Introduction
(Début de l'année 2002)
Voici mon nouveau projet:
un spectrohéliographe
que j'espère évidemment meilleur que le précédent.
Le montage choisi sera réalisé à partir d'un réfracteur
destiné à former
l'image solaire, suivi d'un spectroscope de type "Arcetri", c'est à dire constitué d'une
fente d'entrée,
d'un réseau et de 2 objectifs achromatiques. Le passage du "tout reflecteur"
au "tout refracteur" est supposé diminuer l'astigmatisme provoqué par
les 2 miroirs sphériques du monochromateur. La sélection
de l'image monochromatique est faite de façon identique au montage précédent,
avec un CCD linéaire.
La disposition
des éléments est la suivante :
L'ensemble du SHG devrait tenir dans un "tube" de section carrée de 1,25
m de long et de 23 cm de côté. Le poids total de l'instrument doit être
inférieur à 10
kg. Le corps de l'instrument sera divisé en 4 tubes dont 3 constitueront
le chemin optique. Le 4ème servira à loger
la partie mécanique nécessaire à la rotation
du réseau et quelques bricoles électroniques. Si tout se passe comme prévu,
la résolution spectrale devrait être
de l'ordre de 0,01 nm dans le premier ordre et la bande passante
du SHG inférieure à 0,05 nm.
Les éléments optiques
L'objectif
primaire est un doublet achromatique de 90 mm de diamètre et de
1300 mm de distance focale (F/D=14.4), (thanks to Fred who sold it to
me). Il donne une image solaire de 12 mm de diamètre environ.
Il est monté dans un barillet réglable par vis poussantes et tirantes, et est
fixé sur la face avant du SHG. L'utilisation de cet objectif
implique une modification des logiciels d'acquisition et de traitement
car le format des images qui était jusqu'à présent
800x800 va être maintenant 1000x1000 pixels. |
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Les 2 objectifs
du spectroscope sont également des doublets achromatiques fixés
dans des montures en plastique. D'un diamètre de 60 mm pour 900
mm de distance focale, le ratio F/D de 15 est hélas un peu trop
grand mais une optique plus appropriée pourra être recherchée
par la suite si c'est nécessaire.
J'ai reçu ces objectifs mi-mars. Je peux dès lors m'atteler à la tâche.
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La fente d'entrée
du spectro est cette fois-ci réglable en largeur. 2 lames biseautées
sont vissées sur un pantographe en aluminium, lui même fixé
sur une grosse rondelle métallique. Une plaque d'aluminium reçoit
l'ensemble et permet un réglage en rotation à l'aide de
3 cales. La largeur de la fente sera de quelques dizaines de microns pour
l'observation mais pourra s'ouvrir à 1 mm (pour les réglages,
le dépoussiérage, etc...) |
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Pièce
maîtresse du spectro, le réseau plan que je compte utiliser
me semble original ! Ses dimensions sont plus qu'intéressantes
(62x72 mm), il est gravé à 1800 tr/mm, et présente
2 zones blazées différemment : 2/3 de la surface à
250 nm (UV) et 1/3 à 600 nm (pas loin de H-alpha). J'espère
que le Blaze UV aura encore quelque effet renforçateur aux alentours
de la raie K du Calcium ionisé !
Je l'ai monté
sur le support d'un ancien réseau, après quelques modifications.
Il est orientable selon 3 axes pour réaliser l'alignement optique
et la sélection de la longueur d'onde. Le bras visible en bas sera
probablement changé et actionnépar un mouvement micrométrique
motorisé (moteur pas-à-pas). La partie inférieure
(le gros cylindre et le bras seront dans le "tube non optique").
La vue arrière
laisse entrevoir les 2 vis de réglage grossier de l'orientation
du réseau par rapport au bras. |
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Les 2 miroirs
plans (40x40 mm) qui servent à replier le faisceau sont montés
sur des petits supports en forme d'équerre et sont orientables
selon 2 axes. Chaque miroir à 3 points de contact dont un seul
est réglable grâce à une vis.
