UVEX spectrograph (version 2)

Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Sun Sep 23, 2018 3:05 pm

Robin, all sensors seem very specific...!

UVEX is also a performant spectrograph for capture red and near-IR part of the spectrum (simple rotation of the grating = UVEX -> IREX). I have added here a OG570 order filter.

Vend47 taken last night:

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We can note the very constant line sharpness from the yellow He line to the Pahshen hydrogen limit.

The situation of Z And:

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A B[e] star, CI Cam (note the complex faint lines structure):

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Aspect of Ca II triplet region on different stars... a cool object

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a hot object:

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gamma Cas emission:

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A faint Be star (V=17):

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etc.

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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Michel Verlinden » Sun Sep 23, 2018 8:22 pm

Christian,
Merci de ces spectres montrant les capacités de l'UVEX2.
C'est pratique cette possibilité de tourner le réseau sans refocaliser (tu as placé le filtre du côté du télescope ?).
Une version commerciale est-elle envisagée ?
Amicalement,
Michel.
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Sun Sep 23, 2018 11:05 pm

Michel, oui la rotation du réseau, c'est classique, simple et très efficace. C'est un des tests que je voulais finaliser avec UVEX2.

Pour le filtre d'ordre, il est monté à l'extérieur du spectro, dans un des logement d'une roue à filtre manuelle économique ZWO. Le spectro est monté derrière via un coulant 31,75mm (interface guidage Alply). Le filtre OG570 a été acheté chez Edmund Optics pour quelques euros.

Je me doutais qu'un jour l'un d'entre-nous poserais la question de la commercialisation... Elle est importante bien sur.

D'abord, les plans CAO et fichiers pour impression 3D seront publier pour la communauté. Mais dans l'immédiat, on ne peux prendre cette décision car le schéma est encore entaché de défauts. Ils ne sont pas majeur, mais c'est trop de responsabilité que d'engager des personnes sur la réalisation de quelque chose qui n'est pas entièrement satisfaisant.

Vous voyez que les résultats astronomiques sont fort correct (j'ai de bons retours de professionnels aussi...), mais j'aurais tendance à dire que l'instrument en l'état obéit un peu "à son maitre". Pas sur que tout le monde s'y retrouve. Il faut en faciliter les réglages (déjà bien progressé entre UVEX et UVEX2, mais pas encore insuffisamment). Faut un peu trop de doigté pour le moment. J'ai aussi une modification optique à tester qui devrait encore améliorer la performance (je suis un peu perfectionniste) et surtout permettre d'employer a priori UVEX correctement avec un télescope ouvert à f/5-F/6, alors qu'actuellement il ne s'exprime vraiment bien qu'à f/8.

D'une manière générale, UVEX est exigent coté positionnement des éléments optiques, et c'est juste à la limite des capacités de l'impression 3D standard je trouve. Mais bon, cela peut fonctionner comme je le démontre ici. Une version commerciale et industrielle serait surement plus satisfaisante pour l'utilisateur coté facilité d'emploi, mais aussi sensiblement plus chère. Cela sort de mon domaine de décision et c'est trop tôt. Disons que cela discute...

Dans l'immédiat, il faut encore faire un UVEX3 je pense, une dernière itération, et ce n'est qu'après cette étape que l'on mettra nominalement les schémas CAO dans le domaine public et qu'il sera possible de faire fumer les imprimantes 3D des uns et de autres ;-) Je pense qu'il est préférable d'attendre un peu donc.

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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Vincent Bouttard » Mon Sep 24, 2018 12:08 pm

Bonjour Christian,

Je suis bluffé par les résultats de ce prototype. Couvrir depuis les UV aux IR avec une telle qualité et une résolution au dessus de 1000, c'est génial. Ça laisse augurer de grosses perspectives pour les spectroscopistes ; le champ d'applications potentielles est très vaste. Je vois bien un petit outil de ce type derrière un RC350 ou 400 en poste fixe, tiens. Ça me donne des idées pour le futur... :D
Mais comme tu le dis, il faut finaliser le modèle et le rendre user-friendly si le désir prend à une entreprise de la commecialiser Nous avons quelques exemples de matériel astro très efficace mais dont la commercialisation a tourné au fiasco, faute de mise en adéquation entre le produit et le public potentiel. L'exemple le plus emblématique est celui de la monture DDM60 d'ASA.

