Old Photon: 분광기 제작 프로젝트

Cloudy sky spectrum 2023.06.

GSO8"RC + DIY spectrograph(UVEX designed by Christian Buil) + ASI533MC

분광기 제작에 대한 생각은 오래 전부터 했지만 선뜻 자신이 없었음.

학생들과 연구를 해 볼 생각으로 이리저리 알아보던 중, 프랑스의 Christian Buil 선생의 프로젝트 공개를 보고 따라보기로 결심.

따라서 제작 과정은 전혀 독창적이지 않음을 밝혀둔다.

그래도 제작 과정에서 많은 지식과 기술을 얻었다.

아래 사이트가 주요 레퍼런스

* UVEX 초기 프로젝트 페이지

* UVEX4 페이지

* LOWSPEC 씽기버스 공개 페이지

* Fulvio Mete의 페이지

* Robin's Astronomy

* 그밖의 기존 제품 정보 참고 : Alpy, 플랫 조명 모듈, 캘리브레이션 모듈

* 주요 광학 부품 구입 사이트

ThorLabs 회절격자, 오목거울, 원통형 렌즈

Ovio(Jeulin) 슬릿

I. 설계 방식

다양한 분광기 광학 설계를 잘 정리한 사이트

링크 : Spectrometer Designs

(1) 회절 격자나 프리즘을 끼워넣는 방법

* 방법 : 투과형 회절격자나 프리즘을 센서 앞(또는 렌즈 앞)에 고정하는 방식이다. 가장 저렴한 방법. 회절격자를 적당하게 오려서 센서 앞(또는 망원경 앞)에 부착하면 된다. 회절 격자와 센서 사이의 거리가 아주 중요하다. 슬릿은 없다.

* 특징 : 광원을 가운데 두고 양쪽으로 스펙트럼이 펼쳐진다. 분산이 작아 상세한 분해는 어렵다. 슬릿이 없기 때문에 2차원의 하늘 사진에 밝은 광원의 스펙트럼이 덧칠된 이미지를 얻게 된다.

(2) 슬릿 없는 그리즘 분광기

회절격자를 빠져나오는 분산광은 입사광에 대해 경사져 있으므로 센서면에 기울어져서 입사한다. 프리즘을 써서 입사광을 살짝 꺾어주면 센서면에 수직으로 들어오는 분산광을 얻을 수 있다. 기구부 설계도 훨씬 수월해진다. 이렇게 구현한 것이 그리즘(grism=grating+prism)이다.

■ Staranalyser라는 제품은 가장 간단한 grism 설계를 쓰고 있으며 직초점 촬영에서 편리하게 스펙트럼을 얻을 수 있다. 필터 휠 안에다 마운팅할 수 있어서 편리하다.

링크 Staranalyser 활용 방법(유튜브)

링크 Doug Holland의 사례

■ 허블 망원경의 광각적외선카메라(WFIRST)도 이런 식으로 간단한 그리즘 분광기를 갖고 있다(아래 사진). 슬릿 없는 분광기이므로 배경과 분산광이 겹쳐져 있다.

출처 https://flic.kr/p/2gXqGvi

■ 제임스웹망원경도 GR700XD라는 슬릿 없는 그리즘 분광기를 갖고 있다.
링크 JWST NIRISS GR700XD Grism

■ 광학 성능을 개선한 grism

아래 그림과 같이 그리즘 앞뒤에 각각 콜리메이팅 렌즈, 포커싱 렌즈를 두었다. 광축에 수직인 평행광을 얻은 상태에서(수렴광이 아닌 상태에서) 분산이 일어나면 더 좋은가보다. 이러한 설계를 매우 작게 만들어서 필터휠에 장착한 사례도 있다(아래 링크 참고)

출처 A compact grism spectrometer for small optical telescopes / D. Ludovici, R. Mutel / 2017/ American Journal of Physics

(3) 슬릿이 있는 분광기 : 일반적인 특징(아래부터 모두 적용됨)

슬릿이 있으면 원하는 천체의 빛만 분광기로 들어가기 때문에, 배경과 겹치지 않은 깔끔한 스펙트럼을 얻게 된다.

● 분광 이미지에는 슬릿을 통과한 빛의 스펙트럼만 찍힌다.

● 망원경의 초점이 슬릿에 와야한다.

● 슬릿에 원하는 천체가 정확히 들어가는지 확인하는 장치(가이드 모듈)가 필요하다.

