C090 * Testing mirrors in two steps - 10.Okt.2016

Bei jedem Testaufbau repräsentert das Testergebnis die Gesamt-Summe aller Fehler, die von den einzelnen 
Komponenten anteilig eingeführt werden. Es wäre also falsch, alle diese Stör-Einflüsse einzig und allein dem
Newton-Hauptspiegel anlasten zu wollen. Zuallererst muß vom Referenz- oder Orginal-Interferogramm der
Koma-Anteil abgezogen bzw. deaktiviert werden: Ein Parabol-Spiegel hat auf der opt. Achse keine Koma.
Als weiterer Fehler muß der Gesamt-Astigmatismus differenziert werden mit der Frage:
Wieviel davon gehört 
N U R zum Parabolspiegel selbst. Beginnend beim

- Interferometer, der bereits bei einem F/4 Öffnungsverhältnis Astigma
tismus einführt, muß bei der
- vertikalen Lagerung des Parabolsspiegels der anteilige Astigmatismus 
abgezogen werden, wie der
- durch das Seeing im Testaufbau erzeugte Astigmatismus abgezogen 
werden muss.
- Auch der Kollimations-Planspiegel ist nicht frei von Astigmatismus

Eine Differenzierung ist nahezu unmöglich. Sinnvoller ist es deshalb, mit welchem Testaufbau am
ehesten der HS-spiegel-eigene Astigmatismus ermittelt werden kann. Im Krümmungsmittelpunkt,
Radius-of-Curvature genannt, braucht man keine Zusatzs-Optik, und aus dem F4 Lichtkegel wird ein
F8 Kegel. Der vom Bath-Interferometer eingeführte Rest-Astigmatismus verschwindet nahezu völlig.
Schließlich sei noch die Frage er
laubt, ab welcher Größe man einen Primary Astigmatismus z4 / z5  
überhaupt wahrnehmen würde.  
Siehe auch ganz unten das Statement vom Feinoptiker Alois.  
Zertifikate im Vergleich

Das System Newton-Teleskop hat aber noch weitere Feinheiten:
Je nach Glas-Substrat (Ausdehnungskoeffizient) kann man während einer Beobachtungs-Nacht "thermische
Bewegung" beobachten. D.h. der auf der Achse gemessene Strehlwert bei 20° Celsius  kann erheblich variieren.
Deshalb läßt man den Hauptspiegel leicht unterkorrigiert, was den Strehlwert reduziert. Bei f4-Systemen
hat man im Bildfeld deutliche Koma. Für die Feldfotografie benutzt man deshalb häufig einen Koma-Korrektor,
was auch bedeutet, daß so ein System justieranfällig ist. Die Auflösung im Bildfeld läßt sich nur über die
Rohbilder beweisen oder die Spot-Diagramme eines Optical Design Programmes, wenn man alle Systemdaten
kennt. Es spielt also eine wesentliche Rolle, in welchem opt. Gesamt- System ein Newton-Spiegel vewendet
wird.




Siehe auch :   C087 * Newton-Mirror - two times tested 
Der folgende Bericht ist ein weiteres Beispiel für das von mir bevorzugte Zwei-Stufen-Verfahren beim Vermessen von Newton-Spiegeln:
Die erste Stufe besteht darin, in einem RoC-Testaufbau zu untersuchen (im Krümmungsmittelpunkt des Spiegels mit den kleinst-
möglichen Fehlerquellen) , ob ein signifikanter Rest-Astigmatismus der Grundordnung vorliegt. Zernike Koeffizienten
Dabei spielt eine Rolle, ab welcher Größe man einen Rest-Astigmatismus der Grund-Ordnung  überhaupt sehen würde: Im äußersten
Falle ab PV L/5 und größer bei Höchstvergrößerung. 

Über die zweite Stufe, entweder in Autokollimation oder in Kompensation, untersuche ich nur die sphärische Aberration als die
wichtigere Information. In jedem Fall sind das zwei verschiedene Setups, die sich mathematisch kaum zusammenführen lassen.
Würde man nämlich nur das Interferogramm des Autokollimations-Setup auswerten, dann würde man in jedem Fall astigmatische
Effekte aus dem Testaufbau fälschlicherweise dem Hauptspiegel zuordnen, was sachlich nicht zu rechtfertigen ist.  


Für diesen Test hier war ein Kompensations-Verfahren durch eine Plan-Konvex-Linse erforderlich wegen des größeren Spiegeldurch-

messers und der größeren Abstände.

