Le Spectro600g

Un spectrographe de poids réduit
pour débuter en spectroscopie

Contributions: D. Defourneau

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I. Introduction
II. Réalisation
III. Perfectionnements
IV. Exemples

 

I. Introduction

C'est sans doute, parce qu'on m'a gentiment  prêté un monochromateur Perkin-Elmer de plus de 70 kg,  pour faire de l'astronomie, que je me suis aperçu d'un détail important : un spectrographe est un objet lourd !

La première idée pour combattre le poids, consiste à placer simplement un réseau dans le faisceau convergent du télescope, un spectro « zéro verroterie » pèse 80 g, mais provoque des aberrations qui limitent les performances (les réseaux adorent tous, fonctionner en faisceaux parallèles).
Pour un amateur, en plus de l'optique jugée complexe, la mécanique d'un spectro semble délicate à effectuer, par manque d'outillage performant. Le tour et la fraiseuse sont souvent à exclure...

Nous allons donc envisager de construire un spectro léger et simple, sans pour autant sacrifier trop l'optique.

Le but est de pouvoir acheter un maximum de composants dans le commerce et d'effectuer un minimum de mécanique.  Nous utilisons une optique collimatrice (un oculaire + un réducteur de focale 6,3 ), le réseau  (100 à 600 traits), un objectif de reprise (objectif photo : 50 mm N=1,8). Il faut ajouter à cet objectif, un porte-filtre Cokin et son pare-soleil carré.

Nous gardons sur le télescope, le renvoi coudé et un oculaire Plöss de 40mm. Une fois la mise au point faite, le faisceau de lumière, sort parallèle.

Un montage facile, en tôle pliée, comporte une petite fourche. Il  maintient le bloc réseau, objectif et caméra au-dessus de la sortie oculaire. 2 trous de 3 mm dans le pare-soleil en plastique créent l'axe d'inclinaison du montage. Un réseau en transmission sous cache diapo est placé ou collé à la place du filtre. Le spectro en état de marche n'ajoute que 600 grammes au poids du télescope, (Webcam comprise)!
La partie métal ajoutée ne pèse que 200 grammes.
Le montage passe parfaitement dans la fourche d'un S-Cassegrain, Le modèle le plus utilisé chez les amateurs.


Une vue du spectro600g monté sur le tube du télescope.

II. Réalisation

Le «Spectro600g» étant basé sur le porte filtre de marque Cokin et une barrette-photo, tout le matériel s'achète chez votre photographe. Les réseaux  en transmission  sont en vente chez Cokin, (filtre n°40) ou chez Jeulin.
Chez Jeulin les réseaux sont «blazés» et ont de meilleures performances.
L'intervention «bricolage» de l'utilisateur consiste à percer et à plier à angle droit une tôle d'acier 100x150 mm, épaisseur 2mm, au niveau des pointillés.
Deux petites pattes ( 20x100mm), percées de 3 trous de 3 mm sont également à rabattre, pour former la fourche qui maintient le pare-soleil.
Voilà le plan du montage « minimum bricolage » :

Le montage ne tenant que par une vis au pas Kodak il est sage de maintenir à l'arrière de la plaque de métal, une gomme, un bouchon  ou une cale pour bloquer l'assemblage contre le télescope et tuer les vibrations éventuelles.
La tôle est percée avant le pliage, puis elle est peinte pour éviter les dégâts de l'humidité. Une réalisation en inox est plus propre qu'avec de la tôle ordinaire. Si vous utilisez de la tôle d'inox prenez des précautions pour faire les trous, l'inox est dur à percer et les copeaux sont très dangereux pour les mains.
Suivant les attache-photos des télescopes les dimensions peuvent énormément varier. Il est souhaitable que le réseau soit à un ou 2 cm au-dessus de l'oculaire collimateur.  Modifiez les cotes, pour correspondre à la taille de votre télescope.
Après une rotation de 90° l'oculaire permet de recentrer à l'oeil l'étoile.
Pour que les performances optiques du spectro soient meilleures (bonne couverture du réseau) il faudrait un oculaire de 60 ou 70 mm. Nous n'en trouvons pas facilement au coulant 31,75. il faut donc prendre l'oculaire à la focale la plus grande possible du commerce, (environ 40 mm) et ajouter un réducteur de focale.
Un filtre orangé ou rouge peut être installé dans le porte filtre Cokin ( filtre pour la photo) ou vissé sur l'oculaire.