Sur l'image
ci-contre, la lame de maintient qui est en haut presse le miroir sur la
fourche noire où sont ménagées 2 encoches et sur
la vis de réglage d'inclinaison. La flèche indique l'axe
de rotation de l'équerre. |
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Lorsque j'ai entrepris la construction de ce nouveau
spectrohéliographe, j'ai mis en ligne l'avancement des travaux à la manière
d'un feuilleton. J'ai souhaité laisser ces commentaires tels quels dans
ce site refondu. Je vous propose donc d'assister à la réalisation de l'instrument
au jour le jour, dans la mesure du possible, et dans l'ordre où se
présentent les choses!
Construction... SHG Story
L'utilisation
d'objectifs achromatiques n'est toujours pas la solution miracle en ce
qui concerne la réalisation du SHG. Si l'aberration chromatique
est très faible pour la partie centrale du spectre, ce n'est pas
le cas pour la partie violette extrême où se trouve la raie
K du Calcium ionisé. Avec une distance focale de 1 mètre,
on peut avoir un écart de 4 mm entre le foyer violet et le foyer
rouge (H-alpha) ! Le même problème se pose pour l'objectif
de collimation du spectroscope. Ceci implique la nécessité
de mécanismes de mise au point de l'image solaire sur la fente
d'entrée et de placement de cette même fente au foyer de
la collimatrice.
J'ai choisi
une solution approchée, en autorisant la translation de l'ensemble
constitué
de la fente d'entrée et des 2 petits miroirs plans placés
de part et d'autre (cf. schéma optique). La mise au point sur
la fente peut ainsi être faite pour les différentes longueurs
d'onde et la collimation reste acceptable compte tenu du fait que le
capteur possède son propre système de focalisation pour
compenser le décalage.
Il me faut
donc construire un support conservant l'alignement optique des 2 miroirs
plans et de la fente, et pouvant se déplacer en translation le
long de l'axe optique. |
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Ouf, après
maintes recherches, j'ai mis la main sur une glissière bien pratique,
provenant d'une "boite à lumière" de microscope
me semble-t-il. Elle permettait de placer une ampoule au foyer d'un condenseur
optique. Environ 9 cm de côté... quasiment pas de jeu et
une course de 20 à 25 mm... Hop... recyclage ! |
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Vendredi 22 mars
J'ai découvert
à l'occasion de la retouche des lames servant de ressort de maintient
des miroirs plans (volet métallique de protection des disquettes
3"1/2) que la spectrohéliographie était une activité
dangereuse pour les doigts !
Petit retard
en attendant que ça cicatrise... |
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Samedi 30 mars.
Le doigt se recolle bien, merci. Je suis allé au Bricomachin du coin, me faire
découper quelques panneaux de contre-plaqué pour commencer
la structure du SHG. Que c'est lourd le bois !!! Moins de 10 kg ça
ne sera pas facile . |
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Dimanche 31 mars. Joyeuses Pâques !
La colle à bois est passée à l'action et la "caisse" commence
à prendre forme. Quel engin ! Où est-ce que j'ai encore
fichu les pieds ? |
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Mardi 2 avril.
La structure contenant la fente et les 2 miroirs plans évolue aussi dans le
bon sens. La voici en vue éclatée pour la séance
photo. On aperçoit les 2 miroirs plans inclinés à
45° et la fente réglable. Le trait rouge schématise
le trajet de la lumière solaire.
Il faut que
ça tienne bien en place sur la glissière ! Le levier servant
à manoeuvrer le déplacement de cet ensemble est en bas.
L'aluminium est majoritaire. Hauteur totale : 19 cm. |
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Vendredi 5 avril.
Le montage décrit ci-dessus est quasiment terminé. Encore quelques
fuites de lumière à colmater et ce sera bon. J'ai commencé
aussi à découper des supports pour les 2 objectifs du monochromateur
et pour le miroir plan. Je n'avance pas très vite car il fait beau
et j'en profite pour faire des images du Soleil avec le spectrohélio
encore actif. Ensuite, traitement et mise en ligne des images... Pourquoi
les journées n'ont-elles que 24 heures ?? |
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Dimanche 7 avril.
