(04) Ein Allerwelts-Spiegel ?

  • Dritter Labor-Bericht: Wie schaut ein Allerwelts-Spiegel eigentlich aus?


    Jeder möchte gerne den S U P E R - Spiegel, die Super-Montierung, um damit von Zeit zu Zeit
    dem Nachbarn zu zeigen, was er für ein schönes Gerät sein eigen nennt. Für den Nachbarn
    jedoch und dessen Verständnis für Astronomie reicht folgender Durchschnitts-Spiegel völlig aus,
    und weil er auch noch beugungs-begrenzt ist mit einem Strehl von über 80% oder 0.80 sollte
    er auch noch schöne Bilder abliefern, solange man die Vergrößerung nicht überzieht:
    Sich also mit Durchmesser in mm = Vergrößerung zufrieden gibt. Dann wird man vermutlich
    sehr scharfe und kontrastreiche Ergebnisse bekommen. Dies wird vielleicht der Besitzer
    Martin Tenelsen berichten können, weil er auf astronomie.de eine Anfrage startete, wie ein
    PV L/3 wave zu einem Strehl von 0.86 paßt. Dieser Frage nachzugehen ist Aufgabe des 3.Labor-
    Berichtes.


    Das Objekt ist ein Newton 320/1500 aus plate-Glas, also aus Plattenglas.
    Die Test-Anordnung wie üblich in Autokollimation gegen einen hochgenauen Planspiegel mit Loch
    Die qualitativen Tests mit Weißlicht
    Die quantiativen Interferometer-Tests bei 632.8 nm


    01. Stern-Test



    Der Sternttest extrafokal mit einem 0.01 mm gelaserten Pinhole (Melles Griot) zeigt bereits ver-
    kleinert die Gesamt-Situation, wenn man nachfolgendes Foucault-Bild mit ihm vergleicht. Der
    vorhandene Zonen-Fehler ist also so deutlich, daß man ihn mit einem Okular außerhalb vom
    Fokus gut sehen kann.


    02. Foucault



    So könnte ein Gugelhupf von oben aussehen. Das Profil steigt also bit ca. 40% von der Mitte an,
    um dann sanft bis ca. 85% abzufallen und zum Rand hin wieder anzusteigen. Das Profil erkennt
    man beim "roten" Interferogramm, wenn man auf eine der mittleren Streifen von oben drauf schaut.
    Am Himmel wird dieser Fehler durch Fokussieren natürlich optimiert, die aus den Zonen kommen-
    den Lichtstrahlen haben unterschiedliche Schnittweiten: Die Randstrahlen fallen kürzer, bei ca.
    85% kehrt sich das um bis bei ca. 40% noch einmal eine Umkehrung erfolgt. Den Abstand dieser
    beiden Extrem-Positionen kann man rechnen. Ist aber nicht gravierend.


    03. Ronchi 10 lp/mm



    Beim Ronchi-Gramm sieht man daß die Parabel "in etwa" stimmt. Die Mitte bis etwa 85% ist
    überkorrigiert (messe diese Situation immer intrafokal wegen der Orientierung und prüfe nur
    extrafokal dagegen) Die weich verlaufende Zone bei 85% ist deutlich als "Rinne" zu sehen und
    entspricht dem Eindruck aus Foucault. Ronchi ist also für den Nachweis der richtigen Korrektur
    genauer, wie der Interferometer-Test. Quantiativ jedoch ist des Interferogramm genauer, also
    braucht man spezifische Tests für die unterschiedlichen Aspekte bei Optiken.


    04. Rauhheits-Test der Flächen-Feinstruktur



    Solche Spiegel können jedoch eine "fürchterlich rauhe" Oberfläche haben. Dieser Spiegel jedoch
    ist so glatt, wie die Hochleistungs-Spiegel bekannter Hersteller. Also sollte er wenig Streulicht
    haben von der Flächen-Feinstruktur. Wie sich die verschiedenen Zonen-Schnittweiten in der
    Praxis auswirken habe ich mindestens an der Abbildung meines Spaltes zu testen versucht:
    Der Spiegel wird also aus diesem Grund Streulicht aufweisen, das man intra/extra-fokal am
    defokussierten Sternscheibchen sehen kann.


