Cassegrain Sekundärspiegel / Herstellung + Prüfung

Hallo Forengemeinde,

an dieser Stelle möchte ich meine Erfahrungen zur Herstellung eines hyperbolisch konvexen Cassegrain Sekundärspiegels dokumentieren. Zur besseren Übersicht werde ich die wesentlichen Schritte in separaten Beiträgen gliedern.
Momentan bin ich am Hyperbolisieren und habe dazu Fragen, die speziell meinen Prüfaufbau und die Auswertung mit openFringe betreffen. Doch dazu später mehr.

Zur Vorgeschichte meines Projektes, ein wechselweise als Newton und Cassegrain betriebenes Teleskop, kann hier nachgelesen werden:
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=168955

Der Hauptspiegel ist bereits fertig und das Teleskop in Newton-Konfiguration ist in Betrieb:
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=192642

Für den Cassegrain Sekundärspiegel gelten folgende Zielwerte:

Krümmungsradius: 704.1mm
Konische Konstante: -2.7
Durchmesser (Ausleuchtung Feldmitte): 64mm
Durchmesser (Ausleuchtung Feldrand): 72mm

Für diesen Krümmungsradius standen mir leihweise zwei Mustergläser (konvex und konkav) aus der optischen Industrie zur Verfügung, leider mit einem etwas zu kleinen Durchmesser. Deshalb habe ich ein eigenes konkaves Probeglas aus dem Schleiftool gefertigt.

Gestartet habe ich mit folgenden Materialien:

Spiegelrohling: Borofloat33, Durchmesser 80mm, Dicke 13mm
Schleiftool und späteres Probeglas: BK7, Durchmesser 88mm, Dicke 13mm
Poliertools: Diverse Glasscheiben aus der Restebox

Der Spiegelrohling hat einen etwas größeren Durchmesser als nötig. Somit kann der problematische Randbereich ignoriert werden. Aus dem gleichen Grund ist das Probeglas wiederum etwas größer als der Spiegel. Der Größenunterschied der beiden Scheiben war im ganzen Schleifprozess unproblematisch.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Leute!

Es beginnt mit dem Schleifen.

Grobschliff K80, 4 Stunden:
Geschliffen wird das Probeglas oben gegen Spiegel unten in der bekannten Weise mit viel seitlichen Versatz. Somit wird das Probeglas konkav und der Spiegel konvex. Mit wenigen hundertstel Millimeter vor Erreichen der nötigen Pfeilhöhe habe ich den Grobschliff beendet.

Feinschliff K180 & K320, 3 & 2 Stunden:
Weiter geht es mit dem Feinschliff, um auf ±0.01mm auf die Zielpfeilhöhe heranzukommen und alle Luftblasen zwischen den beiden Gläsern zu beseitigen. Strichführung je nach Abweichung: 1/3-W MOT oder TOT und Figur-8 MOT.

Glättung WCA 25µm - 3µm, 4 Stunden:
Jetzt ist die Herausforderung, den Krümmungsradius auf maximal ±2mm Abweichung zu erreichen. Das bedeutet, eine Messung der Pfeilhöhe auf 0.002mm genau zu machen. Aufgrund mir unbekannter systematischer Fehler glaubte ich nicht an diese Genauigkeit meines selbst gebauten Sphärometers, obwohl solch ein genaues Ablesen auf der 0.01mm Skala durchaus möglich ist. Hier kommen jetzt die Mustergläser erstmals zum Einsatz: Ich kann somit die Pfeilhöhe relativ zu den Mustergläsern mit der geforderten Genauigkeit auf meine beiden Gläser übertragen. Strichführung ist wieder ähnlich wie beim Feinschliff.

Viele Grüße,
Andreas<u></u>

Hallo Leute!

Polieren zum 1.

Zuerst müssen zwei Poliertools angefertigt werden. Das Schleiftool zu verwenden geht hier nicht, denn dieses soll zum Probeglas werden. Das erste Ziel ist, die beiden Gläser zum selben Krümmungsradius zu polieren. Der Spiegel sollte zudem auspoliert sein.

