'ai du mal de concevoir déjà qu'un point lumineux dans le ciel sera plus lumineux dans le télescope si le miroir primaire possède un plus gros diamètre...le point lumineux aura toujours la même dimension et luminosité sur le miroir primaire qu'il fasse 80, 150, 300mm de diam...Je ne comprend pas!

 

Tu veux dire plus lumineux qu'à l'oeil nu c'est ça ? La lumière émise par un astre n'a pas de direction précise la plupart du temps, l'astre émet dans toutes les directions enfin sauf les planètes car seule la surface éclairée renvoi la lumière, bref pour capter cette lumière et pour  former une image sur la rétine il faut en prendre une partie, seulement à l'oeil nu l'ouverture de iris est quand même pas bien grande donc peu de lumière au final rentre pour former l'image de l'étoile au fond de ta rétine. Pour améliorer ça il faut fabriquer une sorte d'entonnoir capable de capter une plus grande part de cette lumière et ensuite la rediriger vers l'ouverture (toute petite) de ton oeil, c'est justement ça un télescope ou une lunette, un gros entonnoir  

 

Il y a 23 heures, ArnaudD a dit :

Et pour la résolution c'est pareil je ne comprend pas pourquoi un plus gros diam de miroir primaire apporte une meilleure résolution...

 

Là c'est moins facile à expliquer sans rentrer dans des calculs mais pour faire simple, une image formée par le biais d'une lentille (ou tout autre instrument) est constituée de points comme un écran de TV (tu peux les voir à l'aide d'une loupe) seulement dans le cas réel d'une observation sans artifice électronique ces points ne sont pas exactement ponctuels ils sont en réalité des tâches (appelés Tâche de Ary) donc avec une dimension, tu peux donc comparer ça aux des pixels de la TV si tu veux, donc tu pourra grossir autant que tu veux avec ton instrument et un oculaire qui va bien et tu finira au bout d'un moment par "voir" ces pixels et une image pixelisée, en réalité les pixels individuels tu ne les vois pas distinctement (sauf sans le cas d'une étoile) c'est la baisse de contraste des objets étendus qui sera visible sur l'image donc l'image sera perçue comme moins résolue  Donc on peut démontrer que plus le diamètre collecteur de l'instrument est gros plus ces pixels seront petits à l'arrivée et donc à grossissement (on grossi les pixels) égal la résolution sera meilleure dans l'instrument à plus gros diamètre. Donc à retenir, plus de diamètre = plus de lumière et aussi plus de résolution.

 

Ton dernier schéma est faux car la dimension de la Lune est une dimension angulaire, les rayons émis par l'extrême bord de la Lune n'arrivent pas sous le même angle que les rayons émis depuis le centre. La Lune est à une distance très différente de celle des étoiles qui pour ces dernières sont considérées comme étant à l'infini (leur dimension angulaire est quais nulle pour nous) . La Lune de bord à bord fait environ un angle 0.5° donc tu peux tracer ces rayons extrêmes et voir où l'image se forme sur ton schéma c'est un bon exercice  

Modifié 13 mars 2021 par LH44

[Toutiet]

ArnaudD,

Une analogie très parlante : quand il pleut et que tu disposes une bassine dehors, tu récoltes d'autant plus d'eau que la bassine est grande. Eh bien, c'est pareil avec un télescope (ou une lunette). En Optique, tu récoltes d'autant plus de lumière que le diamètre de l'objectif est grand.

 

[ArnaudD]

LH44  le premier schéma des deux au dessus est-il le bon?

 

j'ai mis un angle de 0,5 degrés pour l'entrée des rayons dans le tube correspondant au diamètre apparent de la lune...J'aimerai réussir à positionner la taille de la lune sur le miroir primaire ça m'aiderait à comprendre.

Merci Toutiet c'est bien cela que je n'arrive pas trop à assimiler. le miroir primaire agit comme une bassine à lumière mais pourtant il y a bien une image qui se forme dessus?

Si on oriente le telescope vers la lune et que l'on regarde par  l'ouverture on verrait le reflet de la lune sur le miroir primaire?

Dois je tout revoir de l'optique? ahah

[Toutiet]

Tu dois te replonger sérieusement dans les bases de l'optique géométrique 😜.

