112mmSpiegel genauer vermessen als Hubble

Hallo Schleiferfreunde,

wollte bei meinem 112er sicher gehen, dass der nicht wie Hubble-Space-Teleskop eine Korrekturlinse braucht und mißtraute meinem Foucault-Test mit visuell reproduzierbar gemessenem Strehl von größer 90 % mit 5 Zonen Couder-Maske. Erste Ertgebnisse mit photographischer Auswertung zeigten dann auch eine erhebliche Abweichung (s. auch Thread "Couder mit Photoshop").

Letzte Woche haben dann Karl und ich eine ausführliche Auswertung einer Photoserie mit Photoshop nach Karls Differenz-Methode durchgeführt. Erst dabei kam dann heraus, dass das Schnittweitenminimum bei der 20 mm Zone liegt, also ein Hügel in der Mitte vorliegt, was visuell einfach nicht zu erfassen war. Mit 15 Messpunkten ergab sich ein Strehl von gerade mal 64 %: s. Bild

Abweichung von der visuellen Messung erklärt sich schon dadurch, dass bei einer 5-Zonen-Couder-Maske die innere und auch die Randzonenerfassung sehr sehr unsicher sind, bleiben also lediglich drei einigermaßen gut zu erfassende Zonen, und es zudem eine ganze Reihe von Möglichkeiten zum unbewußten Selbstbetrug gibt.

Hab dann zweimal mit 2 min MOT mit großem Überhang versucht, den Zentralhügel wegzuschrubbeln, ohne geringste veränderung des photographischen Ergebnisses, als ich dann aber nochmal 8 min MOT gewagt habe gefolgt von 2 min TOT W-Striche und 2 min Chaosstriche zur Glättung, dann hatte ich statt Hügel ein Loch in der Mitte und oh Schreck: eine fixe visuelle 5-Zonen-messung gab nur noch Strehl 70%. Seis drum, ich trau den visuellen Messungen eh nicht mehr, nochmal eine Photoserie geschossen (diesmal wieder mit einer einfachen Canon 80) und mit Photoshop ausgewertet: danach Strehl 90 %, das Ding ist fertig! Und die Messung halte ich für absolut zuverlässig, zumal da praktisch kein Schritt drin ist, der Ermessensspielräume läßt, das Ganze ist jetzt durchweg objektiviert. s.u.

Hier das nochmal etwas vereinfachte Verfahren:
Photoserie, in 0,05 mm Schritten Abstand der Schneide vom Spiegel vergrößern (ab der 30% Zone reichen bestimmt auch 0,1 mm Schritte und am Rand 0,2 bis 0,3 mm).
Ausgewähltes Photo in Photoshop laden, Ausschitt in neues Fenster 1 kopieren und auf Grauskala stellen. Jetzt bereits mit dem Curser auf 0,01 mm die Position des linken Spiegelrands (Wert A) und des rechten (Wert B) ablesen. Kopie in neues Fenster 2 und horizontal Spiegeln, wieder kopieren und dann paste in Fenster 1. Das spiegelverkehrte Bild liegt nun über dem Originalausschnitt und wird mit den vorher abgelesenen Werten A und B genau positioniert. Dann bildet man die Differenz und "merged die Ebenen down". Jetzt braucht man nur noch mit dem Cursor die Positionen mit 99 oder 100 % Schwärzungsgrad bestimmen, das ist dann Wert C.
Wenn D = Spiegeldurchmesser (abzüglich Randfase, deshalb ist mein Spiegel jetzt auch kein 115er mehr, sondern ein 112er), dann ergibt sich:
Messwert Z = (((A + B)/2)-C) mal D/(B-A)
Geht mit ein bisschen Routine sehr schnell.
Ist schon irre, wie präzise man die zur eingestellten Schnittweite passende Zone auch am äußersten Rand erfassen kann. Bei meinem letzten Messpunkt war die Zone gerade 0,9 mm vom Rand entfernt. Auf dem nachfolgenden Bild mit raufgedrehter Helligkeit seht ihr zwei dicht nebeneinander liegende kreisrunde Linien die äußere, etwas feinere, ist der Fasenrand, bei der inneren erfasst man das Schwärzungsmaximum als Position der symmetrischen Bereiche gleicher Helligkeit, halt das, wonach man beim Foucault-Test sucht. Und die maximale Schwärzung ist in der Regel nur in einem Bereich von 0,02 mm Breite. Damit behaupte ich nicht, dass die Ablesegenauigkeit gleich der Messgenauigkeit ist, das wäre ein Irrtum. Aber gegenüber der visuellen Messung ist diese einfache, nicht aufwendige und robuste Methode schon ein Quantensprung. Behaupte ich mal.
Bis denn,
Gerald

