<b>3. Verbesserungen zu ASAI</b>
<b>3.1 Was kann FFT unter „openFringe“ (OF)?</b>
Um das zu veranschauliche hab ich ein mit OF synthetisiertes I-gramm bildbearbeitungstechnisch „misshandelt“ und danach wieder an OF verfüttert.
<b>Bild 21</b>
Der Abstand zwischen zwei benachbarten Streifen entspricht genau einer Wellenlänge Wegunterschied. Parallele, äquidistante Streifen bedeuten Fehlerfreiheit der Wellenfront und würden ein völlig ebenes Wellenfrontbild ergeben. Voraussetzung ist allerdings dass die Helligkeitsänderung von einem Streifen zu nächsten stetig nach Art einer Sinuskurve erfolgt. Jede Abweichung davon, auch der kleinste Fliegenschiss wird von OF als Wellenfrontfehler interpretiert, quantitativ dargestellt und im RMS-Wert berücksichtigt. Dabei ist bemerkenswert dass auch Strukturen mit deutlich kleinerem Abstand als der von benachbarten Streifen noch getrennt und annähernd richtig quantifiziert werden. Das sind z. B. die Rillenpaare 1, 2 und 3.
<b>3.2. Maßnahmen zur Steigerung der Messgenauigkeit</b>
<b>3.2.1 Forderung nach sauberen I-grammen </b>
OF weiß nicht woher denn die Fehler im I-gramm kommen. Uns interessieren natürlich nur die Fehler des Prüflings. Daher ist es zwingend notwendig möglichst saubere I-gramme zu produzieren.
<b>3.2.2 Forderung nach mehreren I-grammen für eine bestimmte Analyse</b>
Da 3.2.1 nicht zu 100% möglich ist bleibt nichts anderes übrig mehrere I-gramme mit unterschiedlicher Streifenlage sowie Position des Prüfglases für eine Analyse aufzunehmen und die Auswertungen zu mitteln. Letzteres ist mit OF kein Problem. Je sauberer die I-gramme desto geringer wird ihre erforderliche Anzahl. Durch den Wechsel der Position Prüfglases vor jeder neuen I-grammaufnahme werden auch dessen mögliche Oberflächenfehler weitgehend unterdrückt.
<b>3.2.3 Forderung nach hinreichender fotografische Auflösung der I-Gramme</b>
Die fotografische Auflösung für Abweichungen vom der idealen Verlauf der Streifen ist durch die Anzahl der Pixel zwischen benachbarten Streifen bestimmt. Wenn der Streifenabstand z. B. 100 Pixel beträgt dann können noch „Höhenunterschiede“ von PtV >= 1/100 Wellenlänge als Wellenfrontfehler erkannt werden. Das dürfte für alle praktisch sinnvollen ASAI Anwendungen mehr als ausreichend sein. Man bedenke: Die Störwirkung von Rauheit wird nicht durch irgendeinen PtV -Wert sondern vom RMS- Wert bestimmt. Dieser ist aber immer erheblich kleiner als der PtV- Wert der untersuchten Probe.
Natürlich braucht OF zur Analyse mehr als nur zwei benachbarte Streifen über der Sub-Aperture. Als sinnvollen Richtwert kann man ca. 15 Streifen annehmen. Danach ergibt sich für den auszuwertenden Bereich ein Mindestbilddurchmesser von >1500 Pixel. Die gewählte Sub-Aperture ( z.B. D=10 mm) muss also mit einem geeigneten Objektiv auf diese Pixelgröße vergrößert werden. Das ist mit modernen Kameras kein Problem. Hier ein typisches Beispiel:
<b>ACHTUNG, alle nun folgenden I-gramme sind echt ASAI!</b>
Aus Formatgründen sind sie mit 35% ihrer natürlichen Größe wiedergegeben.
<b>Bild 22</b>
<b>3.2.4 Verbesserung durch Diodenlaser mit rotierender Mattscheibe und gewölbtem Prüfglas</b>
Das obige I-Gramm wurde mit folgender Anordnung gewonnen.
<b>Bild 23</b>
<b>Bild24</b>
Das Lasergehäuse enthält einen grünen und einen roten Diodenlaser. Vor beiden befanden sich ursprünglich mittels Motorantrieb drehbare Streuscheiben zur Erzeugung von dekorativen Multipunkt-Lichteffekten. Diese Streuscheiben wurden entfernt und durch eine spezielle drehbare Mattscheibe ersetzt. Die Mattscheibe streut den Laserstrahl (fast) völlig diffus auf den mattweißen Schirm. Dieses Streulicht wird von den dicht benachbarten Oberflächen des Prüflings und des Prüfglases reflektiert. Dabei entstehen die Interferenzstreifen. Deren Dichte und Lage kann man mittels Alufolie fast beliebig eintrimmen.
Das Material für die Mattscheibe war ursprünglich Teil eines Plastik- Aktenhefters.
<b>Bild 25</b>
Durch die Bewegung oder Drehung der Mattscheibe im Strahlengang wird die erheblich störende Körnigkeit der Interfernbilder praktisch völlig unterdrückt.
<b>Bild 26</b>
Diese Körnigkeit sieht man übrigens auch dann wenn man zur Aufweitung des Laserstrahls eine Linse benutzt.