Schéma optique simplifié du montage,  (en bleu, les optiques, en vert le réseau, en noir le capteur de la caméra) :

Ce spectro peut être adapté à toutes les Webcams en modifiant un bouchon arrière d'objectif et encore plus simplement à la caméra Audine en choisissant un objectif photo au pas de vis 42mm.

III. Perfectionnements

Si le poids n'est pas le seul critère de choix on peut espérer, améliorer les performances de base. Dans le montage présenté, la caméra est maintenue par une languette d'aluminium en forme de sigma majuscule, que l'on tord plus ou moins, en l'écrasant avec les doigts. Un montage avec une vis de réglage de l'inclinaison permet plus confortablement de balayer ou de recentrer le spectre obtenu. Cette modification permet aussi de retrouver " l'ordre 1"
Cette pièce de maintient oblige le spectre à s'étaler suivant la largeur du capteur. Une réalisation à peine plus complexe (petite équerre, plus une vis), autorise le déploiement du spectre sur  la longueur du capteur.

Si la plaque métallique support de base, comporte un plan incliné à 45° (comme sur la photo), on peut placer la barrette-photo  également à 45°. Il suffit de faire un 2 ème trou de 6 mm dans ce plan pour avoir cette  inclinaison de la barrette. Cette modification est indispensable avec l'utilisation d'un réseau de plus de 400 traits. Un réseau 600 trs plaque la caméra sur la barrette, restée droite.

Si le pliage vous paraît un art difficile, utilisez de la cornière d'alu de 20*20 mm et des vis de 3mm ( la fourche en aluminium épaisseur 3 mm, du « spectro » de la photo, a été ainsi construite, pour une meilleure rigidité ) Vous pouvez panacher bois mince et cornière alu. C'est certainement le montage qui demande le moins d'outillage et de compétences mécaniques. Il suffit d'une scie et d'une perceuse pour tout réaliser.

Si vous voulez augmenter la dispersion du seul réseau, que vous avez acheté, montez un doubleur de focale derrière l'objectif. Attention la luminosité baisse, le poids et l'encombrement augmentent.

Si votre caméra ne permet pas d'avoir une heure de pose, vous pouvez installer un appareil photo à la place de celle-ci, le montage est presque fait pour lui.  Dans ce cas  le poids s'envole !

Si ............ On peut modifier ce «Spectro600g» à l'infini !

Mais si, ni le poids, ni la mécanique ne vous inquiète, choisissez plutôt le « Barèges » Les performances de ce spectro sont sans commune mesure avec le petit montage présenté !

IV. Exemples

Voilà le spectre d'une étoile très lumineuse Aldebaran, réalisé avec ce petit spectro, un réseau Jeulin 100 trs et une Webcam Vesta Pro.

Le spectre brut à été agrandi suivant la hauteur de l'image.

 

Bonne réalisation!

Daniel Défourneau


Lo Spettrografo 600 g

Uno spettrografo di peso ridotto
per iniziarsi alla spettroscopia

di D. Defourneau


I. Introduzione
II. Realizzazione
III. Migliorie
IV. Esempi

 

I. Introduzione

Forse proprio per aver ricevuto gentilmente in prestito un monocromatore Perkin-Elmer di oltre 70 kg,  per farci dell'astronomia, mi sono accorto di un importante dettaglio : uno spettrografo è un oggetto pesante !