● 슬릿을 통과한 빛은 발산하고 있으므로 스펙트럼 상맺힘을 위한 설계가 필요하다.

발산하는 빛을 평행광으로 만들어주는 콜리메이터(렌즈 또는 오목거울),

평행광을 수렴광으로 만들어주는 포커서(렌즈 또는 오목거울)이 필요하다.

● 콜리메이터 + 분산기(회절격자,프리즘) + 포커서를 조합하여 설계한다.

● 콜리메이터와 포커서의 초점 길이를 어떻게 조합하여 설계하는가에 따라 확대/축소 배율을 얻을 수 있다.

이제부터 언급할 분광기 설계는 모두 슬릿이 있는 방식이므로 위와 같은 특징이 다 해당된다.

(4) 그리즘 분광기

아래와 같이 콜리메이터 - 그리즘 - 포커서의 구조로 되어 있다.

한 축으로 길게 되어있어 설계와 제작이 간단하다.

■ 그리즘 분광기를 활용한 테스트 촬영
위 설계에서 포커싱 렌즈와 이미징 플레인에 해당하는 것이 카메라 렌즈와 바디이다. 상맺힘을 위해서는 적절한 거리 조정이 필요하다.

(5) 투과형 회절격자와 볼록렌즈 활용

아래와 같이 회절격자에 대한 입사각과 출사각이 같은 설계를 리트로 구성이라고 한다. 틸트에 의한 수차를 줄인다고 했던 것 같다.

출처 https://www.flickr.com/photos/99745838@N03/50831735836/in/photostream/

(6) 반사형 회절격자와 볼록렌즈 활용

CD나 DVD 같은 반사형 회절격자로 저렴하게 제작할 수 있겠다. 단 CD, DVD는 반사면 앞쪽에 플라스틱이 있으므로 겹반사가 일어날 것이므로, 금속 반사면을 분리해서 써야할 거다.

(7) 반사형 평면 회절격자와 오목거울 활용

오목거울을 이용하면 렌즈에 의한 색수차를 줄일 수 있다.

(7)-① 파스티-에버트(Fastie-Ebert) 방식

하나의 큰 오목거울에서 한쪽 부분은 콜리메이터, 한쪽 부분은 포커서로 활용된다.

예전에 잠깐 살펴봤던 SBIG SGS 분광기가 이런 구조로 되어 있었다. 하긴 그 분광기는 가이드 촬영을 위한 설계가 함께 들어가 있어 구조가 엄청 복잡했다.

(7)-② 체르니-터너 방식 ◀ 요걸로 선정함

콜리메이팅 거울, 포커싱 거울이 따로 들어간다. 파스티-에버트 방식의 비축광을 쓰지 않기 때문에 수차를 줄인 설계라고 한다.

(7)-③ 리트로 구성

오목 거울 하나가 콜리메이터, 포커서 역할을 동시에 한다. 비축광을 피하기 위해 리트로 구성을 하고 있다. 즉, 입사 방향으로 되반사 되는 구성이다. 슬릿과 센서가 가깝게 붙어있어 기구적으로 설계와 제작이 곤란하다.

(8) 반사형 오목 회절격자를 활용한 설계

오목거울 자체에 회절격자가 새겨진 부품을 쓴다. 구면수차가 있고 카메라 초점 위치와 틸트의 섬세한 튜닝이 곤란하다.

(9) 에셀 분광기

2개의 분산기를 이용하여 파장 해상도를 극대화한 분광기.
‘에셀 회절격자’로 1차 분산된 빛을 프리즘이나 다른 회절격자로 다시 분산시킴.

이때 2차 분산기는 1차 분산기에 수직으로 배치되며, 최종적으로 여러 줄에 펼쳐진 스펙트럼 이미지를 얻게 됨(아래 그림).

1차 분산기인 에셀 회절격자는 저분산이면서 반사각이 매우 큰 회절격자로 토르랩에서 구입이 가능하다. 그러나 에셀 분광기를 만드는 건 아마도 더 많은 사례와 노하우를 공부해야할 것 같다. 에셀 분광기처럼 고분산을 제대로 활용하려면 대구경 망원경도 필요하고... 여러모로 아마추어 수준을 넘어선다.