Nach 2 Stunden Polierzeit war der Spiegel schon weit und gleichmäßig poliert. Der erste Test gegen das konkave Musterglas ergab 2 Ringe Abweichung mit Randauflage, d.h, der Spiegel war etwas zu flach.
Nach ebenfalls 2 Stunden Polierzeit war das Prüfglas in der Mitte schon weit poliert, der Rand aber noch hinterher. Hier ergab der ersten Streifentest gegen das konvexe Musterglas 9 Ringe Abweichung mit Randauflage. Das Glas war also zu stark gekrümmt, was zum hinterher bleibenden Rand passt.

Aufgrund dieses Ergebnisses habe ich mich zuerst auf das Probeglas konzentriert. Es brauchte ganze 6.5 Stunden Polierzeit, um bis auf 1 Ring an das Musterglas heranzukommen. Ich habe diverse Striche versucht, effektiv waren aber nur Striche mit seitlichem Versatz, wie man es beim Grobschliff macht. Es musste der Rand flacher werden, also Glas unten und Poliertool oben. Im unteren Bild Mitte ist beispielhaft ein Test gegen das Musterglas gezeigt.
Gelernt habe ich bei dieser Prozedur: Es braucht ganz schön lange, um über das Polieren den Krümmungsradius auch nur leicht zu ändern. Außerdem ist der Interferenztest anfällig gegen Beschädigung. Hierbei habe ich mir auf dem Probeglas einen mehrere Zentimeter langen Kratzer eingefangen. Zum Glück ist es nur das Probeglas.

Weiter ging es mit dem Polieren des Spiegels. Die Krümmung liegt zwar schon nahe am Musterglas, der Speigel muss aber noch auspoliert werden. Nach insgesamt 8 Stunden Polierzeit war das der Fall und der Spiegel lag innerhalb 1 Ring Abweichung zum Musterglas. Im unteren Bild links ist beispielhaft ein Test gegen das Musterglas gezeigt.
Im Vergleich zum BK7 Probeglas war für das härtere Borofloat der Polierprozess deutlich langsamer.

Bis hierher kumulierte Polierzeit: 18.5 Stunden

Beispielbilder zum Interferenztest:

Bemerkung zum Interferenztest:
Man benutzt häufig für diesen Test eine Spektrallampe (z.B. Natriumdampflampe). Aus Mangel an einer entsprechenden Lampe habe ich den Test unter Tageslicht oder Glühlampenlicht durchgeführt. Die Interfernezmuster sind dann farbig und schwieriger zu deuten, als bei der Verwendung einer monochromatischen Lichtquelle. Allerdings bieten die Farben auch den Vorteil, dass die Richtung zunehmenden Gangunterschieds einfach zu sehen ist. Bei geringem Gangunterschied sind die Farben satt und es treten Gelbtöne auf. Mit zunehmendem Abstand werden die Farben blasser und es gibt nur noch abwechselnd magenta und grün. Zum Zählen nimmt man die magentafarben Ringe oder Streifen.
Für die Interferenz muss wegen der kurzen Kohärenzlänge Glas auf Glas liegen. Oft muss man noch etwas drücken und hin und her schieben um entweder mittige Ringe oder saubere Streifen zu sehen. Das birgt die Gefahr von Kratzern.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Leute!

Polieren zum 2.

Das zweite Ziel ist jetzt, die beiden Gläser sphärisch zu machen und gleichzeitig zum exakt selben Krümmungsradius zu bringen. Ab jetzt wird nur noch Spiegel gegen Probeglas geprüft, die Mustergläser haben ihre Aufgabe erfüllt. Zudem kann das konkave Probeglas qualitativ mit dem Foucaulttester und quantitativ mit dem PDI geprüft werden. Eigenheiten bei der Prüfung sphärischer Flächen und der Auswertung mit openFringe sind hier nachzulesen:

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=215358

Eine nach diesem zweiten Polierschritt verbleibende minimale Abweichung zum Sollradius ist unerheblich. Wichtig ist jetzt die sphärische Form und die genaue Übereinstimmung beider Flächen. Damit wird die Voraussetzung zur späteren Hyperbolisierung des Spiegels geschaffen.

