フラウンホーファー線を撮ってみた＿その２

前回書いたように太陽光を分光器で撮ってみて色々なことがわかった。
写真１は太陽光のスペクトルを撮ってカメラから出力した写真そのものである。
この写真からわかることは
１：青の波長側から赤の波長へ幅が広くなっている。
　　これはたぶんスリットと回折格子の平行が出てないからだろうと思う。あるいは光軸との直角が出てない。（または両方）
２：写真の右上に迷光が混ざりこんでいる。
　　これは使うのが一次の回折光だがそれ以外の光が内部で乱反射し、カメラの中に入り込んでいるからで、そのためコントラストを下げている。
３：スペクトルデータの中の縦筋はフラウンホーファー線だがところどころに横にも筋状のものが見える。
　　これはたぶん回折格子表面のキズやヨゴレだろうと思う。

そこで中央部分を長方形に抜き出したものが写真２の上側である。
この写真を通常スペクトルデータとしてアップしてきた。

下のグラフはスペクトル画像から「マカリ」というすばる画像処理ソフトを使って一次元データを取り出しEXCELでグラフ化したものだ。
スペクトル画像ではフラウンホーファー線はコントラストが悪くピントも甘くぼんやりとしか見えない。
これをなんとかもうすこしくっきりとした画像にしたい。しかしいろんな画像処理ソフトでいじってもわずかに状態が変わるだけでなかなか良くならない。

そこで先日ちょっと面白い方法を思いついた。
スペクトルデータはグラフにするために使った一次元データだけで十分だと気が付いた。
これをビジュアル化するために二次元化すれば画像としてもどせる。
そうすればノイズを防げるしコントラストも上がる。フラウンホーファー線もシャープになるだろう。

この思い付きがうまくいくかどうか簡易的にやってみた。
まず「マカリ」からの一次元データはCSVテキストデータでX,Y,輝度、R,G,Bの６個のデータがある。その中のR,G,B３列のデータだけを取り出す。
これはスペクトル画像の中の横１列のデータだ。
これを５００個コピーする。これが画僧の縦幅になる。横幅は一次元データを作成するとき４０００ピクセルで指定しているので縦５００×横４０００の画像データとなる。
この画像データをビットマップファイルにする。ビットマップデータはどんな画像処理ソフトでも扱えるし画像処理ソフトでなくてもOSに付属しているペイントなどでも扱える。
今回は思うような結果が得られるかどうかテストなのでバイナリーエディタやいくつかの画像処理ソフトを使って力ずくでこれをやってみた。

結果は思った以上のものが出来た。
写真３の上の画像はそうやって作ったフラウンホーファー線の画像だ。元画像よりはるかにシャープだしノイズもなくコントラストもよくなっている。
下の画像は上半分が元画像で下半分が新しく作った画像をつなぎ合わせてみた。

一次元ファイルから２次元ファイルを作るのはわりに簡単な内容なので後でプログラムを作ってみようと思う。。
　１：一次元ファイルを読み込み、その中のR,G,Bデータだけを取り出す。
　２：R,G,Bデータを５００行コピーする。
　３：一次元ファイルから横１列の画素数を取り出す。
　４：ビットマップファイルのヘッダデータを作り、拡張したR,G,Bファイルと連結してビットマップファイルとして保存する。
　
こんな簡単な内容なのでプログラム言語は何でもいい。（使わなくてもできるかもしれない。）
ハードウエアの問題点を改造したもので撮りなおせばもっといい状態になるかもしれない。

出来ればスペクトルの波長データも組み込みたい。スペクトル波長データは理科年表にたくさんの元素の波長データがある。これをテーブル化して組み込みスペクトル画像のなかに主要な元素と波長を書き込めればいいなと思うが、これには問題がある。まず理科年表には波長は少数以下４桁までの数値になっている。
スペクトル画像は１ピクセル約０．０５ｎｍなので当然合わない。スペクトル画像の波長は完全なリニアではないだろうがらその補正も必要になる。
そんなことを考えているとプログラムもだんだん複雑になる。

ハードウエアで最初のころから気が付いて不思議に思っていることがある。
スリットからカメラまでの光路長は約２７ｃｍだがカメラから見たピント位置は５０ｃｍ以上になっている。回折格子が鏡ならばピント位置は２７ｃｍのはずだがなぜかそれより遠い位置でピントが合う。しかもレンズを変えるとピント位置が変わる。現在は４５ｍｍマクロレンズを使用しているが５０ｍｍレンズに変えると１ｍ以上になってしまう。なぜなのか不思議だ。
たぶんカメラから見た回折格子は単純な鏡ではなくレンズのように見えるのではないか、さすればカメラレンズと回折格子の組み合わせ方によってさまざまに条件が変わるのではないか。
スリットと回折格子の距離を可変できるようにすれば最適の位置にあわせられるのではないか。

フラウンホーファー線を見てみたいと思って始めた分光器の制作だがやればやるほど難しくなってきた。
が、だんだん見えてきた。
しかし手作りの精度を越えてきている。これ以上良くしたいと思えば手作りでなく精密工作機械や光学装置が欲しくなってくる。