Die Vorgeschichte ist ja erst vor wenige Wochen hier behandelt worden.
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=12496
Artverwandt ist das Thema von Marty.
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=12591
Also, zurück zu meinem „verbohrten“ 12“ f/4,8 „Quarzmonster“. Die Durchbohrung an sich war ja nicht das Problem, eher die Tatsache dass dieser Gewalteingriff Kräfte innerhalb des Spiegels freigesetzt haben muss, die zur optisch sehr störenden Deformation der vorher recht ordentlichen Oberfläche geführt haben. Wie bereits gesagt: das Ding hatte nach der Durchbohrung einen dicken, hohen „Berg“ in der Mitte und hochgezogenen Rand. Hoch, das heißt hier ungefähr eine „Gipfehöhe“ von 0,0003 mm über Soll. Daraus ergibt sich ein Wellenfrontfehler für die Mitte von ungefähr einer Lichtwellenlänge. Nun hatte mich Alois freundlicherweise von seinem Urlaubsort angerufen und darauf aufmerksam gemacht, dass bei solcher Art von Durchbohrung der Rand der Bohrung besonders stark deformiert wird. Bei der Auswertung mit FringeXP kann es dann passieren, dass dieser Fehler erheblich übergewichtet wird.
Dazu schauen wir mal auf das bereits i. o. a. Thema gezeigte Interferogramm, aufgenommen in Autokollimation in der Cassegrain- Konfiguration gegen einen Planspiegel.
Bild 1
Bei fehlerfreiem Parabolspiegel und penibler Kollimation sollten die Interferenzstreifen gradlinig, parallel zueinander und dazu noch mit gleichem Abstand von Linie zu Linie verlaufen. Das tun sie hier offensichtlich nicht. Einen Teil der Verzerrungen kann man auf das Konto Kollimation und Offset- Fehler des I- Meters schieben. Das bringt in der Bewertung mehr oder weniger Koma und Astigmatismus. Koma kann man (mit etwas optimistischer Sichtweise) abziehen. Abzug von Astigmatismus wird dagegen problematisch, weil der auch durch Deformation des Spiegels bedingt sein kann. Dazu gibt es später mehr zu sagen. Besonders in der Mitte und am Rande sind die Linien stark verbogen. Daraus kann man mit etwas Übung ableiten, o. a. „Berg“ und „hochgezogener Rand“ die wesentlichen Fehler sind. Man kann das auch als starke Unterkorrektur deuten, die auch durch den Life- Startest am Himmel bestätigt wurde. Die eigentliche Mitte wird durch den Schatten des FS ausgeblendet. Der convex- hyperbolische Fangspiegel wurde bereits früher ausgiebig geprüft und für sehr gut befunden. Da er ja an der Durchbohrung gar nicht beteiligt war dürfte er seine Form beibehalten haben.
Zum Vergleich vorher/nachher sind die Wellenfrontprofile in dem nachfolgenden Diagramm dargestellt. Sie wurden aus FringeXP- Plots umgezeichnet.
Bild 2
Kurve 1 zeigt den Zustand vor der Durchbohrung, Kurve 2 nach Durchbohrung als Mittelung von 5 I-Grammen obiger Art, also in Autokollimation (A) wie oben beschrieben. Kurve 2a ist dagegen aus 7 I- Grammen aus dem Krümmungsmittelpunkt (CoC = Center of Curvature) berechnet. Für meinen Geschmack ist die Übereinstimmung von A und CoC hier sehr gut.
Jetzt ist retuschieren angesagt. Dabei hab ich optimistischer weise angenommen, dass der noch nicht quantifizierte Astigmatismus- Fehler des Spiegels nicht sooo schlimm sein wird. Irgendwo muss man ja anfangen. Daher suchte ich ein einigermaßen passendes Pechtool und wurde auch fündig. Dieses Tool hat 20 cm Durchmesser. Es wurde nach Abdeckung der Mitte mittels einer 60 mm durchmessenden dünnen Blechscheibe mit dem Spiegel gepresst. Die Abdeckung ist wegen des Loches in der Spiegelmitte notwendig, weil sonst das Pech dort hineindrängen würde. Für die erste Retusche wurden vorsichtigerweise nur 10 Minuten Polierzeit angesetzt, dabei Tool unten auf dem Drehteller, mittlere Strichlänge und W- verteilt.
Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht der hier diskutierten Messungen (ohne Astigmatismus- Anteil)
Bild 3
Im nächsten Diagramm sind die entsprechenden Wellenfrontprofile im vergrößerten, einheitlichem Maßstab dargestellt (letzteres funktioniert mit FringeXP nicht) .
Bild 4
Der erste „Schuß“ traf also bereits ins Ziel (Kurve 3) hatte aber noch nicht die volle Wirkung.
Nach zwei weiteren Eingriffen gleicher Art sieht das Ergebnis schon nach „Finger weg!“ aus. Bei genauerer Analyse erkennt man aber, dass der wirksame Bereich der Mitte doch vielleicht um 1/20 oder gar um 1/10 lambda Wellenfront zu tief geraten ist. Das ist vernünftigerweise noch kein ernst zu nehmender Fehler, weckt aber den spiegelschleiferischen Ehrgeiz. Schön zu sehen, dass auch hier die Kurve nach Autokollimation und CoC nicht mehr als 0,05 lambda* Wellenfront auseinander liegen (Kurve 4 und 4a). Wem diese Differenz als zu „ungenau“ vorkommt, der müsste neue Messverfahren für Amateure ersinnen... oder gibt es die schon (Messungen nach Foucault kenn ich)?
Also, ich hab nach der 3. Retusche die Mitte des Polierers mit 85 mm abgedeckt. Warum gerade 85 mm? Jetzt frag bloß niemand nach Formeln, obwohl ich sonst nix dagegen habe.
Dann wurde wieder 10 Minuten MOT aber mit kurzen, annähernd zentrischen Strichen poliert. Das Ergebnis zeigen die Kurven 5 und 5a. Das ist tatsächlich einen tick besser als 4 und 4a, was man aber aus den jeweiligen Strehlwerten aber nicht mehr gesichert ablesen kann.
Bei K5 und K5a wurde CoC mit klasssich Focault verglichen. Wat lernt uns dat: Wer keine Lust auf I- Meter hat, kommt mit Foucault genau so gut zurecht. (Jetzt müsste eigentlich aus irgendeiner Ecke wieder die Platte von der Unzulänglichkeit der „Linienmessung“ ertönen).
Die Foucault- Kurve wurde mit FigureXP, 5 Zonen und 4 Wiederholungen erstellt. Die Markierung der Zonenradien male ich als feine Striche mit einem dünnen Filzstift direkt auf dem Spiegel. Die werden vor der eigentlichen Prüfung sicherheitshalber noch mal nachgemessen. Dadurch wird der effektive Fehler der Zonenradien minimiert. Außerdem kann man schnell nach Belieben die Zonenanzahl und/oder Radienabstufung ändern. Couder- Masken halte ich für unnötigen Arbeitsaufwand ohne besonderen Vorteil.
Hier noch mal zwei Bilder von Beispiel- I- Grammen, die der o. a. Messorgie entstammen
Bild 5
Man beachte, bei der Messung in Autokollimation wird das Licht 2x vom Prüfling reflektiert. Da dieser unbelegt ist, führt das zur drastischen Abschwächung des Nutzlichtes. Um überhaupt das I- Gramm fotografierbar zu machen, musste Kompromisse bei der Linsenauswahl eingegangen werden. Als Folge wird zusätzlich Koma und Astigmatismus induziert. Ich hoffe dennoch , dass auch weniger I- Meter- geübte den Abbau des Berges in der Mitte nachvollziehen können.