    05. Interferogramm mit viel Streifen



    Einen allgemeinen Flächeneindruck kann man sich mit vielen Interferenz-Streifen machen. Die
    "Zonen" verlaufen ausgesprochen w e i c h ! Und das ist wiederum nicht schlecht für das Bild.


    10. Profil der Spiegel-Oberfläche



    Mit weniger Streifen kann man nun die Analyse exakter betreiben: Nun erkennt man z.B. daß
    die letzten Millimeter vom Rand abfallen. Die Feinoptiker schleifen sowas einfach weg. Man kann
    es einfach abblenden und hätte eine Streulicht-Quelle weniger. Genau dieser Rand könnte nun
    noch etwas weiter abgeblendet werden, womit das Bild wiederum verbessert wird: Der Streifen-
    abstand ist L/2 der Wellenfront wie am Himmel, und damit könnte der Fehler auf L/4 PV wave
    bei L/19 RMS wave und einem Stehl von 0.90 gebracht werden. Für Planeten-Beobachter durch-
    aus sinnvoll, und einfach zu lösen durch eine Blende in der Eintritts-Pupille des Newton-Teleskopes.


    06. Interferogramm mit neun Streifen



    Um die Auswertung möglichst genau hinzukriegen sind bei diesem halbautomatischen Verfahren
    wenig Streifen erforderlich, auf ähnliche Weise versucht es der ZYGO-Interferometer ja auch.
    Nur dort rechnet das Programm auch noch die abzugs-fähige Koma heraus. In meinem Fall ver-
    suche ich sie möglichst herauszujustieren beim Meßaufbau, was mir in diesem Fall weitest-
    gehend gelungen ist.


    07. Kontour-Bild zur Auswertung nachgezeichnet



    Das Auswert-Programm braucht ein Contour-Bild, das man über das Streifenbild bekommt.
    Damit entstehen die Höhen-Linien unserer Spiegellandschaft als Voraussetzung für die
    spätere Peak to Valley Berechnung, die spätere Root mean squere Berechnung, und davon
    abhängig in anderer Darstellung der Strehl bzw. die Definitions-Helligkeit über die Formel:


    Wenn RMS eine Dezimalbruchzahl: Strehl = 1-(2*Pi*RMS)^2


    Wenn RMS ein echter Bruch : Strehl = 1 - [(2*Pi)/RMS]^2


    08. Die Auswertung



    Die Auswertung liefert also eine 3D-Darstellung, wie sie vorher schon in den unterschiedlichsten
    Tests erkennbar wurde. Eine "wilde" Landschaft im Nanometer-Bereich. Also taucht hier der
    böse L/3 PV wave Wert auf, wie er tatsächlich häufiger vorkommt, ohne daß es die meisten
    Beobachter allzusehr stört. Und weil aber dieser Fehler oft nur ein kleiner Peak vom Flächen-
    Anteil sein kann - ein einzelnes Staubkorn wäre bereits ein gewaltiger Peak - ist diese
    Wert zwar schlecht, aber sein Anteil an der optischen Fläche jedoch vergleichsweise gering.
    Also muß ein Wert her, der sich auf die Gesamtfläche bezieht, und das ist der RMS-Wert
    bzw. der Strehl. Und jetzt schaut der Spiegel quantitativ nicht mehr so schlimm aus, ja er
    gewinnt sogar über seine Flächenglattheit dazu, die man unbedingt mit einbeziehen muß.
    Für die Hardliner unter den Planeten-Beobachtern natürlich unakzeptabel, für die Astrofoto-
    grafen ein Super Spiegel. Also Freunde, wo ist die Mitte? Und dieses Problem bei der
    Gesamtbewertung hat eigentlich jeder, auch die "Gurus", die manche Optiken gerne in Bausch
    und Bogen verurteilen möchten.


