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Spectroscope JEPP1
Introduction
In spring 2004 a spectrocope was developed by home work. This will enable us
not only to produce "pretty pictures" but also will give us usable
results from a
scientific point of view. JEPP stands for
Josefs Spektroskop
(1, since successors may appear...)
An overview of some features of the spectroscope:
Direct coupled (mounted in focus) slit spectroscope with adjustable slit.
Two 30mm x 30mm reflection gratings, 600 lines/mm (blazed) and 1800 lines/mm, mounted on grating wheel.
Resolution: R=??? (600 l/mm) and R=??? (1800 l/mm)
Self guiding by ST10 guiding chip
To be applied in primary focus (f/3) as well as in secundary focus (f/8) of Ganymed
Weight: about 4 kg (without CCD)
Dimensions: 31cm x 18cm x 12cm
A hybrid construction based on the MERIS spektroscope of Christian Buil and the SBIG spektroscope was implemented. An additional mirror was added to the design of MERIS. It was placed between the colimator and the grating, so that the CCD is opposite to the light source. This construction generates as little shadow as possible on the primary mirror when JEPP1 is used in the primary focus of Ganymed.
Einleitung
Im Frühjahr 2004 entstand in "Heimarbeit" ein Spektroskop, das uns
ermöglichen soll, mit Ganymed nicht nur "schöne Bilder", sondern auch aus
wissenschaftlicher Sicht nützliche Werte zu generieren. JEPP steht für
Josefs Spektroskop
(1, weil es ja noch Nachfolger geben könnte...)
Hier die Features des Spektroskops im Überblick:
Direkt gekoppeltes (im Fokus befindliches) Spaltspektroskop mit einstellbarem Spalt.
Zwei 30mm x 30mm Reflexionsgitter, 600 Linien/mm (geblazed) und 1800 Linien/mm, auf Gitterkarusell montiert.
Auflösung: R=??? (bei 600 l/mm) und R=??? (bei 1800 l/mm).
Selbst nachführend über ST10-Guide-Chip.
Sowohl im Primärfokus (f/3) als auch im Sekundärfokus (f/8) von Ganymed einsetzbar.
Gewicht: ca. 4kg (ohne CCD)
Abmessungen: 31cm x 18cm x 12cm
Als Basis der Konstruktion wurde eine Art "Kreuzung" aus dem MERIS-Spektroskop von Christian Buil und dem SBIG-Spektroskop gewählt. Das Design von MERIS wurde um einen zusätzlichen Spiegel zwischen Kolimator und Gitter erweitert, um zu erreichen, dass der Anschluss der CCD gegenüber vom Lichteinlass liegt. Der Grund hierfür: da JEPP1 im Primärfokus von Ganymed verwendet werden soll, wollten wir eine möglichst geringe Abschattung des Hauptlichtweges erzielen.
Principal light flow through JEPP1 / Prinzipieller Lichtfluss durch JEPP1
In addition to the main light path the part of the incoming light, which does not move through the slit, is directed to and focused on the guiding chip of the ST10 by some mirrors and two achromates.
Zusätzlich zum eigentlichen Lichtweg wird der Teil des eintreffenden Lichtes, der nicht durch den Spalt gelangt, über diverse Spiegel sowie zwei Achromaten auf dem Guide-Chip der CCD-Kamera fokussiert.
Perspective view of the light path to the guiding chip /
Perspektivische Ansicht des Lichtweges zum Nachführ-Chip
The box is made of aluminium plates 5.6mm and 3mm thickness. In addition to the mentioned optical components a digital micrometer is used to turn the grating wheel by a specific amount. The wheel has three engaging positions: one for each grating and one for the image of zero order of the 1800 l/mm grating. This position is used for adjustment, focussing and orientation.
Since the focal length of the used photolenses is not identical for all colors, the imaging 50mm photolens must be adjustable. To do this without opening the box, a ball beared stee rod, which moves the photolens focus by a drive belt was mounted.
To avoid unmotivated internal and external reflections (external, when used in primary focus), the complete instrument was pasted up with slef adhesive velour.
Instead of the CCD an eye piece can be mounted at the output of JEPP to enable visual observing.
Sämtliche Teile wurden unter Verwendung von 5,6mm bzw. 3mm Aluminium montiert. Außer den erwähnten optischen Bauteilen kam eine Digitalmikrometerschraube zum Einsatz, die dazu dient, das Gitterkarussell um definierte Winkel drehen zu können. Das Karussell selbst hat drei definierte Raststellungen: Je eines für die beiden Gitter sowie ein drittes, das das Beugungsbild 0ter Ordnung des 1800er Gitters auf die CCD-Kamera wirft. Diese Stellung dient zur Justage, Ausrichtung und Fokussierung.
