Outils pour utilisateurs

Outils du site


projets:spectroscopie

Spectroscopie

Cette page regroupe les activités du club en spectroscopie.

1. Théorie

Le principe est d'étaler le spectre lumineux pour le décomposer en différentes longueurs d'onde.
L'analyse spectrale d'une source lumineuse permet de caractériser le corps qui l'émet.

2. Le spectroscope "DVD"

Un plan à imprimer sur papier cartonné est disponible sur le site de l'association UniverSCiel. Il suffit d'un DVD (pas forcément neuf) et le tour est joué. Ce DVD joue le rôle du réseau de diffraction.

Voici ce que ça donne une fois construit :

En regardant différentes sources (néon, lumière du jour, lampe à LED, halogène) c'est déjà très spectaculaire !
On peut même faire des photos avec un smartphone :

LED :
LED

Fluocompacte sans et avec filtre bleu/UV (remarquez la disparition de la bande la plus à gauche) :
Fluocompacte Fluocompacte avec filtre UV

Halogène sans et avec filtre bleu/UV :
Halogène Halogène avec filtre UV

Le filtre bleu/UV est tout simplement un verre de lunettes de vue traitées pour les écrans LED. On voit très bien la raie violette en moins sur le spectre de la lampe fluocompacte.

3. Fabrication d'un Spectromètre LOWSPEC

3.1. Présentation du projet

L'objectif de fabriquer un spectromètre avec des pièces imprimées en 3D.

Il s'agit d'un modèle appelé LOWSPEC du site web thingiverse qui regroupe des fichiers d'impression 3D créés par des bricoleurs. L'un d'eux a créé ce modèle de spectro, dont les pièces en plastique sont à imprimer en 3D.
Le prix de revient serait très inférieur à un modèle type Alpy (au total 2200 € avec module de calibration).
Une bonne idée de bricolage et aussi un bon moyen de débuter en spectro pour pas cher.

Présentation de Pascal du 16 mars 2018.

3.2. Début du montage (27 avril 2018)

Première séance de montage du spectromètre.

Nous avons ébavuré les pièces plastiques, monté la plupart d'entre elles.
Beaucoup de monde mais chacun a participé.

Photos de Philippe :

Reste à faire : collages, montage des optiques.

Approvisionner pour la prochaine séance :

  • Colle bi-composants pour ABS (Christophe)
  • Huile silicone (Fred)
  • Téflon (Jean-Christophe)
  • Gants pour manipuler les optiques (Fred)

3.3. Fin du montage (4 mai 2018)

Poursuite du montage du spectromètre : collage epoxy des filetages et montage des optiques.

Jean Christophe a retravaillé le système de réglage par vis moletée qui est maintenant devenu précis et fluide (il ne semble pas utile de le remplacer par un second micromètre comme suggéré par certains internautes ayant réalisé ce projet) cf. Photos Philippe

Comprendre

Présentation d'une lampe de calibration réalisée avec un starter de tube néon de marque Philips ; l'utilisation d'un modèle Osram ST111 permettrait de s'appuyer sur un spectre déjà caractérisé par des spectroscopistes (Auf Deutsch).

Rappel du chemin optique du spectro, proposition d'une approche pour les réglages, rappel du principe de base de l'autoguidage : cf présentation “Projet spectro réglage”

Autoguidage avec PHD Guiding v2 : https://openphdguiding.org/ (download et tuto)

Premiers tests

Nous n'avons pas pu visualiser un spectre net à l'oculaire car le foyer n'était pas accessible avec les bagues à notre disposition : il nous faudra trouver un système permettant une adaptation avec un tirage plus court (ex bague T2-male-male + coulant 1.25“ court). Les filetages imprimés “plastiques” sont fragiles difficiles à engager et constituent un point de faiblesse du système : idéalement il faudrait prévoir de coller des filetages métalliques sur les filetages existants pour avoir une meilleure fiabilité à l'usage.

Compléments de tests post réunion

Essais Pascal caméra zwo - logiciel firecapture :

  • Des essais avec une caméra zwo ont montré un premier spectre mais encore mal résolu en lien toujours avec un problème d'accès au foyer (bague trop longue).
  • Une action sur les 3 vis de réglage du miroir a permis de recentrer le spectre visualisé en mode preview avec la caméra zwo.
  • Le montage se cette même caméra sur la sortie de guidage donne après réglage du coulant une image nette de la fente d'entrée Ovio.

Conclusions

Le montage est terminé grâce à un beau travail collaboratif entre opticiens, mécaniciens, chimistes, ajusteurs, spécialistes du collage, grands reporters, pâtissiers…
Les résultats sont prometteurs mais des réglages fins sont à apporter et la partie adaptation du tirage de sortie de la caméra est à revoir en utilisant des bagues plus courtes afin d'accéder au foyer.

