12 inch Schmidt Cassegrain umgebaut          26. April 2012

Dieser Bericht setzt sich aus zwei Teilen zusammen:

A) In Bericht #01 sind die Probleme beschrieben, die bei der Optimierung eines umgebauten  SC entstehen.
B) Bericht #04 enthält die Daten der erfolgreichen Optimierung.

Das bisherige 12 inch Schmidt Cassegrain System erkennt man fast nicht wieder. Der Hauptspiegel ist zentrierbar, was in einem kleinen Bereich
sinnvoll ist, drei Lüfter reduzieren das Tubus-Seeing in kurzer Zeit, innen wurde der Tubus mit schwarzem Velourfilz ausgekleidet, der Sekundär-
Spiegel wird über 3 Bob Knobs zentriert - und doch wurde eine ganz entscheidende Frage zu Beginn der Aktion offenbar nicht gestellt: Lohnt die
optische Qualität überhaupt einen solchen Umbau? Darunter wäre nicht nur der vom Rest-Astigmatismus beeinflusste Strehlwert gemeint, sondern
auch der Anteil an Streulicht, der über Schmidtplatte und Sekundärspiegel-Retouche erzeugt wird. Der Bericht schildert deshalb den Versuch, mit
den Fertigungsfehlern des Herstellers, der gar nicht genannt werden soll, und den nachträglichen Umbaufehlern einigermaßen klarzukommen.
Mehrere Tage intensives "Training" waren dazu erforderlich.

Auffällig der sehr lange Backfokus, der üblicherweise selbst mit Zenitspiegel etwas kürzer ist. Der Grund ist offenbar noch ein Feldkorrektor oder auch ein brenn-
weiten-verkürzender Achromat, der in der Tubusverlängerung untergebracht ist. Zusätzlich erzeugt eine 1 mm Abstands-Veränderung von Haupt- und Sekundär-
spiegel eine Backfokus-Veränderung von mindestens 10 mm, sodaß bereits das Entfernen des hinteren 1.5 mm Gummi-Ringes + einer HS-Zentrierung von max.
1.5 mm dazu führt, daß in dieser Anordnung der Fokus regelrecht verschwindet und nicht mehr zugänglich ist. Man tut also gut daran, die vom "Umbauer"
gewählten Abstände auf mm genau einzuhalten. Das jedoch ist nicht das Haupt-Problem. Der Tubus hat in Nähe der Schmidtplatte sogar eine Heizung, ja selbst
der Telrad-Sucher wird noch zart geheizt. Es sind also sehr viele Details liebevoll eingebaut und erinnert fast ein wenig an den Dobson des kanadischen
Spiegelschleifer Normand Fullum, dessen Dobson eher das Aussehen einer Baßgeige hat.

Der langwierige "Kampf" mit dem Astigmatismus

Eher wenige der vielen von mir untersuchten SC-Systeme waren frei von Astigmatismus, sodaß das Rätselraten groß war, wo die Ursache für diesen "ungemütlichen"
Fehler zu suchen sei. Für den Hauptspiegel kommen gleich drei Möglichkeiten in Frage: a) der Haupt-Spiegel ist falsch gelagert, b) der HS ist leicht dezentriert,
c) der HS selbst ist astigmatisch. Für den Sekundärspiegel können ähnliche Kriterien genannt werden und die Schmidtplatte hat für diesen Fehler den geringsten
Einfluß. In unserem konkreten 12" SC war die Lagerung und ein ganz geringer spiegel-eigene Astigmatismus der Hauptgrund für den Fehler mit der Frage, wieweit sich
dieser Fehler minimieren läßt, da alle Fehler des Hauptspiegels über den Sekundärspiegel nachvergrößert werden !!!


Siehe auch dieses ZEMAX Simulation

Zunächst zentriert man sich einen "Wolf" im Glauben daran, daß die eigenen Zentrier-Bemühungen noch nicht ausgereift wären. Dann keimt aber der
Verdacht auf, gezielt nach "erhellenden" Ursachen zu suchen, und man nähert sich systematisch dem Hauptspiegel:

Im ersten Schritt dadurch, daß man ihn im Teleskop selbst in seiner bisherigen Lagerung näher studiert, und im zweiten Schritt, wie sich der Spiegel,
frei von lästigen "Zwängen" hinsichtlich Astigmatismus verhält. Dabei gleich der Hinweis auf die HS-Lagerung: In der HS-Zelle liegt zu unters ein
O-Ring, gefolgt von einem Flachring, beide aus schwarzem Gummi, danach der tellerartige HS, der von oben vom Blendrohr in die HS-Zelle gedrückt wird:
Wehe, wenn die unteren Ringe um ein paar Millimeter versetzt sind. So war das vorher und die Druckstellen auf dem Flachring zeigten das ganz genau.