Das Polieren geschieht jetzt im öfterem Wechsel von Spiegel zu Probeglas. Das Ganze war ein iterativer Prozess von Krümmungsradien gleich ziehen, Probeglas sphärisch machen und Spiegel sphärisch nachziehen. Hier waren die bisherigen Erfahrungen zur Strichführung sehr hilfreich. Ich habe fast immer mit Poliertool oben gearbeitet und eine Vielfalt von Strichen angewendet. Am Ende war es mehr ein Retouchieren des Spiegels, zum Teil mit Ringtool. Eine detaillierte Auflistung würde hier den Rahmen sprengen. Die Polierzeit betrug für das Probeglas 5 Stunden und für den Spiegel stolze 13.5 Stunden

Ab diesem Stadium war es für die Prüfung besser, Streifen statt Ringe einzustellen. Dies konnte mit ewas Druck oder Anheben auf einer Seite realisiert werden. Im Bild aus vorigem Beitrag ist rechts eine Prüfung Spiegel auf Probeglas gezeigt.
Zudem wurde das Probeglas zwischendurch immer wieder mit dem PDI geprüft. Am Ende habe ich jetzt ein Probeglas, das über einen Durchmesser entsprechend der Spiegelgröße einen wavefront Fehler von lambda/10 ptv und lambda/60 rms ergibt, mal abgesehen von der kleinen Furche aufgrund des Kratzers.

Bis hierher kumulierte Polierzeit: 37 Stunden

Viele Grüße,
Andreas

Hallo allerseits!

Prüfung der konvexen Fläche:

Jetzt wird es spannend, ich möchte ein Fizeau-Interferometer in Eigenbau vorstellen, womit ich Interferogramme der konvexen Fläche aufnehmen und quantitativ mit openFringe auswerten kann. Ich bitte hier um Anregungen oder Richtigstellung, falls das so nicht funktionieren kann.

Ausgangslage war das vorhandene PDI und das Fehlen einer Spektrallampe. Die Idee: Warum nicht die Laserdiode nutzen für eine monochromatische und ausreichend kohärente Beleuchtung für den Streifentest. Das Streifenmuster könnte ich fotografieren und mit openFringe auswerten.

Ich habe am PDI-Aufbau vor der Laserdiode ein Prisma angebracht, um den Strahl von horizontal auf vertikal umzulenken. Den PDI-Aufbau brauche ich somit nicht zerlegen. Die Apparatur steht an einer Tischkante und beleuchtet von oben Spiegel und Probeglas, die stabil und sicher auf dem Boden liegen können.
So weit, so gut! Es gab nur ein Problem: Wegen Schmutz oder Beschädigung am Laserkristall sehe ich schon Interferenzmuster in der Ausleuchtung selbst. Ich habe es nicht geschafft, den Laser sauber zu bekommen. Diese Störungen sind so stark, dass die eigentliche Interferenz Spiegel zu Probeglas nicht auswertbar ist. Beim Versuch durch eine Streuscheibe die Ausleuchtung strukturfrei zu bekommen, habe ich durch Zufall ein wunderbares in der Luft stehendes Interferogramm aufgefangen. Ein wenig improvisiert und ich habe folgenden Aufbau:

Am Boden liegt das Probeglas mit aufliegendem Spiegel. Die Laserdiode steht im Krümmungsmittelpunkt, ebenso die Mattscheibe. Man sieht einen hellen Punkt im Mittelpunkt des Interferogramms. Das ist das Bild der Laserdiode, abgebildet durch den nicht vom Spiegel verdeckten Rand des Probeglases. Das Interferogramm lässt sich gut von oben fotografieren.
Der Aufbau ist vom Prinzip ein Fizeau-Interferometer, wie auch die professionellen Geräte, z.B. von Zygo. Anstatt der Fizeaufläche des Kondensors erzeugt hier das Probeglas die Referenzwelle. Wegen der besseren Kohärenz können zum Schutz zwischen Probeglas und Prüfling Folien- oder Papierstücke gelegt werden. Noch die Kamera auf ein Stativ gepackt und alles in Position gebracht, kann ich das Interferogramm sehr gut fotografieren.

Hier ist als Beispiel die Endprüfung mit fertig sphärisch poliertem Spiegel:

Man sieht noch einen Randabfall, der nicht zu beseitigen war. Das ist aber nicht nötig, da der Spiegel etwas Übergröße hat. In der Mitte ist noch eine minimale Erhöhung übrig. Zudem erkennt man unten im 2. Streifen eine Unregelmäßigkeit, die vom Kratzer im Probeglas stammt. Für die Auswertung kann diese Stelle übergangen werden.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Michael,

ich verstehe selbst nicht genau, wie das Interferogramm auf der Mattscheibe entsteht. Die Position der Mattscheibe ist nicht entscheidend. Gehe ich näher an den Spiegel ran, wird das Interferogramm kleiner, gehe ich weiter weg, wird es größer. In meinem Aufbau ist das Interferogramm etwa 70mm groß und damit etwas kleiner als der Spiegel. Im Foto kommt das wegen der Perspektive nicht deutlich rüber. Spiegel und Probeglas liegen etwa 70cm unter der Mattscheibe.

