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Seite: von 3

Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt am: 01.11.2007 :  20:56:23 Uhr  Profil anzeigen
Der Vorschlag einen Kutter mit torisch deformiertem Hauptspiegel zu bauen kommt von Georg Ditie. Diese ganze Vorgeschichte kann man nachlesen unter:
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=61343

Die ersten Fotoversuche mit meinem ersten Teleskop dieser Art hab ich beschrieben:
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=62873&SearchTerms=Toku

Hier möchte ich mich im wesentlichen auf die Labormessungen konzentrieren. Zufällig besitzt Andreas Murner einen Kutter Spiegelset 150 f/27,8 von Lichtenknecker, Baujahr 1967. Da bot es sich an zwei grundverschiedene Konzepte des Kutters messtechnisch miteinander zu vergleichen. Der Einfachheit halber erlaube ich mi für diesen Spiegelset die Namensgebung ANDY. Mein eigener Schiefspiegler heißt ToKu1.

Auslegungsdaten
Zur Einleitung seien die Schemata und die Hauptdaten der beiden Systeme in der Darstellung nach dem Simulationsprogramm „Winspot“ vorangestellt.


Bild 1


Das Schema der Spiegelanordnung sowie der Durchmesser des HS ist für beide gleich. Nur die Radien, Abstände und Winkel sind z. T. erheblich unterschiedlich. Die Daten für ANDY sind Herstellerdaten. Beide Spiegel sind hier sphärisch. Die Anordnung nennt man anastigmatische Anlage, weil der Astigmatismus wegen des schiefen Lichtbündels durch die Neigung des Sekundärspiegels kompensiert wird. Auf Komakorrektur wird hier verzichtet.

Die aufgeführten ist- Daten des Toku1 weichen nur geringfügig von den Werten für komafreie Anlage nach der Rechnung von Georg Ditie ab. Der dabei verbleibende Astigmatismus wird durch die torische Deformation des HS kompensiert. Darin bestehen die wesentlichen Unterschiede der beiden Systeme. Das drückt sich auch bereits deutlich in den Spotdigrammen aus, die ebenfalls mit Winspot erstellt wurden.


Bild 2



Der schwarze Kreis entspricht dem Durchmesser des Airy- Scheibchens. Bei ANDY fallen bereits bei der fokalen Abbildung ein Teil der Durchstoßpunkte nicht mehr in den Kreis. Die Komaform der Punktverteilung in der fokalen Abbildung wird hier bereits deutlich erkennbar.

Messaufbau
Gemessen wurde mit einem Interferometer nach Art von Michelon in Autokollimation, Messwellenlänge 532 nm (Laserpointer). Für die Labor- Sterntests, ebenfalls in Autokollimation wurde eine rote Laserdiode als künstlicher Stern verwendet. Dieser künstl. Stern kann ohne Beeinflussung des Messaufbaus problemlos gegen die Linse des Interferometers ausgetauscht werden.

ANDY musste gemäß den im Bild 1 aufgeführten Daten aufgebaut werden.


Bild 3



Bild 4



Bild 5



Die beiden Spiegel waren bereits in teleskoperprobten Fassungen montiert. Die Neigung der Spiegel daher feinjustiert werden. Man kann davon ausgehen, dass eingestellten Abstände auf +/- 1 bis 2 mm genau, die Winkelabweichungen auf kleiner als 0,1° eingestellt werden können.

ToKu 1 wurde als gebrauchsfertiges Teleskop in die Messanordnung einjustiert. Der Experimentalaufbau des Tubus ist derart aufgebaut, dass gezielte, kleine Variationen aller Abstände und Winkel problemlos durchgeführt werden können.

Auswerteprogramm
Für die Inteferometermessungen hab ich erstmals Teile des sehr umfangreichen Programms „openFringe“ angewendet. Im Vergleich zu dem dem altvertrauten Programm FringeXP bietet es viele Vorteile wie:

1.verbesserte Autotrace- Funktion
2.bessere Auflösung der Wellenfrontfehler, da erheblich mehr Zernike- Koeffizienten verwendet werden.
3.Darstellung der MTF auf Basis der ausgewerteten Interferogramme
4.variable und farbige 3 D- Darstellung der Wellenfrontaberration sowie der PSF
5.synthetische Darstellung von extra /itrafokalen Sternbildern

Diese Auflistung ist nur ein kleiner Auszug auf Grund der von mir in den nachfolgenden Auswertungen genutzten Optionen. Wer bereits Erfahrungen mit Fringe XP hat und/oder in die Interferometie einsteigen möchte der findet mit „openFringe“ ein sehr komfortables und dazu noch kostenloses Werkzeug.

Wer bereits Erfahrung damit hat, den bitte ich um besonders kritische Betrachtung und ggf. Korrektur meiner nachfolgenden Ausführungen.

Auswertung
a) Interferogramme
Zur abschließenden Beurteilung wurden für ANDY drei und für ToKu1 vier Interferogramme aufgenommen und mit obigem Programm ausgewertet. Dabei wurden jeweils die entsprechenden Zernike- Daten per Programm gemittelt.

