Teleskop-Optik und Qualitätsprüfung

Dieser mein Bericht faßt etwa 40 Jahre Erfahrung  auf dem Gebiet  Feinoptik, Teleskoptechnik und Meßtechnik
konzentriert zusammen, weshalb alle übrigen Berichte des gesamten Weblogs mit einbezogen werden müssen.

Im Menue-Punkt  "Home"  finden  Sie  die  jeweils  neuesten,  aktuellen Berichte, nach Jahrgängen aufgebaut.
Der Menue-Punkt "Berichte" enthält das ursprünglich in 10 Kapitel gegliederte alte + neue Inhalts-Verzeichnis.
"SCHWERPUNKT"   sortiert  wichtige  Berichte  nach  übergeordneten  Gesichts-Punkten. Ein mit ~.de Link ge-
kennzeichner String verweist auf  das  Ursprungs-Forum  zurück, leider  funktionieren diese  Links nicht mehr,
oder die Bilder dort werden nicht mehr angezeigt.
Es ist also mein Versuch, meine eigenen Erfahrungen an Interessierte weiterzugeben. Haßfurt, März/April 2020

Wolfgang Rohr

 

A) Equippement und B) gesammeltes Fachwissen  

kurze Einführung (den gesamten Weblog will ich auf einem Stick sichern, und für 150.- zur Verfügung stellen.)

Wer sich mit Teleskop-Optiken befaßt, und da speziell mit den Feinheiten der Prüftechnik, sollte sich ein Grund-
wissen  in Feinoptik angeeignet haben und das Buch von Heinz Pforte, Feinoptiker, Teil 2 in seinem Fundus
haben. Die Eigenheiten des Werkstoffes Glas sollten ebenso bekannt sein, wie dessen physikalische Besonder-
heiten. Daneben muß man die Unterschiede und Feinheiten unterschiedlicher optischer Fernrohr-Systeme kennen
(Telescope Optics, von Harrie Rutten und Martin van Venrooij) und  davon  abhängig die Art, wie man diese diffe-
renziert prüft. Davon wiederum hängt ab, wie sich solche Fernrohr-Systeme optimieren lassen. Die folgende Über-
sicht ist der Versuch, das Fachgebiet  in Wort und Bild einem Interessierten  nahezubringen. Auch für diesen Bereich
gilt, daß der fachliche Austausch mit den astronomischen Foren eher kontra-produktiv ist, weil sachgerechte oder
profunde Diskussionen eher die Ausnahme bilden. Siehe auch: E/Kap 05 Grundsätzliches/Meßtechnik - Teil 01,  
F/06 Messtechnik - Teil 2 - Aufbau diverser Interferometer;

Zubehör für Testaufbau 

Für eine "optische Bank" ist eine ca. 5 Meter x 1 m große Tischfläche bereits ausreichend. Sie sollte schwingungs-
arm sein, oder entsprechend schwingungsgedämpft zu Boden und Wand. Um Teleskop-Optiken stabil lagern zu
können, sind zunächst einfache Halterung aus Multiplex Birke, mehrschichten verleimten Holzplatten sehr praktisch.
Für Standard-Durchmesser eigenet sich diese Teleskop-Wiege,  bei größeren und kleineren  Durchmessern [gesamt: 1]
verwende ich diese Lösungen. 

Kreuztisch [3] für Feinbewegung in X, Y, Z und fünf Mikrometer-Schrauben .

Bei allen Testverfahren braucht man, wie in der Mikroskopie, einen Kreuztisch mit Vorschüben im 0.01 bis 0.001-mm Bereich.
Hierfür ist ein Kreuztisch mit fünf Mikrometerschrauben in allen drei Achsen erforderlich, wie das Bild zeigt. Alternativ,
Prinzipielle Steuerung des Kreuztisches: Die x- und Y-Achse bewegen die beiden langen Mikrometerschrauben und können
außerdem über die 0.001 mm Meßuhr kontrolliert werden. Für die z-Achse und die Verkippung dienen insgesamt drei weitere
kurze Mikrometerschrauben.

0.001 mm Meßuhr für Kreuztisch oben

                                      

Lichtquellen, Pinholes etc.                

Besonders  bei Zweispiegel-Systmen, die über den Sekundärspiegel eine erhebliche Nachvergrößerungen haben,
ist eine Pinhole-Einrichtung [2exakt auf der optischen Achse erforderlich, da man es sonst mit Vignettierung und
zugleich mit fehlerhafter Zentrierung zu tun hätte.

Übersicht zu weiteren Lichtquellen [5]            

Da es optische Systeme immer mit Licht zu tun haben, sind entsprechende Lichtquellen erforderlich, um die unterschiedlichen
Aspekte der Vergrößerungsleistung darstellen bzw. testen zu können.

