Beiträge von JSchmoll im Thema „Zenitprisma oder -spiegel?“

Hi Gert,

das mit dem nachfolgendem Extender ist irgendwie gemein ... aber eine richtig gute Idee!

Irgendwie habe ich jetzt Bocque darauf, mal meine Zenitspiegelsammlung in einer Vollmondnacht dergestalt zu testen.

Das mit dem Intes hat mich ueberrascht - geniesst russische Optik doch gemeinhin einen eher guten Ruf. Natuerlich kann es bei jedem Produkt Ausreisser nach oben oder unten geben.

Wobei man natuerlich als "Teufel's Advokat" sagen kann, dass die Testresultate eben wegen des Extenders in der Praxis (= ohne Extender) weniger relevant sind. Die durch einen Spiegel mit hoher Formabweichung in Fokusnaehe erzeugten Fehler sind Verzeichnung, die aber in der Praxis der visuellen Beobachtung vernachlaessigbar ist. In der Astrometrie waere sie messbar.

Gern geschehen. Gerade noch einen Fehler korrigiert bei der Feldverkippungsbetrachtung.

Ich habe in meinem bisherigen Leben noch nie den Drang verspuert, einen Zenitspiegel justieren zu muessen.

Warum?

Die Gehaeuse sind so gestaltet, dass die eingefassten Spiegel nominell unter einem Winkel von 45 Grad zur optischen Achse stehen.

Abweichungen bedingt durch den Keilfehler der Spiegelsubstrate oder Passfehler des Spiegels im Gehaeuse sind so klein, dass sie visuell kaum auffallen: Der "Sweet Spot" als Punkt bester Abbildungsqualitaet wird durch eine Winkelabweichung kaum aus der Mitte gebracht, da der Abstand vom Zenitspiegel zum Fokus nur ein paar Zentimeter betraegt. Betraegt beispielsweise der Abstand des Planspiegels zum Fokus bei einem 2"-Zenitspiegel 50mm, dann betraegt die durch einen Winkelfehler von 0.5 Grad Spiegelneigung (= 1 Grad Missweisung des Mittelstrahls relativ zur optischen Achse) erzeugte Abstand des "Sweet Spots" zur Bildfeldmitte 0.87mm. Im Zweizollokular mit seiner massiven Feldblende ist das kaum sichtbar. Bei hohen Vergroesserungen kann das sichtbar werden. Allerdings werden Zenitspiegel (oder Prismen) nicht bei schnellen Newtons eingesetzt, sondern bei Cassegrainvarianten oder Refraktoren. Im Extremfall eines f/5-Richfieldrefraktors faellt das kaum auf, da Refraktoren ohnehin eine geometrisch bessere Korrektur geometrischer Abbildungsfehler besitzen als beispiellsweise Newtons. Deshalb sind ja die Richfieldrefraktoren so beliebt - weil sie nadelscharfe Sterne bis zum Rand liefern und keine Koma-Fladen wie beim Newton. Der Farbfehler ist relativ unempfindlich gegen den Feldwinkel, und er wird beim Richfieldrefraktor hingenommen, da bei Weitfeldbeobachtungen ja eh nicht hoch vergroessert wird.

Das Einzige, was sichtbar wird, ist eine Feldverkippung. So gibt es beim dejustierten Zenitspiegel (oder Prisma, geht analog) einen Schaerfegradienten ueber das Bild. Nehmen wir den Extremfall einer 50mm-Feldblende an (im Zweizollokular, also 0.4mm Wandstaerke der Huelse und damit eine auesserst extreme Annahme), dann erzeugt das eine Grad Achsfehler eines um 0.5 Grad falsch gelagerten Zenitspiegels am Rand einen Defokus von 25mm * tan(2*0.5 Grad) = 0.44mm (*** siehe Fussnote). Geometrisch fuehrt das bei f/5 zu einer Verbreiterung der Sternabbildung um 87 Mikrometer. Allerdings ist die Vergroesserung bei einem solchen Okular so gering, dass das in der Praxis visuell nicht auffaellt.

In der Astrofotografie, wo selbst die Okularauszuege kippjustierbar sind, ist das eine andere Geschichte. Aber da laesst der Beobachter den Zenitspiegel sowieso weg.

Ergo: Ein Zenitspiegel muss nicht justierbar sein. Wenn die Fassung hinreichend genau gefertigt ist (dass muss nicht mal gefraest sein, Plastik-Spritzguss tut es auch), muss der Spiegel nur von hinten gegen die Passung gedrueckt werden. Der Spiegelrand stellt sicher, dass der Spiegel mit der Frontseite gegen die Passung gedrueckt wird und sich entsprechend ausrichtet. Um das zu gewahrleisten, reicht ein Stueck Schaumgummi von hinten aus. Selbst wenn der Spiegelrohling daselbst keilfoermig waere, wuerde die Frontseite immer noch im 45-Grad-Winkel zu stehen kommen.