Hier die entsprechenden Interferogramme für ANDY:


Bild 6



Und hier das gleiche, gültig für ToKu1:


Bild 7



Die Besonderheit von Toku1 ist sein „online“ verstellbares Verspannsystem für die gezielte torisch Deformation der HS. Eine nicht optimale Einstellung zeigt in der Interferogrammauswertung Astigmatismus und natürlich ebenfalls im Labor- Sterntest. Deshalb wurde zuerst die Punktlichtquelle des Interferometers als künstlicher Stern genutzt und dessen Beugungsbild mit einem 12,5 mm Okular mit Neutralfilter ND 2 beobachtet. Das Strahlenbündel der Referenzsphäre wird dabei abgeschaltet. So kann man das Teleskop vor dem Interferometer durch Verstellung der Verspannvorrichtung fast auf null Astigmatismus einstellen. Man muss "fast" sagen, weil die Interferometermessug in AC noch Spuren von Asti diagnostiziert, die im Okular nicht mehr erkennbar sind und erst recht nicht beim Sterntest am Himmel. Die Feintrimmung der Optik funktioniert daher nur durch Versuch und Irrtum. D. h. man stellt mittels Okular bestmöglich ein, schaltet auf Interferometrie um und korrigiert die Einstellung der Verspannung nach dem Ergebnis des Interferogramms. Den hier gezeigten Interferogrammen sind also insbesondere bei ToKu1 mehrere Serien vorausgegangen.

b) Contourplot, Strehlzahl, Kontrastübertragung
Die beiden nächsten Bilder zeigen die Hauptergebnisse der Interferometermessungen. Der Übersicht wegen wurde die Zernike- Liste aus dem Plot-Protokoll herausgeschnitten.


Bild 8

(Bild 8 geändert 03.11.07 11:15)


Bild 9



Es gibt hier keine triftige Begründung irgendwelche Zernike- Koeffizienten abzuschalten, außer “Piston“, „Tilt“ und „Defocus“.

Das Ergebnis Strehl 0,86 für ANDY finde ich überraschend gut. Die Optik erfüllt damit zweifellos das Kriterium „beugungsbegrenzt“. Im Plot erkennt man zweifellos Koma. Das war aber vom Design her schon zu erwarten. Toku1 kommt mit Strehl vom fast 0,98 daher. Das ist ja schon fast am oberen „Anschlag“ und lässt eigentlich keine Wünsche mehr offen.

Zur Dekoration kann man sich nun noch die 3-D- Darstellungen der Wellenfrontaberratinon ansehen:


Bild 10



Bild 11



Der Maßstab für die Wellenfrontdifferenzen innerhalb der Flächen entspricht der Farbcodierug in den vorangegangenen Bildern 8 und 9.
Das Programm kann derartige Gebilde in jeder beliebigen Perspektive darstellen und sogar beliebig rotieren lassen. Das ist eine Show für sich. Für meinen Geschmack reicht bereits die Contourplot- Darstellung.

c)Kontrastübertragung, MTF
Wenn man es genauer wissen will, dann ist die MTF aussagekräftiger als der Einzahlwert nach Prof. Strehl. Hier also die entsprechenden Kurven unter Verwendung der selben Zernike- Koeffizienten wie vorhin.


Bild 12



Die Originalkurven aus „openFrimge“ hab ich hier in ein mit einem Zeichenprogramm erstelltes Gitternetz eingepasst. Dadurch lassen sich die Differenzen zwischen den einzelnen Kurven besser quantifizieren.

Die Kurve für Toku1 liegt offensichtlich so nahe an „perfekt“, dass sich eine weitere Analyse kaum noch lohnt. Dagegen kommt man bei Betrachtunmg der ANDY - Kurve doch etwas Bedenken. diese Kurve sieht sehr ähnlich aus wie die von einem Teleskop mit mäßiger Obstruktion. Anders betrachtet, man findet im mittleren Ortfrequezbereich ( entsprechend Objektabständen von 2x – 3x theoret. Auflösung) einen relativen Kontrastverlust von rund 20% im Vergleich zu „perfekt“. Die Frage ist, liegt das allein an der systembedingten Koma non ANDY oder hat die Optik noch andere merkliche Mängel?

Die weitere Vorgehensweise ist trivial. Man geht im Programm in die Option „Zernikes“ und knipst sukzessive die Zernikes für Koma, Asti usw. aus und schaut sich das entsprechende Plot- Ergebnis mit Strehlzahl an. Die Ergebnisse zeigt die nachfolgenden Tabelle.


Bild 13



Da erkennt man sofort was mit ANDY los ist. Die das System hat neben der hier unvermeidbaren Koma auch noch merklich sphärische Aberration. Die anderen erfassten Fehler zählen hier so gut wie gar nicht. Wäre nur Koma präsent, dann hätte man fast Strehl = 0,94. Asti ist offensichtlich sehr gut, wenn auch nicht mathematisch perfekt kompensiert.
Die dazu passende MTF- Kurve sähe dann so aus:


Bild 14



Die gleiche Art von Analyse mit den Toku1- Daten wäre schon eher Strehlspalterei. Man könnte hier die Frage stellen, ob denn tatsächlich noch etwas Asti wirksam ist und ob man den nicht doch wegjustieren könnte. Er ist aber ganz sicher ohne praktische Bedeutung. Wegjustieren wäre mit Arbeit verbunden, und ohne praktischen Nutzen.

Dazu passt auch folgende praktische Erfahrung mit Toku1. Ich habe wiederholt die Einstellung der Verspannvorrichtumg am echten Sternen durchgeführt. D. h. man dreht so lange an der Verstellschraube bis am Sternbild kein Asti mehr wahrnehmbar ist. Anschließend wurden Inteferometermessungen gemacht wie oben beschrieben. Dabei kamen dann regelmäßig Strehlzahlen von weniger als 0.8 heraus. Bei Mond, Mars sowie terrestrischen Beobachtungen hab ich erheblich an Verstellschraube drehen können, ohne dass man eine Wirkung sehen konnte. Der unmittelbare Vergleich an einem Stern zeigte dann aber doch merklichen Asti.

