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Instrumentation
Les lames de fermeture
1- Qu’est-ce qu’une lame de fermeture ?Quelle est son utilité ?
2- Télescopes à lame de fermeture.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
4- Entretien de la lame de fermeture
PREAMBULE
Années 1930 - Essor de l’astrophysique- 1ère réalisation d’une lame mince asphériquepar Bernhard Schmidt
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
2- Télescopes à lame de fermeture.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
4- Entretien de la lame de fermeture
La catadioptrique est l’étude optique de la réflexion et de la réfraction de la lumière.On parle de Télescope catadioptrique , le télescope composé de miroirs qui réfléchissent les rayons, et de
verres qui les réfractent.
Objectif catadioptriqueTélescope catadioptrique
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
Utilité principale :- Correction de l’aberration de sphéricité
Avantages :- Limite la turbulence instrumentale- Protège l’aluminure du miroir primaire- Supporte le miroir 2ndaire
(pas d’araignée)
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
Les lames de fermetures sont majoritairement fabriquées avec un verre de type BK7 (appellation Schott).
BK7 est un des verres borosilicates de type crown les plus utilisés pour le visible et l'infrarouge proche. Sa grande homogénéité, sa faible porosité et sa facilité d'usinage en font un bon matériau pour la transmission optique. Sa plage de transmission s'étend de 380 à 2100 nm. Le BK7 est toutefois sensible à la température, et n'est pas recommandé pour fabriquer des miroirs de télescope.
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
σ100 = 0,28Constante de Poisson:
610 kg/mm2Dureté Knoop :557 °CPoint de transformation :
8,20 x 109 dyn/cm2Module d’Young :
5,5 x 10-7/°C (20°C-320°C)8,3x10-6/°C (20°C à3000°C)
Coefficient de dilatation :
PROPRIETES MECANIQUESPROPRIETES THERMIQUES
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
Indice de réfraction du BK7 en fonction de la longueur d'onde de la lumière
Rouge1,51289706,52
Rouge1,51432656,27
Jaune1,51680587,56
Bleu1,52283486,13
Violet1,52669435,84
Violet1,53024404,66
Couleur correspondanteIndice de réfractionLongueur d'onde
(nm)
L'indice de réfractionn d'un milieu déterminé pour une radiation monochromatique donnée est égale au rapport de la vitesse de la lumièrec dans le vide, à la vitesse de phase v de cette radiation dans ce milieu :
n = c / v
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
Lorsqu'elle traverse une lame à face parallèles, la lumière subit deux réfractions consécutives. Le dessin ci-contre montre un faisceau de lumière de longueur d'onde L1 dans l'air, arrivant à environ 300 000 km/s sous un angle i, sur une matière d'indice (n).
Un mot sur l’indice de réfraction…
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
Lors de la première réfraction, la lumière ralenti (ici à 200 000 km/s pour un indice n=1.5), le faisceau est dévié et ressort dans le verre sous l'angle r.
Le dessin montre le déplacement du front d'onde du faisceau lumineux et on remarque que la longueur d'onde Ln dans le verre est plus courte que dans l'air (Ln < L1 ) ce qui est normal car la lumière garde la même fréquence mais comme elle ralentie, c'est la longueur d'onde qui diminue.
A la sortie de la lame à faces parallèles, la lumière repart dans l'air à 300 000 km/s sous le même angle i, et reprend sa longueur d'onde initiale L1.
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
La Loi de Snell-Descartepermet de calculer la déviation des rayons lumineux. C'est une loi fondamentale de l'optique géométrique. Grâce à elle on peut calculer la trajectoire de n'importe quel rayon lumineux
Un mot sur la déviation…
1- Quelle utilité ? Anatomie d’une lame de fermeture ?
1- Anatomie d’une lame de fermeture ?Quelle utilité ?
2- Télescopes à lame de fermeture.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
4- Entretien de la lame de fermeture
La Chambre de Schmidt
2- Télescopes à lame de fermeture.
La chambre de Schmidt fut inventée en 1930 par Bernhard Schmidt. L'originalité du dispositif optique est l'étendue de son champ, obtenue grâce àl'utilisation d'un miroir sphérique diaphragmé à son centre de courbure.
Ses composants optiques sont un miroir principal sphérique facile à réaliser et une lentille asphérique de correction, appelée lame correctrice de Schmidt, située au centre de courbure du miroir principal.
Le détecteur est placé sur la surface focale, au centre de la chambre.
2- Télescopes à lame de fermeture.