Das klingt nach Pfusch, ist jedoch praktikabel um den Zenitspiegel bezahlbar zu machen.

Bei extrem schnellen Systemen werden die Fehler groesser. Aber dort machen Umlenkspiegel in Fokalnaehe sowieso keinen Sinn. Weder bei einem schnellen Fotonewton noch im Primaerfokus (Fastar am SCT beispielsweise mit um f/2) wird ein Zenitspiegel benoetigt.

Liegt der Umlenkspiegel weiter vom Fokus weg, muss er justierbar sein. Beispielsweise in Schaerrefraktoren oder Coude-Systemen. Meine Betrachtung bezieht sich ausschliesslich auf Zenitspiegel in Fokusnaehe.

(***) EDIT: Die Rechnung war um einen Faktor 2 falsch. Wenn der Spiegel um 0.5 Grad verkippt ist, verkippt das die Achse ja um 1 Grad: Einfallswinkel = Ausfallswinkel.

Hi Stefan,

danke dafuer - ich wollte das nicht so weit fuehren, aber ja: Es gibt von jedem Glashersteller -zig Glastypen fuer alle moeglichen Zwecke. In der Summe aller Glashersteller sind das hunderte von Glaesern.

In dem Diagramm von Dir wird das schoen dargestellt. Die Brechzahl ist gegen die Dispersion aufgetragen.

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Er hat auch gesagt, dass der Spiegel Farbfehler erzeugen kann (weil das Reflexionsspektrum nicht vollständig ist und Rotarmut erzeugt). Das stört komischerweise keinen, wohl aber der notorische vom Prisma.

Hallo Stephan,

das hast Du falsch verstanden. Die Toenung des Bildes durch das Reflexspektrum einer Spiegelschicht ist kein "Farbfehler". Unter Farbfehler (oder "CA" = chromatische Aberration) wird die Dispersion von Licht waehrend der Brechung verstanden. Farbfehler heisst, dass nicht alle Farben im gleichen Brennpunkt landen. Ein Objekt erleidet dadurch einen Kontrastverlust und an hellen Kanten gibt es Farbsaeume. Eine Spiegelschicht kann zwar das Bild leicht eintoenen, aber alle Farben landen immer noch im selben Brennpunkt.

Stephan, nochmal zu Deinen Fragen:

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Reflexion am Spiegel oder in der Totale. Braucht immer etwas Tiefe, und dadurch kommt Unschärfe? Totalrelexion theoretisch 100% Wie sieht es da mit Blau und Gelb aus?

Durch die "Tiefe" kommt keine Unschaerfe. Sowohl beim Spiegel als bei der polierten Oberflaeche ist die Oberflaechenguete entscheidend: Formabweichungen machen BIlddeformationen, Rauhigkeit macht Streulicht. Das gilt fuer Spiegel und Prismen gleichermassen. Natuerlich kann eine schlecht gemachte (oder gealterte) Verspiegelung hierzu beitragen. Fuer blau oder gelb gilt das gleichermassen, wobei die Brechzahl im Blauen etwas groesser ist, wodurch sich auch der Brewsterwinkel (der kritische Winkel fuer die Totalreflexion) aendert, denn der haengt vom Brechungsindex ab. In der Tiefe sollte nichts passieren, es sei denn die Spiegelschicht ist zu duenn (Teilverspiegelung) oder die Totalreflexion ist unvollstaendig (Verunreinigungen auf der Oberflaeche, z.B. Fingerabdruck - im Englischen gibt es dafuer den netten Begriff "Frustrated total reflection" - frustrierte Totalreflexion).

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Die anderen Flächen können wellig sein, aber wahrscheinlich nicht im sichtbaren Ausmaß?

Eine Welligkeit der Glasluftflaechen beim Ein- und Austritt macht auch Abbildungsfehler. Jedoch ist bei einer gleichen Amplitude einer solchen Welligkeit die Auswirkung in Transmission geringer als in Reflexion. Ein "Berg" mit der Hoehe einer halben Wellenlaenge beispielsweise macht sich in Transmission weniger stark bemerkbar als auf der Spiegelflaeche (egal ob verspiegelt oder im Prisma).

