Anfänger: Foucaulttest und Interferometrie?

Der Foucaulttest basiert auf einer einfachen Überlegung. Nur aus dem Mittelpunkt einer Kugel wird ein Lichtstrahl von der Kugelinnenfläche genau auf den gleichen Punkt wieder zurückreflektiert.
Wenn man jetzt von dieser Stelle ein Bild (praktisch nimmt man eine Messerkannte, die von hinten angeleuchtet sichtbar wird) auf die Kugelinnenfläche projiziert, dann wird sie kopfüber und seitenverkehrt zurückreflektiert und man kann dieses Abbild in der Kugelmitte auf einer Leinwand sehen. (Es ist als reelles Abbild aber auch so dort.)

Was passiert, wenn man die Messerkante immer näher an die Kugelmitte heranführt? Das Abbild nähert sich ebenfalls der Kugelmitte, bis sich die Messerkante und ihr Abbild berühren. Am Ende kommt das Hintergrundlicht nicht mehr durch, da auf der einen Seite die Messerkante, auf der Abbildseite (ist ja seitenverkehrt), das Abbild der Messerkante (ist ja ein Schatten) sich auf der Kugelmitte berühren und kein Licht mehr dazwischen durchlassen. Ist man mit dem Auge hinter der Klinge, ist der Spiegel schlagartig komplett dunkel. Das nennt man "Nulltest". Das spielt sich im Bereich von 1/100 mm um den Kugelmittelpunkt ab.

Das ist die optische Grundlage ... Wie nutzt man die nun?

Gedanklich teilt man einen Spiegel in konzentrisch ineinander liegende Kugelflächen mit unterschiedlichen Kugelradien auf. Jede dieser Teilflächen ist ringförmig. Man kann mit der Messerschneide aber nur einen Mittelpunkt dieser Teilflächen treffen, für alle anderen gilt in dieser Situation dann, dass ihre Mittelpunkte entweder näher dran sind oder weiter weg sind. Man sagt auch, die Zonen sind stärker oder schwächer gekrümmt, als die aktuell eingestellte Zone. Kippt man also an einer solchen Stelle die Klinge zur Mitte hin, dann wird diese Ringfläche (man nennt das Zone) komplett dunkel oder hell. Für andere Zonen tritt dieser Effekt nicht auf, da "ihr" Kugelmittelpunkt ja näher oder weiter weg ist.

Ist der Mittelpunkt einer Zone näher (die Zonenkrümmung entspricht einer kleineren Kugel), dann treffen sich die Strahlen schon vor der aktuellen Klingenposition und laufen anschließend wieder auseinander. Wenn man mit dem Auge oder der Kamera hinter der Messerklinge den Spiegel anschaut, dann sind die Lichtstrahlen (von der Hintergrundbeleuchtung am Messer vorbei), die von der Spiegelfläche reflektiert werden also schon zusammengelaufen und anschließend wieder aufgefächert und obwohl die Messerschneide ja auf der opt. Achse liegt (damit die treffende Zone gerade voll blockt) kann von einer Spiegelhälfte der zu kurzen Zone Licht an der Klinge vorbei (scheinbar von der Seite wo das Messer ist, denn von dort geht's über die Mitte ihrer Zone vor der Klinge auf die klingenfreie Seite ins Auge/Kamera. Die entsprechende Zone erscheint also auf der Messerklingenseite hell und auf der freien Seite dunkel.

Bei Spiegelzonen mit längerem Kugelradius ist deren Kugelmitte erst hinter der Klinge, da ist also die freie Seite hell, die Messerseite dunkel. Eselsbrücke: Bei stärker gekrümmten Zonen liegt ihr Kugelmittelpunkt (Center of Curvature) vor der Klinge, die Strahlen kreuzen sich also und Hell/Dunkel wechselt die Seite. (Gemeint ist welche Spiegelhälfte zum reelen Abbild beitragen kann.)

Fazit: Man kann gleichzeitig drei verschiedene Zonen sehen. Eine Zone mit kürzerem Radius, halb hell, halb dunkel, die eingestellte Zone, die tatsächlich "genullt" wird und eine Zone, deren Kugel größer ist, die halb dunkel, halb hell erscheint.

Der Trick fürs Messen besteht nun darin, dass man der Reihe nach mit Entfernungsvariation der Klinge zum Spiegel alle Kugelmitten anfährt (dort durch Verkippen die Klinge in die Mitte kippt und schaut, dass die passende Zone "genullt" wird und sich die Abstände zwischen den Kugelradien aufschreibt.