    09. Die Rotation bzw. möglicher Astigmatismus



    Der böse Astimgatismus hat schon manchen mit 95% Strehl deklarierten Hochleistungs-Spiegel
    zu Fall gebracht. Gemein zwar, aber dennoch reparabel mit zartem Federdruck einer 1 mm
    Bandfehler auf der Rückseite des Spiegels. Das Problem hatte ich selbst einmal mit ca.
    2 * Lambda Astigmatismus - eine gar nicht lustige Sache, wenn sich der "Schleifer-Meister"
    nicht zuständig fühlt. Bei diesem Spiegel jedoch kann man nicht meckern:


    Also Null Astimgatismus


    Zusammenfassend: Wer nicht gerade ein Optik-Freak ist und nur mit einem Strehl von "1.1"
    zufrieden ist (den es natürlich nicht gibt), und nur eine völlig ebene und glatte Fläche
    akzeptiert, weil er den Spiegel als Referenz-Spiegel zum Testen normaler Optiken nehmen
    möchte, so wie ich, wer also ein bißchen auf dem Teppich bleibt, hat mit diesem vorgestellten
    Spiegel eine durchaus brauchbare Optik - und darum geht es in den meisten Fällen.


    Erwartungsvolles Hoffen auf Euer Echo,


    Wolfgang Rohr


    http://rohr.aiax.de<font size="4"></font id="size4">

  • Hallo Wolfgang,
    muss ich doch auch mal meine Meinung loswerden, finde es Klasse was Du hier für Arbeit ablieferst.
    Wenn ich so die Bilder sehen, juckt es mir wieder in den Fingern, ich glaube ich schleife mir auch mal wieder einen Spiegel (ich habe immer noch Karborundum, Pech, und Poliermittel).
    Ich hatte immer bei meinen Spegeln den Rand 2mm abgeflacht, da das meiste Streulicht eben genau vom Rand kommt.
    Mal eine Frage zu Deinem Prüfspiegel, wie genau ist der denn, das muss ja ein richtig teures Teil sein... gelle?!!


    Beste Grüße
    Bernd
    PS: Freue mich schon auf den nächsten Artikel...

  • Hallo Wolfgang,


    dein neuer Bericht,besonders deine Kommentare zu den Meßergebnissen,gefällt mir ganz ausgezeichnet.


    Eine Frage habe ich zur Testvorbereitung:


    Wie lange konnte der Spiegel sich an die Umgebungstemperatur anpassen?
    Bei einem Plateglas-Spiegel dieser Größe ist das doch bestimmt eine Faktor der beachtet werden muß,wegen des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten?


    Du schlägst vor,den Randfehler abzublenden,jedenfalls für Planetenbeobachtung.Kannst du sagen wie oft in etwa dieser Fehler "abgesunkene Kante" bei deinen Messungen von Parabolspiegeln auftaucht?


    Den Fehler "abgesunkene Kante kann man ja auch sehr leicht durch einen Startest erkennen.Es stellt sich dann nur die Frage nach der Größe des Fehlers(den man dann durch abblenden beseitigen kann).
    Kannst du sagen,wieviel mm das in der Regel sind?


    Mit freundlichen Grüßen


    Karsten Schätte

  • Hallo Bernd,


    Die Spiegel von Amateuren sind in der Regel deswegen die besten Spiegel (Stathis Kafalis, Kurt
    Schreckling, Thomas Hausknecht und viele andere, weil sie erst Ruhe geben, bis so ein Teil perfekt
    ist. Das kann die Industrie nicht, die will verkaufen, und manchmal können die nicht besser, weil es
    ihnen an Meßtechnik fehlt, wiederum ein Zeitproblem und manchmal ein Geldproblem. Dafür sollte
    man eigentlich ein gewisses Verständnis entwickeln, was ich in unserer Szene manchmal vermisse.