e) Startest per Programm sowie mit künstlichem Stern
„Openfrimg“ kann aus den berechneten Zernikes die Ansichten von intra/extrafokalen sowie fokalen Sternbildern darstellen. D. h. das Programm zeigt wie denn eine Sternabbildung unter Berücksichtigung der ermittelten Optikfehler aussehen würde. Nun mag man sich sagen was solls, wenn die MTF und die Strehlzahl OK sind dann muss auch ein Stern perfekt abgebildet werden. Die perfekte Sternabbildung wäre ein kreisrundes Airy- Scheibchen von konzentrischen, kreisrunden Beugungsringen umgeben, deren Helligkeit auf ihrem gesamten Umfang völlig gleichmäßig ist. Ehrlich gesagt, derartiges in Vollendung hab ich bisher am Himmel nur mir „Zwergtelekopen“ gesehen, so mit 50 mm Öffnung und weniger bei hoher Vergrößerung und sehr gutem Seeig. Aber angeblich soll derartiges tatsächlich auch mit größeren Teleskopen sichtbar sein. Wie auch immer, der Test hilft zumindest bei der Beurteilung ob das untersuchte Teleskop die Voraussetzungen dazu hat. Wenn man ohnehin schon dem Labor- Startest zur Optimierung der Kollimation verwendet, dann scheint es doch völlig easy mal eben auch das Sternbild zu fotografieren. So tat ich denn auch und stellte diese Ergebnisse mit den per Programm ermittelten zusammen.

Man muss bei dieser Gegenüberstellung bedenken, dass Staub, Kratzer und Verunreinigungen der optischen Flächen insbesondere bei der Fotografie des Sternbildes sehr störend wirken. Beim Aufbau des Sterntests in Autokollimation wird die zu prüfende Optik zudem noch zweimal durchstrahlt. Das Sternbild wird über ein Okular und Fotoobjektiv abgebildet. Insgesamt passiert das Lichtbündel im Versuchsaufbau mindestens 13 potentiell verschmutzte Glas – Luftflächen. Das erhöht natürlich die Störeffekte in der Abbildung entsprechend. Erfahrungsgemäß wird dadurch insbesondere das fokale Sternbildern gestört. Bei der Auswertung der Interferogramme werden dagegen stochastische Störungen (Rauheit der Interferenzstreifen) durch Mittelung ausgefiltert, das Okular entfällt. Folglich sehen die danach synthetisierten Startestbilder wesentlich sauberer aus.


Bild 15



Beurteilung des Sterntests zu ANDY:
Die die wesentlich kontrastreichere Definition der Beugungsringe in den extrafokalen Bildern signalisiert zweifellos Überkorrektur. Im fokalen Bild sind die Beugungsringe einseitig geöffnet. Die jeweils linke Seite der extra/intrafokalen Bilder erscheint heller. Die Ringe erscheinen nicht exakt konzentrisch. Das sind die Zeichen für Koma. Ein vorzeigbares Foto des fokalen Sternbildes ist mir hier leider nicht gelungen. Jedenfalls erkennt man bezüglich Koma und Überkorrektur eine qualitative Übereinstimmung zwischen Simulation und fotografischem Sterntest. In diesem speziellen Fall wird man bei der Beobachtung am Himmel keine geschlossenen Beugungsringe um Sterne sehen können.


Bild 16



Beurteilung des Sterntests zu ToKu 1:
Der Kontrastunterschied zwischen den extra/intrafokalen Ringen ist erscheint in beiden Darstellungen zu gering um daraus sphärische Aberration ableiten zu können. Man erkennt allerdings eine leichte elliptische Deformation als Zeichen von schwachem Astigmatismus. Beim simulierten fokalen Beugungsbild erscheinen die Beugungsringe geschlossen, aber mit Helligkeitsunterschieden. Bei Abschaltung der Zernikes 1. Ordnung für Koma und Asti (nicht dokumentiert) ist dagegen die Helligkeit über dem gesamten Umfang der Ringe gleichförmig. Das wäre der Nachweis von sehr geringer Koma und ebenso Asti. Im Foto des fokalen Beugungsbildes wird die Helligkeitsverteilung sehr wahrscheinlich wegen der Staubartefakte auf den opt. Flächen dominiert. Sehr geringe Koma und Asti kann man deshalb hier nicht mehr nachweisen.

f) Darstellung der PSF

PSF heißt Point Spread Funktion = Punktverteilungsfunktion. Die ist eine Darstellung der Helligkeitsverteilung analog zu den fokalen Sternbildern wie in den Bildern 15 und 16. „OpenFringe“ kann diese Grafik genau wie die der Wellenfontaberration in 3D, Farbe und aus beliebiger Perspektive darstellen.


Bild 17



Die Peaks symbolisieren die Helligkeitsverteilung des Airy- Scheibchens, die Ringwälle stehen für die Intensität der Beugungsringe. Bei ANDY wird die einseitige Verteilung der ersten beiden Ringe deutlich. Das entspricht dem in den vorgenannten Tests und Messungen ebenso deutlich erkennbaren Komafehler.

Sonstige Untersuchungen

In der Diskussion zu dem eingangs zitierten Thema hat Michael Koch bereits darauf hingewiesen, dass die mechanische Verspannung des Spiegels über 4 Punkte am Umfang nicht exakt kompensieren kann. Kai Ries hat freundlicherweise dazu ein Diagramm erstellt, das sich aber im Board für Sonnenbeobachtung verlaufen hat, weil ich zufällig dort den ersten Fotoeinsatz von Toku1 vorgestellt habe.