So wie der HS in seiner Zelle "eingemauert" worden war, zeigte er einen Astigmatismus von 1*Lambda der Oberfläche, außerhalb jedoch bei genauerer Untersuchung
fast keinen Astigmatismus. Es ist offenbar die hersteller-seitige Lagerung, die das System durch lagerungs-bedingten Astigm regelrecht ruinieren kann. Mit diesen Figuren war die Frage beantwortet, warum jegliche Zentrier-Versuche zunächst scheitern mußten.

Der sphärische Haupt-Spiegel hat ein sehr großes Öffnungsverhältnis, sodaß für diesen Fall das IGramm mit einem Twyman-Green Interferometer erstellt wurde.
Bei einem derartig großen Öffnungs-Verhältnis "schlichen" sich leider einige meßtechnische Fehler ein, die einer erneuten Überprüfung erfeulicher-
weise nicht stand hielten. Die Hauptursache für den HS-Astigmatismus ist die Lagerung des Hauptspiegels.

http://www.astro-foren.de/showthread.php?9709-Massimo-s-Twyman-Green-Interferometer

Nach dem dritten Anlauf klebte ich den O-Ring zu unterst in die Spiegelzelle, wie im Bild zu sehen. Damit rutschte er nicht mehr weg. Der Flachring wurde ebenfalls
auf die Rückseite des HS geklebt, aus dem gleichen Grund.

Und nach diesen Vorsichtsmaßnahmen stellt sich heraus, daß selbst die Drehwinkel-Orientierung des HS noch einen Einfluß auf die Größe des Rest-Astigmatismus
hat, der möglichst ganz verschwinden sollte. Das bedeutet, daß der HS je nach Orientierung unterschiedlich stark in sich "zusammen-fällt" und damit den Rest-
Astigmatimus etwas kompensiert in vertikaler Lage, in der für gewöhnlich ein System gemessen und untersucht wird. Zwischenzeitlich versuchte ich sogar eine
Dreipunkt-Lagerung über die geschliffene Rückseite des HS und erzeigt damit nur einen deutlichen 3-eckigen Astigm, Trifoil genannt.

Zumindest läßt sich über die folgenden Beweisfotos erklären, daß der Hauptfehler zwar nicht ganz bereinigt, aber soweit reduziert wurde, daß man mit normaler
Vergrößerung bis zu 300-fach und für die Fotografie ohnehin zu akzeptablen Verhältnissen gekommen ist. Die Art der HS-Lagerung ist auch der Grund, warum sich
der Sternfreund für Bob Knobs entschieden hat: Die Zentrierung sei oft verstellt. Jetzt ist klar, warum das so ist. Mit den Bob Knobs kann man das schnell korrigieren -
aber leider nicht mit kalten, durchgefrorenen bzw. klammen Fingern.

Schmidt Cassegrain Systeme haben, über die Schmidtplatte eingeführt, einen farbabhängigen Öffnungsfehler. Aus welchen Gründen auch immer sind viele der SC's
auf Rot korrigiert und demzufolge im grünen Spektrum überkorrigiert - die beiden IGramme beweisen das: Während das rote IGramm weitestgehend gerade Interferenz-
Streifen hat, sind die grünen Streifen nach oben gewölbt, was ein Hinweis auf Überkorrektur ist. http://rohr.aiax.de/L_Aberration.jpg
Gaußfehler, sphärochromatische Aberration (Begriff) . . . Tafel1, Tafel2, Tafel3, Tafel4, Tafel5

Ein guter Maksutov mit sphärischen Flächen kommt bei einer solchen Prüfung besser weg, besonders hinsichtlich von störendem Streulicht. Schmidtplatte
(aus Floatglas) und Fangspiegel-Retouche erzeugen nicht unerhebliches Streulicht, was folgende Übersicht zeigt:
Vergleich von SC-Systemen über Foucault- und Lyot-Test, Celestron C14 Artificial Sky Test im Vergleich, Beispiele/Übersicht+Erläuterung

Bei Rot spielt als signifikanter Fehler nur noch der Astigmatismus eine Rolle.

Bei allen Fehlern ist immer auch die Frage der Auswirkung interessant: Deshalb die unkommentierte Darstellung der realen, aktuellen
Energie-Verteilung und der idealen Lösung. Die bei allen SC-Systemen "eingebaute" Obstruktion verschiebt ohnehin einen Teil der
Energie in den 1. Beugungsring.

noch nicht ganz perfekt !

