C010 Fangspiegel-Qualität bei einem Newton

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C011
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C014 * testing an elliptical flat
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C016 * Fehlersuche bei einem Newton-System
C017 * Fangspiegel kleine Achse Ermittlung für visuelle Bedürfnisse , ~.de>Link


 

Bei diesem Thema läßt sich vermutlich trefflich streiten. Es geht schlicht um die Frage, wie gut in
Lambda (550 nm wave) ein elliptischer Planspiegel bezogen auf Oberfläche (surface) oder Wellen
front (wavefront) eigentlich sein sollte.

Dabei spielen eine Reihe von Überlegungen eine Rolle. Die Qualitäts-Angabe für den Fangspiegel
erfolgt sehr häufig auf Oberfläche bezogen (surface), also nicht in Wellenfront, die um den Faktor
2 genauer ist. Die Qualitäts sollte über ein Interferogramm nachgewiesen sein und bezieht sich
dann auf die Spiegel-Gesamtfläche. Von der wiederum wird aber im Newton-Strahlengang nur ein
Teil gebraucht, was die Situation wieder verbessert.

In die Qualitäts-Angabe gehen aber mehrere Faktoren ein: 01. Die Power oder Planität, wenn also
die Planfläche einen Radius von 10 km (10 000 000 mm) drauf hat und die Frage entsteht, welche
Auswirkungen hat das denn auf die Abbildung bei einem Newton, und der Spiegel wäre torisch in
irgendeiner Weise "verzogen", was auch bei der Beschichtung passieren kann, wenn das Glas
nicht "fine anealed" (also gekühlt ist). Zonen wird man bei Planflächen eher seltener finden, sodaß
der Hauptfehler die fehlende Planität wäre oder eine astigmatische Verformung.

Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um einen 20-Zöller f/4 oder 500/2000 Newton-System, der nach
1600 mm seinen ellipt. Planspiegel mit einem Durchmesser von 2 x 81.17 ... mm hat. In diesem Beispiel ist
der Fangspiegel nicht exakt plan, sondern hat einen Radius von 10 000 000 mm. Wendet man die Formel
für die Pfeilhöhe der Parabel an die lautet: z(Parabel) = H^2/2/R so ergibt sich eine Rand-Mitten-Abweichung
von 0.000 329 mm. Setzt man die ins Verhältnis zur Wellenlänge von 550 nm wave (also 0.00055mm),
dann wäre es etwa 0.6 x Lambda bezogen auf die Oberfläche, also ungefähr Lambda/2 surface. Nun stellen
wir diese Angabe erst einmal zurück, und simulieren, wie sich diese Situation auswirkt:
Das Interferogramm zeigt den Astigmatismus 1. Ordnung, der PV-Wert wird auf 0.413 Lambda verschlech-
tert, was in diesem Fall eigentlich Wellenfront ist, und der Strehl sinkt auf ca. 0.84 und damit über der
Beugungs-Grenze bzw. dem Airy-Scheibchen.

Fangspiegel01.jpg

Dieser Fehler verschwindet also auf der Achse im Airy-Scheibchen und wird deshalb nicht wahrgenommen. Nun ist aber der Newton nicht immer perfekit justiert, oder aber man beobachtet bei diesem f/4 Newton
im Feld mit nur 1-2 mm Achsabstand. Und jetzt kommt ein Fehler zum Tragen . . .

Fangspiegel02.jpg

Der sich weit mehr auf die Abbildung auswirkt, als die Qualität (in diesem Fall die Astigmatismus erzeugende Power) des Fangspiegels selbst. Jetzt ist es der Koma-Effekt, der bei allen "schnellen" Newtons förmlich das
Bild "versaut", weswegen dann ein Komakorrektor eingesetzt wird.

Fangspiegel03.jpg

Mit anderen Worten: Bei einem Newton-System wäre ein Fangspiegel mit einer Genauigkeit von Lambda/8
der Oberfläche oder Lambda/4 der Wellenfront völlig ausreichend für die Abbildung, weil Dejustage des
Systems, oder Komaeffekte im Feld sehr viel mehr Einfluss auf die Abbildung haben, als die Fangspiegel-
Qualität. Dieser Beitrag geht auf ein Telefongespräch zurück, das ich gerade mit einem Sternfreund hatte. 

Beurteilung von kritschen Fangspiegeln 

Nimmt man beim Testen jeweils die Gesamtfläche des ellipt. Planspiegels, dann ist die Qualität der zugeordneten Flats eindeutig:
"C" ist mit PV Lambda/5 Wellenfront oder PV L/10 Oberfläche in Ordnung, die Abbildung des Artificial Sky Testes ist OK.
Bei "B" und "A" erkennt man Kreuze im Fokus und das stört die Abbildung, besonders bei höheren Vergrößerungen.

Nun sind Hersteller und Händler in der Zwickmühle. Sie möchten nach Möglichkeit auch die nicht so exakten Fangspiegel verkaufen
und je nach Mentalität bricht dann eine Diskussion auf, ob man das reklamieren kann oder nicht. Der Flat sollte möglichst PV L/10
Surface/Oberfläche haben oder PV L/5 der Wellenfront, dann ergibt das die Abbildung bei "C", links oben.
Nun wird aber aus mehreren Gründen nie der gesamte Flat-Durchmesser im Strahlengang benutzt. Ich habe das damit simuliert,
daß ich a) von der Hälfte der Fläche und b) vom halben Durchmesser ausgehen:

Wird bei "A" der gesamte Durchmesser benutzt, dann ist dieser Flat unbrauchbar. Wird hingegen nur die halbe Fläche benutzt,
dann wird man den Rest-Astigmatismus kaum noch wahrnehmen. Wird nur noch der halbe Durchmesser des Flat im Strahlengang
benutzt, dann ist die Abbildung des Gesamt-Systems perfekt. 

Es lohnt sich daher, die Sache etwas genauer zu betrachten und ein wenig zu rechnen.