Hallo Timm, hallo Harry, hallo Karl
danke für die Glückwünsche zum fertigen Spiegel und vor allem auch für die kritischen Bemerkungen, schließlich hoffe ich, dass wir hier zu einer Diskussion der Zuverlässigkeit von Foucault-Messungen kommen.
Recht hast Du, Harry, mit den Anmerkungen „Ich wäre bei Kamera-Only Messungen äußerst skeptisch.“ und „JEDOCH stelle ich sicher, daß das was mit der Kamera gemessen wird auch mit dem Auge nachvollziehbar ist.“ Karl und ich haben sich genau damit in den letzten drei Monaten beschäftigt und immer wieder Messungen gemacht. Photoserien mit Karls Canon 350D mit Superobjektiv an Karls slitless tester, alles mit Wasserwaage und Laser auf optische Achse einjustiert, Photoserien auch mit Coudermasken (5Zonig und auch 10Zonig), nach systematischen Fehlern gesucht, die sich in Form von Helligkeitsgradienten zeigen sollten, Veränderungen der Kameraposition vor der Schneide, Serien von Bildern mit abgestufter Helligkeit bzw. Kontrast bei gegebener Schnittweite usw. und dann vor allem folgender Gegentest: Serien mit meiner einfachen Canon 80irgendwas mit kaum Einstellmöglichkeiten (außer Blitzlicht ausschalten) und zwar an meinem Tester mit Alulochblende, die camera mit ein paar Klötzchen drunter in Position gebracht und los geht’s. Endergebnis: alle photographischen Messreihen stimmen praktisch überein. Und es ist schon faszinierend, wie man in Photoshop von Schnittweite zu Schnittweite die Zone weiterwandern sehen kann (oder halt zwei Zonen, wenn man einen Berg in der Mitte hat). Jedenfalls immer das gleiche Ergebnis, weswegen ich Karls Differenz-Methode als robust bezeichne; daher stimme ich mit Karl insofern nicht ganz überein, als ich den großen Aufwand mit dem exakten ausrichten nicht für notwendig halte, wenn man die kamera so aufgestellt hat, dass man auf dem Display mit schönem Kontrast den Donut sieht, dann passt die Sache. Lasse mich gerne mit einer zusätzlichen Kontrollfotoserie mit leicht verstellter Kamera vom Gegenteil überzeugen, wäre aber überrascht.
Nochmal dazu, wie die ungeheuren Abweichungen zum visuellen Test zustande kommen (visuell heißt dabei Auge vor Messerschneide): Ein 112 mm Spiegel f4.5 ist keineswegs ein einfacher Fall: typischerweise hat dafür die Coudermaske 5 Zonen, die ideale Schnittweitendifferenz zwischen der 1. und der 2 Zone beträgt dabei weniger als 0,1 mm und beim Ablesen der 5. Zone gibt es bekanntlich auch allergrößte Schwierigkeiten. Bleiben also nur 3 Zonen die man visuell zuverlässig einstellen kann und somit nur noch zwei zuverlässige Differenzen. Die Gesamtmessgenauigkeit des Strehl-Wertes aus Figure XP dürfte da äußerst fragwürdig sein. Die Reproduzierbarkeit von womöglich falschen Ergebnissen kommt dann dadurch, dass man mit zunehmender Messroutine es im Grunde schon motorisch in den Fingern hat, wie weit man das Rädchen an seinem Kreuztisch bewegen muss, um den visuell hinreichenden Eindruck zu erhalten, je später der Abend tut ein übriges [:)];
Im übrigen sagen die „Cracks“ ja auch, dass der Test am Stern entscheidend ist. Warum wohl? Mir gefiel besonders die Geschichte zweier Schleiferfreunde, die gemeinsam einen 95% Strehl-Spiegel gemessen haben, da kommts dann halt vor, dass einer den anderen fragt, ob nicht 0,1 mm mehr auch noch gleich hell aussehen. Bei einer nachträglichen interferometrischen Messung ging dann der Strehlwert natürlich in die Knie (aber immerhin 85% wenn ich mich richtig erinnere).
Nochmal zu betonen: ich kann mir gut vorstellen, dass man bei einem größeren Spiegel mit mehr Messpunkten und mit größeren Schnittweitendifferenzen auch bei der visuellen Foucault-Messung zuverlässigere Werte herausbekommt. Aber wenn ich im Forum in einem Thread lese „hab 97,8 % Strehl soll ich noch weiterpolieren“, dann frag ich mich schon, ob nicht der ganze Thread ein Scherz ist, zumindest über den Strehl-Wert muss ich schmunzeln.
Ich kann nur empfehlen, die Differenz-Methode mal auszuprobieren, bieten sich auch nette weiterführende Aktionen an, wie z.B. die Differenzbilder zu stacken und eine Art Konturlinienbild zu erhalten….. Und es wäre natürlich zu wünschen, dass jemand das mal testet, der mit einer davon unabhängigen Methode das Ergebnis gegenchecken kann. Das wäre dann gewissermaßen naturwissenschftlich sauber, wie Karl es sich wünscht und ich natürlich auch.