II. 제작 과정

UVEX 설계의 분광기 제작에 대한 체계적인 설명은 UVEX4 사이트가 아주 잘 정리되어 있음.

https://spectro-uvex.tech/

1. 설계 선택

○ 파장 분해능(λ/Δλ) R=1000~3000 수준의 중저분산 분광기

○ 제작 단가가 적고 재료 구입이 가능한 것(학교 예산으로 후불 구매)

○ 3D 프린팅 등으로 시제품 제작이 가능한 것

○ 기존의 소형 CCD 카메라를 적용할 것 : Atik 460EX

○ 제작 노하우가 공개되어 있을 것. 매몰 비용과 시간을 최소화.

▶ 체르니-터너 방식의 UVEX 분광기를 참고하여 제작

2. 설계 계산

UVEX 프로젝트에서 설계 레이아웃과 치수를 모두 공개하고 있다.

확인해 볼 필요도 있고 부품 배치에 고려할 사항도 있어 엑셀로 만들어보았다. 다음에 이런 건 광학 설계 프로그램을 쓰거나 하던지...

3. 부품별 고려사항

● 회절격자 : 300라인/mm를 쓰면 카메라(Atik 460EX) 센서에 가시광선이 한 번에 다 들어온다. 파장 분해능은 별로 높지 않다. 슬릿폭 18μm를 선택한 경우 파장 분해능은 다음과 같다.(at 650nm, f/10)

300라인/mm(GR25-305) → R=1200

600라인/mm(GR25-605) → R=2000

1200라인/mm(GR25-1205) → R=3100

일단 600라인, 300라인 각 1개씩 구입했다. 특정 방향으로 반사효율을 높인 제품이 유리하므로 홀로그래픽 말고 블레이즈 격자를 선정했다. 최대효율 블레이즈 각은 500nm.

● 오목거울 2개 : 초점길이 100, 지름 25 : Thorlabs CM254-100

중국 사이트 잘 찾으면 같은 제품 구매 가능.

● 오목거울 마운트 2개 : Thorlabs FMP1/M.

중국 Obeat Optical에서 SM-R1으로 대체 가능.

● 슬릿 : Shelyak에 대략 3종류의 제품이 있다. 슬릿 1개 짜리와 4개 짜리는 유리 뒷면에 금속 코팅이 되어있다. 6개 짜리는 얇은 금속 반사판에 슬릿 구멍이 뚫려 있다. 6개 짜리는 프랑스 캐시 거래만 가능한 상황이라서, 비싸게 4개 짜리를 구매했으나(바로 위의 사진에 있음) 사용하지 않았다. 반사면이 너무 어둡다.

그 대신 다양한 너비의 슬릿이 12개 그려진 제품이 있어 구매했다. 가장 좁은 슬릿부터 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, ...(μm)라 다양하다. 전체 사이즈가 좀 크기는 하지만 가격이 만족스러웠다. Ovio Optics 제품번호 204012

M43 규격의 필터 마운트를 구입하면 규격이 딱 맞으니 그 방법도 좋다. 특히 편광 필터 마운트는 회전이 가능하니 더 편리하다.
나의 경우 편광 필터 마운트에 살짝 유격이 있어, 마운트까지 했다가 결국 사용하지 않았다. 슬릿 마운트 방법만도 수십 번의 고민과 테스트 끝에 결국 3D 프린팅을 이용해 비스듬히 끼워넣도록 마운트를 제작했다.

● 원통형 렌즈 : Thorlab 제품번호 LJ1934L1-A. 크기는 22*20, 초점길이 150. 알리익스프레스에도 잘 찾으면 같은 제품이 있음.

● 가이드용 평면 거울 : 이베이에서 지름 20mm, 알루미늄 코팅 거울 구입

● 가이드용 렌즈(아크로맷) : 알리에서 지름 19mm, 초점길이 36mm, 2개 구입

● 카메라 고정용 어댑터 : T2-M42 어댑터를 구입하여 안쪽 부품만 사용

그림 출처 : 알리익스프레스

● 포커싱 거울의 미세 조정 장치 : 알리에서 1축 조정 테이블 구입. 제품번호 PT-SD10

그림 출처 : 알리익스프레스

● 회절격자의 부드러운 회전 조절을 위한 장치 : 이베이에서 6:1 감속 볼 드라이브 구입.

