(34) ... garantiert 600-fache Vergrößerung
nachfolgender Bericht ist besonders zwei Sternfreunden gewidmet: Dem Silvio Hertli, der sich auf astronomie.de
nach dem Verlauf meines Meßverfahrens bei einem 12-Zoll-Newton-Spiegel erkundigt hatte und dem Markus Lang-
lotz, den die Frage interessierte, warum ich vorwiegend bei bestimmten Synta-Refraktoren die Intererfogramme
unter verschiedenen Aspekten durchleuchte.
Der Silvio Hertli hat bereits seinen "Traum-Spiegel" bekommen. Die Überschrift ist ihm gewidmet. Für den Markus
Langlotz suchen wir immer noch. Sehr zum Leidwesen der betroffenen Händler, deren Geduld - meiner gleichauf -
erheblich strapaziert wird.
Silvio und ich haben den gleichen Spiegel - einen ICS-Newton-Spiegel mit der unglaublichen Möglichkeit, dieses
unter besten Bedingungen am Mond bis 1280-fache Vergrößerung auszureizen - die Häfte von 640-fach ist
auch schon beeindruckend. Unter der Webadresse http://www.astrotreff.de/user/scripts/postings-rohr.asp liegen
alle meine AstroTreff-Berichte. Für Silvio käme in Frage: >> 04.05.2003 (28) Ein konservativer Dobson mit ... <<
Für Markus >> 18.08.2002 (08) Synta-Geräte in der Praxis << In diesen Berichten versuchte ich bereits eine
Antwort auf bestimmte meßtechnische Fragestellungen zu geben.
Weil aber den "Endverbraucher" immer auch die Unterschiede der "Produkte" interessieren, hatte ich diesmal
wieder einen <font color="yellow"><u><b>300/1500 GSO Suprax-Newton von Teleskop Service vor der Flinte mit der sich zuspitzenden
Frage: Wie wirkt sich die etwas rauhere Oberfläche des GSO-Spiegels beim Spalt-Test aus.</b></u></font id="yellow"> Dieser Test kommt der
Praxis deswegen am nächsten, weil mit höchster Vergrößerung die Abbildungs-Leistung eines Spiegels unter-
sucht wird.
Um Optiken umfassend zu würdigen sind umfangreiche, sich gegenseitig prüfende Tests notwendig. Sich auf
einen Test zu stürzen, ist falsch, weil er in der Regel nicht alle Aspekte erfaßt:
Zur quantitativen Messung kann man u.a. den Interferometer, den Ronchi-, den Caustic-, den Foucault-, den
Roddier- heranziehen. Caustic und Foucault messen prinzipiell nur auf einer meridionalen Linie, entsprechend
sagenhaft gut werden die Prüfergebnisse. Der Interferometer und der Roddier-Test messen die Fläche wirklich,
entsprechend enttäuschend sind dann oft die Ergebnisse. Ebenso kritisch ist die Wahl des Testaufbaues:
Eine Kompensations-Messung über irgendeine Sphäre (Spiegel oder Linse) ist wegen der richtigen Abstände
kritisch - eine absolute Messung, wie bei der Autokollimations-Anordnung, ist sie deshalb nicht. Amateur-
Spiegelschleifer beweisen aber, daß es trotzdem genau gehen kann - wenn man ein bißchen nachdenkt.
Die qualitativen Tests halte ich fast für noch wichtiger: Was nützt mir ein hoher Strehlwert, wenn die Orangen-
haut-Fläche eines Spiegels, mit dem PhaseKontrast gemessen, dermaßen viel Streulicht produziert, daß der
Kontrast minimiert wird, oder die über Ronchi eindeutig feststellbar Unterkorrektur den gleichen Effekt verursacht.
Oder der Spalt-Test, der im Falle der Frauenhofer, unerbittlich den blau-violetten+roten Farbsaum neben dem
ansonsten deutlich erkennbaren Spaltbild anzeigt: Die Schnittweiten der e- und d-Linie liegen nun mal etwas
näher am Objektiv, gefolgt von der C-Line und der F-Linie.
