Schliff eines Toroids für Reise Yolo

Hallo Alle

Habe inzwischen die Grenzen beim Schleifen eines Toroids auszuloten versucht und den alten, nicht optimal geratenen Sekundärspiegel revidiert. Das Endresultat sieht so aus:

Es zeigt sich nun, dass der hauptsächliche Strehlverlust auf „Tetrafoil“ zurückgeführt werden muss. Dieser beträgt 0.025. Er dürfte durch die kreuzweisen Striche bedingt sein. Sichtbar wird er beim Ellipsentest des Toroids bei geringem Defokus am Okular (beachte die 45 Grad Rotation):

Oder in DFTFringe an der Randwelligkeit der Oberfläche:

Der Ronchi Test ist dafür zu wenig empfindich:

Auch bei meiner kurzbrennweitigen Version des Yolos (1:8) wird er kaum eine Rolle spielen bei Strehl von 0,96 und dem inzwischen fertigen Primärspiegel mit Strehl von 0.99. Trotzdem wäre es interessant herauszufinden, wie man polieren muss, damit dieser Fehler nicht auftritt. In der mir zugänglichen Literatur habe ich nichts darüber gefunden. Ich weiss jetzt aber warum ich bei meinen Yolos in AK ein diskret angedeutetes Oktogon in ersten Beugungsring gesehen habe, (nicht am Stern).

Das bekannte Problem der im Vergleich zum sphärischen Spiegel grösseren Oberflächenrauhigkeit habe ich nun doch mittels Foucault sichtbar machen können, nachdem ich nun ein Pinhole von 15 mikron habe, beleuchtet mit einer 3 W grünen LED.

Man sieht quasi eine Abbildung der kreuzweisen Striche, welche auftreten, obwohl die Kanäle der Pechhaut nicht in diese Richtung zeigen. Ob kleinere Facetten besser wären? Wahrscheinlich spielt auch der Druck beim Polieren eine Rolle. Sie führen zu einem Strehlverlust von 0.005, soweit mir das DFTFringe oder WinRoddier rechnen, also zerbreche ich mir den Kopf nicht darüber. Aber auch hier wäre interessant, wie noch besser machen.

Mit Gruss, Beat

Hallo Rainer, danke für das Kompliment!

Ich vermute einen Zusammenhang der Striche (sie müssen möglichst kreuzförmig sein!) mit den Strichspuren und der Vierwelligkeit. Mehr seitliches Ausladen gibt weniger Strichspuren, zentrische Striche weniger Tetrafoil und damit ist wohl ein Kompromiss möglich. Ich werde auch das mal ausprobieren. Wir bewegen uns da aber auf hohem Perfektionsniveau. Bei moderater Oeffnung des Yolo ist das Problem nur "kosmetischer" Art.

Dein Delta verstehe ich wahrscheinlich nicht richtig. Die Radiusdifferenz beim Yolo - Toroid liegt in der Grössenordnung von 10 cm, beim aktuellen 14 cm. Bei einem Parabospiegel von 40 cm 1:4,5 beträgt die longitudinale Aberration (in Analogie) 2,2 cm. Beim Paraboloid gibt es das Problem der orthogonalen Striche nicht.

Mit Gruss,
Beat

Hallo Guntram
Vielen Dank für die Anerkennung. Nicht unerwähnt seien Heri Ziegler, der die Vorzüge des Yolos entdeckt hat, Alois Ortner, der diese Vorzüge objektiviert hat (beide leider verstorben) und Dale Eason, der uns mit DFTFringe ein geniales Programm zur Fehleranalyse zur Verfügung stellt.

Hallo Rainer,
danke für die klärenden Angaben. Nun ist der Tetrafoil Fehler etwa 5 mal grösser als die Oberflächenrauhigkeit. Beide Fehler sind allerdings so klein, dass sie nur theoretischen Wert haben. Wenn die Striche beim Toroid nicht kreuzförmig sind, wird Tetrafoil zunehmen und es werden wohl noch andere Fehler auftreten. Ich habe keine Lust gehabt, dies auszuprobieren, nachdem der Spiegel die gewünschte Genauigkeit aufweist.

