TP projets astro réalisés avec les élèves de SupOptique en 2005-2006
(en liaison avec notre observatoire)

Optique adaptative et haute résolution angulaire
Spectro-imagerie solaire

Un collimateur pas cher et de très bonne qualité

Optique adaptative et haute résolution angulaire
(avec la participation de Anne et Florence)
Nous avons poursuivi cette année le développement de notre optique adaptative.

Rappelons qu'elle est constitutée des éléments suivants :
    - un miroir Cilas bimorphe BIM31 à 31 zones,
    - un analyseur de surface d'onde Imagine Optic HASO, avec une matrice de 16x16 micro-lentilles et une caméra CCD DALSA lue à 600 Hz,
    - un logiciel de contrôle de la boucle d'asservissement Imagine Optic HASO-CSO.

Cette année, l'effort a porté sur l'installation d'un simulateur de turbulence très gentiment mis à notre disposition par nos collègues de l'observatoire de Paris-Meudon.  Ce composant se présente sous la forme d'un dépoli, d'environ 4 cm de diamètre.  Mis en rotation, il permet de simuler le passage de la lumière à travers une couche de l’atmosphère selon la théorie établie par Andreï Kolmogorov.

Voici l'allure du montage actuel :

Résultats :
La principale difficulté a été de monter correctement le dépoli afin "qu'il tourne rond". Plusieurs moteurs électriques ont été testés et seule notre perceuse-visseuse a donné satisfaction (vive le système D ! ). 
Nous avons réussi cette année à valider la boucle lente (~ 10 Hz) avec le simulateur de turbulence.


Voici tout d'abord la PSF du montage, lorsque le dépoli est en place et avec le miroir déformable au repos.
A gauche, la PSF mesurée à l'HASO, à droite, la carte des tensions sur les 31 zones du miroir déformable.

 


Ensuite, la PSF du montage, en activant la boucle de correction.
Le miroir déformable corrige les défauts (statiques et dynamiques) du montage (les nombres inscrits dans les zones sont les tensions appliquées en volt).
La PSF est déjà très nettement améliorée, mais pourrait être bien meilleure avec la boucle rapide (~ 600 Hz).

Le travail sera poursuivi l'an prochain dans les axes suivants :
- remplacement de la visseuse par un moteur avec variateur,
- modification de la géométrie du banc, rendant la prise de référence plus facile,
- validation de la boucle rapide avec le simulateur de turbulence, en optimisant la taille du faisceau sur le dépoli et la vitesse de rotation du dépoli.

Liens supplémentaires sur l'optique adaptative :
Le banc SESAME de l’observatoire de Paris Meudon
Le banc de l'observatoire de la Cote d'Azur
Séminaire de Gérard Rousset

Spectro-imagerie solaire
(avec la participation de Arthur, Jérémy et Eddy)
Nous avons poursuivi cette année le développement de notre spectro-imageur.
Nous nous sommes pour cela largement inspiré du travail d'un des meilleurs spécialistes amateur français du domaine : Christian Buil. Son site est très complet et présente largement les principes de cette technique. Voir aussi le site des Rondis et celui de P. Roussel.

Voici l'ensemble du montage réalisé :

Et le système sur le C14 :

Le Soleil est imagé avec notre petite lunette apochromatique FS60 de chez Takahashi.
La fente a été achetée chez Edmund. Elle a une largeur de 10 µm et une hauteur de 3 mm.
Le réseau provient aussi de chez Edmund et a 2400 traits par mm.
Le collimateur est un objectif photo (f = 135 mm, N = 2,8). L'imageur est aussi un objectif photo (f = 50 mm, N = 1,8). Le capteur est une webcam Philips ToUcam Pro II (659 x 494 pixels carrés de 5,6 µm de coté). Touts les AVIs sont traités sous IRIS.
Les paramètres du spectro-imageur sont les suivants :

a 38°
b 73,6°
Dispersion 0,13 Å/pixel
Résolution @ lHa = 6563 Å 25000

Par rapport à l'an passé, le montage opto-mécanique a été entièrement revu et l'ensemble a été monté en parallèle sur notre C14. Nous pouvions alors profiter de l'entraînement horaire, ce qui rendait les réglages bien plus confortables. Le temps imparti a été utilisé pour monter et régler l'instrument, et hélas nous n'avons pratiquement pas pu le tester à cause du mauvais temps...

