6- Calibrex pour les nuls

A l’occasion du montage du boitier de Calibration destiné à Jean-Luc nous avons filmé les différentes étapes sans filtre et sans filet 😉

Présentation des éléments du boitier Calibrex
La lampe de calibration type Relco et l’électronique du calibrex.
Montage de l’électronique dans le boitier et en particulier le branchement du servomoteur
Installation des inserts dans le boitier. Méthode brutasse 😉
Les inserts, méthode collage a la colle epoxy.
Collage du coulant 31,75 mm pour la camera d’autoguidage.
Collage 42 mm femelle, pour connection avec le telescope.
Installation du servomoteur I.
Installation du servomoteur II.
Installation du miroir de renvoi dans son support.
Installation des lentilles dans leur support attention au sens!
Mise en place des éléments optiques miroir et lentilles.
Diffuseur de lumière de calibration très important à ne pas négliger!!!!

3- Electronic

Introduction

The calibration module in the Uvex3 spectro consists of a Calibrex1 electronic card and a few external components, namely a flat lamp and an Argon-Neon lamp for calibrating your spectra.

This set is built on the basis of an Arduino Nano circuit which allows to do many functions in local mode or in remote mode via a PC connected by USB. The printed circuit has been developed by us and its reduced size allows us to integrate it perfectly into the guide module. It is therefore not necessary to have special skills as an electronics engineer or to know how to program everything is already done and explained in the following lines. You can get the printed circuit by following the link indicated and order it online. All you have to do is send the gerber file also available in the rest of the article to the site before confirming the order. You will still have to download the Arduino programmer found on the net so I will give you the corresponding link. The specific program for this Arduino application has been developed by the team. It will also suffice to download it from this article and then transfer it to the Arduino using your PC via a mini USB cable.

If you do everything yourself it will cost you a fairly modest sum not exceeding 50 € for a complete Calibrex card (the printed circuit, the components with the Arduino Nano as well as the two lamps).

The Calibrex1 card with its external components. Clockwise from the left:
12V power connector, Tungsten lamp (flat), Neon Relco lamp, Manual / Remote switching switch via ascom, manual control swtch, Red power LED, Multicolor LED mode indication mode, Servo motor.

We can see on the photo above the set that we will test on the table before integrating it into the guide module. We see the two lamps (Tungsten and Argon-Neon) a switch to switch from local mode to remote mode, a push button to change function when we are in local mode, the external 12V socket, a red LED (power and indicator which indicates the mode), a tricolor Led to know firsthand the function performed, finally a mini servo to switch the reflector.

Calibrex1 card connectors

Principe.

Not many components on the PCB itself, it’s the Arduino that does almost everything. He manages :

  • Lighting the lamps
  • The cycle, calibration, flat, dark and acquisition
  • Position the servo motor
  • The Usb link with the connected PC
  • Manual mode and remote mode
  • External information lights
  • Measurement of the temperature of the interior housing by an internal probe

The small blue transformer that we see in the photo acts as a voltage booster from a frequency generated by the Arduino. Two separate outputs (with 180 ° phase shift) we attack (via the two transistors T3 and T4) the two primary of the transformer to have an output on the secondary of the transformer an alternating voltage of about 200 V, which will be used to power the lamp of Argon-Neon calibration. The Tungsten lamp is lit by another output of the Arduino via the transistor T1.

The servo motor is connected to the M1 connector next to the blue transformer, and the temperature probe opposite to the P2 connector. All the LEDs are connected directly to the Arduino outputs via a current limiting resistor.

The regulator U2 is used to manufacture continuous 5V from external continuous 12V. It is used to power the 5V servo motor.

Transformer used on the Calibrex1 card with reference on the Conrad site.
Detail of the mini servo used on the Calibrex1 card with the reflector placed at the end.
The electronic diagram of the calibrex card, the arduino nano allows the creation of signals to position the servo motor, it controls the two calibration lamps. A temperature probe can be used and connected to pin 19 … Not yet implemented in the software part. The transformer supplies high voltage (220 V) to the Relco Argon / Neon lamp.
Component layout refer to the list below for wiring.

Nomenclature refer to the screen-printed map for mounting.