Einen Newton-Spiegel kann man auch 
- am Himmel mit Foucault-, Ronchi- oder dem Roddier-Test messen
- im Krümmungsmittelpunkt (RoC) und auf Null zurückrechnen (ein sehr unsicheres Verfahren)
- in Kompensation durch eine Plankonvex-Linse bei 550 nm wave
- in Autokollimation gegen einen guten Planspiegel oder eine Flüssigkeits-Oberfläche.
- Vakuum-Turm der Firma LZOS (W:\II_gramme\Pent18_18April15\23_NewTuukkanen-Finland\@BerichtMessen\LZOS-Webseite.htm)
http://www.lzos.ru/en/about.htm ,  http://www.lzos.ru/en/movie.htm
AstroSurf CardoenSpiegel am Himmel retouchiert

Besonders bei dünnen Newton-Spiegeln spielt die vertikale Lagerung des Newton-Spiegels eine große Rolle: Eine dünne Glasscheibe kann,
auch wenn sie von unten im Winkel von 90° der Auflage-Punkte, zusätzlich je einer Wippe,  gestützt wird, senkrecht in sich "zusammen-
fallen", also durchbiegen. Was aber bereits abhängig ist vom Glaskörper und seiner inneren Struktur. Wenn sich also deswegen ein
"Lagerungs"-Astigmatismus zeigt, dann dreht man den Glaskörper und verfolgt dabei, ob sich der Astigmatismus mitdreht. Dreht sich dieser
mit, muß  man von  einem Spiegel-eigenen Astigmatismus ausgehen, der aber auch erst bei mindestens PV L/4 Wellenfront am Himmel sichtbar
werden würde.  Man ist also gut beraten, einen Newton-Spiegel in zwei Schritten zu vermessen. Dabei ist die Frage wichtig, ob ein vorhandener
Restastigmatismus der Grundordnung (Z04/Z05) die Stern-Abbildung am Himmel ebenso stark beeinflußt, wie eine vorhandene sphärische
Aberration in Form von Über- oder Unterkorrektur, von abgesunkener Spiegel-Kante, Zonenfehler oder rauhe Überfläche. Den Strehlwert als
alleiniges Kriterium für  
die Qualität eines Newton-Spiegels zu proklamieren, beschreibt dessen Qualität nur unzureichend.

- Step 01 Wie signifikant ist der tatsächliche Spiegel-eigene Rest-Astigmatismus in einem Setup mit möglichst geringer Störung (RoC)
- Step 02 Wie groß ist die sphärische Aberration, also die Parabel-Korrektur bzw. Zonen, abfallende Kante, Rauhheit etc.   

Damit trennt man zwei wesentliche Fehler von einander, weil besonders der Astigmatismus, der N U R vom Newton-Spiegel selbst ver-
ursacht wird, nie eindeutig zu ermitteln ist und somit gesicherte Strehl-Ergebnisse kaum überzeugend zu realisieren sind.


Testing_Mirror_01.jpg
-
Ein Test in RoC hat den Vorteil, daß nur noch die Lagerung des Glaskörpers, die Raumbedingungen, der Interferometer (eher weniger wegen der
doppelten Brennweite) und schließlich der Spiegel-eigenen Astigmatismus eine Rolle spielen würde. Mit konzentrischen Streifenbildern läßt sich
ein signifikanter Astigmatismus darstellen. Zeigt dieser Nachweis-Test hingegen keinen signifikanten Rest-Astigmatismus, so ist es sehr sinnvoll,
in einem zweiten Schritt nur noch die sphärische Aberration zu untersuchen, von der ja abhängt, wie gut ein Newton-Spiegel abbildet. Natürlich
muß man bei diesem Verfahren klar darauf verweisen, daß sich das Strehlergebnis ausschließlich  auf die sphärische Aberration bezieht.  
  

Testing_Mirror_02.jpg
-
Bei einem anderen 25 mm dünnen Spiegel sollte sich bei der Rotation der Spiegelscheibe um 90.0° im Uhrzeigersinn der Astigmatismus
NICHT mitdrehen. Dann wäre das ein Lagerungs-Astigmatismus, der dadurch entsteht, weil die Glasscheibe in sich leicht zusammen-fällt.
Wenn aber sich die Astigmatismus-Figur mitdreht, dann ist sie zum größten Teil dem Spiegel selbst zuzurechnen. Die RoC-Testanordnung
(Radius of Curvature)  garantiert den geringst-möglichsten Einfluß durch weitere Hilfsoptiken. Beim folgenden Beispiel muß man von einem
größeren Astigmatismus ausgehen: ca. 3.3 x Lambda . 