Reduction Ball Drive 제품번호 4511DAF 6M6 (플렌지가 있는 6mm 샤프트)

구입 후 샤프트 길이 절단

그림 출처 : 이베이

4. 캘리브레이션 조명 장치 : 구상과 실험

● 스펙트럼 촬영의 전/중/후 캘리브레이션을 실시해야 추후 방출선/흡수선 동정이 가능하다. 캘리브레이션은 레퍼런스로 사용할 방출선을 미리 촬영해 두는 작업이다. Ne, Ar, He 등의 기체 방전관을 분광기로 쉽게 촬영할 수 있도록 구비해야 한다.

슬릿에 캘리브레이션 조명이 들어가게 하려면 광축 위치에 반사판을 놓는 수밖에 없다. 이 반사판은 천체를 촬영하는 동안 치울 수 있어야한다.

● 기체 방전관 작동 방법 : 100V 이상의 교류 인버터에서 작동한다. 직류 고전압에서도 작동하지만 음극에서만 발광한다. 실제로 테스트 해보니 교류가 발열도 적고 안정적이다.

● 단일 기체 글로우 램프

수은 : 작은 램프로 나온 것이 별로 없다. 소독용 램프가 많다.

네온 : 닉시 램프, 인디케이터로 작게 나온다. GE에서 나온 NE45, NE48 등이 있다.

아르곤 : 작게 나오는 게 잘 없다. GE에서 나온 AR1, AR3, AR4가 전부.

제논 : 비싸서 잘 안나온다.

헬륨 : 방출선이 많지 않다.

→ 단일 기체 램프는 특정 파장 대역에서 필요에 따라 골라 쓰는 캘리브레이션으로 활용해야 한다.

● 여러 성분의 램프를 하나의 조명 장치에 구현할 때는 광혼합기(beam combiner)를 쓸 수 있을 것 같다. 일이 커짐.

● 혼합 기체 방전관 : Newport, Oriel 등에서 나온 캘리브레이션 램프가 있지만 비싸다.

● 형광등용 글로우 스타터 : 이 중에는 혼합 기체인 제품이 더러 있다. Relco에서 만든 형광등용 스타터 SC480을 추천하고 있고 참고 논문도 있다(아래 링크). Shelyak이 이걸 쓰고 있다. 그렇지만 이탈리아에서 이미 단종된 제품이라고 하여 구입이 어려웠다.

→ 논문 Relco SC480 line atlas

대안으로 Phillips의 S10 스타터를 실험했다.

아래 스펙트럼 사진에서 위의 것은 필립스 S10, 아래 것은 GE NE45(순수 네온)이다.

장점 : 방출선이 많이 나와서 좋다.

단점 : 스타터 램프의 전극이 바이메탈이라서 깜빡임이 발생하는데... 어떻게 해결이 안된다.

아래 그림은 Richard Walker의 책 Spectral Atlas for Amateur Astronomers에서 소개한 필립스 S10 스타터의 스펙트럼 레퍼런스이다. 필립스 S10의 기체 성분은 네온과 제논임을 알 수 있다.

그림 출처 : Spectral Atlas for Amateur Astronomers

● 기체만 들어있는 앰플(Ar, Ne, )과 테슬라코일 등의 유도장치를 이용하면 혼합된 빛을 얻을 수도 있겠다. 테슬라 코일 소음과 오존 생성이 꺼려져서... 시도하지는 않았다.

pure gas elements ampoules

excited by Tesla coil

● 조명 장치의 제작과 작동(최종)

스타터 램프에서 나온 빛이 반사판에서 반사되어 슬릿으로 들어가는 구조.

반사판의 반사면은 처음에 흰 종이를 붙였다가 너무 어두워서 은박 테이프로 바꾸었다.

네온 방출선은 10초 노출부터 포화되기 시작하고 제논은 30초 노출을 주어야 적당하다.

메인 스펙트럼을 찍을 때와 캘리브레이션을 찍을 때의 초점 변화는 없다.

램프는 소모성이므로 교체 가능하도록 했다.

램프의 위치가 변하지 않도록 C자 형의 클립에 들어가도록 했다.

발열은 문제될 수준이 아니다.

5. 플랫 조명 장치 : 구상과 실험

플랫 촬영은 스카이 플랫을 쓸 수 없다. 분광 이미지는 단순한 2D 이미지가 아니다. 세로축은 슬릿 방향의 공간 축(예를 들어 R.A.축)이고 가로축은 파장이다. 그러니까 파장에 따라 고른(적어도 연속 스펙트럼) 빛을 주어서 촬영해야한다.