ComponentsValue Details
U1 Arduino Nano
TR1 Transformer to
solder for CI
see above
T3, T4 Transistors darlington TIP122 boitier TO-220
T1 Transistor NPN 2N2222 boitier TO-92
U2 Regulator 5V 7805 boitier TO-220
R1,R2,R4,R5,R6 resistors4,7 Kohms P= ¼ W
R3 résistor24 Kohms P=1 W
LR1,LV1,LB1,LRalim résistors2 Kohms P=¼ W
1 LED tricolor cathod commun Diam 5 mm
1 LED red (light alim en 5V) Diam 5 mm
1 switch , 2 positions Diam 5,5 mm
1 pushbutton , fugitiveDiam 7 mm
1 femel chassis plug, le + in the middle Diam 8 mm
1 associated male connector plug
1 bar support Nano (M/F) 2X31 * pas 2.54 mm
1 bar M for connectors 3 points
welding
1X12 * pas 2.54 mm
Lamp tungstene (FLAT)culot à vis12V 0.2 A

The printed circuit is made in China, by the company JLCPCB. I ordered from this manufacturer and the result is perfect, and very serious. The manufacturing quality is remarkable and the prices very low. Just click the surrounded « calculate » menu and take the default page and download the Gerber file as a zip file, all done automatically. I’ll give you a screenshot to show you what it looks like before the final order. You download the Gerber file that I give you. We can notice that there are two holes of 4 mm in diameter drilled, they serve to center the circuit in the calibration module and pass the lug which is part of the module.

Step 1 – create an account then import the Gerber_NEW_PCB_CALIBREX1_20190325130025 zip file above
Step 2 – Order and pay (2 €). We can see on this page two orders placed.

Once received the components, the printed circuit and the servo motor, remains to solder the components and to assemble the whole in the Calibrex case. Here is the result:

Your wired Calibrex unit ready to be tested. Note there are still a few steps before use on the sky: The 31.75mm slide of the guide camera is not glued, the white palette mounted on the Servo (on the left) is not yet painted black. Go courage we have the programming of the arduino, the installation of the Ascom driver and the test phase.

4-Les logiciels de commande

1- Programmation de l’arduino « Nano ».

Comme vous le savez déjà le module Calibrex est équipé d’une carte électronique dont nous venons de voir la fabrication avec la liste des composants nécessaires et surtout le circuit imprimé très simple de fabrication, qui est équipé d’un Arduino « nano ». Vous pouvez vous le procurer sur le net facilement et pour une somme très modique de quelques euros.

Il est nécessaire d’installer l’interface IDE Arduino sur le site Arduino, vous prenez la dernière version 1.8.10 , il est nécessaire de connecter votre Arduino « Nano » par un câble USB (prise mini USB du côté du Nano). Enfin configurer « nano » dans le type de carte, dans l’aide cela est bien expliqué.

Enfin une fois connecté sélectionner « fichier », « ouvrir » et vous accédez au répertoire « Spectro_nano_embedded ». Dans le répertoire il y a trois fichiers (fichier CPP, fichier H et fichier Arduino file) il faudra cliquer « Spectro_nano_embbeded.ino » qui est l’arduino file.

1- Ouvrir le fichier Spectro_Nano_embedded.ino.<br>Remarque les fichiers Messenger.cpp et Messenger.h doivent etre dans le même répertoire.
2- Brancher l’arduino Nano à l’ordinateur via l’USB et téléverser le driver. (Flèche en haut à gauche)

2 – Le Driver Ascom

Une fois alimenté, trois modes sélectionnés avec l’interrupteur du boitier sont alors disponibles.

1- Le mode de fonctionnement en local, en appuyant successivement sur le bouton poussoir du boîtier, la couleur de la led multicore détermine la fonction commandée, au démarrage de l’Arduino la fonction « Clear » est sélectionnée.

Couleur de la
Led multicolore
Position de la paletteDénominationFonction UVEX
ÉteinteOuverteClearAcquisition de spectre
RougeFerméeNeonCalibration en longueur d’onde
VerteFerméeFlatRéponse instrumentale
BleueFerméeCloseDark

2- Le mode distant permet avec la plupart des logiciels d’astronomie (Maxim , Prism…..) de commander à distance via le câble USB, les 4 fonctions décrites ci-dessus. Dans ce cas la led rouge d’alimentation clignote rapidement elle nous indique que la connexion est bien établie entre le PC et l’Arduino. Jean Luc a programmé un driver Ascom qui permet de connecter la carte électronique à la plupart des logiciels astro pour amateurs. En choisissant le driver de roue à filtres ASCOM spectro vous pouvez alors sélectionner les différents fonctions (Acquisition « clear », néon, flat, close).

Driver Ascom de roue à filtre – ASCOM.Spectro pour la commande des lampes de calibration
Boite de dialogue sous Prism qui permet de contrôler l’activation des lampes de calibration du CALIBREX.

