SPECTROGRAPHE


Tout d'abord , un grand MERCI aux auteurs de l' INFO ASTRO N°14 "Spécial Spectrographie" de l'ANSTJ (1982). 

Cette page présente un vieux spectrographe qui était adapté à un appareil photo argentique, le principe de sa reconception et de sa reconstruction.

Spectre de lampe Eco :

SPECTROGRAPHE BASSE RESOLUTION

Ce Spectrographe avait pour but de donner toute l'étendue du spectre dans une seule image; ordre 0 et 1 compris. Il était optimisé pour capter le maximum de lumière. La résolution spectrale était volontairement sacrifiée. Nous avions des manipes qui s'interessaient aux absorptions donc c'était le fond continu qui nous interessait. 

Il a été fabriqué en 1982 quand le club d'astro de mon Lycée existait encore. Cela peut étonner certaines personnes, mais les clubs d'astro expérimentales fabriquaient des spectrographes bien avant que l'on soit capable de rédiger des pages et les mettre en ligne sur le Web. 

Le réseau fait 300tr /mm, blazé dans l'ordre 1.  Dimensions 25x25mm. Fournit par Jobin & Yvon.

Le boitier du spectro a une bague à baillonnette collé à l'Araldite qui s'adapte sur l'objectif d'un appareil photo argentique Zeiss : le Contarex Super. Plus de 30 ans après l'Araldite tient toujours !  Donc le mieux est de récupérer le réseau, refaire ce boitier pour l'adapter aux boitiers Canon et aux filetages des téléscopes. 

Malheureusement, je ne me vois pas fixer un spectro au bout des minces filets des objectifs actuels...

 

RECONSTRUCTION 

Les données du "problème" sont les suivantes :

D'abord du coté des APN ou caméras, la hauteur des capteurs au dessus de la semelle des APN varie même entre appareils d'une même marque. Les Caméras CCD ou CMOS sont majoritairement équipées de pas de vis M42 x 0,75mm 

Du coté pratique soit l'observateur dispose d'une super monture capable de pointer exactement l'objet et faire passer sa lumière directement dans la fente, soit il faut le laisser voir le champs d'étoiles et ajuster l'instrument pour faire passer la lumière dans la fente.  Dans cette dernière solution, il faut pouvoir installer un oculaire, et renvoyer la lumière par un miroir plan ou prisme amovible.

L'idée de la fibre optique résoud le problème du poids du spectro sur l'instrument, mais ajoute un élément de transmission dans la chaine.

Selon le but de l'expérience, on peut rechercher la luminosité ou la résolution spectrale ou la résolution spatiale. Pour la luminosité, il n'y a rien de mieux que le prisme puisqu'il ne perd pas de lumière dans l'ordre 0 et les ordres n... Pour la facilité d'exploitation les réseaux sont intéressants, mais aujourd'hui avec les logiciels d'exploitations... Alors pourquoi pas une tourelle pour prismes et réseaux ?  Privilégier la résolution spatiale implique d'une façon ou d'une autre, d'allonger la focale du collecteur ; tout ne sera pas possible en même temps.

Il apparait que la variété des F/D des collecteurs va impliquer des collimateurs de même rapport F/D, d'où une position différente de cette optique, l'idée d'utiliser une plaque à trous taraudés comme un banc optique est séduisante mais le pas de 25mm risque d'être trop grand par rapport aux besoins de réglages. La solution pourrait être celle ci: Des trous decalées dans la platine et 5 taraudages dans la semelle ou embase des composants; avec 2 vis on a le choix de la position du composant.

Dans le cas d'un montage comme sur un banc optique, nous pouvons isoler les besoins sous forme de quelques composants optomécaniques:

  1. Une interface d'entrée 50,8mm cylindrique intégrant le renvoi coudé et la fente.
  2. Une monture pour le collimateur
  3. Une tourelle à disperseur, rotative, avec un bouton.
  4. Une monture pour l'objectif
  5. Une monture pour bague M42   (à moins d'utiliser un APN, dans ce cas, pas besoin des 2 derniers composants)

Si on veut visser ces élements sur une plaque à trous et pouvoir alléser ces pièces au tour, quand on a qu'un mandrin 3 mors... la solution c'est le profilé hexagonal !  Pour la légèreté, la facillité de tournage et de filetage, l'Alu c'est bien. Le chocolat a bien meilleur gout.

Ou alors utiliser du rond plein, et fraiser une semelle.

Figure.2

( Il faudra arrondir les cotes à ce que le marché propose. )

Contraintes de conception géométriques:

La reconstruction (&reconception) du spectro ne peut pas se faire seulement en 2D, car il y a deux problèmes :

  1. Nous avons des optiques de symétrie circulaire, or les disperseurs sont carrés. 
  2. Après le disperseur il y a un risque de vignetage. L'objectif doit être suffisament large et très près du disperseur.

