F129 Lichtquellen beim Vermessen von AstroOptik Kepler Fernrohr

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Lieber Uwe Quanten,              

bei manchen Details bitte ich Dich einfach nachzufragen.

Bei der Prüfung von AstroOptiken wird häufig ein künstlicher Stern oder eine sogenannte Pinhole (Nadelloch) verwendet, aus dessen Durchmesser von ca. 15µ bis 250µ ein möglichst homogener, also möglichst gleichmäßig ausgeleuchteter
Lichtkegel austritt. Dieser Lichtkegel wird unterschiedlich eingesetzt: In ca. 150 m Entfernung, wenn man einen 250 mm
Newton-Spiegel f/5 prüfen will: http://rohr.aiax.de/abstand50mA.jpg In diesem Fall hat man nur noch eine Strehlunge-
nauig keit von 0.012. . Für diese Prüfanordnung braucht man weder einen Planspiegel noch
einen Teilerwürfel, sondern "nur" eine Meßstrecke von 150 m möglichst frei von Luftturbolenzen. Wesentlich kürzer geht
es, wenn man einen hochgenauen und certifizierten Autokollimations-Planspiegel hat, dessen PtV Fehler bei mindestens
L/10 der Wellenfront haben sollte, wobei sich diese Genauigkeit ganz entscheidend auf auf die Homogenität der Fläche
und nicht auf die "Power", also die Planität des Planspiegels, bezieht. Ein Radius in der Gegend von 1.5 bis 2 km ist über-
haupt kein Problem, aber Zonen in der Gegend von L/8 der Wellenfront würde man schon sehen. Der große Vorteil eines
Planspiegels ist, daß man horizontal messen kann. Dabei muß man großes Augenmerk auf die Lagerung der Spiegel legen.
Eine falsche Lagerung führt ab einem Spiegel von 250 mm Durchmesser bereit einen Fehler von manchmal bis zu 1 Lambda
Astigmatismus ein, weil der Spiegel "in sich zusammenfällt". In diesem Falle dreht man den Spiegel am besten im 5-er
Schritt. Eine andere Möglichkeit ist das Prüfen gegen eine Flüssigkeits-Oberfläche, die einen aber dann in die vertikale
Richtung zwingt, und auch da entstehen neue Probleme mit der Pinhole, dem Kreuztisch etc. Alle diese Gründe führen
dazu, daß außer bei Zeiss, bei den meisten Amateur-Meßtechnikern in der horizontalen Richtung gemessen wird, sodaß
also ein hochgenauer Planspiegel in der Gegend von 10-20 Kilo-Euro nötig wird mit einer sehr glatten homogenen Fläche
und einem hochreflektivem Belag. Meinen ersten 250 mm Plan-Spiegel stellte vor ca. 20 Jahren der allseits bekannte
Eugen Aeppli, Adlikon, her, der sich in den 60- bis 70- Jahren in der europäischen Spiegelschleifer Szene einen Namen
gemacht hatte. Dieser Spiegel dürfte eine Genauigkeit von ca. L/8 PV der Wellenfront haben und dient mir heute zur
Justage von Maksutov-Systemen.

Die Lichtquellen - Grundsätzliches.

