Noch ein Bath I-Meter und einige Ungereimtheiten

Hallo an die Interferometer Experten,

nach Studium zahlreicher Beiträge hier im Forum zum Bath I-Meter, insbesondere von Peter (cimotec 1) fühlte ich mich ermutigt auch eines zu bauen.
Motivation war die zukünftige Vermeidung von Asti, den ich mir bei meinem 16 Zöller eingefangen habe.
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=101024

Die optischen Teile habe ich von Macony Design

- Strahlteiler: 31mm, 550 nm, nicht polarisierend, 50:50
- Aufweitungslinse: 06,8 mm Bi-Konvex-Linse f = 5,0 mm
- 47 x 31 mm Planspiegel HQO.

Die Laser:

- rot von Picotronic DB650-2.5-3-FA(14x45)
- grün von Sander electronic 532nm, 4mW

Das Ganze habe ich auf einem 50x30 Alu-Profile aufgebaut. Alle Teile sind über Langlöcher justier-bar.
Das Studium der Beiträge und „Verstehen“ der Materie dauert ca. 50 h, der eigentliche Bau war in ca. 5h erledigt.

Zum Testen und Lernen des Programms Open Fringe verwende ich einen abgelaugten 10 Zoll Spiegel aus einem Galaxy-Dob.

Das Justieren gemäß der Zusammenfassung von Peter klappt einwandfrei, aber vernünftige Bilder von Fringes zu bekommen ist mir bisher nicht gelungen und suche nun hier um Rat.

Der Bündelabstand hat ca. 5mm und kreuzt sich auch nicht bis zum Spiegel.

Das Bild mit den Beugungsringen des aufgeweiteten Strahls zum Spiegel hin ist, meine ich, so o.k,.

Die vom Spiegel zurückkommenden Strahlbündel ergeben am Ausgang des I-meter das erwartete Doppelbild (eines größer als das andere, projiziert auf einen weißen Karton))

Fotografieren tue ich mit einer Bridgekamera, Panasonic FZ100.

Ich dachte, das aufgeweitete Bündel sei das komplett ausgeleuchtete und gegen das Referenzbündel interferierende Bild des Spiegels.

Bei genaueren Betrachten stellte ich jedoch fest, dass dies nur einen Teil des Spiegels ausleuchtet.
Zudem erkenne ich neben sehr feinen Fringes, die sich nicht drehen lassen, dicke unsaubere Fringes.

Habe alle möglichen Optimierungsmaßnahmen am Spiegelstand und am I-Meter vorgenommen, kom-me aber nicht weiter.

Tja, was mache oder verstehe ich da falsch.
Für Tipps wäre ich mehr als dankbar.

Grüße und klare Nächte

Hallo Peter,

danke für die Tipps.
Das Bath I-Meter habe ich richtig im COC, 2400mm, positioniert.
Ich mache es genau so, wie Du es beschreibst, wenn zwei gleich große Punkte auf den Linsenhalter projiziert sind, dann schibe ich in Querrichtung.
Die kurze Brennweite (5 mm) der Aufweitungslinse habe ich deshalb gewählt, da ich ja noch meinen 16 Zöller auswerten möchte.
Den Verdacht, dass das eigentliche Bild des Spiegels zu groß für die Blende der Kamera ist, hat mich auch schon beschlichen.
So wie Du schreibst ist der Focus der Linse mit Sicherheit zu weit vom Strahlteiler entfernt. Das habe ich schon getestet, um zu schauen ob die Fokus beider zurückkommenden Strahlen auf einer Ebene liegen. Das habe ich in einem Thread von Achim S. gelesen.
Ursprünglich wollte ich einen 15x15 mm großen Würfel kaufen, den gab es aber bei Macony Design nicht mehr.
Woher beziehst Du Deine Komponenten?
Eine Blende von 1,5mm habe ich ca 3 cm vor dem Laser aufgestellt. Diese ist allerdings nur durchbohrt und nicht gefräst (Fräse habe ich nicht). Daher vielleicht das eckige Bild.