3 – Le contrôle direct (via Driver Ascom)

Pour ceux qui n’utilise pas les logiciels Prism, MaximDl …. Pierre et Jean-Luc ont développé l’application Calibrex control en C#, une petite application de dialogue avec l’électronique du nanoArduino au cœur du calibrex. L’application Calibrex Control V1.0 s’exécute tout seul et se met à jour automatiquement, il a seulement besoin que le driver ascom SpectroWeel soit installé. Une fois connecté au driver les 4 boutons permettent de commander les 4 fonctions précédentes, la fonction active est visible très facilement par le clignotement du rectangle coloré a droite de chaque boutons.

Par défaut à la connection de l’application la fonction clear est sélectionnée

CALIBREX control v1004 Téléchargement et installation.

5-Le boitier, la réalisation 3D

L’impression du boitier CALIBREX nécessite plus de 8h d’impression avec des hauteur de couche réglées à 0,2mm et 20% d’impression sur les deux imprimantes 3D testées. La palette de Servo moteur doit être imprimée avec du plastique Blanc, la bague M42 femelle à vis doit être imprimée avec plus de soin il faut donc une hauteur de couche de 0,15mm voire 0,10mm avec un taux de rémplissage de 100% pour le maximum de rigidité.

Une vue d’ensemble du boitier de calibration CALIBREX fermé nu sans optique et sans électronique, impression en PETG noir, imprimante 3D prusa MK3 i3 – Pierre Dubreuil.

Éclaté des pièces du CALIBREX, la bague M42 et le coulant sont à coller à la colle époxy une fois le nettoyage des pièces effectuées. La palette du servomoteur n’est pas visible ici. La Bague M42 est a imprimer en 0.10mm ou 0.15mm pour atteindre la finesse d’un pas de vis nécessaire au vissage dans une bague M42 Male / coulant 2″ à acheter en métal.
La seule pièce à imprimer avec du fil Blanc est la palette, mais il est possible de l’imprimer en Noir et de peindre la zone centrale de réflexion en blanc par la suite. Ici installation de la palette sur le ServoMoteur.

Les fichiers nécessaires à l’impression 3D au format STL peuvent êtres téléchargé à partir des liens ci-après. On indique aussi le numéro de nomenclature :

Impression du boitier CALIBREX en PETG noir, imprimante 3D prusa MK3 i3 – Pierre Dubreuil.
Zone de mise en place des supports d’impression.
Les supports calculés par PrusaSlicer.
Le couvercle placé sur le trancheur Prusa c’est parti pour 3h55 d’impression avec ma vieille Vertex K8400 densité d’impression 20% et épaisseur de couche réglé à 0,2mm .

Premiers tests Uvex3N5

Mon Uvex a été le dernier construit en 3D de la première série de 5, comme celui de Stéphane il possède le module Calibrex entièrement construit en 3D comme le boitier principal (voir photo ci dessus).

Et les premiers essais sur le ciel permettent de valider cet ensemble. Ce module a pour but de faire la calibration du spectre par une lampe néon interne, les flats et l’autoguidage sur fente.

Mon Uvex n’était pas parfaitement réglé, sans doute aujourd’hui cela reste perfectible, mais bon avec les bons conseils de Christian (voir paragraphe Uvex) cela se fait sans trop de peine.

Mon matériel astro une lunette Vixen Fluo 90/810 mm, ce qui fait un rapport F/D = 9, un bon rapport pour l’Uvex. Nous irons pas autant dans le bleu qu’un télescope Newton ouvert à 10, mais pour faire ses premiers pas cela va très bien. On peut déjà essayer le néon interne du module Calibrex, une fois celui ci allumé (bouton poussoir) une pose de 2 s suffit pour en faire le spectre. Ma caméra CCD est une Atik 314+, et le néon a été récupéré dans un starter de ballast facile à trouver dans les magasins de bricolage. On peut remarquer que les raies sont larges, c’est pas l’idéal, cela est du que nous n’avons pas un rapport F/D de 9 dans le module Calibrex. Nous réfléchissons à une solution par fibre pour injecter directement la lumière du néon sur la fente du spectro. Actuellement nous avons le néon qui diffuse dans la totalité de la cavité de module Calibrex et un cache vient se mettre devant le néon par un servo moteur pour diriger une partie de la lumière sur la fente.

Deuxième solution mettre le néon devant l’ouverture de la lunette, le résultat est parfait les raies sont net (argon et néon) la pose est plus longue 30 s, ne pas oublié d’agiter le néon devant l’objectif. Pour fabriquer ce néon externe prendre le starter, l’ouvrir enlever la capacité, et surtout mettre une résistance de 24 Kohms – 1W en série sur une des deux pattes et le tout à brancher sur le 220V. On peut faire cela quand nous sommes à proximité de la maison, en nomade c’est différent.