Die größte Einseitigkeit entsteht dadurch, daß sich die Messungen immer auf die optische Achse beziehen,
also im Grunde die Qualität/Quantität nur auf der opt. Achse bezogen wird. Den Fotografen jedoch inter-
essiert sehr viel stärker die Größe und Abbildungs-Qualität im Feld. Selten wird auch die anwendungs-bezogene
Qualität untersucht, weil viele Sternfreunde vor lauter Strehl nie fragen, wofür das Teleskop tauglich sein soll,
und wofür ganz bestimmt nicht ! Um also Astro-Optiken einigermaßen "gerecht" zu würdigen, habe ich mir
folgenden Testverlauf angewöhnt:
- den durch H.R. Suiter bekanntgewordene Stern-Test benutze ich als Justier- und Übersichts-Test
- der Ronchi-Gitter-Test prüft die sphärische Aberration, die Korrektur aber zugleich auch die Flächenfeinstruktur
- der Foucault-Test die Topografie der Fläche, ihre Besonderheiten, wie Zonen, Rand und Kante etc.
- der PhasenKontrast-Test spezifisch die Rauhheit einer Fläche oder der "Wellenfront", also u.a. ein Streulicht-Test
- der Spalt-Test als Praxis-Test für die Bild-Definition zeigt die Auswirkung und Größe von Streulicht-Ursachen
- der Interferometer-Test für die quantitative Auswertung bei PV wave, RMS wave und Strehl
- der Interferometer-Astigmatismus-Test
- die Messung der Schnittweiten für die einzelnen Spektral-Farben bzw. Messung des Farblängsfehlers
- die Messung in den einzelnen Spektralfarben etc. etc.
Nicht ein einzelner Test würdigt eine Optik ausreichend, sonders die Summe der verschiedenen Tests. Ich
erlebe immer wieder, daß Sternfreunde auf einzelnen Meßergebnissen sistieren und ungeprüft eine Optik
ablehnen. Sie lehnen also (das ist tatsächlich passiert) leicht unterkorrigierte Spiegel deswegen ab, weil sie
diese nicht mehr belüften dürfen. Sie lehnen leicht astimgmatische Syntas deswegen ab, weil ihr Bild von
Strehl massiv gestört ist, obwohl sie am Spalt-Test erkennen konnten, daß die Abbildung gar nicht so
schlecht ist. Sie verwechseln nämlich Achromat mit Apochromat und begreifen nicht, daß preisgünstige
Telekope auch ihre Grenzen haben "müssen".
Dieser Bericht stellt also in erster Linie ein Ablauf-Protokoll für eine Standard-Messung am Beispiel eines
GSO Suprax-Spiegels, den Teleskop Service freundlicherweise zur Verfügung gestellt hat.
00 Autokollimation - das Prinzip der doppelten Genauigkeit
00 In dieser Test-Anordnung wird das parallele Lichtbündel simuliert, wie es mit einfacher Genauigkeit
am Himmel entsteht. Man kann also alle Tests prinzipiell auch gegen den Himmel machen - eine Reihe
von Spiegelschleifern macht dies auch so. Das wäre die Endkontrolle - bitte aber mit der nötigen
Genauigkeit. Alternativ gibt es das seit Hubble bekannte Kompensations-Verfahren, mit der sehr teuren
Gefahr, die Abstände falsch zu berechnen. Man erkennt den Unterschied am fehlenden Loch in der
Mitte entweder durch das Loch im Planspiegel oder durch einen ellyptischen Fangspiegel. Weil manche
Spiegelschleifer unkritisch nach der Kompensations-Methode ihre Spiegel schleifen, entstehen durch diese
Messung fantastische PV- und RMS-Werte, die sich über die Interferometrie in Autokollimation nicht
halten lassen.
01 größere Spiegel - a b s c a n n e n in Autokollimation
01 Streng genommen braucht man in Autokollimation einen gleichgroßen Planspiegel mit Bohrung. Der ist
"sau"-teuer,
weil er hochgenau sein muß. Der Verfasser benutzt bei Newton-Spiegeln ab 400-mm Durchmesser zwei Plan-
Spiegel, die er versetzt anordnet, und über den künstlichen Stern exakt zueinander justiert. Damit sind sogar
"gemeinsame" Interferogramme möglich. Der Nutzen dieser Anordnung ist die Prüfung des Spiegel-Randes.