L'idea più spontanea per ridurre il peso, consiste semplicemente nell'intercettare il fascio convergente del telescopio con un reticolo di diffrazione. Uno spettrografo « vetro-esente » pesa 80 g ma produce aberrazioni che limitano le prestazioni (tutti i reticoli amano funzionare con fasci paralleli).
Per un dilettante, oltre all'ottica già di per sé complessa, anche la meccanica di uno spettrografo può presentarsi problematica da realizzare, per mancanza di un'adeguata attrezzatura. Il tornio e la fresa sono spesso da escludere...

Prenderemo quindi in considerazione la costruzione di uno spettrografo semplice e leggero, senza tuttavia sacrificare troppo l'ottica.

Volendo acquistare il maggior numero possibile di componenti disponibili in commercio e realizzare un minimo di parti meccaniche.  utilizzeremo un'ottica collimatrice (un oculare + un riduttore di focale 6,3 ), il reticolo  (100 - 600 tratti), un obiettivo da ripresa (obiettivo fotografico : 50 mm N=1,8). Occorre aggiungere a questo obiettivo, un portafiltro Cokin e il suo paraluce quadrato.

Lasciamo sul telecopio il rinvio coudé e un oculare Plöss da 40 mm. Fatta la messa a fuoco, il fascio di luce esce parallelo.

Un montaggio facile, in lamiera piegata, comporta una piccola forcella per  mantenere il blocco reticolo, obiettivo e videocamera al di sopra dell'uscita oculare. 2 fori di 3 mm nel paraluce in plastica creano l'asse d'inclinazione del montaggio. Un reticolo a trasmissione montato su un telaietto per diapositive sarà allocato, anche incollandolo, al posto del filtro. Lo spettrografo ultimato e funzionante aumenta il peso del telescopio di soli 600 grammi (Webcam inclusa)!
La parte metallica che abbiamo aggiunto pesa soltanto 200 grammi.
Il montaggio passa perfettamente nella forcella di uno Schmidt-Cassegrain, il modello sicuramente più utilizzato dagli astrofili.


Lo spettrografo 600 g montato sul tubo del telescopio.

II. Realizzazione

Lo «Spettrografo 600 g» essendo basato sul portafiltri Cokin e su una barra di supporto, è possibile acquistare tutto il materiale presso un qualunque negozio di fotografia. I reticoli  a trasmissione  sono in vendita da Cokin, (filtro n°40) o da Jeulin.
Da Jeulin i reticoli sono del tipo a «massima efficienza» e consentono quindi migliori prestazioni.
L'intervento «fai da te» dell'utilizzatore consiste nel forare e piegare ad angolo retto un lamierino d'acciaio 100x150 mm, spessore 2 mm, in corrispondenza delle linee tratteggiate.
Si devono inoltre realizzare anche due piccoli bracci (20x100mm), con 3 fori di 3 mm, piegandoli per formare la forcella che sostiene il paraluce.
Ecco il progetto del montaggio «alla bell'e meglio» :

Il montaggio essendo fissato soltanto con una vite con passo Kodak è consigliabile inserire posteriormente alla placca di metallo una gomma, un tappo  o una zeppa per sistemare l'assemblaggio sul telescopio eliminando così ogni eventuale vibrazione.
Il lamierino deve essere forato prima di essere piegato e poi verniciato per evitare i problemi dovuti all'umidità. E' preferibile una realizzazione con lamierino in acciaio inox invece cheordinario. Se utilizzate un lamierino in acciaio inox cautelatevi nell'eseguire i fori poiché questo materiale è difficile da forare e i trucioli sono molto pericolosi per le mani.
Secondo le posizioni delle viti di fissaggio per la macchina fotografica sui diversi telescopi, le dimensioni possono variare enormemente. E' preferibile che il reticolo sia collocato a 1 o 2 cm al di sopra dell'oculare collimatore.  Modificate le quote per adeguarle alle dimensioni del vostro telescopio.
Con una rotazione di 90° l'oculare permette di ricentrare a occhio la stella.
Per ottenere migliori prestazioni ottiche dallo spettrografo (buona copertura del reticolo), occorrerebbe un oculare da 60 o 70 mm ma non se ne trovano facilmente tra quelli con diametro 31,75. Si può però utilizzare l'oculare con la maggiore lunghezza focale tra quelli disponibili in commercio (circa 40 mm) e aggiungere un riduttore di focale.
Un filtro arancione o rosso può essere collocato nel portafiltro Cokin (filtro fotografico) o avvitato sull'oculare.