Werde jetzt mal eine Linse mit längerer Brennweite kaufen, mal nach kleineren Strahteilern etc. googeln und dann alles nochmal justieren und testen.
Berichte dann wieder.

Liebe Grüße

Hallo Peter, Kurt und Andreas,

Vielen Dank für das Feedback,

An Peter:
Dann werde ich mich mal E. Optics umgucken.

An Kurt :
ja, ich betrachte das I-gramm nur über die Kamera, wegen der Gefahr die Netzhaut zu verletzen.
Habe zwar ein Potentiometer an die Stromquelle geflanscht,bin mir aber nicht sicher, wann der rote Laser im reinem Diodenmodus arbeitet.
Vor dem grünen hab eich auch einen Heidenrespekt.
Das 5. Bild von oben ist eine Projektion auf einen hellen Karton am Ausgang des Baths. Der große Kreis (schwach sichtbar) hat in ca.5cm Abstand einen Durchmesser von 15mm.

An Andreas:
Ich habe einen ähnlich Achim S. selbst gebauten XYZ-Tisch auf basis von Schubladenschienen.
Der laässt ich in alle Richtungen bewegen und auch in der Z-Achse kippen.
Stell heute abend mal ein Foto mit der gesamten Anordnung ein.

Wie oben berichtet habe ich nach dem Beitrag von Peter, der mich ermutigte, auch so ein Teil zu bauen, intensiv studiert.
Auch die von Dir aufgeführten. Den Beitrag von W-Rohr, wie ein I-Meter entsteht habe ich quasi als Bauvorlage verwendet.
Meine Erkenntnisse habe ich dann mal wie folgt zusammen gefasst (Hoffe, ich verletze jetzt keine Urheberrechte:

"Prinzip Bath I-Meter nach W. Rohr:

Als "Bauteile" sind nötig ein paralleles Lichtbündel, wie es ein Diodenlaser erzeugt. Ein Teilerwürfel macht daraus zwei 50% / 50% Bündel
die parallel zueinander sein müssen. Das Informationsbündel, rot ge-zeichnet, muß in einen Lichtkegel verwandelt werden, damit es wie bei
Foucault-Test die Optik ganz ausleuchtet. Das macht die kleine bikonvex-Linse, durch die das rote Bündel fällt. Dieses in einen Kegel/
Kugelwelle umgewandelte Bündel geht also zur Optik und kommt wieder zurück, wie beim Foucaulttest, nur dass dieses Bündel nicht im
Brennpunkt mit einer Messerschneide geprüft wird, sondern - mit der Re-ferenzwelle überlagert - schließlich interferiert.
Das Referenz-Bündel, grün gezeichnet, verläuft zentrisch zum roten In-formationskegel, wird an einer kleinen Stelle der zu prüfenden Optik
reflektiert, dort hat die Fläche in jedem Falle bezogen auf den Durchmes-ser eine hohe Genauigkeit, und nun läuft dieses grüne Referenz-
Bündel zurück, bis es von der gleichen Bikonvex-linse zum Referenz-Kegel/Kugelwelle gemacht wird, mit dem das Informations-Bündel
verglichen werden kann. Das Interferogramm ist also die Wellenfront-Fläche, wo sich beide Bündel zusammengesetzt durch den gleichen
Teilerwürfel überlagern bzw. interferieren, während außerhalb dieser Kreisfläche für gewöhnlich noch das größere Referenzbündel zu sehen
ist.

--> Hier fehlt das Bild des Bath-Imeter Prinzip, ich glaube das kennt Ihr.

Aufbau Bath I-Meter:

Der Verstellweg des Teilerwürfels liegt bei ca.10mm.
Geklemmt wird die Halterplatte mit einer kleinen Klemmschraube.
Zwischen Laser und Teilerwürfel kann ein Winkelblech als Blende mit einer Bohrung von 2mm geschoben werden.
Die Blende kann ruhig weiter weg vom Teilerwürfel stehen.
Bei Laserbenutzung empfiehlt sich eine 2mm Blende, bei Buntlicht sind 3mm besser.
Die Blende sollte auf jeden Fall kleiner sein als der ankommende Licht-strahl.

