29. Dezember 2013                       Streulicht - aus unterschiedlichen Quellen

Die Micromamelonnage-Diskussion, bei uns besser bekannt als Streulicht-Diskussion, soll hier weiter thematisiert werden. Mag sein,
daß sich die französischen Sternfreunde mehr mit der visuellen Situation befassen, die eine hohe Flächenqualität bei möglichst glatten
Newton-Spiegeln erforderlich macht, wird auf unseren Foren nur dem Streulicht aus den FlächenFormFehlern eine besondere
Bedeutung zugeschrieben, während das Streulicht aus der FlächenFeinStruktur offenbar als marginal abgetan wird. Zumindest bekommt
man diesen Eindruck, wenn man dazu bestimmte Beiträge von Leuten liest, die sich für kompetent halten. Ein Schlüssel-Zitat aus der
französischen Position sei dieser Diskussion deshalb vorangestellt. (Diese Unterschiede tauchen bereits seit 1951 in der astronomischen
Literatur auf: Jean Texereau)

David Vernet, übersetzt von Rolf Arcon:
Quote:

(Seite19) Es ist ein Fehler, in den Strehlabfall die Mikrorauheit zu integrieren. Es handelt sich hier um einen anderen Fehlertyp als die
Formfehler deren solider Diffusionswinkel  vollkommen anders ist. Die Auswirkungen auf das Bild sind völlig anders ; bei Planeten wie
Jupiter bedeutet ein Strehlabfall wegen eines Formfehlers einen Kontrastabfall und Resolutionsverlust, aber ein Verlust um 1 % wird
schwer zu erkennen sein. Dahingegen produziert eine einprozentige Lichtdiffusion wegen Mikrorauheit einen Schleier auf Jupiter ,der
den Kontrast der verschiedenen Details erheblich mindert. Diffusion ausgehend von der Mikrorauheit ist nicht auf die Größe der Diffrak-
tionsscheibe begrenzt, sie geht weit darüber hinaus.

Kurz : Einen 1-prozentigen Strehlabfall wegen der Parabel erkennt man kaum, dahingegen sieht man eine 1-prozentige Energiediffusion problemlos.

Weitere Zitate hier: http://astro-foren.de/index.php/Thread/15727-micromamelonnage/?15727-micromamelonnage

Das folgende Beispiel hätte nun beide Merkmale anzubieten: Streulicht a) aus der Überkorrektur und Streulicht b) aus einem deutlichen
Flächenfeinstruktur-Fehler. Beide Fehler wirken sich offenbar bei der Astrofotografie kaum bis nie aus, wenn man das unterste Bild
betrachtet. Eine plausible Erklärung wäre: Während das optische System eine Auflösung von ca. 0.5" arcsec anzubieten hat, ist der
KameraSensor kaum in der Lage, mehr als ca. 1.8" arcsec davon zu realisieren, wobei man die Computer-Nachbearbeitung des Rohbildes
nicht vergessen darf. Für die Fotografie dürfte deshalb diese Diskussion weit weniger gravierend sein.

Dieses mir gut bekanntes System habe ich nach einem Umbau zu einem Carbon-Tubus zum Optimieren "in die Finger" bekommen, was soviel bedeutet,
daß man das System von Grund auf neu zentrieren muß.

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Sinnvoll in diesem Zusammenhang ist eine vorherige Bestandsaufnahme der "angelieferten" Situation, die visuell als katastrophal bezeichnet werden
müßte - nur hier haben wir es mit einer "AstroKamera" zu tun. Der künstliche Sternhimmel bei 1111-facher Vergrößerung sollte also so aussehen,
wie im rechten Bildteil zu sehen. Dort fällt aber zugleich der deutliche Beugungsring (und weitere auf). Diese Energie-Verschiebung entsteht aus
der großen Obstruktion dieses RC-Systems (110 mm Durchmesser des Sekundärspiegels), aber auch aus Über- oder Unterkorrektur als FlächenForm-
Fehler. Bereits hier läßt sich auch der Unterschied einschätzen zwischen der Auflösung des opt. Systems und der Auflösung des Kamera-Sensors,
oben rechts: Während die Dreiergruppe des Artificial Sky Testes bei 1111-facher Vergrößerung noch ca. 5 Micron auflöst, braucht der KameraSensor
mindestens 3x3 Pixel multipliziert mit der Pixelgröße, damit ein lichtschwacher Stern dargestellt werden kann. Man braucht nur die Rohbilder einmal
daraufhin zu untersuchen. (Obstruktion im Durchmesser-Verhältnis 44%, im Flächen-Verhältnis 19.36%)

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Nach einem Umbau prüft man vorsichtshalber die Lagerung des Hauptspiegels: Er kann durch falsche Lagerung Astigmatismus "bekommen" haben.
Das IGramm aus dem Krümmungsmittelpunkt zeigt hingegen konzentrische InterferenzKreise, was immerhin beruhigend ist.

