Observer avec une lentille simple... une seule !

[vador59 481]

Salut à toutes et à tous !

 

Cela faisait quelque temps que ça me turlupinait... mais la météo ne s'y prêtait pas vraiment ces derniers temps.

 

Il ne s'agit pas de réaliser une énième expérience avec une petite lentille de récupération, genre binocles de belle-maman et petite loupe comme oculaire.

 

Le matos, c'est ça !

 

Lentille simple plan convexe 120mm de diamètre et.... 5000 mm de focale (oui, vous avez bien lu: 5 mètres de focale ! )

 

La manip', c'est ça !

 

l'idée est donc d'observer l'image volante d'un astre, sans l'aide d'aucun oculaire, simplement en plaçant son oeil en avant du point focal.

 

Et ça marche, du tonnerre même ! Première cible, vers 19h légales: la Lune. La lentille est simplement posée sur un support (un poteau de basket pour être précis), vaguement orientée en direction de l'astre sélène, donc avec des conditions d'alignement qui sont loin d'être optimales. Je n'ai pas diaphragmé, juste pour avoir une idée de la qualité de l'image brute. J'observe l'image de l'oeil gauche puis de l'oeil droit. Les deux sont atteints de myopie et présentent donc des focales différentes. La luminosité de la Lune permet un pointage très simple... et quel choc ! L'image est splendide, juste déformée sur les bords (aberration sphérique ou défaut d'alignement ?), mais le grossissement est démentiel. A la louche, je dirais que l'oeil droit grossit autour de 50x et le droit autour de 80x. Le trio Theophile-Catherine-Cyrille est magnifique; Mare Crisium et Mare Marginalis superbes. Les cratères sont nets avec des ombres bien noires, en dépit de l'absence de diaphragme quelconque entre la lentille et mon oeil. Vraiment très étrange comme sensation, encore plus intuitif que d'observer avec un télescope aérien de type Huygens.

 

Deuxième cible: Jupiter. Bien que très brillante, attraper l'image aérienne s'avère beaucoup plus difficile. Il faut y aller doucement, reculer pas à pas. Je finis par obtenir une première image défocalisée: l'aberration chromatique est visible mais difficile de dire si, là aussi, il s'agit de l'effet de la lentille ou d'un défaut d'alignement des optiques. On recommence, l'image est fuyante mais en deux minutes j'obtiens une image du disque jovien. C'est petit avec l'oeil gauche, plus confortable avec l'oeil droit. Le disque est bien visible mais sans détails. Je n'ai pas remarqué les satellites.

 

Troisième cible: Saturne. Elle s'attrape beaucoup plus facilement que Jupiter paradoxalement. Image un peu jaunâtre mais très plaisante. L'anneau est visible sans aucune difficulté. Par manque de stabilité (je suis quasiment couché au sol, dans une position assez inconfortable), je ne peux pas affirmer que je distingue la division de Cassini.

 

Dernier test: Mars ! Sans surprise, de l'oeil gauche, je ne fais que deviner le disque saumon de la planète rouge. Par contre de l'oeil droit, je suis surpris de distinguer une tache sombre bien nette: Solis Lacus ! Là encore, l'inconfort de ma position m'empêche de prolonger l'observation.

 

En tout cas, la démonstration est faite que ça fonctionne! SI des curieux sont intéressés...

 

Bons cieux à tous

 

[ALAING 60 067]

Fabuleuse expérience, bravo

il y a 4 minutes, vador59 a dit :

SI des curieux sont intéressés...

Oui, faudrait nous donner tes coordonnées en MP

Bonne soirée,

AG

[JPP 78 1 077]

Très intéressant mais encore faut-il posséder ce genre de lentille !..

