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 Der synthetische Sterntest ist recht nützlich
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Seite: von 2

Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt am: 29.11.2008 :  12:12:22 Uhr  Profil anzeigen
Einleitung

Jeder Telekopbesitzer kennt wohl den Sterntest am Himmel. Falls noch nicht dann folgendes: Man nehme das Teleskop bestückt mit einem Okular für hohe Vergrößerung und richte es auf einen Stern. Wenn dann das Seeing ausnahmsweise nicht stört und die Optik perfekt ist sieht man etwa folgende Bilder, wie hier mit dem Simulationsprogramm „Aberrator“ synthetisiert:

Bild 1


Fokal heißt, das Okular ist in Kombination mit dem Auge des Beobachters genau auf den Brennpunkt (Fokus) des Objektivs eingestellt. Das ist die Einstellung bei der man üblicherweise beobachtet. Für Testzwecke nutzt man aber auch die intrafokale bzw. extrafokale Einstellung. Hierzu wird das Okular etwas in Richtung Objektiv oder Hauptspiegel verschoben bzw. in die entgegegesetzte Richtung.

So schön lehrbuchmäßig wie im obigem Bild geht das in der Praxis näherungsweise nur dann, wenn man mit monochromatischem Licht arbeitet, weil der Durchmesser der Ringe bzw. des zentralen Beugungsscheibchens mit der Lichtwellenlänge bei sonst unveränderten Bedingungen wächst. Das hat nichts mit dem möglichen Restfarbfehler von Refraktoren oder katadioptischen Teleskopen zu tun. In folgenden wird angenommen, dass der Farbfehler keine nennenswerte Rolle spielt. Das kann man zumindest bei Refraktoren der oberen Preisklasse darf.

Harald Suiter hat in seinen höcht empfehlenswerten Buch
„Star Testing Astronomical Telekopes“ fast ausschließlich synthetische Sterntestbilder zur Darstellung von typischen opt. Fehlern verwendet. Man kann das im gewisssen Maße mit dem bereits genannten Programm „Aberrator“ selber nachvollziehen. Es geht aber auch noch ganz anders und vor allem vielseitiger, wenn man moderne Auswerteprogramme wie z. B. „openFringe“ verwendet. Damit kann man u. a. fast beliebige synthetische Interferogramme mit und ohne opt. Fehler generieren und ebenso an hand von diesen sowie von echten Interferogrammen Sterntests simulieren.

Strehlzahl und Sternabbildung
Die Strehlzahl S ist definiert als das Verhältnis:

tatsächliche Intensität / theoretisch mögliche Untensität im Zentrum des fokalen Beugungsscheibchens.

Bei perfekter Optik ist die Strehlzahl = 1. Alle opt. Fehler mindern dieses Verhältnis.

Die Messung der Strehlzahl erfolgt i. a. nur indirekt, z. B. mittels Interferometer oder Foucault- Schnittweitenmessung. Dabei werden eben nicht alle opt. Fehler erfasst. Prinzipiell sind daher die so ermittelten Strehlzashlen höher als die definitionsgemäß wirksamen.

Die gebräuchlichen Auswerteprogramme basieren meist auf dem Rechensystem nach Zernike mit sog. Zernike Koeffizienten (ach Zrnike Terms oder "Zernikes" genannt ür typische Fehler. Das folgende Bild zeigt die in „openFringe“ installierten „Zernike Terms“

Bild 2


Damit kann man die in Interferogrammen erfassten opt. Fehler schon recht detailliert verarbeiten.

Aber selbst bei perferkter Messung der Strehlzahl hat man keine Information darüber, wie denn optischen Fehler die Lichtverteilung im Bereich der Beugungsringe beeinflussen. Genau das interessiert insbesondere bei der Beobachtung von Doppelsternen. Schon geringe Abweichungen von S = 1 führen zu deutlich sichtbaren oder gar störenden Veränderungen im Erscheinungasbild der Beugungringe. Außerdem, wenn schon ein teurer Refraktor dann soll er auch blitzsaubere Sternbilder zeigen. Mit dem echten Sterntest am Himmel findet man zwar derartige Fehler, aber das kannn insbesondere in unseren Breiten wegen der fast ständig wirksamen Seeing- Störungen dauern, i. A. länger als das Rückgaberecht für das Teleskop. Beigefügte oder sonstwie greifbare Labor- Sterntestbilder sind in den meistem Fällen eher von suboptimale Qualität. Darauf werde ich noch eingehen. Es bleibt also noch der synthetische Sterntest auf Basis vorhandener Interferogramme. Hierzu erst eine kleine was wäre wenn Aufwärmübung ohne echte Interferogramme.

Nehmen wir also den Fall an mehrere Edel- Refraktoren seien lt. ordentlich durchgeführter Interferometermessungen Strehl = 0,96 (oder so ungefähr zumindest) gut. Was wäre wenn der Restfehler jeweils ausschließlich auf sphärische Aberration oder Koma oder Astigmatismus oder Verspannung ect. zurückzuführen wäre?

Sphärische Aberration, Terms „Spherical“ und „7th Spherical“
Openfinge bietet „Spherical“ bis „7th Spherical“ an. Zur anschaulichen Unterscheidung der entsprechenden Wellenfrontbilder

Bild 3

Die Wellenfrontdeformationen scheinen dramatisch unterschiedlich zu sein, so lange man die zugehörigen Skalen nicht beachtet. 0,108 zusammen mit der Farbe purpur (linke Skala gilt für 1. Ordnung) bedeutet, dass die Wellenfront um 0,108 Wellenlängen von null = dunkelbau abweicht. Das wäre hier auch der PtV- Wert. Entsprechendes gilt für die sphärische Aberration 7. Ordnung mit 0,187 Wellenlängen. Das Programm macht per default eine automatische Skalierung. Demnach würde ein völlig bedeutungloser PtV Fehler von nur 1/1000 lambda genau so krass erscheinen wie in den obigen Plots.

