Prototype CRAL

6.1.1 Plan des pupilles intermédiaires

Le but de ce test est de connaître le positionnement relatif des pupilles intermédiaires afin de calculer les angles des slices. De plus, la géométrie des pupilles sera comparée aux prévisions de la modélisation du Chapitre 2. Les résultats présentés ci-dessous sont donnés par le compte rendu des tests dans le plan des miroirs pupille [28].

Etant donné que le miroir découpeur n’est pas traité et connaissant la courbe de transmission du Zérodur, tous les tests ont été effectués à 365 nm afin d’éviter les réflexions parasites sur les faces arrière du miroir découpeur. Toutes les images brutes sont corrigées des calibrations de la caméra (flat, dark et biais) et de la détection. La Figure 3- 20 représente les 11 images de la pupille du télescope dans le plan des pupilles intermédiaires.

Figure 3- 20 : Ligne des pupilles intermédiaires

La Figure 3- 21 illustre les erreurs angulaires des slices. En effet, à partir du positionnement du centroïde de chaque pupille intermédiaire, l’erreur angulaire sur les slices est connue par les relations suivantes :

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Δ = Δ D x a y . sin . 2 180 . 3600 π θ et ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Δ = Δ D y a x . sin . 2 180 . 3600 π θ Équation 15

Où (Δx, yΔ ) est le décalage de la position du centroïde de la pupille intermédiaire suivant les axes x et y et D est la distance entre la slice et son miroir pupille associé.

Les écarts angulaires des slices autour des axes x et y sont inférieurs à la spécification de 1 minute d’arc sauf pour la slice n°20 où l’angle θx atteint 2.1’ et pour la slice n°16 où l’angle θy atteint 7.4’ (Figure 3- 21). La précision de mesure du centroïde est estimée à un pixel CCD, soit 9 adhérences ce qui correspond à un angle de 3’’. Grâce à la mesure des surfaces latérales et arrière du miroir découpeur [20], on a vérifié que la slice n°16 présente une erreur d’assemblage et la slice n°20 révèle une erreur de fabrication (l’angle θy résulte des erreurs de fabrication et d’assemblage, tandis qu’on peut considérer que les écarts sur l’angle θx sont principalement dus à des erreurs de fabrication). Concernant l’angle θx, 8 slices sur 11 présentent une erreur inférieure à 30’’ ce qui est encourageant pour la fabrication de futurs prototypes. Un effort doit cependant être fait sur le processus d’assemblage afin de diminuer l’écart sur l’angle θy.

Figure 3- 21 : Erreurs angulaires sur les slices

Concernant la comparaison entre les mesures effectuées au profilomètre et celle faites au laboratoire optique, ces dernières sont légèrement plus précises. En moyenne, on observe une différence entre les deux mesures au maximum de 0.5’ pour les angles θx et θy. Si la précision demandée sur l’angle est supérieure à la valeur ci-dessus, on peut se contenter des mesures du profilomètre qui sont plus rapides (une journée contre une semaine pour la mesure en laboratoire).

La comparaison entre les coupes suivant les axes x et y de la pupille intermédiaire mesurée et celles du modèle de diffraction présenté au Chapitre 2 montre le dimensionnement correct du miroir découpeur en terme de grandissement (Figure 3- 22). En effet, l’écart de FWHM entre les mesures et la simulation suivant les deux axes x et y est inférieur à 13 adhérences (soit 1.3% par rapport au diamètre de la pupille théorique).

Figure 3- 22 : Coupe d’une pupille intermédiaire. A gauche : Suivant l’axe x. A droite : Suivant l’axe y

6.1.2 Alignement des mini fentes

Le but de ce test est de connaître le positionnement suivant les axes x et y des mini fentes. De plus, il permet de valider le grandissement d’un système découpeur d’images via la mesure de la longueur et de la larguer de chaque fente. Les résultats présentés ci-dessous sont extraits du compte rendu des tests dans le plan des miroirs fente [29].

La pseudo fente présentée sur la Figure 3- 23 est composée de 10 fentes puisque la barrette de miroirs pupille est constituée de 10 éléments. L’acquisition a été effectuée à 365 nm et a été corrigée des calibrations de détection et de caméra.

Figure 3- 23 : La pseudo fente composée de 10 mini fentes

L’erreur angulaire sur l’angle θx de chaque miroir pupille est inférieure à 4 minutes d’arc sauf pour les miroirs pupille n°26 (6.3’) et n°25 (-6.3’). Ceci est dû à un décollage partiel de ces miroirs pupilles lors du nettoyage de la barrette à l’aide d’une bombe d’air. L’erreur angulaire sur l’angle θy est inférieure à 3.5 minutes d’arc sauf pour le miroir pupille n°20 qui atteint 7.5 minutes d’arc (Figure 3- 24). Les tolérances sur les angles des miroirs pupille ne sont pas atteintes : ceci est dues à la difficulté d’assemblage de la barrette. Globalement, l’erreur de position en x et en y du centroïde de chaque fente est inférieure à 100 adhérences sauf en x pour le centroïde correspondant au miroir pupille n°20 et en y pour le centroïde correspondant aux miroirs pupille n°25 et 26. Malgré tout, les fentes n°19 et n°20 ne se chevauchent pas. Bien que les miroirs pupille soient hors spécifications, toutes les fentes tomberaient sur leurs miroirs fentes correspondants et ce prototype aurait pu être intégré dans un véritable instrument.