Damit kann ein abfallender bzw. aufsteigender Rand zweifelsfrei nachgewiesen werden und dient als Gegen-
Test für den nachfolgenden Test in Kompensation.
02 Spiegel m u ß man richtig lagern
02 Die richtige Lagerung von Optiken ist ein unerschöpfliches Thema. Durch falsche Spiegel-Lagerung kann
man einen vorhandenen Astigmatismus "beseitigen". Ich selbst wurde ein Opfer dieses Verfahrens. Bei Spiegeln
verwende ich daher grundsätzlich ein Textil-Band, möglichst gleichbreit wie der Spiegel-Rand - der Spiegel
selbst wiederum im Gleichgewicht. Dies gilt noch mehr für den Autokollimations-Planspiegel, der auch noch
temperatur-geschützt sein muß, weil des Prüfers Körperwärme auch ein Stör-Faktor ist. Justiert wird dann
immer das gesamte Spiegel-Lagerungs-System um einseitigen Druck ebenfalls auszuschalten. Glas ist ein
ganz sensibler Werkstoff - der Prüfer übrigens auch.
03 Der 400-mm Kollimations-Spiegel
03 mindestens drei Prüfprotokolle gibt es von dem guten Stück. Ab und zu wird nämlich auch dessen
Qualität angezweifelt, obwohl ein hochversierter Feinoptiker mit 40 Jahren Berufserfahrung aus einer
Weltfirma diesen einmalig genauen und glatten Planspiegel für mich angefertigt hat. Die ganze Amateur-
Szene sollte ihm dafür dankbar sein. In der Mitte erkennt man die Halterung meines Justierlasers, der
eine schnelle Justage der Testanordnung ermöglicht, die später über einen künstlichen Stern und den
Interferometer selbst nachjustiert wird über Koma-Effekte. Dabei geht es um Micron-Beträge.
04 Der Testaufbau
04 Im Hintergrund kann man im Regal einen Teil meiner Zusatz-Optiken erkennen, links den Planspiegel
und rechts den Prüfling - jweils in einem Band hängend im Gleichgewicht. Durch das Loch im Planspiegel
werden also die Messungen durchgeführt, wie das nächste Bild erkennen läßt.
05 Die Rückseite des Planspiegels
05 Dieser hängt in einer flachen Kiste aus Multiplex-Birkenholz, die fürs Standvermögen sorgt. Zwischen
Holzwand und Spiegelrückseite erkennt man das wärme- und druck-isolierende Styropor. In der Rückwand
selbst sind noch drei Kunststoff-Justierschrauben, die ich aus Druck-Gründen äußerst selten benutze.
Der Kreuz-Tisch mit Mikrometerschrauben in X bzw. Y ist erkennbar. In der Z-Achse hat er drei Feingewinde-
Stellschrauben, mit der beim I_Meter sowohl Verkippung wie Höhenverstellung möglich ist. Durch ein
Modul-System können sowohl die 12 Micron Durchmesser Pinhole bzw. der verstellbare Spalt ausgetauscht
werden. Alles was den Strahlengang stört, lasse ich deshalb grundsätzlich weg: Also kein Teilerwürfel,
der als "Planplatte" bereits wieder opt. Fehler einführen würde bzw. Sekundär-Effekte durch Staub etc.
Im Laufe einer Mess-Reihe wird also dieser Koordinaten-Tisch ständig umgerüstet.
Meine Tests leben von den harten Fakten bzw. den Dokumenten. Ein exakt beschriebener Ronchi-Test wird
immer wieder die gleichen Ergebnisse bringen, umso mehr, als das Bild-Dokument auch nach einem Jahr
mit dem vorherigen verglichen werden kann. Auch meine eigene Entwicklung läßt sich über dieses Verfahren
gut dokumentieren. Harte Fakten engen den Interpretations-Spielraum ein, besonders wenn bestimmte Merk-
male unter verschiedenen Gesichtspunkten untersucht wurden.