Voici un exemple de spectre obtenu au voisinage de la raie Ha :


En haut, le spectre brut. En bas, le spectre corrigé (notamment de l'effet de courbure des raies). Le spectre est volontairement surexposé pour faire ressortir le signal à l'intérieur de la raie H
a. Les longueurs d'ondes de quelques raies du fer sont données en Å.

Voici une des moins mauvaises (!) images obtenues pour l'instant (fin mars 2006). Il faut dire que le Soleil a été particulièrement calme durant ce mois de mars et qu'il n'y avait pratiquement rien à voir (pas de taches, et les rares protubérances étaient toutes petites).


A gauche, notre image, prise dans la journée du 14 mars 2006. Les traits horizontaux (transversalium) sont dus aux défauts de la fente. A droite, une image obtenue par l'observatoire de Paris-Meudon le même jour, pour comparaison. Les 2 protubérances P1 et P2 et le filament F sont visibles sur notre image.

Depuis le départ des élèves en stage début avril, nous avons pu récupérer une superbe fente réglable, que nous allons installer prochainement. Cette fente nous permettra de trouver le fameux compromis résolution/luminosité des spectrographes. Nous espérons ainsi présenter de meilleures images dans les prochaines semaines...

Un collimateur pas cher et de très bonne qualité

Nous avions besoin depuis longtemps d'une source collimatée de qualité pour nos applications métrologiques (en particulier pour notre TP Projet "Métrologie optique et test de Roddier", et aussi FTM, star test, alignements...).
Nous avions une préférence pour un miroir parabolique hors axe (plutot qu'un collimateur réfractif), avec les spécifications suivantes :
- diamètre du faisceau ~ 100 mm,
- ouverture ~ 10,
- écart à la surface d'onde : mieux que
l/5 PTV à 633 nm,
le tout associé à une source de lumière blanche.

Plusieurs industriels et revendeurs avaient été contactés et l'offre la moins chère avoisinait les 15000 !

A la même époque, je tombe sur un article de Sky & Telescope décrivant le test d'un tout nouveau télescope de la société Orion. Cette dernière essayait de concurrencer le marché très actif des lunettes apochromatiques, en proposant une solution à miroir, donc bien moins chère... Il s'agissait d'un télescope de type Newton, mais avec un primaire parabolique hors axe de 90 mm de pupille, ouvert à 13,6. Le prix était séduisant : ~ 650 $. Par contre, la qualité optique n'était pas spécifiée, mais le prix était tellement bas que cela valait le coup d'en acheter un pour le tester. Nous sommes passés par le revendeur français "Le chasseur d'étoile" et le tube nous a coûté environ 700 €.

Dès réception, nous nous sommes empressés de le tester au Zygo, et là, quelle bonne surprise :

La parabole est à environ l/4 PTV et l/25 RMS à 633 nm !!! (Rq : les anneaux visibles sur la carte de surface d'onde (en haut à gauche) ne sont pas liés à la parabole, mais sont dus à de la diffraction de Fresnel associée à une réflexion parasite. Ils contribuent à dégrader l'écart RMS, qui est en fait bien meilleur que celui annoncé).

Nous avions un système qui répondait presque à notre cahier des charges, mais pour un prix "dérisoire", comparé aux offres des "spécialistes".

Cette année, le système a été installé par Arthur et Jérémy (TP Projet Spectro-imagerie) . La source est une LED blanche (~ 35 lm), filtrée par un trou de 50 µm placé au foyer de la parabole. Le faisceau collimaté en sortie n'a pas encore été contrôlé : sa qualité dépend bien sûr de la position du trou filtrant par rapport au foyer de la parabole.  Cette configuration nous permettra de tester par la méthode de Roddier notre lunette apochromatique Takahashi FS60, sans que le trou ne soit résolu par cette dernière. Pour augmenter le confort de la mesure, nous allons aussi installer une LED blanche de 150 lm.

Voici la photo du montage :

 

Pour nous contacter :
thierry dot lepine at institutoptique dot fr (anti-spam)