Concernant l'impression 3D, je suis sceptique. Pour prototyper, c'est parfait mais pour les produits finis c'est délicat, surtout si on cherche la précision opto-mécanique au centième (à moins d'aller chercher dans des impressions 3D haut de gamme, imprimante et matériau). L'usinage a encore une longueur d'avance. Nous avons le cas avec des clients ayant réalisés eux-mêmes des bagues servant à monter leurs caméras. Les montages sont tiltés de partout et le résultat est décevant. A moins de poncer et de vérifier au marbre, tu as rarement des surfaces d'appui qui tiennent la route et il faut caler itérativement.
Le jour où tu sors les plans de l'UVEX, je me fais usiner les pièces ; je ne les fais pas imprimer.
Ceci dit, l'impression a fonctionné chez toi et je ne vois pas pourquoi cela ne fonctionnerait pas chez les autres. :)

J'ai 2 petites questions :
- pourquoi envisages-tu de le rendre compatible à F/D 5 ou 6 ? Le RC est finalement un instrument qui présente énormément de qualité par rapport au Newton (et plus encore par rapport à toutes les combinaisons catadioptriques du marché) surtout si on souhaite lui associer un UVEX.
- Quel outil graphique utilises-tu pour la présentation de tes spectres ? Toujours GNU Plot ? Les courbes sont d'une propreté impressionnante.

Vincent
VBO @ ARAS database : Newtonian 250 mm F/4 / Alpy600 / Atik 460EX
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Olivier GARDE » Mon Sep 24, 2018 4:59 pm

Je suis assez d'accord avec Vincent sur le fait d'avoir un spectro qui fonctionne à f/d 8... Parfait avec tout les RC qui circulent de plus en plus dans le monde de l'astro amateur.

Le fait de n'avoir qu'à retourner le réseau pour passer de l'UV à IR est franchement génial, après faudrait voir si c'est possible de faire cette manipe sans avoir à démonter le spectro (avec peut être une motorisation du réseau ?).

Il reste sans doute beaucoup de points à améliorer comme tu l'indiques Christian, mais déjà les résultats obtenus sont vraiment impressionnant. Je suppose que les réglages optiques internes sont assez délicat à faire et très précis, peut être qu'il faudrait prévoir des vis de réglages sur chaque parties optiques ?
LHIRES III #5, LISA, e-Shel, C14, RC400 Astrosib, AP1600
http://o.garde.free.fr/astro/Spectro1/Bienvenue.html
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Robin Leadbeater » Mon Sep 24, 2018 6:08 pm

A lower FR is always better for spectroscopy though if the optics can be made to work as you can use a larger aperture for the same resolution (slit size)

Robin
LHIRES III #29 ATIK314 ALPY 600/200 ATIK428 Star Analyser 100/200 C11 EQ6
http://www.threehillsobservatory.co.uk
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Mon Sep 24, 2018 10:34 pm

Vincent, on n'est pas au centième heureusement coté précision, mais il faut titiller le 2/10 en décalage latéral, et les 2/10 de degré en angle. Le fait est que c'est délicat en CAO 3D, surtout avec les flexions. Les Brices de Nice ont fait un joli travail qui permet de rendre cela possibke, mais on voit bien qu'il faut du doigté. Le plus dur est que le réglage n'est jamais intuitif lorsqu'on a des miroirs hors axe, il y a pas mal de degrés de libertés. ici encore, avec la petite équipe de Nice, on c'est un peu facilité la tache en faisant des marques qui aident bien l'approche.

Mais pour donner une idée, la focalisation de la caméra doit se faire au 1/10 de mm et actuellement c'est manuel, par glissement sur une structure un peu flexible... J'y arrive, mais bon, c'est aussi un peu mon métier au départ... tout le monde n'est pas prêt à ce genre de chose. La bonne nouvelle, et un peu une surprise, est qu'à partir du moment où tout est réglé, et bien ce réglage tient bien dans le temps (il ne faut pas mettre le boitier en plein soleil bien entendu, faut quant même bichonner la bête !).

Une réalisation métal, c'est sur que c'est plus rassurant, avec un minimum de réglage fin (le focus caméra en particulier)...

Attention Vincent, une résolution de 1200 dans le proche IR signifie automatiquement une résolution de 600 dans le bleu. Pas moyen de faire autrement.

Intérressent ce que vous dites sur le télescope toi, Olivier et aussi Robin. J'ai manipulé pas mal de télescopes dans la vie, et je dois dire que ces RC (bien réglé, merci Vincent et l'équipe Unterlinden ;-)) correspondent à quelque chose de sympa, je l'admet : bon compromis F/D vis à vis des aberrations optique de la plupart des spectro, tout miroir bien sur = transmission optique large bande et achromatisme, ce qui est très important pour notre affaire.

