Optische Auflösung und Abbildunsgleistung ...Frage an die Spezialisten

  • Liebe Astrotreff Gemeinde.


    Auch auf die Gefahr hin, das mich nun alle für meine blöde Frage auslachen....



    mich würde einmal interessieren, wie eigentlich genau ( oder ob) die optische Abbildunsgleistung oder Auflösung eines Teleskops spezifiziert wird.


    In einem früheren Leben hatte ich viel mit der Abbildungsqualität von Optiken und Filmen zu tun. Lange lange ist das her.

    Aber eben doch nicht ganz vergessen.

    Ein Film konnte eine gewisse Mange an Linien Paaren pro Millimeter auflösen.

    Das heisst im Klartext, wie viele Schwarze und weisse Linien nebeneinander kann ich auf einem Millimeter darstellen, das ich sie noch erkennen kann.

    Je feiner das Film Korn war , und je Geringer die Reflexion auf das daneben liegende Korn, desto höher war die Auflösungen.

    Das hat man vor der Digitalisierung bis zum Exzess ausgereizt. Bis zu 1000 Lp/mm waren möglich.


    Das gleiche gallt für Optiken. Lp/mm Auflösungen wurden , zumindest bei hochwertigen Optiken immer in der Spec mit angegeben.


    Es war somit recht einfach zu sehen, was für eine Film/Optik Kombi noch Sinn macht, und wo man eventuell Geld zum Fenster raus schmeißt.

    Die Idee dahinter ist auch gut auf digitale Kameras zu übertragen. In den Anfängen der Digital Fotografie wurde das auch gemacht, Die Auflösung eines Sensors ist recht einfach umzurechnen . Eine SW Kamera mit 3,9um großen Pickeln kann etwa 90 lp/mm abbilden. Immer vorausgesetzt es wird optimal belichtet.


    Aber ist die Optik scharf genug das aufzulösen ?

    Da spielte ja nicht nur die Qualität der Optik eine Rolle, sonder zusätzlich noch die Physikalische Grundlagen. Welche Blende hat das Objektiv, und komme ich eventuell an das Diffraction Limit weil die Airy disk größer wird als meine Pixel.


    In der Astronomie ist aber alles anders , das hab ich mittlerweile auch schon gemerkt.


    Trotzdem...


    ..wenn ich mir nun meine eigenen Teleskope so ansehe , habe ich festgestellt, das , zumindest bei dem Dublet das ich aus Spass mal getestet habe, eine Optiken schon bei SW bei weitem nicht die Auflösung bringt, um bei einer modernen Kamera 3 -5 um Pixel Größe , die Details so scharf darzustellen, wie die Kamera es eigentlich aufnehmen könnte. Bei Farbe wird das Verhältnis noch um einiges schlimmer.


    Viele Grüße


    Achim

  • Hallo Achim,


    die Frage ist nicht uninteressant. In Astrofotografie und Mikroskopie stoßen auch wir Hobbyisten schnell an die physikalischen Grenzen der Optiken. Ab gewissen Vergrößerungen ist daher keine scharfe Abbildung mehr möglich. Ich hatte hierzu mal eine gute Zusammenfassung bei YT gesehen, aber leider das Video nicht gespeichert.

    Daher wäre ich auch dankbar nochmal einen Diskurs in Optik und Physik zu erhalten.


    CS & VG

    Stefan

    :star: Deep Sky: Sky-Watcher QUATTRO 150P | TS PHOTOLINE 106/700 f6.6 | ASKAR FRA300 Pro 60mm f/5 | Samyang 135mm F2.0 ED UMC :ringed_planet: Mond, Planeten (,Sonne): Sky-Watcher Skymax Mak-Cas 150/1800 | Sky-Watcher Skymax Mak-Cas 102/1300 :sun_with_face: Sonne: Lunt LS60MT Ha B1200 :camera: Kameras: ZWO ASI533MC Pro, ZWO ASI178MM, ZWO ASI178MC, ZWO ASI585MC, QHY 5III 715C :magnet: Autoguiding: Svbony SV106 | QHY 5III 178c :telescope: Montierung: iOptron CEM26 :high_voltage: Powerbank: FOX HALO 96K Power Pack :globe_showing_Europe_Africa: Webseite: https://www.junger.net/

  • In der Fotografie nimmt man Testtafeln. Mit Linienpaaren unterschiedlicher Abstände und "Siemenssternen". Bei einem Teleskop sollten sie in wenigstens 50m Abstand stehen, damit man sich dem Kriterium paralleler Strahlengang wenigstens annähert, denn dafür wurden Astropoptiken gerechnet. Fotoobjektive müssen von 2-30m optimale Leistung bringen. Anhand dieser Testtafeln kann man die Auflösung berechnen, wo die Helldunkelübergänge 50% Grauwert erreichen.


    Am Stern kann man sich geeignete Doppelsterne aussuchen, sollten über 40° Höhe wegen Seeingeinflüssen haben. Ich würde das erstmal visuell versuchen und wenn erfolgreich, dann kann man sich heranwagen, das auch zu fotografieren. Man braucht für diesen Test eine Übervergrößerung, fotografisch geht das am besten mit der Technik für Planetenfotografie.