Mit Gruss, Beat

Hallo zusammen

Inzwischen habe ich den 1:8 Reise Yolo mit dem neuen Toroid und dem alten hyperboloiden Primärspiegel wieder zusammengebaut. Mittels Point Diffraction Interferometrie erhalte ich in Autokollimation keine guten Streifen, habe die Schlussprüfung deshalb mit einem grün beleuchteten Pinhole mittels WinRoddier ausgewertet. Dies sind die Daten und die Ergebnisse:

Der Primärspiegel ist etwas unterkorrigiert, der Sekundäspiegel wenig überkorrigiert, was sich konstruktiv ergänzt. Es bleiben erwartungsgemäss hauptsächlich der Tetrafoilfehler und die Oberflächenrauhigkeit des Sekundärspiegels, wie der Vergleich mit der Interferometrie der Einzelspiegel ergibt. Das Ziel Strehl über 0.94 wurde erreicht.

Alle meine Fragen sind noch nicht gelöst: Eine wichtige: Wir gut wird das Toroid bei Verspannung? Ob nicht doch einmal die entsprechenden Besitzer eine Objektivierung versuchen wollen?

Ich habe im Lauf der Arbeit aber einiges gelernt aber auch bestätigt erhalten:
Ein Toroid mit der notwenigen Genauigkeit lässt sich relativ einfach schleifen.
Die Strehlverluste der zwei Spiegel im Yolo addieren sich. Der Primärspiegel kann mit einer Genauigkeit nahe Strehl 1 geschliffen werden, sodass praktisch nur die Fehler des Sekundäspiegels (Toroid) ins Gesamt System eingehen.
Die Einzelspiegel lassen sich einfach und hervorragend mittels Point Diffraction Interferometrie und DFTFringe messen. Damit sind die Fehler des Gesamtsystems einfach berechenbar.

Ich möchte alle Freunde eines Schiefspiegler animieren, ein Yolo Teleskop zu bauen. „It beats hands down…“ bei 150 mm 1:12, bei 130mm 1:10.

Gruss, Beat

Hallo Rainer und alle

Ich habe es nicht unterlassen, nochmals einen Toroid Sekundärspiegel zu schleifen und habe Deinen (richtigen) Hinweis erst jetzt verstanden nachdem ich selber darauf gekommen bin.

Die finalen Retuschen lassen sich tatsächlich einfach und erfolgreich realisieren, indem man die Striche nicht nur kreuzweise, sondern auch in andere Richtungen, vornehmlich auch in 45 Grad macht. Wichtig ist, dass man dabei die Orientierung von Mirror und Tool zueinander einhält.
Ich habe die Striche abwechselnd gerade, im Oval und in 8 gemacht und erhalte eine glatte Oberfläche wie bei einem sphärischen Spiegel. All dies verlängert die Zeit der Herstellung nicht.

Zu empfehlen ist, den Spiegel Durchmesser ein paar mm grösser als errechnet zu wählen. Bei mir sind die äussersten 2mm abgesunken, ich weiss nicht warum. Ich kann dies aber ohne Einbussen abdecken. Zu bemerken ist, dass ich das weder mittels PDI Interferometrie eindeutig messe, noch mit WinRoddier. Aber der künstliche Sterntest demonstriert die abgesunkene Kante (wie bei Suiter beschrieben) am Okular ohne Gnade.

Ich ergänze diesen Bericht noch mit meinen Messresultaten im Ellipsoid Test, bei welchem das Toroid (Öffnung 94mm, Radiusdifferenz 125mm bei ROC (kurz) 4112 mm) sich wie eine Sphäre ausmessen lässt.
Die PDI Interferometrie gibt die höchsten Strehl Werte (das „Loch“ im Zentrum und die „angebissenen“ Ränder sind Reflexions-Artefakte):

WinRoddier gibt etwas niedrigere Werte. Meine Vermutung ist, dass WR den Ripple besser reproduziert. Dieser erscheint in „Ordres sup.“ und entspricht bei meinem Spiegel etwa einem Strehlverlust von 0,004 oder lambda/100 rms.
Man kann die Zernike von WR in OpenFringe einlesen, der rechte Bildteil. Der Strehwert ist etwas besser: Da werden wohl die Ordres sup. nicht berücksichtigt und evtl. ist der Rechenalgorithmus nicht exakt gleich.

