Alois,
die niedrigeren Dichten zeigen dafür aber größere Strukturen. Ich hab mal ein paar eingekringelt, die bei hohen Dichten und bei größerem Abstand nicht mehr angezeigt werden. Das sind die unterschiedlichen Ortsfrequenzen, auf die der Lyottest dann "empfindlich" ist. So verstehe ich den Test.
Auf jeden Fall aufschlussreich, oder?
Solche "Fehler" müsste man per Interferenz doch auch noch sehen. Dann hätte man einen Überlappungsbereich beider Messmethoden.
Hallo,
Kai mit seinem Beitrag zu den Beugungsintensitäten und mein "Einwurf" mit der Rayleigh-Streuung in der Luft brachte mich gerade auf eine Idee, von der ich allerdings noch gar nicht weiss, ob die praktische Relevanz haben könnte.
Reflexion und Streuung haben doch Einfluss auf die Polarisation. Könnte man mit einem Polfilter die opt. Dichte und Phasenverschiebungseigenschaft eines Lyotstreifens getrennt "steuern"?
Gruß
Sorry Rolf,
Du bezeichnest einen Optikmeister als Grünschnabel ... was soll man davon halten?
EDIT:
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Kalle,
das hatte selbstverständlich seinen Grund, mehr morgen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Rolf,
es gibt keinen Grund andere Personen abwertend als "Grünschnabel" zu bezeichnen. Das ist beleidigend. Entschuldige dich lieber für Deine Wortwahl.
Insgesamt missfällt mir diese übrigens, da du wiederholt von "Polemik" oder "infam" (sorry, sogar in Steigerungsform "infamst") sprichst. Mir scheint, dass, wenn die Leute hier nicht nach Deiner Pfeife tanzen, dass Du sehr ausfällig wirst.
Zur Erinnerung ... das hier ist nicht Dein Thread und fürs Moderieren sind wir vom Astrotreff-Team zuständig. Wenn Dir das nicht passt, dann such Dir ein anderes Forum.
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: rolf</i>
<br />Wenn ich Deine Bewertung rüberbringe, gibts wieder eine Polemik. Dann wird man sich fragen, was für ein Grünschnabel das denn schon wieder war.
Also bitte, es genügt jetzt.
Gruß
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
nur zur Erinnerung ...
... und Raphael Bugiels Fa. kannst Du hier nachschauen ...
http://www.optikpraxis.de/
Moin,
Streulicht bei Linsen entsteht nicht nur an den Oberflächen, sondern auch durch Einschlüsse im Glas bzw. durch Brechzahländerungen im Glas, wenn es nicht homogen ist. Im übrigen dürfte bei einem Coronographen auch die Wellenlänge eine große Rolle spielen.
Lyot selbst schreibt auch von großen Problemen, die durch Staub in der Luft hervorgerufen werden.
Unterm Strich nutzte er noch die Polarisation des Lichts aus um weitere Streulichtanteile auszusortieren.
Einen englischen Artikel Lyots zu Coronagraphen aus dem Jahr 1939 findet man u.a. hier:
http://articles.adsabs.harvard…PRINTER&filetype=.pdf
unter anderem mit Beobachtungsberichten.
Gruß
Rolf,
vermutlich benutzt du die sog. "Schnellantwort", indem Du im weißen Textbereich unten direkt hineinschreibst.
Wenn Du stattdessen unten <b> Zum Thema anworten</b> klickst, bekommst Du diverse Menüpunkte angezeigt, die beim Formatieren helfen. Gleiches passiert, wenn Du als Antwort auf einen anderen Beitrag auf das Zeichen 
klickst, dass über allen Beiträgen eingeblendet ist.
Ein Menüpunkt im Text-Editor-Fenster ist 
, mit dem man Zitate einfügt.
Ich mache das allerdings direkt im Text, indem ich [qu<b></b>ote] <font size="1">zitierter Text</font id="size1"> [/qu<b></b>ote] schreibe.
Mit [b<i></i>] und [/b<i></i>] wird Text in Fettschrift gekennzeichnet.
Mit [i<b></b>] und [/i<b></b>] wird Text in Kursivschrift markiert.
Gruß
Frank,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Werte unter 0 sollte man da wohl vermeiden....<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Falsch, genau das geht, dass bei der Zerlegung einzelne Rechenterme einen negativen Beitrag leisten, solange die Summe aller Terme nicht negativ ist. Du musst das Ganze phasengenau betrachten.
Dein Kondensator speichert bei Wechselstrom sehr wohl Energie, allerdings mit ordentlich cos phi. Sonst könnte man keinen 3-phasigen Asynchronmoter (Drehstrommotor) an 230V mit Betriebskondensator betreiben.