Bei diesem Kompensations-Verfahren durch eine große BK7 Plankonvex-Linse mit der Konvex-Fläche zum Spiegel, wird die Abberation der
Parabel im Krümmungsmittelpunkt (RoC) "kompensiert". Weil über die Linse ein Farbspektrum entsteht, ist es sinnvoll, mit einem Baader
Solar Continuum Filter das Spektrum auf 550 nm wave einzuschränken. In meinem Fall verwende ich den Ross-Nulll-Test, wie man am
Zemax-Datenblatt erkennen  kann. Dieser Test kann auch bei größeren Spiegeldurchmessern gut verwendet werden, wie das oberste Bild
zeigt.

http://r2.astro-foren.com/index.php/de/13-beitraege/05-messtechnik-teil-1/71-test-anordnungen-astronomischer-optiken
http://r2.astro-foren.com/index.php/de/13-beitraege/05-messtechnik-teil-1/287-e010-parabel-kompensation-ueber-kugelspiegel-oder-sphaere

            

Mit einer Genauigkeit von +/- 5 mm läßt sich dieser Testaufbau in ZEMAX berechnen und verwenden. Dabei ist lediglich der Abstand
Newton-Spiegel (Mitte) zur Linsen-Scheitelpunkt entscheidend. Der Abstand Linse zur Lichtquelle ist damit vorgegeben. Mit einem
Laserpointer kann man Spiegel und Planlonvexlinse sehr schnell kollimieren. Entscheidend ist in unserem Beispiel nur der Abstand
5228.3 mm
  und natürlich die exakte Kollimierung mit einem Laser-Pointer.      



Testing_Mirror_03.jpg
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Beim Testaufbau wird zunächst der Spiegel zum Laserpointer in sich kollimiert und dann die Plankonve-Linse am entsprechenden Abstand
eingesetzt und ebenfalls kollimiert. Kleine Beträge von Koma kann man an der Plankonvex-Linse korrigieren.        


Testing_Mirror_04.jpg
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Die Spiegeldaten waren ziemlich großdimensioniert, sodaß der Optikraum diagonal genutzt werden mußte, während Linse und Interfero-
meter auf einer vergleichsweise kurzen Küchenplatte unterzubringen war.           


Testing_Mirror_05.jpg
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Als Restfehler hätte man die Koma herauszentrieren können, die aber bei der Auswertung ohnehin abgezogen wird mit dem Argument,
daß eine Parabel auf der opt. Achse keine Koma haben kann.       


Testing_Mirror_06.png
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Eine überdimensionierte Wellenfront-Darstellung über den gesamten Durchmesser

Testing_Mirror_07.jpg
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Die Energie-Verteilung ohne Obstruktion 

Testing_Mirror_08.png
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Und schließlich das Strehlergebnis, das sich ausschließlich auf die sphärische Aberration bezieht als entscheidende Information
zur Korrektur dieses 531 mm großen perfekten Newton-Spiegels. Ein möglicher Rest-Astigmatismus, der NUR vom Spiegel selbst
verursacht wird, läßt sich a) nicht überzeugend ermitteln und darstellen und wird b) nie auf seine tatsächliche Wirkung bei der
Beobachtung am Himmel hinterfragt. Natürlich werden hier praxis-ferne und fachfremde Theoretiker heftig widersprechen. Man
muß sie aber nur fragen, wie viele Spiegel sie denn schon vermessen hätten. Und wenn sie dann selbst ein paar Spiegel bereits
geschliffen hätten, dann fallen die eigenen Spiegel ohnehin immer besser aus als die Spiegel von fremden Spiegelschleifern.     


Testing_Mirror_09.jpg
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Einzel-Beispiel für die Ermittlung des spiegel-eigenen Rest-Astigmatismus für
12" Newton 300/1500 \Pent21

Mit Test-Report  -  mit einem marginalen spiegel-eigenen Rest-Astigmatismus von PV L/15.6 Orginal-Größe


Abschließend das Statement eines über 40 Jahre erfahrenen Feinoptikers einer Weltfirma:

 

Kommentare   

# Gerrit 2016-10-12 17:59
Who is the maker of this amazing mirror?
Antworten
# wolfgang 2016-10-13 17:23
Hallo Gerrit,
last year I've tested this mirror from Finnland .
Antworten