La glissière
surmontée du bloc optique est fixée en bout de tube. La
cloison inférieure (contre-plaqué 5 mm) est allégée
en évidant des disques à la scie cloche. La rigidité
est ainsi conservée. L'idée première était
de coller ensuite un carton fin pour rendre la cloison étanche
à la lumière, et de le peindre ensuite en noir mat. Les
2 opérations seront réduites en fait à une seule,
à savoir le collage de velours noir adhésif qui donnera
un noir encore plus intense. |
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Lundi 8 avril.
Une révision
du schéma optique s'impose . Je constate - et c'était hélas
prévisible - que l'inclinaison du réseau et du miroir
plan situé après l'objectif de collimation est désastreuse.
Le coup est heureusement "rattrapable" sans trop de dégâts
! Je dois intercaler un autre miroir plan - en vert sur le schéma
- entre ces 2 pièces optiques pour obtenir des angles de réflexion
corrects (Une fois de plus, le proverbe "rien ne sert de
courir.... si l'on ne sait pas exactement ou l'on va " est
vérifié).
Mais c'est ainsi, c'est les risques du direct comme on dit à la
télé ! |
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Mardi 9 avril.
Le support
du miroir plan est fait et monté à l'extrémité
de la "table" du SHG qui reçoit également le support
du réseau dont on ne voit ici que la partie supérieure.
Le miroir est placé dans son support pour les besoins de la photo
et va réintégrer sa boite juste après. |
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Mercredi 10 avril.
Les nuages
sont là ! pas moyen de pointer le soleil pour tester l'alignement
et la mise au point de ce qui est déjà en place. Un petit
coup de pointeur laser quand même pour s'assurer que tout est à
peu près sur l'axe.
Il faut maintenant adjoindre un système permettant le mouvement
fin du réseau. Pour cela, une vis de précision et son écrou
sont un moyen très efficace pour déplacer le bras fixé
sur l'axe de rotation du réseau. La vis sera actionnée par
un moteur pas-à-pas et le contact entre le bras et l'écrou
mobile se fera par l'intermédiaire d'un roulement à bille.
Un pignon de 32 dents est placé sur la vis en vue de la motorisation. |
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Vendredi 12 avril.
Une équerre
en aluminium est fixée sur le support de la vis. Elle supporte
à son tour un petit moteur pas-à-pas de type bipolaire provenant
d'une imprimante (merci Vincent). Le pignon de sortie du moteur à
12 dents ce qui fait une démultiplication de 8/3 au niveau de la
vis. Le pignon blanc n'est là que pour transmettre le mouvement
entre moteur et vis. Malgré la jolie étiquette visible sur
le moteur, aucune indication n'est donnée à propos du nombre
de pas par tour et je le déterminerai ultérieurement. Il
est probablement égal ou supérieur à 100.
La course
utile est de 70 mm et le pas de la vis est de 0.635 mm. Le nombre de tours
de vis est : 70/0.635 = 110 tours environ
Pour un moteur à 100 pas par tour et la démultiplication
de 8/3, il faut donc : 110x100x8/3 = 29330 pas
Un pas correspond à 350 nm (du violet au rouge) divisé par
29330 soit environ 0.012 nm. En mode demi-pas et pour un moteur à
200 pas par tour, on peut réduire d'un facteur 4 cette valeur. |
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Samedi 13 avril.
Mise en place
de l'ensemble vis-moteur dans la grosse boite ! J'ai fixé une petite
rallonge en aluminium sur le bras du support du réseau. L'extrémité
est terminée pas un roulement à bille qui sera en contact
avec l'écrou mobile. La longueur du bras est déterminée
par l'angle que doit balayer le réseau (17° environ pour le
spectre complet) et la course de la vis. On obtient dans ce cas une vingtaine
de cm. Ce mécanisme est disposé sous la "table"
du montage optique. La vis dépasse légèrement dans
le tube optique inférieur (celui de l'objectif principal) mais
ne coupe nullement le faisceau. Un ressort de rappel garde fermement le
bras contre l'écrou.
