Qualität von optischen Flächen am Beispiel von Newton-Spiegeln


Neunter Laborbericht: Qualität von optischen Flächen am Beispiel von Newton-Spiegeln


Die Strehl-Diskussion, die stärker auf forum.astronomie.de geführt wurde, offenbarte mir unter anderem, dass eine Reihe von Begriffen der Klärung bedürften, weil z.B. Wie der Strehl überhaupt ermittelt wird, weshalb aus einer Strahlendurchstoß-Rechnung der Strehl ermittelt werden kann, ob feinere Flächenstrukturen von einem Interferogramm erfaßt werden können oder nicht. Einem Interferogramm und dessen Auswertung wird viel mehr Gewicht beigemessen, als ihm überhaupt zustehen kann! Daher starte ich den erneuten Versuch, die Thematik aus meiner Sicht der täglichen Tests von Spiegeln und anderen Optiken etwas darzustellen.

In der Zwischenzeit muß wohl der von mir noch nicht gelesene Interstellarum-Bericht erschienen sein, der einen Vergleich zieht zwischen vier 200/1000 Newton-Spiegel dreier Händler, die ich anonym nach allen mir vorliegenden Möglichkeiten zu untersuchen hatte. Hier muß es u.a. einen Übertragungsfehler gegeben haben, weshalb ich bereits eine Anfrage von Markus Ludes in anderen Forum zu beantworten hatte.

Zusätzlich widerfuhr mir das seltene Glück, von Stathis Kafalis einen excellenten 280/1390 Newton-Spiegel vor die Flinte zu bekommen, nach dem sich jeder Sternfreund die Finger abschlecken würde. Besonders bemerkenswert dabei ist die Oberflächen-Güte bzw. Glätte. Soweit also die Voraussetzungen für meinen bereits 9. Labor-Bericht, der eine Übersicht über die möglichen Flächen-Qualitäten geben soll. Die schlimmsten Fälle jedoch habe ich weggelassen, es sind wirklich nur Ausnahme-Erscheinungen.

01. Was zeigt eigentlich ein Interferogramm?






Dieses Interferogramm wird mit dem Spiegel auf einem Film mitgeliefert. Bestechend die parallelen Interferenzstreifen, die sich über die ganze Fläche ziehen. Das ergibt hohe quantitative Werte, damit sollte man doch zu- frieden sein können. Wer jedoch ein wenig die Sturktur der Linien selbst betrachtet, dem werden die feinen Abweichungen auffallen, die natürlich von der Luft-Thermik kommen könnten. Oder?

02. Excellente quantitative Werte






Die Ergebnisse bestätigen eine hohe Genauigkeit der Parabel-Grob-Struktur. Natürlich neige ich in solchen Fällen dazu, möglichst wenig Streifen einzustellen, weil damit die Meßgenauigkeit noch höher wird, und die Fehler noch besser erkennbar sind. Trotzdem wird die Flächenfeinstruktur nur bei groben Fehlern auf dem Interferogramm sichtbar. Und grobe Fehler liegen bei mir im Bereich von L/10 PV wave. Insofern wäre die Aussage, daß ein Spiegel L/10 PV wave hat, durchaus richtig.

03. Die Genaugikeit unter PhasenKontrast






Der Gesamteindruck der Fläche ist sehr wohl "topf-eben"! Jedoch zeigt dieser Rauhheits-Test plötzlich erheb- liche Flächenstrukturen, angefangen von der Art, wie die Parabel retouchiert wird, bis hin zu den feinen "Noppen", die die gesamte Fläche durchziehen und einer leicht wolkenhaften Struktur im Randbereich. Die Spiegel dieses Herstellers haben eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Parabel-Form, aber eine unterschied- liche Streuung hinsichtlich der Flächen-Glattheit. Zwei derartiger Spiegel sind in meinem Zugriffs-Bereich, sodaß ich später einmal einen sehr glatten Spiegel vom gleichen Hersteller mit diesem gezeigten vergleichen kann.

