C011 der unbekannte Fangspiegel - Messung gegen eine Sphäre bei 90 Verkippung

Fangspiegel-Qualität bei einem Newton Lambda/8 der Oberfläche oder Lambda/4 der Wellenfront

der "unbekannte" Fangspiegel - Messung gegen eine Sphäre bei 90° Verkippung

Der folgende Bericht versteht sich lediglich als Anregung, den elliptischen Planspiegel eines Newton-Systems aus einem anderem Blickwinkel zu
betrachten. Dieser Bericht wäre die meßtechnische Fortsetzung des obereren Berichtes, bei dem es um die Mindest-Qualität eines Fangspiegels
geht - genauer: Um den im Strahlengang tatsächlich benutzten ellipt. Planflächen-Teil, der immer im Durchmesser kleiner ist, als die kleine Achse
des elliptischen Fangspiegels.

Bei einem Refraktor oder bei katadioptrischen Systemen bezieht sich der Strehlwert auf das in Autokollimation gemessene System und man bekommt mit dem
Strehlwert die Summe aller Teilflächen als System-Ganzes. Nicht so bei einem Newton-System, bei dem die Angaben isoliert über den getesteten Hauptspiegel
erfolgen, der wiederum auf mehrere unterschiedliche Arten vermessen werden kann: Ross-Null-, Caustic-, RoC- oder Autokollimations-Test. In allen diesen
Fällen spielt der elliptische Planspiegel offenbar keine Rolle. Und erst wenn dieser in seiner Fassung verklemmt ist, und sich Astigmatismus einstellt, oder die
Qualität zu wünschen übrig läßt, befaßt man sich näher mit diesem opt. Bauteil. Die Vorsichtigen unter uns, lassen sich vorher ein Certifikat ausstellen, dessen
Angaben sich häufig auf die Oberfläche beziehen mit Lambda/x-tel der Oberfläche PV. Für diese Angabe wäre eine Genauigkkeit von PV L/4 der Wellenfront
oder PV L/8 der Oberfläche also durchaus ausreichend.

Nun gibt es aber mehrere Einwände zu berücksichtigen: Die Genauigkeits-Angaben beziehen sich immer auf die gesamte Planspiegel-Fläche. Benutzt wird aber
immer nur eine Teilfläche: Der Fangspiegeldurchmesser meines 12.5" Newtons f/5.139 beträgt 63 mm, benutzt wird aber nur 58 mm. Beim 15" Newton f/5 mit
einem 80 mm Fangspiegel werden tatsächlich nur 64 mm benutzt. Entsprechend würde sich die Qualität der tatsächlich benutzen Planfläche besser rechnen.
Der absolute Nachweis wäre eigentlich nur in Autokollimation zu erstellen, was bedeuten würde, daß man den zu testenden Planspiegel jeweils in ein bekannt
gutes Newton-System einbauen müßte, was aber keiner tut.

Man bekommt also im günstigsten Fall ein Interferogramm, das die Prüfung auf Kontakt gegenüber einer exakten Referenz-Fläche darstellt, und das mit
einfacher Genauigkeit. Liegen die Streifen entsprechend, dann müßte man sehr sorgfältig das Interferogramm studieren, um eventuelle Fehler zu erkennen.
Bei der Fehler-Betrachtung müßte man außerdem berücksichtigen, ob der erkennbare Fehler die Abbildung beeinflußt, wenn er innerhalb der Strahlgang-
Fläche liegt oder nicht. Auch dann wäre das tatsächliche Ergebnis besser. Diese Betrachtungen beziehen sich übrigens nur auf die opt. Achse eines sorg-
fältig zentrierten Newton-Systems, der Koma-Effekt im Feld bleibt ebenso unberücksicht, wie die Einflüsse des Okulars, die Qualität des Hauptspiegels,
die Einflüsse von Seeing etc. Diese Betrachtung bezieht sich ausschließlich auf den Vergleich zweier unterschiedlicher Methoden, einen ellipt. Planspiegel
zu vermessen.