Nach dem Einlesen von Interferogrammen werden automatisch alle „Zernikes“ in der obigen Liste berechnet. „Piston“, „Xtilt“ „Ytilt“ und „Defokus“ werden aber nicht aktiviert, weil für die übliche Auswertungsprozedur unnötig. So wie ich das bisher verstanden habe braucht man diese 4 Terme nur für die Darstellung von synthetischen Interferogrammen.

Die aus denselben Zernike Datensätzen berechneten Sterntestbilder und MTF- Kurven sehen so aus:

Bild 4


Bei den beiden fokalen Sternbilddern findet man keinen Unterschied. Sie sehen auch blitzsauber rund und rundherum gleich hell aus. Eine Beeiträchtigung der Doppelstern Auflösung durch geringe sphärische Aberration ist daher nicht zu erwarten. Für eine derartige Abschätzung braucht man nicht unbedingt eine Skala.

MTF steht für ModulationsTranferFunktion womit die Kontrastübertragung ( "Contrast %") des Teleskopobjektivs gemeint ist. „Resolution ArcSec“ (Auflösung Bogensekunden) damit ist der Winkelabstand der Streifen eines hypothetischen Testgitters gemeint. Er bezieht sich auf die hier gewählte Objektivöffnung von 110 mm. Nehmen wir z. B. den Wert 10 Bogesekunden an, dann würde ein ideales Objektiv ca. 85% des Gitterkontrastes in die Gitterabbildung übertragen. Bei dem hypothetischen Objektiv mit sphärischer Aberration 7. Ordnung wäre die Kontrastübertragung ca. 4% geringer. Nach Augenmaß ist diese relativ geringe Kontrastminderung schon die größmögliche Minderung als Folge von sphärischer Aberration 7. Ordnung mit PtV = 0,187 lambda, hier gleichbedeutend mit S = 0,96.

Die gleiche Strehlzahl, aber verursacht von sphärischer Aberration 1. Ordnung wirkt sich tendeziell etwas weniger kontrastminderd aus. Dass überhaupt sphärische Aberration präsent ist erkennt man an den jeweils unterschiedlichen intrafokalen/etrafokalen Sternbildern. Für beide Fälle kann man annehmen, dass das Objektiv nahezu höchstmögliche Kontrastübertragung erreicht, was für die Beobachtung von flächigen Objekten jeder Art sehr wichtig ist.

Astigmatismus Terms „Astig“ und „3rd Astig“

Bild 5


PtV= 0,157 lambda wave Astigmatismus 1. Ordnung (auch Zweischalen- Astigmatismus genannt) bewirkt Strehl = 0,96. Das gleiche tut auch Asti. 3. Ordnung aber bei PtV =0,242 lambda wave.

Bild 6


Man muss sich schon ganz genau das fokale Beugungsbild anschauen um den hier geringen Asti. 1. Ordnung zu erkennen. Der erste Beugunsring erscheint an seinem Innenrand eher quadratisch mit gerundeten Ecken. Die extra/intrafokale Darstellung erscheint dagegen noch als fehlerfrei. Die Minderung der Kontrastübertragung ist fast vernachlässigbar.

Asti 3. Ordnung erkennt man eher an der Licht- und Schärfeverteilung des äußeren Fresnel- Ringes in den extra/intrafokalen Bildern (so etwas und ebenso Asti 2. Ordnung gibt es auch in echt, z. B. bei Schiefspieglern mit torisch deformierten Spiegeln sowie bei größeren Parabolspiegeln). Die negative Wirkung auf die Kontrastübertragung ist deutlich höher als bei Asti 1. Ordnung aber geringer als bei sphärischer Aberration gemäß Bild 4.

Koma, Terms "Coma" und "3rd Coma"

Bild 7

Das Bild verdeutlicht den Unterschied in der Wellenfrontdeformation bessser als jeder Langtext.

Bild 8

Das fokale Bild unter 1. Ordnung zeigt unverkennbar einen nicht vollständig geschlossenen 1. Beugumgsring mit einseitiger Aufhellung. Dies wirkt sich nachteilig auf das Trennvermögen bei eng benachbarten Doppelsternen aus. Unter 3. Ordnung sind nicht rotastionsymmetrische Lichtverteilungen in allen 3 Bildern erkennbar. Die negativere Wirkung auf die MTF ist tendenziell etwas stärker als bei sphärischer Aberration gemäß Bild 4

Dreiecksdeformation, Terms „Trefoil“
Hier hab ich mich auf die Deformation 1. Ordnung beschränkt.

Bild 9


Bild 10


Die Auflösung des 1 und 2. Beugungsringes in jeweils 3 „Lichtbohnen ist unverkennbar. Ich kann mir gut vorstellen, dass so etwas bei der Doppelsternbeobactung stören kann.

Praxisbeispiel 110 mm f/7 APO, (Dreilinser)

Vor einigen Monaten bat mich ein Sterrfeund um Messhilfe zwecks Justierung seines APOs. Das Teleskop zeigte nach seiner Einschätzung Astigmatismus beim Sterntest am Himmel.

Es war kein Problem das Gerät in Autokollimatin vor mein Iinterferometer aufzubauen. Wir einigten uns darauf, dass er für die Justierschrauben am Teleskopobjektiv verantwortlich war und ich nur für die Stellschrauben am Interferometer. (Nach der Justieraktion an meinem ED 5“ f/9 Zweilinser komme ich nicht so schnell in Versuchung an einem Dreilinser herumzuschrauben).

Zur Sicherumg des Befundes wurde 4 Interferograme „openFringe“ verarbeitet.