 

[MARCOPOLE 7 275]

au 17eme siècle, à l'observatoire de Paris, les plus célèbres astronomes européens de l'époque, Cassini et Christiaan Huygens, que Colbert avait fait venir en France, observèrent les astres dont Saturne (l'anneau) avec des lunettes munies comme objectif, d'une lentille biconvexe d'une dizaine de cm de diamètre et de focale  F/300 soit 30 m de focale, il s'agissait d'une lentille au sommet d'un mât, orientée par un système de poulie-câble , c'est la fameuse " grande lunette à faire peur aux gens", dans Molière (les femmes savantes, je crois)  

Audouin Dollfuss avait refait cette expérience avec des gens de la SAF et de Triel me semble t-il, il y a eu un article dans la revue L'Astronomie, il y a plus de 20 ans

Signalons que pour réduire les aberrations géométriques, il vaut mieux une biconvexe à rayons de courbure égaux qu'une plan convexe de même focale pour cette lentille objectif.

 

 

,

Modifié 22 octobre 2020 par MARCOPOLE

[vador59 481]

Il y a 9 heures, ALAING a dit :

Oui, faudrait nous donner tes coordonnées en MP

 

Faites vous connaitre, msieurs dames !

 

Il y a 8 heures, JPP 78 a dit :

Très intéressant mais encore faut-il posséder ce genre de lentille !..

 

C'est certain... Il faut surveiller sur la baie des ventes de matériel de physique, ça arrive de temps en temps mais trouver des lentilles de très longue focale nécessite un peu de patience (ou de chance).

 

Il y a 7 heures, MARCOPOLE a dit :

Audouin Dollfuss avait refait cette expérience avec des gens de la SAF et de Triel me semble t-il, il y a eu un article dans la revue L'Astronomie, il y a plus de 20 ans

 

Il en avait parlé dans son livre Les autres mondes: visions d'astronome il expose même la reconstitution de l'astroscope. Ici la manip' est différente dans le sens où je n'utilise aucun oculaire. Uniquement les yeux.

 

Il y a 7 heures, MARCOPOLE a dit :

au 17eme siècle, à l'observatoire de Paris, les plus célèbres astronomes européens de l'époque, Cassini et Christiaan Huygens, que Colbert avait fait venir en France, observèrent les astres dont Saturne (l'anneau) avec des lunettes munies comme objectif, d'une lentille biconvexe d'une dizaine de cm de diamètre et de focale  F/300 soit 30 m de focale

 

Les plus grandes lentilles de l'époque ont été fabriquées par Giuseppe Campani dont un monstrueux objectif de 240 mm de diamètre et 47 mètres de focale. La meilleure de ses lentilles est une 183 mm à f/265 (49m de longueur): le rapport de Strehl est de 0,94, plutôt pas mal pour une époque où on ne sait pas encore mesurer la qualité du polissage. C'est dire l'expérience et le coup de main du fabricant...

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.755.5816&rep=rep1&type=pdf

Modifié 23 octobre 2020 par vador59

[baroche 8 531]

A première vue ça ressemble à un gag du premier avril sans lentille d'oeil, mais c'est une belle expérience bravo ...

[banjo 7 238]

Il y a 1 heure, baroche a dit :

lentille d'oeil,

Je crois que c'est l'avantage d'être myope , focus réduit donc équivalent à un oculaire . 

Paul

 

[CB7751 2 599]

Une grosse lentille posée quelque part et tu t'éloignes pour regarder dedans? Ca marche ça?

Et la myopie qui change le grossissement. Décidément c'est fascinant l'optique et la lumière d'une manière générale.

[ALAING 60 067]

Il y a 9 heures, MARCOPOLE a dit :

Audouin Dollfuss avait refait cette expérience avec des gens de la SAF et de Triel

Mais Voui

Nous avons la lunette de Huygens à Triel

 

 

 

 

Et on faisait même de l'imagerie avec :

 

 

Pardon pour ce hors sujet . . . quoi que

Bonne journée,

AG

[JPP 78 1 077]

En fait, cette démonstration (de vador59) semble être le pendant, dans le domaine de la visée vers l'infini, de l'observation  avec une loupe d'un objet, dans le domaine des courtes distances.

Une loupe suffit pour observer les nervures d'une feuille, par ex, mais sil 'on veut analyser plus finement ,le microscope qui comporte aussi un oculaire nous offrira une vision beaucoup plus détaillée. Microscope historiquement antérieur à la lunette et au télescope me semble-t-il...