06 Der Sterntest
06 Etwas ausführlicher habe ich in einer Art Vorwort bestimmte Vorraussetzungen beschrieben, die meist
undiskutiert für ein exaktes Meßergebnis wichtig sind. Stimmt die Justage einer Autokollimations-Anordnung
nicht, ist die Messung wertlos. Stimmt bei einem Synta die Kollimation zum Tubus und die Zentrierung der
Linsen nicht, wird es auch kritisch. Eigentlich müßte ich oft stundenlang den Fehler beheben, was bei einem
SC sehr viel schneller geht, und erst dann kann man klare Aussagen zum Gerät machen. Also hebe ich
Teilaspekte heraus: Die Optik hätte unter der Maßgabe der perfekten Zentrierung diesen bestimmten Wert.
Mit dem Sterntest erkennt man bereits die wichtigsten Mängel.
Im Falle des GSO-Spiegels sind beide Sternscheibchen zunächst gleichmäßig ausgeleuchtet, was auf eine
100% Parabel schließen läßt. Bei einem sehr glatten Spiegel wäre diese Ausleuchtung noch gleichmäßiger.
Was bereits bei diesem Test erkennbar ist, sind die Polierstriche der Parabolisierung. An der radialen
Struktur erkennt man, wie parabolisiert wurde. In diesem Fall könnte das ein Material-Problem gewesen sein.
Der Spiegel ist also richtig justiert, hat keine Zonen, keinen abfallenden/aufsteigenden Rand, muß also ein
"hoch-strehliger" Spiegel sein mit einer leichten Auffälligkeit in der Flächenglattheit. Die muß also noch genauer
untersucht werden.
07 Ronchigitter, 13 lp/mm intrafokal
07 Richtig "gelesen" ist auch dieser Test ein universeller Test. Warum? Nur wenn die Streifen exakt und gerade
im Bild stehen, ist der Testaufbau richtig justiert. Wenn die Streifen keine oder wenig Ausfransungen haben,
hat der Prüfling keine Zonen. Wenn die Streifenausleuchtung und die Zwischenräume gleichmäßig ausge-
leuchtet sind, hat man eine sehr glatte Fläche. Wenn man die Beugungs-Linien dazwischen sehr exakt
definiert sieht, hat man es mit einem hochwertigen Spiegel zu tun. Vorraussetzung ist ein verstellbarer
Lichtspalt bei 1 x 0.01 mm Größe. Der Hauptnutzen dieses Tests liegt in der exakten Bestimmung der
100% Parabel. Beim Interferometer wird dies auf andere, nicht so eindeutige Weise dargestellt, sodaß die
Zuordnung schwieriger ist. Ronchi hingegen drückt es nur qualitativ aus, mit dem I_Meter kann man die
PV-wave-Werte angeben. Hier ist eine Auswertung über die drei mittleren Streifen völlig ausreichend, weil
eine bestimmte Unterkorrektur eine bestimmte Verformung der linearen Interferenz-Streifen verursacht.
08 Foucault, PhaseKontrast und Spalt-Gegen-Test
08 Die nächsten fünf Bilder (Nr. 08 - 12) muß man als Einheit deswegen ansehen, weil sie einen bestimmten
Aspekt unter verschiedenen Blickwinkeln betrachten: Die Flächenrauhheit.
Zunächst die Orientierung der Topografie in Vergleich zum Ronchi-Test in der Mitte beginnend: Man erkennt
eine im L/6 PV wave Bereich vorhandene weiche Absenkung zur Mitte hin - bei Ronchi öffnen sich die
Streifen etwas. Nach dem "flachen Ringwall" in der 50% Zone fällt die Fläche um zum Rand hin wieder leicht
anzusteigen - bei Ronchi verengen sich die Streifen in dieser Zone leicht. Die Größe dieses Fehlers liegt
unter L/6 PV wave. Das ist ein nahezu perfekter Spiegel. Ich habe hier ganz andere Beispiele. Die bereits beim
Sterntest erkannte Auffälligkeit wird beim Foucault-Test noch deutlicher: Die Polierstriche durch die Paraboli-
sierung.
