Конструирование спектрографа

[diant]

Все же там и бленды есть и просто широкие линии (H K кальция те же). Спектр лампы намного адекватнее для этой задачи.

Понятно.

Может я обрезал уровни перед пересылкой криво? Вот вариант без коррекции. Опять же txt->fits!

И этот файл не открывается ни одним fits-вьюером...
Не знаю, что за штука, только первый файл открылся без проблем. У него кстати внутренняя структура была другая, чем у остальных.

У меня глупый вопрос. А зачем вообще нужно за один раз снимать спектр в диапазоне 400-800 нм? Это потребует либо снижения разрешения, либо гигантских матриц. Почему, например, не склеить спектр из нескольких кусков?

Это банальная экономия времени. Меня устроит полный спектр 400-800 с разрешением 1000 (но по всей длине!). Для его получения достаточно матрицы с шириной 2000 пикселов. У меня же есть матрица с шириной 3000 пикселов (ASI178), и специально куплен 5Mpix объектив Fujinon под эту задачу (1.4/25мм).
Спектрометр будет работать в серии многочисленных экспериментов на лаб. столе (это не звезды). И проводить их по несколько раз (по разу на каждый участок спектра) из-за прихоти спектрометра не хочется.

[krussh]

И этот файл не открывается ни одним fits-вьюером...

а так?

[diant]

а так?

А так открылись. Солнышко уже получше, только в красном конце похоже разрешение упало.
А вот с лампой - не совсем понятно, у нее в красном конце линии такие широкие или резкости не хватает?

[krussh]

а так?

А так открылись. Солнышко уже получше, только в красном конце похоже разрешение упало.
А вот с лампой - не совсем понятно, у нее в красном конце линии такие широкие или резкости не хватает?

На Солнце в крайней красной области только широкие теллурические полосы. Последняя солнечная линия - Halpha вблизи 1245 пикселя.
Лампа в красной области в перекопе. Верхушки линий плоские.

[diant]

krussh

krussh, спасибо. Решил пока еще поизучать теорию, но в голове уже крутятся определенные мысли по усовершенствованию моего устройства. А там явно есть куда.

[diant]

Лучший результат, который пока получается одним снимком на спектрографе с пропускающей решеткой, представлен ниже.

Полоса: 400-720 нм.
Щель: 30 мкм
Коллиматор: M42 Revueon 2.8/135mm
Решетка: 600 лин/мм (уч. СССР, зажата двумя стеклами)
Объектив: Fujinon HF25SA-1 1.4/25mm
Камера: ZWO ASI178mc

Собственно, главная трудность - поймать резкость по всему видимому спектру, поскольку у обоих объективов области около 400нм и >700нм уже уходят из плоскости фокусировки.
Пришлось закрыть диафрагму на объективе камеры до f/8.
И все равно линия ртути 405 нм уже размазана.
Хотя в красном конце в целом неплохо, что видно по тоненькой линии ртути 690.7нм

[diant]

Коллеги, кто-нибудь может объяснить, почему при включении обычной люминесцентной экономной лампы в ней сразу ярко загорается и постепенно гаснет линия Аргона 696,5 нм?

Сделал короткий мовик, где феномен хорошо виден (там 4 кадра: сразу после включения, 15 сек, 30 сек и 45 сек). По прошествии минуты линия практически исчезает.
Что это творится с аргоном?

[diant]

А вот спектр отеч. лампы ЭРА 11W, но уже 4000К (похолоднее).
Из него сразу видно, что люминофор в желтой и красной области тот же, а вот в синей и зеленой добавлен какой-то супер-люминофор - совершенно без полос, с мягким и равномерным спектром по сине-зеленой области.

А ниже: спектр отличной калибровочной лампы - неонки, которуя сегодня совершенно случайно увидел на обычном рынке. Китайцы сделали такую игрушку - лампочка "живой огонь" (Foton Decor Flicker CA32 3W). Продавец хвалился - "о какое диво, сам не знаю, зачем взял, но берут". Я сразу заподозрил чистый неон в колбе и взял "поиграться".
И вот поигрался. Отличная шкала калибровки в длинноволной области спектра.

[Дмитрий Маколкин]

Коллеги, кто-нибудь может объяснить, почему при включении обычной люминесцентной экономной лампы в ней сразу ярко загорается и постепенно гаснет линия Аргона 696,5 нм?

Ну это же классика. Когда лампа холодная, давление паров ртути недостаточно чтобы зажечь разряд. Аргон позволяет зажечь разряд, температура лампы растет и разряд начинает происходить в парах ртути. Где-то до 30% энергии уходит на возбуждение спектральной линии ртути 253,65 нм, которая и возбуждает свечение люминофора. Кстати именно поэтому люминесцентные лампы так долго разгораются при сильно минусовых температурах.

[diant]

А куда деваются атомы аргона? Почему они выпадают из свечения?
И что, пропадают и все ИК линии аргона (их там масса правее 700 нм)?

И еще вопрос (к оптикам).
В качестве коллиматора я попробовал три объектива (все 4 элементные, по схеме 4/3 или 4/4) - Юпитер-11 4/135, Юпитер-37А 3.5/135 и Auto Revuenon 2.8/135.