Figure 3- 24 : Angles des miroirs pupille en minutes d’arc

La comparaison entre les données du profilomètre et celles des mesures en laboratoire montre un écart de 1.7 minutes d’arc entre les deux mesures. On ne peut pas se contenter de la mesure du profilomètre qui est peu précise pour connaître la valeur des angles. En effet, le manque de fiabilité du profilomètre est dû à une trop grande surface à mesurer, ce qui entraîne des temps de mesure trop longs et de l’instabilité du profilomètre. La mesure dans le plan de la pseudo fente est indispensable.

La FWHM suivant l’axe x de chaque fente a été mesurée conforme à la spécification de grandissement (Figure 3- 25). En effet, chaque fente mesure 2.80 ± 0.02 mm. En revanche, la FWHM suivant l’axe y est inférieure à la spécification de 0.133 ± 0.002 mm. On observe une erreur de 15 adhérences sur la largeur de la fente. Ceci est probablement dû à l’utilisation d’un grandissement du système de détection trop faible, qui ne permet pas d’atteindre la précision

demandée. De plus, des irrégularités d’éclairement sont présentes sur l’image des slices qui sont dues à une accumulation de poussières sur le miroir découpeur.

Figure 3- 25 : Coupe d’une fente. A gauche : Suivant l’axe x. A droite : Suivant l’axe y.

6.1.3 Qualité image du prototype CRAL

Le but de cette mesure de PSF est de quantifier le pourcentage d’énergie présent au niveau d’un échantillon spatial sur le CCD. Un trou de 10 adhérences de diamètre est placé dans le plan focal du télescope. Ce trou est 7 fois plus petit que le diamètre de la tache d’Airy¹ au niveau du plan de la pseudo fente. En optique, on prend généralement, un trou objet 10 fois plus petit que la tache d’Airy donnée par le système. La valeur de 10 adhérences a été choisie pour maximiser le flux afin de rendre les poses de PSF plus courtes (600 secondes en moyenne). Toujours pour maximiser le flux, les acquisitions ont été faites à 577 nm. Neuf PSF réparties à l’extrémité des slices et du miroir découpeur ont été acquises (Figure 3- 26, à gauche). Les données brutes des PSF sont présentées sur la Figure 3- 26 (au milieu et à droite).

Figure 3- 26 : A gauche : Répartition des PSF acquises sur le miroir découpeur. Au milieu : Acquisition d’une PSF. A droite : PSF en 3D.

Le long temps de pose introduit un niveau de bruit non négligeable pour le calcul de l’énergie encerclée. Toutes les PSF contiennent 80% d’énergie encerclée dans un diamètre allant de 50

1 Diamètre de la tache d’Airy donné par un système optique.

a f

D_Airy = 2.44λ où f est la distance entre l’ouverture diffractante et le plan d’observation et a le diamètre de l’ouverture diffractante.

à 73 adhérences L’énergie contenue dans la PSF est plus étalée aux extrémités du miroir découpeur. La FWHM des PSF varie de 22 à 25 adhérences de diamètre pour une valeur théorique de 25 adhérences (calculée à l’aide du modèle numérique IDL). Globalement, ces mesures de PSF montrent que la qualité image d’un système découpeur d’image est correcte. La Figure 3- 27 montre les courbes d’énergie encerclée correspondant à la mesure en laboratoire et à la simulation IDL.

Figure 3- 27 : Courbes d’énergie encerclée pour la PSF du prototype CRAL

L’image du trou dans le plan focal du télescope est ensuite déplacée de sorte qu’il se trouve entre les slices n°22 et 23. Dans le plan de la pseudo fente, la PSF est coupée en deux parties par le miroir découpeur (Figure 3- 28). Avec la connaissance des positions relatives des fentes et après soustraction du bruit, la PSF peut être reconstruite.

Figure 3- 28 : Acquisition d’une PSF coupée par deux slices. A gauche : Images de la PSF coupée. A droite : Courbes d’énergie encerclée de la PSF reconstruite.

6.1.4 Conclusion

Malgré quelques erreurs d’angles sur les slices ou les miroirs pupille du prototype CRAL, toutes les images tombent sur leurs miroirs correspondants. De plus, aucun chevauchement de fente dans le plan objet du spectrographe ne se produit et le système découpeur d’image présente une qualité d’image correcte. Tous ces tests, individuels ou sur banc optique, ont permis de valider le prototype CRAL. Pour la qualification d’un prototype de miroir découpeur en technologie verre, les résultats sont encourageants. Toutefois, l’assemblage des miroirs pupille est à améliorer ainsi que les mesures au profilomètre des éléments individuels.