Конструирование спектрографа

[Ivan7enych]

Да, здОрово, увидеть воотчию поузловые полосы пропускания Coronado!
Было бы еще круче, если бы Вы, уважаемый автор, разместили бы на этом же снимке какой-нибудь "опорный" спектр - да от той же неоновой лампы - получилась бы неплохая основа для различных расчетов. Ну, например стало бы возможным рассчитать воздушный зазор эталона и прочее.
По тому снимку, который приведен не представляю, как это сделать?

С уважением, Михаил

Пересобрал 3 снимка, верхний с неонкой, и 2 нижних с эталоном от коронадо с белым и 650нм светодиодами. Масштаб точно одинаковый (объективы не менялись), может быть небольшой сдвиг спектра неонки, т.к. снимал в разное время, и объектив и камера снимались.

Только что-то спектр моей лампы не сопоставляется с найденным спектром неонки...

[Ivan7enych]

Причем оба объектива - EL-ки, и у меня в резком поле оказались как ртутная линия 405 нм, так и желто-зеленые ртутные линии 577, 579 нм. Да при этом какое разрешение!!! С этой щелью и объективами EL можно получить полный видимый спектр одним снимком с разрешением 2000-3000 без проблем, только матрицу правильную спектрографу подавай.

Можно пару вопросов по вашим снимкам?
Я смотрю, у вас объектив камеры 50/2,8 работает на прикрытой диафрагме 8, то есть его входная апертура 50/8= 6,2мм, то есть у решетки 600л/мм активно работают в создании спектра всего 600х6 = 3600 линий. Что для матрицы шириной 3000пикселей хватает впритык, да и света становится сильно мало.
Этот эль-никкор на полной диафрагме работает хуже? Я к ним присматриваюсь, думаю взять на ебее, но не могу найти полноценных отзывов по хроматизму...

Я под спектрограф хочу взять бу. кенон 550д, вынуть из него все фильтры, и сейчас подыскиваю пару объективов, чтобы наиболее полно работали на его матрице, причем желательно чтобы оба объектива покрывали почти всю решетку (40мм).

Как коллиматор после щели думаю брать что-то с фокусом 200мм и больше, либо el-nikkor 210\5.6, либо длиннофокусную склейку ахромат (чтобы ее хроматизм был минимальным).
Объектив перед матрицей должен быть с фокусным 100мм как у меня сейчас, как раз видимый диапазон раскладывается на всю матрицу с некоторым запасом.
Как объектив камеры - самьянг 100/2.8 ED (на сколько он АПО не знаю), либо el-nikkor 105/5,6 (но у него входной диаметр всего 18мм, то есть работать будет лишь половина решетки).

В общем вопрос объективов пока открытый.

[mikeef]

Ух, спасибо громадное! Вот где поле для деятельности открывается
Относительный сдвиг спектра - это ерунда, главное, что масштаб один и тот же.
Спасибо еще раз!

Михаил

[diant]

Да, el-nikkor - не идеальны. На открытых дырках получить весь спектр в идеальном разрешении не позволяют.
Зажимаю до f8 потому что хочу  иметь ртутную линию 405 нм в фокусе вместе с остальным спектром. Но в целом продольных хроматизм у них конечно ниже обычных фотообъективов. Недавно это увидел, снимая звезды. Однако увидел и другое - el-nikkor 150mm дает отрицательную кому весьма заметную на открытой дырке. Увы... Видимо не зря они сделали еще 8-линзовую серию APO EL-Nikkor.

Что касается "работать на полной решетке" - не вижу в этом смысла. Есть прекрасная формула, которая позволяет учесть вклад всех слагаемых в реальное разрешение спектрографа. И если вы будете гнаться за слагаемым, связанным с апертурой решетки (пытаясь загнать его в best), а при этом рядом будут стоять еще 2-3 слагаемых, амплитуда которых в разы хуже, - это будет похоже на попытку протолкнуть медведя через бутылочное горлышко.

Рассчитывая свой спектрограф, я сразу оценил вклад всех слагаемых и взял на прицел самые узкие места, на которые еще могу повлиять. Слагаемое "апертура решетки" там на десятом месте.