Mit einem Wert von PV L/4 der Wellenfront wäre er an der Wahrnehmung-Grenze für visuelle Beobachtung: Man hat es mit einem SC
zu tun, und nicht mit einem Mak oder einem APO. Vergrößerungen höher als der Objektiv-Durchmessers in Millimeter liefern in aller Regel
kontrastarme Bilder ab, selbst bei sehr gutem Seeing. Wer visuell sehr viel Ansprüche stellt, wird mit einem SC ganz selten zufrieden-
gestellt. Fotografisch ist das eine völlig andere Situation. Für ein SC spricht in jedem Fall seine Handlichkeit und seine Universalität -
nur man muß sich ein optimales SC eben heraussuchen lassen, was einigen Händlern gar nicht genehm ist, die behaupten hohe gleich-
bleibende Qualität: Man muß es nicht glauben. Celestron C14 Artificial Sky Test im Vergleich, Beispiele/Übersicht+Erläuterung
Vergleich von SC-Systemen über Foucault- und Lyot-Test,

(Erst im vierten Anlauf - siehe Bericht #04 - gelang über eine kontrollierte HS-Lagerung ein Strehlergebnis von 0.956 bzw. PV L/6.)

Es ist nicht das Orginal-System, sondern nachempfunden. Bei der Simulation ging es um die Frage, wie reagiert das System bei einer Verkippung des
sphärischen Hauptspiegels? Bei einem Dall-Kirkham-System hätte man ebenfalls einen sphärischen Hauptspiegel. Bei einer Sphäre passiert deshalb
bei Verkippung erst einmal nichts. Da aber die Schmidtplatte ebenfalls ins Spiel kommt, reagiert das System dann doch mit Astigmatismus, was
zumindest die Spotdiagramme beweisen würden bei zunehmender Verkippung. Auffallend ist nur, daß das System sehr viel "gutmütiger" auf Verkippung
reagiert, wie ein RC-System. Bild-URL: <http://rohr.aiax.de/@Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!>;

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Hallo Gerrit,

Der tellerförmige Hauptspiegel [HS] liegt hinten mit seiner bohrungs-nahen geschliffenen Fläche auf dem O-Ring und nachfolgend dem
Flachring auf. Das sind ca. 6.5 mm Gummi. Von vorne drückt der Blendrohr-Anschlag mit dazwischenliegenden 1.5 mm Flachring dagegen.
Wenn O- und Flachring zueinander dezentriert sind, dann sieht man das optisch am Astigmatismus und mechanisch an den Druckmarken
auf dem Flachring, verursacht vom O-Ring. Deshalb den Test auf Astigm erst in der Spiegelzelle selbst, ohne vorherige Änderung, und
später den HS ausgebaut in der gezeigten Halterung.

Startet man den Versuch, die geschliffene Rückseite auf 3 Punkte zu lagern, dann handelt man sich den bereits geschilderten 3-eckigen
Astigm ein. Damit ist klar, wie druck-sensibel sich der HS benimmt.

Den HS habe ich nach erneutem Einbau, und über Artif Sky Test kontrolliert auf eine Astigm-minimierte Position gedreht. Darüber war ich verblüfft, weil damit
der HS unterschiedlich stark in sich zusammenfiele, wenn nicht noch ein anderer Mechanismus wirksam ist.

Mein Haupt-Einwand gegen eine solche Umbau-Aktion ist, daß offenbar zunächst optisch nicht untersucht wird, ob ein Umbau überhaupt
sinnvoll ist. Dann stellt sich mir die Frage, warum alle SC's ohne HS-Zentrierung gebaut werden, das muß optische Gründe haben, weil
wegen der HS-Sphäre eine kleine Verkippung gar nicht so tragisch ist, wenn nicht der HS, aus welchen Gründen auch immer, selbst Astigm
hat. (Gegen Verkippung, wegen Zentrierung, reagiert der HS ziemlich "träge". 0.8 mm Verkippung bewirkt nicht viel hinsichtlich Astigmatismus,
aber: der Spiegelabstand ändert sich im Millimeterbereich, und damit die Backfokus-Lage um den Faktor 10. Am Schluß stimmen die Abstände
nicht mehr!!!)

Daß man SC-Tuben nicht mit Velourfilz auskleiden muß, daß Bob Knobs sich leichter verstellen, daß bei diesem System ein Umschlagen
des SC's die sorgfältige Zentrierung "am Boden zerstört", also konterkarriert, kommt noch dazu. Ich hatte hier schon eine Unzahl von
ganz unterschiedlicher SC-Systeme, "bescheidene" Vertreter würde ich nicht umbauen, überdurchschnittlich gute erst recht nicht:
Da schlägt die ganze Philosophie durch, die auf Foren völlig überflüssiger-weise verbreitet wird und mit der man offenbar noch Geld
verdienen kann - und wie stolz sind die Freunde, wenn sie einem IHREN Umbau präsentieren können, ohne jede Kontrolle, ob nun optisch
alles besser wäre . . . -:)

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Quote:

ob Du den Hauptspiegel in seiner Halterung gedreht hast oder den Hauptspiegel mit Halterung gedreht hast?