Als Prüfglas dient ein konvex -hyperbolische Fangspiegel mit annähernd gleichem Krümmungsradius R=-1300 wie der des Prüflings. Das erklärt die asphärisch verbogenen Interferenzstreifen in Bild 24. Bei der typischen ASAI Anwendung wird aber nur ein kleiner Ausschnitt davon gebraucht. Daher erhält man dann annähernd parallele und gerade Streifen.
<b>4. Anwendungsbeispiele</b>
<b>4.1 Test auf abgesunkenen Spiegelrand</b>
Mit diesem Leiden hat wohl schon jeder Spiegelschleifer Bekanntschaft gemacht. Ein Prüfglas mitannähernd gleichem Krümmungsradius aber umgekehrten Vorzeichen erlaubt hier einen schnellen und zuverlässigen Test. So sieht man z. B. im Bild 26 dass die Streifen erst im letzten ¼ mm Abstand vom Rand ganz leicht verbogen sind. In diesem Falle würde ich sagen: Irgendwelche Korrekturmaßnahmen oder Tests auf abgesunkenen Rand sind nicht notwendig. Dazu braucht man die I-gramme noch nicht einmal zu fotografieren und auch keine Laserbeleuchtung.
Wem das nicht ausreicht der könnte sich einige I-gramme wie im folgenden Bild erstellen und diese mit OF –FFT auswerten.
<b>Bild 27</b>
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Bild 28</b>
Wenn man diese I-Gramme auswertet und die Wellenfronten mittelt sieht das so aus:
<b>Bild 29</b>
Offensichtlich dominieren hier die Artefakte bedingt durch die Interferogrammstreifen. Das könnte man zwar durch Auswertung von zahlreichen I-Grammen weitgehend unterdrücken, lohnt sich aber bei PtV <0,1 bzw. RMS 1/ 152 Wellenlänge nicht wirklich.
Man kann obigen Randtest auch an einem Prüfling machen dessen Krümmungsradius deutlich größer ist als der des Prüfglases. Dazu ein Beispiel mit einem 300 f/5 Parabolspiegel, entsprechend R=3000 und dem obigem Prüfglas R=1300. Die I-gramme haben dann mehr oder weniger stark gekrümmte bis gekringelte Streifen.
<b>Bild 30</b>
Hier kann man nicht mehr so recht rein visuell beurteilen ob und in welchem Maße der äußerste Rand abgesunken ist. Man kann aber mit OF-FFT problemlos den markierten Durchmesser als Sub-Apertur auswerten. Hier das Ergebnis nach der Mittelung von 4 I-grammen ähnlich wie Bild 29.
<b>Bild 31</b>
Danach kann man auf dem letzten mm des Spiegeldurchmessers eine Absenkung um ca. ¼ lambda Wellenfrontfehler nachweisen. Beim Test am realen Stern war mir davon aber nichts aufgefallen.
<b>4.2 Rauheit nach Politur mit 20 mm Minitool und Vergleich mit Foucaultildern</b>
Nachdem ich tagelang vergeblich nach handfester Rauheit bei meinen Spiegeln gesucht hatte bin ich darauf verfallen den obigen Prüfling mit einem 20 mm Minitool zu traktieren. Mit diesem hab ich ohne Druck 3 Minuten lang annähernd kreisende Striche auf einen Randsektor des Prüflings ausgeführt. Die behandelte Oberfläche sah hinterher im Focaulttest recht grausslich aus. Ohne irgendwie fassbare Angaben zum Ausmaß des Fehlers könnte man damit schon Angst und Schrecken verbreiten.
<b>Bild 32</b>
Für die ROC-Aufnahme im Abstand R=1300 mm wurde ein 180 mm Teleobjektiv verwendet. Sonst würde man die feineren Details nämlich nicht erkennen können.
Anstandshalber hab ich natürlich auch Foucaultbilder von dem Bereich aufgenommen wo das Minitool nicht tätig war. Also dort wo die Sphäre ganz normal auspoliert ist.
<b>Bild 33</b>
Das sieht zweifellos weniger rau aus.
Die typischen ASAI I-gramme über den grün markierten Kreisflächen verraten noch garnix.
<b>Bild 34</b>
Man sieht etwas Unruhe in den Streifen. Aber ob es sich dabei um das echte Oberflächenfehler oder Artefeakte handelt kann man erst nach der Auswertung von mehreren I-Grammen beurteilen.
<b>Bild 35</b>
Für die FFT- Analyse wurden jeweils 8 I-granne aufgenommen. Die Ergebnisse zeigt das nächste
<b>Bild 36</b>
Schauen wir zunächst auf die Wellenfrontbilder. Die zeigen nach der Minitool-Politur ganz eindeutig mehr Struktur als nach normaler Politur. Aber mit RMS ca. 0,01 Wl. ist das nach meinem Verständnis noch nicht beunruhigend. Bei normaler Politur braucht man sich überhaupt keine Gedanken über Rauheit zu machen.
Bemerkenswert ist auch, dass die auf FFT- Basis synthetisierten Foucaultbilder recht gut zu den realen „slitless“ passen.
Gruß Kurt