Néon interne Calibrex pose 2s
Néon externe pose 30s
Néon externe

Faisons maintenant un spectre d’une étoile, mais avant il faut mettre l’étoile cible dans la fente, celle ci doit être verticale et s’assurer que le déplacement de l’ascension droite de l’instrument se fait perpendiculaire à la fente. Il suffire de bien positionner le spectro au foyer et de tourner la caméra de guidage fixée sur le module Calibrex, afin d’avoir la fente verticale. Ma caméra de guidage est une ASI 120MM donc monochrome, très sensible, et de prix modique. Le champs de celle ci est de 12′ X 17′ , je vous présente une image du champs de l’étoile EW Lac dans le « miroir » comportant la fente. L’image résultante est très satisfaisante , j’ai re dimensionné pour avoir que le champs d’étoiles et le soumettre au serveur Astrometry.net afin de déterminer la magnitude limite. Je trouve une magnitude de 13 ce qui est très bien pour une lunette de diamètre 90. J’utilise pour l’autoguidage le logiciel PHD2 Guiding qui marche très bien.

De part et autre du champs on aperçoit deux cercles, cela correspond à la fixation du miroir fente.
Redimensionnement du champs utile.
Reconnaissance du champs avec Astrometry.net.
Champs sur le logiciel C2A.
Fente 25 microns éclairé en avant du tube, on aperçoit parfaitement celle-ci et en prime une étoile à gauche.
Fente Shelyak utilisée pour le module Calibrex ,différentes largeurs sont disponibles.

Visualisons maintenant mes premiers spectres, une fois la cible dans la fente et l’autoguidage en marche. Je ne parle pas des réglages décrit par Christian, tout est très bien expliqué dans le paragraphe « Uvex ». Il est indispensable d’avoir des étoiles nets visible sur le « miroir » fente et le spectre science net aussi, la première séance ce n’était pas le cas, j’avais tout simplement oublié de faire la focalisation de la lunette ! Ne pas oublié aussi de faire un spectre de référence, un néon pour chaque étoile et aussi les offsets, et les darks. J’utilise Isis qui marche très bien, et évolutif.

Spectre HD358
HD193182
HD213470

Le premier spectre HD358 n’est pas très fin un réglage de la chaine a résolu le problème. Ils’agit d’une étoile de spectre B8IV-VHgMn ou ont peut calibrer sur les raies de Balmer.

Le spectre HD193182 est fin et net, de spectre B7IV/V:(e) et de Mag V : 6.51. Une dizaine de poses de 60 s permet d’obtenir ce résultat.

Enfin quelques profils de spectres réalisés avec le même set up.

Spectre 8 Lac A une étoile Be du couple 8 Lac
L’étoile Be 8 Lac A se trouve en dessous de 8 Lac B
Une autre Be Ew Lac
La Be Lq And

Mes premières remarques sur ce nouveau spectro Uvex conçu par nôtre ami Christian, un vrai cadeau offert aux amateurs, une fois réalisé en 3D un vrai outil de travail que l’on peut faire évolué au cours du temps. Actuellement j’utilise un réseau de 300 tr/mm avec une fente de 25 microns, et je travail principalement dans le visible, mais demain je peux passer avec un réseau de 600 ou de 1200tr/mm, travailler dans l’UV ou l’IR, la souplesse de lUvex le permet Voilà mes premières impressions, la force de ce spectro est la simplicité d’utilisation une fois bien réglé, et aussi le plaisir d’utiliser quelque chose que l’on a construit soit même, un vrai instrument scientifique imprimé en 3D…..

3-L’électronique

Introduction2

Le module de calibration dans le spectro Uvex3 se compose d’une carte électronique Calibrex1 et de quelques composants externes à savoir une lampe de flat et une lampe Argon-Néon pour la calibration de vos spectres.

Cet ensemble est construit sur la base d’un circuit Arduino Nano qui permet de faire beaucoup de fonctions en mode locale ou en mode distant par l’intermédiaire d’un PC relié en USB. Le circuit imprimé a été développé par nos soins et sa dimension réduite nous permet de l’intégrer parfaitement dans le module de guidage. Il n’est donc pas nécessaire d’avoir des compétences particulières d’électronicien ou de savoir programmer tout est déjà fait et expliqué dans les lignes qui suivent. Vous pourrez vous procurer le circuit imprimé en suivant le lien indiqué et le commander en ligne il suffira d’envoyer au site le fichier gerber aussi disponible dans la suite de l’article avant validation de la commande. Il faudra quand même télécharger le programmeur Arduino que l’on trouve sur le net aussi je vous donnerez le lien correspondant. Le programme spécifique pour cette application Arduino a été développé par l’équipe il suffira aussi de le télécharger à partir de cette article pour ensuite le transférer dans l’Arduino à l’aide de votre PC par l’intermédiaire d’un câble mini USB.