Hier das Zitat mit Grafik:

Zitat:Ich hätte da noch was für Kurt. Ich hatte mal die Spiegelverformung in plate.exe eingegeben. Die numerische Ausgabe ich schwierig zu interpretieren und ich war noch nicht ganz zufrieden mit den Rechenergebnissen. Jetzt habe ich die FE-Rechnung weiter verfeinert:



Bild 18


Zitat:Man sieht drei Graphiken. Rechts sieht man die Messpunkte des Spiegels, links im Bild (über zwei Graphiken, damit die Kurven gut sichtbar bleiben) sieht man die Verformung in Mikrometer, die der Spiegel über die jeweilige Zone hat. Wegen der Symmetrie wurde nur ein Hälfte des Spiegels gerechnet. Die Zonen sind farbig dargestellt und korrespondieren mit den Farben in den Graphen links im Bild. Die ideale Kurve wird immer in der Farbe Rot dargestellt. Das erlaubt einen schnellen Vergleich mit den theoretischen Werten.

Zu den Ergebnissen kann auf jeden Fall gesagt werden, daß der Astigmatismus zur Mitte hin stärker ausgeprägt ist als in den äußeren Zonen. Im unteren Graphen liegen die Werte stets über der roten Linie. Dieser Restfehler sieht man im Yolo tatsächlich. Zwar ist da wegen der besseren Verspannung (8 Punkte in 30°) die Abweichung in dem Fall verhältnissmäßig gering, doch auch da gibt es die gleiche Tendenz. Der Flächenanteil wird bei den kleineren Radien auch kleiner, womit dann der Gesamteinfluss der Abweichungen sich eher in den äußeren Zone manifestiert. Es tut also im Falle des Yolos gut, wenn der torische Spiegel reichlich Übermaß hat.

lg.
Kai



Wenn ich das richtig verstanden habe geht Kai von meiner bereits vorgestellten Verspannvorrichtung aus:


Bild 19



Bild 20


Die Kräfte zur Deformation des Spiegels werden an 4 um 90 ° versetzten Punkten am Spiegelumfang von dem Verspannkreuz auf den Spiegel übertragen. Im Sterntest am Himmel und noch deutlicher im Labortest hat sich gezeigt, dass die inta/extrafokalen Beugungsbilder kissenförmig verzeichnet waren. Es war auch nicht möglich vorzeigbare fokale Sterntestbilder zu gewinnen. Ich weiß nicht ob dieser Fehler mit den im obigen Diagramm dargestellten Abweichungen korreliert. Jedenfalls hab ich noch vor Kenntnis des obigen Diagramms die Verspannvorrichtug erfolgreich modifiziert, denn jeder kritische Beobachter hätte nämlich über die etwas missratenen intra/extra Sternbilder gemeckert, obwohl die Abbildungen von Mond und Mars und Venus sehr gut aussahen.

Die nachfolgend abgebildete Modifikation der Verspannvorrichtung besteht nur darin, dass die Kräfte am Umfang auf insgesamt acht anstatt wie vorher auf 4 Punkte aufgeteilt wurden. Das brachte auf Anhieb eine drastische Verbesserung der Startestbilder. Die weißen Pfeile markieren die Übertragungspunkte sowie die Kraftrichtung. zeigen die Kraft Alle hier in diesem Bericht vorgestellten Messungen und Tests sind daher bei Einsatz der mit der modifizierten Verspannvorrrichtung entstanden.


Bild 21


Gruß Kurt

Bearbeitet von: Kurt am: 05.11.2007 13:05:32 Uhr

Timm
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
2674 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  09:37:04 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Timm's Homepage
Hallo Kurt,
da hast du dir richtig viel Mühe gegeben mit deiner Auswertung! So viel, dass ich alles, was bisher über deinen ToKu1 geschrieben wurde noch einmal gelesen und endlich auch verstanden habe.
Das ist ja wirklich spannend!
CS
Timm

48°24'39"N / 8°0'38"O
und
26°52'53"S / 25°01'32"O

carpe noctem
observo ergo sum


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mintaka
Forenmeister im Astrotreff

Deutschland
14796 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  12:33:30 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

ich finde, der ToKu ist ein sehr interessantes Projekt, welches auch von den Messwerten einen sehr überzeugenden Eindruck macht.
Wie stabil ist die Verspannung des Hauptspiegels? Liegen bereits Erfahrungswerte vor, wie oft nachgespannt werden muss?

CS Heinz

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maxosaurus
Meister im Astrotreff

Schweiz
571 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  17:39:59 Uhr  Profil anzeigen  Besuche maxosaurus's Homepage
Hallo Kurt,
super Bericht, wahre Forschungsarbeit.

In der Yolo-Gruppe sind wir der Meinung, dass ein verspannter Spiegel keine genügend genaue Kurve ergibt, deine erste Spannfassung schien das ja zu bestätigen. Scheinbar kann jedoch bei sehr geringen Spannungen mittels einer etwas ausgeklügelteren Spannfassung à la Leonard/Schreckling das Problem so verringert werden, dass es keine praktischen Auswirkungen mehr hat.

Einen Einfluss auf die Spannfassung hast Du noch nicht untersucht, und zwar die Verformung bei horizontaler und dann auch bei vertikaler Lagerung. Den Sterntest am Himmel hast Du bei "horizontaler" Spiegellagerung nahe Zenit oder an Polaris vorgenommen. Dabei sackte der Spiegel wie in Plop berechnet werden kann in sich zusammen. Einen Teil der Deformation kann durch fokussieren ausgeglichen werden, ein Teil nicht.

Im Teststand war der Spiegel vertikal angeordnet, kein durchsacken, keine Verformung aus Eigengewicht. Potato-Chip und Konsorte kann man bei der Grösse und Dicke vergessen.

Ich denke also, dass der SuperToku im Teststand sicher 98 Strehl bringt, am Himmel aber wegen der "mangelhaften" Lagerung des Toroids einige Strehlpunkte verliert. Bei grösseren Optiken ist dann mit Spannfassung schnell mal die Grenze beugungsbegrenzt unterschritten.