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Blaues Licht lässt sich schwerer bändigen? Mir scheint tatsächlich der Gelbfilter im Kurzrefraktor sehr gut zu wirken. Komischerweise hab ich rausgefunden, dass sowohl im 2080 also auch im Kurzrefraktor der Hellblau auch mehr Schärfe macht.

Ist das Reflexionsspektrum des Spiegels vollständig? Mir scheint es nicht blaulastig sondern rotarm zu sein.

Warum führen Prismen Farbe ein und Spiegel nicht? (Warum nehmen Spiegel Farbe raus?)

Optische Medien haben gemeinhin im Blauen eine hoehere Dispersion, d.h. wellenlaengenbedingte Brechzahlaenderung. Deshalb gibt es bei schnellen Achromaten Blausaeume. Der Trick mit dem Gelbfilter ist alt, z.B. Kosmos/Lichtenkneckerkatalog (1970er), wo dieser fuer die kurzen verkitteten Achromaten LW90K, LW125K angeraten wurde. Wenn Du einen Hellblaufilter nimmst, schraenkst Du den Spektralbereich ebenfalls ein und auch dann kann der Schaerfeeindruck im Vergleich zu "ohne Filter" groesser sein. Allerdings variiert die Brechzahl im Bandpass des Hellblaufilters mehr als im Gelbfilter.

Das Reflexionsspektrum beim Spiegel ist sehr stark von der verwendeten Schicht abhaengig. Es gibt einfache Schichten aus Aluminium, Silber oder Gold, die dann noch forciert sein koennen. Die Schutzschicht obendrauf (Quarz oder manchmal auch MgF2) beeinflusst das Spektrum ebenfalls. Dann gibt es dielektrische Multischichten, die die Reflexion in einem endlichen Bandpass sehr nahe an 100% bringen koennen. Es gibt so eine Vielzahl unterschiedlicher Schichten, die ein unterschiedliches Effizienzspektrum aufweisen. Beim Prisma gibt es dagegen nur die Totalreflexion.

Ob "blaulastig" oder "rotarm", ist Ansichtssache. Ist das Glas halb voll oder halb leer? Keine Spiegelschicht fuegt Licht hinzu, von daher zeugt ein blaeuliches Reflexionsabbild von einer geringeren Reflektivitaet im Roten.

Prismen fuehren Farben ein, weil ein konvergierendes Lichtbuendel auf eine Glasluftflaeche trifft. Und immer, wenn Strahlen schraeg in ein Medium einfallen, werden sie gebrochen. Diese Brechung ist aufgrund der Dispersion wellenlaengenabhaengig. Extremfall 60-Grad-Prisma: Zwei Glasluftflaechen, deren Neigung beim EIntritt in die eine, beim Austritt in die andere Richtung geht. So entsteht ein Spektrum - wie auf dem Plattencover von Pink Floyd verewigt. Spiegel brechen nicht, sie reflektieren. Deshalb hat ein reiner Reflektor auch keinen Farbfehler.

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Aber ich halte das für möglich, dass mein Schärfeempfinden auch mit dem wärmeren Farbton zusammenhängt.

Genau das vermute ich.

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Im übigen kann ein Prisma die CA des Refraktors auch heilen, je nach Material. Nach meiner Kenntnis gibts sowieso nur BK7 und BK4. Und dann kommt es auf den gesamten optical train an, obs am Ende durchs Prisma besser oder schlechter wird. Ist aber immer unwichtiger, je größer die Brennweite ist. Ist es denn so, dass die Optiken für Zenitspiegel gerechnet sind? Ich glaub das nicht. Ich glaube bezüglich CA ist es überhaupt nicht generell zu sagen, ob die Abbildung besser mit Spiegel oder Prisma ist sondern Glücksache.

Es gibt von Baader Glaswegkorrektoren fuer diesen Effekt. Zeiss Jena hatte das fuer die Version des 100/640er APQ, der fuer einen Glasweg optimiert war, im Angebot, um ohne Zenitprisma ein farbreines Abbild zu bekommen, z.B. in der Fotografie.

Es gibt uebrigens mehr Glassorten als BK7 und BK4. BK7 ist das ueblichste Glas, BK4 stammt aus der gleichen Familie (Barium-Kronglas). Es gibt auch Flintglaser, z.B. SF (Schwerflint), die Partnerglaeser fuer Achromate sind, wenn sie mit BK7 kombiniert werden. Und dann gibt es z.B. BAK4, das gern fuer Prismen in Weitfeldanwendungen Verwendung findet, da der kritische Winkel der Totalreflexion steiler ist.