Si vous faites tout vous même il vous en coûtera une somme assez modique ne dépassant pas les 50 € pour une carte Calibrex complète (le circuit imprimé, les composants avec l’Arduino Nano ainsi que les deux lampes).

La carte Calibrex1 avec ses composants externes. Dans le sens des aiguilles d’une montre en partant de la gauche: Connecteur d’alimentation 12V, Lampe Tungstène (flat), lampe Neon Relco, Interrupteur de commutation Manuel/Remote via ascom, swtch de commande manuelle, Led rouge d’alimentation, Led multicolore mode indication mode, Servo moteur.

On peut voir sur la photo du dessus l’ensemble que l’on testera sur table avant de l’intégrer dans le module de guidage. On y voit les deux lampes (Tungstène et Argon-Néon) un interrupteur pour passer du mode local au mode distant, un bouton poussoir pour changer de fonction quand nous sommes en mode local, la prise 12 V externe , une Led rouge (alimentation et voyant qui indique le mode), une Led tricolore pour connaitre de visu la fonction réalisée, enfin un mini servo pour basculer le réflecteur.

Connectiques carte Calibrex V2

Principe.

Pas beaucoup de composants sur le circuit imprimé lui-même, c’est l’Arduino qui fait presque tout. Il gère :

  • Allumages des lampes
  • Le cycle, calibration, flat, dark et acquisition
  • Positionne le servo moteur
  • La liaison Usb avec le PC connecté
  • Le mode manuel et le mode distant
  • Les voyants externes d’informations
  • La mesure de la température du boitier intérieur par une sonde interne

Le petit transfo bleu que l’on voit sur la photo fait office d’élévateur de tension à partir d’une fréquence générée par l’Arduino. Deux sorties séparées (avec 180 ° de déphasage) on attaque (via les deux transistors T3 et T4) les deux primaires du transfo pour avoir en sortie sur le secondaire du transfo une tension alternative de 200 V environ, qui sera utilisée pour alimenter la lampe de calibration Argon- Néon. La lampe Tungstène est allumée par une autre sortie de l’Arduino via le transistor T1.

Le servo moteur est connecté sur le connecteur M1 à côté du transfo bleu , et la sonde de température à l’opposé sur le connecteur P2. Toutes les Leds sont connectées directement sur les sorties de l’Arduino via une résistance de limitation courant.

Le régulateur U2 est utilisé pour fabriquer du 5V continu à partir du 12V externe continu. Il sert à alimenter le servo moteur 5V.

Transformateur utilisé sur la carte Calibrex1 avec référence sur le site Conrad.
Détail du mini servo utilisé sur la carte Calibrex1 avec le réflecteur placé en embout.
Le shéma electronique de la carte calibrex, l’arduino nano permet la création des signaux pour positionner le servo Moteur, il commande les deux lampes de calibrations. Une sonde température peux être utilisée et branchée sur la pin 19… Pas encore implémenté dans la partie software. Le transformateur permet l’alimentation en haute tension (220 V) de la lampe Argon/Néon Relco.
Implantation composants se référer à la liste ci-dessous pour le câblage.

Nomenclature se reporter à la carte sérigraphié pour montage.

Composants Valeurs Détails
U1 Arduino Nano
TR1 Transformateur à
souder pour CI
voir ci-dessus
T3, T4 Transistors darlington TIP122 boitier TO-220
T1 Transistor NPN 2N2222 boitier TO-92
U2 Régulateur 5V 7805 boitier TO-220
R1,R2,R4,R5,R6 résistances 4,7 Kohms P= ¼ W
R3 résistance 24 Kohms P=1 W
LR1,LV1,LB1,LRalim résistances 2 Kohms P=¼ W
1 LED tricolore cathode commune Diam 5 mm
1 LED rouge (voyant alim en 5V) Diam 5 mm
1 interrupteur , 2 positions Diam 5,5 mm
1 bouton poussoir , fugitif Diam 7 mm
1 prise chassis femelle, le + au milieu Diam 8 mm
1 fiche connecteur mâle associée
1 barrette support Nano (M/F) 2X31 * pas 2.54 mm
1 barrette M pour les connecteurs 3 points
à souder
1X12 * pas 2.54 mm

Le circuit imprimé est fabriqué en Chine, par la société JLCPCB. J’ai commandé chez ce fabriquant et le résultat est parfait, et très sérieux. La qualité de fabrication est remarquable et les prix très bas. Il suffit de cliquer le menu « calculate » entouré et de prendre la page par défaut et de télécharger le fichier Gerber en zip, tout ce fait automatiquement. Je vous donne une copie d’écran pour vous montrer à quoi ça ressemble avant la commande finale. Vous téléchargez le fichier Gerber que je vous donne. On peut remarquer qu’il y a deux trous de 4 mm de diamètre percés, ils servent à bien centrer le circuit dans le module de calibration en y passe l’ergot qui fait parti du module.