Gruß
Rolf,
solange es keine vernünftige Definition von "superpolished" gibt, mit vernünftigen Grenzwerten hinsichtlich der Oberflächengüte (sprich rms-Grenzwerte zu Welligkeit und zu Rauheit), solange ist dieser Begriff für mich uninteressant. In der Fachliteratur finde ich zum Thema "Superpoliert", "extrem glatt" bzw. "superpolished" immer nur Definitionen für die Rauheit im Bereich der Ortsfrequenzen des Submillimeterbereichs. Dort sollte die Oberfläche besser als 0,5 Nanometer rms sein. Nach dem, was ich so inzwischen gelernt zu haben meine, ist das aber für Astronomen im visuellen Bereich gar nicht nötig, weil hier die Lichtstreuung der Atmosphäre durchhaus größere Werte zulässt, ohne dass dies das Abbild beeinträchtigt. Zur Erinnerung: Die Atmosphäre schluckt selbst im Zenit 10% des Lichts und färbt damit tagsüber den Himmel blau. Am Horizont dämpft die Atmosphäre sogar um den Faktor 10000, was ich beim Venustransit nutzte. Dort schaute ich ohne Sonnenfilter mit einem 8"-Dobson direkt in die Sonne, die gerade über die Ostsee aufging. Selbst Großteleskope definieren die Rauheitgrenze eher bei 2nm und verlangen eben kein "super polished". Der Begriff wurde erst interessant, als die technische Optik (Laseroptik, Belichtungssysteme für Halbleiter) mit UV- und nahem Röntgenlicht anfingen. Denn alle Oberflächengestaltfehler bilden mindestens linearabhängig mit der Wellenlänge ihr Abbild. Im Röntgenlicht kommen dann noch Fragen zur Reflexion/Brechung an Materie hinzu (Stichwort Eindringtiefe).
Mich stört ein wenig, dass ich - außer bei 'Astrosurf' nirgends etwas über den Begriff "Micromamelonage" nachlesen kann. Google findet keine Drittquellen. Im Umkehrschluss heißt das für mich, dass dort ein Fachbegriff entwickelt wurde, den selbst die Fachwelt nicht kennt, und Du deshalb auch nicht passend übersetzen kannst.
Zum Lyottest:
Ich versuch die ganze Zeit zu verstehen, was sich dort wellenoptisch genau abspielt. Als Referenz dient das direkt reflektierte Licht einer Spaltquelle. Dieses interferiert mit dem Streulicht in der Umgebung. Dabei sind Referenz und Streulicht um Lambda/2 phasenverschoben und müssen zudem in ihrer Intensität angepasst werden.
Wenn ich jetzt grob vereinfacht mal annehme, dass die Intensität des Streulicht sich wie eine Gausskurve um das Airyscheibchen verteilt (oder Kais Liste mit der Intensitätsverteilung der Beugungsringe nehme), dann heißt dies doch, dass die auslöschende Wirkung der Phasenverschiebung nur in dem Bereich (um das beugungsscheibchen) eintritt, wo Dämpfungsfaktor des Referenzlicht und Intensität des Streulichts gleich sind. Das ist dann die Ortsfrequenz, auf die der Lyottest empfindlich reagiert. Soweit, so gut.
Das Problem ist, dass diese Ortsfrequenz aber abhängig von der Streulichtintensität ist. Diese ist wiederum abhängig von den Rauheits- und Welligkeitsparametern der Oberfläche. Man sieht also, dass was da ist, aber man kann die dazugehörenden lateralen Ausdehnungen (Ortsfrequenzen) nicht bestimmen, solange man das Oberflächenprofil nicht kennt.
Dazu kommt als zusätzlicher begrenzender Faktor noch das Auflösungsvermögen der Kamera beim Abfotografieren des Testbildes. Somit ist, was vermeintlich auf einem Lyot-Bild als "Polier-Wischer" aussieht, u.U. ein Sammelsurium an Mikrorauheiten, deren Ortfrequenzen ein Vielfaches sind.
Im Grunde - so stelle ich mir das vor - müsste man einen Lyottest mit unterschiedlichen Dämpfungen "durchstimmen", erhält dadurch die Phasenkontrast-Profile für unterschiedliche Ortsfrequenzen und könnte anhand dieser, sowie einer zusätzlichen Annahme über Welligkeits-/Rauheitsverteilungen dann endlich auf die Oberfläche schließen. Als Ergebnis erhält man - für mich nachvollziehbar - Höhenwerte (rms-Werte), die hinsichtlich Genauigkeit einem Nomarski-DIC sicherlich nicht nachstehen, allerdings für Ortsfrequenzen, die mind. um den Faktor 10, eher 100 größer sein dürften. Oder bleibt es selbst dann unterbestimmtes Gleichungssystem?
Das man zusätzlich zu jeder Kombination aus tatsächlicher Welligkeit/Rauheit und gewünschter lateraler Empfindlichkeit des Tests die Spaltbreite optimieren muss, kommt hinzu. U.a. beieinflusst man damit wiederum die Helligkeit der interfererierenden Wellenpakete.
Da ich selbst noch nicht das Vergnügen hatte, einen Lyottest durchzuführen, setzte ich mal meine Ausführungen in den Konjunktiv. Vielleicht hab ich das Verfahren ja gar nicht begriffen. Eine Englische oder Deutsche Übersetzung des Fachartikels B. Lyots liegt mir nicht vor. Das Original hab ich mal aus den frei zugänglichen Quellen herausgepickt.
Bernard Lypt - Procédés permettant d’étudier les irrégularités d’une surface optique bien polie, C. R. Ac. Sc., Avril 1946, 765-768
Gruß
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">... hier sind wohl einige einer Art Spätweihnachtslethargie erlegen. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Hast Du Kai vielleicht ein Zygo als Weihnachtsgeschenk zukommen lassen? [:D]
Tassillo,
Welligkeiten und allg. normale Gestaltabweichungen (also alles mit Ortsfrequenzen im Millimeterbereich bis zum Spiegeldurchmesser selbst) erzeugen Streulicht (Abbildungsfehler) nur in unmittelbarer Umgebung des Airy-Scheibchen.** Das Airy-Scheibchen selbst (genauer die Reflexion des Referenzlasers) ist wiederum durch das sog. Gausssche Intensitätsprofil des Laser(-Strahldurchmessers) überlagert, da man diesen Test nicht aus sicherer Entfernung wie bei einem Sterntest macht. Der Detektor wiederum besteht in seiner Öffnung aus einer kleinen Streuscheibe, deren Helligkeit dann das eigentliche Messsignal ist. So in dem Versuchsaufbau, den die DLR seinerzeit verwendete.