    Meinen Prüf-Spiegel haben wir auf dreifache Art bei 632.8 nm und 532 nm Wellenlänge mit mindes-
    tens L/10 (grün) PV wave über die gesamte Fläche gemessen. Ein alter erfahrener Feinoptiker hat
    ihn mir hergestellt mit einer sehr sehr glatten Fläche. Auch die habe ich mit meinem Verfahren ge-
    prüft. Unlängst hatten wir nämlich einen "Sänger-Wettstreit" zwischen Frankreich, Deutschland und
    Österreich. Der Optik-Guru der Franzosen-Amateure hatte einen L/40 PV wave 400/1600 Newton-
    Spiegel abgeliefert, den er mit der Caustic-Methode auf einer Linie durch die Spiegel-MItte vermessen
    hatte. Weil diese Werte so sagenhaft gut erschienen, bekam ich den Spiegel. Über die Interferometrie
    blieben bei mir ca. L/4 PV wave übrig, sodaß mein französischer Optik-Bruder heftig an meinem
    Planspiegel zweifelte, der schon viele LOMO und Discovery-Spiegel "gesehen" hat und dort mindestens
    solch gute und bessere Ergebnisse abgeliefert hatte. Ja, er behauptete sogar, mit seinem Spiegel
    den meinigen Planspiegel zu messen, obwohl bei der Autokollimations-Anordnung der Prüfling doppelt
    und der Referenz-Planspiegel mit einfacher Genauigkeit in die Messung eingeht. Wir einigten uns dann
    auf einen Roddier-Test, ein Subtraktions-Test am Stern und benannt nach dem Astronomen auf
    Hawai Prof. Roddier (Bitte im Web nachschaun). Ich warte natürlich auf das Ergebnis, aber vor einem
    halben Jahr wirds da wohl nichts werden.


    Trotzdem ist es auch einem ZYGO nicht möglich, den Planspiegel als Ganzes zu messen, weshalb
    man wieder nur mit einer hochgenauen Sphäre den Planspiegel messen kann, oder einem noch
    genaueren Parabol-Spiegel, oder gegen eine Wasser-Oberfläche, was ich auch schon gemacht habe.
    Iss aber ein Gedulds-Spiel. Mach ich vielleicht noch einmal.


    Hallo Karsten,


    weil ich solche Spiegel allermeist zugeschickt bekomme, haben die Dinger im Paket mindestens
    einen Tag und in der Halterung auch noch mal ein paar Stunden Zeit, sich anzupassen. Man würde
    sonst die Luftbewegung messen. Zusätzlich bekommt die Meßanordnung ein Styropor-Häuschen
    verpaßt, damit die Luft zwischen den Spiegeln steht.


    Die abgesunkene kann dadurch entstehen, daß die Parabel nicht bis zum Rand ausgeführt worden
    ist, das war und ist immer noch bei meinem 400/1800 Newton der Fall. Trotzdem sind die meisten
    der Spiegel recht ordentlich - allerdings bekomme ich auch keinen repräsentativen Querschnitt
    zum Vermessen: Entweder sind es die Reklamations-Optiken, die ich sorgfältig analysiere, oder
    ich bestätige die ohnehin guten bis sehr guten Spiegel. Entweder über eine 10-20 mm lp Ronchi-
    Gitter-Aufnahme oder über ein Interferogramm kann man exakt ausrechnen, wie groß im Einzelfall
    der Blendendurchmesser sein muß, um eine abgesunkene Kante abzublenden:


    http://www.astrosurf.com/tests/test460/test460.htm


    Unter obiger französischer Webadresse wird der Fall einer abgesunkenen Kante geschildert, die
    ein umstrittener Spiegelschleifer trickreich mit einem Halte-Ring abgedeckt hatte und erst nach
    vier Jahren entdeckt worden war. Wer französisch kann, kann ja den Sachverhalt genau studieren.


