Verstaendnisfrage Intra- und extrafokale Abbildung

Hallo allerseits,

ich habe mal eine Verstaendnisfrage: Ich habe ein katadioptrisches Spiegelteleskop (Subaperturmaksutov Orion Optics OMC250), interferometrisch getestet mit einem Strehl von 0.98, lambda/6 PTV.

Nachdem ich das Teleskop justiert habe, sehe ich intrafokal sofort den Fangspiegelschatten, waehrend ich extrafokal relativ weit herausdrehen muss, bevor sich was zeigt.

Laut Suiters "Star test your telescope" ein Indiz fuer signifikante Unterkorrektur.

Der Hersteller war leider ueberhaupt keine Hilfe - ich habe das Geraet gebraucht erworben und es gibt weder Dokumentation noch irgendwelchen Service. Darum habe ich mich an die Yahoo-Nutzergruppe gewendet. Dort sind Leute der Ansicht, dass das bei diesem System normal sei, da ein katadioptrisches System sich beim Sterntest anders verhalte als beispielsweise ein Newton. Der Korrekturgrad wuerde nur im Fokus erreicht. Das Beugungsbild im Fokus scheint dem Recht zu geben: Ich sehe am hellen Stern das Airyscheibchen umgeben von 1-2 Beugungsringen und der kreuzfoermigen Beugungsstruktur von der Vierfachspinne, die relativ dick ausgelegt ist (2mm). Bei sehr gutem Seeing habe ich Justage und Test mit einem Vixen LVW3.5mm-Okular ausgefuehrt - bei 640 x ! Ich habe auch Castor angefahren und beide Komponeten waren mit viel schwarzem Himmel dazwischen getrennt.

Aber: Ich bin der Ansicht, dass das so nicht gehen kann. Wenn ich defokussiere, verfahre ich einzig und allein das Okular - es ist keine Spiegelfokussierung ! Also aendere ich nicht die optischen Eigenschaften des Systems. Anders gesagt, muessen alle Strahlen, die den Brennpunkt kreuzen, ja auch wieder auseinander gehen und den Fangspiegelschatten freigeben - sie verlaufen ja nicht gekruemmt. Sehe ich also extrafokal den Fangspiegel erst spaeter, muessen einige Strahlen erst spaeter die Mitte erreichen. Ich sehe aber keine Brennlinie und im Fokus auch keinen Halo, wie man es erwarten wuerde, wenn die Kaustik nicht kegelfoermig waere sondern ein "Horn" (siehe Suiter).

Wie kann das sein ? Habe ich etwas uebersehen ? Kann ein Lichtkegel, der intrafokal den Fangspiegelschatten zeigt, einen beugungsbegrenzten Fokus erreichen, um extrafokal den Fangspiegelschatten erst sehr viel spaeter wieder freizugeben ?

Edit: Ich habe auch mit dem Abstand von Haupt- und Fangspiegeleinheit (die die zwei Korrektorlinsen enthaelt) gespielt - das Verhalten bleibt gleich.

Hallo Franjo,

vielen Dank fuer diesen "Augenoeffner" !

Wenn ichs richtig verstehe:

Komplexere Optiken erzeugen Aberrationen hoeherer Ordnung.

Hierdurch kann die Brennweite zonal abhaengig sein (also aehnlich zur sphaerischen Aberration).

Hat die Innenzone eine laengere Brennweite als die Aussenzone, wird der Sekundaerspiegelschatten extrafokal erst spaeter sichtbar als intrafokal.

Im Fokus ist dennoch alles in Ordnung, da sich der Fokus der Innenzone noch im Bereich der wellenoptischen Tiefenschaerfe befindet.

Mein OMC hat ja f/9, nominell 2250mm Brennweite. Die Innenzone, deren Strahlen bei Teleskopeintritt so gerade nicht abgeschattet werden, entsprechen wegen 31% Linearobstruktion einem System mit (sagen wir mal) 32% Zonenradius. Praktisch also ein 80/2250mm System um f/28. Dank der wellenoptischen Schaerfentiefe faellt dieses Buendel trotz laengerer Brennweite noch in den Fokus. Wenn man jetzt annimmt, dass die Variation graduell ueber den Zonenradius erfolgt, bekommt man ein System, bei dem alle Strahlen einen (wellenoptisch) definierten Fokus ergeben, obwohl der Fangspiegelschatten extrafokal erst spaeter erkennbar wird.

Interessant ...

Hi Roland und Franjo,

ein Kollege von mir justiert sich seit Jahren nen Wolf an seinem 7" Intes-Maksutovcassegrain. Er bekommt die intra- und extrafokalen Abbilder nicht gleich.
Ich werde ihm den Christen-Text (nein, nicht die Bibel [:o)]) ausdrucken und er wird sich von dann an hoffentlich an seinem Geraet erfreuen !

