Beurteilungs-Kriterien von Newton- und anderen opt. Systemen - Flächenrauhheit

Rauhheit Oberfläche C003, Rauhheit Oberfläche E049,  F054B * Microrauhheit
Alluna 20-inch F4,  ExtremBeispiel C004, 20"DobHut C008, C009 R_Box , Unterschiede bei Spiegel-Setups,
C011+Referenz-Sphäre, ellipt. Flats testen C012,  ellipt. Flats C013, ellipt. Flats C014,  das TestModule C015, Koma bei Newton-HS
AstroKamera I und II, C025 Reklamation 12" Newton , ~.de>Link, Rohr_Newton 12.5" ICS, F069A vertikale Prüfung, 
C064 Carl Zambuto, H104 Spiegelrauhheit im Vergleich, F053A Micromamelonnage Save, LyotTest E053-E056A, F054A Alois
F059 Auflösung opt. Systeme, Formel: Dawes/Rayleight, Zit_VernetArcan

Vorwort

Bei dieser Thematik geht es um die Flächen-Rauhheit/Glätte bei Spiegel-Systemen, also in einem Bereich von spiegelnden
Einzelflächen. In diesem Fall sollte die Feinstruktur (micromammelonnage) so gut sein, daß sie wenig bis gar kein Streulicht
verursacht. http://de.wikipedia.org/wiki/Fotolithografie_ Wir nähern uns also den Anforderungen der Halbleitertechnik, die
hohe Ansprüche an die Oberfläche der abbildenden Optik stellt. Diese Diskussion bezieht sich deswegen primär auf Spiegel-
Systeme wie Newton- Cassegrain- Maksutov- und ähnliche Systeme. Für reine Linsen-Systeme, bei denen das Licht nicht
reflektiert sondern gebrochen wird, ist die Flächengenauigkeit eher garantiert, weil es hier a) Sphären sind und b) durch die
Lichtbrechung weniger Streulicht erzeugt wird.

Prinzipiell ist es eine Streulicht-Diskussion, weil weniger Streulicht den Bild-Kontrast erhöht. Eine Vergleichsmöglich-
keit über das Streulicht ist deshalb sinnvoller, als über Nanometer-Angaben einer inhomogenen Rauhheits-Struktur.
Ein quantifizierter Lyot-Test liefert deshalb keine belast- und vergleichbare Index-Zahl.

Optiken für die Fotolithografie

Streulicht-Anteil

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=159361

Es ist prinzipiell eine Streulicht-Diskussion dadurch, daß bei spiegelnden optischen Fläche je nach Glätte der Fläche der
Streulicht-Anteil unterschiedlich hoch sein kann. Dabei ergeben sich mehrere prinzipielle Probleme:
http://r2.astro-foren.com/index.php/de/12-beitraege/04-zweispiegel-systeme-astrofotografie/70-kap-04-vergleich-von-sc-systemen-ueber-foucault-und-lyot-test
Diese Übersicht zeigt bereits, daß die Flächen-Struktur von Spiegel-Systemen und deren einzelnen Komponenten keine
gleichmäßig verteilte, also homogene "Rauhheit" haben, sodaß es sehr schwierig ist, das Aufkommen von Streulicht den
typischen Merkmalen zuzuordnen. Was erzeugt also mehr Streulicht: Sind es die "groben" Störungen, wie sie aus der
unbearbeiteten Seite der Schmidtplatte selbst kommen oder von der Retouche der Schmidtplatte, mehr noch von der
Retouche des Sekundär-Spiegels? Wie wirkt sich in der Regel die Feinstruktur des sphärischen Hauptspiegels aus?
Warum sind Maksutovs mit sphärischen Flächen in der Regel kontrastreicher, weil der Streulichtanteil geringer ist? 

Man kann deshalb die Diskussion prinzipiell in zwei Richtungen führen:

a) man versucht die Bilder des Lyot-Testes (Link oben) zu quantifizieren, wobei dieses Verfahren zwar Werte im Nano-Bereich
ermittelt, aber bereits hier aussagekräftige Durchschnittswerte wenig bis gar keine Information abliefern zum Streulicht-Aufkommen.

b) man versucht das Streulicht-Aufkommen selbst zu quantifizieren und bekommt dadurch einen Maßstab, dessen Ursache
die Glätte der Fläche selbst ist. Ziel wäre dann über die Flächen-Glätte einen Parameter für Streulicht zu bekommen, dem
dann die Flächenrauhheit nur noch zugeordnet werden müßte, indem man einen Durchschnitts-Wert der Fläche über ein
Weißlicht-Mikroskop ermittelt. Dann hätte man aber sehr homogene Flächen, also ganz anders als im oberen Link gezeigt.
Es geht also um die Quantifizierung des Streulichtes und damit dessen Einfluß und Vergleichbarkeit.