Das nächste Bild zeigt ein representatives Interferogramm des Refraktors aufgenommen vor der Schraubaktion.

Bild 11


Aus den 4 Interferogrammen kann man z. B. die Wellenfrontdeformation ermitteln.

Bild 12


Wenn man wie hier die Qualität eines gebrauchsfähigen Teleskops ermitteln will ist es nicht zulässig für das Endprotokoll Terms zu „Disable“n (d. h. desaktivieren oder ausknipsen). Refraktorprüfprotokolle wo z. B. „Spherical oder „Coma“ desaktiviert sind darf man mit gutem Gewissen weniger ernst nehmen. Das gilt ebenso für katadioptische Systeme, Cassegrais und Schiefspiegler. Es ist etwas ganz anderes, wenn man einzelne Fehler separat quantifizieren oder darstellen will. Dazu muss man halt alle Terms bis auf die interessierenden desaktivieren. Z. B. wenn ich nur nach Koma frage bleiben nur die Terms „XComa“ und „YComa“ aktiviert. Man bekommt dann die farbige „Höhenkarte“ ähnlich wie oben mit der angepassten Farbskala. Ihr Maximalwert ist der PtV Wert für den ausgewählten Fehler Koma 1. Ordnung. Hier die wesentlichen Ergebnisse einer derartigen Analyse geordnet nach Größe des jeweils zugehörigen PtV in Wellenlängen bezogen auf 550 nm:

alle Fehler zusammen : 0,48
Asti. 1. Ordnung: 0,382
Koma 1. Ordnung: 0,214
nur sphärische Aberration: 0,084 (alle 7 Ordnungen zusammen)

Die weiteren Fehler sind wesentlich geringer, so dass ich auf die Auflistung verzichtet habe. Man darf sie aber nicht aus der Liste für die Endbeurteilung streichen, denn Kleinvieh macht bekanntich auch Mist.

Nun weiß ich immer noch nicht wie sich die erfassten Fehler insgesamt auf die allerwichtigste Kenngröße nämlich auf die Kontrastübertragung und für Refraktorioner kaum weniger interessant auf die fokale Sternabbildung auswirken.

Bild 13


Bereits aus der obigeb PtV liste wurde deutlich, dass Asti und Koma die dominierenden Fehler sind. Das wird auch an der Sternabbildung deutlich. Aber auch S = 0,73 und die stark durchhängende MTF- Kurve zeigen an, dass mit dem Objektiv etwas oberfaul war. Es lohnt nicht die MTF- Kurven für die Einzelfehler darzustellen. Praztisch nützlicher ist eher Minimierung der Hauptfehler.

Nach mehrstündiger Schraub- Messorgie kamen wir zu der Einsicht, dass man hier die Möglichkeit hat Koma echt wegzuschrauben, aber bei Asti war nicht viel zu bewegen. Dazu müsste man die Objektivfassung gegenüber dem Tubus justieren können. Das hatte ich schon vor Beginn der Aktion befürchtet aber es hätte vielleicht sein können, dass man mit den radialen Stellschrauben nicht nur Koma sondern auch auch Asti unter Kontrolle bekommt.

Bei diesen Arbeiten war es äußerst nützlich, dass man den Sterntest auf dem Prüfstand auch direkt visuell durchführen konnte. Um dabei die Details im fokalen Sternbild sehen zu können braucht man neben hoher Vergrößerung einen künstlichen Stern, den das Teleskop als Stern wahrnimmt. Dazu muss sein scheinbarer Durchmesser deutlich kleinert sein als das Beugungsscheibchen D der Abbildung. Beim Test in Autokollimatin gilt die Formel

D = 2,44 x Lichtwellenlänge x Teleskopbrennweite / Objektivdurchmesser.

Für 535 nm und obigem, 110 f/7 wird D= 0,0091mm.

Mit Pinhole 25my ( = 0,025 mm) oder ähnlich sieht man fokal nur ein Scheibchen ohne eine Spur von Beugungringen. Bei fotografischer Dokumentation sieht man damit nur einen praktisch informationlosen Lichtkleks als fokales Sternbild flankiert von extra- intrafokalen Bildern bei denen man alle Mühe hat die Artefakte von echter Information zu trennen.

Der Refraktor wurde also zur Nachbesserung eingeschickt. Vor wenigen Wochen erhielt ich ein Interferogramm auf dessen Basis die „nachher“ Stertestbilder sowie die grüne MTF- Kurve generiert wurden. Unter der Annahme, dass dieses Interferogramm representativ ist und auch wirklich zu dem Teleskop gehört kann man sagen, dass es jetzt fast perfekt ist. Sicher wird uns der Eigentümer nach ensprechenden Tests am Himmel davon berichten.

Weitere Praxisbeispiele mit „openFringe“ unter Nutzung des synthetischen Sterntests siehe unter: http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=71842&SearchTerms=openfringe?)

http://www.astrotreff.de/topic.asp?ARCHIVE=true&TOPIC_ID=63920&SearchTerms=ToKu
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=78371


Gruß Kurt

Bearbeitet von: Kurt am: 30.11.2008 20:00:01 Uhr

orion11
Meister im Astrotreff


761 Beiträge

Erstellt  am: 29.11.2008 :  12:31:17 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,
ein sehr schöner Beitrag von Dir! Besten Dank.

Viele Grüße,
Volker

Bearbeitet von: am:
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wurzelwaerk
Senior im Astrotreff

Deutschland
201 Beiträge

Erstellt  am: 29.11.2008 :  13:13:59 Uhr  Profil anzeigen  Besuche wurzelwaerk's Homepage
Hallo Kurt,
das ist ja eine 1A Lehrvorführung - vielen Dank dafür!
So lernt man sogar an einem grauen Samstag mit geleg. Schneeflocken, an dem ich einfach nur mal schnell so das Forum überfliegen wollte, etwas für die Astronomie.