Zur "Okulargigantomanie" - grosse Okulare sind die logische Konsequenz fuer Weitfeldbeobachtungen. Zusammen mit den atemberaubenden Tempo, mit dem sich das Okularangebot in den letzten Jahrzehnten geaendert hat, waere eine Einschraenkung auf kleine Durchmesser ein Flaschenhals. Auch schon fuer die Fokalfotografie macht ein 2"-Auszug Sinn. Und da er kaum mehr kostet als ein Auszug in 1.25", nur gut, wenn heute auch schon in preisguenstigen Teleskopen gleich ein 2"-Auszug angebaut ist.

Okay, ich bin in Eile ... aber eben schnell:

APQ war eine Handelsbezeichnung fuer den oelgefuegte Highend-APO von Carl Zeiss Jena.

BK7 und SF4 (ich vermute, das meintest Du, BK4 gibts aber auch ***) sind Glastypen. BK7 ist ein Barium-Kron-Glas, das in der Welt der Optik das meistverbreitete Glas darstellt und dank der Losgroessen am guenstigsten angeboten wird. SF4 ist ein Schwer-Flint-Glas, das eine hoehere Brechzahl hat. Es wird fuer Prismen nur selten verwendet, aber als Partnerglas fuer Achromate.

*** Stephan erwaehnte das:

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Nach meiner Kenntnis gibts sowieso nur BK7 und BK4.

Ueblich sind BK7 (bzw. heute das bleifreie N-BK7) und BAK4. BAK4, oft in Feldstechern, wegen der besseren Totalreflexionseigenschaften fuer grosse Feldwinkel. Andere Glaeser mag es auch geben. Im Labor haben wir oefters Prismen aus Quarzglas wegen der Transmissionseigenschaften im Kurzwelligen.

Hallo Stephan,

ich schliesse mich Christoph an - lass uns alle sachlich diskutieren und nicht Diskussionsargumente mit "unwichtig" oder "falsch" plattmachen. Ein Prisma fuehrt nun mal Farbe ein und deswegen sind beispielsweise gute Feldstecherobjektive fuer den nachfolgenden Glasweg gerechnet. Wenn ich mich recht entsinne, gab es den APQ 100/640 damals in zwei Versionen - entweder fuer einen Glasweg gerechnet, oder nicht. Zeiss Jena hatte damals nur Zenitprismen.

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Aber heute war der Unterschied ohne jeden Filter so groß. Und immer hatte ich den Eindruck, auch durch andere Teleskope, dass der Zenitspiegel kälteres Licht und weniger Kontrast macht.

Das ist genau, was ich meine: Der Unterschied ist ohne Filter da und er wird durch das "kaeltere" Licht des Spiegels verursacht. Ein erhoehter relativer Blauanteil, der neben Wellenfronteffekten auch chromatische Effekte des Objektivs, Okulars und Auges staerker sichtbar macht. Wenn meine Theorie stimmt, dann sollte sich der Effekt "Prisma besser als Spiegel" bei Verwendung des Gelbfilters in beiden Betriebsarten reduzieren.

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Also, die Reflexion am Diagonal ist die besser als an einer Spiegeloberfläche weil total? Ist da was dran, dass beim Spiegel das Licht nicht genau an einer Oberfläche sondern in der Tiefe reflektiert wird?

Das ist etwas komplizierter. Der Brechungsindex einer Metalloberflaeche liegt fuer sichtbares Licht im Bereich der komplexen Zahlen. Es gibt zwar ein evanenzentes Potential innerhalb der Spiegelschicht, aber das gibt es bei der Totalreflexion auch. Deshalb muessen bei optischen Fasern, deren Prinzip auf Totalreflexion beruht, die auessere Schicht mit der etwas geringeren Brechzahl eine Mindestdicke aufweisen, sodass keine Energie ausgekoppelt wird (Faustregel 10 Wellenlaengen). Der Effekt ist also vergleichbar. Allerdings hat die Totalreflexion eine theoretische Effizienz von 100%, die in der Praxis nur durch Oberflaechenrauhigkeit oder Verschmutzung reduziert wird.

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Die anderen beiden Glasflächen werden senkrecht passiert (außer bei kurzen Brennweiten) und sollten überhaupt keine Probleme machen. Laufzeitunterschiede (die gibts auch schon vorher durch 20 km Atmosphäre) stören nicht, oder? So lange kann ich aufs blaue Licht warten, bis das auch da ist

Doch, diese Oberflaechen haben auch Formfehler, die die Wellenfront beeinflussen. Jedoch nur durch Brechung und daher ist der Einfluss nicht so stark wie die Reflexion. Ein Extrembeispiel ist die Noerpelglasscheibe eines Badezimmerfensters, wo die Oberflaeche so stark strukturiert wurde, dass zwar Licht, aber keine optische Information uebertragen wird. Und das beeinflusst alle Wellenlaengen, allerdings ist der Effekt wie bei jeder Brechung im Blauen am hoechsten. Das liegt an der Dispersionskurve (Brechzahl gegen Wellenlaenge aufgetragen). Die Brechzahl "explodiert" im Blauen.