Etape 1 – créer un compte puis importer le fichier zip Gerber_NEW_PCB_CALIBREX1_20190325130025 ci-dessus
Etape 2 – Commander et payer (2€). On peut voir sur cette page deux commandes passées.

Une fois reçu les composants, le circuit imprimé et le servo moteur, reste a souder les composants et a assembler le tout dans le boitier Calibrex. Voici le Résultat:

Votre boitier Calibrex câblé prêt à être testé. Remarque il reste quelques étapes avant l’utilisation sur le ciel: Le coulant 31.75mm de la caméra de guidage n’est pas collé, la palette blanche montée sur le Servo (à gauche) n’est pas encore peinte en noir. Aller courage il nous reste la programmation de l’arduino, l’installation du driver Ascom et la phase de test.

1-introduction

De quoi est-il question ?

Calibrex regroupe en un seul module de 42 mm d’épaisseur, un système de calibration et un système de suivi sur fente compatible avec l’UVEX 3, le tout en impression 3D.

Modèle 3D du boitier Calibrex ici en rouge assemblé avec l’UVEX 3 en gris.

UVEX se revendique comme un instrument facile à construire soit même. Il fait appel à l’impression 3D pour ce qui est de la réalisation mécanique et utilise des composants standards que l’on peut acheter auprès de sociétés comme ThorLabs (pour ce qui concerne les miroirs, le réseau, la lentille). A l’origine du projet l’UVEX est parfaitement intégré au système Shelyak Instrument, la fente, le cube de guidage et le boitier de calibration sont ceux proposés par la société pour le spectroscope ALPY 600. UVEX étant un projet à faible coût en DiY (Do it Yourself), il était naturel de proposer un système de Guidage et de Calibration en impression 3D, seule la fente restante à commander à la société Shelyak.

En situation, UVEX 3 + Calibrex, installation sur un C11, caméra de guidage Zwo Asi 178MM.

Ainsi était né le projet Calibrex qui propose un boitier unique compact qui regroupe les fonctions de guidage sur fente et de calibration avec lampe Argon/Neon (lampe présente dans les blocs starter pour tube fluorescent) et une lampe Tungstène.

Modèle n°2 qui équipe le spectroscope ALPY600 en version de Base, installé sur le support en impression 3D de l’UVEX 3.
Starterp.jpg
Lampe Neon / Argon présente dans les starter d’allumage des Tubes fluorescents. Ces starters pour quelques euros fournissent une bonne source de lumière nécessaire à la calibration des spectres.

L’attribut alt de cette image est vide, son nom de fichier est guidage_fente_atlas-C2019y4.jpg.
Image du guidage, champ de la Comète C/2019 ATLAS Y4 le 04 avril 2020 – C11 + Calibrex – Camera ASI ZWO 178MM 2s de pose bin 4×4.
Spectre de la lampe de calibration néon interne au calibrex, 30s de pose UVEX 300tr/mm +ATIK 314L+ bining 1×1

L’électronique est a base d’Arduino Nano qui embarque un microcontroleur de la mémoire flash et un port mini USB. Le programme de la commande des lampes est donc enregistré dans l’arduino. La commande des lampes et le basculement du réflecteur s’effectue soit par commande directe via un switch sur le coté du boitier, soit par software via un driver ASCOM dédié, driver de type roue à filtre.

Sous le capot, a gauche l’Arduino Nano, le transformateur, la connectique, à droite le servo moteur avec la palette avant montage ainsi que la lampe Relco. A noter la palette blanche en arc de cercle montée sur le servo moteur permet d’occulter le champ du telescope pendant la calibration. Ici il faut peindre celle-ci en noir et garder blanche une zone centrale de quelques millimètres au centre. Ceci permet de simuler l’ouverture du champ à F8. Ainsi les raies de la lampe de la lampe de calibration sont plus fines ce qui donne une calibration plus précise.

Un interrupteur sur le coté du boitier sélectionne le mode remote, et le mode manuel. En mode remote le switch est désactivé, la commande se fait exclusivement via le port USB du CALIBREX. La position clear permet de réaliser les spectres des cibles ainsi que l’autoguidage, en position néon la lampe de calibration ArNeon est allumée et la palette occulte le faisceau du telescope, pour la position flat la lampe tungstène est allumée, et enfin en position close aucune lampe est allumée mais la palette occulte le champ du telescope.