Wofür mir noch etwas das Verständins fehlt, ist die Einteilung der optischen Fehler in Ordnungen.
Auf der Suche im Web bin ich dabei auf das hier gestoßen:
http://www.augen-hanuschik.de/Augenlaserbehandlung/Aberrationen/Aberrationen.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenfrontanalyse
und finde es recht hilfreich - vielleicht kann es ja noch jemand brauchen.

Gruss und cs Ralf

Bearbeitet von: am:
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KaStern
deaktiviert, auf eigenen Wunsch

Bhutan
2469 Beiträge

Erstellt  am: 29.11.2008 :  15:02:33 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

vielen Dank für diesen erstklassigen Beitrag!
Ich bin begeistert

Viele Grüße, Karsten

Bearbeitet von: am:
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fraxinus
Altmeister im Astrotreff


2895 Beiträge

Erstellt  am: 29.11.2008 :  20:59:08 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

also das ist wirklich erstaunlich und nicht offensichtlich, daß bei gleichem Strehl die MTF unterschiedlich sein kann. Auf die Idee muss man erst einmal kommen, wie immer ein rundum gelungener Beitrag!

Auf der anderen Seite ist es schwierig die höheren Zernikes in Reinform sauber ins Glas zu polieren, die verstecken sich eher in einer welligen, unruhigen Oberfläche.

Viele Grüße
Kai

Bearbeitet von: am:
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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 30.11.2008 :  19:59:11 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Freunde,

vielen Dank für die Blumen!
synth. Stertest und „0penfringe“ bringt nach meinem Gefühl mehr als ich anfangs erwartet habe.

(==>) Volker,
kannt Du bitte bei dem Sternfreund dem das hier behandelte Teleskop gehört nachfragen ob er schon die jüngsten Prüferegebnisse durch Tests am Himmmel bestätigen kann?

(==>)Ralf,
Zitat:
...Wofür mir noch etwas das Verständins fehlt, ist die Einteilung der optischen Fehler in Ordnungen...


Das geht mir ebenso. Es sind wohl primär mathematische Gründe, die man nicht unbedingt verstehen muss. Mir reicht es, dass ich damit praktisch ungehen kann. Hier nur ein anschauliches Beispiel zur Verdeutlichung des Unterschiedes:

Bild 14


(==>)Kai,
Zitat:
...Auf der anderen Seite ist es schwierig die höheren Zernikes in Reinform sauber ins Glas zu polieren, die verstecken sich eher in einer welligen, unruhigen Oberfläche...


Nach meiner Einschätzung betrifft das weniger Refraktoroptik mit ihren sphärischen Flächen als viel mehr Spiegel, Die auch durchweg erheblich größer und meist asphärisch sein müssen.

Du hast mir sozusagen das Stichwort zur nachfolgenden Betrachtung geliefert, nämlich: können alle relevanten opt. Fehler mit dem System nach Zernike hinreichend genau erfasst werden? Dazu hab ich mir dazu ein „openFringe“ Experiment ausgedacht. Das Programm kann ja neben der Zernike- Methode auch mit FFT- Analysis arbeiten.

Also nehmen wir mal an eine Optik liefere eine perfekte Wellenfront mit einem einzigen begrenzten Fehler. So etwas kommte z. B. eine Schliere in einer Linse sein und im Interferogramm etwa so aussehen:

Bild 15


Ein solches (perfektes) Interferogramm lässt sich sehr gut unter FFT Analysis einlesen und verarbeiten. Der Streifenabstand sei mit 1 lambda Wave angenommen. Als Ergebnis kann man z. B. das folgende Bild gewinnen (hier aus 2 „openFringe“ Bildern zusammengestellt).

Bild 16

Man stelle sich den Blick auf die praktisch ebene Wellenfront von schräg unten vor. Dann zeigt sich der Fehler als strukturierte Senke mit ca. 0,4 lambda Maximaltiefe. Diese Höhe lässt sich auch aus der Deformation der Interferogrammstreifen im Bild 14 abschätzen. Der Fehler zieht die Strehlzahl schon um fast 2% herab.

Das selbe Prozede, aber nach konvetioneller Einlesung des Interferogramms Streifen für Streifen und Bearbeitung im Zernike Modus bringt folgendes Ergebnis:

Bild 17

So ganz blind sind die vielen „Zernikes“ zusanmmen zwar nicht aber sie liefern als Ergebnis nur eine Delle (blau) mit ca. 0,04 lambda Maximaltiefe. Derartiges erschüttert die Strehlzahl nicht mehr, liegt aber leider auch drastisch unter der wahren Tiefe. Der Fehler wird hier völlig unterbewertet.

Bild 18

Die synthetischen extra/intrafokalen Sternbilden zeigen recht deutliche Spuren des angenommenen Fehlers. Beim fokalen Bild muss man dagegen schon ganz genau hinschauen. Man erkennt Strukturen im Bereich außerhalb des 1. Beugungsringes. Die MTF Kurve ist geringfügig abgesenkt. Dagegen zeigen sich nach der Zernike Auswertung keinerlei Spuren, weder in den sterntestbildern noch in der PTF. Sie fällt prakisch mit der theoretischen Kurve (schwarz) für die perfekte Optik zusammen.

Das praktische Problem bei der FFT- Analysis liegt in der Erstellung von echten artefaktfreien Interferenzbildern. Ma kann natürlich auch mittels Foucault- und/oder Phasenkontrastverfahren irreguläre Fehler identifizieren, aber es hapert hier bei der Quantifizierung ihrer Wirkung auf die Bilddefinition.