Maintenant, les choses moins agréables, que je n'ai pas montré jusqu'alors (on ce dit tout !). On va faire un peu de technique optique... et qui explique pourquoi je freine un peu coté diffusion. Voici le spectre 2D de l'étoile alpha Cas dans le rouge / proche UV (voir mon post précédent pour le profil). Je vous le présente à l'échelle originelle, le spectre étant pris avec une caméra Aitk414EX en binning 1x1. Je donne deux contrastes d'affichage pour bien voir la partie jaune (à gauche, à partir de 5850 A environ, à droite, jusqu'à 8500 A environ) :

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La trace apparait bien fine au centre, mais cette trace s'élargie aux deux extrémités. L'élargissement est induit par l'astigmatisme naturel du montage Czerny-Turner. La lentille cylindrique placée juste à l'avant du capteur a pour charge de corriger cet astigmatisme, mais elle ne le fait qu'en partie (en fait elle corrige 95% du problème au départ, mais il reste un résidu). Il faudrait donner une forme particulière à cette lentille pour corriger parfaitement, ce qui change considérablement le prix du spectro.

Cet élargissement ne détruit pas la résolution spectrale (regardez le triplet du Ca II tout à droite, il demeure bien net), mais il empêche de réaliser une fenêtre de binning aussi étroite que je voudrais, ce qui permet de mieux optimiser le rapport signal sur bruit. J'admet que même ainsi, on peut faire de la bonne spectro (voir les exemples), mais la chose laisse un gout amer pour l'opticien que je suis. Le problème s'accroit à f/5 par exemple. Cet astigmatisme résiduel ne facilite pas non plus le réglage.

On peut réduire le défaut d'un facteur deux environ en faisant une modification optique assez simple, et ce pourrait être l'objet d'un UVEX3. Là, je serais plus satisfait.

Puisque j'y suis, voici le spectre 2D de la nébuleuse planétaire NGC2392 (peut être que certains l'on déjà faite avec un Alpy ?) :

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Comme cette fois le spectre est large par nature (la nébuleuse est assez grande), le problème d'astigmatisme n'apparait pas (en revanche la trace de l'étoile centrale est affectée). Dans la même idée, un spectre 2D du néon qui me sert à étalonner (je balade la lampe devant l'ouverture du télescope, la pose est ce 30 secondes environ) :

Image

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(de fait, lorsque le spectro est bien réglé, on voit que c'est spectralement bien fin partout).

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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby etienne bertrand » Mon Sep 24, 2018 11:19 pm

C'est vrai que les RC à F/8 s'utilisent sans réducteur de focale, mais les SC avec réducteur à F/6,3 sont bien pratiques avec Alpy.
Il serait intéressant de voir l'impact du réducteur de focale sur un SC avec l'UVEX, voir si le flux en UV est complètement stoppé ou pas ?
Bravo pour les tests.
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Tue Sep 25, 2018 8:21 am

Etienne, le flux UV va surtout être assez dramatiquement défocalisé car les réducteur ne sont pas prévu pour fonctionner dans ce domaine. D'où une très grande perte de signal potentiel (déjà voir ce que cela donne avec l'atmosphère coté dispersion chromatique...). Il est clair que UVEX n'est pas concurrent du spectrographe Alpy600, ce dernier ayant de ferme avantages : c'est un produit fini, industriel, très efficace dans son domaine, facile à utiliser. UVEX, c'est tout de même bien plus expérimental à ce stade.

Au fait Vincent, pour le tracé j'utilise MatLab, qui est un outil performant pour des tas de truc. On trouve une version officielle pour individuel pour quelque chose comme 100 euros si j'ai bonne mémoire (j'utilise la R2018a sur MacOS), ce qui est correct, et qui a toutes les fonctions (faut acheter plugin bien sur). Ne pas aller sur la version pro qui est bien plus chère bien sur.

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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Fri Sep 28, 2018 1:02 am

Une évaluation du rendement (throuput) de mon instrumentation de test, comprenant un télescope GSO RC10 et bien sur UVEX2 équipé d'une caméra Atik414EX, le tout pour plusieurs longueur d'onde et en fonction du seeing
(cette évaluation est effectuée à la base en observant des étoiles standards avec une fente photométrique) :

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Il n'est jamais facile d'établir ce type de bilan. ici l'accord entre le rendement opto-électronique mesuré par l'observation et celui établit par la modélisation en exploitant les caractéristiques des composants est satisfaisant (le désaccord est inférieur à 10% à 15%, ce qui est considéré comme la marge d'erreur). La largeur de fente est de 23 microns pour le calcul de l'effet du seeing. Le pouvoir de résolution est de R = 950 à 5800 A et la dispersion spectrale de 2,1 A/pixel (caméra Atik414EX exploitée en binning 1x1).

Avec un seeing caractéristique de 3 seconde d'arc, le rendement global (qui inclue le télescope, le spectrographe et le détecteur) est de l'ordre de 18%, ce qui est fort correct (le rendement des meilleurs spectrographes professionnels, plus complexe il faut dire, dépasse rarement 25%).

Pour donner une idée, voici la performance estimée des éléments clefs du calcul :

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