Просто ради примера такое рассуждение. Вы берете свой самьянг 100/2.8 ED в качестве объектива камеры.
Допустим. Допустим также, что этот объектив на откр дырке дает нам разрешение 100 линий/мм (что само по себе оптимизм). Это примерно пятно 5 мкм в фокальной плоскости.
Теперь начнем гнаться за амплитудой решетки. Допустим мы открываем вашу 40-мм 600 линий/мм решетку наполовину (до 20 мм ширины). Да, она теоретически позволяет уже получить разрешение 12000. Это у нас разрешение около 0,4А на длине волны 5000А. А масштаб-то на матрице со 100-мм объективом у нас получается около 6 мкм на Ангстрем, то есть ваше "теоретическое решеточное разрешение" (0,4А=2,4мкм) тонет в пятне вашего объектива (5 мкм) с головой. А ведь мы еще допустили, что этот самианг имеет разрешение 100 линий на открытой дырке, что скорее всего далеко от реальности. Дай бог, если он имеет 60 линий разрешение на открытой.

Возникает вопрос - а чего ради открывать решетку дальше, до 40 мм? Наоборот. Придется зажимать дыру объектива камеры, чтобы ею в реальности выиграть в разрешении. Потому что прикрытый объектив как известно дает более высокое разрешение (читай, более мелкое пятно в фокальной плоскости).

А щель? С открытой до 20 мм решеткой вам придется работать на щели не шире 5 мкм, чтобы она не испортила вам даваемое решеткой разрешение. И т.д.

[Дмитрий Маколкин]

Можно пару вопросов по вашим снимкам?
Я смотрю, у вас объектив камеры 50/2,8 работает на прикрытой диафрагме 8, то есть его входная апертура 50/8= 6,2мм, то есть у решетки 600л/мм активно работают в создании спектра всего 600х6 = 3600 линий. Что для матрицы шириной 3000пикселей хватает впритык, да и света становится сильно мало.
Этот эль-никкор на полной диафрагме работает хуже? Я к ним присматриваюсь, думаю взять на ебее, но не могу найти полноценных отзывов по хроматизму...

Вань, мне такой сейчас едет из Японии, можем потом вместе покрутить.

[Ivan7enych]

Однако увидел и другое - el-nikkor 150mm дает отрицательную кому весьма заметную на открытой дырке. Увы... Видимо не зря они сделали еще 8-линзовую серию APO EL-Nikkor.

Отрицательную сферичку при работе на бесконечности? Это может быть специально, чтобы занулить сферичку для работы на конечных расстояниях, и в АПО варианте может быть та же оптимизация.

GordonBrau мне писал, у вас есть один свободный объектив из этой серии, можно взять потестировать его или выкупить если подойдет?

Возникает вопрос - а чего ради открывать решетку дальше, до 40 мм? Наоборот. Придется зажимать дыру объектива камеры, чтобы ею в реальности выиграть в разрешении. Потому что прикрытый объектив как известно дает более высокое разрешение (читай, более мелкое пятно в фокальной плоскости).

На мелкой дырке начинает портить разрешение диффракция, ну и светопотери загоняют выдержку в неприличные цыфры. Одно дело снимать яркое солнце, совсем другое когда хочется хорошо отснять и тусклые объекты... В общем понятно, что везде есть компромисс и надо играться между многими слагаемыми.

[Алексей Юдин]

На мелкой дырке начинает портить разрешение диффракция, ну и светопотери загоняют выдержку в неприличные цыфры. Одно дело снимать яркое солнце, совсем другое когда хочется хорошо отснять и тусклые объекты... В общем понятно, что везде есть компромисс и надо играться между многими слагаемыми.

Тогда надо на современную Ч/Б матрицу оптимизироваться - под короткие выдержки видимо на IMX183, а под длинные на Панасоник. Уход от 550Д даст много больше, чем небольшое изменение апертуры. Останется объектив достаточно светосильный под кроп подобрать или эшельный спектрограф применить.

Ну и на мелкую решётку с большей дисперсией можно перейти, для вспоможения объективу.

[ysdanko]

Потому что прикрытый объектив как известно дает более высокое разрешение (читай, более мелкое пятно в фокальной плоскости).

А это как? Выходит, что формула для размера дифракционого  изображения точки уже не работает 

[Дмитрий Маколкин]

Потому что прикрытый объектив как известно дает более высокое разрешение (читай, более мелкое пятно в фокальной плоскости).

А это как? Выходит, что формула для размера дифракционого  изображения точки уже не работает 

Речь идёт о реальном объективе, с аберрациями, влияние которых уменьшается при диафрагмировании.

[diant]

Отрицательную сферичку при работе на бесконечности? Это может быть специально, чтобы занулить сферичку для работы на конечных расстояниях, и в АПО варианте может быть та же оптимизация.