 

 

 

 

 

 

   

[MARCOPOLE 7 275]

le 1er microscope était une goutte d'eau dans un trou, la goutte était quasiment une demi sphère, (on appelle cela en optique lentille demi-boule)

évidemment il n'y avait pas d'oculaire

[JPP 78 1 077]

J'évoque les instruments manufacturés, pas les constatations, pertinentes certes, tirées de ce que la nature nous offre.

Nuance...

[wilexpel 10 149]

Il y a 1 heure, ALAING a dit :

Nous avons la lunette de Huygens à Triel

Dis donc Alain, ils ont une drôle de tête les gens chez toi

[vador59 481]

Il y a 3 heures, CB7751 a dit :

Une grosse lentille posée quelque part et tu t'éloignes pour regarder dedans? Ca marche ça?

Et la myopie qui change le grossissement. Décidément c'est fascinant l'optique et la lumière d'une manière générale.

 

J'ai cru à une grosse blague aussi quand j'ai lu ça la première fois... et puis j'ai testé et je suis conquis ! Il faudrait que j'essaie de prendre des images au smartphone pour vous donner une idée (quand la météo se sera décidée à être de la partie, c'est-à-dire d'ici 6 mois minimum). Evidemment si on augmente la focale, on peut grossir encore davantage (dans le lien que je donne plus haut, théoriquement plus de 500x... mais bonjour la galère pour pointer et surtout pour suivre ! )

 

Il y a 2 heures, ALAING a dit :

Mais Voui

Nous avons la lunette de Huygens à Triel

 

C'est exactement ce qu'il faudrait que je construise pour gagner en stabilité et en confort... Par contre si tu as des infos sur cet astroscope de Triel, je serais intéressé

[lyl 4 611]

Il y a 7 heures, vador59 a dit :

La meilleure de ses lentilles est une 183 mm à f/265 (49m de longueur): le rapport de Strehl est de 0,94, plutôt pas mal pour une époque où on ne sait pas encore mesurer la qualité du polissage. C'est dire l'expérience et le coup de main du fabricant...

Je m'insinue car, fan de Galilée et de de Vinci, j'ai commencé par ce genre de formule vers l'âge de 11 ans (en 6 ème)

0.94 de strehl correspond de façon proche au strehl théorique sur une lentille simple équiconvexe de ce f/D et de ce diamètre lorsqu'elle est utilisée à l'infini.

 

Ce sont les débuts de l'optique, on construisait les lentilles simples ainsi ; puis les premières formules d'achromats de cette façon. (ex : Littrow au 18eme siècle)

Donc, on fabriquait et contrôlait une lentille par raie d'interférence ou disque d'Airy à la distance 2f. (méthode de Bessel et Silbermann)

 

Pour ce faire : on alternait la lentille convexe sur l'outil concave à chaque séchée : garantie de rayon de courbure par approximation itérative.

Le principe de Newton s'applique : le polissage effectué ainsi permet d'approcher la courbure d'une sphère parfaite.

 

On déborde (détourait) ensuite la lentille, ce n'est pas toujours nécessaire si on obtient l'épaisseur 0 (zéro) au bord. Pour une équiconvexe, on atteint la perfection, au doigté près du polisseur. Et bonus, le centrage optique / mécanique est obtenu "ipso facto"

 

 

 

Plus le f/D augmente plus le doigté et la dextérité compte. Le compromis est entre f/D f/170 et f/350 pour un diamètre de 100mm.

 

Puis les verres flints ont fait leur apparition, progressivement les f/D ont raccourci avec la naissance des achromats. Pour des raisons de facilité, la complexité s'est ajouté mais on conservait la fabrication en étapes pour pouvoir se baser sur la qualité de l'étape précédente.

 

---------------------------

 

La référence de l'achromat moderne est 100mm f/12 en N-BK7/N-F2 dans les livres récents ; Danjon et Couder donnait un minimum de f/11.2  soit 11.2 * D² en cm pour les spécialisés planétaires avec des verres Parra-Mantois soit 130f14.5 en extrapolant sur un achromat ces mêmes matériaux.