Gruß Kurt

Bearbeitet von: Kurt am: 03.12.2008 08:48:17 Uhr
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fraxinus
Altmeister im Astrotreff


2895 Beiträge

Erstellt  am: 30.11.2008 :  22:56:11 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Zusammen,

Wenn man eine fehlerhafte Oberfläche/Wellenfront in Zernikes aufdröselt, kann man sich das ganze wie eine Reihenentwicklung vorstellen. Da kann man auch die hinteren Terme je nach gewünschter Genauigkeit weglassen. Die Zernike Polynome haben die interessante Eigenschaft, daß sie linear unabhängig sind. Das bedeutet zum Beispiel, das eine reine Abweichung "1.Sperical" (Also alle anderen Terme Null) niemals durch irgendwelche Kombinationen der anderen Terme dargestellt werden kann.
Gleichzeitig entsprechen die ersten Terme den klassischen Bildfehlern, was mathematisch und praktisch schon sehr elegant ist.

Kurt, Dein Beispiel mit der "lokalen Retusche" zeigt sehr schön wie das mit den Zernikes funktioniert. Die scheinen dafür "blind" zu sein, und in der Tat, die haben eine glättende Wirkung. Wenn man aber *alle* Zernikes berücksichtigt, dann ist die kleine Delle garantiert komplett wieder da! In Openfringe kann man das mit "Zernike Smoothing" ausprobieren, mein Rechner läuft da nur Out of Memory wenn es ein paar mehr Terme sein sollen.
Bisher habe ich mich noch nicht mit so kleinen Defekten rumschlagen müssen, ich habe praktisch mit den Termen der niedrigen Ordnung noch genug zu tun (man könnte auch sagen, ich habe Probleme mit der Grobform )
Aber so wie du schreibst, ist es ganz logisch: Nur ein hochauflösendes, sauberes I-Gramm kann die Informationsmenge für kleinste Defekte der Oberfläche enthalten. Wo soll die auch sonst herkommen?

ps. Auf der anderen Seite kann man schon mit sehr laienhaften(*) I-Grammen die niedrigen Terme ziemlich gut bestimmen, und das wären vorallem Asti und 1.Sperical (incl Best Fit Conic), deshalb mag ich das Programm so.

(*) alles was Streifen hat

Viele Grüße
Kai

Bearbeitet von: fraxinus am: 30.11.2008 23:14:40 Uhr
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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 02.12.2008 :  23:41:08 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kai, Liebe Mitleser,

vielen Dank, lieber Kai für Deine Erläuterungen.
Zitat:
...In Openfringe kann man das mit "Zernike Smoothing" ausprobieren, mein Rechner läuft da nur Out of Memory wenn es ein paar mehr Termesein sollen...


Zernike Smoothimg hab ich an dem FFT-Beispiel gemäß Bild 16 auch probiert. Mit „Order 18..."
läuft das bei mir noch problemlos. Das Ergebnis sieht so aus:

Bild 19


Die Senke wird nun erheblich deutlicher aber nicht so strukturiert dargestellt wie nach der FFT- Analyse. Jedenfalls zeigt der Vergleich von Bild 17 mit Bild 19 überzeugend: je mehr "Zernikes", desto deutlicher wird der Fehler abgebildet.

Noch ein ganz anderes Problemchen: Was macht ein armer Spiegelschleifer ohne Interferometer, Planspiegel „openFringe“ o. ä., der seinen Spiegel nach dem Parabolisieren und vor dem Verspiegeln noch mal sicherheitshalber auf Asti prüfen möchte und wenn der Himmel partout keine Chance bietet selbiges am echten Stern zu tun? Dann könnte man auf die Idee kommen den Labor- Sterntest mit künstlichem Stern im Krümmungsmittelpunkt durchzuziehen. Prinzipiell sieht dazu der Testaufbau so aus wie das untere Teilbild zeigt:

Bild 20


Als künstlicher Stern reicht fast immer eine rote Laserdiode ohne Optik. Aber auch ein eigentlich zu großes „Pinhole“ tut es für diesen Test auch, wenn man sich auf das extrafokale Sternbild konzentriert. Dieses würde ja wie allgemein angenommen durch Asti elliptisch erscheinen und dazu noch mit recht kontrastreichen Fresnel- Ringen.

Bild 21


Die beiden oberen Bilder sind von der Art, die mein 16“ Spiegel liefert. Zum Test auf Kringelrundheit hab ich die grünen Kreise eingeblendet. Außer etwas Rauheit kann ich keine nennenwerte Abweichung von der Kreisform feststellen, also ab mit dem Spiegel zur Verspiegelung. Das war vor ca. 5 Jahren bevor ich selber interferometrieren konnte und natürlich auf Grund anderer aber sehr änlicher ROC- Sterntestbilder.

Derselbe Spiegel hat dann später viele eigene Interferometermessungen erlitten. Aus dem jüngsten 6 Interferogrammen hab ich per „openFringe“ ein synthetisches Interferogramm erstellt:

Bild 22


Danach wurden die beiden synthetischen Sterntestbilder in Bild 21 erzeugt. Auch hier zeigt sich so gut wie nix von elliptischer Deformation der Ringe.

Ein vorsichtiger Spiegelschleifer ohne Interferferometer könnte jetzt auf die Idee kommen einen derartigen Spiegel irgendwo (bitte nicht bei mir) testen zu lassen. Wenn der Prüfer ein Menschenfreund ist könnte er etwa folgendes machen:

1.den Labor- Sterntest aus dem Krümmumgsmittelpunkt wie oben beschrieben. Das dieser so gut wie keine Spur von Asti zeigt wird er bei der obligatorischen Interferometermessung alle verfügbaren „Zernikes“ für Asti ausknipsen. Er hat ja bereits per „Auschließungstest“ nachgewiesen dass dieser böse Strehlkiller hier gar nicht anwesend ist. Aber sicher ist sicher

2.Sicherheithalber wir der gute Prüfer auch noch alle verfügbaren Koma- Zernikes und da es sowie so niemand merkt auch die vielen Trefoil-, Terta, überhochorderigen Sphericals usw. nicht auf die Auswertung loslassen. Die können nämlich leider nur strehlschädlich wirken...