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eine weitere Möglichkeit wäre dieses Testbild, ebenfalls im Krümmungsmittelpunkt der Parabel. Diese ist im Krümmungsmittelpunkt bekanntermaßen
überkorrigiert, weil es vorher eine Sphäre war. Diese Überkorrektur ist somit ein Flächenformfehler, und dieser erzeugt das auf dem Bild gut sichtbare
Streulicht. Um das Streulicht aus der FlächenFeinStruktur zu sehen, müßte man den Spiegel in Autokollimation vor einen Planspiegel setzen, wenn man
die GesamtFläche sehen will. Mit dem 2. Bild oben verglichen ist dort dieses Streulicht weg, da ja die Flächenformfehler im Gesamtsystem deutlich
geringer sind. Damit läßt sich bereits eine gewisse Streulicht-erzeugende Typisierung zeigen.

In einem weiteren Schritt geht es um die wichtige Hauptspiegel-Zentrierung. Die opt. Achse sollte exakt auf die Mitte des Sekundärspiegels zeigen.
Andernfalls muß man mit heftigem Astigmatismus als Zentrierfehler rechnen - also nicht nur Zentrier-Koma. Der Verlauf ist im folgenden Bild dargestellt:
Im Krümmungsmittelpunkt des Hauptspiegels sitzt ein Laser, dessen Bündel mittig die FangspiegelSpinne und den Okular-Auszug passieren muß. Dann
wäre dieses Bündel fast identisch mit der opt./mechanischen Achse. Danach erzeugt ein 10 mm Okular aus diesem LaserBündel einen Lichtkegel,
der vom Hauptspiegel idealerweise in den Krümmungsmittelpunkt zurück-reflektiert wird. Auf diese Weise wird also der Hauptspiegel grob auf die
optische Achse gebracht.

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Das System hat vor einem Autokollimations-Planspiegel aber immer noch Astigmatismus, der zwei Ursachen haben kann: a) das System ist noch nicht
perfekt zentriert, b) das System ist nicht ausgekühlt. Letzteres ist besonders mißlich, wenn man diesen Umstand mißachtet - man zentriert sich dann
"einen Wolf". Besonders bei diesem Schritt sind detaillierte Aufzeichnungen wichtig, wie das folgende Bild zeigt. In diesem Fall hatte ich einen Rest-
Astigmatismus, der den 1. Beugungs-Ring kreuzförmig teilt. Nach mehreren Stunden Auskühlzeit, war dieser jedoch plötzlich verschwunden.

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Erst jetzt ist es sinnvoll, die üblichen Standard-Tests durchzuführen. (Unlängst hatte ich einen Testbericht gelesen, bei dem z.B. vorher die Koma nicht
beseitigt worden war, mit entsprechend schlechten Ergebnissen.)

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Aus dem Foucault- und Ronchi-Test oben sieht man a) die FlächenFormFehler: Es ist die Überkorrektur (beim Ronchibild) und die ringförmigen
Zonenfehler beim FoucaultBild. Diese Fehler erzeugen bekanntermaßen Streulicht, weil die einzelnen Zonen nicht exakt den gleichen Fokus
haben. Das folgende Bild zeigt dagegen den b) FlächenfeinstrukturFehler, wie er über die Politur bei der Massenherstellung entsteht.
Bei visueller Beobachtung hätte dieser Fehler großen Einfluß auf die Abbildung, weshalb viele visuelle Beobachter großen Wert auf
besonders glatte Spiegel lesen, u.a. von Zambuto, Lockwood, Intes, LOMO, Alluna-Optics etc. GSO-Spiegel kämen dann nicht
in Frage. Die Flächenrauhheit läßt sich über die 3D-Darstellung besonders eindrucksvoll zeigen - aber schlecht quantifizieren !
Ein vorsichtiger Versuch, das 3D-Bild rechts zu quantifizieren, ist möglich, wenn man das Interferogramm mit den beiden vertieften
Rillen vergleicht: Die innere Rille wäre dann 57 nm tiefer oder PV L/9 und die äußere 31 nm tiefer oder L/17. Die Mikrorauhheit wäre
dann kleiner/gleich 31 nm und eine Mischung aus FlächenFormFehler + Microrauhheit.