Auf diese Weise erhält man einen Datensatz, bestehend aus relativen Abstand von Kugelmitte zu Kugelmitte jeder Zone und die Größe der Zonen auf dem Spiegel. Die legt man vorher fest, indem man z.B. quer vor den Spiegel einen Draht/Lineal mit Markierungen für die einzelnen Zonengrößen legt. Am Ende wird mathematisch eine Parabel durch die Datenpaare per Regression (eine Art Interpolation) gelegt oder man hat vorab eine bestimmte Parabel (allg. Kegelschnitt) definiert und schaut, ob ihre Funktionswerte auch zu vergleichbaren Schnittweitendifferenzen führt. Wenn ein Wert partourt nicht passen will, dann hat man einen Zonenfehler, den man nachpolieren muss.

Die Übergänge sind fließend weich. Denn für Zonen, deren Entfernung gerade nicht eingestellt sind, ist das Abbild in der Entfernung der Klinge ja auch noch unscharf. Außerdem treten an der Messerklinge Beugungserscheinungen auf. Auch ändert sich die Krümmung der Spiegeloberfläche nicht schlagartig von Zone zu Zone, sondern fließend.

Gruß

Hallo Gerry,

wer so schreibt wie du der kapiert auch den Foucaulttest und z. B. das preigünstigste Interferometer, nämlich das PDI (Point Diffraction Interferometer).[:D] Am besten geht das durch praktische Versuche. Hier als Anregung mein hoffentlich auch für Einsteiger nachvollziehbarer kompletter Versuchsaufbau des PDI:

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=143437

Auf diese Mimik kannst du auch problemlos eine "Slitless"- Diode mit Schneide für den Foucaulttest klemmen. Ich hab nur gerade keine Anleitung dafür parat.

Ob das mit der Alccd - Cam mit dem 5-50 mm Objektiv funktioniert kann ich mangels praktischer Erfahrung damit nicht sagen. Ich benutze eine Digital- Spiegelreflexkamera bevorzugt mit 60 mm F /2,8 Festobjektiv. Es funktioniert aber auch mit einem 18-55 mm Zoom-

Gruß Kurt

Ciao Gerry

Ich als Anfänger werde alsbald mit einem kleinen 4.5"er starten. Mit einem Astrokollegen schleifen wir zwei so kleine Dinger. Natürlich reizt mich mehr Öffnung schon von Anfang an, aber diese kleinen eignen sich ja sonst auch gut als Geschenk für spezielle Freunde. Von der Literatur her kann ich dir Martin Trittelvitz's Buch "Spiegelfernrohre selbst gebaut" empfehlen - lese es selbst grad durch. Der Foucault Test ist darin gut und einfach verständlich beschrieben. Dieser Link erklärt ihn ebenfalls sehr gut https://stellafane.org/tm/atm/test/understanding.html . Leider hab ich auch noch meine Mühe, wie ich einen Tester am besten bauen soll, dass er auch für spätere 14"-Projekte gebraucht werden kann und wie ich das mit dem viel gerühmten PDI kombiniere.

Gruss
Lucas

Hallo Gerry,

die Entstehung meines Testers kannst Du hier finden:

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=179577

Hier steht wie ich die Messung mit dem Foucault-Tester durchführe:

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=175128

Es ist bestimmt nicht die schnellste Methode, hat aber beim Rumexperimentieren viel Spaß gemacht.

Bei eventuellen Fragen stehe ich Dir natürlich beiseite.

Viele Grüße
George

Hallo Gerry

Don`t worry .
Zu einer kurzen und anfängerfreundlichen Erklärung gehören unbedingt Skizzen und Bilder .
Genauso wie Lucas empfehle ich Dir das Buch von Martin Trittelvitz . Noch besser in Englisch Jean Texereasu "How to Make a Teleskop" ,
oder Karin and Jean-Marc Lecleire "A Manuel For Amateur Telescope Makers" .
Zum mechanischen Aufbau : Eine sehr einfache und trotzdem richtig gute Messplattform für Foucault und PDI findest Du in Kurt`s Link .

Wie eine Schnittweitenmessung abläuft siehe

https://www.youtube.com/watch?v=oWDQ9tTiKc0

Gruß Rainer

Hallo Gerry,

hier noch eine Seite mit Basiswissen zum Foucaulttest:
http://www.atm-workshop.com/foucault.html

Meine Foucault Tester, so wie weitere in den Links unten auf der Seite:
http://www.stathis-firstlight.de/atm/foucault_tester.htm

Der Tester von George ist natürlich edel, wie du siehst, geht es aber auch einfacher. Such dir das für deine Möglichkeiten passende aus. Hat man erst mal eine solche Plattform, kann man auch ein PDI draufschnallen.