Ronchi-Test als Streulicht-Indikator

http://rohr.aiax.de/hp_new/ronchigittertest.php

Der allseits bekannte Ronchi-Gitter-Test hat ein Merkmal, an dem man besonders gut den Anteil des Streulichtes erkennen kann:
In den dunklen "Linien" des Ronchi-Grammes bilden sich Beugungslinien, die sehr gut Auskunft darüber geben, wie glatt, also
ungestört die  Politur einer opt. Fläche ist. Im Folgenden sind Beispiele gezeigt, wie unterschiedlich die RonchiGramme ausfallen,
je nach "Glätte" der Spiegelfläche.

Besonders glatte Zambuto-Spiegel. Wie im Bericht erkennbar, fällt bereits im Ronchi-Gitter-Test die Flächen-Gätte durch
folgenden Umstand besonders auf: Daß der Foucault-Test aber auch der Lyot-Test besonders glatt erscheinen, ist der 1. Hinweis
auf eine besonders hochwertige Politur. Sehr viel stärker ist aber das Ronchi-Bild: Die breiten hellen Streifen entstehen über die
Lücken des Ronchi-Gitters, während zwischen ihnen die Fläche eigentlich dunkel sein müßte. Die dünnen hellen Linien dazwischen
sind Beugungs-Linien, die gewissermaßen als dünne Linien die dunklen Flächenstreifen mittig überlagern. Je ungestörter sowohl
diese dunklen Flächen, je ungestörter aber auch die mittigen Beugungs-Linien sind, je ungestörter aber auch die "Kanten" der dicken
weißen Flächen ist, umso glatter und hochwertiger ist die Politur der Spiegel-Oberfläche, und damit der Kontrast eines solchen Newton-Systems.

Das Gegenbeispiel zeigt sich bei einem GSO-Newton-Spiegel. Dieser Hersteller poliert und retouchiert mit radialen Polierstrichen, an denen man den Hersteller jeweils
erkennt. Besonders gut beim Lyot-Test zu erkennen. Diese Art der Politur ist offensichtlich wesentlich "rauher" und stört damit ganz empfindlich das Ronchi-Test-Bild:
Diese Art Politur beeinflußt die Abbildung der dicken weißen Linie, die dünne Beugungs-Linie im dunklen Bereich, sodaß damit bereits eine qualitative Aussage getroffen
werden kann. Eine weitere Aussage gewinnt man über den Artificial Sky Test. Auch hier wird der Bildhintergrund durch Streulicht mehr oder weniger aufgehellt. Dies
trifft besonders für die SC-Systeme zu. Bei Linsen-Objektiven ist das Streulicht-Aufkommen sehr viel geringer, besonders wenn sie sehr farbrein sind, wie bei Takahashi
Apochromaten.

Hier handelt es um den besonders farbreinen Takahashi Super Apochromaten, bei dem das Sekundäre Spektrum noch eine geringe Rolle spielt - aber, und das
ist das Gemeinsame beim Ronchi-Gitter-Test, auch hier sind die Beugungs-Linien wiederum auffallend störungsfrei, weil die sphärische Politur der Einzelflächen
weniger bis gar keine rauhe Flächen erzeugt - eine ähnliche Beobachtung ergibt sich auch bei Maksutov-Systemen. Berichte zu Apochromaten.

Beim Maksutov-Cassegrain-System  haben wir es mit einem F10 System zu tun, aber weil die Einzelflächen weitest-gehend störungsfrei sind,
läßt sich dies erneut am Ronchi-Gitter-Test diagnostizieren. Der Ronchi-Gitter-Test ist also ebenfalls ein Indikator, ob ein System glatte Flächen
hat und damit ein hoher Kontrast bei der Bildübertragung zu erwarten ist.