Beides: Hauptspiegel in Astigm minimierte Position, Gesamt-System um 180° um Rotationsachse.

Quote:

diesen Hauptspiegel gezielt bezüglich seinens Astis zu optimieren? Etwa in dem man entsprechend Konterschrauben an über die Hauptspiegelhalterung gegen den Hauptspiegel legt? In diesem Falle wäre eine Lösung mit O-Ring und dem flachen Gummi-Ring zu ersetzen.

Scheitert in jedem Fall an den Temperatur-Differenzen. Hier geht es um die verläßliche Umsetzung theoretischer Gedankenspiele, da hat immer der
die Probleme, der das verwirklichen soll: Schreiben kann man viel !

Den Strickling-Bericht habe ich damals mit Interesse gelesen. Nun haben wir es hier mit dem HS zu tun, und der sollte frei von Astigm sein,
was er leider nicht ist.

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Manchmal hilft nur Nachdenken !

Den Besitzer wird es freuen: Bei einer Optimierung ist es günstig, wenn man mal eine Zeitlang etwas anderes tut: Da können die kleinen grauen
Zellen besser arbeiten. Dies wäre ein Beispiel, wie sich zwei Probleme regelrecht kreuzen: Physik contra Mechanik.

Das war also heute der vierte Anlauf, das SC wieder vernünftig aussehen zu lassen - und es hat offenbar heute geklappt; Mit viel Geduld und ständiger Kontrolle
der einzelnen Schritte läßt ist der Rest-Astigmatismus des Gesamt-Systems kaum mehr wahrnehmen. Und weil es jetzt 00:57 Uhr und der 2.Mai ist, beende ich
meinen Tag der Arbeit.

Für den Normal-Fall, und das wäre bei einem Refraktor etwa f/8, benutze ich diese Testanordnung, bei der der Achsabstand von Lichtquelle und Okular bei ca.
4 mm liegt. Für die meisten Fälle ist das OK und ein Rest-Astigmatismus von PV L/8 in dieser Anordnung wird kaum mehr wahrgenommen. Auffällig wird der Sach-
verhalt erst, wenn man einen Kugelspiegel 150 mm R 600 mm damit prüfen will. Da meldet sich zunächst nicht erklärbar ein Astigmatismus, der sich weder drehen
läßt, nach mit der Spiegel-Lagerung zu tun hat, etc. Pikanterweise ist das Öffnungsverhältnis des SC-Hauptspiegel ziemlich gleich, also 310 mm / R 1210 mm, sodaß
auf den gleichen Effekt geschlossen werden kann - hinterher ! (Das war also der Anlaß, dies am größeren SC-HS zu überprüfen.)

Der an sich so gut funktionierende Test muß deshalb umgebaut werden, sodaß der Achsabstand beseitigt wird. Ein kleiner 5 mm Teilerwürfel hilft in dieser Sache weiter.
Jetzt funktioniert die Testanordnung exakt auf der opt. Achse, und auch der Astigmatismus-Effekt ist verschwunden, wie man an dem eingeblendeten Beispiel sieht.
Damit ist das eine (physikalische) Problem gelöst.

Zur Bestätigung eine ZEMAX-Simulation an eben diesem 150 R 600 Kugelspiegel den opt. Sachverhalt bei 4 mm Achsabstand. Kritisch wird es also bei einer Öffnung von
f/4, und dann muß man exakt auf der opt. Achse prüfen, wie auf dem Umbau zu sehen.

Nun kommt als zweites Problem die mechanische Befestigung der SC-Hauptspiegels ins Spiel.

Außerhalb der HS-Zelle ist der Rest-Astigmatismus des HS kaum noch wahrnehmbar. Trotzdem muß unter den gegebenen Bedingungen der HS so
gelagert werden, daß auch in der Spiegel-Zelle der Rest-Astigmatismus möglichst klein bleibt: Zuviel Druck über den Blendrohr-Anschlag erzeugt
sofort mehr Astigmatismus, die falsche Orientierung des HS ebenfalls. Die Minimierung des Astigmatismus muß also ständig über den Artificial Sky Test
geprüft werden, weil das System diesen Fehler nachvergrößert. Trotzdem kommt hinsichtlich Rest-Astigmatismus ein brauchbares Ergebnis heraus.
Die Hauptspiegel-Orientierung wurde beibehalten, die HS-Verkippung ebenfalls, die Schmidtplatte mit Fangspiegel ebenfalls jeweils über vorherige
exakte Markierungen. (Am einfachsten baut man den vorderen Tubus-Ring mit Schmidtplatte gemeinsam aus. Vorher eine Markierung anbringen.)

Den ersten Bericht oben habe ich also etwas relativiert - immerhin ist damit der "leidvolle" Optimierungs-Prozeß dokumentiert.
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