04. Vier 200/1000 Newton-Spiegel im Vergleich






Newton PV RMS Strehl
----------------------------------------
  • #1 0.20 / 0.041 / 0.94
  • #2 0.11 / 0.027 / 0.97
  • #3 0.20 / 0.041 / 0.94
  • #4 0.24 / 0.038 / 0.95


    An der Zuordnung von Interferogramm zu PhasenKontrast-Rauhheits-Test sollte klar werden, wie wenig sich die Flächen-Struktur tatsächlich im Interferogramm abbildet Bei Nr. 1 muß man schon genau hinsehen, wenn man die relativ breite Zone bei ca. 50% sehen will. Die Streifen wirken etwas ausgefranst, wenn man sie mit denen von Nr. 2 vergleicht. Hier ist der Rauhheits-Test darunter zwar etwas dunkel, aber trotzdem als relativ glatt zu erkennen. Der beste Spiegel im übrigen. Spiegel Nr. 3 hätte auch eine Zone, die nicht erkennbar ist, lediglich Nr. 4 zeigt seinen Fehler eindeutig auch im Interferogramm so bei ca. L/8 PV wave.

    05. Was erkennt man bereits am Ronchi-Gramm?






    Nun stellt sich beispielsweise heraus, daß man Zonen-Fehler am Ronchi-Gitter (10 lp/mm) in Autokollimation gut erkennen kann. Eindeutig zu sehen bei Spiegel Nr. 1. Der beste Spiegel, nicht nur von der Form sondern besonders von der Glätte her, zeigt deutliche, sauber begrenzte, gleichmäßig ausgeleuchtete Ronchi-Linien. Ein erster Hinweis auf die hohe Qualität der Spiegel-Oberfläche selbst. Dieser Spiegel fand sofort seinen Abnehmer - wer will es ihm verübeln? Die unruhige Flächenstruktur bei Nr. 3 bildet sich auch bei den Ronchi- Linien ab, sowohl was die helle Fläche der Linien betrifft, wie auch der Kanten. Eindeutig zeigt Nr. 4 den aus- geprägten Zonenfehler: Ein schönes "Ring-Gebirge" Alle Ronchi-Gitter-Aufnahmen entstehen intrafokal aus Orientierungs-Gründen: Verengung bedeutet, aus dieser Zone fallen die Strahlen länger, bauchige Verformung bedeutet, aus dieser Zone fallen die Strahlen kürzer. Damit kann man auch das Foucault-Bild richtig deuten, weil man natürlich Foucault auch invers darstellen kann. Fazit: Bereits ein Ronchi-Test läßt Rückschlüsse zur Flächen-Glattheit zu.

    06. Ein weitereS hochwertiges Spiegel-Beispiel!






    Die deutsche Spiegel-Schleifer-Szene rekrutiert excellente Experten hinsichtlich der Genauigkeit und der Flächen-Güte. Dieses Beispiel ist mir vor ein paar Tagen ins Haus "geschneit". Es ist ein 280/1390 Newton- Spiegel, den Stathis Kafalis aus der Münchner Ecke für einen Sternfreund geschliffen hat. Damit ist in jedem Fall die Genauigkeit eingestellt, die einige französischen Spiegelschleifer für sich reklamieren möchten. Auch aus dieser Ecke hatte ich unlängst einen Spiegel zu prüfen: Ebenfalls hohe Qualität, aber nicht ganz so gut, wie der von Stathis. Das Bild zeigt erneut die Testanordnung in Autokollimation mit meinem ca. L/12 PV wave 400-er Referenz-Planspiegel, der aus thermischen Gründen in einem Holz-Kasten Styropor-isoliert in einem Gurtband im Gleichgewicht hängt, auf daß er sich nicht verformt und Fehler ins Meßsystem einführt. Die Grob- Justage wird mit einem Justierlaser erledigt, die Feinjustage an Interferogramm selbst, indem ich versuche, die Koma-Effekte "wegzuklopfen", d.h ganz feine Justier-Bewegungen ausführe.

    07. Der Sterntest am Stathis Kafalis Newton






    Vom Sternttest nach Suiter und der Berechnung über das Aberrator-Programm wurde schon viel erzählt. Mein Hauptkritik-Punkt ist die Tatsache, daß es sich hier immer nur um gerechnete Beispiele handelt, die um foto- grafierte. Das ginge noch am ehesten im Labor bei absolut ruhigem Seeing. Vergleicht man trotzdem die foto- grafierten - also nicht die gerechneten - Aufnahmen, so fällt die gleichmäßige Fläche im Scheibchen-Innern auf, und das ist immer der erste Hinweis auf einen qualitativ hohen Spiegel. Am Stern würde man das nur mit einfacher Genauigkeit messen. In meinem Fall entstand die Aufnahme mit einem 15 mm Spektros-Weitwinkel Okular. Durch die Autokollimation halbiert sich der Wert auf 7.5 mm Okular-Brennweite. Die feinen Beugungseffekte rühren von Staubteilchen auf einer der Okular-Flächen.

