Rotierende Linsen besser?

Hi Cornelius,

ich wuerde sagen: Denkfehler.

Ein Flaechenelement gegebener Groesse beeinflusst immer die gleiche Lichtmenge. Natuerlich nimmt die relative(!) Lichtmenge bei einer groesseren Optik ab. Aber die groessere Optik bedeutet, um beugungsbegrenzt zu bleiben, eine hoehere Anforderung an die Abbildungsguete.

Ein Segment rotieren zu lassen hiesse, nur die Flaeche des Segments zur Lichtsammlung zu benutzen. In Sachen Aufloesung bekommst Du eine elongierte Beugungsscheibe, da die Aufloesung entlang der langen Seite des Segmentes hoeher ist als entlang der kuerzeren Seite. Du musstest die mit dem Segment rotierende Beugungsscheibe getrennt auswerten, um die Aufloesung in alle Richtungen zu erhalten. In der Interferometrie wird das so gemacht (Stichwort Abdeckung der u-v-Ebene). Das macht aber nur bei grossen Basislaengen Sinn. Fuer Amateuroptiken bist Du besser daran, ein monolithisches System groesserer Oeffnung zu nehmen, also ein groesseres Linsenobjektiv oder (billiger!) einen groesseren Hauptspiegel.

Hi Cornelius, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">soweit ich verstanden haben ist der Grund, dass größere Linsen/Spiegel Durchmesser schärfere Bilder erzeugt, der ist das bei weniger optische Fläche kleine Unebenheiten eine größere menge an Licht beeinflusst <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Nein, das ist falsch gedacht. Die größere Öffnung führt grundsätzlich zu einer besseren Auflösung, egal ob die Optik 100% perfekt ist oder ob kleine Fehler/Unebenheiten auf den Linsen vorhanden sind.

Gruß
Stefan

Hallo Cornelius,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: stefan-h</i>
<br />Hi Cornelius, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">soweit ich verstanden haben ist der Grund, dass größere Linsen/Spiegel Durchmesser schärfere Bilder erzeugt, der ist das bei weniger optische Fläche kleine Unebenheiten eine größere menge an Licht beeinflusst <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Nein, das ist falsch gedacht. Die größere Öffnung führt grundsätzlich zu einer besseren Auflösung, egal ob die Optik 100% perfekt ist oder ob kleine Fehler/Unebenheiten auf den Linsen vorhanden sind.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Die Betonung liegt auf kleinen Fehlern.
Sind die Fehler klein genug, dann wird die größere Optik eine höhere Auflösung haben.
Ich habe einmal 2 Maksutov Spiegelteles miteinander verglichen. Das eine war ein f/8 mit 500 mm Brennweite und das andere ein f/5,6 mit derselben Brennweite. Das größere hatte auffallend Astimatismus und das andere kleinere hatte keinen bemerkbaren Astimatismus und war auch sonst sehr gut.
Es ist klar, dass das kleinere Details besser auflösen konnte, da beim größeren der Astimatismus das Bild extrem gestört hat. Ohne massiven Astigmatismus hätte das größere die höhere Auflösung gehabt.
Meist haben diese Maksutovspiegelteles durch Verspannung des Spiegel Astigmatismus...
Servus,
Roland

Hi Roland, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">....bei weniger optische Fläche kleine Unebenheiten eine größere menge an Licht beeinflusst <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">DieFrage ging auf Unebenheiten, also übersetzt Rauigkeit der Glasoberfläche. Und der Gedanke dabei, auf der kleinen Fläche macht sich das stärker bemerkbar als auf einer größeren, daher löst die größere Öffnung besser auf.

Nimmt man eine 80mm und eine 160mm Optik, beide mit 100% perfekter Oberfläche, dann zeigt die 160mm Optik schlichtweg das doppelte Auflösungsvermögen.

Setzt man bei beiden Optiken einen gleich großen Oberflächenfehler an, ändert sich daran nichts, nur das beide in dem Fall entsprechend dem Fehleranteil etwas bei der Kontrastübertragung und damit etwas an Auflösung verlieren. Die größere bringt dabei trotzdem weiterhin das Doppelte an Auflösung.

Gruß
Stefan

Hallo Cornelius,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">soweit ich verstanden haben ist der Grund, dass größere Linsen/Spiegel Durchmesser schärfere Bilder erzeugt, der ist das bei weniger optische Fläche kleine Unebenheiten eine größere menge an Licht beeinflusst
als auf einer größeren Fläche wo jeder cm² für eine kleinere Lichtmenge zuständig ist.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

da hast du etwas grundsätzlich falsch verstanden.
Wir müssen auch unterscheiden zwischen dem Auflösungsvermögen das vom Durchmesser der Optik durch Beugung bestimmt wird und der Bildgüte die von der Qualität der Optik und dazu zählen auch kleine Unebenheiten bestimmt wird.
Prinzipiell kann jede Optik eine hohe Bildgüte und damit scharfe Abbildung zeigen wenn ihre Qualität hoch ist, das ist vollkommen unabhängig von der Öffnung.
Allerdings ist es so das es schwieriger ist eine große Optik in gleich guter Qualität zu fertigen wie eine kleine.
Daher ist die Bildgüte einer großen Optik sogar tendenziell etwas schlechter als die einer kleinen oder sie wird sehr teuer wenn man die gleiche Bildgüte erreichen möchte weil der Aufwand dann wesentlich größer ist um die gleiche Qualität zu erreichen.
Mehr optische Fläche bedeutet eben auch mehr Fehler die entstehen können.