3.Das Ergebnis könnte dann so aussehen:

Bild 23*

Strehl 0,983 das ist doch schon was! Wer will da noch meckern? (Ahnlichkeiten mit „echten“ Prüfprotolollen sind eher rein zufällig).

Was aber ist mir passiert? Ich hab selbigen Spiegel vors Interferometer gestellt den ROC Sterntest life und synthetisch erst mal vergessen. Das war leider ein falscher Fehler wie das folgende Bild beweist:

Bild 24*

Die PtV = 0,69 lambda sind offesichtlich überwiegend durch Asti bedingt (Höhendifferenz zwischen blauem und rotem Randbereich) und damit Strehlkiller 1. Ordnung. Wieso aber merkt man derartigen Asti nicht im ROC- Sterntest? ganz einfach, weil dabei die sphärische Aberration mit ca. 2,5 lambda dominiert und den dagegen klein erscheinenden Asti unterdrückt. Erst richtig schwerer Asti wird im ROC- Sterntest deutlich.

Zum Abschuß noch die MTF mit der „Prognose“ für des Sterntest am Himmel

Bild 25


Zum Nachspielen kann man das Interferogramm gemäß Bild 22 benutzen.


Gruß Kurt

PS.: *Bilder wurden wg. Irrtüm bei der Brennnweitenangabe am 3. 12. 08 gegen 11:45 korrigiert. Richtig ist F=1950 mm entsprechend R= 3900mm.





Bearbeitet von: Kurt am: 03.12.2008 11:47:31 Uhr
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Kalle66
Forenmeister im Astrotreff

Deutschland
10197 Beiträge

Erstellt  am: 03.12.2008 :  09:28:11 Uhr  Profil anzeigen
Hi Kurt,
wie hat sich denn der Asti aus Deinem letzten Fall im "richtigen Sterntest" gezeigt?
War er da genauso versteckt?
Weil das wäre für den 'unbedarften' ATM-ler die einzige verbleibende Alternative, bevor es zum Verspiegeln geht...

Gruß

Kalle - Alles wird gut !
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Bearbeitet von: am:
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fraxinus
Altmeister im Astrotreff


2895 Beiträge

Erstellt  am: 03.12.2008 :  18:32:00 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

wird ja immer interessanter!

Jetzt hab ich aber ein paar Fragen.
Kannst Du bitte das I-Gramm zum Spielen noch mal mit mehr Streifen einstellen? Sonst kann man es nicht per FFT Analyse auswerten.

Zum Laborsterntest, mit welchem Programm hast Du die Simulation aus dem ROC hinbekommen?
So wie ich das extrafokale Bild sehe sind die kleinen Kreuzchen in Bildmitte doch vom Spiegelrand, oder? Kreuzchen = Asti. Die Kreise außenrum kommen doch mehr oder weniger von der Spiegelmitte, die interessiert aber nicht weiter. Oder habe ich jetzt einen Denkfehler drin?

Viele Grüße
Kai

Bearbeitet von: am:
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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 03.12.2008 :  20:51:51 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kalle, liebe Mitleser

Zitat:
Hi Kurt,
....wie hat sich denn der Asti aus Deinem letzten Fall im "richtigen Sterntest" gezeigt?
War er da genauso versteckt?...

ehrlicherweise muss ich hier passen, weil ich diesen Spiegel nie einem harten Sterntest am Himmel unterzogen habe. Dazu wäre nämlich auch sehr gutes Seeing, perfekte Kollimartion und Vergr. von mind. 500X erforderlich gewesen. Vielleicht würde man den ausgeprägten Asti auch bei geringerer Vergr. und nur mittelprächtigem Seeing sehen können. Ich hab mich damals eben auf den Labor- Sterntest in ROC verlassen...

Der interferometrisch ermittelte etwas komplexe Asti ist hier garantiert echt und nicht prüfstandsbedingt. Dazu hab ich diesen Spiegel oft genug durch die „Prüfmangel“ gedreht. Siehe auch
http://www.astrotreff.de/topic.asp?ARCHIVE=true&TOPIC_ID=36817&SearchTerms=Foucault

Dort ist der 404 F=1900 das Testobjekt. Schlagt mich bitte nicht weil ich hier bei der Neubearbeitung der I-Gramme mit F= 1950 gerechnet habe.
Zitat:
...Weil das wäre für den 'unbedarften' ATM-ler die einzige verbleibende Alternative, bevor es zum Verspiegeln geht...



Den Gang zu einem psycho- Prüfkünstler scheint wohl niemand als ernst gemeinten Vorschlag verstanden zu haben. Darum jetzt wieder ernsthaft:

So ganz wertlos ist der Labor- Sterntest in ROC doch nicht. Man darf sich nur nicht von der Kringelrundheit der Fresnelringe in Bild 21 einlullen lassen. Wenn man genau hinschaut, dann sieht man in den Zentren aller 4 Beugungsfiguren ein kleines Kreuz (siehe auch denjüngsten Beitrag von Kai). Wie man durch gezielte synthetische Sterntests leicht feststellen kann ist das ein sicheres Zeichen von Asti (zweischalen Asti gleichbedeutend mit 1. Ordnung). Dazu nochmal einige Beispiele mit jeweis handfesten PtV ½ lamda wave Fehler.