In Richtung Prüfling sitzt vor dem Teilerwürfel ein Winkel mit Langloch-bohrung als Führung, der die Linse zur Aufweitung des Informationsstrah-les hält. Die Linse hat 6,8mm im Durchmesser, ist bikonvex und hat eine Brennweite von 5mm.
Man kann man an dieser Stelle auch andere Brennweiten bis zu 12mm verwenden, das hängt von der zu prüfenden Optik ab.
Je kürzer die Brennweite der Linse ist, desto größer wird der Informati-onsstrahl aufgeweitet. Wenn man schnelle Optiken, also f/3 oder f/4 prü-fen will, ist eine kurze Brennweite besser. Hier muss der Informations-strahl groß sein, sonst wird der Prüfling nicht voll ausgeleuchtet. Bei einer Linse mit 12mm Brennweite ist der Info-Strahl kleiner im Durchmesser dafür aber heller.

Der Strahlabstand der beiden Strahlenbündel beträgt ca. 5mm Mitte/Mitte das heißt die Linse sitzt ca.2,5 mm seitlich der mittigen Würfelreflexions-fläche.
Durch den Aluwinkel als Linsenhalter wurde ein 6mm Loch gebohrt, dieses dann von hinten mit einem 7mm-Bohrer etwas über die Hälfte aufgebohrt.
Die Halterung wurde dann soweit abgefeilt, dass der zweite Strahl daran vorbeikommt.
Als Fixierung der Linse habe ich ein Aluröhrchen (8mm Außendurchmes-ser, Baumarkt) innen auf 7 mm aufgebohrt und dann den Ring mit der Blechschere aufgeschnitten. So entstand ein offener Spannring der von hinten eingesetzt die Linse fixiert, das Ganze aber auch demontierbar hält. (Ich verfüge über keine Fräse oder derartiges)
Der Laserpointer, die Blende, die Würfelmittellinie und die Linsenmitte lie-gen auf einer Ebene.
Achtung der Abstand der vorderen Linse zum Teilerwürfel muss größer sein als die Brennweite der Linse, Damit der Brennpunkt der Linse nicht im Glas des Würfels, sondern ein paar mm davor liegt.

Justage des I-Meter:

Pointer und I-Meter wird auf dem selbstgebauten XYZ-Tisch gut festge-klemmt. Pointer angeschaltet, Teilerwürfel in den Strahl einschieben, den Strahl dann auf die mittlere Höhe des Teilerwürfels ausrichten.

Die vordere (Aufweitungs-) Linse erstmal aus der optischen Achse schie-ben.
Man hält ein Maßband vor das I-Meter nah am Würfel auf dem sich die beiden Strahlen abbilden.
Man misst den Strahlabstand und stellt ihn auf ca. 5mm Mitte/Mitte durch Verschieben der Platte auf der der Teilerwürfel festgeklebt wurde, ein.
Dann projiziert man die beiden Strahlen in ca. 3-4m an eine Wand.
Sie werden einen größeren Abstand zueinander haben als das vorher vor-ne gemessene Maß.
Durch Verdrehen der Teilerwürfelplatte dreht man solange bis die Strahlen an der Wand den gleichen Abstand haben wie am Ausgang des Interfero-meters. Auf dem Spiegel sollte der Strahlabstand dann ebenfalls ca. 5mm betragen.

Es ist darauf zu achten, dass sich die beiden Strahlen bei dieser Parallel-stellung nicht kreuzen.
Das prüft man indem man mit einem hellen Karton in dem man vom Wür-fel bis an die Wand die beiden Strahlen verfolgt und somit sicher stellt, dass keine Überschneidung erfolgt

Liegt eine vor, wird diese durch erneutes Verdrehen des Würfels korrigiert.
Dann zieht man die Schraube zum Fixieren des Teilerwürfels fest.