Wenn man das nur abschätzen will, kann man für den Streuwinkel einfach die Regel zum Auflösungsvermögen in Abhängigkeit von Wellenlänge und Öffnung nach Rayleigh nehmen. Streuwinkel = 1,22*Wellenlänge/Öffnung. Demnach ergeben sich folgende Streukegel für Öffnungen:
Öffnung mm Streukegel
10 14 Bogensekunden
1 2,3 Bogenminuten
0,1 0,4°
0,01 4°
0,001 -> praktisch Diffus<font size="1"><font color="yellow">Fehlerteufelchen nach Michaels Hinweis bereinigt. Ich hoffe es stimmt jetzt.</font id="yellow"></font id="size1">
Das zur groben Abschätzung, welche Ortswellenlängen wie zur Streuung beitragen. Wie man sieht, leuchtet bei Strukturen von 0,01mm selbst ein Weitwinkelokular in gesamten Gesichtsfeld im Streulicht.
Bei Teleskopen kommt noch hinzu, dass 10% des Lichts (in Zenitbetrachtung) in der Atmosphäre gestreut werden, und tagsüber dieses Streulicht der Sonne den Himmel blau macht. Die Fähigkeit zur Streuung verliert die Atmosphäre nachts aber nicht, oder? Das ist auch der Grund, warum u.a. Michael Koch schon zu Anfang darauf hinwies, dass uns diese Ortsfrequenzen im Submillitmeterbereich "astronomisch" nicht interessieren, selbst wenn da noch Rauigkeiten mit ~5 nm rms auf diese Bandbreite*** entfallen sollte.
Zum Vergleich, die DLR hat eine Messgrenze von 0,2 nm rms für das winkelaufgelöste bzw. 0,1 nm rms (unter Verzicht auf die Winkelauflösung, indem man das gesamte Streulicht mit einer halbkugelförmigen Streuscheibe = Ulbricht-Kugel erfasst) ermittelt. Und da ist vielleicht nur ein Meter atmosphärische Strecke des Versuchsaufbau eingerechnet - nicht die gesamte Atmosphäre, die uns als Astronom betrifft. Die Intensität geht ja - wie Kai ganz zu Beginn schon mal erläuterte - quadratisch über den rms-Wert in diese Kalkulation ein. Somit wäre ein 100-fach größerer rms-Wert, als die Genauigkeitsgrenze der Messvorrichtungen bei 10000-facher Luftbeeinflussung (gesamte Atmosphäre vs. 1 Meter Luftweg im Messaufbau) sicher eine erste Schätzung, warum uns diese Mikrorauigkeit eigentlich nicht interessieren sollte.
**stillschweigend vorausgesetzt, dass wir über optische Flächen besser als Brillengläser reden [:D]
***5nm rms Rauheit im Submillimeterbereich ist viel, nach Abzug aller Zernike (inkl. der höchsten Ordnungen, die open fringe nicht mehr auflistet) und der Welligkeiten, die Vernet und andere im Lyottest bzw. Foucaultest noch sehen.
EDIT: Wer also Formfehler auf 100nm, Welligkeiten auf 10nm im Griff hat, kann dann guten Gewissens sein, dass die Mikrorauigkeiten unter 5nm rms sind, eher bei 1nm rms. Das zumindest meine Schlussfolgerung.
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: ES-Europe</i>
<br />Hallo Kalle,
nur kurz angemerkt - man kann schlicht Rauigkeit über die Menge des Streulichts quantifizieren - darauf kommt es ja auch an. Ein Teil des Prüflings wird dabei definiert beleuchtet, und man fährt dann mit einer kalibrierten Messkamera den Bereich um den Lichtpunkt ab, und guckt was passiert. Dann weiß man genau, was in welchem Winkel zurückkommt.
Quelle: z.B. Joseph M. Geary: Optical Testing, Kapitel 33 "Surface Roughness"<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Tassilo,
diese winkelaufgelöste Streulichtmessung wurde auch in einem Projekt der DLR 1996 verglichen mit dem Nomarski-Mikroskop, mit einer TIS-Messung und mit Abtastmessverfahren. Im Ergebnis ermitteln solche winkelaufgelöste Verfahren rms-Werte im Bandbreitenbereich von 0,2 bis 1,6 Mikrometer (also ebenfalls RAUIGKEIT) mit einer Genauigkeit von bestenfalls 0,2 Nanometer. Die Bandbreite ergibt sich daraus, dass die sog. Messkamera eine Mindestöffnung hat, damit sie überhaupt genug Licht einfängt (Winkelauflösung der Messung ist begrenzt durch die Objektivöffnung der Kamera).
Als Ergebnis erhält man eine bidirektionale Streulichtverteilungsfunktion (BRDF). Das ist die Streulichtintensität in Abhängig von Polar- und Azimutwinkel des Detektors in Bezug zur Probe. Bei isotropen und einfachen Oberflächen sowie senkrechten Lichteinfall von nicht polarisiertem Licht lässt sich diese Funktion weiter vereinfachen - auf eine nur in Abhängigkeit vom Streuwinkel (eindimensionale Betrachtungsweise). Die Streulichtverteilung lässt sich so in eine PSD-Funktion (power spectral density) transformieren, diese wiederum kann in den Ortraum transformiert werden und zeigt die Korrelationslänge l an - das Pendant zur Messstrecke L bei Erfassung von Einzelmesspunkten. Die oben genannte Bandbreite entspricht somit der Messstrecke und dem Abstand der Messpunkte bei anderen Verfahren.