Es ist daher sogar oft so das eine Reduzierung der Öffnung also abblenden die Qualität der Optik und damit ihre Bildgüte verbessert.
Bei Spiegeln hat man oft das Problem einer abgesunkenen Kante welche die Bildgüte mindert.
Blendet man sie aus also verringert die Öffnung dementsprechend ist das dann ein großer Gewinn für die Bildgüte und man erhält nun das deutlich schärfere Bild.

Oder nehmen wir die sphärische Aberration.
Ein Kugelspiegel mit 200mm Durchmesser und 1200mm Brennweite also 200F6 erzeugt eine grauenhafte Abbildung die nicht scharf zu kriegen ist weil hier die Randstrahlern einen anderen Fokus haben als die Strahlen in der Nähe der Achse.
Der Wellenfrontfehler beträgt hier RMS 0,247 was den Strehl mit 0,085 in den Keller katapultiert.

Blendest du diesen Spiegel auf zb. 120mm ab verbessert sich die Abbildung enorm.
Er hat nun als 120F10 einen Wellenfrontfehler von lediglich RMS 0,032 und damit Strehl 0,96.
Das ist schon recht nahe am Ideal und wird dir eine rattenscharfe Abbildung zeigen.
Also der gleiche Kugelspiegel der bei 200mm Öffnung völlig unbrauchbar und nicht scharfzukriegen ist zeigt dir wenn du auf 120mm abblendest eine rattenscharfe Abbildung nahe dem Ideal.
Hier haben wir dann also das krasse Gegenteil von dem was du oben geschrieben hast.

Zu deiner Idee mit der Rotation.
Es ist egal wo der Fehler liegt, was zählt ist nur die Fläche die er betrifft und natürlich sein Ausmaß.
Das fließt dann so auch in den RMS ein.
Drehst du die Optik liegt der Fehler zwar an anderer Position aber RMS und Strehl und damit die Bildgüte bleiben unverändert.

Grüße Gerd

Hallo Cornelius,

Erst mal Willkommen im Astrotreff! (Liebe Forenkollegen, bitte etwas mehr Höflichkeit[8)]).

Wir nehmen mal den allereinfachsten Fall, einen Parabolspiegel und Licht von einem Stern, das exakt von vorn kommt (auf der optischen Achse).
Abbildungsschärfe bzw. Auflösungsvermögen dieses Spiegels hängen von der Oberflächengüte, dem wirksamen optischen Durchmesser und der Wellenlänge ab. Und von sonst nix.
Sichtbares Licht hat ungefähr 1/2000 mm Wellenlänge. Die Abweichungen der Optik müssen erheblich kleiner sein als diese Zahl, um eine annähernd perfekte Abbildung zu erreichen.

Licht besteht nicht aus "Strahlen" oder Teilchen, sondern es handelt sich um elektromagnetische Wellen, die sich praktisch ungehindert durch Vakuum ausbreiten und mit Materie wechselwirken. Die Energie kann dabei nicht kontinuierlich übertragen werden, sondern nur in bestimmten kleinstmöglichen "Häppchen". Die Häppchengröße ist nur von der Wellenlänge abhängig und wird Lichtquant oder Photon genannt.
Diese Quanteneigenschaft spielt aber bei der Untersuchung der Lichtausbreitung keine Rolle, sondern nur bei der Berechnung der Energie, die man z.B. mit einem Bildsensor einfangen kann. Für das Verständnis der Bildschärfe ist also nur die Welleneigenschaft bedeutsam.

Zum besseren Verständnis stellen wir uns nun ein eingefrorenes Wellenmuster vor. In der Praxis bewegt es sich natürlich wegen der Lichtausbreitung, aber es kommt hier auf die "relativen Phasenwinkel" an, also die Unterschiede, und die sind in jedem Moment immer die gleichen.
Um eine gute kontrastreiche Abbildung zu bekommen, muss der gesamte Wellenberg einer Lichtwelle, die vom Teleskop eingefangen wird, gleichzeitig und auf einen Punkt gebündelt in der Bildebene ankommen. Wenn die gesamte Oberfläche des Teleskopspiegels höchstens ungefähr 1/10 Wellenlänge vom Idealwert abweicht, wird die Auflösung praktisch nur noch von der Wellenlänge und dem Durchmesser der Optik vorgegeben. Eine noch höhere Genauigkeit "merkt" das Licht nicht. Gute Amateurspiegelschleifer können solche Teleskopspiegel mit ungefähr 1/20000 mm maximalem Oberflächenfehler, das sind +- 50 nm Genauigkeit, heute einigermaßen routiniert herstellen (und messen!).