Am Ende bleibt ein ganz kleiner Tetrafoil Fehler, den ich auch noch hätte auskorrigieren können. Aber bei Strehl von über 0.98 hab ich darauf verzichtet. Er ist knapp erkennbar im Fokus (links, mittels CCD Kamera direkt fotographiert) und errechnet in WinRoddier (rechts). Besser erkennbar in der Wellenfront von WinRoddier, weniger klar in der Wellenfronat von DFTFringe.

Willkommen ist jeder Kommntar. Danke fürs Interesse und Eure Hilfe.

Gruss, Beat

Hallo Rainer

Danke für Deinen Kommentar.

Eine mechanische Verspannung bietet von mir aus keine Vorteile. Sie hat Gewicht und das spielt eine Rolle! Es braucht zu Herstellung eine mechanische Werkstatt (Leonard war halt eben Professor in diesem Bereich). Es ergibt sich relevante Mehrarbeit, wenn man bedenkt, dass ein Toroid sich in fast derselben Zeit herstellen lässt wie ein Sphäroid. Bisher habe ich auch von keinem "Verspanner" gehört, der seine Wellenfrontfehler bekannt geben würde...

Die Justage des Yolo (ohne Verspannung) ist beim Beobachten extrem einfach, praktisch und präzise wenn der Zusammenbau des Instrumentes korrekt war.
Der von Dir erwähnten zusätzlichen Freiheitsgrad würde nur stören. Wenn Du Dich davon überzeugen willst, kannst Du bei mir eines der Instrumente für genügend lange Zeit ausleihen.

Gruss! Beat

Hallo Alle

Als quasi Interferometrie-Novize habe ich bei der Auswertung der Interferogramme meines neuen Toroids in DFTFringe einen Fehler gemacht. Ist etwas peinlich, aber vielleicht für den einen oder anderen Leser auch lehrreich. Immerhin, ich komme trotzdem auf Strehl von 0.98.

Ich habe also in Ellispoid Konfiguration getestet, was dem Test eines sphärischen Spiegels entspricht.

Oben im Bild die PSF, wie ich sie im Fokus mit der CCD Guide Kamera abgebildet habe. Unten die von DFTFringe errechente PSF, flankiert von je einem wenig defokussierten, ebenfalls simulierten Bild. Bin sicher, dass die Auswertung der Interferogramme nun korrekt ist:

Das Protokoll zeigt die Details. Ich habe 15 Igramme gemittelt. Bei diesem „averaging“ muss man achten, die alle Wellenfronten die korrekte Orientierung haben. Bei einem sphärischen Spiegel rechnet das Programm dies nicht zuverlässig. Man muss es manuell machen und sich nicht auf die „Empfehlung“, die automatisch erscheint, verlassen!

Bei der PDI Interferometrie ist es am einfachsten, den Defokus als Orientierung zu verwenden. Man macht alle Igramme entweder intra- und extrafokal. Extrafokal z.B. soll „Defocus“ ein positives Vorzeichen haben. Wenn nicht, muss die Wellenfront invertiert werden.

Ich habe dies so gemacht und einen etwas tieferen Strehlwert erhalten. Ich werde den Spiegel aber so belassen. Die leichte Ueberkorrektur (vgl. SA) werde ich beim Hyperbolisieren des Primäspiegels berücksichtigen und der Trefoil kommt mir zum Glück entgegen! Er wird mir den vom Yolo Design herrührenden Trefoil z.T. kompensieren. Wenn ich das berücksichtige sieht es so aus:

Ich mute mir zu, den Primäspiegel mit Strehl 0.99 herzustellen. Wird ein Yolo geben mit Strehl um 0.96. Fast so gut sie mein Vorzeige-Instrument, aber kleiner und handlicher.

Gruss,danke fürs Verständnis, Beat