Beim Test eines ellipt. Fangspiegels gegen eine Referenz-Fläche bekommt man ein kontrastarmes Interferogramm. Das hat damit zu tun, weil der Fangspiegel
immer beschichtet ist und die Referenzfläche nicht. Bei dielektrisch beschichteten Flächen würde man kein Interferogramm mehr erhalten. Also muß ein anderes
Testverfahren her - am besten eines, das den Fangspiegel genau so vermißt, wie er später auch tatsächlich im Strahlengang steht. Das Ganze im
doppelten Durchgang und ein kontrastreiches kreisförmiges Interferogramm, das sich hinterher bequem auswerten läßt: Mit einem Kugelspiegel, dessen Qualität
hinreichend bekannt ist, läßt sich ein entsprechender Testaufbau realisieren.

Das Bild zeigt also rechts den 150 R 600 Kugelspiegel, wie man ihn bei Edmund Scientific kaufen kann. Der Fangspiegel lenkt im Winkel von 45° den Strahlen-
gang um die bekannten 90° um, und so entsteht bei genauer Justierung ein kreisförmiges Interferogramm, das sich problemlos auswerten läßt und mit dem
Kontakt-Interferogramm des anderen Testverfahrens verglichen werden kann.

FS_01.jpg

Bei diesem Testaufbau interessiert zunächst die Qualität des Kugelspiegels selbst. Aber auch da gilt, man braucht nur die Genauigkeits-Angabe der tatsächlich benutzen
Kugelfläche, also nicht die Strehlangabe des gesamten Kugelspiegel-Durchmessers. Das PV- oder Strehl-Ergebnis von 150 mm Durchmesser wäre also zu ungenau, weshalb
ich bereits bei Edmund Scientific um einen genaueren Spiegel nachgefragt habe. Ab eines Durchmessers von 88 mm, das ist der größte Fangspiegel, den ich hier zu testen
habe, wäre die Referenzgenauigkeit bereits bei PV Lambda/6.8 der Wellenfront bzw. PV L/13.6 surface , während beim Durchmesser von 70 mm ellipt. Fangspiegel die
Referenzgenauigkeit bereits bei PV L/10.7 der Wellenfront oder bei PV L/21.4 liegt, und für diesen Meßaufbau wäre das völlig ausreichend. Die im Interferogramm der Sphäre
eingezeichneten hellblauen Kreise zeigen also die Durchmesser der ellipt. Fangspiegel, die vermessen worden waren. Dazu passend links die Fläche im Foucault-Test, dessen
Flächenabweichung im Interferogramm kaum auszumachen ist.

Wer das rechte Interferogramm der Sphäre genauer untersucht, dem wird der kleiner werdende Streifenabstand von oben nach unten auffallen. Dieser Sachverhalt ändert
sich auch durch Drehung um 90° nicht. Dieser Astigmatismus - auf den vollen Durchmesser bezogen - kann man entweder der Lagerung, oder dem IMeter zuordnen, jeden-
falls nur beim vollen Durchmesser wäre dieser Sachverhalt entsprechend zu berücksichtigen, wie die Ergebnisse bei Durchmesser 88 mm und 70 mm beweisen.

FS_02.jpg

Jeweils links das Interferogramm der Kontakt-Prüfung im einfachen Durchgang, rechts dagegen die Prüfung im doppelten Durchgang gegen die bekannte Sphäre. Astigmatismus
ist im Spiel, wie man links bereits erkennt, rechts kann man ihn eindeutig quantifizieren.
Beantwortet ist aber immer noch nicht die Frage, wie dieser Planspiegel die Abbildungsleistung beeinflusst. Beantwortet werden kann diese Frage
überzeugenderweise immer nur über einschlägige Tests am Himmel. Die so beliebte Pauschal-Verurteilungen hilft in diesem Fall wirklich nicht weiter.

FS_03.jpg

Mit diesem Planspiegel gleicher Größe wird man hoch zufrieden sein können.

FS_04.jpg

Obwohl dieser Fangspiegel einen leichten Öffnungsfehler einführt, wird man dies bei der Abbildung kaum wahrnehmen.

FS_05.jpg

Auch dieser Fangspiegel wäre in jedem Fall weit innerhalb der Toleranz, also völlig unauffällig.