Mais pour t'aider un peu, sache que n'importe quel point lumineux du ciel (étoile ou détail de Lune ou de planète) émet de la lumière dans toutes les directions, dont celle du miroir du télescope. Le miroir du télescope est donc "immergé" dans un "champ lumineux" constitué d'une infinité de rayons individuels, lumineux et parallèles entre eux.

Et la surface parabolique du miroir reçoit ainsi un faisceau lumineux qu'il concentre  en "un seul point", le "foyer". 
Ainsi, à tout point lumineux du ciel correspond une "image" ponctuelle de ce point dans le plan dit "focal", sur l'axe du miroir, ou en dehors selon la direction d'entrée visée.
Tout est dit et je te laisse construire toi-même, point par point, l'image de la Lune (par exemple) dans ce plan focal.

Modifié 13 mars 2021 par Toutiet

[ArnaudD]

Je vais me faire quelques cours d'optique géométrique. Je crois que je saisi mal la diffraction de la lumière Merci beaucoup pour votre aide.

[popov]

 

Il y a 13 heures, ArnaudD a dit :

J'ai du mal de concevoir déjà qu'un point lumineux dans le ciel sera plus lumineux dans le télescope si le miroir primaire possède un plus gros diamètre

C'est parce que sur tes dessins tu n'as pas compris que ce que les flux lumineux que tu représentes sont uniquement ceux d'un objet ponctuel et pas de toutes la zone/surface du ciel qui est face à l'instrument. 

 

Il y a 1 heure, ArnaudD a dit :

J'aimerai réussir à positionner la taille de la lune sur le miroir primaire ça m'aiderait à comprendre.

Tes schémas correspondent à un objet ponctuel du ciel. La lune a un diamètre apparent, c'est une "zone du ciel" dont chaque point t'envoie de la lumière et c'est tout de suite plus bordélique à représenter. Le premier schéma de la seconde série correspondrait à ce qui est pile/ponctuel dans l'axe optique de l'instrument mais avec l'erreur que tu fais d'avoir ajouté un angle qui n'existe pas. Car que ce soit une étoile ou le mini bout de lune pile dans l'axe de l'instrument, la lumière arrive parallèle car l'objet est à l'infini (cf notion en optique) : l'angle est infime (au sens premier du mot et c'est peu dire) entre le rayon qui arrive en haut du dessin et celui qui arrive en bas (et si on devait exagérer sa représentation, tu aurais mis cet angle dans le mauvais sens). S'il y des angles qui existent ce sont plutot ceux entre les flux de lumière venant d'objets séparés dans le ciel. Par exemple deux étoiles ou deux points distincts sur la lune.  Si tu devais les représenter on se rapprocherai alors du sixième schéma de la première série (sauf qu'au vu des angles que t'as mis sur ce schéma là ce sont deux points angulairement très séparés dans le ciel, en tout cas d'avantage que le diamètre apparent de la lune et d'avantage que ce qu'on peut faire rentrer en meme temps dans le champ de l'oculaire)

 

il y a une heure, ArnaudD a dit :

Je crois que je saisi mal la diffraction de la lumière

C'est pas dit méchamment mais gardes la diffraction pour plus tard, tu en es encore très loin. Chaque chose en son temps ;)

 

[ArnaudD]

Ahah ok merci Popov pas de souci, je reprend les bases avec sténopé etc...c'est fort intéressant. Mais je commence à mieux comprendre comment ça marche.

[Toutiet]

ArnaudD

Une fois que tu as compris qu'un objet étendu, dans le ciel (comme la Lune), n'est autre qu'une juxtaposition d'objets ponctuels (comme les étoiles), alors le tour est joué, et tu appliques à chaque point ce que j'ai dit précédemment. Ainsi, tu comprends comme on obtient une image de (tous les points de) la Lune dans le plan focal 😜.

[ArnaudD]

Merci en tout cas pour votre aide, je viens de réaliser un petit sténopé maison, je n'avais jamais essayé...C'est fou!!!