Was mit dem OMC passiert ist ? Nichts ! Ich habe das Geraet zerlegt, Hauptspiegel und erste Korrekturlinse von aussen gereinigt. Einen gruenen Laserstrahl in die Korrekturlinse gejagt - alle Reflexe wie auf einer Perlschnur, bei Autokollimation fiel kein "Abweichler" auf und alle Linsen scheinen zusammen mit dem Fangspiegel zentriert zu sein.

Also habe ich das Teil wieder zusammengesetzt und 1/2 Nacht lang justiert, bis ich mit Zenitspiegel und LVW 3.5mm den Sweetspot in der Mitte hatte. Habe dann mit 641x (!) herumgestrehlt - zwei Beugungsringe um helle Sterne, leichte Kreuzform von der Spinne (definitiv kein Asti ! Bild laeuft rund zusammen.), das wars. Castor A und B mit viel dunklem Himmel dazwischen - sieht gut aus. In der Konfiguration habe ich dann M51 aufgenommen - siehe unten. Der Sweetspot ist ein bisschen nach rechts versetzt, der 2"-Zenitspiegel scheint nicht 100% justiert zu sein.

Noch ein bisschen Mathe: Laut Laux "Astrooptik", 1. Auflage, S. 15 berechnet sich die wellenoptische Tiefenschaerfe (fuer Strehl besser 0.8 - Abweichungen bleiben so in der Beugungsgrenze) zu:

T = 0.5 lambda / NA^2

Mit der numerischen Apertur NA = 1/ (2 N) folgt fuer die Tiefenschaerfe in Abhaenigigkeit von der Oeffnungszahl N:

T = 2 lambda N^2

Lambda wird im Folgenden mit 550nm angenommen.

Fuer f/9, also die aeusseren Strahlen des OMC, folgt T = 0.089 mm.

Fuer f/28, also das extrem innere Buendel, folgt T = 0.86 mm !

Das zeigt, dass ich ganz schoen weit fokussieren kann, bevor ich den Fangspiegelschatten sehe, und dennoch beugungsbegrenzt bin ! Man muss ja sehen, dass nach 0.86mm der Fokus erreicht ist und das Lichtbuendel dann noch wieder auseinandergehen muss. Der Fangspiegelschatten wird so sehr "zaghaft" graduell sichtbar, wie ich es beobachte.

Hier nun der M51 - einmal Vollbild, einmal Crop. 62 x 2 min, EOS 40D bei 1600 ISO, ohne Nachfuehrkontrolle mit NEQ6 pro. Ein paar leichte Nachfuehrfehler sind erkennbar - die Elongation der Sterne hat nichts mit der Abbildungsqualitaet zu tun, die Sterne liefen bei 640x rund zusammen und auch im Livefokus der Kamera waren die Sterne rund.

Hallo Gert und Gerd ...

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Den OMC250 hat Orion UK nicht mehr auf der Webseite. War Dein 250 ein Einzelstueck? Oder ist die Produktion der Serie eingeschraenkt worden?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Ich war an einem OMC250 interessiert, nachdem ich im Januar 2008 ein guenstiges Gebrauchtangebot nur knapp verpasste. Das OMC250 war damals auf der Webseite als Standardversion (lambda/4, um 1500 Pfund) und in der Deluxevariante (lambda/6, 2500 Pfund) ausgewiesen, allerdings "aufgrund der grossen Nachfrage" konnten keine Bestellungen entgegengenommen werden. Dann ca. 1 Jahr spaeter wurde die Serie eingestellt. Jetzt gibt es als "Ersatz" die ODK-Serie, wo ein Zehnzoeller ueber 3000 Pfund kosten soll. Ob die OMC als Konkurrenz zum ODK standen und deshalb abgeschafft wurden, oder ob es generell Probleme mit dem System gab, sei dahingestellt. Leider gibt sich Orion ueber das Instrument aeusserst bedeckt und ist auch mit Hilfsangeboten eher zurueckhaltend.

Zurueck zur Ausgangsfrage: Ich habe mein OMC gebraucht gekauft, wobei der vorherige Nutzer es stationaer in einer Kuppel eingesetzt hatte und sich nicht an die Justage herantrauge. Anfangs war das System dejustiert (Sekundaerspiegel - passiert ja beim SCT auch recht schnell). Er dachte, ein Spiegel sei wohl nicht besser und her hat jetzt einen 150er Triplett-Apo ...

(==&gt;)Gerd/Gerd-2: Danke fuer die ausfuehrlichen Erlaeuterungen ! Mir wurde ueber das Wochenende auch klar, dass meine "Tiefenschaerfe bei f/28" nicht der Stern der Weisen war, und ich habe jetzt den Sinn von sphaerischer Aberration hoeherer Ordnung verstanden ! Laut eines Nutzers der OrionOptics-Yahoogruppe besitzt das Design eine starke Komponente sphaerischer Aberation fuenfter Ordnung, die sich nicht auskorrigieren laesst. Aehnlich wie beim Schmidt - die Schmidtkurve ist ja vierter Ordnung, sodass alle hoeheren Terme nicht auskorrigiert werden koennen. Vermutlich erklaert sich das beim OMC mit den Freiheitsgraden durch fuenf sphaerische Flaechen: Vier Glasluftflaechen des Linsenkorrektors (es sei denn er ist verkittet - leider rueckt OO keine Infos raus) und der Sekundaerspiegel daselbst.