Un primaire sphérique engendre une aberration de sphéricité.
L'aberration sphérique désigne une aberration dont l'une des conséquences est la dispersion du foyer.Les rayons provenant du bord et du centre de l'optique ne se focalisent plus au même point
Aberration de sphéricité
D est le diamètre de la lameRc est le rayon de courbure du miroir sphérique associén est l'indice de réfraction du verre dans lequel est taillée la lamek est un paramètre permettant de définir la forme exacte de la lame
2- Télescopes à lame de fermeture.
2- Télescopes à lame de fermeture.
2- Télescopes à lame de fermeture.
Télescope de Schmidt de 2 mètres (télescope Alfred-Jensch, àTautenburg en Allemagne)
134/200/400 – F/D 3,0
Télescope de Schmidt de 1,83 mètres (télescope du Mont Palomar aux USA)
126/183/307 – F/D 2,4
Le Schmidt-Cassegrain
2- Télescopes à lame de fermeture.
Inventé en 1962 par Ronald R. Willey.
Le miroir primaire est sphérique (très ouvert F/D=2-2,5)
Le 2ndaire est convexe
La lame de Schmidt est asphérique
2- Télescopes à lame de fermeture.
Schmidt-Cassegrain
Schmidt
La lame est placée près du foyer du primaire =
- Coma
- Courbure de Champ
FD1
Diapositive 22
FD1 Frédéric DEFRENNE; 28/01/2011
Le Maksutov-Cassegrain
2- Télescopes à lame de fermeture.
Dans les années 1944/1946 Maksutov (russe) et Bouwers (hollandais) suggèrent de faire évoluer le Cassegrain sur la base de la Chambre de Maksutov (inventée en 1941).
Miroir primaire est sphérique
Miroir 2ndaire convexe (souvent une pastille aluminée sur le ménisque)
Ménisque très épais a généralement le même rayon de courbure que le primaire
=> Toutes les optiques sont sphériques
Autres formulesutilisant une lame de fermeture
- Télescope de Schmidt-Väisälä- Télescope de Baker-Schmidt- Télescope de Baker-Nunn- Télescope de Mersenne-Schmidt- Télescope de Schmidt-Newton
2- Télescopes à lame de fermeture.
1- Anatomie d’une lame de fermeture ?Quelle utilité ?
2- Télescopes à lame de fermeture.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
4- Entretien de la lame de fermeture
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
Méthode de réalisation par dépression (B.Schmidt)
Tout comme l’avait suggéré l’astronome finlandais Väisälä, B. Schmidt savait qu’il fallait réaliser une lame mince asphérique pour corriger l’aberration de sphéricité.
Cette lame correctrice doit présenter une zone neutre vers 85% de son rayon, flanquée d’une zone de puissance négative vers l’extérieur et d’une zone de puissance positive vers l’extérieur.
La dépression maximale par rapport au plan varie de 5 à 45 micron, ce n’est donc pas une déformation visible à l’œil nu.
B.Schmidt étudie le problème théorique de la flexion des lames de verres minces (les lois de Hooke – concernent le comportement des solides soumis àune déformation élastique de faible amplitude) : sous l’action d’une pression ou d’une dépression atmosphérique la forme obtenue devait être celle d’une parabole parfaite.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
Conditions pour la réalisation de sa 1ère lame :
Lame D360mm épaisseur 5 mm
Cylindre acier 6 mm épais – Ht 200 mm – Largeur 340 mm et rebord de 25 mm
Robinet + manomètre + pompe à vide – Contrôle : sphéromètre
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
La mise en forme de la face déformée est effectuée avec un outil sur lequel on a colle des "poissons", c'est a dire des plaques de verre ou de métal a la forme bien particulière provoquant une usure proportionnelle a la déformation a atteindre pour chaque distance a l'axe.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
Méthode de réalisation des ’poissons’ (C. Cavadore)
1- Anatomie d’une lame de fermeture ?Quelle utilité ?
2- Télescopes à lame de fermeture.
3- Comment réaliser une lame de fermeture.
4- Entretien de la lame de fermeture
Après quelques années d'utilisation si vous regardez en pleine lumière la lame de fermeture de votre télescope catadioptrique vous serez étonnés de découvrir une grande quantité de poussières, de taches de graisse, de gouttes de sève et d'autres dépôts formant un léger film sur toute la surface.
4- Entretien de la lame de fermeture.
Il est IMPERATIF de repérer la position exacte de la lame par rapport au tube optique
4- Entretien de la lame de fermeture.