Zeiss après 1900 avait posé la limite avec l'objectif E130 : 130f15 en F2/BK7 (verres avant la réforme écologique  ils contenaient encore beaucoup de plomb , d'arsenic etc.) et profitait de la petite marge sur le chromatisme pour les caler un peu plus haut sur la raie verte e=546nm pour le repliement qui est facile à mesurer avec une lampe à décharge au mercure et régler le chromatisme avec des lampes au cadmium (raie F'=480nm et C'=643nm)

La tradition antérieure étant de caler sur les raies D 588, F 486 et entre C 656 et B 687 : c'était avant la sortie du verre BK7 qui change un peu la donne par rapport au K7 pour la variation d'index autour de 500nm

( Note : l'appairage K7-F2 est très bon mais le verre est plus cher à fabriquer et moins stable chimiquement etc etc

https://www.filmetrics.com/refractive-index-database/Schott+K7

https://www.filmetrics.com/refractive-index-database/Schott+N-BK7

)

Modifié 23 octobre 2020 par lyl

[astrocg 418]

il y avait çà sur aliexpress mais plus dispo : https://fr.aliexpress.com/item/4000640306730.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.b96a5ce7frqTxo&algo_pvid=949a2953-e98c-442e-a252-dfa05bb07f7f&algo_expid=949a2953-e98c-442e-a252-dfa05bb07f7f-3&btsid=0b0a01f816034578716145397e9355&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_,searchweb201603_

bon là c'est un doublet!

[ALAING 60 067]

Il y a 4 heures, vador59 a dit :

Par contre si tu as des infos sur cet astroscope de Triel, je serais intéressé

Je n'ai pas vraiment d'infos particulières

Ce que je peux en dire :

C'est un objectif monté sur un mât avec un système de poulies ( un peu comme un mât de drapeau) pour monter ou descendre l'objectif.

Ensuite, cet objectif est monté sur une rotule avec un système de contrepoids et un câble que l'on tend à l'aide du chevalet porte objectif.

Le système de rotule/contrepoids permet lorsque le câble est tendu d'avoir l'objectif pile dans l'axe de l'oculaire.

Je pense qu'en fouillant sur le net on doit pouvoir obtenir plus de précisions.

Bonne soirée,

AG

[vador59 481]

Il y a 1 heure, lyl a dit :

Plus le f/D augmente plus le doigté et la dextérité compte. Le compromis est entre f/D f/170 et f/350 pour un diamètre de 100mm.

(...) Danjon et Couder donnait un minimum de f/11.2  soit 11.2 * D² en cm pour les spécialisés planétaires avec des verres Parra-Mantois soit 130f14.5 en extrapolant sur un achromat ces mêmes matériaux.

 

Les courbes des singlets ! Dingue quand même: des lunettes à faire peur mais une qualité bien supérieure à bien des achromats modernes (modulo la dextérité manuelle pour obtenir un beau polissage).

 

Huygens préconisait F=15,3xd², soit un peu plus de 15m de focale pour une lentille de 100mm pour être "diffraction limited".

 

Les anciens s'y connaissaient, l'expérience compensant les approximations théoriques.

 

il y a 13 minutes, ALAING a dit :

Je pense qu'en fouillant sur le net on doit pouvoir obtenir plus de précisions.

 

Effectivement on trouve des choses, j'en ai même fait un dossier... Ma question était surtout de savoir si tu avais l'occasion de jeter un oeil dedans et si des observations étaient encore organisées à l'occasion.

[ALAING 60 067]

il y a 1 minute, vador59 a dit :

Ma question était surtout de savoir si tu avais l'occasion de jeter un oeil dedans et si des observations étaient encore organisées à l'occasion.

Bien sûr

On a regardé plein de fois dedans et même sur ma dernière photo, j'ai une caméra raccordée pour prendre quelques films

J'ai quitté Triel pour cause de retraite et retour au pays dans le Sud-Ouest mais on est toujours en contact.

En ce moment le Parc aux Etoiles qui héberge le Centre Astronomique des Yvelines ( l'observatoire de Triel ) est fermé pour cause de travaux d'aménagement et . . . de covid.

Par contre, oui, en temps normal, il y a eu des soirées où le public a pu jeter un oeil dans cette lunette ainsi que dans la lunette Apoil

Bonne soirée,

AG

[serge vieillard 7 091]

oui, de passage amical à Triel (peut être lors des star party), c’était vraiment étonnant et amusant que d'observer dans ce montage qui marchait, ma foi pas mal du tout.