Bild 6
Hier kann man allein durch Betrachtung evtl. Fehler weniger gut erkennen. FringeXP kann das dagegen sehr gut und bei Bedarf auch selektiv. D. h. man kann die Wirkung einzelner Fehler wie z. B. Astigmatismus zahlenmäßig erfassen. Dazu sagt man auch quantifizieren.
Jetzt geht es aber echt ans Eingemachte, nämlich an die 98 % - 99% Wunderstrehl gemäß obiger Tabelle. An die darf man erst glauben, wenn tatsächlich alle einigermaßen sicher erfasst sind.
Als solche wären zu nennen:
1. Rauhigkeit unterteilt in die Abteilungen
1a) „Hundekuchen“, Midi- und Mikroripple bis herab zu ca. 2 mm Durchmesser.
Wenn man davon im Foucault- test nix erkennen kann, darf man sie getrost vergessen.
Ist mir in meiner Praxis ein einiges Mal passiert, als ich irrtümlich mit Klebepech poliert hatte.
1b) Mikroripple, mit mikropischen Spezial- Interferometen messbar.
Nach Angabe von Alois bei Amateur- Poliertechnik wenig wahrscheinlich. Das soll heißen praktisch nicht strehlwirksam.
Nach eigenen Messungen finde ich auf meinen Spiegeln keine Rauhigkeit die mehr als 1% Strehlminderung bewirkt. Bei der Quantifizierung von Fehlern im Bereich kleiner 1% ist es ziemlich belanglos, ob die Genauigkeit hier sehr hoch ist. Es macht praktisch keinen Unterschied ob ich 0,6% oder nur 0,4% Streulichtanteil messe. Das würde näherungsweise einen Fehler bei der Strehlberechnung von 0,2% bewirken.
2. Astigmatismus
2a) Wie „böse“ ist Astigmatismus ?
Jetzt vertrau ich wieder auf Formeln, z. B. wie sie in „Aberrator“ programmiert sind. Damit hab ich das folgende Diagramm erstellt.
Bild 7
Man erkennt hier z. B. dass 1/10 PtV wave Asti. den Strehl bereits um XX % herunterziehen, wenn sonst keine Fehler vorhanden sind. Einschränkend muss man sagen dass diese Formeln und auch die nachfolgenden Betrachtungen nur für „idealen“ Astigmatismus genau zutreffen. Ich weiß nicht wie die Feinoptiker das nennen. Mit „ideal meine ich hier, dass der Krümmungsradius des Spiegels in 2 senkrecht aufeinander stehenden Meridianen unterschiedlich ist. (Die Schiefspiegelschleifer machen so etwas mit Absicht!)
2b) Messung des Astigmatismus mit einfachen Mitteln
Dazu gibt es eine Möglichkeit, die im nächsten Schema und den Fotos dargestellt ist.
Bild 8
Bild 9
Bild 10
Basis ist ein Foucault- Kreuztisch, auf dem man den Labor- Startest aufbaut. Dazu erzeugt die Projektionslinse einen künstlichen Stern, dessen Beugungsscheibchen kleiner ist als der des zu prüfenden Spiegels. Wenn man einen Laser (vorteilhaft für die fotografische Dokumentation) oder Hochleistungs- LED als Lichtquelle verwendet, braucht die P-Linse nicht achromatisch zu sein. Hier hab ich eine Bikonvex- Linse mit 7 mm Brennweite verwendet. In dem Falle kann man eine solche Linse auch als Okular verwenden. Der Abstand YY sollte bei f/5 Spiegeln nicht größer als 20 mm sein, weil sonst zusätzlich merklich Astigmatismus eingeführt wird. Die Vergrößerung sollte etwas höher sein als der Durchmesser des Spiegels in mm. Für visuelle Betrachtung muss der Laser unbedingt mit Hilfe eines Graufilters gedimmt werden. Bei rotem Laser eignen sich dazu auch dichte Grünfilter.
