LA FOCALISATION

 

La focalisation est une des tâches les plus délicates en imagerie CCD. Rien ne sert d'avoir un instrument à l'optique parfaite si la focalisation est défectueuse, la puissance de l'instrument sera perdue, une défocalisation pouvant être considérée comme une aberration (telle que l'aberration de sphéricité) occasionnant une différence de marche des rayons lumineux (front d'onde déformé).

La tolérance de positionnement requise au foyer d'un télescope dépend de son rapport F/D résultant (R), de la longueur d'onde (l) et de la fraction de longueur d'onde (Dl) de différence de marche :

T = ± 8 . R2 . l . Dl

Exemple : à 0,6 µm, au foyer d'un instrument à F/D 6, la tolérance de positionnement permettant d'obtenir une focalisation meilleure que l/8 est de 8*62*0,0006*(1/8) = 0,02 mm, soit ± 20 microns.

On constate que la tolérance de positionnement est proportionnelle au carré du rapport F/D. Un instrument ouvert à F/D 5 a donc une contrainte 4 fois plus serrée qu'un instrument à F/D 10. C'est la raison pour laquelle les chambres de Schmidt, qui sont des systèmes très ouverts (F/D 1 à F/D 2) sont extrêmement contraignantes sur le plan de la focalisation.

La figure ci-dessous (cf. Qu'est-ce qu'une courbe de FTM ?) décrit la perte de contraste occasionnée par des défocalisations respectives de l/8, l/4 et l/2 sur l'onde (télescope obstrué à 20 %).

 

En haute résolution, le système mécanique de focalisation et la méthode employée pour effectuer la mise au point doivent permettre un positionnement précis à au moins l/8.

 

F/D

2

3

4

5

6

8

10

12

15

20

30

Tolérance
± mm

0.0025

0.005

0.01

0.015

0.02

0.04

0.06

0.09

0.13

0.24

0.54

Le tableau ci-dessus récapitule la tolérance de mise au point en microns, en fonction du rapport F/D, pour un positionnement à l/8. Lorsqu'il s'agit d'examiner la fiabilité et la précision d'un système de focalisation, le rapport F/D à prendre en compte est celui du faisceau lumineux au niveau de l'élément mobile servant à faire la mise au point : miroir primaire sur un Schmidt-Cassegrain, porte-oculaire sur une lunette ou un Newton. Le rapport F/D du miroir primaire d'un Schmidt-Cassegrain est généralement voisin de 2 : la tolérance de positionnement requise à l/8 pour ce miroir est de ± 2,5 microns seulement ! La simulation ci-dessous montre l'effet sur une image planétaire d'un décalage de 1/100 de mm d'un miroir primaire de Schmidt-Cassegrain ouvert à F/D 2.


Pas de décalage


Décalage primaire
1/100 mm

En observation visuelle, l'œil peut compenser de petits défauts de focalisation (accommodation). En photographie ou en CCD, il n'en est pas de même, ce qui implique que :

- le système de mise au point doit être très fiable et ne doit pas être sujet à des jeux,

- toutes les aides à la focalisation sont les bienvenues : comparateur, crémaillère graduée, flip-mirror avec oculaire étalonné, etc.

- la focalisation doit être contrôlée régulièrement en cours de prise de vues car les dilatations thermiques des pièces mécaniques et optiques modifient la position du foyer.