Macht einer vielleicht mal eine plop-Berechnung mit 4 Punkten am Spiegelrand?

Grüsse

Max

Willkommen bei den schiefsten Teleskopen Europas!

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Roland
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
3249 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  18:00:30 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

sehr interessanter Beitrag!
Was mich etwas verwundert ist dass der ROC von Andy mit 4168mm angegeben wird, aber bei 150mm F/27,8 eigentlich 8340mm sein müsste. Tofu ist dagegen bei 150mm F/25,3 mit 7600mm ROC angegeben, was nach meiner Rechnung korrekt ist.
Das hat doch sicherlich Auswirkungen auf den Korrekturgrad, oder sehe ich das falsch?

Grüße Roland

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leo
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
1401 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  18:31:13 Uhr  Profil anzeigen  Besuche leo's Homepage
Hallo Kurt,

Hut ab vor Deinen Experimenten.
Mich würden ja nach dem sehr guten Laborsterntest mal die praktischen Ergebnisse am Himmel interessieren.
Auf etwaige Justagestabilitätsprobleme wurde ja schon hingewiesen.
Ich bin bei der praktischen Beobachtung und Fotografie mittlerweile bei einem völlig justierstabilen TAL 200 K hängengeblieben.
Hauptgrund: wenn wirklich mal optimale Bedingungen herrschen (Seeing), dann will ich auch mit einem optimalen Gerät an den Start gehen, ohne mich fragen zu müssen, hast Du vorher die Optik wirklich im bestjustierten Zustand gehabt?
Weiß, das Du Dir diese Frage auch schon gestellt hast, bin aber gespannt auf erste praktische Ergebnisse, gern auch Bilder.

Viele Grüsse Leo


www.astro-aufnahmen.de

Bearbeitet von: leo am: 02.11.2007 18:33:39 Uhr
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Roland
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
3249 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  18:33:13 Uhr  Profil anzeigen
Hab eben mal mit den Toleranzen eines 150mm F/25-28 Spiegels experimentiert:
Die konische Konstante ist eigentlich unerheblich ob -1 oder -10, dat passt immer, die Toleranzen sind einfach traumhaft

Gruß Roland

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maxosaurus
Meister im Astrotreff

Schweiz
571 Beiträge

Erstellt  am: 02.11.2007 :  21:31:32 Uhr  Profil anzeigen  Besuche maxosaurus's Homepage
Hallo Roland,
aus diesem Grund ist es ja so attraktiv Schiefspiegler zu bauen! Die Parabel in ein Yolo-System reinzuhauen braucht nur gerade einige Streicheleinheiten, nicht zu Vergleichen mit f4.2-Parabeln. Dabei kann man wirklich auch mal 50% über oder Unterkorrigieren ohne das dies einen merklichen Einfluss auf die Abbildung hat.

Grüsse Max

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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 03.11.2007 :  12:12:31 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Miteinander,

erst eimmal vielen Dank für die Anerkennung.

(==>)Roland,

Zitat:
Was mich etwas verwundert ist dass der ROC von Andy mit 4168mm angegeben wird, aber bei 150mm F/27,8 eigentlich 8340mm sein müsste. Tofu ist dagegen bei 150mm F/25,3 mit 7600mm ROC angegeben, was nach meiner Rechnung korrekt ist.
Das hat doch sicherlich Auswirkungen auf den Korrekturgrad, oder sehe ich das falsch?


Ganz besonderen Dank für Deine Aufmerksamkeit. Ich hab für ANDY irrtümlich die Brennweite des Systems statt dem Radius eingegeben. Das ensprechende Bild 8 wurde bereits korrigiert.

Zitat:
...Hab eben mal mit den Toleranzen eines 150mm F/25-28 Spiegels experimentiert:
Die konische Konstante ist eigentlich unerheblich ob -1 oder -10, dat passt immer, die Toleranzen sind einfach traumhaft


Das läuft mathematisch etwas anderes als man sich das vorstellt. So lange man als Target CC = 0 vorgibt wird witzigerweise nur die „Best Conic“ vom eingegebenen ROC sowie dem Spiegeldurchmesser abhängig. Alle übrigen Ergebnisse und Darstellungen bleiben zum Glück unverändert! (Das würde auch bei wesentlich größeren Spiegeln und Öffnungsverhältnissen gelten und läuft unter FrimgeXP genau so ab.) Sonst hätte ich nämlich meine gesamte Dokumention un Beurteilung bezüglich ANDY korrigieren müssen.

(==>)Timm
Zitat:
...So viel, dass ich alles, was bisher über deinen ToKu1 geschrieben wurde noch einmal gelesen und endlich auch verstanden habe.
Das ist ja wirklich spannend!


Es freut mich besonders, dass auch Großscherbenexperten das Thema interessant finden.

(==>) Heinz, Leo,
Zitat:
....Wie stabil ist die Verspannung des Hauptspiegels? Liegen bereits Erfahrungswerte vor, wie oft nachgespannt werden muss? ....


Zitat:
....Hauptgrund: wenn wirklich mal optimale Bedingungen herrschen (Seeing), dann will ich auch mit einem optimalen Gerät an den Start gehen, ohne mich fragen zu müssen, hast Du vorher die Optik wirklich im bestjustierten Zustand gehabt?



Bisher bin ich froh, dass die mechanische Verspannvorrichtung überhaupt eine diskussionswürdige Alternative der Deformation ist und sich problemlos einstellen lässt. Für den praktischen Gebrauch wünsche ich mir natürlich auch eine zuverlässig beständige Einstellung der Deformation. Aber das System ist noch zu jung um diese Qualität richtig beurteilen zu können. Auf jeden Fall werde ich mit ToKu1 in der vorgestelten Experimentalausführung bei den nächsten sich bietenden Gelegenheiten Mars, Saturn und Mond fotografieren.