Bild 26


Kurz gesagt, wenn man im innern des extrafokalen Beugungsbildes ingendwelche Figürchen oder Strahlen sieht, dann ist etwas faul, wenn gar die Rundheit der Kringel deutlich leidet, dann sogar oberfaul. Wenn man allerdings schon vor der Parabolisierung also bei annähernd sphärischem Spiegel sterntestet dann würden evtl. Fehler schon viel drastischer auffallen.

Ich halte es für ziemlich unwahrscheinlich, dass man einen von obigen Fehlern freien sphärischen Spiegel erst während der Parabolisierung erheblich astigmatisch verunstalten kann. Aber wenn man sicher gehen will, dann man könnte den live ROC-Sterntest drastisch empfindlicher machen indem man die Parabolisierung durch einsetzen einer Kompensationlinse aufhebt. Eine quantitative Beurteiliung der Fehler ohne Interferometie müsste allerdings noch erfunden werden.


(==>)Kai,
Zitat:
...Jetzt hab ich aber ein paar Fragen.
Kannst Du bitte das I-Gramm zum Spielen noch mal mit mehr Streifen einstellen? Sonst kann man es nicht per FFT Analyse auswerten...


kein Problem, man muss nur nach „Simulations and Graphs“> „Simulated Igram“>“Zernikes“>“View Terms“ in der dann zugänglichen Liste „Zernike Terms“ die Terms „XTilt“, „yTilt höher setzen.

Bild 27


Und hier die Liste mit den zugehörigen Terms

Bild 28



Zitat:
....oder? Kreuzchen = Asti.....

So isses! Hab ich bisher bewusst verschwiegen. Siehe auch Bild 26. Das Bild hatte ich unmittebar vor Deinen Posting fertiggestellt[.

Zitat:
...Zum Laborsterntest, mit welchem Programm hast Du die Simulation aus dem ROC hinbekommen?...


... mit „openFringe“ natürlich. Man muss dazu unter „Mirror/Test Parameters „Conic Constant“ 0 setzen statt wie üblich -1 bei Paraboltest unter COC.

Gruß Kurt

Bearbeitet von: Kurt am: 03.12.2008 21:29:47 Uhr
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fraxinus
Altmeister im Astrotreff


2895 Beiträge

Erstellt  am: 03.12.2008 :  22:49:11 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,

Zitat:
... mit „openFringe“ natürlich. Man muss dazu unter „Mirror/Test Parameters „Conic Constant“ 0 setzen statt wie üblich -1 bei Paraboltest unter COC.


besten Dank, die Welt kann doch so einfach sein

Also damit kann man echt etwas anfangen. Ich hatte bei meinem 18" ja ein ähnliches Labor-Sterntest-Bild. Hatte es nicht fotografiert, weiß aber noch sehr genau wie es aussah. Etwas unregelmäßiges Gekreuzel in der Mitte, ein paar Stahlen, und die Beugungsringe passten nicht richtig inneinander. Nämlich ziemlich genau wie diese Simulation aus dem entsprechenden I-Gramm:

Ganz so eirig hab ich das zwar nicht in Erinnerung, aber dazu müsste man das ganze fotografieren und ausmessen.

Es lohnt sich also, mit der Simulation etwas zu spielen um ein Gefühl für die verschiedenen Fehler zu bekommen, die wichtigsten Fälle hast Du ja schon im Bild festgehalten. Für den echten Sterntest habe ich nämlich echt keine Geduld. Mit meinem immer noch unverspiegelten 18" konnte ich vor der Haustür nicht ansatzweise was verwertbares erkennen, aber ein 4" Refraktor zeigt dort auch nur gelegentlich Beugungsringe, und erst auf einen Berg fahren und auf besseres Seeing warten, das ist echt nicht drin!

Zitat:
Ich halte es für ziemlich unwahrscheinlich, dass man einen von obigen Fehlern freien sphärischen Spiegel erst während der Parabolisierung erheblich astigmatisch verunstalten kann.

Das hat mich auch lange beschäftigt, und ich denke jetzt, daß es mit einem kleinen Parabolisier-Tool nur schwer gelingt. Mit anderen Worten, man muss den Spiegel *vor* dem Parabolisieren extrem streng auf Asti prüfen und nicht eher locker lassen bis er raus ist, vorallem der Rand muss "sauber "sein. Da ist ja die Beurteilung noch einfach.

Viele Grüße
Kai

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Kalle66
Forenmeister im Astrotreff

Deutschland
10197 Beiträge

Erstellt  am: 04.12.2008 :  10:53:31 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kurt,
danke für die zusätzlich Aufklärung und die ganze Darstellung. Endlich mal einen Hinweis, wie man auch ohne Interferometer Asti zu Hause erkennen kann.

Ich denke, der Hinweis, dass Tests mit künstlichen Stern im KR (ROC) am Besten am sphärischen Spiegel gemacht werden, damit man frühzeitig Asti erkennt, kann man nicht fett genug hervorheben. Das sollte man viel deutlicher sagen und auch als Argument anführen, einen Spiegel zuerst sphärisch und erst dann parabolisch zu polieren.

Immerhin weiß man dann, ob die Tischunterlage, die Fingerfertigkeit und die Polierschale astifrei arbeiten mit guter Prognose, dass es beim Parabolisieren auch so bleibt.

Ob die Beugungsringe kreisrund sind, müsste sich im Zeitalter der Digitalen Bildverarbeitung durch 90° Drehung und Überlagerung im Foto-Programm leicht feststellen lassen. (Wenn sich ein gedrehtes Negativbild nicht mit dem Orginal deckt, leuchten die Differenzen einfach auf.)