Die Rückseite des Spiegels ist plan. Der Spiegel ist in Transmission eine Linse mit etwa 1500mm Brennweite. Drehe ich die Anordnung um, also Spiegel unten und Prüfglas oben, dann kann ich kein Interferogramm mehr sehen. Die Wölbung der Fläche zeigt dann auch nach unten.

Wenn ich mit der Diode im Krümmungsmittelpunkt messen möchte, müsste diese eigentlich 470mm über der Spiegelfläche sein. Denn die ursprünglichen 704mm werden durch die Spiegelrückseite noch verkürzt abgebildet. Auch das habe ich ausprobiert, es ändert aber nichts Wesentliches am Interferogramm.

Vielleicht hat irgendjemand eine Idee, wie das Interferogramm zustande kommt?

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Michael,

Was meinst du genau mit Aufweitung? Das Interferogramm ist kleiner als die interferierenden Flächen. Gehe ich näher ran wird das Interferogramm sehr klein. Ich müsste das noch genauer untersuchen, vor allem, wo das Interferogramm zum Punkt wird.

Die Interferenz entsteht zwischen der Referenz- und Prüffläche in der Pupille des Abbildungsstrahlengangs mit der Diode als Objekt. Das aufgefangene Interferogramm muss über die Pupillenabbildung entstehen, also die Abbildung mit der Prüffläche als Objekt. Diese Abbildung muss dann über die plane Rückseite sein. Das ergibt aber nur ein virtuelles Bild noch innerhalb des Glases. Allerdings liegt jetzt die Austrittspupille für diese Abbildung oberhalb des Spiegels. Möglicherweise definiere ich mit der Position der Mattscheibe genau die Lage der Austrittspupille. Wenn ich vom Spiegel weiter weg gehe wird diese auch größer.
Das ist alles schon verwirrend, mit dem Wechsel von Feld- zu Pupillenstrahlengang.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Martin,

es freut mich, dass mein Projekt Anklang findet. Für mich ist hier auch der Weg das Ziel und ich wollte etwas weiter als zum Standard-Dobson gehen.

Wie du schon sagst, wird es jetzt spannend. Du hast schon einen wichtigen Punkt angesprochen, gerade mit dem Prüfstand-Astigmatismus muss ich mich noch genauer beschäftigen.

Ich werde dir später ausführlicher antworten, zeitlich ist es gerade etwas knapp.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Michael,

du hast mich auf die richtige Fährte gebracht. Wäre die Rückseite konzentrisch zur Vorderseite, dann wäre mit Diode im gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt, gleichzeitig das Interferogramm und die Reflexion vom überstehenden Rand zum Punkt fokussiert.

Ich habe für den Aufbau des Interferometers zwei Spezialfälle untersucht. Die Prüffläche und Referenzfläche liegen praktisch ohne Abstand aufeinander und können als ein und dieselbe Fläche betrachtet werden.

Aufbau 1)
Diode im Krümmungsmittelpunkt, bei mir 704mm über der Prüffläche:
Der überstehende Bereich des Prüfglases ergibt logischerweise einen Fokus bei 704mm. Durch die Spiegelrückseite abgebildet liegt der Fokus nach Rechnung 366mm über der Prüffläche. Bringe ich die Mattscheibe auf diesen Abstand heran, zieht sich das Interferogramm auf einen Punkt zusammen. Gehe ich noch näher heran wird es wieder größer.

Aufbau 2)
Diode im optischen Krümmungsmittelpunkt, nach Rechnung 481mm über der Prüffläche:
Das bedeutet, bei diesem Abstand werden die Strahlen an der Rückseite gerade so gebrochen, dass sie senkrecht auf die Prüffläche treffen und somit in sich zurück laufen. Mit der Mattscheibe an dieser Position sehe ich tatsächlich kein Interferogramm, sondern nur den Fokuspunkt. Der überstehende Bereich des Prüfglases fokussiert erst 1300mm über der Prüffläche.