Par ailleurs,
les cloisons supérieure et inférieure en contreplaqué
de 5 mm sont positionnées et maintenues en place par des petites
cales collées. Ça commence à prendre tournure... |
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Mardi 16 avril.
J'ai un peu levé le pied. Alors comme il pleut, j'en profite pour vous montrer
un truc qui est déjà prêt et qui fonctionne sur le
SHG actuel. Il s'agit du capteur CCD linéaire et de sa monture.
L'image de gauche montre le CCD proprement dit. Celle de droite montre
la bague de mise au point (c'est en fait un vieil objectif photo reconverti)
et, dans la partie inférieure, le moto-réducteur assurant
la rotation fine du CCD. Le schéma de cet élément
est visible en cliquant ici |
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Jeudi 18 avril.
Les supports
des objectifs du spectroscope sont en cours. Ils seront très simples
mais les découpes doivent être assez précises et ils
devront être alignés correctement sur l'axe optique sans
grandes possibilités de réglage, donc pas de précipitation.
De toutes façon, j'ai besoin du Soleil pour ça et en ce
moment il boude...
Un autre élément, qui a son importance, est en cours de
réalisation. Il faut assurer l'étanchéité
à la lumière au niveau de la sortie du bloc mobile (contenant
miroirs plans + fente) et de l'entrée dans le premier tube du spectroscope.
Un moyen simple et efficace consiste à utiliser un soufflet. On
pourra en récupérer sur un vieux boîtier photo ou
un agrandisseur. On peut aussi, comme c'est le cas ici, le fabriquer très
simplement avec un papier Canson noir. Les extrémités seront
collées à des petites platines en aluminium. A ce propos,
4 traits de scie dans un disque dur H.S. et le tour est joué. Finitions
au noir mat de rigueur ! |
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Vendredi 26 avril.
Le soleil
a joué à cache-cache dans les nuages quasiment toute la
semaine. Résultat: beaucoup de temps passé à acquérir
des images puis à les placer sur ce site, au détriment de
la construction du nouveau SHG.
J'ai quand même pu déterminer l'emplacement des 2 objectifs
et je les ai fixés chacun dans son tube. Un essai avec une fente
large d'au moins 1 mm m'a permis de visualiser le spectre sur une surface
blanche, et j'ai pu repérer le triplet du magnésium par
exemple... la dispersion semble en rapport avec ce qui est attendu.
Autre élément en bonne voie: le miroir escamotable qui réalise
un renvoi à 90° vers un oculaire afin d'observer le spectre.
Ce miroir sera placé à environ 10 cm avant le capteur CCD.
Si tout se passe bien, ce miroir mobile sera fini ce week-end et les photos
suivront.
Enfin, je commence à rigidifier au mieux l'ensemble de la structure
sans pour autant entrer dans la phase quasi-irréversible du collage. |
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Lundi 29 avril.
Le flip-mirror
est à peu-près terminé. Un petit porte-oculaire hélicoïdal
est en place, le basculement est manuel et assisté par un ressort
monté en bistable. Il faut juste que je place une butée
réglable pour l'inclinaison à 45° et un joli bouton
de commande.
Le crayon donne l'échelle, et accessoirement
soutient l'ensemble). |
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Vendredi 3 mai.
Le flip-mirror
est en place. J'ai mis un pignon sur l'axe du miroir et l'axe du bouton
de commande en reçoit un également. Cela permet d'avoir
un mouvement plus doux du fait de la démultiplication et le démontage
du bloc "miroir+porte-oculaire" se fait très facilement,
sans devoir enlever le bouton de commande et l'axe qui traverserait la
caisse du SHG.
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Samedi 4 mai.
Démontage
et dépoussièrage de ce qui commence à ressembler
à un spectrohélio pour une séance photo. Je mitraille
et j'espère pouvoir ainsi illustrer un peu mieux l'avancement du
chantier.
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Dimanche 5 mai.
Le circuit
de commande des 2 moteurs (orientation du CCD et rotation du réseau)
doit être refait, principalement à cause du moteur pas-à-pas
qui est de type bipolaire (l'ancien était unipolaire)
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Vendredi 10 mai.