Theoretische Grenze des Messverfahrens ist die Rayleigh-Streuung in der Luft, die im Messaufbau ist. Die produziert auch beim besten Spiegel Streulicht für die Kamera. Praktisch muss man aber die eigentliche Reflexion wegfiltern, elektromagnetische Felder abschirmen, bei transparenten Proben das Licht von der Rückseite fernhalten uvm. Also nicht ganz trivial für uns Hobbyastronomen.
Festhalten möchte ich, dass es sich um Mikrorauigkeit handelt, deren laterale Ortsfrequenzen im Submillimeterbereich liegen. Damit sagt es nichts aus über Streulicht aufgrund von Welligkeiten, deren Ortsfrequenzen im Millimeterbereich liegen. Das zumindest mein Kenntnisstand dazu.
Quelle: G. Ringel, F. Kranz, D-R. Schmitt - Charakterisierung optischer Oberflächen über ihre Mikrorauheit ... , DLR Köln, 1996
Gruß
Kalle
Tassilo,
dort steht nur, dass die Truppe als bislang einzige die Kriterien erfüllen. Ob sie den Auftrag kriegen, ist nach wie vor offen. Meine Vermutung ist, dass da das letzte Wort noch nicht gesprochen wurde. Bislang folgten solche Großprojekte immer der Logik, dass die Länder anteilig zu ihren Budgets beteiligt werden. Könnte also gut sein, dass verschiedene Hersteller die 931 Segmentspiegel anliefern werden. Sie haben ja noch ~7 Jahre Zeit dafür. [;)]
Interessant finde ich, dass diese Spiegel-Segmente in einer schwimmenden 27-Punktzelle gelagert werden sollen und die laterale Lagerung rückseitig in der Mitte über 6 Punkte angreift. Dafür gibt es eine extra Aussparung im Spiegel. Zusätzlich müssen sie die Segmente noch gegen Verdrehung schützen, da sie wabenförmig ineinander greifen. Die 27-Verbindungspunkte der Zelle erinnern mich an kurze Drähte, die axial die Kraft aufnehmen, lateral sich aber leicht verbiegen. Mehr Einzelheiten zeigt das Proposal-Dokument ab Seite 96: http://www.eso.org/sci/facilit…/e-elt_constrproposal.pdf
Nebenbei:
Die Lebensdauer der Spiegelbeschichtung der M1-Segmente wird auf 18 Monate kalkuliert, d.h. täglich müssen 1 bis 2 Segmente herausgenommen und neu beschichtet werden.
Sorry, wenn ich leicht offtopic wurde.
Frank,
eine Erhebung mit 0,5my Breite (= 1 Lambda = 500nm), die um 0,5° geneigt ist, kannst Du nicht mit strahlgeometrischer Optik beschreiben. Das führt zu falschen Ergebnissen.
Wenn Du dies dennoch tust, dann berechne mal den Flächenanteil im Verhältnis zur Gesamtfläche eines 200mm Spiegels. Ich käme dann auf 200mm* 0,0005mm = 0,1qmm für die Erhebung vs. 314 qmm der Gesamtfläche => 1 zu 3.000 hinsichtlich Kontrast. Selbst da hast Du ~9 Sterngrößenklassen Differenz. Aber wie gesagt ... das trifft nicht die Realität. Betrachte das Ganze besser wellenoptisch. Dann wirkt die Breite der Erhebung wie ein Spalt, die Höhe der Erhebung bestimmt die Intensität. Und die dürfte dann vermutlich bei 2nm (p-v) noch geringer ausfallen, als geometrisch hergeleitet.
Gruß
Also,
ich verstehe die Aufregung nicht so ganz. Die Vita von D. Vernet kann doch auch sachlich beschrieben werden ...
Nachdem, was ich lese, leitet er die optische Werkstatt des "Observatoire de la Côte d’Azur ". Und diese stellt diverse Spiegel und andere optische Elemente traditionell in Einzelfertigung bis ~1500mm her. Sie verfügt über eine optische Bank in der Spiegel vertikal bis 6m vermessen werden können. Mit der Betonung "traditionel" wird dabei wohl zum Ausdruck gebracht, dass neueste Technologien, wie Ionenstrahl-Abtrag oder CNC-gesteuerte Poliermaschinen dort nicht installiert sind. Ich vermute mal, dass es der Leidenschaft und den handwerklichen Fähigkeiten von Vernet zu verdanken ist, dass es diese Werkstatt (noch) gibt.
Gruß
***
(==>)Frank
Rauigkeit ist eine Gestaltabweichung, von der man annimmt, dass sie gleichmäßig über den gesamten Spiegel verteilt auftritt. Alles andere sind lokale Defekte. Eine Einzelstuktur von ~0,5my Breite und 2,5 Nanometer Höhe müsstest du erst mal "finden", bevor Du diese z.B. mit einem DIC-Mikroskop (Differenzielles Interferenzkontrast-Mikroskop mit Nomarski-Prisma) vermessen kannst. Andere Testmöglichkeiten wären ein Zygo-Profilometer oder Abtastverfahren (Rasterkraft-Mikroskop etc.)