Letztendlich versteht man die Messmethoden erst richtig, wenn man sie praktisch anwendet. Ist der "Groschen" einmal gefallen, so misst man die Zehntausendstel mm so selbstverständlich wie der Schreiner mit dem Meterstab. Schwimmen lernt man im Wasser.

Hallo Gerry,
nur Mut!!
Als ich anfing hatte ich sicherlich die gleichen wenn nicht noch mehr bedenken.
Hab dann mit Foucault einen 10" und 18" hergestellt. Den 24" hab ich dann mit einem Interferometer geschafft und ich hätte mir das Interferometer schon damals gewünscht. Also wenn du die Möglichkeit hast ein IM zu bauen tue es. Hab dann den 18er von mir nochmal vermessen. Foucault hat soweit gestimmt. Aber ein leichter Asti war drinnen. Nicht so schlimm aber mit IM wäre das nicht pssiert.
Ich hab eins nach Bath, kann ich nur empfehlen.
Und wie die anderen schon sagten einfach anfangen
[:)]
Ich hatte auch Angst dafor, das Pech und der Matsch und..... aber wenn es danach geht, würde es am liebsten jeden tag machen [:p] dann wär mein 30er auch schon fertig. Da geht denke ich mit foucault nix mehr. (jedenfalls nicht in der Genauigkeit)
Viel Erfolg!!!

Gerry,
einfach 3mm superhelle LED nehmen Grün oder Weiss ... 3000 milli-Candela (mcd) reichen. Alles was da mehr als 3000 mcd hat passt bestens. LED vorne platt schmiergeln. Abstrahlwinkel ... egal, Hauptsache keine Optik im Kopf

Jede LED hat ein Datenblatt bzw. einen sog. zulässigen Durchlassstrom und einen sog. Vorwärtsspannung /Betriebsspannung/Forward Voltage.
Entweder rechnet man einen passenden Widerstand oder kauft ein Bauteil namens Konstantstromquelle. Wie geht's?

Beispiel: zulässiger Durchlassstrom sei max. 20 mA, Spannungsabfall (Betriebsspannung, Forward Voltage) sei 4 V. Batterie sei ein 9V-Block

Die Spannung an der LED ist dann 9V - 4V = 5V. (4V fallen an der LED selbst ab.)
Damit max. 20mA (=0,02 A) fließen, muss im Stromkreis ein Widerstand in Höhe von 5V / 0,02 A = <s>200</s> 250 Ohm (<font color="yellow">EDIT Rechen-/Tippfehler entdeckt</font id="yellow">) eingebaut sein. Also brauchst du den nächst passenden Widerstand ... das wäre ein 250 Ohm-Widerstand der in Reihe mit der LED geschaltet werden muss.

Kontrollrechnung: 0,02A bei 9V entspricht einer Leistung von 0,18W. Ein einfacher Kohleschichtwiderstand mit 0,25W-Maximalbelastung spielt damit dann.
Bei der LED auf die Polung achten. Die abgeflachte Stelle bzw. das kurze Beinchen ist der Minuspol (Kathode).

z.B.
LED
http://www.reichelt.de/LEDs-3-…3018&artnr=LED+3-12000+GN
Widerstand
http://www.reichelt.de/1-4W-5-…PID=3064&artnr=1%2F4W+200
Batterieclip
http://www.reichelt.de/Batteri…RCH=Batterieclip+f%FCr+9V

Wenn Du irgendwo noch ein Netzteil, z.B. 12V, rumliegen hast, kannst du es doch gleich einer Zweitverwertung zuführen. 12V Kabel auftrennen, auf Polung achten, Widerstand und LED dran. Oben dann auf 12V rechnen.
Und wenn du kein Bock auf Löten hast ...
http://www.reichelt.de/Messzub…ROUPID=4061&artnr=MK+612S

EDIT: Hat sich jetzt mit Deinem Beitrag überschnitten. Deine Rechnung passt auch.

Hallo Gerry,
nur mal so was ich genommen habe: eine superhelle grüne LED und Widerstand Batteriepack 2x1,5V fertig.
Hab die LED nicht angeschliffen sondern eine glatte matte Folie zwischengelegt. Grün hab ich deshalb genommen, weil wir wohl bei grün am empfindlichsten sind. Ob das eine bedeutung hat weiß ich aber nicht. Jedenfalls war es recht angenehm beim testen.
Evtl. noch einen Schalter zum an und ausschalten, ist bequemer als immer alles abzuklemmen. Manchmal sind es die kleinen Details die einem helfen [:D]
Bei der LED würde ich die helste nehmen, gerade wenn du noch das PDI machen willst und Fotos dann auch noch, ist: je heller desto besser
Viel Spaß beim basteln.