  • Die physikalische Grenze des Diffraction Limits in Abhängigkeit zum Equipment wird übrigens hier recht gut erklärt



    D.h. besser gehts nicht mit der Abbildungsleistung. Das ist das Optimum bei den jeweils gegebenen Vorraussetzungen ( Kamera - Teleskop)


    Schlechter geht leider immer , abhängig von der Qualität der Optik .


    Und das war ja meine eigentlicher Punkt. Wo oder wie ( oder überhaupt) wird das Auflösungsvermögen einer Teleskop Optik spezifiziert ?

  • Ich würde sagen, es ist nicht alles anders als bei der Fotografie. Testtafeln könnte man auch nehmen und die weit genug weg stellen. Dann kommt schon die Atmosphäre ins Spiel. Ich hab mal im Garten die Auflösung mit einem Spalt im Alupapier (0,05 bis 0,3 mm breit) gemessen vor dunklem Hintergrund. Geht aber nur mit Hauptspiegelfokussierern. Bei größeren Entfernungen stört wie gesagt die Luft. Deswegen sind Doppelsterne so beliebt, die funzen aber nur bei entsprechendem Seeing. Außerdem muss man dann die Auflösung genauer definieren. Einfach den Winkelabstand getrennt oder nicht, so einfach gehts nicht. Wichtig ist hier die Helligkeit der Sterne, vor allem auch der Helligkeitsunterschied. Oft entscheidet auch der Kontrast. Deswegen ist das alles relativ.

    Wie sieht es denn aus mit dem Strehl-Wert? Kann man den nicht objektiv messen? Wenn man diesen mit der Öffnung geschickt kombiniert, kommt dann nicht so eine allgemeine Auflösung raus?

  • Ich würde sagen, es ist nicht alles anders als bei der Fotografie. Testtafeln könnte man auch nehmen und die weit genug weg stellen. Dann kommt schon die Atmosphäre ins Spiel. Ich hab mal im Garten die Auflösung mit einem Spalt im Alupapier (0,05 bis 0,3 mm breit) gemessen vor dunklem Hintergrund. Geht aber nur mit Hauptspiegelfokussierern. Bei größeren Entfernungen stört wie gesagt die Luft. Deswegen sind Doppelsterne so beliebt, die funzen aber nur bei entsprechendem Seeing. Außerdem muss man dann die Auflösung genauer definieren. Einfach den Winkelabstand getrennt oder nicht, so einfach gehts nicht. Wichtig ist hier die Helligkeit der Sterne, vor allem auch der Helligkeitsunterschied. Oft entscheidet auch der Kontrast. Deswegen ist das alles relativ.

    Wie sieht es denn aus mit dem Strehl-Wert? Kann man den nicht objektiv messen? Wenn man diesen mit der Öffnung geschickt kombiniert, kommt dann nicht so eine allgemeine Auflösung raus?

    Das mit dem Strehl wert hört sich schonmal sehr interessant und vielversprechend an. Das geht schon mal in die Richtung, die ich mir gewünscht hatte. :)Danke


    Vielcht weiss ja jemand wie man das mit der Brennweite und er Pixelgröße in relation bringen kann, Wenn man dann noch das Diffraction Limit im Auge behält, hat man einen brauchbaren wert...zumindest für SW . Bei Farbe wird es komplexer

  • Den Strehlwert kann man nur mit dem Interferometer messen. Das machen die Optikprofis, einen Planspiegel braucht es dazu meist auch. Daher mein Hinweis auf Doppelsterne, da bekommt man ein Ergebnis unter praktischen Bedingungen.

  • Den Strehlwert kann man nur mit dem Interferometer messen. Das machen die Optikprofis, einen Planspiegel braucht es dazu meist auch. Daher mein Hinweis auf Doppelsterne, da bekommt man ein Ergebnis unter praktischen Bedingungen.

    Ich hätte ja gerne einen Spezifikation eines Teleskops ...als Entscheidungshilfe zur optischen Qualität. Da hilft mir ein Doppelstern wenig

  • Moin,


    bei Fragen an Spezialisten trau' ich mich eigentlich gar nicht ...


    trotzdem - vielleicht hilft das :


    Diffraction Limited Photography: Pixel Size, Aperture and Airy Disks

    (Das scheint auf das Abtasttheorem hinauszulaufen, also Pixelgröße <= 2*Beugungsscheibchen)


    oder (wie bei den meisten Fragen zur Optik)

    Telescope resolution


    Ansonsten ist mir als Fausregel im Kopf, dass die Pixelgröße in µm ca. (F/D)/(4 bis 5) betragen sollte, um beugungsbegrenzt abzubilden bzw. die Möglichkeiten des Systems auszureizen.

    Maßgeblich ist also die Relation Pixelgröße zu Öffnungsverhältnis.


    Das ist aber vermutlich alles "zu einfach". Rayleigh und co. beziehen sich imho auf 100% Kontrast bei gleich hellen Punktlichtquellen bei perfekter Optik.