При использованпии всех этих объективов в качестве коллиматора спектр удается сфокусировать довольно ровно от синей (около 470нм) и до красной (700 нм) части спектра. И у всех у них фиолетовый конец спектра уходит из резкости.
Линия ртути 436 нм уже заметно не в фокусе, а линия ртути 405 нм просто вылетает из фокуса.
Приходится зажимать объектив на камере до f/8 (5-мегапиксельный Fujinon HF25SA-1, схема 7/6).

Вопрос: для решения (минимизации) проблемы с вылетом из резкости в дальней фиолетовой части спектра стоит ли попробовать в качестве коллиматора 5-элементные объективы, как например Телезенитар 2.8/135 (5/4) или Такумар 4/150 (5/5)?

Имеют ли такие объективы преимущество в части более ровной хроматической коррекции по всему видимому диапазону 400-760 нм по сравнению с 4-элементными схемами?

[Дмитрий Маколкин]

А куда деваются атомы аргона? Почему они выпадают из свечения?
И что, пропадают и все ИК линии аргона (их там масса правее 700 нм)?

Не могу сказать точно, но, скорее всего, их вклад в общее свечение становится совсем небольшим.

Вопрос: для решения (минимизации) проблемы с вылетом из резкости в дальней фиолетовой части спектра стоит ли попробовать в качестве коллиматора 5-элементные объективы, как например Телезенитар 2.8/135 (5/4) или Такумар 4/150 (5/5)?

Имеют ли такие объективы преимущество в части более ровной хроматической коррекции по всему видимому диапазону 400-760 нм по сравнению с 4-элементными схемами?

Для приведения в общий фокус фиолетовой части спектра требуется апохроматизация объектива. Простым добавлением линз из обычного стекла это не решается, требуются стекла типа ED или особые флинты. Добавление линз из обычного стекла позволяет улучшить исправление полевых аберраций и сделать более светосильную оптику.

[diant]

Не могу сказать точно, но, скорее всего, их вклад в общее свечение становится совсем небольшим.

Линия аргона гаснет реально (я не менял экспозицию). А в спектре ведь видно не общую кучу, а вклад каждой линии отдельно. То есть я хочу сказать, что не относительный, а абсолютный вклад этой линии аргона убывает (про другие - пока не смотрел в ИК). То есть Ar I почему-то переставет высвечивать на этой линии. Но вот почему?

Для приведения в общий фокус фиолетовой части спектра требуется апохроматизация объектива.

Поискал и прочитал такую вещь - у объектива EL-Nikkor 5.6/80mm не только фиолетовая, но даже ближ. УФ и ближняя ИК зона оказываются в том же фокусе, что и видимый свет. А там схема довоенного ортометара (6/4). Как это достигается!?

В качестве эксперимента поставил на роль коллиматора обычный тессар в облике И-100У (110/4).
С ним ситуация с непопаданием в резкость фиолетовых линий даже еще более впечатляющая. И тут не помогает даже зажатие объектива на камере до f/8.
Для иллюстрации внизу - три снимка (все параметры одинаковы) с решеткой 1000 линий. Разница только в настройке резкости.
Верхний снимок - поймана резкость в ртутной линии 491.6 нм.
Нижний снимок - поймана резкость в ртутной линии 404.7 нм
Средний - наилучшее попадание в ртутной линии 435.8 нм (и тут лучше всего видны два ее сателлита)

[diant]

Еще интересное кино - угасание линий аргона при разогреве люминесцентной лампы ЭРА 11W.
На этот раз я заглянул в ближний ИК.
Там в самом конце видна уже удвоенная линия ртути 405нмх2 = 810нм - она как раз разгорается, тогда как все линии аргона (700-800 нм) хором угасают.

Интервалы съемки - 15 сек.
Ссылка на анимированный gif: https://yadi.sk/d/OPZ6r5Yd3Xm2cB

[Дмитрий Маколкин]

Поискал и прочитал такую вещь - у объектива EL-Nikkor 5.6/80mm не только фиолетовая, но даже ближ. УФ и ближняя ИК зона оказываются в том же фокусе, что и видимый свет. А там схема довоенного ортометара (6/4). Как это достигается!?

Серия объективов EL, если не ошибаюсь, предназначена для фотоувеличителей. Спектральный диапазон светочувствительности классической ч/б фотобумаги - это коротковолновая область видимого спектра, ну и УФ тоже. Расчёт оптики для печати на такую бумагу отличается от расчёта для съёмки, область коррекции хроматической аберрации сдвигают в коротковолновую область.
Что же касается ИК, то тут надо бы посмотреть первоисточник таких утверждений. У меня очень большие сомнения, что объектив будет одновременно сводить синий с ИК.

Пришлите ссылку, пожалуйста, мне интересно почитать кто и что об этом пишет.

P.S. Я достаточно много занимался оптическими расчётами и из интереса смотрел на схемы фотообъективов. Применение особых стекол в современных объективах появилось неспроста, и прежде всего для улучшения коррекций хроматических аберраций.