0,5my Strukturbreiten werden sicherlich weder im Interferenztest per Bath/PDI, noch im Foucault-/Lyot-Test überhaupt sichtbar werden. Nimm von mir aus eine 20 Megapixelkamera, die formatfüllend einen 200mm Spiegel aus dem KR aufnimmt. Da werden dann theoretisch bestensfalls 100my per Pixel abgebildet ... oder anders gesagt, Dein Strich müsste sich 100 mal wiederholen und würde immer noch auf ein Pixel passen.
Allerdings würde man 100 parallele Striche im Sterntest als spektralzerlegendes Spike (Interferenzgitter) vermutlich leichter erkennen können. Die Intensität eines solchen Spikes dürfte bei 2nm p-v-Höhen allerdings sehr gering sein - visuell wohl kaum wahrnehmbar - im Streulicht der Luft (also das, was den Himmel tagsüber blau macht) fast untergehend. Das zumindest schließe ich aus den Grenzen von TIS-Messungen per Ulbricht-Kugel, die bei solchen Strukturgrößen Rückschlüsse bis auf 0,05 nm (rms) bei relevanten Strukturgrößen von 0,5my bis 30my zulassen.
Gruß
<font color="yellow">Moderator-Modus</font id="yellow">
Rolf,
Du wiederholst dich. Ich lese Deine Aufforderung (mit dem 300mm-Spiegel) jetzt schon zum vierten Mal. Kommt von Dir auch mal was Neues? Oder willst Du den Thread hier jetzt damit zupflastern? Ich meine mich zu erinnern, dass ich Dir schon mal geschrieben hatte, Dass von Dir zu viele Beiträge kommen. Aber anscheinend scheint "einmal" nicht zu reichen. Solche Sachen regelt man per Email oder lässt es gut sein, wenn jemand nicht will.
Gerd,
wie wärs, wenn Du dich selbst dran setzt ... verlang doch nicht von anderen, was du selbst erledigen kannst. Oder fehlen Dir etwa die Möglichkeiten dazu?
Hallo,
beim Stöbern im Internet las ich grad über eine Poliermethode Namens "VIBE" (siehe http://www.optimaxsi.com/PDFs/Vibe-finishing.pdf)
mit der gezielt Welligkeiten (mid-spatial frequency ripple) abgebaut werden kann. Mit geringem Druck (~70Millibar), geringesten Strichlängen (1mm - 2mm), Volltool, kurzer Einsatzzeit (~60 Sekunden) und Nano-Polierpartikel auf flexiblen Pads wird über die Oberfläche "vibriert".
Kennt das jemand?
Gruß
Lukas,
bei Ortfrequenzen im Mikrometerbereich und darunter verteilit sich mögliches Streulicht über den gesamten Raumwinkel und nicht nur in der Umgebung des abzubildenden Punkts. Zudem ist dieser Streulichtanteil wiederum nur ein Bruchteil des gesamten Streulichts (hervorgerufen durch alle Strukturen unterhalb der ~5mm Grenze). Deshalb schrieb Michael ja schon weiter oben, dass diese Rauigkeitsbereiche eigentlich gar nicht interessant sind. Sie sind quasi nur die Krümel der Spitze des Eisbergs.
Die bisherige Diskussion zeigt, dass der eigentlich relevante und interessante Bereich die Welligkeiten mit Ortsfrequenzen von ~5mm bis hinunter ~0,1mm (lateral) sind, man nimmt zusätzlich an, dass aufgrund Selbstähnlichkeit der Rauigkeit, die rms-Werte hin zu noch kleineren Orstgrößen kleiner werden. Dann kann man grob abschätzen, dass
a) die Streulicht-Intensität in einem gegebenen Raumwinkel um einen Abbildungspunkt quadratisch mit dem zunehmenden Streuwinkel kleiner wird (allerdings konstant, wenn man bildfüllende flächige Objekte betrachtet, da mit Winkeldistanz dann die Zahl der Punkte quadratisch wieder zunimmt).
b) die Streulicht-Gesamtintensität quadratisch mit dem rms-Werten sinkt, und hier die Annahme greift, dass der rms-Wert über weiter Strecken mit der Ortswellenlänge der zu untersuchenden Rauigkeit linear skaliert (Selbstähnlichkeit).
Demzufolge nimmt das Streulicht quadratisch (für Einzelpunktquellen in 4. Potenz) hin zu steigenden Ortsfrequenzen (kleineren "Kachelgrößen") als Kontrasminderung ab und wird uninteressant.
Bei der Beschichtung müssten also Strukturen mit millimetergroßen Fladen auftreten, bevor das wirklich interessiert. Allerdings reichen dafür Schichtdickenvariationen mit wenigen Nanometer aus, damit man diese Variationen dann nicht mehr ignorieren darf. Und sie müssen sich auf den gesamten Spiegel verteilt wiederfinden. Sowas kann ich mir nur vorstellen, wenn starke Vibrationen beim Verspiegeln auftreten. Zu mehr reicht da meine Phantasie grad nicht aus. Ich bin da andererseits kein Experte für.
Gruß
An alle, die hier vielleicht ein Verständnisproblem haben,
lateral bedeutet, das man eine bestimmte Teil-Fläche auf dem Spiegel als "Kachel" betrachtet. Die Größe der Kachel ist das laterale Maß. Die Höhe der Lage der Kachel gegenüber einer Ideal-Null-Linie (perfekte Parabel) ist die "vertikale" Gestaltabweichung (Z-Achse).