Bei der Herstellung von Lichtquellen gibt es sehr viele unterschiedliche Möglichkeiten. In manchen Fällen möchte man diffe
renziert nach verschiedenen Wellenlängen im Spektrum messen, also z.B. bei 550 (532) nm wave im grünen Bereich (e-
Linie = 546.1 nm) oder bei d-Linie (gelb) 587.6 nm, oder C-Linie 656.3 nm oder bei blau = F-Linie 486.1 nm wave. In
diesem Falle würde man hauptsächlich den Farblängsfehler oder den Gaußfehler messen wollen (Spherochromasie =
farbabhängigen Öffnungsfehler) In diesen Fällen behilft man sich mit Weißlicht aus einer Halogen-Lampe und filtert mit
engen Interferenzfiltern. So ist obere Interferogramm-Leiste entstanden. Bei den Laserdioden hat man pulsierendes Licht,
was nicht immer ein Vorteil ist. Ein künstlicher Stern entsteht beispielsweise, wenn man mit einem Laser-Pointer eine ca.
2-4 mm Stahlkugel vom Fahrradhandel anstrahlt. Die Kugel wirkt wie eine Minuslinse und erzeugt den erwünschten Licht
kegel von mindestens f/4. Ronchi-Gitter Messungen sind damit sehr gut durchführbar. In einem anderen Fall kann man
sehr feine Löcher (0.025 mm) in eine weiche Alu-Haushaltsfolie stechen, indem man eine wirklich spitz geschliffene Näh-
nadel kontrolliert auf diese Folie fallen läßt, wobei die Folie auf einer glatten Hartplastikunterlage liegen sollte. Mit einem
Mikroskop sollte man dann den Pinholedurchmesser ausmessen. Derartige Pinholes muß man sehr zartfühlend behandeln,
weil das Aluminium äußerst weich ist und sofort verdrückt werden kann. Sehr viel besser ist es, sich eine der Pinholes für
ca. 50.- bis 100.- € zu kaufen. Das sind Stahlplättchen mit einer Dicke von 0.01 mm bei einem Durchmesser von ca. 10
mm und einem exakt gelaserten Loch von 0.005 bis 0.200 mm und mehr. Diese Plättchen kann man mechanisch weit
besser verarbeiten und kontrollieren. Als Bezugsquellen käme Melles Griot, EdmundScientific bzw. Pörschke, sowie in
England Knight Optical in Frage.

Damit ist die Pinhole-Frage eindeutig definiert und viele überflüssigen Diskussionen erledigt.

Wie leuchtet man eine Pinhole an?

Der Lichtkegel, der durch eine Pinhole tritt, sollte ein möglichst homogen ausgeleuchteter Lichtkegel sein, weil man das
sonst am Sternscheibchen sieht. Also hat man früher eine ganz fein geschliffene Mattscheibe dazwischen-geschaltet, die
von hinten angeleuchtet wurde über einen Linsen-System. Es geht aber mit den Lichtleiterkabeln einfacher, die einen
Querschnitt von ca. 1 mm haben. Schneidet man ein solches Kabel sauber mit einer neuen Catter-Klinge ohne größere
Strukturen ab, dann kann man diese "Lichtquelle" unmittelbar hinter ein derartiges Pinhole setzen und bekommt eine große
homogen ausgeleuchtete Lichtfläche, die für einen f/4 Lichtkegel ausreichend ist. Das schaut in meinem Fall dann so aus:

@AO-Ch01-B.jpg

Links erkennt man in ein Alu-Rechteckrohr eingebaut unten die Lichtquelle, ein 12 V Halogen-Lämpchen, im oberen Teil die
eigentliche Pinhole, hier im Bild.

@AO-Ch01-K.jpg

Verbunden wird beides über das bereits erwähnte Lichtleiterkabel im Alu-Rohr selbst. Rechts auf dem Bild sieht man den
Lichtspalt mti einer Höhe von ca. 0.5 mm, der im übrigen über die Schrauibe links bis auf eine Breite von 0.01 mm ein-
gestellt werden kann. Dieser Lichtspalt wird ebenfalls über ein Lichtleiter-Kabel von hinten angeleuchtet.

@AO-Ch01-C.jpg

Zwischen der eigentlichen Lichtquelle (Pinhole oder Spalt) und dem von der Optik erzeugten Ab-Bild, sollte ein
möglichst kleiner Abstand sein! Auch sollte man weitere optische Elemente wie Teilerwürfel etc. im Strahlen-
gang möglichst vermeiden, um opt. Fehler auszuschließen.

Die Lichtquelle kann man auf diesem Foto sehen:

@AO-Ch01-E.jpg

Über dem Halogen-Lämpchen, das sehr heiß wird, nimmt ein dickes Alu-Klötzchen ein wenig die Wärme auf, obwohl im
Laufe der Zeit, das Lichtleiterkabel zuschmilzt und deswegen ab und zu neu angeschnitten werden muß.