Photos de Philippe :
{{:projets:montage_023.jpg?200|

Prochaine séance : réglages et essais.

Planches de Pascal

3.4. Réglages et tests (26 mai 2018)

Montage d'un oculaire en sortie : on obtient une image à l’œil.
Essais avec différentes sources : OK
Essais avec des fentes de largeurs différentes : on constate bien que plus la fente est fine, plus les raies fines, mais moins lumineuses.

Montage d'une camera Zwo en sortie :
Montage sur un coulant pour trouver le point de focalisation. Avec une lampe forte on obtient un spectre, mais avec une lampe faible c'est plus difficile.

Après ces premiers essais, nous décidons de procéder à la collimation de la première lentille (celle qui se situe entre la fente et le réseau. Le principe est d'enlever la 2e lentille (son support se démonte) et d'obtenir une image du réseau à l'ordre 0 à l'infini. On utilise un chercheur réglé sur l'infini en sortie, on met le réseau sur l'ordre 0 (pour voir la fente), et on règle la lentille intérieure pour que la fente soit nette. La fente est visible à l’œil nu, mais avec le chercheur l'image est bien plus grande et le réglage possible.
Ce protocole a été donné par le concepteur du LOWSPEC, contacté par Pascal :
The grating should be oriented in such a way that the first (blazed) order is facing the camera lens. Best way to figure that out is by using a laser (laser collimator) and shine it onto the grating. In the case of the Thorlabs grating the arrow shoud point in the direction of the incomming collimated light (the collimator) In order to set the collimator at the correct distance you should remove the camera lens and aim the spectroscope at a bright lamp. Use a small telescope/view finder focused at infinity and look with it into the camera opening. Turn the grating so you can view the slit itself. Now move the collimator so that you see a sharp image of this slit. Lock down the collimator and place the camera lens back in position.

Fabrication d'une source “Osram” (couleur violette) par Pascal et Jean-Christophe.
Nous disposons désormais de 2 sources avec des raies bien distinctes !

Reprise du début maintenant que la collimation de la 1e lentille est faite : A l'oculaire : OK
Toujours régler la netteté sur la fente (ordre 0), et ensuite passer sur le spectre (ordre 1).

Avec la caméra en sortie :
Réglage du miroir pour avoir l'image centrée (plus crucial qu'à l'oculaire car le capteur est petit). Avec une source lumineuse forte (leds du plafond), nous réglons la netteté (sur la fente - ordre 0) puis nous passons sur l'ordre 1 : premier spectre à la caméra !

Ensuite essai avec une seconde caméra sur la sortie autoguidage : OK, on arrive à avoir une image nette de la fente sur un second PC.
Le réglage de la netteté est un peu délicat (on joue sur le tirage dans le coulant) mais il n'a pas besoin d'être parfait.

Dernier test : raccordement sur un télescope.
Le TLM n'est pas utilisable car il ne peut pas se bloquer en position. Nous essayons avec la petite lunette de 70mm, en visant un lampadaire au sodium par la fenêtre.
Nous vissons un coulant type oculaire 1.25 en entrée du spectro (il faudra le laisser en place car le filetage plastique est fragile).

La manip nécessite un autoguidage “manuel” de JC et Michel car la lunette ne se bloque pas bien en position ;-)
Mais nous obtenons un premier spectre à travers un instrument astronomique !

Synthèse des résultats : les premiers spectres obtenus après réglages.
Le premier en haut à gauche a été obtenu au travers du lunette pointée sur un lampadaire avec lampe au sodium, les autres ont été obtenus avec des lampes de calibration faites à partir de tubes-starter de néon. Acquisition ASI ZWO 120MC au foyer.

3.5. Acquisition et traitement (31/5/2018)

Séance consacrée aux premiers essais d'acquisition puis de traitement des images de spectres.
Les logiciels sont Audela pour l'acquisition, puis ISIS pour le traitement.

Planche de synthèse de Pascal

Nous essayons de traiter sous ISIS des images exemples (fournis avec ISIS). On retrouve bien les spectres attendus. Les étapes sont :

  1. obtention du spectre brut (intensité lumineuse / pixels)
  2. étalonnage en longueur d'onde (intensité lumineuse / longueur d'onde)
  3. calcul de la réponse instrumentale (intensité lumineuse mesurée / intensité lumineuse de la source)
  4. obtention du spectre final corrigé de la réponse (intensité lumineuse de la source / longueur d'onde)

Tests d'acquisition en salle : spectro LOWSPEC + la lampe ST111 en entrée + Caméra Zwo de JC en sortie.
On obtient des fichiers FIT mais impossible de les lire dans ISIS.