Um dem Ganzen wellenoptisch auf den Grund zu kommen, geht man nun folgender Maßen vor: Die Parabel als Ideallinie wird "flach" gezogen als Nulllinie dargestellt. Dann wählt man zuerst eine supergroße Kachel (so groß wie der Spiegel), ermittelt deren Höhe. Dann halbiert man die Kachel und schaut wie die neuen Kacheln von der ersten sich in der Höhe unterscheiden. Dann viertelt man diese usw.
Jede dieser Kacheln hat nun eine bestimmte Größe. Die Gesamtabweichung des Spiegels zur Idealform ist die Summe der vertikalen Höhenabweichungen aller Kacheln (in allen Größen).
Diese Kachelgrößen werden auch als Kehrwert "Ortsfrequenzen" der Spiegeloberfläche genannt, indem man anstelle der Kachelgröße einfach die Zahl der Kacheln angibt, die nebeneinander auf den Spiegel passen würden. Den Prozess der Zerlegung der Spiegelform in diese Sammlung von Kacheln nennt man Fourierzerlegung. Man kann sich das auch so vorstellen, dass man den Spiegel aus LEGO-Bausteinen zusammenbaut. Mit großen Duplosteinen anfängt und dann die Lücken mit immer kleiner werdenden Steinchen schließt.
Für die Gesamtbetrachtung geht es dann um die Frage, welche der Kachelgrößen wieviel zum Gesamtbild bzw. den Fehlern im Bild beitragen. Jede Größe hat ganz bestimmte Auswirkungen und im Größenbereich von wenigen Millimetern bis in den Submillimeterbereich sind die Auswirkungen "Streulicht".
Wellenoptisch sortiert man die Kacheln nach ihrer Größe und kann für jede Größe einen "festen" Streuwinkel angeben. Der ist übrigens ähnlich, wie bei der Berechnung des Auflösungsvermögens eines Teleskops an sich: "1,22*Lambda/D" ist eine Näherungsformel für die Winkelauflösung mit D = Durchmesser der Optik bzw. Durchmesser der Kachelgröße.
Jetzt ist es so, dass mit jeder Kachelgröße die "vertikale" Höhenabweichung (also die Dicke der verbauten Legosteinchen) tendenziell abnimmt. Und mit dieser "vertikalen" Höhenabweichung kann man die Lichtmenge berechnen, die in einem bestimmten Streuwinkel (siehe "1,22*lambda/D") auftreten.
Diese nach Kachelgrößen sortierten Licht-Streumengen addiert man am Ende und erhält das theoritische Abbildungsvermögen des Teleskopspiegels.
Die ersten 35 Kachelgrößen (Zernikekoeffizienten) ergeben so Dinge wie Abweichungen von der Sphäre/Parabel, Astigmatismus und was sonst so allgemein als strehlbeeinflussend gilt. Darüber hinaus geht es dann nur um wenige Prozentbruchteile am sogenannten Strehl, die allerdings als Streulicht massiv stören können oder auch nicht.
Wenn man Kachelgrößen unterhalb 0,1mm anschaut, dann sind diese wirklich nur noch im einstelligen Nanometerbereich dick bis hinunter auf 0,1 Nanometer (~Atomdurchmesser). Da aber nach der Streuwinkelformel "1,22*lambda/D", dies dem Auflösungsvermögens eines Teleskop mit 0,1mm entsprechen würde, verteilt sich da das Streulicht praktisch wie eine Halbkugel im gesamt Bild, und bildet keinen engen Lichthalo mehr um z.b. einen hellen Stern. Die Lichtmenge ist zudem wiederum nur noch wenige Prozent des Streulichts, welches von den Kacheln der Größenklassen 5mm bis 0,1mm ausgelöst wird. Deshalb schreibt Michael oben:
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...und ich stimme auch zu dass die mikrometrische Rauheit für unsere Anwendung nicht von Interesse ist.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
RMS (quadrierte mittlere Abweichung) ist ein Maß für die Höhenlagen einer Kachelgröße (Dicke der Legosteinchen). Quadriert deshalb, weil auf diese Art Täler (Minuswerte) wie Berge (Pluswerte) gleichermaßen die Rauigkeit erhöhen. Außerdem steigt die Lichtmenge, die man einer Kachelgröße zuordnen muss quadratisch, wenn die Kacheln eine Größenklasse untereinander stark abweichen (Berge und Täler also steil sind).
Das elegante an der wellenoptischen Betrachtung ist, dass man jede Kachelgröße isoliert betrachten kann, am Ende nur alle wieder zusammenzählen muss. Das Schlimme daran ist, dass es eine "Mordsrechnerei" ist.
Das praktische Problem ist, dass wir bisher nicht wissen, wie sich die Rauigkeiten im Bereich von Kachelgrößen unterhalb von 5mm verteilen. Der Lyottest zeigt uns zwar Berge und Täler also solche sehr empfindlich an, aber nicht deren genauen Höhen - kann außerdem nur bis Kachelgrößen im Millimeterbereich arbeiten. Interferometer über den ganzen Spiegel zeigen zwar Höhen genau an, aber eben nur bis auf wenige Millimeter Kachelgröße.
Alois versucht nun Daten zu beschaffen, die Mikroskop und Interferometer mittels Profigerätschaft vereinen. Höhen auf wenige Nanometer mit Kachelgrößen bis in den tausendstel Millimeterbereich. Diese Daten sind deshalb interessant, weil sie typisch für die Polierprozesse sind. Im Amateurastronomiebereich wird typisch mit Polierpech gearbeitet. Die Profis arbeiten da übrigens mit Diamantwerkzeugen, Vakuumkammer und Schichtabtrag mittels Ionenstrahlen und wer weiß noch. Und Treiber dieser Technik sind Halbleiterproduzenten, weil die mittels Spezialoptik im nahen Röntgenlicht ihre Chipstrukturen auf die Wafer bringen wollen. Deshalb gibt es so wenig aktuelle wissenschaftliche Studien, die auch Polierpech (handpoliert, Drehteller maschinell poliert) berücksichtigen.