Вы наверное имели в виду не сферичку, а кому?
Я уже тоже об этом подумал, но я не оптик, не могу оценить. Неужели при переходе на бесконечность так сильно вылезет кома, исправленная на конечном фокусе (в режимах увеличения)?
EL-Nikkor 5,6/150 рассчитан на работу при увеличениях 2-8х, то есть работа на 1,2 м для него штатный режим. До бесконечности не так уж и много и... уже отрицательная кома. Может кто из опытных товарищей подскажет - такое возможно?

GordonBrau мне писал, у вас есть один свободный объектив из этой серии, можно взять потестировать его или выкупить если подойдет?

Это он сильно вам написал! Даже я о свободных объективах не знаю
У меня их три - 40, 50 и 150мм. Последний в работе всегда. Первые два тоже в работе, но они близки и отчасти взаимозаменяемы. О продаже речь не идет, но если очень нужно, берите 40 или 50 на тестирование. На неделю до нового года могу дать, или уже после 8 января.

На мелкой дырке начинает портить разрешение диффракция, ну и светопотери загоняют выдержку в неприличные цыфры. Одно дело снимать яркое солнце, совсем другое когда хочется хорошо отснять и тусклые объекты... В общем понятно, что везде есть компромисс и надо играться между многими слагаемыми.

Да, с дыркой не стоит переусердствовать. Когда я в реальной работе начинаю зажимать объектив на камере, то обычно сразу вижу на экране, когда начинается потеря разрешения от перезажатия. Перед этим и останавливаюсь.

Тусклые объекты... хм. Вы на звезды замахнулись?
Здесь увы не имею никакого опыта; никогда не пробовал и пока не планирую.
У меня к счастью все реальные задачи со спектрами - работа в условиях сильного или очень сильного источника света. Мне вообще кажется, что если думать о спектрах звезд, то поначалу надо вообще забыть о разрешении, апертуре решетки и т.д., и думать прежде всего только о том, чтобы пропустить через спектрограф ВЕСЬ свет звезды. Потом уже, если получится увидеть спектр, пусть даже с самым плохим разрешением, думать об остальном.

А это как? Выходит, что формула для размера дифракционого  изображения точки уже не работает

Законы физики никто конечно не отменяет.
Но смотрите (график внизу): реальный Samyang 100/2.8 ED даже в центре не имеет разрешения 50 линий/мм (на f/2.8 - только 35 л/мм). Это значит у него пятно на матрице даже в центре на открытой дырке около 15 мкм. А ваша формула для размера кружка Эйри дает такое пятно в центре видимого диапазона (550 нм) только на относительном f/11.
И что же - вы будуте бояться прикрыть дырку до f/5.6, что даст вам заведомо лучшее пятно, опасаясь нарушить законы физики?

[Алексей Юдин]

И что же - вы будуте бояться прикрыть дырку до f/5.6, что даст вам заведомо лучшее пятно, опасаясь нарушить законы физики?

Это просто означает необходимость замены и пересогласования компонентов, т.е. переоптимизацию прибора в целом. Речь же о звёздах, энергетика в пикселе на первом месте.

[Ivan7enych]

Отрицательную сферичку при работе на бесконечности? Это может быть специально, чтобы занулить сферичку для работы на конечных расстояниях, и в АПО варианте может быть та же оптимизация.

Вы наверное имели в виду не сферичку, а кому?

Я не очень понял что имеется в виду под "отрицательной комой" и подумал что речь о сферичке. Кажется сейчас понял - речь о том, что звезды по центру кадра ровные, а на краях имеют хвосты в сторону центра кадра?

[diant]

Я не очень понял что имеется в виду под "отрицательной комой" и подумал что речь о сферичке. Кажется сейчас понял - речь о том, что звезды по центру кадра ровные, а на краях имеют хвосты в сторону центра кадра?

Именно так.

[ysdanko]

Речь идёт о реальном объективе, с аберрациями, влияние которых уменьшается при диафрагмировании.

Да но при этом увеличивается кружок Эйри. Какой смысл использовать объектив с относительным 2,8, если его все равно придется диафрагмировать?

[Дмитрий Маколкин]

Речь идёт о реальном объективе, с аберрациями, влияние которых уменьшается при диафрагмировании.

Да но при этом увеличивается кружок Эйри. Какой смысл использовать объектив с относительным 2,8, если его все равно придется диафрагмировать?