[oliver55 238]

Il y a 19 heures, JPP 78 a dit :

Très intéressant mais encore faut-il posséder ce genre de lentille !..

 

Sur Cloudynights, quelques membres ont ouvert une discussion sur ces lunettes historiques avec une seule lentille pour objectif et ont réalisé quelques exemplaires étonnants :

 

https://www.cloudynights.com/topic/706490-17th-century-and-modern-single-lens-refractor/#entry10174770

 

Un amateur fabrique et vend même des lentilles de petits diamètres à trés longue focale pour ceux que cela intéresse :  

 

https://www.cloudynights.com/topic/393564-biconvex-lenses-with-high-focal-ratio-for-sale/page-3#entry9626481

 

(voir messages n° 67 et 68 de cette page internet).

 

Il y a aussi Adriano Lolli qui vend des lots de deux lentilles conformes à celles d'une des lunettes de Galilée pour construire une réplique exacte si le coeur vous en dit :

 

https://www.adrianololli.com/articolo.asp?ID=6041

 

Il y a parfois Surplusshed qui vend des lentilles simples à longue focale :

 

https://www.surplusshed.com/pages/item/L3919D.html

 

Modifié 23 octobre 2020 par oliver55

[lyl 4 611]

wow la séparation blanc/noir est nette => absence de reflet entre les lentilles si c'était un doublet. Ça explique l'utilisation assez fréquente en solaire : pour maximiser le contraste.

Voici l'apparence du spot calé raie D (en jaune-orange pour le contraste maxi de l’œil en planétaire) d'une 100mmf~337 en BK7, le rouge H-alpha est presque diffraction limited. Le vert 546nm est juste à la limite. Et, comme par hasard... l'image de droite calée sur le pic de sensibilité lumineuse de l’œil à 555nm en lumière du jour: spot H-alpha et H-beta se superposent. => taille de spot minimale, l'oeil reçoit un maximum d'énergie au grossissement équipupillaire ( 1/2 D ).

Pas besoin que ce soit apochromatique en visuel, juste achromatique entre le critère de Sidgwick et Conrady.

Ci-dessous : calage planétaire (contraste maxi) et calage grand champ (spot minimal, énergie maximale ->max de magnitude/luminosité possible)

 

--------------------------

 

Voilà ce qui se passe maintenant quand on passe à l'achromat.

On prend la combinaison de verre comme le faisait Dieter Lichtenknecker : équiconvexe en crown K5 et flint plan-convexe collé ou huilé en verre F7 (deux vieux verres conçus il y a plus de 120 ans. format optique de Clairaut, amélioration du Littrow avec les verres apairés pour)

Le crown K5 est fabriqué comme pour une lentille simple mais l'outil est aussi un verre optique : en flint F7

Comme dit plus haut, les lentilles sont polies les unes sur les autres sauf le plan arrière du flint qui est poli complètement plat : on sait faire aussi avec une méthode fiable itérative.

J'ai ajouté la couleur violette sur celui de gauche pour illustrer que le halo pourpre ou bleu est invisible.

A droite, modernisation : le f/D réduit de dix fois à f/34  sans le violet. (j'ai supprimé, il n'est pas pertinent) => On retombe sur le même type d'image que la lentille simple mais avec un bleu plus concentré.

 

 

Ce qui a conduit pour le format commercial de l'époque à raccourcir jusqu'à f/15, le halo violet et bleu devient présent mais visuellement il n'est pas gênant.

La limite est plutôt due à la coma hors d'axe qui commence à se faire sentir sur ces montages quand le f/D se réduit, on a atteint la limite pratique : la taille angulaire de la Lune.

On voit ainsi le bond sur la taille des instruments avec l'arrivée des achromats sans perte de la qualité, le piqué dans le jaune-orange, image de droite (510nm bleu ciel, 616nm violet)

Au  bord de la Lune : 15' hors d'axe, le strehl baisse à 0.92, ça baisse un peu en qualité à ~ x2D utile (200x) sur le bord mais ça reste bien plus élevé que les quincailleries mal faite.