Driver Ascom de roue à filtre – ASCOM.Spectro pour la commande des lampes de calibration

Grâce au driver Ascom, on peut commander le boitier Calibrex à distance ce qui le rend compatible par le mode Remote. L’intérêt du détournement d’un driver de roue à filtre et de pouvoir automatiser l’alternance acquisition spectre objet/séquence de calibration de la même façon qu’une séquence de trichromie en imagerie via l’interface d’automatisation des logiciels d’acquisition du type de Prism ou MaximDL.

Boite de dialogue sous Prism qui permet de contrôler l’activation des lampes de calibration du CALIBREX.
Un travail d’équipe, les Nice people, de gauche à droite, Stéphane Ubaud, Alain Lopez, Jean Luc Martin, et Pierre Dubreuil.

2-Le guidage

Le principe

Le système de guidage est basé sur une reprise du plan focal du télescope par deux doublets achromatiques identiques de 50mm de focale. Le grandissement final est de 1:1 ce qui fait que le guidage sur fente se fait comme si la caméra était au foyer de l’instrument. La fente est inclinée d’un angle 15° par rapport à l’horizontale pour dégager le retour optique du champ central, puis un miroir fait sortir le faisceau à 90° de l’axe optique principal. Le double doublet achromatique permet par la suite de focaliser l’image de la fente sur la caméra de guidage.

Système Optique de guidage sur fente de grandissement 1:1

La fente fait partie intégrante de l’UVEX, elle est décrite aussi dans la section dédié au spectroscope. Cette section pour ce qui traite de la fente reste valable dans le cas de l’utilisation du cube de guidage Alpy de Shelyak.

Le système de guidage est réalisé grâce à une fente réfléchissante incliné à 15° par rapport à l’axe optique. Le système de fente est celui du module de base de l’Alpy 600 de la société shelyak qui est constitué d’une lame très fine (50µm) en nickel gravé de 4 fentes (25µm 50µm 100µm et 300µm) d’un trou de 25µm très pratique pour les réglages de l’UVEX. La dimension des 4 fentes est très utile pour adapter le rapport flux résolution suivant les objets et le télescope utilisé. Le système de fentes est très fragile c’est un point très sensible du spectrographe qu’il faudra la manipuler avec soin et à installer à l’envers comme on le verra plus loin.

Système de fentes Shelyak ici installé à l’endroit pour l’Alpy 600, à monter à l’envers pour l’UVEX 3.
Fente « alternative » de la version de base de l’ALPY 600. Source Shelyak.

Fente Standard présent dans la version de base de l’ALPY 600 – 1 trou de 25 µm et des fentes de 25, 50, 100, 300 µm. Source Shelyak

Chaque système de fentes consiste en une feuille de nickel de 50µm d’épaisseur réalisée par électro-déposition. Ce qui constitue une série de fentes et de trous de type « Clair », la lumière ne traverse donc pas de verre en passant par la fente. Cette fente a d’énormes avantages comme le décrit Christian BUIL dans un échange de mail en avril 2019

… Si on résume les intérêts de cette solution :

– Une solution économique
– Un gain en transmission de l’ordre de 8% et plus fort encore dans le bleu et l’UV.
– Pas de reflet parasite (la double image dans la caméra guide qui perturbe les débutants et parfois les systèmes).
– Un noir d’encre au coeur de la fente, ce qui va améliorer sensiblement la qualité du guidage pour tous les observateurs.
– Un coefficient de réflexion du nickel supérieur à celui du chrome (donc, guidage sur des cibles plus faibles potentiellement).
– Des spectres plus contrastés (moins de diffusion) – Une grande souplesse (nombreuses fentes sur la même plaque, et un truc capital pour UVEX, des trous qui simulent une étoile, ce qui peut être clefs pour le réglage du spectrographe
– c’est valable aussi pour toute la gamme des spectros Shelyak (?), mais en admettant tout de même que cette fente nickel fait moins pros les fentes en verre).

Christian Buil
Modèle « standard » qui équipe le spectroscope ALPY600 en version de Base, installée à l’envers sur le support en impression 3D de l’UVEX 3

Attention néanmoins à ne pas oublier de monter la fente à l’envers sur le support de fente prévu pour l’UVEX, ce qui est contre-intuitif. En effet les bords de la fente n’ont pas le même tranchant des deux cotés à la base, cette fente n’étant pas faite pour faire de l’autoguidage à la base.