[diant]

Да, EL-ки - увеличительные объективы. Во всех своих проспектах Никон пишет о них так:
"Correction wavelength range - 380-700nm"

Вот этот человек (Dr. Klaus Schmitt, любитель УФ съемки) обнаружил, что EL-Nikkor 5.6/80 к тому не имеет такой штуки как "focus shift" в ближнем УФ (340-380 нм). Его тесты здесь:

http://photographyoftheinvisibleworld.blogspot.com/2011/01/uv-el-nikkors-75mm-80mm-105mm-for-uv.html
http://photographyoftheinvisibleworld.blogspot.com/2011/01/el-nikkor-enlager-lenses-for-uv.html

Если это так, то получается, что EL-Nikkor 5.6/80 (6/4) выровнен по продольной хроматике от 340 и до 700 нм... Я не оптик, поэтому не знаю, как к этому относиться. Но очень хочется попробовать его в работе, ибо на спектрометре продольная хроматика не просто хорошо видна - она там главная пробема на краях спектра.

Про ближный ИК - это я имел в виду 700 нм. Дальше - не знаю, как он себя поведет. Опять же хотелось бы пощупать его своими руками и там.

Впрочем Klaus Schmitt его тестировал и в ИК - с таким вердиктом: "A surprising lens without UV + IR focus shift IV: EL-Nikkor 5.6/80mm"
http://photographyoftheinvisibleworld.blogspot.com/2011/01/uv-ir-surprising-lens-without-uv-ir_13.html

P.S. Я достаточно много занимался оптическими расчётами и из интереса смотрел на схемы фотообъективов. Применение особых стекол в современных объективах появилось неспроста, и прежде всего для улучшения коррекций хроматических аберраций.

Дима, тогда подскажите по вашему опыту. Я тут замыслил найти и пощупать еще два объектива. Есть ли шансы, что они могут даль лучшую хромокоррекцию по 400-700 нм, чем Юпитер-11,37А или схемы 4/4 (коих было масса)?
- МС Телезенитар 2.8/135 (5/4, была версия АПО и не АПО - интересны обе)
- Pentax Super/SMC Takumar 4/150

Или может быть вы сразу укажете объектив 135-150 мм, который бы мог хорошо работать в качестве коллиматора спектрографа на диапазоне 400-700 нм. (За разумные деньги, конечно, специальные объективы по три нуля в ценнике - это я не потяну).

[ysdanko]

Лучше искать зеркально линзовые, например, типа МТО-500, или аналогичные с меньшим фокусом. Можно и чисто зеркальные. ИМХО
Ну или построить градуировочную шкалу фокусировки  для разных областей спектра. (все равно весь спектр на матрицу не войдет)

[diant]

Ну или построить градуировочную шкалу фокусировки  для разных областей спектра. (все равно весь спектр на матрицу не войдет)

Все мои последние снимки спектров 400-700 нм сделаны как раз одним кадром - спектр целиком ложится на матрицу с решеткой 600 линий при объективе 25 мм (даже с запасом).

В реальности и на решетке 1000 линий он ложится почти весь - по крайней мере 400-660 кажется укладывается.
И по детализации снимки с решеткой 1000 линий конечно интереснее. Но сделать пока снимок всего спектра одним кадром на решетке 1000 линий еще не могу - ручками поработать нужно немного.

А узкие фрагменты спектра на решетке 1000 линий я уже приводил. Вот еще один.

[krussh]

Лучше указывать не диафрагмы объективов, а диаметр коллимированного пучка и фокусные расстояния.
Например, на предыдущем фото диаметр коллимированного пучка, ограниченный объективом камеры, всего 25/5.6 = 4.5мм. Соответственно и действующее относительное отверстие коллиматора всего 1/30. Странно, что он вносит такой хроматизм.

[Алексей Юдин]

Тут вопрос в критериях качества. На пальцах, если сферохроматизм исправлен, то даже на простых стёклах 14,3 мм объектив будет работать на визуальном дифпределе даже на 1:1,4. А тут 1:5,6, вчетверо меньшая светосила. Но и диапазон шире - 320 против ~150 (490-640), так что так на сяк и выйдет, учитывая что на 1:5,6 типичная плёнка дифракцию не разрешает.

[diant]

Соответственно и действующее относительное отверстие коллиматора всего 1/30. Странно, что он вносит такой хроматизм.

Так может быть главный вкладчик в хроматизм тогда не колиматор, а объектив камеры?
Я уже размышлял на эту тему, но учитывая 5Микс категорию CCTV объектива на камере и его 7 элементов (против 4 в коллиматоре), пока все же грешил больше на коллиматор.

PS. После еще нескольких экспериментов прихожу к выводу, что зажатие диафрагмы на объективе камеры до F/8 - практически единственное решение обеспечить нормальную резкость спектра по всему видимому диапазону.

Ну и конечно, если хочется где-то еще поднять разрешение (скажем на участке шириной 150-200 нм), то можно увеличить фокусное расстояние объектива камеры до 35 мм. Тогда разрешение спектрографа становится уже выше 2000. Вот пример (учебная решетка не такая уж и дурная).