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Nun, wie entsteht dieses Bild eigentlich? Dazu braucht man eine Art Filterlinie, wie ganz rechts im Bild zu sehen. Diese an den Rändern nicht kantenscharfe Linie
dämpft das direkte Licht der Spalt-Abbildung und es entsteht in Vergleich mit dem Streulicht aus der Flächenfeinstruktur. Ohne diese Filterlinie würde man den
Lichtspalt mehr oder weniger scharf abgebildet sehen und daneben das Streulicht aus den FlächenformFehlern. Wie man die beiden Streulichtquellen eindeutig
voneinander trennen kann, ist mir bisher nicht eingefallen. Zumindest kenne ich keinen innerhalb der BRD, der sich mit diesem Sachverhalt gründlicher auseinan-
dergesetzt hätte. Meine Anregung hatte ich vor 15 Jahren von den französischen Sternfreunden erhalten. Herstellung dieser LyotTestFilterlinie im Beitrag #02.

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Obstruktion und etwas Überkorrektur "bläst" den 1.Beugungsring deutlich auf, was aber bei der Fotografie kaum eine Rolle spielt.

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Die Überkorrektur im Bereich von PV L/10 wäre gering, sodaß das Streulicht eher aus der rauhen Fläche bzw. Politur entsteht.
Astigmatismus schlägt mit PV L/6 zu Buche, also ebenfalls ein kleiner Wert.

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Die 3D-Darstellung zeigt wieder Überkorrektur und Astigmatismus in den gerade genannten Größen.

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Und schließlich der Strehlwert, der für die Fotografie in jedem Falle ausreichend ist.

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Mit einem solchen System entstand also dieses Foto von Wolfgang Ransburg, Teleskop-Service, und ist in jedem Fall im Computer "optimiert" worden.
Zusammen mit der reduzierten Auflösung des Kamera-Sensors kommen also dann diese ansprechenden Bilder heraus. Weil ich aber kein Fachmann
hinsichtlich der AstroFotografie bin, kann ich weiter keine Stellung dazu beziehen.

Wenn zu diesem Bericht sachbezogene Beiträge abgeliefert werden, wäre das willkommen. Ein Recht auf unsachliche Beiträge gibt es nicht.

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Über die Herstellung und Funktion der Lyot-Test-Filterlinie erfährt man hier etwas:
Bericht von 2001: http://rohr.aiax.de/HP/phaskont.htm
oder auch hier: http://rohr.aiax.de/lyottest.htm
Lyot Test with a thin soot filter line

Das Prinzip:

Eine Lichtquelle im Fokus eines Systems wird erzeugt durch einen 0.02 mm Lichtspalt. Dieser "Lichtfaden"
wird rückwärts in Autokollimation durch das optische System geschickt und nach Total-Reflexion am Plan-
spiegel wieder zurück im Fokus des Systems abgebildet. Um das direkte Licht der Abbildung vom Streulicht
aus der Flächenfeinstruktur trennen zu können, setzt man hinter das Fokusbild eine lichtdämpfende Filter-
Linie - bei mir ca. 0.1 mm breit. Dadurch wird die Flächen-Feinstruktur des opt. Systems sichtbar, die diese
Art Streulicht verursacht hat. (Sehr viel heller ist jenes Streulicht, das über die Fehler der Flächenform erzeugt
wird und über die Filterlinie gedämpft wird.)

Man kann sowohl die Breite der Filterlinie und die Dichte des Filterstreifens variieren. Siehe die Versuche von
Alois: http://rohr.aiax.de/lyotpraxis.htm Inwieweit die "weichen" Kanten meiner Filterlinie eine Rolle
spielen, kann ich nicht beantworten.

Die Herstellung meiner Filterlinie ist im ersten Link oben beschrieben. Bitte auch die
anderen Links aufrufen, soweit sie noch funktionieren.