    08. Die Glätte ist das Qualitäts-Merkmal!






    Die gleichmäßige Ausleuchtung der Ronchi-Linien liefert also den ersten Hinweis. Der Foucault-Test zeigt eine leichte Unregelmäßigkeit bei 11.00 Uhr und 17.00 Uhr. Der PhasenKontrast-Test, wie ich ihn verwende, zeigt immer noch keine Rauhheit, also immer noch eine serh glatte Fläche, und auch der Rauhheits-Test, wie ihn die französischen Spiegelprüfer anwenden, liefert immer noch eine sehr gleichmäßige Fläche ohne Micro- Strukturen ab. Die Rauhheit dürfte, wenn man den Experten in Frankreich glauben will im Angström-Bereich. Eine quantitative Aussage ist mir dazu noch nicht eingefallen - die Unterschiede jedoch sind signifikant.

    09. Das Interferogramm in Orginal-Größe






    Einem LOMO-Spiegel steht dieser Newton in nichts nach, nachdem ich die Reste von Justier-Koma weg-ge- klopft hatte. Gemeint sind die leicht S-förmigen Verformungen der Streifen, die man in der Mitte sehen kann, und bei diesem Interferogramm fast nicht mehr erkennbar sind. Auch ist nicht mehr klar, ob es sich nicht auch um einen thermischen Effekt handeln könnte.

    10. Die quantitative Auswertung






    Dazu muß man eigentlich nichts mehr sagen. Die Treffsicherheit spielt so um 1 %, weil intern die Komma- stellen begrenzt sind und beim Strehl z.B. auf zwei Stellen gerundet werden.

    11. Astigmatismus-Test






    Dieser Test ist beim Interferometer äußerst genau, besonders, wenn man möglichst wenig Ringe einstellt. Dann jedoch ist es ein Gedulds-Spiel, bis man die Ringe zentrisch zum Loch fotografieren kann. Das Herz sollte in diesem Zeitraum möglichst aufhören zu schlagen, so empfindlich ist dieser Test.

    12. Noch einmal PhasenKontrast in Orginal-Größe






    Es ist keine Substruktur zu erkennen, mit Ausnahme der weichen Zone bei ca. 80% vom Durchmesser. Mit Foucault lange nicht mehr erkennbar, am Stern nicht wahrnehmbar.

    13. Immer noch Rauhheits-Test






    Diesmal die französische Variante, die in manchen Fällen die Feinstruktur kontrastreicher zeigt.

    14. Der Ultimative Test






    Diesen Test habe ich mir vorbehalten, weil er sowohl das Streulicht, wie die Bild-Definition gnadenlos zeigt. Bei diesem Test betrachte ich meinen Lichtspalt unter einer Vergrößerung von hier 1112-fache, also mit einem 2.5 mm Vixen-Okular, dessen Brennweite sich durch die Autokollimation auf die Hälfte verkürzt. D.h. der mögliche Fehler des Spiegels wird verdoppelt. Dieser Spalt ist ca. 0.015 mm geöffnet, was man aus dem Abstand der beiden "Nasen" errechnen kann. Diese Abstände habe ich einmal mit einem Meß-Mikroskop ermittelt. Davon ausgehend, sind auf der gegenüberliegenden Seite zarte Spitzen im Micron-Bereich, also zwischen 1 -3 Micron große Spitzen. So genau, wie ich an diesem Spiegel diese Struktur sehen konnte, war sie leider nicht zu fotografieren. Schade eigentlich. Aus diesem Bild könnte man nun eine Strehl-- Berechnung machen, indem man das Streulicht mit den übrigen Abständen vergleicht. Wie es mit dem Auge aussieht, habe ich als gelbe Linie eingezeichnet.

    Verglichen mit dem NexStar C11 GPS, der für diesen Geräte-Typ eine hohe Qualität hatte, liefert dieser Newton-Spiegel von Stathis Kafalis auf der Achse noch ungemein besser und kontrastreichere Bilder ab. Auch beim NexStar habe ich diesen Test gemacht, mit einem sehr ansprechenden Ergebnis. Dabei habe ich entdeckt, wie entscheidend das Tubus-Seeing sich auf die Bildqualität des C11 -flac auswirkt. Ohne aus- gekühltem Tubus würde man zunächst von diesen Spalt-Strukturen gar nichts sehen. Vielleicht ist mit diesem Bericht deutlich geworden, warum ich mittlerweile großen Wert auf die Oberflächen- Qualität von Spiegeln und optischen Systemen lege.

    Euer Wolfgang Rohr
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