09 PhasenKontrast
09 Dieser Test funktioniert leider noch nicht quantitative - dann nämlich könnte man die Rauhtiefe in Nano-
meter angeben und hätte einen direkten Vergleich mit einer Skala. Streulicht wird aber auf zweifache Weise
verursacht: Streulicht, weil die Schnittweiten der Lichtstrahlen aus den verschiedenen Zonen unterschiedlich
lang ist: Das gibt dann unscharfe Kanten und wirkt sich auf das Bild stärker aus. Die zweite Fall wäre Streu-
licht verursacht durch eine rauhe Fläche. Das führt zu einer Aufhellung des Bildes. Seine Wirkung ist nicht gar
so gravierend und eher akademisch zu beurteilen. Dieser Sachverhalt bildet eigentlich das einzige Unter-
scheidungsmerkmal der beiden von mir getesteten 12-Zoll-Spiegel, weshalb ich über den Spalt-Test Klarheit
suchte und fand.
10 Mein Lichtspalt unterm Mikroskop
10 Weil oft gebraucht, steht die Erklärung bereits im Bild.
11 genau vermessen
11 Die Daten entnehme man dem Bild
12 <font color="yellow"><u><b>Direkter Vergleich GSO versus ICS 12-Zoll-Newtonspiegel</b></u></font id="yellow">
12 Bei optimaler Justage der Testanordnung geht es um die Frage, wie gut bildet der Test-Spiegel von GSO
den Spalt ab, im Vergleich zum ICS-Spiegel, von dem ich sicher weiß, daß die von mir fotografierten Spalt-
Bilder auch in der Praxis am Mond bei einer Vergrößerung von 1280-fach bei optimalen Bedingungen bestätigt
wurden. (siehe 04.05.2003 (28) Ein konservativer Dobson mit ...) Der Spalt-Test kann also als direkter Praxis-
Vergleich benutzt werden. Es waren ca. 20 Fotos, weil die exakte Fokussierung der Aufnahme bereits eine
Geduldsprobe ist. Den visuelle Eindruck konnte ich bisher noch nicht aufs Foto bannen, <font color="yellow"><u><b>aber im Vergleich
der beiden Fotos kann man abschätzen, daß sich beide Spiegel ebenbürtig sind. </b></u></font id="yellow">(Anmerken möchte ich,
daß die im Bericht Nr. 28 gemachten Bedingungen für diese hohe Abbildungs-Leistung ebenfalls wichtig sind.)
13 Der Bath-Interferometer bei 532 nm Wellenlänge
13 Eine genaue Beschreibung dieses Interferometers findes man auf meinen Webseiten. Im Vergleich zu den
üblichen HeNe Gas-Lasern bei 632.8 nm ist mein 532 nm Festkörper-Laser im Meßergebnis um den Faktor
1.189 genauer, der nur beim PV-Wert linear runtergerechnet werden kann.
14 Interferogramme der einfacheren Art
14 Dieses mit dem Bath-Interferometer erstellte Interferogramm gegen den bekannten Planspiegel, stellt eigentlich
eher den Normal-Fall dar: Weitgehend parallele und gerade Streifen, egal wie wenig oder viel Streifen das I_Gramm
gerade zeigt. Bei ansteigenden Streifenbständen wird der "Prüfer" deswegen unruhig, weil entweder Astigmatismus
oder Koma vorliegt und er nun prüfen muß, was die Ursache ist. Bei einem Frauenhofer kann es ein Linsen-Versatz,
oder Druck durch die Fassung oder einfach ein Justage-Fehler der Optik zum Tubus oder des Meßaufbaues sein.
Bei einem Spiegel könnte es die Lagerung sein, der nicht exakt justierte Testaufbau oder was am Schlimmsten ist,
der Spiegel ist tatsächlich astigmatisch, das wäre dann der GAU! Ebenfalls eine Rolle spielt die Wellenlänge: In
der Industrie wird häufig bei 632.8 nm (rot) gemessen, bei hochwertigen Spiegeln messe ich für gewöhnlich bei der
kürzeren Wellenlänge von 532 nm (grün). Das unterstreicht bei der Auswertung zusätzlich die Qualität. Das Inter-
ferogramm des Suprax-Spiegels ist nahezu perfekt, besonders wenn man sich den Vergleich beim Spalt-Test
anschaut: Mit dem Vergleichs-Spiegel war tatsächlich eine Vergrößerung von 1280-fach möglich. Diesen Sach-
verhalt jedoch zeigt ein Interferogramm nicht, ebenso-wenig, wie es bei einem FH zum Farblängsfehler Aussagen
machen kann: Genau dieser Farblängsfehler von grün/gelb/orange vorn und blau/violett/rot hinten stört den Kontrast
ganz erheblich und mindert die Vergrößerungs-Leistung.