Ich halte den 2. Aufbau für besser geeignet. Zum Einen stehen die Strahlen senkrecht auf Prüf- und Referenzfläche. Zum Anderen liegt der Fokuspunkt des Interferogramms nahe am Umlenkprisma. Somit ist es möglich, den Rückstrahl mit wenig seitlichem Versatz knapp am Prisma vorbei zu führen. Die Mattscheibe steht dann weiter oben quasi über dem Prisma. Je höher ich mit der Mattscheibe gehe desto größer wird das Interferogramm. Der ringförmige Reflex des überstehenden Prüfglasrandes läuft aber irgendwann das Interferogramm hinein. Wenn ich dazu komme, werde ich Interferogramme mit beiden Aufbauvarianten aufnehmen und vergleichen.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Martin,

für den Beobachtungskomfort ist es sehr reizvoll, ein Teleskop ab 500mm Spiegelgröße als Cassegrain mit Nasmyth-Fokus auszulegen. Ich muss immer an die Zeichnung denken, wie James Nasmyth bequem an einem 20-Zöller sitzt:

http://www.wikiwand.com/de/Nasmyth-Teleskop

In der Tat ist der Newton mit nur einer abbildenden Fläche ein vergleichsweise einfaches optisches System. Bei einem Zweispiegelsystem hängen alle Größen wie Krümmungsradien, konische Konstanten, Spiegelabstand, Backfokus, Brennweite miteinander zusammen.
Wenn du den Hauptspiegel schon hast, kannst du die anderen Größen daran anpassen. Und wenn dann der Krümmungsradius des Sekundärspiegels vom Idealwert abweicht, kann das durch den Spiegelabstand kompensiert werden. Man muss dann aber einen anderen Backfokus in Kauf nehmen. Wird der Fokus nach hinten raus gelegt, hat man dann möglicherweise ein Problem. Bei einem Nasmyth-Fokus kann man aber einfach die Ausspiegelung verlagern und so den Fokus über Tubus legen wie gewünscht.

Die Mustergläser waren hilfreich, aber nicht essentiell notwendig. Mir haben sie mehr beim Schleifen als beim Polieren geholfen, um den Radius mittels Sphärometer auf die noch nicht spiegelnde Fläche zu übertragen. Ansonsten müsste man anpolieren, mit dem Foucaulttest messen, evtl. nachschleifen, wieder anpolieren, usw.. Den Radius noch mehrere mm mit Polieren zu ändern halte ich für aufwändig. In meinem Fall habe ich für 8 Ringe (etwa 1.5mm Radienänderung) schon über 6 Stunden poliert.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Martin,

ich habe mir Gedanken gemacht zum Prüfstand-Astigmatismus. Da ich zwischendurch anderweitig beschäftigt war, musste das Cassegrain-Projekt etwas warten.

Wegen des seitlichen Versatzes sieht man den Feld-Astigmatismus der optischen Abbildung. Das habe ich schon bei der Prüfung des konvexen Probeglases mit dem PDI gesehen.

Beim PDI hat man folgende Situation: Die Prüfwellenfront entsteht am Ort der Prüffläche selbst und läuft dann auf den Fokus zu. Um das messtechnisch zu erfassen braucht es einen gewissen seitlichen Versatz, man hat somit eine offaxis Abbildung. Die Referenzwellenfront entsteht aber am Pinhole direkt in Fokusnähe und man hat hier eine onaxis Wellenfront.

Bei meinem Aufbau ist es aber so, dass Prüf- und Referenzwellenfront am selben Ort entstehen. Der Feld-Astigmatismus ist also in beiden Wellenfronten gleichermaßen enthalten. Er wird somit nicht mitgemessen.

Dennoch habe ich meinen Aufbau modifiziert und das Umlenkprisma durch einen Strahlteilerwürfel ersetzt. So kann ich wirklich onaxis messen.

Die Laserdiode in der Aluplatte leuchtet waagrecht und der Strahlteiler lenkt das in die Senkrechte um. Die Hälfte der Intensität geht natürlich waagrecht durch den Strahlteiler und ist damit verloren.
Am Boden liegt das Prüfglas und aufliegend der Spiegel. Der reflektierte Strahl, der das Interferogramm enthält, geht zum Teil wieder zurück zur Diode und zum Teil auf die Mattscheibe. Der Anteil, der zur Diode geht ist zwar verloren, aber sehr hilfreich bei der Einrichtung des gesamten Aufbaus. Man muss nur den Fokus in die Diode legen und ist damit automatisch onaxis und im optischen Krümmungsmittelpunkt.