Nun stellt man das I-Meter zum Prüfling so auf, dass die Platte der Lin-senhalterung annähernd im ROC-Fokus des Spiegels steht.
Das erkennt daran, dass beide vom Spiegel zurückkommenden Strahlen ungefähr gleich groß sind

Ist das Strahlenbündel einigermaßen auf das Zentrum des Spiegels ausge-richtet, reflektiert der Spiegel zwei unterschiedlich helle Strahlen zurück.
Durch Verdrehen / Verschieben des gesamten I-Meters und/oder des Spiegels sollte die Reflektion der beiden Strahlen am besten auf die Vor-derseite der Platte des Linsenhalters projiziert werden.

Jetzt schiebt man den Linsenhalter hinein und stellt ihn derart ein, dass der eine Strahl vom Teilerwürfel kommend, durch die Mitte der Linse fällt
Dies prüfe ich mit einem Stück Karton.(Vorsicht bei Laserlicht).
Dann hält man einen Karton in ca. 0,5m vor das I-Meter und schaut sich die beiden Strahlen an. Man sieht nun einen runden großen, recht licht-schwachen Informationsstrahl und einen fein gebündelten hellen Refe-renzstrahl.
Diese beiden stellt man nun durch seitliches Verschieben der Linse so ein ein, dass der helle Referenzstrahl nahe der Mitte des runden, großen Info-Strahles liegt. 100% genau muss das nicht sein.

Je nach Abstand des Interferometers vom Prüfling liegen die reflektierten Strahlen auf der Projektions-Fläche des Linsen-Halters außerhalb, ganz exakt oder innerhalb des Fokus, der Informations-Welle.
Das helle Referenz-Bündel kommt unverändert wieder zurück. Dicht daneben links wird das Informations-Bündel etwas schwächer abgebildet. Das hängt damit zusammen, dass die Optik aus dem gesamten ursprüng-lichen Lichtkegel einen schlankeren Kegel ausschneidet.
Sieht man nur einen Strahl, so ist man weit entfernt vom Fokus des ROC, d.h. das Informationsbündel ist so weit aufgeweitet, dass man es nicht sieht.
Da beide Teilwellen räumlich zusammengesetzt werden müssen, um zu in-terferieren, muss diese Projektionsfläche zwingend innerhalb dieses Fokus gelegen sein.
Das bedeutet, man sucht sich genau den Fokus (s. oben) und schiebt an-schließend das Interferometer noch ein paar Millimeter zum Prüfling, bis beide "Lichtscheibchen" etwa die gleiche Größe haben.
Wenn der Abstand Interferometer-Prüfling einigermaßen stimmt, und auch das Licht-"Echo" vom Prüfling etwa in der richtigen Höhe liegt, schiebt man das Interferometer soweit entlang der Quer (x)-Achse, bis das helle Referenz-Bündel exakt durch die Einzellinse fällt, damit es zum Lichtkegel hinter der Linse bzw. zur Referenz-Welle fokussiert werden kann. Das kann man im Auslenkspiegel beobachten, wo zwei kleine Lichtpunkte er-kennbar sind. Ich betrachte das Bild mit der Digicam. Richtig ausgerichtet erkennt man den einen Lichtpunkt als den ausgeleuchteten Prüfling wie-der, und drum herum die Referenz-Welle. Genau dort, wo man Licht von beiden Wellen bekommt, interferiert das Bild und man sieht ein erstes In-terferogramm. In der Regel sind das erst einmal konzentrische Kreise, woran man erkennt, dass der Fokus noch nicht stimmt.

Bei richtiger Fokussierung nimmt die Zahl der Ringe ab, oder die Ringe werden flacher, bzw. der Radius des Kreises größer, bis aus den Kreisen gerade Linien geworden sind..