Fente à l’endroit, mauvaise configuration la fente est très large, on ne peut pas autoguider efficacement dans cette configuration les lèvres ne réfléchissent pas la lumière de l’étoile une fois dans la fente.

Fente à l’envers, bonne configuration on remarque que la fente est entourée d’un trait très fin caractéristique. Attention ne pas se fier au sens de l’écriture (35 µ) ici à cause des miroirs affectés au moment de l’acquisition par le soft de la caméra.

Le coté spectrographe le schéma ci-dessus est celui ou est écrit la largeur des fentes en µm, mais l’écriture est aussi visible de l’autre coté à l’envers. Source issue de la documentation technique Shelyak.

L’inclinaison de la fente permet de renvoyer tout le flux lumineux qui ne passe pas par la fente vers le système de guidage suivant un angle de 30° par rapport à la verticale ce qui le dégage de l’axe optique. Le champ est repris par un miroir plan Thorlabs ME05-G01 de 1/2″ et de 3,2 mm d’épaisseur incliné à 60° dans la direction du système de focalisation.

Le miroir de guidage 1/2″ et son support en impression 3D, la partie protégée par un film plastique bleu est a installer en avant est la partie aluminée du miroir.

Le faisceau est rendu parallèle par la suite par un premier doublet achromatique Thorlabs AC127-050-A. Un second doublet (même référence que le précédent) focalise l’image de la fente sur le capteur CCD de la camera de guidage.

Doublets Achromatiques Thorlabs 1/2″ (x2). Attention au montage dans le support, les deux doublets doivent être monté tête bêche, les parties bombées vers l’intérieur du tube.
Les deux doublets achromatiques montés dans le support SM05L05 Thorlabs, les références sont orientées vers l’extérieur.

Le système de guidage a pour rapport de grandissement 1 :1 ce qui implique que la taille des objets sur la fente donc au foyer du télescope ont la même taille sur le capteur de la caméra de guidage.

Image du champ de guidage du Calibrex n°2, camera de guidage Zwo Asi 120N, on notera que le liseré autour de la fente est bien visible, et que celle-ci est bien fine, cela signifie que la fente est bien montée à l’envers sur son support
Champ de l’étoile Be EW Lac, lunette Perl Vixen fluorite 90/810 + Calibrex n°2, Zwo Asi 120N – 9s de pose, le champ est ici de 19,5′ x 14,5′ magnitude limite 15, condition de prise de vue urbaine. Lorsqu’on pointe dans la direction de la voie lactée de nombreuses étoiles apparaissent dans le champ de guidage en quelques secondes de poses, ce qui permet une réduction astrométrique et un pointage précis et sûr des cibles spectroscopiques même jusqu’à une magnitude 15!

Le champ de la camera de guidage dépend donc de la focale de l’instrument et aussi de la camera de guidage utilisé, mais la géométrie très particulière de la fente impose des contraintes. Tout d’abord le champ de netteté optimum est assuré au centre de la fente ou globalement les déformations géométrique ne sont pas gênantes tant que l’objet est situé dans la zone entre la vis centrale et la vis n°2 visible en ombre chinoise ci-dessus.

Position du champ de netteté sur le système de fente.

En gros la zone de netteté fait 4mm x 4mm ce qui est compatible avec la camera ZWO Asi 120N (capteur de 4,8mm x 3,6mm) mais des capteurs plus grand peuvent offrir une plus value en terme de champ qui n’est pas négligable au moment du pointage. Même si la réduction astrométrique ne peut se faire que dans la zone du champ de netteté a cause de l’ombre des deux vis (droite et gauche sur la photo) une cible apparaissant dans le champ plus large permet un recentrage manuel sur la fente.

L’attribut alt de cette image est vide, son nom de fichier est image-12.png.
Nébuleuse M42 – C11 Edge + Calibrex + Asi ZWO 178MM 5s de pose binning 4×4.
L’attribut alt de cette image est vide, son nom de fichier est sn2020ue.jpg.
Supernovae SN2020 ue – C11 Edge + Calibrex + Asi ZWO 178MM 20s de pose binning 4×4 gain 500/900. Le champ est ici étendu, la vis centrale est visible entièrement à gauche et la moitié de la vis n°2 est visible à droite. On distingue le trou en haut à gauche. Le champ en haut et en bas de la vis centrale est exploitable pour le pointage.

Le champ est donc limité par la taille du capteur pour un capteur dont les dimensions sont inférieures à 4 mm, ce qui n’est pas le cas en général. Pour la majorité des cas la dimension dépend donc de la focale de l’instrument comme on peut le voir dans le tableau ci-dessous.

Focale (mm)Champ central en ‘ d’arc
50028′
80017′
100014′
20007′
28005′