Da hier Prüf- und Referenzwellenfront gleichermaßen durch den Strahlteiler laufen, ist die optische Qualität des Strahlteilers von untergeordneter Bedeutung. (Bei einem ähnlichen Aufbau mit PDI bräuchte es einen ausgezeichneten Strahlteiler, da hier nur die Prüfwellenfornt durch den Teiler gehen würde).

Dieses Foto zeigt den Aufbau von schräg oben. Um eine große Schärfentiefe zu erreichen wurde stark abgeblendet, was hier im Foto zu einem starken Speckle-Muster führt.

Auf der Mattscheibe sieht man das Interferogramm des Spiegels mit bereits begonnener Hyperbolisierung.
Der Kreis ringsherum ist die Reflexion vom überstehenden Teil des Prüfglases.
Über die ganze Mattscheibe verteilt ist ein weiteres schwaches Interferogramm sichtbar. Hier interferieren zwei Seiten des Strahlteilerwürfels, die von der Diode abgewandte und dem Spiegel zugewandte Seite. Man sieht, dass für diesen Würfel diese Seiten nicht exakt plan-parallel sind. Bei der Auswertung sollte dieses überlagerte schwache Interferogramm nicht stören.

Der nächste Schritt wird jetzt sein, dass ich mich mit der Auswertung der Ineterferogramme mit openFringe beschäftige.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Leute,

ich muss eine Aussage aus dem letzten Post korrigieren: Das durch den Strahlteiler erzeugte überlagerte Interferogramm ist doch störend. In diesem Sinne ist die optische Qualität des Strahlteilerwürfels doch wichtig.
Bei schrägem Blick fällt es kaum auf, nicht aber wenn man senkrecht von oben fotografiert. Es ist schwierig eine Belichtung zu finden, die Spiegelmitte ist entweder überbelichtet, oder der Rand unterbelichtet.

Mehrere Versuche mit Klebestreifen, Schmieröl oder Pasten, die Würfel-Rückseite zu "entspiegeln", waren nur mäßig erfolgreich. Also habe ich zur radikalen Methode gegriffen und die Rückseite matt geschliffen. Ein zusätzliches Schwärzen war nicht nötig. Zudem habe ich mit einer kleinen Pappblende, die direkt auf dem Teilerwürfel liegt, restliches Untergrundlicht ausgeblendet.

Jetzt kann ich mich hoffentlich dem Siegel selbst widmen ...

Viele Grüße,
Andreas

Hallo!

Das Hyperbolisieren:

Im Gegensatz zum Parabolisieren des Hauptspiegels ist hier die Vorgehensweise anders. Das liegt vor allem daran, dass man es mit einem konvexen Spiegel zu tun.
Ausgangspunkt ist eine sphärische Fläche. Um diese zur Hyperbel zu machen, muss in der 70% Zone der maximale Abtrag stattfinden, während Mitte und Rand unberührt bleiben. Hierzu kann man ein Ringtool verwenden. Ich benutze momentan zwei Ringtools mit unterschiedlichen Durchmessern (innen/außen: 32/60 und 45/65). Das kleinere Tool ist neu gemacht, das größere Tool ist durch Einpressen des Pechs aus dem Poliertool entstanden.

Doch zuerst etwas Theorie:

Es gibt Formeln, mit denen man die Abweichung der 70% Zone gegenüber der Sphäre berechnen kann. In meinem Fall ergibt sich 0.41µm, wenn ich 72mm Spiegeldurchmesser zugrunde lege.
Für 550nm (Tageslicht) ergibt sich daraus 0.75 lambda oder 1.5 Streifen. Für den schnellen visuellen Streifentest weiß ich somit, wo ich grob hin muss. Das sollte für die ersten Poliersitzungen reichen. Erst dann lohnt sich die Vermessung mit dem Interferometer.