Die Kompensationslinse kommt nur zum Einsatz, wenn man während der messen will. Dein Parabolspiegel zeigt bekanntlich bei Messung im Krümmungsmittelpunkt sphärische Aberration. Genau diese wird mit Hilfe der Kompensationslinse ausgeglichen, so dass ein idealer Parabolspiegel sich so verhält wie ein sphärischer Spiegel. Kritisch ist dabei der Abstand P.- Linse - K.- Linse, ebenso die Ausrichtung der K- Linse. Dazu muss sie in 3 Achsen feinjustierbar sein. In meinem Versuchsaufbau erreicht man das durch seitliche Neigung/Kippung des Kreuztisches (die Anlage kann in wenigen Minuten zum Bath- Interferometer umgerüstet werden).
“Astigmatisch“ heißt übersetzt nicht punktförmig. Ein astigmatischer Spiegel spiegel liefert also keine punktförmigen Bilder eines künstlichen Sternes, sonden so etwas ähnliches wie ein Kreuz, wenn man mit dem Okular im Bereich der besten Fokussierung (bF) liegt. Dann gibt es noch zwei Positionen vor und hinter dem bF, an denen in erster Näherung ein Strich zu sehen ist.
Hier ein praktisches Beispiel aus meiner Planspiegelherstellung
Bild 11
Man kann an Hand der mit „Aberrator“ simulierten Bilder abschätzen, wie groß der Astigmatismus der fotografierten Beugungsfigur ist. Weiterhin kann man auch durch Messung der Fokussdifferenz Bei Einstellung auf beste Schärfe der horizontalen/vertikalen Linie den Astigmatismus berechnen. In diesem Beispiel liegt man bei ca. 1 lamba Wellenfront auseinander. Das wäre nach Bild 7 doch ganz schön böse und man müsste über Retuschiertechnik gegen Astigmatismus nachdenken.
Wenn man bestenfalls solche Bilder sieht,
Bild 12
dann ist an der Optik und/oder Prüfstrecke etwas oberfaul, nach meinen Erfahrungen bei Amateurspiegeln mittleren Kalibers aber eher unwahrscheinlich.
Aber wie weit herab kann man nach dem obigen Verfahren überhaupt Astigmatismus erkennen?
Bild 13
5 der im Bild dargestellten Beugungsfiguren sind Simulationen mit „Aberrator“ im „best Focus“. Die Einstellungen liegen zwischen 0,2 und 0,4 lambda WF. Zwei der Figuren sind echte Fotos nach Prüfaufbau gemäß Bild 8. Kleines Ratespiel: welche Figuren sind es? (Auflösung am Ende des Berichtes).
Bild 14
Hier sind die simulierten Beugungfiguren als Vergleichsskala geordnet. Darunter zwei Fotos
bei Orientierung des Spiegels auf min/max. Astigmatismus. Das ist so zu verstehen: Man stellt die K- Linse auf bestmögliche Kompensation und Unterdrückung von Koma ein. Das geht nach vis. Einstellung mit dem Okular problemlos. Dann wird der Spiegel um seine Achse in Schritten um seine Achse gedreht und der Fokus durch Verstellung der Spiegelneigung wieder möglichst genau in den Fokus gebracht. D. h. Die Einstellung der K- Linse soll unverändert bleiben. Ziel ist es, den evtl. vorhandenen Asti. zu maximieren und/oder aber eine Mittdrehung bei Drehung des Spiegels festzustellen. In beiden Fällen wären die Ursache der Veränderungen also der Astigmatismus beim Spiegel zu suchen. In meinem Fall ist offensichtlich durch Drehung um 90° eine Änderung der Stärke des Asti. festzustellen. Das kann man so deuten:
1. Der Spiegel hat eine kleine Dosis Asti fest eingebaut.
2. Er wird durch die vertikale Aufhängung leicht astigmatisch. Dieser Anteil wird durch Drehung nicht wesentlich geändert.
3. Bei Drehung des Spiegels addieren sich die beiden Asti-. Anteile vektoriell, d. h. er gibt ein Minimum und ein Maximum je nach Drehung des Spiegels.