[Toutiet]

C'est bien aussi un sténopé, mais rien à voir avec un télescope...😉

[ArnaudD]

Ahah oui je reprends les bases de l'optique géométrique, du coup ça commence par ça!!!le cours 4 est sur les télescopes. J'espère que je vais comprendre!!

[LH44]

Je ne sais pas si cela t'aidera a y voir plus clair, j'ai bricolé un schéma pour te montrer comment l'image se forme sur un Newton.

 

 

Il manque juste un oculaire pour voir l'objet image formé sur le plan focal de plus près.

[ArnaudD]

Merci LH44 il est vraiment top ton schéma. Je comprend doncque le point inférieur de la lune émet un faisceau de lumière d'incidence 0,25 degrés par rapport à l'axe optique, La lune ayant un diamètre apparent de 0,5 degrés, pas de souci jusque là.

 

Je viens de regarder un cours sur le stigmatisme du miroir sphérique dans les conditions de Gauss, dans ses conditions il ne précise pas que les rayons doivent être parallèles. C'est vraiment ce point qui me pose problème. Admettons (pour que je comprenne bien) on regarde au télescope non pas la lune qui est considérée à l'infini mais une plante à 10mètre (ce que j'ai déjà fait) les rayons émis par le haut de la plante vont agir comme ci dessous? On constate que les convergence de rayon arrive sur le plan focal image avec un décalage. Donc ca ne marche pas! Mon image sera flou et le stigmatisme rigoureux n'existe plus, je me retrouve avec du caustique, mon télescope est soit trop prêt de la plante, soi la plante est trop grosse? C'est bien cela? ais je bien compris?

 

du coup pour ton schéma, Pour les astres éloignés on considère que les rayons lumineux sont parrallèles (le sont-il vraiment?) mais ils peuvent tout de même se déplacer sur un rayon d'incidence de 0,5 degrés non? pour le même point inférieur de la lune le rayon incident est de 0,25° par rapport à l'axe optique mais il peut être aussi de 0,255555° par exemple? non?

Pourquoi ne capte t'on

Je l'ai représenté en rouge sur ton schéma ci dessous.

dans un miroir plan il y a une stigmatisme rigoureux donc je comprend facilement: Les rayons émis par le point A vont tous les sens mais tous est recentré sur l'image A'

 

Qu'adviennent-ils des rayons ci dessous?

Pourquoi on considère que les rayons sur le point inférieur de la lune arrivent avec une incidence de 0,25 degrés correspondant comme par hasard à son rayon apparent?

 

Ahaha beaucoup de questions encore mais voila vraiment ce qui me pose problème. Est ce que je suis le seul à butter sur cela? Je m'inquiète un peu.

 

 

 

 

[Toutiet]

Tu te compliques vraiment les choses.  Je t'ai dit que, quelque soit l'objet (àl'infini) que tu regardes, tu peux le décomposer en une infinité" de points dont chacun aura une image ponctuelle (stigmatisme du miroir primaire parabolique) dans le plan focal. Et leur juxtaposition constitue précisément l'image de l'objet. 

 

Pour la Lune, il y a un point sur l'axe du télescope, mais il y en a une multitude, chacun décalé d'un certain angle, au maximum 0,25° si la Lune est centrée. 

 

Il faut bien comprendre aussi que chaque point de la Lune émet un faisceau de rayons parallèles, un "champ" lumineux d'entrée, comme les épis tous verticaux et parallèles d'un champ de blé.

 

 

Quand tu dis :

 

"Pourquoi on considère que les rayons sur le point inférieur de la lune arrivent avec une incidence de 0,25 degrés correspondant comme par hasard à son rayon apparent?"

Ca me fait penser à :

"Il prit une planche et y planta deux clous, à égale distante l'un de l'autre..."😃

 

Plaisanterie à part, je te réponds que c'est parce que tu as considéré que l'axe du télescope visait le centre de la Lune. Donc le bord inférieur est bien décalé angulairement de 0,25°, non ...?

 

Modifié 14 mars 2021 par Toutiet

[ArnaudD]

Je sais je sais je me compliques un peu les choses...Mais il y a des choses qui ne me semblent pas évidente comme peut être pour vous.

Cela dit je comprend très bien ce que tu explique Toutiet, merci beaucoup