Mein Auswert-Programm rechnet derzeit weder die Koma noch den Astigmatismus heraus. Um dies zu umgehen,
untersuche ich für bestimmte Fälle nur die mittleren Streifen, wovon es eine Reihe von veröffentlichten Beispielen
gibt. In diesem Fall kann man nachfragen, weil ich gewöhnlich dann mindestens zwei Auswertungen anzubieten habe:
Die Gesamtsituation, die Situation möglichst frei von Koma-Effekten oder Astigmatismus.
<b><font color="yellow">Würde man das I_Gramm, wie früher mit dem Lineal auswerten, dann käme
etwa eine lineare Störung von allerhöchsten L/10 PV wave heraus. Wenn
man diesen Wert mit den Bildern Nr. 08/09 vergleicht, sieht man die
Genauigkeit des Foucault-Testes, der bis in den L/40 PV wave Bereich
sicher mißt. Der bei der Auswertung angezeigte 0.17 * Lambda PV drückt
jedoch die Abweichung auf der gesamten Fläche aus: Da stecken in diesem
Fall die nach oben ansteigenden Streifenabstände drin, also viel weniger
die lineare Verformung über die Zonen. Um diesen Sachverhalt deutlich
zu machen, muß ich eine Auswertung über 3 - 4 Streifen erstellen, damit
ich die richtige Zuordnung des Fehlers habe. Ich erwarte ja gar nicht,
daß das jeder gleich versteht.</font id="yellow"></b>
15 Auswertung
15 Aus fototechnischen Gründen stelle ich die Streifen waagrecht, weil das Format bei allen Cameras "landscape"
ist und man I_Gramme dann bis zur vollen Breite des Bildes "ziehen" kann. Auch Hilfslinien auf dem Display
erleichtern die Fokussierung der Streifen. Der Computer jedoch braucht die Streifen senkrecht. Also werden die
Interferogramm regelmäßig um 90-Grad nach links gedreht. Das muß man wissen, um die später entstehende
3-D-Darstellung zu verstehen. Dazwischen findet im Rechner ein noch manueller Fokussier- und Verkippungs-
Vorgang in X / Y statt, der eine Art Optimierung darstellt. Bei einer gut dotierten Kaffee-Kasse könnte ich mir
eine Wyko-Meßanlage zulegen. Dann aber wären die amateur-freundlichen Vergütungen für diese Dienstleistung
um den Faktor 5-8 bei weitem überschritten. Dann müßte man sich auch nur mit einer interferometrischen
Beurteilung zufrieden geben, während mein Test-Programm viel umfassender ist.
16 Test der Roations-Symmetrie
16 Astigmatismus taucht auch bei allen übrigen Tests auf - man erkennt ihn nur nicht eindeutig genug. Mit
den vom Interferometer erzeugten Newton-Ringen hingegen ist der Nachweis eindeutig zu führen. Dabei muß man
aber peinlich darauf achten, daß man nicht vielleicht sogar selbst die Ursache für diesen Astigmatismus gesetzt
hat. In der Erscheinungsform ähnelt der Astigmatismus der Koma. Auch hier gelten die gleichen Vorsichts-Regeln.
Resumé:
Nicht umsonst dauert eine sorgfältige Meßserie bei aller Routine ihre zwei bis drei Stunden - den die Aussagen
sollen ja reproduzierbar sein, und werden auch von anderer Seite reproduziert, dessen bin ich mir sehr sicher.
Schon aus diesen Gründen empfiehlt es sich, möglichst exakt und vorsichtig zu Werke zu gehen und im Zweifel
lieber noch einmal nachzumessen. Ich würde mir wünschen, daß dieser "Verlaufs-Bericht" einige Fragen geklärt
hat.
Fröhliche Grüße
Wolfgang Rohr