Prochaines étapes :

  • trouver un système pour fixer la camera Zwo plus près de la lentille (porte oculaire plus court ?)
  • acheter une lentille de sortie à focale plus longue (AD) pour acquérir les images avec un APN + fabriquer un support
  • trouver un système pour fixer la lampe ST111 en entrée du coulant
  • traiter sous ISIS les spectres de la lampe ST111
  • prendre des images sur le terrain…

3.6. Acquisition et traitement suite (8/6/2018)

Traitement avec ISIS de l'acquisition réalisée en séance sur une lampe de calibration osram ST111.

On notera :

  • la bonne performance globale du spectro maintenant bien réglé
  • le bon ajustement du polynôme de calibration et la qualité de l'étalonnage en longueur d'onde
  • le bon niveau d'exposition en lien avec le temps de 90 secondes (contrôle de l'intensité sur l'image acquise avec le logiciel audela)
  • le champ (trop) serré de la zwo 120MM : idéalement il faudrait un capteur plus grand
  • le tirage obtenu avec 20mm de bagues simple T2/T2 avec montage direct de la caméra ZWO qui permet d'être dans la plage de réglage de focalisation du spectro ; (l'utlisation d'une bague T2 de 20 /coulant de 31,75 amène la caméra en dehors du plan de focalisation : il faudrait une bague T2/coulant 31,75 plus courte d'environ 5mm pour permettre un montage via un embout 31,75)

Prochaines étapes : acquisition sur le terrain du spectre d'une étoile chaude (21 Lyn, alpha cephei..) de façon à calibrer sur la série de Balmer et faire la correction en réponse de l'instrument.

Il sera important de respecter l'ordre de réglage suivant :

  1. d'abord focaliser parfaitement la caméra de guidage sur la fente d'entrée (qui qui devra être nette) et bloquer ce réglage
  2. monter sur le télescope et focaliser l'étoile sur la fente en surveillant la focalisation (réglage du crayford du télescope) avec la caméra de guidage
  3. autoguider avec la caméra de guidage

Un achromat de f=96mm (au lieu du f=80mm actuellement en place)est en cours de commande cet objectif permettra l'acquisition avec un APN reflex L'idéal pour l'acquisition étant l'utilisation d'une camera CCD monochrome avec un capteur de taille moyenne comme une ATIK 314 par exemple

Autres logiciels de traitement (sachant qu'ISIS reste un outil de choix après un petit apprentissage et une bonne discipline dans la nomenclature des fichiers) :

traitement_st111_20180608.pdf

3.7. Procédures du spectro LOWSPEC

Préparation de la prise de vue : réglage de la focalisation et de l'orientation du spectre

  • Utiliser une lampe (frontale…) en entrée sans raccorder le télescope.
  • Mettre la fente la plus fine
  • Raccorder la caméra au PC et lancer un logiciel pour visualiser la sortie de la caméra (en couleur si possible).
  • Régler le réseau (micromètre) pour voir la fente (ordre 0) (elle est du côté bleu de l'ordre 1).
  • Focaliser (en jouant sur la lentille de sortie ou le coulant). Pour une Zwo il faut visser directement la camera sur un raccord 20mm (il en faudrait un plus court encore).
  • Régler le réseau pour voir le spectre (ordre 1).
  • Tourner la camera pour mettre le spectre horizontal (raies verticales), bleu à gauche. Cette rotation dérègle la focalisation, qu'il faut refaire.
  • Revenir sur la fente et refaire la focalisation, mais sans toucher à la caméra.
  • Revenir sur le spectre : on doit avoir un spectre horizontal, bleu à gauche, et bien net.

Prise de vue d'un spectre de calibration

  • Augmenter la taille de la fente (30 par exemple).
  • La lampe doit être à plat à l'entrée du coulant (filament visible du spectro).
  • Lancer Audela.
  • Acquérir des images (format FITS).
  • Acquérir des darks : même temps de pose, avec un cache en entrée.
  • Acquérir des offsets : pose très courte (par exemple 0.01s), cache en entrée.

Prise de vue d'un spectre d'étoile

(à faire sur le terrain, procédure à écrire)

  • Montage du télescope, pointage de l'étoile, mise en place de l'autoguidage, mise au point sur la fente…
  • Réglage de la fente à la bonne largeur.
  • Acquisition des images.
projets/spectroscopie.txt · Dernière modification: 2018/06/10 22:58 par fred.pailler