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Ich will mal den Versuch starten, meinen Weg zum PhasenKontrast-Test bzw. Lyot-Test zu skizzieren:

01. Dieser für das Testen von MicroRauhheit von Fernrohr-Systemen genannte Lyot-Test (in Autokollimation gegen
einen Planspiegel) kann nur bedingt mit dem PhasenKontrast-Verfahren aus der Mikroskopie gleichgesetzt werden.
Dazu fand ich diese Links:

http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/schwarz/Mikroskopie/05-Phasenkontrastverfahren.pdf
Die weiteren Bilder stammen aus der Veröffentlichung von Jean Texereau.
fig004.jpg, form01.gif , form02.gif, fig005.jpg, CoinsPhotometrique1.JPG ,   CoinsPhotometrique2.JPG

In diesem Themen-Bereich gibt es das Nomarski-Mikroskop und das Weißlicht-Mikroskop, die in einer anderen
Dimension die Mikrorauhheit untersuchen. Nomarski-Mikroskop, Link1, Weißlicht-IMeter

Seinerzeit habe ich auch folgende Links gesammelt:

Spiegel-Rauhheit im Vergleich - Übersicht von Newton-Spiegeln
Rauheit, Foucault, Lyot, Streulicht - Diskussion mit Dr. Weischer
Rauheit nützliche Links: opticsArizona, A_link, B_link, C_link, D_link, E_link,

Lyot-Test (Texereau, Malacara) Quellen
Jean Texereau, Contrast.zip Avril 1950 Méthode de Lyot [ Les Prinzipaux défauts
Lyot Test with a thin soot filter line

02. Auf dem Weg zur Herstellung meiner ca. 0.1 mm Filterlinie mit einer Densität von ca. 2. xxx hat mich zunächst
dieses Bild inspiriert: http://www.astrosurf.com/tests/contrast/contrast.htm#haut

die ich anschließend wie im Link beschrieben mit einem Technikal Pan 2415 als
Negativ-Film realisierte. Im nächsten Bild einige Aufnahme-Daten der französischen Kollegen.

03. Auch beim Bath-Interferometer dauerte es mindestens 30 Jahre, bis man die Vorteile diese Meßtools erkannte,
und nachzubauen lernte. Auch beim Lyot-Test beobachte ich eine ähnliche Entwicklung: Die Scheu, sich damit
gründlicher zu befassen, führt erst einmal zur Ablehnung das Sachverhaltes als unwichtig und marginal, bzw.
die "lautstarken" Beiträge der immer gleichen "Experten" flüchten sich sofort in die Theorie der Quantifizierung dieses
Testes - ohne vorher weder praktische Erfahrungen damit gemacht zu haben bzw. dann sorgfältig die Begrifflichkeit
erarbeitet zu haben. Diesen Test benutze ich seit über 10 Jahren als qualitativen Vergleich unterschiedlicher opt.
Systeme. Über den Lyot-Test kann man nämlich deutlicher als über Foucault Aussagen zur Polier-Situation und
Flächen-Feinstruktur machen ohne die Rauhheits-Ergebnisse gleich in Nanometer angeben zu müssen. Man hätte
dann so ähnlich wie beim Strehl-Wert eine Zahl, deren Informations-Wert aber weitaus unanschaulicher ist,
weil man über sie weder etwas über die Flächenformfehler, und schon gar nicht über die Flächen-Feinstruktur
erfährt. Siehe dazu diese Sammlung:

In dem Zusammenhang findet man auf den französischen Seiten auch das Beispiel des 460 mm
Newton-Spiegels von Dany Cardoen, Puimichel: http://www.astrosurf.com/tests/test460/test460.htm#haut

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Wenn, wie nunmehr zu vernehmen, einer seine eigenen Spiegel mit dem Lyot-Rauhheits-Test
untersuchen will, dann sollte er möglichst minutiös den gesamten Vorgang incl. der Hilfsmittel
dazu beschreiben - damit das ein anderer auch nachvollziehen kann. Wenn man selbst damit
über 10 Jahre Erfahrung gesammelt hat, dann ist man immerhin an einer sorgfältigen Diskussion
interessiert.

Wie sagte Alois sinngemäß: ". . .sachliche Beiträge nützen der Diskussion am allermeisten."

Mit Herbert Highstone hatte ich vor Jahren Kontakt, der Versuche mit einer Ruß-Filter-Linie durchführte:
Highstone: http://starryridge.com/mediawiki-1.9.1/index.php?title=Phase_Contrast

http://fp.optics.arizona.edu/jcwyant/Optics513/ChapterNotes/Chapter06/06-Measurement of Surface Quality.pptx.pdf

auf A.de fand das damals von 10 Jahren ebenfalls einen Niederschlag:

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http://www.astro-foren.de/showthread.php?10703-einer-der-besten-Spiegel&p=41041#post4104

Natürlich geht die Diskussion auch über Emails weiter - nicht immer mit der nötigen Gründlichkeit.

