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DVDのメディアで簡易分光器を作る-その3、(まとめ)

 このあいだから取り組んでいるDVDの媒体円盤を使った簡易分光器作りですが、ほとんど進歩が止まったというか、いじると逆に改悪になっちゃったりしています。きちんと精度良く工作すればもっと改善の余地もありそうなのですが、手持ちの機材でこれ以上改善するのは難しい気がしてきました。

 ということで、これまでに得られたデーター(写真)をまとめて、この話は一旦終了にしたいと思います。なお、以下のスペクトル写真はトリミングやリサイズを行っていますが、画質の調整は行っていません。つまりカメラが吐いたjpegのままです。

▼DVD分光器で取得した蛍光灯のスペクトル
蛍光灯のスペクトル
 もっと連続的なスペクトルになっていると思っていたのですが、けっこう凸凹があります。それに鋭い輝線もあります。もやっとしたスペクトルは蛍光体の発光だと思います。

 左の青の部分にある輝線は水銀のg線で、昔の半導体プロセスで使われていたg線露光機というのは、この波長の光を使っていたことになります。

▼太陽光のフラウンホーファー線
フラウンフォーファー線
 右端のB線はちょっと自信がありませんが、それ以外はたぶん合っていると思います。実はこの写真はこの前の記事に使ったものです。つまりその後で、これを上回るクォリティの写真は撮れていません。 

▼DからEを拡大
D線、E線
 D線がD1,D2の二本に分かれていることが確認出来ます。この吸収線はナトリウムによるもので、オレンジ色のナトリウムランプの波長です。

 ちなみにD1,D2線は磁界により分裂するそうで(ゼーマン効果)、太陽黒点の磁場分布はD線の構造を調べれば判るそうです。D1,D2の分裂具合を比較すれば磁界の方向まで判るというのだからすごい話です。

 E線の左にb1とb2 + b3 b4 が確認出来ます。(写真にb3と書き込んでいますが、これはb4の間違いです)

 ということで、目標としていたフラウンホーファー線は確認できたので当初の目標は達成できました。ここまでやるのにセッピーナさんのDVD簡易分光器の一連の記事が大変参考になりました(現時点の最新記事はこちら) ありがとうございます。

▼現在のDVD簡易分光器の状態
三脚に載せた分光器
 旅行に持っていく小さな三脚に据えています。

 ところで、セッピーナさんの実験結果を拝見するともっと高い分解能が出ています。私もがんばったのですが、残念ながらセッピーナさんのレベルに届きませんでした。この原因として考えられるのは、
 1)スリットまでの距離が180mmと短い。
 2)カメラの感度が低い、またフォーカス合わせが難しい。
 3)カメラのレンズを回折格子に近づけすぎ?

1)項は後にして、2)項から説明します
 使ったカメラはキャノンのコンデジの S110 を使っています。フォーカスはマニュアルでやっていますが、フランホーファー線のような画像にピントを合わせるのは難しい、というかピントの山が判り辛いです。

 だったらオートフォーカスを使いたいのですが、このカメラはシャッター速度が1秒以上になると、なんと信じられないことにISO感度が80に強制的に下げられてしまいます。こうなると画像が暗くなってしまってオートフォーカスがうまくかかりません。ちなみにマニュアル露出でISOを1600とか設定していても、シャッター速度が1秒以上になると自動的にISO80に変更されれてしまいます。なんとも勝手な仕様ですが、キャノンのコンデジはみなこういう仕様になっているようです。

 そんなことで、せっかく75μのスリットを作ったのですが、これでは暗くてピント合わせがほとんど不可能です。仕方ないので 100μのスリットを使っています。また、1)項のスリットまでの距離を伸ばすと明るさの問題は悪化するのでこれも採用出来ません。

 3)項は考え難いのですが、段ボール箱に開けた穴を拡大して、より深くカメラを差し込むようにして以来、色分解能が悪くなったような気がするのであげてみました。

◆あとがき
 物理の教科書で、フラウンホーファー線の発見からボーアの原子模型にたどり着くあたりの話は、一番好きで何度読んでもわくわくします。あと、三鷹の国立天文台に行くとアインシュタイン塔という施設があります。この塔を使って太陽光スペクトルを詳細に調べることで、相対論の検証を試みた、(そして失敗した)ということが資料に書かれていました。真理を追究するためならここまでやるのか、と感銘を受けました。

 そんなことで太陽光スペクトルはちょっと関心があったので、セッピーナさんの記事をきっかけに自分でもやってみました。フラウンホーファー線を実際に確認することが出来てよかったです。セッピーナさんに感謝します。
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刺激になりました

画像を拝見するとD1とD2はちゃんと分離していますしb2とb3(理科年表だとb2/b4)も分離しているように見えます。短期間でここまで到達されたわけですから十分満足していいんじゃないでしょうか。

2)は私も同じ悩みがあります。適当に集光用レンズを入れてカバーしていますが、フォーカスを合わせてきれなくて安定した色分解能を確保できていません。
3)はカメラと被写体の距離がつまって全体にフォーカスが合わなくなったというようなことはありませんでしょうか。

ちなみにあと一桁色分解能を上げられればゼーマン効果もターゲットになると思います (^^)
ゼーマンの実験では2Tの磁束密度で0.03nm程度の分裂だったようです(FNの高校物理)

re:刺激になりました

セッピーナさん、コメントありがとうございます。

2)に関しては同じ悩みですか。
記事には書きませんでしたが、いっそのことデジ一とマクロレンズを使おうかとも思ったのですが、重たいので段ボールでは無理です。
でも、発想を変えてデジ一のマクロレンズのアダプタというコンセプトならいけるかも知れないです。ちょっと頭に入れておきます。

ゼーマンですか、これも頭に入れておきます。あと、「FNの高校物理」は頭に入らないのでブックマークしときます。
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