백열등, 분광학적으로 평탄한 할로겐 램프를 채용한 플랫 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 연구용 장비에서는 좋은 광원과 적분구를 활용하여 고른 빛이 사출되도록 하는 것 같다.

플랫 조명이 없으면 백열등을 망원경 앞에서 다양한 각도로 비추어 촬영가능하다고 한다.

Solux 4700K 할로겐 램프의 분광 특성이 아주 평탄하고 좋은데 가격이 비싸다. 이 전구를 이용해서 12V용 플랫 라이트 박스를 제작할 계획이다.

6. 3D 드로잉

UVEX 프로젝트 초판에는 거울 조정 장치의 설계가 잘못되어 있다.

회절격자 회전 중심축도 맞지 않는다.

카메라를 손으로 움직여서 초점을 맞추는 방식이라서 불편하다. 포커싱 거울을 미세하게 움직여 초점을 맞추도록 변경해야 한다(UVEX 최근 버전은 개선됨)

슬릿의 규격이 내 것과 다르다.

Shelyak 가이드 장치, 조명 장치에 맞추어 설계되어 있는데, 나는 캘리브레이션과 조명 장치도 손수 제작하려고 설계를 변경했다.

결국 처음부터 다시 그렸다. 아래 그림은 여러 번의 수정을 거친 거의 최종판.

설계 시 꼭 고려할 점

● 콜리메이팅 거울은 약간의 각도 조절(회전)이 가능해야 한다.

● 포커싱 거울(또는 렌즈)는 카메라 방향쪽 앞뒤로 위치 조절을 해야한다.

● 카메라는 회전할 수 있어야 한다.

● 슬릿의 회전 방향을 기기 외부에서 미세하게 조절할 수 있어야 한다.

● 회절 격자는 흔들림이나 기울어짐 없이 부드럽게 회전할 수 있어야 한다.

● 슬릿 경사는 15도, 가이드 미러 경사는 30도일 때 가이드 카메라 방향으로 가는 광축이 수직으로 유지된다.

7. 조립과 미세 조정

3D 프린트로 부품을 뽑아낸 후 표면을 평탄하게 다듬는 등 후처리를 했다.

조립 후 레이저 콜리메이터를 이용해서 광경로를 확인했다. 흰 종이로 포인터 위치를 확인할 수 있다. 포인터의 위치가 각 광학 부품의 가운데 오도록 부품의 각도를 조절한다.

특히 콜리메이팅 거울(mirror 1)은 매우 민감하다. 이 거울은 약간만 기울어져도 광경로 끝에 있는 카메라 센서에서는 수 mm가 변해버려 시야에서 벗어난다. 스펙트럼 띠가 센서 중심에 오도록 하려고 촬영 → 분해 → 조정 → 조립의 과정을 수업이 반복했다.

III. 테스트 과정

1. 초점 맞추기 등 분광기 튜닝

주간 하늘을 촬영하면서 다음 순서대로 하나씩 해결한다.

❶ 아무것도 안보임(깜깜함) → 망원경 방향, 경로 블로킹 확인. 노출 시간 확인.

회절격자가 너무 틀어져 있음. (레이저가 카메라로 가도록 조절)

❷ 흐릿하게 보임(밝지만 형체 없음) → mirror 2(포커싱 거울)를 조정하여 초점을 맞춤.

분광기의 초점은 이 거울로만 조정하며 망원경 초점과 무관하다.

❸ 스펙트럼 띠가 수평 아님 → 카메라 회전

❹ 스펙트럼 띠는 수평이나 흡수선이 수직 아님 → 슬릿 회전

❺ 스펙트럼 띠가 사진의 가운데에 있지 않음 → 콜리메이터(mirror 1)의 상하 틸트를 미세하게 조절함. 얇은 종이 1장을 끼워넣는 것도 두꺼웠음.

2. 가이드 카메라 튜닝

분광기 튜닝이 끝난 후에 실시한다.

지표 근처의 하늘과 사물이 맞닿은 곳을 촬영하면 편리하다.

❶ 아무것도 안보임(깜깜함) → 망원경 방향, 경로 블로킹 확인. 노출 시간 확인.