Hauptproblem beim Lyot-Test ist die Gesamtfläche: Die bekomme ich nur, wenn es sich um eine Sphäre handelt. Bei einer Parabel im Krümmungs-
mittelpunkt bekomme ich einen mandelförmigen Flächenausschnitt im einfachen Durchgang, wie er beim Lyot-Test links zu sehen ist. Man braucht
also eine Hilfsoptik, entweder in Form einer Kompensations-Linse mit einfacher Genauigkeit, dann ginge die Flächenfeinstruktur oder Micromame-
lonnage der Linse mit 2/3 und die des Spiegels mit 1/3 der Wirkung in den Testaufbau, wobei die Refraktion der Linse weniger Mikrorauhheit verur-
sacht, als die Mikrorauhheit des Spiegels. Auch benutzt man dann nicht den vollen Linsendurchmesser. Eine Alternative ist der Prüfaubau in Auto-
kollimation gegen einen Planspiegel. Dann ginge in das Gesamtbild 1/3 der Flächenrauhheit des Planspiegels und 2/3 der Flächenrauhheit des ge-
prüften Newton-Spiegels als Summenbild ein. Da die Durchmesser der geprüften Newton-Spiegel unterschiedlich sind, wirken sich die 1/3 des
Planspiegels nur dann zu 100% auf das Ergebnis aus, wenn beide Spiegel 400 mm Durchmesser haben. Damit reduziert sich abermals der Einfluß
der Mikrorauhheit des Planspiegels auf das Gesamt-Ergebnis. Wer also in diese Richtung argumentiert, der sollte die Sache exakt differenzieren -
passiert bei Forendiskussionen nur höchst selten. Dieser 10" f/5 GSO Spiegel ist vergleichsweise für GSO-Spiegel sehr glatt.

Man hat also die Wahl in Roc ohne den Einfluß irgendeiner Hilfs-Optik einen Teilbereich der Micromamelonnage zu studieren, oder man verwendet
einen möglichst glatten Planspiegel, den mir ein bekannter Feinoptiker nach 40-jähriger Berufserfahrung einmal geschliffen hat - der Alois nämlich.
Wenn man gar die Mikrorauhheit von SC-Systemen untersucht, dann hat man immer ein Summenbild aller SC-SystemFlächen zusammen mit dem
Autokollimations-Planspiegel selbst. Man kann sich also ausschießlich auf nur eine Fläche eines Newton-Spiegels fokussieren, was durchaus
sinnvoll ist, bei einem System hat man es aber immer mit Teilflächen und einem Gesamt-System zu tun. Da ist es dann der Einfluß einzelner Flächen
(Schmidtplatte, Sekundärspiegelretouche) die das Gesamtergebnis stark beeinflussen. Diesen prinzipiellen Unterschied muß man machen. Auch
mag sich die Dimension bei von Vernet gemessenen Spiegels im mm^2 Bereich bewegen, in meinem Fall wäre es die Bandbreite zwischen cm^2
bis mm^2. Unter diesem Aspekt hatte ich vor einem Jahr folgende Gegenüberstellung gemacht:
Zambuto-Enjoy-Your-Mirror  die ich hier nochmals kommentieren will.

5 Beispiele habe ich in diesem Bericht gegenübergestellt:

#1 wäre der größte davon. Der feine Kratzer oben stammt tatsächlich vom Planspiegel. Nun kann man mutmaßen, daß die feinsten Strukturen
bei #1, #2, und #3 vom Planspiegel stammen. Das wären aber dann 1/3 der Planspiegelfeinstruktur gegen 2/3 des Prüflings. Dagegen sprechen
die ganz feinen kreisförmigen Zonen, die ebenfalls besonders bei #1 zu sehen sind. Am interessantesten sind die Beispiele, wo man beim
Foucault-Test gar nichts mehr sieht. Es ist also ein Qualitäts-Unterschied zwischen dem Foucault-Test und dem Lyot-Test und letzterer zeigt also
keinesfalls nur die Beschaffenheit des dabei verwendeten Planspiegels.

Beispiel #4 und #5 sind in anderer Hinsicht interessant: Beides sind GSO-Spiegel mit der typischen GSO Poliertechnik. Wie will man hier die
Mikromamelonnage denn genaugenommen definieren? Vor allem wäre ein einseitiger Mikromamelonnage-Maßstab geradezu unsinnig, weil
die radialen Spuren der Poliertechnik bei GSO die Mikrorauhheit geradezu konterkarrieren. Das Argument, daß mein Lyot-Test die Mikromame-
lonnage gar nicht richtig zeigen würde, ist also nicht gründlich genug durchdacht. Vielmehr geht es um die Frage:

Was eigentlich zeigt meine Variante von Lyot-Test.

http://www.astro-foren.de/showthread.php?15727-micromamelonnage