Aber das ist genau der Mechanismus, der bei einem blaueren Spektrum Abbildungsfehler deutlicher sichtbar macht. Ich habe mal einen Feldstecher in der Hand gehabt (NVA-Bestaende kurz nach dem Mauerfall), der beim Durchblick gelb war um die chromatische Aberration zu unterdruecken. Das gleiche Prinzip.

Warum nun Zenitspiegel die Zenitprismen groesstenteils abloesten ... vielleicht liegt es an den heute ueblichen groesseren Okularen. Ein 2"-Prisma ist deutlich teurer und schwerer als ein gleich grosser Spiegel. Auch liessen sich fuer die 24.5er Zenitprismen handelsuebliche Feldstecherprismen verwenden, die ein Massenprodukt und deshalb kostenguenstig waren. Mit dem Uebergang zu groesseren Durchmessern fiel dieser Vorteil fort.

Hallo Stephan,

ich weiss, Du suchst nach Praxiserfahrungen. Damit kann ich nicht dienen - meine Zenitprismenzeit fand hauptsaechlich an 24.5mm-Japanrefraktoren statt. Ich habe noch ein 1.25" Zenitprisma, alles Andere sind Spiegel. Aber mal ein paar theoretische Ueberlegungen:

Prima: Der Wellenfrontfehler wird durch Eintrittsflaeche, Refklexionsflaeche, Austrittsflaeche und Glashomogenitaet beeinflusst. Der groesste Einfluss passiert an der Hypothenuse, da die Reflexion wie beim Spiegel das Doppelte der Neigung eines lokalen Formfehlers betraegt. Die Ein- und Austrittsflaechen an den Katheten sind weniger empfindlich, weil das Licht durch einen lokalen Formfehler lediglich gebrochen wird - der Winkelfehler ist nur ein Bruchteil der einer Reflexion. Modernes Glas kann als homogen genug betrachtet werden, dass bei den Groessen eines 1.25" - oder auch 2"-Zenitprismas kein sichtbarer Homogenitetsfehler auftritt. Die Effizienz wird durch die Kathetenglasluftflaechen bedingt, die meist durch eine Mehrschichtverguetung nur 1-2% Verlust hat. Die Hypothenuse ist dank Totalreflexion verlustfrei, und die Absorption im Glas vernachlaessigbar.

Spiegel: Einerseits wesentlich einfacher, da es nur eine Oberflaeche gibt. Der Wellenfrontfehler wird nur durch diese erzeugt. Die Effizienz liegt irgendwo zwischen 90 und 99 Prozent, je nach Verspiegelungstyp und Wellenlaenge. Hierbei kommt der 45-Grad-Einfallswinkel zugute, wo die Reflektivitaet etwas hoeher ist als bei 90Grad wie beim Hauptspiegel. Allerdings kann die genaue Wahl der Verguetung einen Einfluss auf das transmittierte Spektrum haben. Manche Verguetungen sind "blauer", andere "gelber". Es gab mal in einer Sky & Telescope einen Bericht, wo ein C8 und ein Meade 2080 verglichen wurden. Beim direkten Durchblick des durch Schmidtplattentransmission und zwei Relflexionen erzeugten Ergebnisses war das C8 deutlich "gelber" oder "waermer" als das Meade.

Ich wundere mich, ob die Verspiegelungen Deiner Zenitspiegel mehr kurzwelliges Licht zum Okular schicken. Du schreibst ja, dass die Prismen ein "waermeres" Abbild geben. Im blauen Licht sind nun Abbildungsfehler, erzeugt durch Linsenfarbfehler und Wellenfrontfehler, deutlicher sichtbar. Auch unser Auge ist nicht perfekt, was sich im Blauen eher zeigt. Wenn ich beispielsweise auf eine bunte Lichterkette schaue (naeherungsweise Punktquellen), zeigen sich in meinen Augen die blauen LEDs unscharf. Ich wundere mich, ob der erhoehte Blauanteil fuer die von Dir beobachtete Bildverschlechterung verantwortlich zeichnet. Diese These liesse sich durch ein geeignetes Filter verifizieren. Beispielsweise Beobachtung desselben Objekts mit Zenitspiegel oder Zenitprisma unter Verwendung eines Gelbfilters.