Wichtig bei der Lichtquelle ist, dass sie ein hinreichend helles möglichst homogenes Licht abgibt.

Wie gut funktioniert bei euch das abschmirgeln der LEDs? Bei mir blieb immer ein Textur übrig, die kein gleichmäßig ausgeleuchtetes Foucaultbild ermöglichte. Mit klaren LEDs zeigte sich auch immer die innere Struktur.

Am besten finde ich die diffusen weißen superhellen LEDs, nicht keiner als 5 mm. Bei Konrad und Reichelt finde ich nur welche größer als 5 mm, z.B. die hier:
https://www.conrad.at/de/led-b…-v-wu-2-104wd-154001.html

Aber hier gibt's auch 5 mm:
http://www.pur-led.de/LED-Einz…LED-5mm-1-800mcd-max.html

http://www.led1.de/shop/standa…s-2500mcd-weeww03-dw.html

Stathis,
ich setzte die LED nicht zentral, sondern leicht versetzt. Im Innenleben ist es nur eine kleine Stelle, die das Licht emittiert (quasi der Glühfaden). Genau der soll nicht an der Messerkante liegen. Am Ende zählt nur, dass die Messerkante gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Alles, was mehr als 0,1mm von der Kante weg ist, wird vom virtuellen Spalt im entscheidendem Moment eh ausgeblendet. Je kleiner die LED, desto platzsparender lässt sie sich platzieren und desto kürzer ist der Abschnitt der Messerkannte, der eine Rolle spielt.

Am Ende kommt es auch nicht auf die Helligkeit der LED an, sondern auf die Leuchtdichte entlang der Kante.

Hallo Stathis

Abschmirgeln ergibt auch bei mir keine gleichmäßige Ausleuchtung .
Ich nehme 0,17mm dicke Deckglässer aus der Mikroskopie , mattiere sie mit 320 Karbo und schneide sie (bei Bedarf) mit dem Glasschneider auf die gewünschte Größe zurecht . Die Intensität des Lichts sinkt erheblich , aber die Ausleuchtung ist sehr gleichmäßig .

Hallo Kalle

Spannung am Vorwiderstand : 9V - 4V = 5V
Berechnung Vorwiderstand : 5V / 0,02A = 250 Ohm
Leistung Vorwiderstand : 5V * 0,02A = 0,1 Watt

Gruß Rainer

Hallo Rainer,
genau so eine Idee kam mir auch schon in den Sinn mit Carbo ein Stück "Milchglas" herzustellen. Schön das das funktioniert.
Mit der Folie kam ich aber auch recht gut zurecht, deshalb hab ich auch nicht weiter probiert.
Ich denke ausprobieren, was klappt.

Hallo Andreas

Da kann man viel ausprobieren . Verschiedene Karbograde und Kombinationen (zB. erst grob dann fein), eine Seite oder beide Glasseiten mattieren usw.
Da ist vieles möglich und funktioniert gut .

Gruß Rainer

Hallo Stathis,

Ich feile die LEDs vorne platt. Das gibt eine rauhe und matte Oberflaeche.

Clear Skies,
Gert

Hallo Gerry

In dem Buch von Martin Trittelvitz hat der Foucault-Tester eine fest stehende Lichtquelle und nur die Schneide wird bewegt . Dann gilt die Formel für die Schnittweitendifferenz S = (h^2 / R) + (h^4 /2R^3)
Da h^4/2R^3 bei "normalen Spiegeln" sehr klein ist kann man den Therm weglassen und angenähert rechnen : S = h^2 / R

Einfacher zu bauen ist ein Tester bei dem Lichtquelle (LED) und Schneide zusammen auf einer Platte montiert sind und dadurch auch gemeinsam bewegt werden . Dann gilt für die Schnittweitendifferenz :
S = h^2 /2R

Bei einem Auswerteprogramm gibst Du je nach Testertyp entweder fixest source oder moving source an . Das ist schon der ganze Unterschied .

Die Längsverschiebung mit einer Gewindestange zu messen ist möglich aber ungenauer wie die einfachste Meßuhr für ca. 10 Euro .
Zeig mal ein Bild von deinem Tester .

Viele Grüße Rainer

Nachtrag : Die LED wird in Durchlaßrichtung betrieben . Bei falscher Polung leuchtet sie nicht , geht aber auch nicht kaputt . Also Plus an Anode oder einfach ausprobieren .