레이저 포인터로 광경로 확인

❷ 슬릿 안보임(밝지만 형체 없음) → 가이드 카메라의 위치를 조절하여 초점 맞춤

(슬릿만 선명하게 보이면 됨)

❸ 슬릿은 선명하나 주변 형체가 흐림 → 망원경 초점 조절

❹ 슬릿의 방향이 수직(또는 수평)이 아님 → 가이드 카메라 회전

❺ 슬릿이 카메라 중심에 있지 않음 → 거울 미세하게 조절

3. 테스트 촬영(인공 별, 밝은 별)

(2023.09.07 - 아크투루스)

* 가이드 이미지 : 하늘이 캄캄하면 슬릿이 잘 안보인다. 반사된 별상이 슬릿 양쪽에 하나씩 생겼다. 크게 문제되지는 않는다. 별상이 또렷할 때 별이 슬릿에 정확히 놓이면 광량이 감소하는데, 그걸 보고 슬릿에 도입되었는지 판단한다. 밝은 별의 경우, 슬릿보다 별상이 크기 때문에 몇 픽셀 오차가 있어도 된다. 어차피 시상 때문에 일렁거린다.

* 가이드 이미지에 수차가 너무 커서 별상 잡기(초점 맞추기)가 어려웠다.

* 스펙트럼 이미지는 두 갈래로 갈라졌으며 이런 저런 시도에도 전혀 개선되지 않았다. 두 갈래의 스펙트럼 상은 한쪽이 좁고 한쪽이 넓어지는 비대칭을 보였다.

이렇게 한쪽으로 수렴하는 형태의 스펙트럼 상은 M2(포커스미러)의 각도를 조절하여 해결한다.

* 자세히 보면, 흡수선 하나 하나는 선명하지만 모양이 크게 휘어있고 두 갈래의 스펙트럼 띠에서 흡수선이 구부러진 모양이 서로 겹치지 않는다.

4. 테스트 촬영(인공별)

(2023.09.14.)

M1, M2 거울을 다시 정렬했다. 인공별을 이용한 것이다. 인공별은 면광원 LED 등에 샤워기 헤드에서 분리한 레이저 타공판(구멍 지름이 약 0.15mm)을 덧대었다. 실내에 인공별을 설치했는데 복도 끝 반대편 실험실 벽에 설치했고, 망원경으로부터 거리는 약 45m였다. 무한 원점에 있는 물체가 아니라서 망원경 초점 위치가 뒤로 많이 빠져야한다.

가이드 카메라에서 보이는 모습.
인공별을 슬릿에 넣고 테스트한다.

다음은 인공별을 이용한 미러 정렬 과정과 결과를 조정 단계 별로 정리한 것이다.

간략하게 정리했지만 실제로 매 조정시마다 초점, 파장, 슬릿과 별의 일치 여부가 달라지므로 지루하고 고단한 작업이다. 분광기 뚜껑을 열고 조정을 하고 다시 뚜껑을 닫고 촬영하는 등의 작업을 수없이 반복했다.

이렇게 해서 미세 튜닝을 완료했다.!!!

5. 분광기 정밀 튜닝을 위한 제안

분광기의 미러는 위치의 자유도가 너무 많을 뿐아니라 매우 민감하다. 미러 하나만 하더라도 6개 방향으로 이동(shift)하며 4개 방향으로 기울여(tilt)진다.

또, 광경로 상 먼저 닿는 부품이 다음 부품에 들어가는 빛을 변화시키기 때문에 튜닝 순서를 정하기 어렵고 결과를 봐 가면서 수없이 반복해야한다.

호위글래터 콜리메이터를 이용하면 아래 과정과 같이 기본적인 튜닝을 할 수 있다.

(1) 분광기 슬릿을 제거한다.

(2) 동심원 레이저가 방출되는 콜리메이터를 슬릿 위치보다 앞쪽(망원경쪽) 10cm 정도의 위치에 설치한다. 레이저 중심 포인트와 동심원 광선이 함께 퍼져나가기 때문에 광축 위치를 확인하기 좋다.

(3) M1 앞에 종이를 대고 레이저가 센터로 들어오는지 확인한다. 아니라면 M1 위치를 옮겨야한다.

단, M1과 슬릿 사이의 거리는 앞서 기술한 것처럼 별상을 보면서 맞추어야 한다. 이 때문에 M1의 위치를 이동할 수 있도록 부품을 수정 제작했다.

* M1은 광경로 전체에 영향을 주는 부품이며 가장 민감하게 조정해야 한다.

(4) M1에서 grating 센터로 가도록 M1의 좌우와 상하 틸트를 교정한다.