Mathematisch werden die Kacheln als Sinus- bzw. Cosinuswellen dargestellt. Deren Wellenlänge repräsentieren die Kachelgröße. Das Ganze natürlich als Fläche in x- und y-Richtung (laterale Richtung) und die Höhe der Wellen in Z-Richtung (vertikales Maß). Die kleinsten Wellen sind theoretisch die zur Abbildung von Einzelatomen. Andererseits kann man mit Wellenoptik zeigen, dass Strukturgrößen im Wellenlängenbereich des Lichts (Submikrometerbereich oder ~550 Nanometer für Grün) einfach zusammengefasst als Restgröße "weggepackt" werden kann und der Bereich im Submillimeterbereich 0,1mm bis 1 Mikrometer kaum noch eine Rolle spielen dürfte. Da sind die Z-Höhen schon so klein, dass man diesen Bereich für Licht ignorieren kann. Bei Röntgenlicht wäre das übrigens anders, da es anders mit der Spiegeloberfläche reagiert - es teilweise durchdringt (eben röntgenmäßig).
Gruß
vielleicht hilft dies dem einen oder anderen beim Verständnis (und hoffentlich hab' ich es jetzt richtig dargestellt)
Hi Joachim,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">wessen Interessen werden mit superpolsih eigentlich vertreten ... <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
es ist durchaus legitim, wenn Hersteller mit plakativen Begriffen Werbung betreiben. Das gehört zum Geschäft. Die Frage ist vielmehr, was bringt die Super-polish bzw. was ist "Super-Polish"?
Der Thread hier macht mir eins klar. Gestaltabweichungen kann man bei optischen Spiegeln in zwei große Klassen einteilen. In strehlbeinflussende Abweichungen der Form (Abweichungen 1. Ordnung) und in Streulicht beeinflussende Abweichungen höherer Ordnung. Letztere kann man nochmals unterscheiden in Welligkeiten und Mikrorauigkeiten. Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, sind die typischen Hundekuchen-Erscheinungen im Foucaulttest den Welligkeiten zuzuordnen. Rauigkeiten beginnen (in isolierter Betrachtung) bei lateralen Strukturgrößen im Submillimeterbereich. Sie sind mit einer Kamera, die den Spiegel als Ganzes messtechnisch erfasst, nicht mehr aufzulösen. Ergo müsste man diese durch Stichproben von Ausschnitten unter hoher Vergrößerung erfassen. Alois hat dies gemacht.
Das Problem fängt aber jetzt erst an. Kann man von Alois Auswertungen auf andere Polierergebnisse schließen? Die Literatur, die mir vorliegt, geht von Annahmen für das Verhalten von Rauigkeiten in Abhängigkeit ihrer jeweiligen lateralen Ortsfrequenzen aus und berechnet erst dann das Streulichtverhalten. Kai hat den Zusammenhang exemplarisch anhand idealisierter Rauigkeitsmuster erläutert.
Das eigentliche Problem dabei ist, von den wellenoptischen Idealfällen mittels statistischer Verfahren auf tatsächliche Streumuster zu kommen. Noch 2004 wäre ein PC mangels Speicherkapazität daran gescheitert, wenn er 2000 Datenpunkte einer Rauigkeitsabtastung wellenoptisch in Streulicht hätte umrechnen sollen. (Eine Dissertation, die ich gestern an der UB-Bibliothek hier in Hannover dazu aufgeschlagen hatte, ging den umgekehrten Weg und wollte anhand des Speklemusters (Streulichtmusters) einer beleuchteten Probe den umgekehrten Weg gehen - numerisch ähnlich komplex).***
In der Literatur - siehe die bereits von mir verlinkten Dissertation - wird zudem darauf hingewiesen, dass ein RMS-Wert allein nicht zur vollständigen Beschreibung der Rauigkeit ausreicht, sondern dass man besser Wertepaare aus RMS-Wert und Ortsfrequenz über einen ganzen Frequenzbereich benötigt, wenn man die Auswirkungen modellieren will.
Insofern interessieren mich Alois Auswertungen dahingehend, dass sie im Sinne einer Verallgemeinerung die Hilfsinformationen liefern, wie sich Rauigkeiten über verschiedene laterale Ortfrequenzen verteilen. Die technische Spezialoptik-Wissenschaft und die beteiligten Firmen (heute mehr im Bereich der lithografischen Verfahren zur Belichtung von Wafern bemüht) interessieren sich weniger um die typischen Rauigkeitsmuster von amateurastronomischen Spiegeln (ob gekauft oder als ATM).
Fairer Weise füge ich hinzu, dass ich das hochkomplexe Thema noch nicht so richtig verinnerlicht habe. Ich bin da sozusagen noch im "Studium".