Warum liefern größere Optiken schärfere Bilder?
Rings um den hellen Fleck in der Bildmitte gibt es eine Zone, wo von einen Hälfte des Spiegels gerade eine positive Halbwelle ankommt und auf der anderen eine negative. Dann löschen sie sich gegenseitig aus und der Bereich in der Bildebene bleibt dunkel. Noch etwas weiter von der Mitte entfernt treffen wieder zwei Wellenberge aufeinander, hier gibt es einen hellern Ring, und so weiter. Daher wird ein weit entfernter Lichtpunkt vom Teleskop in ein "Beugungsmuster" abgebildet, mit einen sehr hellen Fleck in der Mitte ("Beugungsscheibchen") und mehreren immer schwächer werdenden Ringen drum herum. Auch ein perfekter Parabolspiegel kann wegen des Beugungsmusters nie 100% des Lichts ins Beugungsscheibchen leiten. Wenn ich mich recht erinnere, ist der theoretische Höchstwert ca. 83%. Die übrige Energie landet in den Ringen.
Das Beugungsscheibchen in der Mitte ist um so kleiner, je größer die Optik ist und je kürzer die Brennweite und Wellenlänge sind.

Bei weit entfernten Objekten wird die Schärfe eines Teleskops in Bogensekunden, also Winkelauflösung, angegeben Dadurch ist die Zahl unabhängig von Objektentfernung und Abbildungsgröße.

Beispiel: Ein Spiegel mit 117 mm Durchmesser kann zwei Sterne mit 1 Bogensekunde (=1/3600°) Abstand noch mit einer dunklen Lücke dazwischen abbilden. Stehen zwei Sterne näher beieinander, scheinen sie im Teleskop mehr oder weniger zu verschmelzen.

Das Beugungsmuster ist nur zu sehen, wenn die Optik, die Luftruhe und die Justage nahezu perfekt sind, sonst ist alles verschmiert oder es gibt Gezappel. Je größer das Teleskop, um so schwieriger wird es, seine "echte" Schärfeleistung in der Praxis zu nutzen.

Übrigens: ein "Bildgezappel" würde auch auftreten, wenn die Optik rotiert! Rotieren bringt daher nichts, außer die Abbildungsfehler der Optik gleichmäßig in alle Richtungen zu "verschmieren".

Ich hoffe, die Erklärung war verständlich und nicht zu lang!

Gruß,
Martin

Hallo Martin,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Bei weit entfernten Objekten wird die Schärfe eines Teleskops in Bogensekunden, also Winkelauflösung, angegeben Dadurch ist die Zahl unabhängig von Objektentfernung und Abbildungsgröße.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

auch du verwechselst leider Auflösungsvermögen mit Bildschärfe.
Was du ansprichst ist das Auflösungsvermögen der Optik aber nicht die Schärfe des Bildes.
Die Bildschärfe ist grundsätzlich unabhängig von der Öffnung und wird ausschließlich von der Qualität der Optik bestimmt.
Hättest du Recht und die Bildschärfe wäre abhängig von der Öffnung müssten ja kleine Öffnungen prinzipiell ein unscharfes Bild liefern. Und da klein ja relativ ist wäre eigentlich jede Optik unscharf da es immer eine noch größere gibt.
Wer aber schon mal durch eine Optik geschaut hat, egal welcher Öffnung weiß aber das dies völliger Unsinn ist und jede Optik egal welcher Öffnung in der Lage ist bei entsprechender Qualität ein scharfes Bild zu liefern.

Es ist nur so dass das Bild bei kleiner Öffnung auch kleiner ist wenn man visuell mit gleicher AP beobachtet aber es ist genauso scharf wie das der größeren Öffnung.
Und bei Foto ist es das Gleiche.
Eine Optik mit zb. F10 zeigt fotografisch immer ein gleich scharfes Bild bei gleicher Qualität der Optik, völlig egal welche Öffnung man hier verwendet.
Seeing Einfluss lassen wir mal außen vor.

Nur bei 50mm Öffnung hätte sie 500mm Brennweite und bei 100mm Öffnung hätte sie 1000mm Brennweite und würde damit ein doppelt so großes Abbild eines Objekts zeigen.
Also Bildschärfe ist in beiden Fällen identisch nur die Auflösung ist bei doppelter Öffnung auch doppelt so hoch.

Ich denke es ist sehr wichtig diesen Unterschied deutlich zu machen da bei nicht Beachtung desselben die vollkommen falsche Vorstellung entsteht das kleine Öffnungen prinzipiell unscharfe Bilder zeigen würden.
Und das wäre völliger Unsinn.

Grüße Gerd

Hallo Gerd,

Natürlich hast Du völlig Recht, dass Bildschärfe und Auflösungsvermögen zwei verschiedene Eigenschaften sind.
Ich hab halt versucht, ein komplexes Thema in erträglicher Länge zu behandeln und da hab ich das leider verwurschtelt.

Gruß,
Martin