    Wieviel man also abblenden muß, kann man am ehesten aus einem Interferogramm ermitteln.
    Das nächste Test-Objekt wird möglicherweise ein GPS C11 sein. Mal sehn, wie diese Optik
    daher kommt.


    Herzliche Grüße an alle,


    Euer Wolfgang Rohr





    <img src="http://home.t-online.de/home/wolfgang.rohr/farb-ig2.JPG" border=0>
    http://rohr.aiax.de

  • Hallo Wolfgang,


    an das Styroporhäuschen kann ich mich noch gut erinnern<img src=icon_smile_wink.gif border=0 align=middle>vom Test meines 8" GSO.
    Das war für mich überhaupt eine sehr interessante Erfahrung.


    An das Problem des nicht repräsentativen Querschnittes hatte ich nicht gedacht.Du hast natürlich recht,die Stichprobe ist dadurch "vorselektiert" und so nicht sehr aussagekräftig.


    Hoffe auch weiterhin auf so interessante Beiträge von Dir,


    tschüß,Karsten

  • Hallo an Wolfgang und an alle "Prüfdatenbegutachter"<img src=icon_smile_sad.gif border=0 align=middle>,


    find ich wirklich gut, wie Wolfgang die Details seiner Messungen verständlich machst<img src=icon_smile_approve.gif border=0 align=middle>. Als Erbauer einiger von ihm für ziemlich gut befundener Spiegel, die ich auch zu beobachtungsfähigen Teleskopen verarbeitet habe möchte ich noch folgendes anfügen:

    1. Wenn ich meine Spiegel so gut ich eben kann korrigiere, dass selbst Wolfgang mit seinem Planspiegel kaum noch etwas findet, tue ich das genau deshalb. Das ist eine Art von Sport. Mir ist völlig klar, dass ich auch bei etwas weniger Anstrengung das gleiche Ergebnis bei der praktischen Beobachtung erzielen würde.


    2. Eine abgesunkene Kante sieht man im Star Test besonders unter Laborbedingungen überdeutlich, selbst wenn sie nur 1 % des Spiegeldurchmessers ausmacht. In diesem "sehr schlimmen" Falle steht eben mal 2% Licht als kontrastminderndes Streulicht zur Verfügung. Das macht sich in der Praxis so gut wie gar nicht bemerkbar.


    3. Ein Justierfehler eines f/5 oder gar f/4 Newtons von weniger als 1/10 Grad macht sich bereits deutlicher kontrastmindernd bemerkbar.


    4. In der Praxis sind meist die unzulänglich unterdrückten Tubusseeing- Effekte die wirklich knallharten Kontrastminderer. Wer also z. B. einen superguten 10 oder 12" Spiegel in ein enges Metalltohr packt und glaubt, irgendwann wird doch wohl Schluß sein mit der Tubus- Turbulenz, der wird nie im Leben auch nur annähernd die Leistungsfähigkeit eines solchen Spiegels genießen können. Der stirbt womöglich mit der Überzeugung, mehr als 3" öffnung bringt wegen gottgewolltem seeing nicht mehr Kontrast und Auflösung<img src=icon_smile_dead.gif border=0 align=middle>.


    5. Schlußfolgerung: Bevor man die von Wolfgang gefundenen Fehler dramatisiert, sollte erst mal an die Fehler gemäß 3. und 4. gedacht werden. Sind diese wirklich gut beseitigt, sieht selbst ein 80% strehliges Spiegelteleskop mit glatter Oberfläche den Himmel vieeel besser! Erst dann hilft der Trick mit dem Abblenden der abgesunkenen Kante vielleicht ein wenig.


    Gruß Kurt

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