Wofür braucht man einen Lichtspalt?

Ein Lichtspalt hat ein Vielfaches an Licht, wenn man sich nur die Lichtmenge addiert denkt, wenn man die Pinhole in eine
Richtung verlängert. Die Zeigerlämpchen für Diavorträge hatten früher einen einzelnen V-förmigen Lichtfaden und eigneten
sich hervorragend als künstlicher Lichtspalt. Auch die Kante einer Rasierklinge angeleuchtet ergäbe einen Lichtspalt,
ebenso eine dünne Stecknadel. Besser ist natürlich ein einstellbarer Lichtspalt. Besonders für den Ronchi-Gittertest kann
man damit sogar die Flächenqualität von Optiken erkennen. Foucault-, Ronchi-, Lyot- und Spalt-Test lassen sich mit
einem Lichtspalt sehr viel heller und sichtbarer verwenden, weshalb sich der Stern-oder Pinhole-Test auf einen Über-
sichts-Test reduziert und alle übrigen Tests am Lichtspalt besser darstellbar sind.

In meinem Fall sieht die Einrichtung so aus: Über einen Umlenkspiegel leuchtet
das Lichtleiterkabel den Spalt von hinten an.

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Der von einer M3 InbusSchraube gehaltene senkrechte "Schiebe-Block" wird
mittels Bandfeder nach links und mittels Stellschraube nach rechts bewegt.
Dadurch ist der Lichtspalt einstellbar.

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Der Koordinaten-Meßtisch

ist besonders für die feinfühlige Bewegung der Lichtquelle äußerst wichtig.
Beim Caustik-Tests muß dieser Meßtisch sogar im Mikrometer-Bereich bewegt
werden, was man zusätzlich mit einer entsprechenden Meßuhr gelöst
werden kann. Auch beim Koordinaten Meßtisch gibt es die unterschiedlichsten
Lösungen, die mehr oder weniger genau sind. In meinem Fall ist eine kontrollierte
Bewegung im 0.001 mm Bereich über zwei Achsen möglich. Wichtig wird dies
u.a. beim Ausmessen des Farblängsfehlers, wie er u.a. bei FH-Systemen
auftritt.

@AO-Ch01-A.jpg

bath01.jpg

In Modul-Form werden die "Licht-Quellen" in den U-förmigen Halter des
Kreuztisches gesteckt, der in mindestens 3 Achse in 0.01 mm bewegt werden
kann. Siehe auch hier und hier.

Autokollimations-Planspiegel
oder andere ebene Referenzflächen

Bei Benutzung eines Planspiegels als Autokollimations-Spiegel muß dieser
mindestens den Durchmesser der Optik-Eintrittsöffnung haben, als 250 mm
für die meisten der Fälle. Bei Flüssigkeiten wird man senkrecht prüfen müssen,
bei einem entfernten künstlichen Stern braucht man keinen Flat aber eine
lange Meßstrecke.
Verwendet man einen Planspiegel, dann muß die Optik exakt vor diesem
Planspiegel justiert werden, was man mit einem Chesire-Okular erledigen
kann.

@AO-Ch01-G.jpg

Für die kurzbrennweitigen CCD-Cameras braucht man schließlich noch ein
verkleinerndes Keppler-Fernrohr in der Gegend von 0.9-fach.

@AO-Ch01-H.jpg

@AO-Ch01-K1.jpg

Wer also wirklich in Autokollimation prüfen will, muß entweder in der Vertikalen
prüfen, wie Zeiss das macht, oder aber erbraucht einen hochgenauen Plan-
Spiegel, dessen Qualität er über ein Certifikat genau kennt. Genaue Plan-
spiegel herzustellen, ist eine hohe Kunst. Prüfen kann man das u.a. auf diese
Art: E043 Der Rayleigh-Water-Test