Hier im Beispiel kann man aus dem Vergleich mit den in Bild 14simulierten Beugungfiguren ablesen:
Das Minimum ist kleiner als 0,2 lambda WF.
Das Maximum liegt bei 0,35 lambda WF.
Ob sich eine spezielle Retusche hier noch lohnt? Ich glaube nicht. Bei der Beobachtung wird der Spiegel eben nicht mit seinem vollen Gewicht in seiner Ebene verspannt. Weiterhin kann man den Spiegel im Teleskop so ausrichten, dass der Asti in der bevorzugten Gebrauchlage ninimiert wird. Für Planetenbeobachtung würde ich diese mit 40° über dem Horizont annehmen. Ich hab anschließend mit dem Cassegrain den Startest am Himmel mit Atair als Teststern gemacht, bei entsprechender Ausrichtung des Spiegels. (Man sollte nur nicht vergessen die Max- oder Min- Position des Spiegels auf dem Prüfstand zu markieren). Da war nix mehr von Asti zu finden. Zugegebenermaßen ist Test am Himmel wegen des seeings selten so empfindlich, dass man noch 0,2 bis 0,4 lambda WF Asti finden könnte.
Wenn ich mich nicht irgendwie gewaltig verhauen habe sag ich mal: Man kann Astigmatismus mit „Hausmitteln“ recht gut feststellen und auch hinreichend genau quantifizieren.
By the way, ich hab erfreut festgestellt, dass Mario II wieder bei uns aktiv ist. Irgendwann hat er sich mal kritisch zu „Aberrator“ geäußert.
Hallo Mario,
wenn Du das hier liest, es wäre mir hoch willkommen, wenn Du bitte meine o. a. Simulationsbilder kritisch unter die Mathe- Lupe nehmen könntest. Natürlich sind andere Kritiken, nicht nur von Dir ebenfalls ausdrücklich erwünscht.
2c) Messung von Astigmatismus mit dem Bath- Interferometer
Hierzu hab ich mit jeweils gleicher radialen Position der Markierungsmarke analog 2b) zwei I- Meter Serien ( je 5 I- Gramme) verdrehtem Spiegel aufgenommen. Dabei hab ich mich auf CoC beschränkt, weil man bei Autokollimation in der Cassegrain- Konfiguration auch noch den evtl. vorhandenen Astigmatismus des Referenzspiegels und den des Fangspiegels mitnehmen muss. Dazu kommen noch erhebliche Kollimationsprobleme.
Hier also das vorläufige Endergebnis nach der 4. Retusche:
mit Astigmatismus
Strehl min/max : 0,85 / 0,95.
Wenn man nun noch mir den nach 2b) ermittelten- Asti.- Werten 0,2 bzw. 0,35 lambda WF in die Strehl- Kurven gemäß Bild 7 geht, findet man:
mit Astigmatismus
Strehlmin/max : 0,83 / 0 ,93.
(nicht genau genug übereinstimmend mit obigem, oder?)
Dabei hab ich angenommen, dass der Restfehler der sphärischen Aberration zwischen 0,1 und 0 lambda liegt. Begründung: siehe Kurven 5 und 5a Bild 4
3) Sonstige Fehler
welche?
4) Sonstige Prüfungen
wozu? Ich will mit dem „Loch“- Cassi 0,2 bis 0,35 Asti. schnellstmöglich beobachten! So sieht es z. Zt. aus. Es fehlt nur noch die Verspiegelung.
Bild 15
Gruß Kurt
Auflösung des „Bildrätsels“ in Bild 13: Nr. 2 und 3 sind echte Beugungsfiguren gemäß Prüfaufbau.
*Korrektur 27.08.04: Muss heißen "...weniger als als 1/10 lambda Wellenfront...". Die Kurven 5 und 5a unterscheiden sich an keiner Stelle um mehr als 0,05 lambda Wellenfrontfehler.