Pic de diffraction

Les pics de diffraction sont des lignes émises par des sources lumineuses intenses, provoquant ce que l'on appelle l' effet starburst ou sunstars sur les photographies et dans la vision. Il s'agit d'artefacts causés par la diffraction de la lumière autour des ailettes de support du miroir secondaire des télescopes à réflexion , ou des bords des ouvertures non circulaires des appareils photo , et autour des cils et des paupières de l'œil.

Bien que d'apparence similaire, il s'agit d'un effet différent du « maculage vertical » ou du « blooming » qui apparaît lorsque des sources de lumière vive sont capturées par un capteur d'image à dispositif à couplage de charge (CCD) .

Comparaison des pics de diffraction pour différentes dispositions de supports d'un télescope à réflexion – le cercle intérieur représente le miroir secondaire

Dans la grande majorité des télescopes à réflexion , le miroir secondaire doit être positionné sur l'axe central du télescope et doit donc être maintenu par des entretoises à l'intérieur du tube du télescope. Quelle que soit la finesse de ces tiges de support, elles diffractent la lumière entrante provenant d'une étoile sujette et cela apparaît sous forme de pics de diffraction qui sont la transformée de Fourier des entretoises de support. Les pics représentent une perte de lumière qui aurait pu être utilisée pour imager l'étoile.

Bien que les pics de diffraction puissent obscurcir certaines parties d'une photographie et ne soient pas souhaités dans les contextes professionnels, certains astronomes amateurs aiment l'effet visuel qu'ils donnent aux étoiles brillantes - l'apparence « Étoile de Bethléem » - et modifient même leurs réfracteurs pour présenter le même effet, ou pour aider à la mise au point lors de l'utilisation d'un CCD .

Un petit nombre de télescopes à réflexion évitent les pics de diffraction en plaçant le miroir secondaire hors axe. Les premiers modèles hors axe tels que les télescopes Herschel et Schiefspiegler présentent de sérieuses limitations telles que l'astigmatisme et les longs rapports focaux, qui les rendent inutilisables pour la recherche. La conception brachymédiale de Ludwig Schupmann , qui utilise une combinaison de miroirs et de lentilles, est capable de corriger parfaitement l'aberration chromatique sur une petite zone et les conceptions basées sur le brachymédial de Schupmann sont actuellement utilisées pour la recherche d' étoiles doubles .

Il existe également un petit nombre d' anastigmates hors axe, entièrement réfléchissants et sans obstruction, qui donnent des images optiquement parfaites.

Les télescopes réfracteurs et leurs images photographiques n'ont pas le même problème car leurs lentilles ne sont pas supportées par des ailettes en forme d'araignée.

Les diaphragmes à iris à lames mobiles sont utilisés dans la plupart des objectifs d'appareil photo modernes pour limiter la lumière reçue par le film ou le capteur. Alors que les fabricants tentent de rendre l' ouverture circulaire pour un bokeh agréable , lorsqu'elle est fermée à des nombres f élevés (petites ouvertures), sa forme tend vers un polygone avec le même nombre de côtés que les lames. La diffraction répartit les ondes lumineuses traversant l'ouverture perpendiculairement au bord à peu près droit, chaque bord produisant deux pointes espacées de 180°. Comme les lames sont uniformément réparties autour du cercle, sur un diaphragme avec un nombre pair de lames, les pointes de diffraction des lames des côtés opposés se chevauchent. Par conséquent, un diaphragme avec n   lames produit n   pointes si n   est pair et 2 n   pointes si n   est impair.

Comparaison des pics de diffraction pour des ouvertures de différentes formes et nombre de lames

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  5 lames donnant 10 pointes
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  6 lames donnant 6 pointes
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  7 lames donnant 14 pointes
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  8 lames donnant 8 pointes
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  9 lames donnant 18 pointes
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  10 lames donnant 10 pointes
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  4 lames donnant 4 pointes

Les images prises par les télescopes à miroirs segmentés présentent également des pics de diffraction dus à la diffraction des bords des miroirs. Comme précédemment, deux pics sont perpendiculaires à chaque orientation des bords, ce qui donne six pics (plus deux plus faibles dus à l'araignée soutenant le miroir secondaire) sur les photographies prises par le télescope spatial James Webb .

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  Le premier champ profond JWST avec des pointes de diffraction
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  Image JWST de la galaxie spirale NGC 7469 avec des pics de diffraction
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  Bords des segments du miroir primaire JWST et araignée codés par couleur avec leurs pics de diffraction correspondants

Une lentille ou un verre de protection mal nettoyé, ou une lentille avec une empreinte digitale, peut présenter des lignes parallèles qui diffractent la lumière de la même manière que les ailettes de support. On peut les distinguer des pointes en raison de leur ouverture non circulaire car elles forment une traînée proéminente dans une seule direction, et de la floraison CCD par leur angle oblique.

En vision normale, la diffraction à travers les cils – et en raison des bords des paupières si l’on plisse les yeux – produit de nombreux pics de diffraction. S’il y a du vent, le mouvement des cils provoque des pics qui se déplacent et scintillent. Après un clignement des yeux, les cils peuvent revenir dans une position différente et provoquer des sauts des pics de diffraction. Ce phénomène est classé comme un phénomène entoptique .

Le pic de diffraction dans la vision humaine normale peut également être provoqué par certaines fibres du cristallin, parfois appelées lignes de suture .

Un filtre à écran croisé , également appelé filtre en étoile, crée un motif en étoile à l'aide d'un réseau de diffraction très fin intégré dans le filtre, ou parfois en utilisant des prismes dans le filtre. Le nombre d'étoiles varie selon la construction du filtre, tout comme le nombre de points que possède chaque étoile.

Un effet similaire est obtenu en photographiant des lumières vives à travers un écran de fenêtre avec des fils verticaux et horizontaux. Les angles des barres de la croix dépendent de l'orientation de l'écran par rapport à la caméra.

En astrophotographie amateur, un masque de Bahtinov peut être utilisé pour faire la mise au point avec précision de petits télescopes astronomiques. La lumière provenant d'un point brillant tel qu'une étoile brillante isolée atteignant différents quadrants du miroir primaire ou de la lentille passe d'abord à travers des grilles selon trois orientations différentes. La moitié du masque génère une forme étroite en « X » à partir de quatre pics de diffraction (bleu et vert sur l'illustration) ; l'autre moitié génère une ligne droite à partir de deux pics (rouge). Le changement de mise au point entraîne le déplacement des formes les unes par rapport aux autres. Lorsque la ligne passe exactement par le milieu du « X », le télescope est au point et le masque peut être retiré.