Was man mit Startest im Labor so anstellen kann

  • Im 10. Laborbericht von Wolfgang Rohr wird die Auswirkung der Turbo-Folie bei 4- fachem Strahldurchgang
    überdeutlich. Wie sieht es denn aus, wenn man teleskopgerecht das Licht nur 1x, also wie bei einem Solarfilter üblich durchstrahlt? Nach meiner Auffassung ist dazu der Star- Test im Labor sehr gut geeignet.
    Der prinzipielle Aufbau gemäß Skizze ist leicht nachzustellen.


    <img src="http://www.astrotreff.de/members/Kurt/20020911/testaufbaufolie.jpg" border=0>
    im Abstand Krümmungsradius = 3000 mm sitzt das 12,5 mm mm Oku mit 2x Barlow davor. Das macht 480x Vergr. mit einem 3000/70 = f/42,8- Teleskop. Dann spielt der Korrekturzustand des Parabolspiegels keine Rolle mehr. Mit dieser Optik sieht man das vom 8 mm- Plössl- Okular projizierte Bild der Lochblende. Rechnerisch ist dieses Bild nur 0,6x8/1000 mm = 0,0048 mm groß. Dem Spiegel erscheint das unter einem &#8222;Sehwinkel&#8220; von 0,33&#8220;. Der Spiegel kann aber trotz Präzisionsscherbenqualität wegen Abblendung auf 70 mm nur 2&#8220; auflösen. Selbst wenn das Plössl dem Spiegel einen etwas weniger scharfen Kringel als 0,0048 mm Durchmesser vorsetzt, bleibt das für den Spiegel noch lange ein Lichtpunkt. Daraus macht er dann auch nach den Regeln der Physik ein wunderschönes Beugungsscheibchen mit Ringen drum herum. <img src=icon_smile_8ball.gif border=0 align=middle>Das sieht bei genügender Helligkeit der annähernd weißem Lichtquelles auch noch bunt aus, da Scheibchen und Ringe für rot größer sind als für blau. Das hat etwas mir der unterschiedlichen Lichtwellenlänge für blau und rot zu tun und nicht etwa mit dem evtl. vorhandenen Farbfehler der Okus. Letzterer wirkt sich bei f/42,8 garantiert nicht mehr aus.
    Tatsächlich kann man Scheibchen und 3 bis 4 Beugungringe visuell erkennen.


    Beim Fotografieren müsste man kräftig trixen, um den Helligkeitsumfangvon 3 Beugungsringen mit Scheibchen darzustellen. Da macht auch die Dynamik des Bildschirmes nicht mehr mit. Schauen wir jetzt auf die zusammengestellten Fotos. In der Mitte steht das Prachtexemplar von Beugungsscheibchen mit einem Ring. Rechts und links daneben sieht man ist es total verhackstückt von der Turbo- Folie! (Jetzt weiß ich endlich, warum die Folie so heißt<img src=icon_smile_big.gif border=0 align=middle>. In bedampfter Ausführung für Sonnenbeobachtung ist das aber immer noch recht ordentlich). Zusätzlich habe ich noch einen Grün- Auszug der selben Fotos drangehängt.
    <img src="http://www.astrotreff.de/members/Kurt/20020911/folvers.jpg" border=0>


    Die Folie wird natürlich in beiden Positionen 2x durchstrahlt. Wenn sie aber auf halbem Wege zwischen Spiegel und Oku platziert wird, wirkt sie praktisch so, wie bei Einsatz vor dem Objektiv bei der Himmelsbeobachtung.