* M1은 광경로 전체에 영향을 주는 부품이며 가장 민감하게 조정해야 한다.

(5) grating에서 M2의 센터로 가는지 확인한다. grating을 서서히 회전시키면 레이저 포인트가 M2의 가로 중심(위 아래의 높이 중심)선에서 좌우로 이동해야한다. 중심 높이가 맞지 않거나, 좌우 이동시 높이가 달라지면 grating의 틸트를 조정한다.

아래 사진에서는 붉은 빛 장파장이기 때문에 M2의 왼쪽 가장자리를 비추고 있다. 이런 상태에서 초록색 광선을 준다면 대략 거울의 중심을 향하게 될 것이다.

(6) 카메라 대신 반투명 모눈종이를 붙인 어댑터를 설치한다. 모눈종이가 카메라의 센서 위치와 같아야 하므로 백포커스를 고려하여 설치한다. 가급적이면 중심 위치를 확인하기 좋도록 모눈종이 십자선이 가운데 오도록 자른다.

(7) 여기서는 모눈종이가 센서 역할을 대신한다. M2의 방향이 적절하다면 1차 분산광이 센서로 와야한다. 0차 광선이나 2차 분산광으로 튜닝하지 않도록 주의.

센서의 높이 중심선에 레이저 중심이 오도록 M2의 상하 틸트를 조절한다. grating이 회전하면 좌우로 움직이는데 이 역시 높이가 일정해야 한다. M2의 좌우 틸트는 이 과정으로 튜닝하기 어렵고 별상을 봐서 맞춰야 한다. 앞서 기술한 내용 참고.

아래 사진에서 붉은 색의 장파장 광선이 센서 중심에서 왼쪽 6mm 지점에 오도록 grating을 맞춘 상태이다. 이 상태에서 초록색 광선을 준다면 중심에 올 것이다. 붉은 색에서 왼쪽에 비네팅이 있음을 확인할 수 있다.

(8) 이제 슬릿을 설치한다. 그러면 모눈종이 센서에 붉은 색 '방출선'이 보인다. 높이 중심에 있는지 확인해본다.

가장 또렷하게 보이도록 M2와 센서 사이의 거리(즉, 분광기 초점)를 맞춘다.

grating을 회전시켜 '방출선'을 좌우로 이동시키면서 기울어지지 않는지 확인한다. [끝]

20 Sep 2023

슬릿을 다시 구입했다. 이번에는 유리가 없는 슬릿이다. 크롬 판에 레이저로 직접 타공한 제품이다. UVEX 제작팀이 운영하는 판매처에서 현금 송금으로 구입.

기존 슬릿은 전면의 유리 때문에 반사 고스트가 생긴다. 가이드와 분광 촬영에 직접 영향을 주지는 않지만 거슬려서.

설계와 제작도 변경할 예정.

05 Oct 2023

정밀 교정 후 실제 별로 다시 테스트.

슬릿 거울의 가이드 영상 :

교정 후 가이드 이미지의 품질도 조금 나아졌다. 그러나 반사망원경(리치-크레티앙 형식)이 가지는 수차를 보정하지 않은 상태라서 중심상 외에는 별로 좋지 않다. 큰 문제는 없다.

실제 상의 좌우에 하나씩 허상이 생긴다.

추적 및 정밀 가이드에 대한 가능성

극축 정렬, 마운트 정렬이 맞지 않은 상태라서 적도의의 기본 추적으로 잘 따라가지 못했다.

* 수동 가이드 : 샤프캡 프로그램을 이용했다. 가이드 이미지의 슬릿을 보면서 수동 가이드를 했다. 노출 시간이 길지 않아 어렵지는 않았다. 그러나 추후 장노출 분광에 대한 노하우를 얻을 수 없었다.

* 자동 가이드 : PHD2를 이용하여 가이드 이미지를 띄워보았다. 슬릿에 들어가는 별의 이미지는 간섭에 의해 성상이 부서지고 밝은 별이라서 포화된 상태였다. 가이드 별로 지정할 수 없다고 메시지가 뜬다. 방법은.... 가이드 노출 시간을 5초 정도로 늘려서 주변의 별을 가이드 별로 지정해주어야 하는데, 시야도 좁고 광해도 커서 쉽지 않아 보인다. 슬릿에 별이 정확히 들어온 상태에서 즉시 가이드 실행으로 전환되어야 하는데 그런 조작이 가능할지도 의문이다.

결과