Das Nicht-Sehen der Aberrationen ist also auf die Flaechenwichtung zurueckzufuehren und hat nichts mit der wellenoptischen Tiefenschaerfe (0.089 mm bei f/9) zu tun.

Gestern habe ich nochmal ausgiebig visuell beobachtet. Nach Anbringen einer Platte fuer ein Leitrohr hatte sich der Tubus offenbar wieder verzogen, ich musste neu justieren. Das Seeing war nicht so gut wie bei meinen ersten Beobachtungen, aber nach Justage auf den "Sweet spot" sah ich im Fokus wieder Airyscheibchen plus Beugungsringe mit einer leichten Kreuzstruktur. Es gab dazu noch einen Lichtausbruch, der zu einer Seite wies und durch Justage nicht wegzukriegen war. Vielleicht ist das eine durch die (nicht justierbare) Abweichung der Hauptspiegelorientierung bedingt. Der sitzt ja eh etwas wabbelig und ich muss noch mechanisch nachbessern.

In der praktischen Beobachtung gestern (Mond mit Sternbedeckung, Castor A+B, Saturn) stellte sich das System als brauchbar heraus. Ich habe also entgegen der Befuerchtungen nach dem ersten Sterntest keine Vollgurke erwischt.

Zur Feldkorrektur fand ich eine Textstelle bei Teleskop-Service bezueglich des Vixen VMC260, wo es heisst, dass ein brennweitenreduzierender Bildfeldebner das volle Feld verfuegbar mache. Klingt fuer mich durch die Blume danach, dass das Subaperturmaksutovsystem generell ohne Korrektor keine grossen Felder zulaesst. Wobei der Vixen mit f/12 etwas entspannter daherkommt als das OMC mit f/9. Der Hauptspiegel hat ja f/1.8, Vergroesserungsfaktor ist fuenf. Etwa wie beim normalen SCT (wie C8), aber mit noch schnellerem Hauptspiegel !

Hi Stathis,

vielen Dank fuer Deine zusaetzlichen Anmerkungen. Das mit dem Vergroessern der Obstruktion muss ich mal ausprobieren.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Der Kaustik ist es egal, wie sie erzeugt wird. So jedenfalls mein bisheriges Verständnis der Geschichte. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Genau dieser Gedankengang war es, was mich beeinflusste, mal mehr darueber nachzudenken. Letztendlich ist es also die Verteilung der Zonen innerhalb der Kaustik, die intra- und extrafokale Abbilder unterschiedlich erscheinen laesst ohne im Fokus Unschaerfe erkennbar zu zeigen - wenn die Verteilung entsprechend ist. Sprich es gibt schon die Abweichung von der reinen "Sanduhr", aber die paar Strahlen fallen wegen des geringen Flaechenanteils kaum auf.

Nachdem der OMC-Erwerb mir so viele graue Haare bereitet hat, bin ich wenigstens froh, wieder was gelernt zu haben. Ich werde in der naechsten klaren Nacht die Alchemie bemuehen und mal auf gut Glueck Zusatzoptiken ausprobieren (habe einen Williams Optics 0.8x Bildfeldebner). Vielleicht bekomme ich damit ja eine bessere Feldkorrektur hin. Wenn nicht, versuche ich es mit dem aus einer Flasche "Newcastle Brown Ale" geschnittenen Bodenstueck. [;)] Okay, ernsthaft: Sollte ich keinen Modus operandi fuer meine Zielanwendung langbrennweitiger Deepskyfotografie mit DSLR hinbekommen, kann ich das Geraet wenigstens guten Gewissens an Planetenfreaks oder CCDler weiterverkaufen, da es keine Gurke ist.

Ich bekam heute eine Email eines griechischen Sternfreundes, der mit seinem OMC Astigmatismusprobleme hat. Er hat noch die Originalspezifikationen parat gehabt: Beugungsbegrenzt auf 10mm, Spotdurchmesser kleiner 40 my auf 20mm Feldkreisdurchmesser. Wobei meine "Flatschen" schon etwas groesser aussehen.

Orion empfahl ihm uebrigens bei seinem Instrument, die Fangspiegeleinheit relativ zum Hauptspiegel zu drehen ! Wundert mich sehr, da in dem Falle ja versucht wuerde, den Astigmatismus des Hauptspiegels durch die Sekundaereinheit zu kompensieren. Aber das ist eine andere Baustelle.