 

Note : j'ai simplifié avec l'histoire du doublet collé => pas besoin de gérer les reflets entre lentilles. A cette époque les traitements anti-reflets étaient inexistants. Donc on s'arrête grosso-modo au début du 19eme siècle, vers l'époque napoléonienne. C'est avec ces formules que l'on concevait les longues-vue de marine avec des objectifs de 4cm à 6cm environ, ainsi que les théodolites de mesure ayant permis une avancée dans la cartographie terrestre.

 

Pour s'en passer on était obligé de désolidariser le polissage des lentilles du doublet, c'est là que le problème de précision de fabrication commence et on sort du sujet de la facilité qualité de réalisation, possible en aveugle.

On arrive à l'époque de Littrow, Herschel, et surtout Fraunhöfer et Guinand qui ont permis de faire le bond suivant au-delà des 60mm de diamètre et ainsi de regarder les étoiles (les planètes et les petits objets de la série Messier)

Simple mais efficaces les anciens : en plus ils avaient tout démontré mathématiquement. Ensuite, on a commencé à créer des tables des courbures suivant les verres et le métier d'opticien s'est fortement complexifié, exigeant des contrôles optiques pour les objectifs de plus de 60mm ou dés qu'on souhaitait atteindre/dépasser x150 en grossissement.

C'est à dire autre chose que de l'optique de supermarché de maintenant, le genre de bricole plastique que l'on retrouve sur le bon coin, entremêlé avec du vrai matériel genre made in Japan bradé au même prix.

-----------------

Pour ceux qui en aurait le courage : CGDM (verrier chinois) vend encore ces verres jusqu'au diamètre 160mm ce qui permet de faire un doublet de grande qualité de 154mm à f/18. (2m80 de focale)

Le verre équiconvexe étant facile à contrôler dans une pièce de 5m de long. Un néon vert (masque de 30mm de diamètre maxi) ou une lampe sodium, la lentille à 2m25 environ, l'image de haute précision se forme à 4m50 environ. On utilise alors un oculaire de Ronchi pour estimer la qualité de la mise en forme (avant polissage) comme la première image au-dessus. Les raies doivent apparaitre peu déformée et la séparation clair/noir bien tranchée.

Si c'est bon, on finit le polissage avec de la poix sur toutes les faces, on réassemble avec le plan concave qui à servi pour la forme avec un filet d'huile silicone spéciale optique ou de colle molle moderne pour les grands doublets collés et le tour est joué.

Modifié 24 octobre 2020 par lyl
K5-F7

[lolodobs 1 283]

Il y a 22 heures, ALAING a dit :

C'est un objectif monté sur un mât avec un système de poulies ( un peu comme un mât de drapeau) pour monter ou descendre l'objectif.

Ensuite, cet objectif est monté sur une rotule avec un système de contrepoids et un câble que l'on tend à l'aide du chevalet porte objectif.

Le système de rotule/contrepoids permet lorsque le câble est tendu d'avoir l'objectif pile dans l'axe de l'oculaire.

 

Salut Alain,

J'ai déniché le télescope aérien de Triel, c'est superbe. J'adorerais aussi lorgner dedans !

 

 

 

 

Lolodobs le dévoreur de monde 👽

[lyl 4 611]

Enfin bon, ça reste anecdotique à côté de la grande lunette 225/3400 polie par les frères Henry. (elle dispose de quoi grossir 600x)

L'intérêt est historique (30 Décembre 1683)

http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1951C%26T....67..128M/0000130.000.html

Elles sont entre f/98 et f/130 ce qui est peu pour rivaliser avec un achromat du 19eme siècle.

Modifié 24 octobre 2020 par lyl

[ALAING 60 067]

Il y a 1 heure, lolodobs a dit :

J'ai déniché le télescope aérien de Triel, c'est superbe. J'adorerais aussi lorgner dedans !

C'est bien elle

C'est possible de regarder dedans lors d'une animation publique mais . . . quand maintenant ?

Voilà une Saturne que j'ai faite avec :

AG

Modifié 24 octobre 2020 par ALAING