    Wie ich so durch das Oku auf die Prachtbeugungsringe schaue und nach dem ich etwas mit &#8222;Abberrator&#8220;- PSF (Point Spread Funktion) gespielt habe kam mir eine Idee: Nach der PSF ist die Intesität zwischen den Beugungsringen unabhängig von Obstruktion, Über- oder Unterkorrektur immer = 0. Sobald aber Rauhigkeit z. B. in Form von Turbulenz hinzukommt, ist es vorbei mit der Ringherrlichkeit. Wenn ich also eine Optik habe, die beim Star. Test zwischen dem Beugungsscheibchen und dem 1. Ring wirklich null Helligkeit hat, so kann diese nicht rauh sein. Bei meinem Bildbearbeitungsprogramm kann ich die Helligkeit einzelner Pixel abfragen. Das mit null Helligkeit passt schon, wenn man das Bild richtig groß vergrößert. Es gibt dabei ein wenig Rauschprobleme. Was mir fehlt ist ein Programm, mit dem man aus der Abfragung des Pixelfeldes die PSF grafisch darstellen kann. Kennt da vielleicht jemand der vielleicht jemanden kennt der uns weiter helfen kann? Damit könnte man wahrscheinlich Wolfgang Rohrs Phasenkontrasttest sinnvoll ergänzen..<img src=icon_smile_question.gif border=0 align=middle>


    Gruß Kurt

  • Lieber Kurt,


    Deine Erlaubnis vorausgesetzt, habe ich eine kleine Notiz mit
    Webadresse auf andere Board "gepflanzt". Es könnte ja dort
    vielleicht auch einige interessieren.


    Sehr beeindruckt hat mich Deine Beugungs-Scheibchen-Aufnahme.
    Wir wohnen zu weit auseinander - AstroTreff wird's richten.
    Habe unlängst zweimal die Aufforderung erhalten, zusammen mit
    Dir und Alois ein Buch über unsere Aktivitäten zu schreiben.
    Überleg Dir's einmal. Bäume hätt mer gepflanzt, Söhne auch,
    Haus auch gebaut, jetzt wär eigentlich mal n'Buch dran. Das
    Schreiben fiele uns ja nicht schwer . . .


    Herzliche Grüße


    Wolfgang





    <img src="http://home.t-online.de/home/wolfgang.rohr/farb-ig2.JPG" border=0>
    http://rohr.aiax.de

  • Hallo Kurt,


    Deinen Beitrag hab ich mit großem Interesse gelesen und die Idee, die Rauhigkeit einer Optik durch Messung der Helligkeitverläufe von Beugungsbildern zu erfassen, ist nicht schlecht.


    Um diese Theorie zu untermauern, solltest Du eventuell bei der nächsten Spiegelfertigung - bevor der Spiegel auspoliert ist - mehrere Messungen vornehmen.


    Es wird interessant sein, dass mal in Kärnten zum ITT durchzudiskutieren :)


    Ungeduldige Gruesse



    --
    Matthias

  • Hallo Kurt,


    du hast mir nie Deinen künstlichen Stern beschrieben. Das frag
    ich deswegen, weil Dein Beugungs-Bild herrlich rund ist. Mein
    künstlicher Stern ist ein von Melles Griot gekaufter 12 Micron
    Durchmesser gelaserte Pinhole. Von hinten leuchte ich dieses
    "Nadelöhr" mit einem ca. 1 mm Durchmesser Lichtleiter-Kabel an.
    Rund ist dieser Stern auch.


    Benutzt Du ein Mikroskop-Objektiv zum herunter-verkleinern
    einer ansonsten größeren Pinhole? Davor habe ich mich immer
    gescheut, weil ich mir damit die Fehler des Mikroskop-Objektive
    einhandle.


    Danke für Deine Antwort.


    Wolfgang






    <img src="http://home.t-online.de/home/wolfgang.rohr/farb-ig2.JPG" border=0>
    http://rohr.aiax.de

  • Hallo Kurt !
    Das hast du wirklich gut gemacht.
    So ein Startest ist ein qualitativer Test der sagt über alles aus weil er zeigt wie das Bild wirklich ist.
    Meine Gratulation.
    Alois

  • Zwischenzeitlich habe ich mir die Zeichnung nochmals angeschaut,


    lieber Kurt,


    die meine Frage ja erklärt. Einen ganzen Meter
    zum Herunter-Verkleinern? Faltest Du den Strahlengang irgendwie?
    Soviel Platz hätte ich in meinem Keller gar nicht.