В каждой модели объектива - свои компромиссы, которые сформулированы производителем своему оптику-расчётчику и инженеру-проектировщику. Обычно это сложный баланс между основными параметрами, качеством изображения и трудоёмкостью изготовления. Вполне возможно, что снижая в ТЗ светосилу объектива, заказчик расчёта потребует и снижение сложности оптики для снижения стоимости производства. В результате более светосильный объектив, работающий на прикрытой диафрагме может отработаеть лучше, чем менее светосильный, но с неприкрытой диафрагмой.

В общем, всё как всегда - пробовать надо.

[ysdanko]

В каждой модели объектива - свои компромиссы, которые сформулированы производителем своему оптику-расчётчику и инженеру-проектировщику. Обычно это сложный баланс между основными параметрами, качеством изображения и трудоёмкостью изготовления. Вполне возможно, что снижая в ТЗ светосилу объектива, заказчик расчёта потребует и снижение сложности оптики для снижения стоимости производства. В результате более светосильный объектив, работающий на прикрытой диафрагме может отработаеть лучше, чем менее светосильный, но с неприкрытой диафрагмой.

В общем, всё как всегда - пробовать надо.

Если не гнаться за уменьшением габаритов, оптимальней всего в качестве коллиматора использовать зеркальный объектив и использовать решетку по полной. Ну а камерный подбирать из условия получения всего спектра на имеющейся матрице. (если конечно стоит задача получения всего спектра на одном кадре).

[Ivan7enych]

Докупил для спектрографа несколько вещей -

б.у. Canon 550d и вынул из него пылетряс, оставив голубое стекло. Пылетряс жестко обрезает УФ (выше 400) и ИК. Голубое стекло наоборот оставил, на случай если фотоапарат приходится в обычной съемке (для сохранения баланса белого).

объектив el-nikkor 100 / 5.6
Под объектив выточил переходник с байонетом на кенон, с резьбовой фокусировкой и 3мя винтами регулировки перекоса.
Объектив пооценивал, он довольно интересный.
Из недостатков, при работе на бесконечность у него есть небольшая сферичка и кома по краям кадра, видимо это из-за того что он рассчитан под работу как увеличитель на конечных расстояниях.
По хроматизму он гораздо лучше обычных объективов ахроматов, сферохроматизма в синем и УФ практически нет, но разность фокуса в синем и красном есть и заметная. Хорошо Дима Маколкин подсказал как с этим бороться в рамках спектрографа - наклоняя объектив перед матрицей, для чего я и делал систему перекоса.

Еще купил кучку неонок для калибровки, если кому нужны могу поделиться.

Как коллиматор пока поставил кенон 70-200/4, в будущем сменю на что нибудь другое, может на длиннофокусный апо объективчик.

В целом удалось боле менее сфокусироваться от ближнего ИК до середины синего, дальний синий и начало УФ все равно остались расфокусированы.

[nolv]

Опробовал бесщелевую схему.
Решетка - 600 л/мм, объектив - Гелиос с полки, все не разберу его на геликоид. Снимал ртутную лампу, размер источника примерно 1', выдержка 1/8. Просто щелкнул, чтобы оценить возможности, никакой обработки, фон не вычитал, никаких даков, флетов и пр. Нулевой порядок в левой части кадра.
Синий спектр - бесщелевая схема. Зеленый - та же лампа на щелевом спектрографе с решеткой 600л/мм. На интенсивности не обращайте внимание, это разные матрицы и разное виньетирование. Результату удивлен.
Смысл опробовать схему по звезде несомненно есть.

[didperm]

Опробовал бесщелевую схему.

Интересно, то есть просто решетка на морде объектива?
А как делали источник 1`?
Можно посмотреть на получившиеся картинки?
Чем обрабатывали спектры?
Почему получился разный масштаб по горизонтали?

[nolv]

Интересно, то есть просто решетка на морде объектива?
А как делали источник 1`?
Можно посмотреть на получившиеся картинки?
Чем обрабатывали спектры?
Почему получился разный масштаб по горизонтали?

Да, все просто. Японские объективы и сложные конструкции не нужны, яркие звезды получится снять на простейшем оборудовании. Займусь в ближайшую ясную ночь.

Источник - перед лампой регулируемая щель. Для проверки я сделал около миллиметра, чтобы поярче было.

Спектры я обрабатывал в BASS, но есть несколько других программ с аналогичным функционалом.

Для синего графика я оставил нулевой порядок, поэтому масштаб другой получился. При желании можно обрезать или растянуть. Обратная линейная дисперсия 0,15 нм/пиксель

Уменьшеная исходная картинка внизу. При обработке повернул снимок на 0.7 градуса и выделил нужный регион. Фокусировался по зеленым линиям. Верхняя радуга от окна дома напротив.