Da die verwendeten Objektive nicht über den gesamten Farbbereich eine identische Fokuslage besitzen, ist es nötig, für verschiedene Wellenlängen das abbildende 50mm-Objektiv neu zu fokussieren. Um hierfür das Gerät nicht öffnen zu müssen, wurde eine kugelgelagerte Stange, die über einen Zahnriemen auf das Objektiv greift, nach außen geführt.
Um ungewollte Reflexionen im inneren und auch außerhalb (bei Benutzung im Primärfokus) zu vermeiden, wurde das Gerät innen und außen komplett mit selbstklebendem schwarzen Velours beklebt.
An Stelle der CCD-Kamera kann am Ausgang von JEPP ein Okular befestigt werden, um auch visuelle Beobachtungen zu ermöglichen.
The following pictures show JEPP1 in a partly mounted and in a complete view. Please click on the images to get a higher resolution.
Die folgenden Abbildungen zeigen JEPP1in teilweise montiertem und fertigem Zustand. Klick auf die Bilder öffnet sie in einer höheren Auflösung.
Some Words about where to get the materials and how the spectroscope was built
Except the two gratings, which were bought from Edmund Optics all materials used were bought from a local DIY store, found at the basement or bought at eBay. A local company made available the aluminium plates for very low costs.
The prices in detail:
135mm telelens f/2.8: | 8€ from eBay |
50mm lens f/1.2: | 40€ from eBay |
Micrometer: | 13€ from eBay |
Lorgnette for the achromates: | 7€ from eBay |
Surface mirrors: | for free from an old copier |
Aluminium: | 15€ from a local company |
Screws and und smal parts: | about 30€ |
Grating 30x30, 600 l/mm (Edmund): | 150€ |
Grating 30x30, 1800 l/mm (Edmund): | 200€ |
All prices include packing and shipping. The complete price is about 380$ (not included the many hours of work...)
For the manufacuring a small lathe (Proxon) as well as a buzz saw (yes, even 5.6mm aluminium can be sawn by a buzz saw - but beware ;-)), a small desk top milling cutter (on top of the lathe) and a belt grinding engine (very usable for the edges of the mirrors) were used.
Einige Worte zur Materialbeschaffung und zur Fertigung
Bis auf die beiden Gitter, die bei Edmund Optics bestellt wurden, stammen alle verwendeten Materialien aus dem Baumarkt, der Grabbelkiste und von eBay. Ein hiesiges Unternehmen stellte die verwendeten Aluminiumplatten zu einem günstigen Preis zur Verfügung.
Die Preise im einzelnen:
135mm-Objektiv f2,8: | 8€ bei eBay |
50mm-Objektiv f1,2: | 40€ bei eBay |
Mikrometer: | 13€ bei eBay |
Opernglas für Achromaten: | 7€ bei eBay |
Oberflächenspiegel: | gratis aus einem alten Kopierer |
Alu: | 15€ bei einer hiesigen Werkstatt |
Schrauben und Kleinteile: | ca. 30€ |
Gitter 30x30, 600 l/mm (Edmund): | 150€ |
Gitter 30x30, 1800 l/mm (Edmund): | 200€ |
Alle Preise sind incl. Verpackung und Versand. Der Gesamtpreis beträgt also 463€ (nicht gerechnet die diversen Stunden Arbeit...).
Für die Fertigung standen eine kleine Drehbank (Proxon) sowie eine Kreissäge (ja, auch 5,6mm Aluminium kann man mit einer Kreissäge sägen - aber Vorsicht! ;-) ), eine kleine Tischfräse (Aufsatz auf die Drehbank) und ein Bandschleifgerät (nützlich zur Bearbietung der Kanten der Spiegel) zur Verfügung.
Future Directions
Until now JEPP1 was only used for tests. In the next month we will test the functionality and the resolution, before we will bring it to Namibia. Wether we can measure the expansion speed of galaxies or the rotational velocities of stars together wit Ganymed (and, if so, up to which magnitude) the future will show.
Weiteres Vorgehen
Noch ist JEPP1 bis auf Tests nicht eingesetzt worden. Die nächsten Monate werden wir dazu nutzen, um Funktion und Auflösung ausgiebig zu testen, bevor es in Namibia eingesetzt wird. Ob zusammen mit Ganymed das Messen von Fluchtgeschwindigkeiten von Galaxien oder Rotationsgeschwindigkeiten von Sternen (und wenn ja, bis zu welcher Größenordnung) möglich ist, wird die Zukunft zeigen.