(==>) Max,
Zitat:
...Einen Einfluss auf die Spannfassung hast Du noch nicht untersucht, und zwar die Verformung bei horizontaler und dann auch bei vertikaler Lagerung. Den Sterntest am Himmel hast Du bei "horizontaler" Spiegellagerung nahe Zenit oder an Polaris vorgenommen. Dabei sackte der Spiegel wie in Plop berechnet werden kann in sich zusammen. Einen Teil der Deformation kann durch fokussieren ausgeglichen werden, ein Teil nicht.



Ich hab natürlich an diese Problematik gedacht. Mir scheint dabei, dass das relativ geringe Gewicht des Spiegels noch keine optisch signifikante Änderung der Deformation bei Lageänderungen des Teleskops bringt. Diese müsste ja bei Dreipunktlagerung eines Spiegel dieser Größe (150 mm D, Randdicke 21,4mm) auffallen. Die am Spiegel hängende Verspannvorrichtung wiegt bei mir nur 50 g und ließe sich sogar noch leichter bauen. Es wäre natürlich trotzdem interessant was den „Plop“ zur Dreipunklagerung eines solchen Spiegels sagt. Ich hab aber leider keine praktische Erfahrung mit dem Programm um es auf die schnelle zu demonstrieren.

Ich denke natürlich auch an die Möglichkeit den Spiegel in der Verspannfassung zwecks bleibender Deformation zu polieren. Das würde ich aber lieber mit einen anderen Exemplar durchexerzieren wollen.

Gruß Kurt

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maxosaurus
Meister im Astrotreff

Schweiz
571 Beiträge

Erstellt  am: 03.11.2007 :  22:08:59 Uhr  Profil anzeigen  Besuche maxosaurus's Homepage
Hallo Kurt,
jetzt ist mir ein Licht aufgegangen
Ich dachte, der TOKU sei wie der Schiefspiegler von Ries so gelagert:


Die Spannvorrichtung bildet hier direkt die Spiegelzelle! So wurden meines Wissens bislang alle verspannten Schiefen gebaut. Die Verspannung ist hier gleichzeitig die Lagerung, und eine Lagerung auf 4Punkten am Spiegelrand ist sie ungünstig.

Von deinem Toku habe ich folgendes Bild rausgekramt:
.
Hier sieht man die Kollimierschrauben der Dreipunktlagerung. Du hast das Ding somit auf drei Punkten gelagert, was mit Sicherheit genügend ist für die kleine Scherbe. Die Spannfassung hängt dann halt am Glas. Bei 50 Gramm ist das wiederum für das kleine Glas kaum problematisch, bei grösseren Schiefspieglern wird die Spannfassung schwerer und damit wird's dann langsam zum Problem.

Reizt es Dich nicht, dem Spiegel jetzt eine Toroidform zu verpassen?

Grüsse Max

Willkommen bei den schiefsten Teleskopen Europas!

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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 04.11.2007 :  11:20:56 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Max, hallo liebe "schiefinteressiere" Mitleser,

Zitat:
...Die Spannvorrichtung bildet hier direkt die Spiegelzelle! So wurden meines Wissens bislang alle verspannten Schiefen gebaut.....Die Spannfassung hängt dann halt am Glas. Bei 50 Gramm ist das wiederum für das kleine Glas kaum problematisch, bei grösseren Schiefspieglern wird die Spannfassung schwerer und damit wird's dann langsam zum Problem.


genau das ist es was ich ausprobieren wollte. Nach meiner Einschätzung könnte man wahrscheinlich noch für 8" -
10" Spiegel mit mechanischer Verspannung zwecks Toridisierung arbeiten, ohne dass die Fehler höherer Ordnung praktisch wirksam werden. Meine Ausführung der Mechanik ist ja bereits im zweiten Versuch recht brauchbar gelungen und lässt sich sehr wahrscheinlich noch ohne viel Aufwand optimieren. Das wäre demnach kein Hinderungsgrund für die Anwendung bei Spiegeln so bis ca. 10". Bei diese Spiegelgröße wäre aber sehr wahrscheinlich eine 3- Punktlagerung zu wenig. Eine frei am Spiegl hängende Verspannmechenik kombiniert mit 6-Punkt oder gar 9- Punkt Auflage des Spiegels scheint mir kaum realisierbar zu sein.

Es gibt ja offensichtlich mehrere Wege zum "Glück":

1. die von mir hier praktizierte Verspannung
2. Toridisierung durch Politur unter Verspannung
3. Toridisierung durch spezielle Strichführung und Toolformen.

Diese Methoden kann man prinzipiell wahlweise auf den HS oder den FS anwenden oder auch mischen. Methode Nr. 2 am HS möchte ich selbstverständlich ebenfalls ausprobieren, wie bereits weiter oben erwähnt. Mit Methode NR. 3 kann ich mich bisher überhaupt nicht anfreunden. Vor nicht allzu langer Zeit hab ich allerdings auch über NR.1 so gedacht...Jedenfalls hätte man bei 2. und 3. keinerlei spezielle Lagerungsprobleme des HS.

Ich hab nur noch ein Verständnisproblem zur Toridisierung des FS. Kai und andere haben das bereits praktiziert. Der muss aber bei einen gegebenen System im Vergleich zum HS wesentlich stärker deformiert werden. Wo liegt denn dabei der Vorteil?

Gruß Kurt


Bearbeitet von: Kurt am: 04.11.2007 11:28:19 Uhr
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Guntram
Meister im Astrotreff

Österreich
773 Beiträge

Erstellt  am: 08.11.2007 :  21:38:27 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

Danke für die tiefschürfenden Untersuchungen.
Der Vergleich zwischen anastigmatischem Kutter und Toku ist sehr aufschlussreich.