Die Y-Achse zum Spiegel ist die Fokussier-Achse, die Quer-Achse (x-Achse) dazu dreht die Interferogramme, während die Höhen-Achse (Z-Achse) die Anzahl der Streifen regelt. Fallen beide Lichtpunkte ex-akt zusammen, ist die Anzahl der Streifen sehr niedrig, liegt die Referenz-Welle über oder unter der Informations-Welle, erhöht sich die Anzahl der Streifen wieder.
Sinnvoll ist es aber, sich an eine Orientierung zu gewöhnen, z.B. grund-sätzlich von oben, also mit einer großen Streifenanzahl zu beginnen und dann den Tisch langsam in der Z-Achse nach unten zu bewegen.
Das ist bei der Beurteilung von Über- oder Unterkorrektur äußerst wichtig, aber auch bei Koma und Astigmatismus. Alle diese optischen Fehler haben typische Entsprechungen beim Interferogramm."

Ich werde Eure Vorschläge nochmal genauestens untersuchen.
Glaube aber schon, dass es im wesentlichen an den zu großen Bauteilen liegt.
Werde berichten.

Liebe Grüße und CS

Hallo zusammen,

habe gestern Abend mal Eure Tipps überpüft.
Aber zuerst mal ein paar Bilder meines Aufbaus
Er ist zugebenermaßen recht rustikal, aber ich wollte erst mal wissen, ob ich das hinkriege.
Der Selbstbau-Kreuztisch lässt sich in alle Richtungen überraschend leicht bewegen und in der Z-Achse auch noch kippen.

Auf Eure Anregungen haben meine Kartontests folgendes ergeben::

- Der Spiegel wird mehr als voll ausgeleuchtet, das reicht locker für den16 Zöller
- Die zurückkommenden Strahlen sind auf der Frontfläche des Linsenhalters annähernd im Fokus, also nicht wie evtl. auch möglich dass eines der Bündel bereits wieder aufgeweitet ist.
- Hinter der Linse sind Brennpunkte beider Strahlen in der gleichen Ebene.

Also sollte alles klappen.
Danach habe ich einen hellen Karton in ca. 20cm an den Ausgang des I-Meters
als Reflektionsfläche montiert.

Das hatte ich ja schon vorher (5. Bild oben) nur näher dran und nichts gesehen.
Das war auch jetzt mit dem roten Laser so. Das Bild war zu dunkel.
Also bin ich auf den grünen Laser gewechselt, alles neu justiert und siehe da,
Es gab Fringes

In Natura sehen die viel besser und schärfer aus, die Optik ist noch verschmutzt
Das Bild zeigt den kompletten Spiegel.
Die Fringes lassen sich mit der Z-Achse manipulieren.
Also alles so wie es sein sollte.

Beruhigend ist die Erkenntnis, dass ich es richtig verstanden habe und es prinzipiell funktioniert.
Das Dumme dabei ist, dass sich die Fringes nicht fotografieren lassen.
Es ist jetzt sicher, es liegt an der Aufweitungslinse mit der zu kurzen (5 mm) Brennweite und dem zu großen Würfel sowie dem Auslenkspiegel.

Das nennt man sprichwörtlich Lehrgeld bezahlen, die Teile kosten ja nicht mal eben „nen Appel und ein Ei“.

Versuche jetzt mal nach einer Bauanleitung für ein Keplerfernrohr zu googeln und die Linse näher an den Würfel zu rücken.

Eure Tipps haben mich auf jeden Fall auf den richtigen Weg gebracht, nochmals Besten Dank dafür.
Werde weiter berichten.

P.S.: in irgendeinem Thread habe ich auch gelesen, dass es mit der Kamera oder einer Webcam wesentlich bequemer sein soll die I-Gramme zu analysieren. Man lernt nicht aus!

Grüße und CS

Hallo an die Interessierten,

im Folgenden ein kurzer Update über meine Folge-Aktivitäten.