Mit diesem Vorwissen habe ich begonnen zu Hyperbolisieren. Momentan stecken 2.5 Stunden drin, 2/3 davon mit dem kleinen, 1/3 mit dem großen Ringtool. Immer TOT mit sehr wenig Druck.
Zu Anfang 1.75 Stunden mit dem kleinen Ringtool:
Zentral über dem Spiegel mit geraden, elliptischen und kreisenden Figuren. Strichlängen verschieden, aber maximal so, dass der Innenrand des Tools nicht über die Spiegelmitte hinaus läuft. Ergebnis: 0.75 Streifen Durchbiegung, Maximum bei 60% Zone.
Später 0.75 Stunden mit dem großen Ringtool:
Sehr kurze gerade bis leichte W-Striche. Ergebnis: 1.25 Streifen Durchbiegung, Maximum bei 65% Zone.

Jetzt ist es an der Zeit auf das Interferometer zu gehen. Wie in den letzten Beiträgen zu sehen ist, hat der Aufbau einige Zeit benötigt. Aber ich kann jetzt auswertbare Interferogramme aufnehmen. Das ist jetzt der aktuelle Stand:

Viele Grüße,
Andreas

Hallo,

das obige Interferogramm habe ich in openFringe nach der Methode Streifen nachzeichnen ausgewertet. Es gibt die ersten Ergebnisse, Erkenntnisse und Fragen. Doch zuerst prinzipielle Überlegungen zur Durchführung und Interpretation der Auswertung.

Qualitative Form der Spiegeloberfläche:
Zuallererst habe ich das Streifenmuster visuell überprüft. Durch Kippen des Spiegels und Beobachten der Laufrichtung und Dichte der Streifen erhält man eine qualitative Aussage über die Spiegeloberfläche. Somit habe ich mich überzeugt, dass tatsächlich in der Mitte ein Berg, in der mittleren Zone eine Rille und außen wieder eine Erhöhung vorhanden ist. Ganz am äußerten Rand ist noch der ursprüngliche Randabfall vom Polieren der Sphäre zu sehen. Dieses Vorwissen ist sehr hilfreich für die spätere Auswertung.

Spiegeldurchmesser für die Auswertung:
Die Spiegelfläche hat mit 78mm Durchmesser etwas Übergröße. Optisch benötigt werden später für das maximale Feld 72mm, für die Bildmitte sogar nur 64mm (Für alle Feldwinkel hat man zwar ein Strahlenbüschel mit 64mm Durchmesser, dieses wandert aber mit zunehmendem Feldwinkel aus der Spiegelmitte heraus. Der Sekundärspiegel ist eben nicht mehr Pupille, wie der Hauptspiegel).
Für die Auswertung in openFringe lege ich die Ellipse um das gesamte Interferogramm, zeichne erst einmal die Streifen nach und speichere die Daten. Vor der Berechnung der Zernikes verkleinere ich die Ellipse dann auf den entsprechenden Wert. Wichtig ist, dass der Durchmesser bei den Spiegel-Testparametern mit angepasst wird, denn daraus berechnet sich die "artificial null".

Zählrichtung der Streifen:
Wie beim Hauptspiegel kann man das durch Ausprobieren machen. Die konische Konstante muss negativ werden.

Die Auswertung für 64mm Durchmesser zeigt schon eine recht gute Fläche:

Die Auswertung für 72mm Durchmesser liefert aber eine noch zu geringe konische Konstante und eine große Abweichung im Randbereich:

Wie ist das Ergebnis zu interpretieren? Im unteren Bild würde man naiverweise sagen, außen ist eine Rille und ganz außen ein hochstehender Rand. Es ist aber gerade das Gegenteil der Fall.
Deutlich wurde mir dieser Sachverhalt, als ich das Interferogramm der noch sphärischen Fläche (gerade Streifen) auswertet habe, aber mit den Parametern der Hyperbel (konischen Konstante -2.7). Dann sieht es so aus, als müsste man Mitte und Rand abtragen. In Wirklichkeit ist es aber umgekehrt.
Mir ist auch der Grund klar geworden, warum das so ist. Mit der vorliegenden Prüfanordnung sehe ich von hinten auf die Spiegelfläche, also von der Glasseite her. Demnach ist das von openFringe gezeigte Oberflächenprofil so zu interpretieren, dass sich das Glas oberhalb und die Luft unterhalb der Kurve befindet. Somit wird die Sache stimmig.