Schema ottico semplificato del montaggio,  (in blu, le ottiche, in verde il reticolo, in nero l'elemento sensibile della videocamera) :

Questo spettrografo può essere semplicemente adattato ad ogni Webcam modificando il tappo posteriore dell'obiettivo e ancor più semplicemente alla camera Audine scegliendo un obiettivo fotografico con passo di filettatura 42mm.

III. Migliorie

Se il peso non è il solo criterio di scelta, si può sperare di migliorare le prestazioni di base. Nel montaggio presentato, la videocamera è sostenuta da una linguetta d'alluminio a forma di sigma maiuscolo che si può torcere in misura maggiore o minore schiacciandola con le dita. Un montaggio con una vite di regolazione dell'inclinazione consente una più agevole ispezione dello spettro o il suo ricentraggio. Tale modifica permette anche di ritrovare l'«ordine 1».
Questo elemento di sostegno comporta che la dispersione dello spettro avvenga secondo la larghezza dell'elemento sensibile. Una realizzazione poco più complessa (una piccola squadretta più una vite), consente una dispersione dello spettro secondo  la lunghezza del rivelatore.

Se la placca metallica che funge da base dispone di un piano inclinato a 45° (come nella foto), anche la barra di supporto  può essere collocata a 45°. E' sufficiente eseguire un secondo foro da 6 mm in questo piano per ottenere questa  inclinazione della barra di supporto. Questa modifica è necessaria utilizzando un reticolo con 400 righe. Un reticolo con 600 righe piazzerebbe la videocamera su una barra di supporto dritta.

Se la piegatura vi sembra difficile, utilizzate un profilato d'alluminio di 20*20 mm e delle viti di 3mm (la forcella d'alluminio con spessore di 3 mm dello « spettrografo » della foto, è stata realizzata in questo modo al fine di ottenere una maggiore rigidità). Potete anche combinare sottili spessori di legno e profilato d'alluminio. E' certamente il montaggio che richiede il minimo in quanto ad attrezzatura e abilità meccaniche. E' sufficiente unseghetto da traforo e un trapano per realizzare il tutto.

Se desiderate aumentare la dispersione del solo reticolo che avete acquistato, montate un duplicatore di focale dietro l'obiettivo. Attenzione però! La luminosità diminuisce, il peso e l'ingombro aumentano.

Se la vostra videocamera non consente un'ora di posa, potete installare al suo posto una macchina fotografica: il montaggio gli si adatta perfettamente  ma in questo caso  il peso diventa davvero enorme !

Se ............ Ebbene, è possibile modificare questo «Spettrografo 600 g» all'infinito !

Ma se né il peso né la meccanica vi preoccupano, scegliete piuttosto lo spettrografo «Barèges» le cui prestazioni sono senza paragone rispetto al semplice montaggio qui presentato !

IV. Esempi

Ecco come si presenta lo spettro di Aldebaran, una stella molto luminosa, realizzato con questo piccolo spettrografo, un reticolo Jeulin con 100 righe e una Webcam Vesta Pro.

Lo spettro grezzo così ottenuto è stato poi ingrandito nel senso dell'altezza dell'immagine.

 

Buon lavoro!

Daniel Défourneau


Per la traduzione in italiano un ringraziamento speciale a Marco Angiolo Innocenti.