Zuerst habe ich mal die Idee von Amateurastronom aufgegriffen und eine Konstantstromquelle gelö-tet. Mein roter Laser hat nach dem Datenblatt ein Imin von 15 mA und IMax von 45 mA
Nach der Formel von Amateurastronom habe ich dann einen Festwiderstand von 27 Ohm und einen Trimmer bis 100 Ohm (gebraucht wurden 55 Ohm) gekauft.

Nachdem ich dann begriffen hatte, dass mehr als die 3V Betriebsspannung der Diode erforderlich sind, hat das Teil dann sauber funktioniert, Die Laserdiode lässt sich einwandfrei dimmen

Besten Dank an Amateurastronom für den Tipp.

Nachdem ich mich im Internet schlau machte, ging es an die Realisierung des Keplerfernrohrs:

Ich hatte noch einen Achromaten mit 42mm Durchmesser und f 285mm da.
Daher bestellte ich nochmals einen, somit ergab das Objektiv eine Systembrenweite von f/2 = 142,5mm. Um eine verkleinernde Wirkung von ca. 0,8 zu erreichen (142,5 / 1,25= 114mm), wurde ein Achromat als Okular mit 19 mm Durchmesser und f=117mm bestellt.

Größtes Problem war einen passenden Tubus zu finden. Er fand sich dann in Form einer Shampoofla-sche und Papierrollen aus dem Hygienebereich;-).
(Ich will die Investitonen noch in Grenzen halten, bis ich weiß ob ich mit Openfringe klar komme.)

Mit dem grünem Laser ging es dann ans Testen. Auf dem Karton am Bath-Ausgeng waren nach Rei-nigung der gesamten Optik schöne Fringes mit wenig Artefakten zu sehen.

Dann das Keplerfernrohr an den Ausgang „montiert“.

Es war ein ziemliches Gefummel, bis ich dann endlich mal den voll ausgeleuchteten Spiegel in der Digicam sah.

Offensichtlich treten noch andere Interferenzen auf.
Habe noch nicht gefunden, woher die stammen.

Dann endlich ein paar Fotos, die ich hoffte für eine Auswertung in OF gebrauchen zu können.

Insgesamt habe ich wie oben geraten, je 4 Fotos bei 0 und 90 Grad aufgenommen.

In OF dann eingelesen jeweils mit FFT durchgerechnet und aus den 4 Bildern bei 0 Grad den Average ermittelt, dann das gleiche mit den 90 Grad-Bildern, aber um 90 Grad zurückgedreht.
Beide Average zusammengeführt und nochmals gemittelt.
Das Zernike-Smoothing habe ich auch noch angeworfen.

Ich habe noch keine richtige Ahnung, wie das mit den Zernikes u.a.m zu verstehen ist und ein Strehl von 0,000 ist sicher nicht die reale Qualität des Spiegels, Vielleicht ist Ganze auch falsch herum.

Als nächstes werde ich das Ganze mal mit dem roten Laser durch exerzieren.

Werde berichten.

Grüße und CS

Hallo Andreas,

das ist ja interessant, wie Du da vorgehst.
Ich habe 4 Bilder bei 0 Grad aufgenommen, diese dann einzeln in OF eingestellt und dann über alle 4 gemittelt.
Danach habe ich den Spiegel um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht und ebenfalls 4 Bilder aufgenommen.
Die dann einzeln in OF eingstellt und vor der FFT-Analyse mit Transforms/Rotate Fringe ccw90 zurückgedreht.
Wenn ich es richtig verstehe, drehst Du die Bilder schon vorher mit der Explorerfunktion, macht das einen Unterschied mit meiner Vorgehensweise?

Habe gerade mal versucht FFT-Batch, wie Du es beschriebn hast, auszuführen. Das funktioniert ja einwandfrei.
Die Werte werden zwar nicht besser, erspart aber einen Haufen Arbeit.
Wieder etwas gelernt!
Dank für den Tipp

Grüße und CS