    Wolfgang


    <img src="http://home.t-online.de/home/wolfgang.rohr/farb-ig2.JPG" border=0>
    http://rohr.aiax.de


    Bearbeitet von: Rohr am: 13/09/2002 06:14:33

  • Hallo Freunde,
    es freut mich, dass das Thema Euer Interesse geweckt hat. Dazu werde ich gerne noch einige Details und Gedanken bringen, bin aber heute wegen vorangegangener Beobachtungsnacht zu müde dazu.<img src=icon_smile_sleepy.gif border=0 align=middle><img src=icon_smile_sleepy.gif border=0 align=middle><img src=icon_smile_sleepy.gif border=0 align=middle>
    gute Nacht!
    Kurt

  • Hallo an alle Steulicht- und Kontrastgescädigte,


    als qualitativer Test für bestimmte Fragestellungen wie hier am Beispiel gezeigt: &#8222;Macht Folie Bild deutlich schlechter ?&#8220; ist der Test wohl überzeugend.


    Bevor man quantitative Aussagen machen kann nach der Art: &#8222;Folie bringt Kontrastminderung um xy % für feine- mittlere &#8211;grobe Objektdetails&#8220; oder " mangelhafte Politur macht so und so viel weniger Kontrast.." muss aber noch einiges getan werden. Hilfe der PSF kann man die Intensitätsverteilung einer idealen Beugungsfigur, d. h. Airy- Scheibchen mit Ringen darstellen. An stelle eines künstlichen Sternes wäre auch ein Spalt verwendbar, dessen wahre Breite aber klein im Verhältnis zum Auflösungsvermögen der Optik sein müsste. Man bekommt dann ebenfalls berechenbare Beugungsbilder. Folgende Einflüsse des Messaufbaus können zu mehr oder weniger deutlichen Verfälschungen führen und müssen deshalb experimentell untersucht werden:


    1. Partikel und Kratzer auf/in den Linsen, Prismen evtl. Filtern
    2. Struktur der Blende (genau kreisförmig gedreht oder Freihand- Scherenschnitt)
    3. Luftschlieren im Strahlengang
    4. Größe des künstlichen Sterns im Verhältnis zur Größe des Airy- Scheibches
    5. Streulicht durch Fremdlichtquellen.
    6. Qualität des CCD- Chips in der Kamera


    Die Liste ist wahrscheinlich noch nicht vollständig. Ich werde mal weiter machen und die Ergebnisse hier im Board darstellen.


    Daneben steht noch das Problem der digitalen Auswertung der Pixel- Helligkeiten. Für diese Spezialität bin ich fachlich nicht genügend qualifiziert. Wer sich hier betätigen möchte, dem schicke ich gerne &#8222;Spielmaterial&#8220; in Form von Originalfotos der Beugungsbilder.


    Noch eine Anmerkung für Wolfgang Rohr zur Lichtquelle: Mit einem guten Mikroskop- Objektiv könnte man einen künstlichen Stern der Größe 0,012 mm beliebig verkleinern hätte und das Prisma gemäß meinem Versuchsaufbau eingespart. Nach dem Motto. &#8222;Jedes entbehrliche Teil ist ein gutes Teil&#8220;. So lange man der Frage nach der Wirkung von Mini- und Mikrorauhigkeiten von Optiken nachgeht, kann man wohl mit relativ starker Abblendung arbeiten. Damit wird die Positionierung generell weniger kritisch, weil bei z. B. f/40 und weniger Koma, Astigmatismus und sphärische Abberation praktisch keinen Einfluss mehr auf die Qualität des Beugungsbildes haben.


    Gruß Kurt

  • Hallo Kurt,
    Jungejunge, ist ja ein richtiges Messfeuerwerk in letzter Zeit...
    Aber die richtigen Sterne guckt ihr Jungs ab und an schon noch an, oder?
    Nee, mal im Ernst - deine Idee, dass erste Beugungsminimum zu verwenden finde ich spontan ziemlich gut. Aber Meckersocke wie ich nun mal bin, fallen mir ebenso spontan auch ein paar Probleme/Anregungen ein:


    1) Die Linearitaet des CCD-Chips sollte sich ueber eine Belichtungsreihe mit verscheidenen Belichtungszeiten bei konstanter Lichtquellenintensitaet messen lassen. Dabei kannst Du auch gleich herausfinden, bei welcher Belichtungszeit Du in die Saettigung des Chips geraetst. Das ist aus naheliegenden Gruenden natuerlich tunlichst zu vermeiden.
    2) Ich habe keine Nikon, habe mir aber sagen lassen, dass die Digiknipsen intern immer Bildverarbeitung betreiben und an den Kontrasten drehen. Erinnere mich noch an Nikon Werbeslogans wie: "Automatische Rauschunterdrückung für bessere Bildqualität bei langen Belichtungszeiten." Solche Helferlein koennen dir bei Quantifizierungsversuchen schnell das Genick brechen.Schau also mal ins Handbuch und schalt mal besser alles ab, was da abzuschalten ist.
    3) Auch unschoen ist, dass die interne Bandbreite von 12Bit vom ADC (so weit ich mich erinnere) fuer JPEGs auf 8bit (pro Farbkanal) umskaliert wird (Darum sieht man uebrigens auch weit weniger auf dem Bildschirm, als mit dem Auge). Bleibt zu hoffen, das diese Skalierung linear ist und nicht irgend eine weitere Kontrastanpassung stattfindet. Daher kommst Du um eine Belichtungsreihe zur Eichung sowieso nicht herum. Was fuer Bildformate spuckt deine Nikon denn aus? Von JPEGs ware verschaerft abzuraten, gibt's TIFFs?
    4) Wenn dich die Beugungsfigur im Detail interessiert, dann bietet sich mit der optimalen Belichtungszeit (nulltes Beugungsmaxima saettigt ca 80% der Welldepth der CCD) eine Belichtungsserie an, deren Bilder dann zu addieren waeren. Aber das wird ein hartes Brot: Die Beugungsfigur ist ja prop. [J1(w)/w]² (J1=Besselfunktion erster Ordnung) . Das erste Nebenmaximum hat gerade mal ~3% Intensitaet des Hauptmaxima, das naechste dann nur noch ~1% und dann geht's schnell abwaerts...Das waeren dann bei 256bit Bandbreite bei einer Mittelung gerade mal ein Helligkeitswert von ~2 fuer's erste Nebenmaxima.Beim addieren von 50 Bildern kommst Du eventuell noch bis zum 4ten Nebenmaxima. Ab dann duerfte die Addiererei schnell unverhaeltnismaessig werden.
    5) Da zwischen Hauptmaxima und Nebenmaxima bei der idealen Beugungsfigur ein Helligkeitsfaktor von ~20 liegt, wird es nicht gerade einfach, dazwischen iml Rauschen nach einer sauberen Nullstelle zu suchen. Ich glaube Du hast da ein gewaltiges Dynamikproblem, dass deine Messgenauigkeit ziemlich einschraenkt. Damit geht dir viel Streulicht, dass dort landen koennte und dass Du als Qualitaetskriterium heranziehen moechtest, vermutlich einfach durch die Lappen. Die Frage ist dann, ist die Ganze Geschichte empfindlich genug, um mehr zu sagen als ein "entweder ok, oder dann gleich grottenschlecht"?
    Das kann ich dir jetzt auch nicht genau beantworten (dazu muesste man auch die genauen Kenndaten deines Kamera-chips wissen und das Rauschen von dem Ding ausmessen), allerdings aus dem Bauch heraus wuerde ich sagen, ich glaube die Methode wird zu unempfindlich. Aber das ist jetzt sozusagen nur geraten...
    6) Auch waere in dem Fall wohl eine monochromatische Lichtquelle angesagt, denn die Farbfilter auf dem Chip sind ja breitbandig und, wie Du ja auch schreibst, die PSF ist fuer jede Farbe verschieden. Vom wirklichen Farb-Spektrum zu einem RGB-Bild ists ein langer Weg und im JPEG zwei Farbkanaele auf Null zu drehen heisst mit Nichten, man erhaelt ein wirklich monochromatisches Bild der farbigen Lichtquelle.
    7) Na ja, muss auch mal was positives schreiben: Falls Du deine PSF (na ja - gruebel - eigentlich ist das ja die PSF^2, oder?) grafisch sehen magst, mach 'ne Belichtungsserie in einem vernuenftigen Bildformat (z.B.TIFF) und schick mir die Bilder. Das ganze schick in 3D zu packen ist in fuenf Minuten erledigt.
    Bis denne,
    Mario

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