Cette semaine
n'est pas très spectaculaire au niveau de l'avancement des travaux
mais elle a pourtant été constructive. Un peu d'électronique
pratique et la mise en coffret du circuit de commande des moteurs.
Un autre moment - un peu fastidieux - a été le revêtement
de toutes les surfaces internes avec de la feutrine noire: mesure, découpe,
collage, décollage, recollage, grognements, redécollage,
etc... Le résultat est quand même sympathique... C'est maintenant
les ténébres absolues dans cet instrument... en attendant
que je le pointe vers le Soleil.
Autre avancée importante: le programme d'acquisition a été
modifié pour passer de 800x800 pixels à 1000x1000. Le test
réalisé avec le spectro actuel est concluant.
Je n'ai pas
encore terminé mon film. Etant donné que je travaille sur
le spectro complet, je ne peux pas le mettre sur le scanner pour vous
montrer l'évolution. Alors encore un petit peu de patience....
Si la météo le permet, j'espère faire les derniers
réglages optiques demain.
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Samedi 11 mai.
Le matin, quelques apparitions du soleil me permettent quelques retouches dans l'alignement
des optiques.
L'après-midi, derniers assemblages... et je me lance. J'ai démonté
le CCD de l'ancien SHG pour l'installer sur le nouveau. Idem pour le circuit
électronique qui fourni les signaux d'horloge. Les seules modifications
concernent le cablage de la raquette de contrôle des moteurs qui
diffère de la première. La dernière pièce
du puzzle passe également d'un instrument à l'autre: les
2 lames biseautées sont vissées sur le support et la largeur
de la fente ajustées à quelques dizaines de microns. Tout
est prêt pour un test grandeur nature... mais la pluie vient d'arriver
!
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Dimanche 12 mai.
Il fait moche !
En fin d'après-midi, une trouée dans les nuages laisse briller
le soleil. viiiiiiiiiiiiitteeeeeeee !! AHHHHHHHH je vois un magnifique
spectre; le doublet du sodium est ... comment dire ? achement cooooool.
La dispersion a doublé et la résolution est également
excellente. Je peux séparer facilement des raies distantes de 0,02
nm. Voila qu'un mauvais contact m'empêche d'actionner les moteurs
!! démontage de la raquette..... qu'est-ce qui m... ? les nuages
reviennent !! plus viiiiiiiiiiteeeeeeee. La tension est pire que quand
Mc Gyver tente de désamorcer une bombe alors que les secondes défilent
inexorablement sur l'afficheur avec un bip agaçant et d'ailleurs
complètement stupide. Y'a du 12 volts partout, bizarre ! Je fais
chauffer le fer à souder, je change le régulateur de tension
au cas où... toujours du 12 !!! même sur la masse !!!!!!!!!!!
La fiche est mal insérée, tu parles d'un bricoleur ! ça
y'est ca remarche. Viiiiiiiiiiiiiiteeeee, il faut essayer une image. Le
soleil est bas, l'amplitude du signal est faible
j'en ai une, ouf ! Elle est sombre et bruitée mais ça a
l'air prometteur. Les réglages ont été fait à
moitié (au pif quoi !) mais c'est plutôt correct. J'ai quand
même repéré quelques défauts à éliminer.
Le travail n'est pas tout à fait fini, mais je crois que la prise
d'images est maintenant possible.
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Mercredi 15 mai.
Il a fait un temps splendide aujourd'hui, jusqu'à ce que je retire le bouchon
de l'objectif du spectro ! le vent est tombé et les nuages d'altitude
sont venus tout boucher ! Je pense que je vais craquer... Bon j'ai quand
même fait quelques essais en spectroscopie que je vous livre ici,
histoire de patienter un peu.
Un petit triplet du magnésium :
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Mardi 28 mai.
Le nouveau spectrohéliographe fonctionne à peu près bien. Mais
vous souhaitez surement voir à quoi ressemble l'engin. Alors ça
y est, les photos sont là. J'ai scanné et collé tout
ça au plus vite.
Ouvrir la page des photos du SHG.
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