Artificial Sky Test

im Bericht D018 Zeiss-Jena Meniscas 180-1800   

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Rauhheit im einfachen Durchgang an einer Sphäre 150 R 611

Während bei den Messungen in Autokolliimation die Fläche im Doppelpaß untersucht wird, also zweimal der Prüfling + einmal der
Planspiegel im Gesamt-Ergebnis, wird bei den folgenden Untersuchungen die Fläche einer Sphäre im einfachen Durchgang untersucht.
Sowohl eine Sphäre, wie auch ein Planspiegel haben ausgesproche glatte Flächen, besonders wenn sie von Feinoptikern mit 40-jähriger
Berufserfahrung hergestellt werden. Die folgenden Bilder zeigen dies an einer Sphäre.

Bei der Untersuchung von Ronchi-Gittern mit 10 lp/mm bis 30 lp/mm erzeugt das Ronchi-Gitter mit 10 lp/mm die besten Ergebnisse,
was vermutlich auch mit der Spaltbreite von ca. 0.01 mm zusammenhängt, während sowohl dunkle Gitterlinien wie helle Gitterlücken
eine Breite von 0.05 mm haben.

Bei dem Testaufbau im einfachen Durchgang und einem Gitter von 10lp/mm überlagert sich die 0.05 breite dunkle Ronchi-Linie mittig durch eine
Beugungs-Linie. Die Restfläche links und rechts sollte möglichst dunkel und ungestört bleiben. Störungen und Flächenfehler bei der Politur werden
bereits bei dem Ronchitest sichbar. Sie können ebenfalls als guter Indikator für Micromammelonnage dienen neben dem Lypt- oder Phasenkontrast-
Test. 

Die Licht-Spaltbreite dürfte bei 2-5 Mikron optimal sein. Dazu paßt dann ein 10 lp/mm kantenscharfes Ronchi-Gitter, dessen dunkler Streifen 0.05 mm und die
Lücke dazu ebenfalls 0.05 mm breit sind. Bei der im folgenden Bild gezeigten Anzahl der Linien bilden sich jeweils mittig der dunklen Gitter-Streifen Beugungs-
Linien, während die übrige dunkle Fläche möglichst keine Störungen haben sollte. Die im Lyot-Test bereits sichtbare Micromammelonnage/Flächenfeinstruktur
bildet sich auch beim Ronchi-Test ähnlich deutliche ab. Damit hat man auch ohne den Lyot-Test ein Hilfsmittel, um die Störungen der Fläche zu zeigen. Ein Ver-
gleich mit der Glätte einer Sphäre im einfachen Durchgang wäre ein Maßstab, wie glatt die Oberfläche des geprüften Newton-Spiegels ist. Zambuto-Spiegel
haben eine besonders glatte Spiegel-Oberfläche, wie das obere Foto zeigt. GSO-Spiegel erkennt man an der radialen Politur als Erkennungs-Merkmal. Das
erhöht den Streulichtanteil und reduziert für die visuelle Nutzung den Kontrast. Für die Fotografie stört es eher nicht.

Lyot- und Ronchi-Test zeigen auch in der Flächen-Feinstruktur keine homogene Rauhheits-Struktur, wie es ganz oben das Beispiel von Alois Ortner zeigen
würde.  Damit hätte eine Angabe der Rauhheit in Nanometer ein größeres Problem, wie man bei einem Struktur-Mix die aktuelle Rauhheit festlegen will.
Man wird sich deshalb eher einen Streulicht-Indikator suchen müssen, wenn man optische Flächen hinsichtlich Rauhheit vergleichen möchte.

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Die grundsätzliche Frage lautet: Führt die Angabe der Flächen-Rauhheit in Nano-Meter bei Einzelflächen zu einem informativen also vergleichbaren
Ergebnis, oder ist ein wie immer gearteter Streulicht-Vergleich die bessere Lösung nach dem Motto: Je weniger Streulicht, desto besser der Kontrast.  
Man darf nämlich nicht vergessen, daß man höchst unterschiedliche Fernrohr-Systeme hat, im einfachsten Fall ein Newtonspiegel-System. Und das
entscheidende Vergleichs-Kriterium die Rauhheit/Glätte der Einzelflächen sein soll, oder aber das vergleichbare Gesamt-Streulicht, von dem der
Kontrast abhängen soll.

Die Streulicht-Untersuchung könnte deshalb der informativere Ansatz sein, mit dem ich mich befassen möchte. Dieser Bericht wächst gewissermaßen
mit bei meinen Untersuchungen.