Derrière la fente, le collimateur redone un faisceau parrallèle qui "arrose" le disperseur. Le faisceau est cylindrique et arrive sur le disperseur qui non seulement est carré mais peut être incliné pour renvoyer la lumière vers l'objectif.

Figure.3

Selon la taille du réseau, le rapport F/D de votre collecteur, et le rapport F/D du collimateur, vous pouvez avoir ces 2 cas d'écoles.

Cas 1 : le faisceau éclaire complètement le réseau, celui ci fournira le meilleur résultat en terme de résolution spectrale parce que le plus grand nombre de traits sera utilisé.  Mais vous perdrez 36% de la lumière incidente. 

Cas 2 : vous ne perdrez pas de lumière incidente mais le résultat final sera un mélange de spectre haute et basse résolution. Les raies seront empatées, moins contrastées. C'est dommage car l'élargissement des raies a une signification physique.

Bref il faut choisir, ou calculer le compromis. Je crois qu'il y a des feuilles excel sur internet, à ce sujet, je retrouve les liens et les recopierai ici.

A noter que la distance entre le collimateur et le disperseur n'a pas d'importance, nous pourrions donc avoir au foyer primaire d'un téléscope la fente, le collimateur et le miroir plan, et le reste du spectro à la surface du tube.

 

Le risque de vignetage.

Le faisceau qui ressort du disperseur est parrallèle, oui mais avec un angle différent pour chaque longueur d'onde ! (Sinon ça n'aurait pas d'interêt :-) Le dessin suivant n'est pas correcte pour les angles de réflexions mais illustre le cas où l'objectif n'est pas assez grand ou pas assez près. Dans ce cas, le fond continu du spectre apparaitra moins intense dans le bleu et dans le rouge. 

Figure.4

En conclusion provisoire, je dirai qu'il faut fabriquer une sorte de banc optique articulé et des supports de composants à adapter en fonction des cas. Le centre de l'articulation coïncide avec la tourelle du ou des disperseurs. 

 

Maintenant , les plans de départ... il n'est pas impossible que la réalisation mène à de meilleurs idées...  ça arrive :-)

 

1)Banc spectro

Figure 5 : le support de l'APN. Les plis rigidifient cette pièce. La fixation de l'APN se fera par son pas de vis photo. Toutes les cotes sont en mm.

Figure 6 : Le support des autres composants. 

A est une cote à ajuster en fonction du besoin de rapport F/D et diamètre du collimateur 

Les petits trous sont de diamètre 3,5mm.

Réalisation un peu différente en raison de disponibilité de tole aluminium de 8mm d'epaisseur 

 

2)Composant miroir plan, oculaire et fente

C'est le plus dur à réaliser, car il faut que les chemins optiques jusqu'àu plan focal de l'oculaire et jusqu'à la fente soient égaux. Il faut aussi basculer le miroir plan.

La position du plan support de la fente doit se régler par 3 vis M3 non représentées. 

Sans les chemins optiques:

Avec les chemins optiques et axes de symétries:

3)Composant support de collimateur

Simple. Il faut seulement trouver l'objectif dont le rapport F/D soit égal à celui de votre collecteur. Et pour le diamètre pensez à la figure 3.

 

 

4)Composant tourelle de disperseurs

Le fait que le centre d'un disperseur doive rester au milieu du faisceau incident, n'est pas très compatible avec le principe d'une tourelle à plusieurs disperseurs.  Puisque tous les centres ne peuvent pas coincider. Je m'oriente donc vers une tourelle (=étrier) à un disperseur (mais amovible et remplaçable).  La figure 8 montre une vue de face et de coté.

Collage du réseau au silicone polymérisable. Le trou D6 du haut permet de fixer une molette. Le trou D6 du bas serre l'étrier et les deux platines des Figures 5 et 6. Le plan du réseau est colinéaire à l'axe de rotation de l'étrier.

Réalisation un peu différente : les plats sont plus larges.

 Dans le cas d'utilisation avec un APN, on s'arrête là. S'il faut utiliser une caméra, il faut ajouter 2 composants un support d'objectif, et le support de la caméra. Sauf que le besoin de mise au point de l'objectif sur le capteur peut nous conduire à lier les deux par un pas de vis.

Après les essais il restera à envelopper tout ce système dans une boite, qui éliminera les sources de lumières parasites et ajoutera de la rigidité à l'ensemble.

 

 

Merci de me contacter pour vos remarques ou les erreurs qui se seraient glissées dans cette page.   gerald.mauboussin@free.fr

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Page crée le 04.01.2015 - - - - -Dernière mise à jour 19.01.2015.