Ich bin überrascht, wie gut der simple Kutter mithält. Wenn ich das richtig sehe, besteht sein optisches Hauptproblem in der sphärischen Überkorrektur. Ich habe diese Erfahrung auch mit allen meinen schiefen Selbstbauten gemacht. Obwohl laut Design sphärisch unterkorrigiert, hatte ich im Sterntest immer mehr oder weniger deutliche Überkorrektur.
Ich muss aber gleich anfügen, dass die Beobachtung trotzdem immer ein Genuss war.

Ich glaube an den Spiegelzellen des Kutter die mechanische "Handschrift" Anton Kutters zu erkennen. Waren diese Spiegelzellen (und Spiegel) vielleicht einmal in seinem Besitz, oder hat er daran gearbeitet? Ich bin für Hinweise dankbar.
Übrigens, die Optik ist genauso alt wie ich...

Frage zu Bild 13:
Kann der Eintrag 0,935 in der Spalte ANDY in der Zeile Koma stimmen?
Vermutlich sollte dort statt der 3 eine höhere Ziffer stehen. Falls nicht, bitte ich um ein wenig Aufklärung.

Dass eine so simple Verspannfassung so gute Ergebnisse bringt, hat mich überrascht. Die stufenlose Einstellbarkeit der Verspannung sehe ich als großen Vorteil.

Denkt jemand schon an eine 200mm oder 250mm Version?

lg,

Guntram










Newton 160mm f/5,2
Kutter Schiefspiegler 110mm f/26 und 130mm f/25
Tetra-Schiefspiegler 200mm f/12

Bearbeitet von: Guntram am: 08.11.2007 21:43:15 Uhr
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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 09.11.2007 :  13:10:37 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Guntram,

Zitat:
Ich bin überrascht, wie gut der simple Kutter mithält. Wenn ich das richtig sehe, besteht sein optisches Hauptproblem in der sphärischen Überkorrektur.


Vermutlich ist einer der beiden Spiegel nicht richtig sphärisch, denn sonst dürfte bei 150 mm f/27,5 keine Spur von Überkorrektur mehr erkennbar sein. Den HS könnte ich noch separat prüfen. Jedenfalls sind beide ToKu- Spiegel im separaten Intererometertest streng sphärisch mit Strehl 0,998 bzw. 0,996 (nicht dokumentiert, kann aber bei Interesse nachgeholt werden). Das Gesamtsystem liegt dann ebenfalls bei Strehl = 0,998, wenn man nur die sphärische Aberration berücksichtigt ( s. Tabelle Bild 13).
Kutter und Lichtenknecker hatten im Jahre 1967 noch kein Interferometer oder Auswerteprogramme wie RringeXP“, „openFringe“ o. ä. verfügbar. Demnach ist es nicht verwunderlich, dass sie geringe Fertigungsfehler weniger gut erkennen konnten.

Zitat:
Ich habe diese Erfahrung auch mit allen meinen schiefen Selbstbauten gemacht. Obwohl laut Design sphärisch unterkorrigiert, hatte ich im Sterntest immer mehr oder weniger deutliche Überkorrektur.
Ich muss aber gleich anfügen, dass die Beobachtung trotzdem immer ein Genuss war.

Ich kann das auf Grund meiner ersten Erfahrungen mit ToKu1 sowie meinem 180 mm- „Schupmann“ nur bestätigen. KoKu1 war vor der hier vorgestellten Prüforgie auch noch nicht so gut korrigiert. Die Laborprüfung in Autokollimation zeigt nun mal Restfehler wesentlich deutlicher als jeder Test am Himmel.

Zitat:
Frage zu Bild 13:
Kann der Eintrag 0,935 in der Spalte ANDY in der Zeile Koma stimmen?
Vermutlich sollte dort statt der 3 eine höhere Ziffer stehen. Falls nicht, bitte ich um ein wenig Aufklärung.


Ich hab die Dateneingabe nochmals wiederholt. Wenn man ausschließlich alle „Zernikes“ für Koma aktiviert, dann kommt Strehl = 0,935 heraus. Es ist denkbar, dass der systembedingte theoretische Wert für Koma eine noch etwas günstigere Strehlzahl bzw. MTF bringen würde. Das wäre sicher mit Rechenprogrammen wie OSLO zu klären. Das kann ich aber leider nicht.

Falls jemand mit den Daten spielen möchte hier die kompletten Zernike-Listen für die beiden Systeme berechnet nach I- Grammauswertung mit „openFringe“.





Zitat:
Ich glaube an den Spiegelzellen des Kutter die mechanische "Handschrift" Anton Kutters zu erkennen. Waren diese Spiegelzellen (und Spiegel) vielleicht einmal in seinem Besitz, oder hat er daran gearbeitet? Ich bin für Hinweise dankbar.
Übrigens, die Optik ist genauso alt wie ich...


Vielleicht will der Eigentümer Andreas Murner etwas dazu sagen. Sonst frag ich ihn. Er war ja auch so freundlich und hat mir die Veröffentlichung der Messdaten gestattet.

Zitat:
Dass eine so simple Verspannfassung so gute Ergebnisse bringt, hat mich überrascht. Die stufenlose Einstellbarkeit der Verspannung sehe ich als großen Vorteil.


Wahre Worte sprichst Du. Ich hab nämlich gerade meinen „Gast“ ein 150 mm f/12 Herrig- Yolo in der AC- Interferometer - Prüfstrecke liegen. Da bin ich schon den dritten Tag damit beschäftigt das Ding auf opimale Asti- Unterdrückung zu kollimieren. Keine Ahnung wer außer Alois Ortner schon mal so etwas in der Art praktiziert hat. Nach diesen Erfahrungen und den Prüfergebnissen bin ich geneigt auf Versuche mit poliertechnischer Deformation zu verzichten. Anderseits ist die erforderliche Deformation bei einem f/25 ToKu wesentlich geriger als bei einen gleich großen f/12 YOLO.