    Das ist zumindest bei Planeten, Mond, Sonne und Nebelstrukturen eher nicht der Fall.

    Dann kommen die ungleichen Pixelabstände, je nach Richtung, Bildbearbeitung, ...

    (Fehlerbehaftete Optiken lassen sich bezüglich der Abbildungsleistung (grob) mit einem kleineren Teleskop vergleichen. Dazu gibt/gab es unter telescope-optics.net auch Beispielbetrachtungen.)

    CS

    Harold


    Edit/Nachtrag:

    Angaben wie Linien/jemm spielken sich im Bild ab. Bei der theoretisch möglichen Leistung des Teleskopes ist der Optikdurchmesser maßgeblich. Formfehler, Obstruktion, Bildfeldwölbung, ... führen zu mehr oder weniger großer Verschlechterung der Abbildungsleistung.
    Der Strehlwert ist eine relative Größe. Ein 300mm Teleskop mit S 0,9 wrd ein 80mm Gerät mit S 0,999 locker ausstechen.

  • Deswegen die Kombi von Strehl mit Öffnung. Aber wenn der Strehl so schwer zu ermitteln ist...

    Doppelsterne sind relativ, je nach Helligkeit und -sunterschied werden sie bei gleicher Distanz getrennt oder eben nicht. Und vor allem ist das Seeing davor. Im Extremfall muss man sein Leben lang warten, um einmal irgendein Doppel zu trennen.

    Und dann kommts darauf an, wie schön sie getrennt sind. Wenn jemand Erfahrung hat, kann der an solchen Beispielen bewerten, das Problem ist aber, das objektiv hinzukriegen. Im direkten Vergleich kann man das schnell beurteilen, aber indirekt ist es schwer.

    Ein künstlicher Stern könnte herhalten, obwohl man da meist wieder Verlängerungen einbauen muss, die es in der Praxis nicht braucht.

    Aber da könnte man die Helligkeitsverteilung in Abhängigkeit der Helligkeit aufzeichnen. Das wären dann verschiedene Kurven (ähnlich Gaußkurven mit Nebenmaxima) für verschiedene Helligkeiten. Aber dann auch nicht so ganz einfach zu lesen.

  • Es gibt viele Metriken und jede hat ihren Sinn.


    Die Linienpaare/mm sind beliebt, aber auch missverständlich, weil man unterscheiden muss, ob es sich um Linien mit harten Kanten oder mit solche mit einem sinusförmigen Helligkeitsverlauf handelt. Letztere sind eine reine Ortsfrequenz, kein Frequenzgemisch.


    Sehr aussagekräftig ist die MTF, die angibt, bei welcher Frequenz wieviel Kontrast erhalten bleibt:



    Bei realen Optiken ist die MTF von der Position im Feld, von der Richtung im Feld und von der Wellenlänge abhängig. Bei der Astrofotografie muss man dann noch den Sensor berücksichtigen, denn auch der hat eine MTF und die ist aus physikalischen Gründen weit weg von 1.0 und wird bei Farbe wegen des Bayer-Patterns noch ein wenig schlechter und bei Verwendung eines lowpass-Filters wieder noch ein wenig schlechter. Die Fokusabhängigkeit hat man allerdings nicht: Astronomische Optiken werden nur für Fokus unendlich ausgelegt.


    Im Grunde ist aber alles wie bei der normalen Fotografie und das ist nicht ganz so einfach, wie es sich anfangs darstellt. Wenn Du sagst, dass Du monochrom mit 3,9 um Pixel etwa 90 lp/mm abbilden kannst, dann bist Du von der Grenzfrequenz ca. 1,4 weg und hast bei idealen Pixeln dennoch etwas Kontrastverlust. Bei realen Pixeln hast Du noch deutlich mehr, und in der Diagonalen wird es noch schlechter.


    Wenn Du die Auflösung von Kameras (Objektiv+Sensor) messen möchtest, empfehle ich Dir die freie Software mtf mapper. Visuell wird das nicht befriedigend enden.


    Michael

  • Eine für den Hausgebrauch taugliche Testmethode beschreibt er hier:

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    Sehenswert auch der letzte Teil im Video. ;)


    PS: MTF ist die Modulation Transfer Function (Kontrast-Übertragungs-Funktion)

  • ich empfehle hier die verschiedenen Arbeiten von Wolfgang Rohr, welche aber leider nur noch in archivierter Form zu finden sind. Man mag über die "schillernde" Gestalt von W. Rohr diskuttieren wie man will,aber seine Artikel waren durch aus immer sehr profund !

    Lange nichts mehr von diesem Urgestein der Astro-Optik Szene gehört.....hörte über Dritte, dass es ihm z.Z. wohl nicht so gut gehen soll - aber bitte, deswegen hier keine Diskussionen mehr über den Menschen W. Rohr !


    Hier die Links ( Beispiele ) :


    astro-foren.com - 05 Messtechnik - Teil 1


    astro-foren.com - 02 ED-Optiken, Halb-APOs und Frauenhofer-Systeme

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