Bei meiner Recherche bin ich auch auf folgende Doktorarbeiten gestoßen:
Nouveaux développements de la technique de diffusion lumineuse - Myriam ZERRAD, Marsaille 2007 -> Link zur PDF-Datei
Light scattering of optical components at 193 nm abd 13.5 nm - Sven Schröder, Jena 2008 -> Link zur PDF-Datei
sowie einen älteren Bericht
Charakterisierung optischer Oberflächen über ihre Mikrorauheit unter Einsatz interferometrischer, taktiler und streuender Meßverfahren -Gabriele Ringel; Frank Kratz und Dirk-Roger Schmitt (DLR Forschungsbericht 96-03, Köln 1996
Zumindest will ich mich da demnächst mal "durchackern". Mal schauen, wie weit mich meine 3 Jahre Schulfranzösisch bringen.[;)]
Gruß
***Quelle: Simulation und experimentelle Erprobung parametrisch-optischer Rauheitsmessprozesse auf der Basis von kohärentem Streulicht und Speckle-Korrelationsverfahren - Stefan Patzelt, 2010
Gerd,
definiere doch einfach mal für die laterale Ausdehnung einen Wert im Sinne von x*Lambda (520nm, grün) ... dann darfst Du auch Welligkeit und Rauigkeit im Sinne der Norm begrifflich abgrenzen.
Viel interessanter ist, wie die vertikale Rauigkeit mit der lateralen Ortsfrequenz skaliert. Dazu muss man mal das Mikroskopbild von Alois in ein Höhenprofil mittels FFT umrechnen, wenn das geht. Der funktionale Zusammenhang der mittleren vertikalen RMS-Werte in Abhängigkeit von der lateralen Ortsfrequenz ist notwendig um dann mittels der von Eberhard beschrieben Skalar- oder Vektormethode das Streulicht abzuschätzen. Skalar ergibt das einen TIS-Wert (Streulichtanteil über den ganzen Raumwinkel = Halbkugel über dem Spiegel), vektoriell eine 'Streulichtkeule'* (wieviel Streulicht in welcher Winkelumgebung vom zentralen Beugungsscheibchen landet). So zumindest hab' ich das jetzt verstanden.
Das numerisch mit wellenoptischen Formeln durchzurechnen hat die Autorin (Stand 2001) als zu aufwändig bezeichnet. Naja, ich hab keine Ahnung, was sich da inzwischen getan hat.
Gruß
*meine Wortkreation [:D]
hi,
hier mal eine Übersicht über die Oberflächenparameter nach DIN und Co von Zeiss.
http://www.zeiss.de/C1256CEE005B6986/0/197C2DB7E4EE6CECC12574A60045E0DB/$file/de_60_050_001i_oberflaechen.pdf
(==>)Thomas
Die Fouriertransformation der ortsabhängigen Höhen sind doch die Zernike-Koeffizenten. In der oben von mir genannten Dissertation werden diese Werte nochmals in das PSD-Spektrum transferiert.
Eva Oettinger nimmt dann auch noch eine Fallunterscheidung für die Verteilung der Rauigkeit vor. Sie unterscheidet "konventionell" und "selbstähnlich" Rauigkeit. Bei der "selbstähnlichen" Rauigkeit ist das Verhältnis von Wellenlänge des PSD-Spektrums und Amplitude der Erhebungen (RMS bezogen auf eine bestimmte Ortsfrequenz) konstant. Das führt dazu, dass man mit RMS-Werten allein, diese Verteilungsannahme nicht "beschreiben" kann.
So zumindest verstehe ich den Text.
Gruß
PS: Kennt jemand "Charakterisierung optischer Oberfla#776;chen u#776;ber ihre Mikrorauheit unter Einsatz interferometrischer, taktiler und streuender Messverfahren" von Gabriele Ringel; Frank Kratz; Dirk-Roger Schmitt, 1996 (Forschungsbericht / Deutsche Forschungsanstalt fu#776;r Luft- und Raumfahrt, 96-03)? Sonst würde ich mir mal die Mühe machen und mir den Bericht an der Uni-Bibliothek hier in Hannover besorgen. Ist schließlich schon ein paar Jährchen her ...
Gruß
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Hallo Dietmar,
Staub ist in der Regel um ein Vielfaches größer als die Wellenlänge des Lichts. Es sei denn, Du meinst Feinstaub. Außerdem ist das Reflexionsverhalten von Staub deutlich kleiner als beim Spiegel. Es absorbiert, teilweise bricht es auch Lichtanteile (Farbe, Transparenz der Staubpartikel).
Der Unterschied liegt aber hauptsächlich in den Höhenunterschieden. Damit man überhaupt von einem polierten Spiegel sprechen kann, ist man schon im zweistelligen Nanometerbereich bei den Oberflächen. Also den Faktor 1000 und mehr kleiner als die Staubabmessungen.
Staub wäre somit ein Kapitel für sich, auch Mineralrückstände nach Verdunstung etc.
Aber Gegenfrage: Meinst Du, es spielt eine Rolle, ob der Staub schon auf dem Spiegel liegt oder noch in der Luft durch den Strahlengang weht. Überleg mal ... Bei Wassertropfen in der Luft im Strahlengang pack ich zumindest ein.
Gruß
PS: Es kommt beim Staub m.E. auch auf die Menge an. Simpel gefragt, wieviel Prozent der Spiegelfläche sind vom Staub tatsächlich bedeckt. Das wäre eine erste Annäherung zum Streulichtanteil. Bis zu einem gewissen Grad entsprechen Staub eher lokalen Defekten.
Hallo Eberhard,
mit dem Stichwort "Stratton-Chu-Silver-Integral" fand ich im Netz eine Dissertation, die auch ein einführendes Kapital zur Lichtstreuung und Mikrorauigkeit enthält. (lt. Duden ohne "h")
Clustersputtern an optischen Oberflächen, Dissertation von Eva Oettinger, 2001
Quelle: http://kops.ub.uni-konstanz.de…ersputtern.pdf?sequence=1
Gruß
Kalle