Das weitere Vorgehen wird sein, hauptsächlich den Berg bei 60mm Durchmesser, aber auch den gesamten Innenbereich weiter abzutragen.

Ich hoffe meine Überlegungen sind richtig. Das Ganze hat doch einiges Hirnschmalz gefordert. Bitte nochmals kritisch durchlesen und falls nötig richtig stellen.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Michael,

danke für dein Angebot zur Vermessung des Spiegels. Aber es ist gar nicht nötig, denn ich habe selbst Zugang zu einem Zygo. Daran habe ich nicht mehr gedacht, obwohl ich schon vor einiger Zeit den noch sphärischen Spiegel damit gemessen habe.

Das Problem, dass man den gesamten Durchmesser mit den erhältlichen 4"-Transmissions-Sphären nicht messen kann, habe ich damals schon erkannt und deshalb diese Möglichkeit schon abgehakt. Mit der f/11 Transmissions-Sphäre sehe ich etwas mehr als 60mm Durchmesser, mit der f/7.1 Transmissions-Sphäre kann ich nur Krümmungsradien kleiner 680mm messen.

Wenn das Zygo zwischendurch frei ist, werde ich meinen Spiegel messen. Die inneren 60mm reichen allemal für eine Gegenprobe zu meinem eigenen Aufbau.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo Michael,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ja, die 704mm sind ziemlich unglücklich gewählt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Im Nachhinein ja, an die Verfügbarkeit einer passenden TS habe ich anfangs nicht gedacht.

Dass du noch eine f/7.3 TS auf Lager hast ist gut. Vielleicht können wir etwas arrangieren für eine Abschlussmessung, bevor der Spiegel zum Beschichten geht.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo,

ich habe eine Gegenprobe an einem Zygo-Interferometer machen können. Es ergeben sich zwei Nachteile mit den mir zur Verfügung stehenden Mitteln:
Nachteil 1: Von der Spiegelfläche sehe ich nur einen Ausschnitt von 66mm Durchmesser. Immerhin umfasst das den kompletten Bereich für die Bildmitte.
Nachteil 2: Für die Analyse mit der MetroPro Software habe ich keine Applikation für Kegelschnitt-Asphären, also kein Abzug der "künstlichen Null".

Hier ist die Analyse der Zygomessung (leider nur in schlechter Auflösung darstellbar):
Die Referenzfläche ist sphärisch. Die Angaben in waves beziehen sich hier auf die Spiegeloberfläche, PTV etwa 0.5 lambda.
Wie erwartet ist in der Mitte ein Berg, dann eine Rille und außen der hochstehende Rand.

Dazu im Vergleich von meinem eigenen Interferogramm die Auswertung in openFringe:
Die Referenzfläche habe ich sphärisch gesetzt (conic=0). Die Angaben in waves beziehen sich hier auf den Wellenfrontfehler, PTV etwa 1 lambda.
Man sieht genau die inverse Darstellung, weil ich von hinten auf die Fläche sehe.

Man kann in openFringe die Darstellung invertieren, indem man die Streifenzählung invertiert.
Als Nebeneffekt erhält man eine konische Konstante mit falschem Vorzeichen, aber betragsmäßig richtig.

Soviel zum ersten Vergleich. Das ist schon mal stimmig.

Viele Grüße,
Andreas

Hallo,

weiter geht es mit einem zweiten Vergleich der Interferometer. Jetzt will ich gegen eine Referenzhyperbel auswerten.

In openFringe kann ich einfach die konische Konstante vorgeben.
Das liefert folgendes Ergebnis:

Bei der MetroPro Software habe ich diese Möglichkeit nicht. Um das zu umgehen, habe ich den sphärischen Term (SA3) deaktiviert. Ich subtrahiere somit die "künstliche Null". Das ist insofern legitim, da mir die Auswertung in openFringe bereits eine konische Konstante nahe -2.7 liefert, als auch einen kleinen sphärischen Term.

Bis auf die Koma bei meinem Aufbau, sind die Ergebnisse konsistent. Man sieht wieder die Invertierung der Profile und die PTV-Werte passen.

Bei der zusätzlichen Koma ist mir nicht klar, woher diese kommt. Ist vielleicht die beste angepasste Hyperbel nicht zentrisch? Wenn ich die Auswerteellipse 1mm aus dem Zentrum schiebe ist die Koma nahezu weg.

Viele Grüße,
Andreas