Die ausführliche photographische Auswertung werde ich in Zukunft auch nur bei der Endmessung machen, für die Photoreihe und die Auswertung der 15 Messpunkte brauch ich etwa 2 Stunden. Für die schnellere Variante mach ich eine Photoserie mit Coudermaske und regele für ausgewählte Bilder in Photoshop die Helligkeit rauf und runter: das sieht dann wie ein Film vom Raus- und Reinfahren der Messerschneide aus, dabei kann man auch für sehr schmale Zonen den Abgleich sehr gut und dabei rasch erfassen (Helligkeit raufregeln und Intensität der Restschwärze visuell vergleichen, wers probiert, merkt sicher schnell was ich meine).

Beste Grüsse,
Gerald

Hallo Stathis,

Horias Programm und die Photoshop-Methode machen im Grunde das Gleiche, wie sollte es auch anders sein. Wo Du bei Horia den Schnittpunkt zwischen Helligkeitsverlauf von linker und rechter Seite hast, bekommst Du bei Photoshop ein Bild mit der maximalen Schwärzung an der Stelle, s.o.; bei der Photoshop-Methode hast Du den Vorteil, dass Du Unregelmäßigkeiten im Verlauf einer Zone in einem gewissen Grad auf einem Blick sehen kannst (z. B. durch Luftschlieren oder sonstwas, wenn ich es richtig sehe, hat Horias Programm den Vorteil, dass Du nichts mehr in einen Taschenrechner eintippen musst, was natürlich auch Zeit spart.

"Damit wird die Randzonenmessung zum Lottospiel":
also da hab ich den Eindruck, dass auch eine abgesunkene Randzone mit Photoshop einfach zu vermessen ist. Würdst du bei diesem 112 mm Spiegel den rand erneut korrigieren? Das hab ich jetzt nicht verstanden.

beste Grüsse,
Gerald

Hallo Roland, hallo Alois,

es geht ja nicht darum, festzustellen, wer den Foucault-Test erfunden hat, das ist ja hinlänglich bekannt; und ist doch auch klar, dass die Auswertungen der Photos bei allen Vorgehensweisen über den Vergleich der Pixelhelligkeiten erfolgt. Wenn man bei FoucaultXL die Maske über dem Bild exakt positioniert, so positioniert man in Photoshop eben Bild und Spiegelbild exakt übereinander, ist auch ganz einfach zu machen. Dann wird quasi in beiden Fällen ein Knopf gedrückt, und in FoucaultXL sieht
man zwei sich schneidende Helligkeitskurven in Photoshop hat man ein "Photo" auf dem die gesuchte Zone tiefschwarz erscheint. In FoucaultXL kann man dann direkt die Zonenposition als Zahlenwert ablesen, in Photoshop muss man den abgelesenen Zahlenwert noch mit Dreisatz umrechnen, dafür hat man in dem Bild vielleicht noch ein paar interessante Zusatzinformationen. Letztlich ist das auch Geschmackssache, so ähnlich wie der Unterschied zwischen FigureXP und Foucault Test Analysis, der Unterschied liegt hauptsächlich in der graphischen Darstellung. Hab FoucaultXL und Karls Differenz-Photoshop gerade an einem Beispiel getestet, kommt auch das Gleiche bei heraus: 46,5 mm versus 47,3 mm. Mußte übrigens dafür mein mit der einfachen Kleinbild-Canon aufgenommenes Bild erst in Photoshop vergrößern, bevor ich es in FoucaultXL präzise genug vermessen konnte...das ist mit Photos von besseren Kameras natürlich nicht notwendig, dafür ist Horias Programm dankenswerter Weise Freeware, Photoshop nicht, aber dafür.... usw. Dank an Alois, für Dein Angebot den Spiegel interferometrisch zu testen. Ich stelle den Spiegel gerne zur Verfügung, sonst noch wer, der an diesem kleinen Round Robin teilnehmen möchte? Der Spiegel ist - weil klein - einfach und günstig zu verpacken und zu versenden udn vielleicht schon des halb ein nettes Testobjekt, weul Stathis ihn für vermurkst hält? [:)] falls bei diesem RoundRobin jemand den Spiegel zu seiner Spezialmessung wieder bedampfen möchte, dann aber bitte die Aluschicht anschließend drauflassen [:D]

Beste Grüsse,
Gerald

hallo Alois,

danke für den Hinweis auf das Problem der Beugung im aüßersten Randbereich, das dürfte in der Tat ein Faktor sein, der Einzelwerte beeinflussen könnte (bei beiden Verfahren), dürfte aber für das Endergebnis in Figure XP wurscht sein, weil es wohl nur um eine Verschiebung der Zone gleicher Helligkeit um vielleicht 0,5 bis 1 mm geht.

ich schick Dir gleich mal die versprochenen Bilder zu.

bis denn,
gerald