Kalle - Alles wird gut !
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Kurt
Forenautor im Astrotreff

Germany
7060 Beiträge

Erstellt  am: 04.12.2008 :  17:58:12 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Kai, hallo Kalle, liebe Mitleser,
Zitat:
...Das hat mich auch lange beschäftigt, und ich denke jetzt, daß es mit einem kleinen Parabolisier-Tool nur schwer gelingt. Mit anderen Worten, man muss den Spiegel *vor* dem Parabolisieren extrem streng auf Asti prüfen und nicht eher locker lassen bis er raus ist, vorallem der Rand muss "sauber "sein. Da ist ja die Beurteilung noch einfach.

Viele Grüße
Kai

Zitat Kalle:
Zitat:
...Ich denke, der Hinweis, dass Tests mit künstlichen Stern im KR (ROC) am Besten am sphärischen Spiegel gemacht werden, damit man frühzeitig Asti erkennt, kann man nicht fett genug hervorheben. Das sollte man viel deutlicher sagen und auch als Argument anführen, einen Spiegel zuerst sphärisch und erst dann parabolisch zu polieren.

Immerhin weiß man dann, ob die Tischunterlage, die Fingerfertigkeit und die Polierschale astifrei arbeiten mit guter Prognose, dass es beim Parabolisieren auch so bleibt...


das kann ich noch mit etwas mehr Grafik und Sterntest- Deko veranschaulichen. Der ROC Sterntest an einen sphärischen Spiegel zeigt garantiert jeden Fehler gnadenlos. Bei einem parabolisierten Spiegel wird aber vieles einfach zugedrückt, so dass weder Strahlen noch irgendwelche Figürchen im extrafohalen Sternbild deutlich werden. Fokal oder intrafokal sieht man hier onhehin nur mehr oder weniger große Nebelflecke. Ein tückischer Fehler wäre z. B. Asti höherer Ordnung wie bereits im Bild demonstriert. Die Wirkung eines solchen Fehlers auf die Kontrasübertragung ist mehr als deutlich.

Bild 29


Im Labor -Sterntest würde der gleiche Fehler am parabolisiertem Spiegel aber nur im AC- Modus richtig auffallen.

Bild 30

Es ist auch nur ein Gerücht, dass falsche Lagerung während der Polierphase schlimmstenfalls nur Asti 1. Ordnung entstehen lässt. Mein hier vorgesteller 16“ hat z. B. neben weniger auffälligen kleineren Dreicksfehlern o. ä. ca. 1/4 lambda wave Asti 2.Ordnung.

Gruß Kurt

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FHarry
Meister im Astrotreff

Deutschland
928 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2008 :  11:03:09 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Beugungsscheibchenzähler,

die Sache ist für mich grade sehr interessant. Gestern stand ich bei Tage draussen mit meinem 22er provisorisch aufgestellt auf einer sog. Schaltafel. Bei meinen anderen Geräten habe ich so die Stangenlänge perfekt ermitteln können. Einfach auf einen extrem weit entfernten Kirchturm peilen, Hut und Box solange gegeneinander verschieben bis man mit allen Okus in den Fokus kommt usw.

Hat bei meinem 22er aber leider gar nicht funktioniert. Grund war sicherlich, daß selbst der FS noch unbelegt ist.

So, und nun zum Kern der Frage: Normalerweise hat man ja selbst einen künstlichen Stern extrem weit entfernt vom Teleskop aufzustellen. In meinem Falle dürfte es sich bereits um einen 3-stelligen Meter Betrag handeln.

Wie ist das dem zerlegten Laserpointer als Lichtquelle? Ich werde es auf jeden Fall ausprobieren. Trotzdem, selbst wenn es funktioniert den Laserpointer in sagen wir mal nur 8 Metern entfernt aufzustellen... Ich wollte sicherstellen, daß ich keinem Irrtum erliege.

Grüße,
und schönen Sonntag noch,


Harry

Bearbeitet von: am:
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Alois
Altmeister im Astrotreff

Austria
1307 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2008 :  15:29:41 Uhr  Profil anzeigen
Hallo Harry.
Zitat:
Wie ist das dem zerlegten Laserpointer als Lichtquelle? Ich werde es auf jeden Fall ausprobieren. Trotzdem, selbst wenn es funktioniert den Laserpointer in sagen wir mal nur 8 Metern entfernt aufzustellen... Ich wollte sicherstellen, daß ich keinem Irrtum erliege.
Da wirst du Probleme bekommen.
Weil ein Objekt aus 8 m Entfernung einen großen Fokusierweg verursacht
und nicht mehr zum System passt.
Ich nehme an dein 22 Zöller ist f/4 dann hat er 2235 mm Brennweite.
Dann musst du mit dem Okular 623 mm herausfahren damit das Bild scharf wird.
Dabei wird auch der Lichtkegel über den Fangspiegel zu groß und du siehst nicht mehr
den ganzen Hauptspiegel.

Die Formel lautet X*X’= f^2
X ist der Weg zwischen Gegenstandseitigen Fokus bis zum Objekt
X’ ist der Weg vom Bildseitigen Fokus bis zur neuen Bildebene
f ist die Brennweite.

Du kannst damit nur Koma und Astigmatismus kontrollieren.
Der Spiegel zeigt sich als überkorrigiert.
Aber es geht dir vermutlich um den Astigmatismus.
Den kannst du sehen aber nicht im vollen Ausmaß weil nicht der ganze
Hauptspiegel sichtbar ist, außer du hast einen so großen Fangspiegel.

Das soll aber nicht heißen dass du den Versuch nicht machen sollst,
wenn es dich interessiert wie das aussieht , dann soll es dir eine Hilfe sein
um schwieriges Suchen zu ersparen.

Freundliche Grüße
Alois


Bearbeitet von: Alois am: 07.12.2008 15:46:11 Uhr
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