Zitat:
Denkt jemand schon an eine 200mm oder 250mm Version?


Zufällig liegt bei mir ein Rohling mit 220 mm Durchmesser herum...

Gruß Kurt


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Guntram
Meister im Astrotreff

Österreich
773 Beiträge

Erstellt  am: 10.11.2007 :  18:49:08 Uhr  Profil anzeigen
Hallo miteinander,

Ich habe versucht, einige theoretische Fragen zur Leistung von anastigmatischen Kutter ANDY zu beantworten.

Zitat:
Das wäre sicher mit Rechenprogrammen wie OSLO zu klären. Das kann ich aber leider nicht.


Ich habe vor kurzem die Demoversion von Point Spread von Herrn Busack heruntergeladen.

Dieses exzellente Programm erlaubt auch die Ausgabe von Strehlwerten für schiefe Systeme.
Das Programm kann für interessierte Amateure wirklich empfohlen werden. Ich ziehe es dem gleichfalls kostenlosen OSLO vor.

An dieser Stelle nochmals herzlichen Dank an Herrn Busack für seine Entwicklungsarbeit!

Für ANDY erhalte ich bei 546nm folgende Strehlwerte für ein "perfektes" System:

MTF Orientierung 90°: 0,93
45°: 0,95
0°: 0,96

Für Nachrechner: Die PSF Area wurde vergrössert, (mit der Kachel O+) um mehr Ordnungen erfassen zu können. Dadurch steigt die Genauigkeit. Leider dauert die Berechnung auch länger, da mehr Stützstrahlen berechnet werden müssen.

Das passt auch zu folgendem Ergebnis:

Zitat:
Wäre nur Koma präsent, dann hätte man fast Strehl = 0,94. Asti ist offensichtlich sehr gut, wenn auch nicht mathematisch perfekt kompensiert.




Wenn ich keine Fehler gemacht habe, würden diese Werte dem entsprechen, was vom Entwurf her möglich ist.


Viele Grüße,

Guntram



Newton 160mm f/5,2
Kutter Schiefspiegler 110mm f/26 und 130mm f/25
Tetra-Schiefspiegler 200mm f/12

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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 11.11.2007 :  10:20:42 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Guntram,

Zitat:
...Ich habe vor kurzem die Demoversion von Point Spread von Herrn Busack heruntergeladen...



vielen Dank für den Tipp. Darauf hätte ich auch selber kommen können "PointSpread-Demo" hab ich nämlich bei der Herstellung meines 175 mm "Schupmann" - Medial genutzt. Das hätte ich ohne die Hilfe von H. J. Busak nicht geschafft.

Gruß Kurt


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maxosaurus
Meister im Astrotreff

Schweiz
571 Beiträge

Erstellt  am: 11.11.2007 :  11:51:30 Uhr  Profil anzeigen  Besuche maxosaurus's Homepage
Hallo Kurt,
an der Labormässigen Kollimation von Yolos haben sich schon einigen Leute die Zähne ausgebissen....

Das Problem liegt darin, dass mit dem Kippwinkel sowohl die Koma als auch der Astigmatismus korrigiert wird, vorausgesetzt, dass die Astigmatismuskorrektur in die Spiegel eingeschliffen ist.

Falls der Yolo mit Spannfassung ausgerüstet ist, ergeben sich 2 Unbekannte (Asti und Koma) und 2 Variablen (Kippwinkel und Spannung der Spannfassung). Das lässt sich zumindest theoretisch relativ trivial lösen.

Wenn die Kennwerte der Optik genau ermittelt worden sind und die Aufstellung entsprechend genau ausmessbar ist, sollte die erste Variable, die Koma, automatisch genügend genau korrigiert sein. Ein f12-Yolo erträgt locker 10mm Fehlpositionierung im Tubus, ohne das die Koma über Beugungsbegrenzt anwachsen würde (kann in TCT mittels Variation des Kippwinkels überprüft werden).

Die zweite Variable, der Asti, wird dann je nach Art der Toroisierung folgendermassen eingestellt:

Ein eingeschliffener Astigmatismus wird mittels sehr geringer Winkeländerung der Kippwinkel eingestellt werden ohne dass die Koma störend in Erscheinung tretend sollte. Sind gröbere Korrekturen notwendig, wurde das System falsch vermessen oder falsch gerechnet.

Ein Spannfassungs-Toroid wird einfach entsprechend verspannt bis der Asti verschwindet.

In der Praxis ist's dann leider nicht so einfach wie in der Theorie....

1. Die leiseste Drehung des Toroids aus der Kippaxe bringt erhebliche Astigmatismus ins System. Hier liegt eine Krux, wer kann den schon die Toroidaxen eines eingschliffenen Toroids auf 0.5 Grad genau bestimmen und dann auch auf das Glas aufzeichnen? Bei Spannfassungen muss auf eine penibel genaue Krafteinleitung geachtet werden und die Spannfassung muss genauestens auf die Axen ausgerichtet werden.

2. Die Spiegel hängen vertikal in ihren Fassungen und erhalten so bereits etwas Knickasti und Koma, was die Auswertung verzerrt.

3. Weitere Einflüsse wie Luft und Temperatur erschweren das Labor-Kollimieren zusätzlich.

4. Die Messmittel im Labor sind "zu genau" und zeigen jeden noch so unbedeutenden Fehler der Kollimation beinahe zu genau auf.

Grüsse

Max






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