FS_06.jpg

Auf den ersten Blick scheint das Kontakt-Ergebnis wunderbar zu sein, wäre da nicht der abnehmende Streifenabstand von links
nach rechts. Dieser Hinweis verdichtet sich im Doppel-Paß-Test zu einem PV-Wert von leider nur PV L/1.8 der Wellenfront oder
L/3.6 surface. Trotzdem würde mich auch hier interessieren, wieviel bei reduziertem tatsächlich benutzten Durchesser davon
zu bemerken ist.

FS_07.jpg

In diesem letzten Beispiel ist die Sachlage eindeutig. Ein PV Wert von L/1.1 müßte einen Astigmatismus am Himmel zeigen. Trotzdem
würde ich das immer erst einmal am Stern selbst testen, bevor man sich in Prognosen verliert.

FS_08.jpg

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. . . um es nochmals zu wiederholen:

Tatsächlich steht die Plan-Fläche im Winkel von 45° im Strahlengang, und da interessiert eigentlich mehr die Wirkung auf die
ankommende Wellenfront. Eine Kontakt-Prüfung gegen eine Referenz-Fläche kann nämlich je nach Streifenlage eine scheinbare
Qualität vortäuschen, wie man am oberen Beispiel 10 gut sehen kann. Für diese Fälle ist der Artificial Sky Test am aussage-
kräftigsten, oder aber die oben beschriebene Testanordnung im 45° Winkel.

Aus dem rechten IGramm läßt sich also - bezogen auf die tatsächliche opt. Situation - eine 3D-Wellenfront-Topografie erstellen,
die mit L/7.5 PV (Anteil Astigmatismus) die vom Hauptspiegel ankommende Wellenfront überlagert. Das wäre eigentlich die einzig
sinnvolle Information. Aus dem Kontakt-Interferogramm links läßt sich ebenfalls eine Topografie erstellen - müßte aber dann
auf die rechte Form umgerechnet werden. Viel zu umständlich, aber in Bild #03 einmal gezeigt.

FS_04A.jpg

Verkauft werden die ellipt. Flats nach PV-Wert der Oberfläche in Lambda/x-tel, wie unterer Katalog-Auszug beweist.
Ein Interferogramm ist selten dabei, eine 3D-Wellenfront Darstellung noch unwahrscheinlicher, aber es gibt sie - eher
bei großen ellipt. Flats, die dann mindestens 1 Kilo-Euro kosten.

@FS_15.jpg

Mit anderen Worten: Es muß wohl allgemeiner Konsenz sein, daß Lambda/8 der Oberfläche auf jeden Fall ein beugungs-begrenztes Ergebnis
garantiert, sonst würde es Edmund Scientific nicht in seine Toleranz-Angaben aufnehmen. Und mehr erwartet der normale Kunde ebenfalls nicht.

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folgendes, etwas umständliche Verfahren, ein Kontakt-Interferogramm auszuwerten, wäre diese Möglichkeit:

Zunächst muß wegen der Orientierung der Fangspiegel so gedreht werden, daß die lange Achse waagrecht liegt, in diesem Fall - 40° Linksdrehung.

@FS_11.jpg

Danach muß die lange Achse auf die kurze Achse verkürzt werden, damit ein Kreis entsteht. Das entspricht der Verkürzung im Newton-System.
Da die Streifen nur schwach zu sehen sind, muß man sie nachzeichnen.

@FS_12.jpg

Danach ist die Auswertung kein Problem mehr.

@FS_13.jpg

Auch die Genauigkeit würde ausreichen. Allerdings muß hier vorausgesetzt werden, daß der Hauptspiegel keine Fehler hat, da sich sonst beide
Einflüsse addieren.

@FS_14.jpg

Folgende unterschiedliche Blickwinkel wären zu berücksichtigen:

Ein Feinoptiker, der solche ellipt. Flats herstellt, prüft gegen eine Referenzfläche und beurteilt in PV Lambda Oberfläche.
Ein AstroHändler prüft nicht und hält sich zunächst an die Angaben des Herstellers, die oft nicht dokumentiert sind.
Einen Kunden interessiert eher der Einfluß des opt. Bauteiles in einem aktuellen System, hier ein Newton-System.