Diverse Interferometer

Beim Bath-Interferometer [3] kann man je nach Bauweise entweder im gesamten Spektrum (mit Interferenzfiltern)
Interferogramme erzeugen, oder je nach Laser-Lichtquelle in der dort definierten Wellenlänge. Für Interferogramme,
die exakt auf der opt. Achse entstehen müssen, nimmt man einen Twyman-Green Interferometer[3]. 
Bath-IMeter Verlauf der Teilbündel,  

Interferenzfilter für definierte Wellenlängen [1]  Link  

Twyman-Green Interferometer [3]  

Elliptische Planspiegel prüfen [Test-Set 2.5]

Planspiegel hat bereits Ronchi gegen Kugelspiegel geprüft. Für die ellipt. Fangspiegel diverser Newton-Systeme reicht ein
genauer PV L/8 wave Kugelspiegel, Durchmesser 150 Radius 611 mm. Über eine Halterung wird der Fangspiegel gegen den
Kugelspiegel gestellt und wie im Newton-System geprüft.   

weiterer 250 mm Kugel-Spiegel[2.5] zur Prüfung von Planflächen:

Für die Prüfung von Planflächen eignet sich in der Regel ein Test gegen eine hochwertige und vor allem zonen-
freie Sphäre, wie man in dieser Übersicht finden kann . Testaufbau
Die allgemeine Problematik bei diesem Test wurde in diesem Bericht geschildert.

Für größere Planflächen ist ein größerer Kugelspiegel sinnvoll [4]



400 Kugel-Spiegel  [4] + 400 Planspiegel mit 80 Bohrung [8]

Während der Kugelspiegel in jedem Fall zonenfrei sein muß, weil dessen Fehler nicht ins Testergebnis eingehen
dürfen, muß der Planspiegel vor allem "regelmäßig", also ebenfalls frei von Zonen sein als späterer Kollimations-
Testspiegel. Weniger entscheident die die Planität oder Power, da immer gegen "Unendlich" gemessen wird, und
ein Planspiegel-Radius von einigen Kilometern unerheblich ist. 
 Testbericht,     Testergebnis





210 Zeiss Flat ohne Bohrung  [3http://rohr.aiax.de/A_Sphere19.jpg




400 mm Planspiegel mit 80 mm Bohrung [8]

Für alle Zweispiegelsysteme bis 400 mm Durchmesser  ist dieser hochwertige Planspiegel unverzichtbar. Damit lassen sich auch
ungefaßte Cassegrain-Systeme, also nur die beiden Spiegel, problemlos testen. Beispiel 01Beispiel 02,  Beispiel 03Beispiel 04               

Planplatte 160 mm Durchmesser (1)

Diverse Test-Module:

Artificial Sky Test-Set[2

             

Dieser Test ist ein von mir entwickeltes Verfahren, um die fehlerfreie Abbildung darzustellen und das theoretische Auflösungs-
Vermögen fotografisch zu bestimmen.

Der Artificial Sky Test besteht aus ca. 3-5 Mikron feinen Pinholes, über ein Feld von 2 mm Durchmesser verteilt
und unter einem Mikroskops hinsichtlich Abstand und Durchmesser vermessen. Bei einer max. Vergrößerung (Fokus/2)
ergibt sich ein sehr genaues Bild sowohl der Auflösung, wie deren opt. Fehler und damit ein eindeutiger Beweis
auch hinsichtlich der fotografischen Abbildung im Bildfel. Auch kann man damit die genaue Position eines Korrektors
in Fokus-Nähe bestimmten.

RC-Indexzahl über Brennweiten-Differenz bestimmen.   

         

Berechnung der Schärfentiefe,   Programm Algorythmus,  VerfahrensSchritte,  

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Weitere maschinelle Ausstattung:

 

Testverfahren und zugleich Bezug auf das opt. System Siehe Bild

Für alle optischen Fernrohr-Systeme gibt es zwei grundverschiedene Anwendung: Entweder a) die Beobachtung auf
der optischen Achse oder b) die fotografischen Bedingungen im Bildfeld, also außerhalb der opt. Achse.  Die opt.
Systeme kann man grob in  c) Linsen-System gruppieren mit dem Problem der Farbzerlegung durch die Linsen und
d) in reine Spiegelsysteme  und e) in Spiegel-Linsen-Systeme oder auch katadioptrischen Systeme genannt.

Bei den mehr (1) visuell genutzten Linsensystem spielt die Farbreinheit (APO) eine große Rolle, weshalb eigene Testver-
fahren erforderlich sind, die Farbreihheit nachzuweisen. (z.B. Ermittlung des RC-Index Wertes) Für die Untersuchungen
im (2) Bildfeld (Astro-Fotografie) spielt die Wirkung von hervorragenden Feldkorrektoren und damit der Nachweis eine
Rolle, wie gut die fotografische Abbildung im Bildfeld, also weit entfernt von der opt. Achse dokumentert werden kann.
Hier käme der Künstliche Sternhimmel (Artificial Sky Test) ins Spiel, der die definierte Verkippung eines Refraktors
nutzt und die Abbildung im Bildfeld fotografisch darstellt. Für alle Testverfahren gilt, daß man sich immer eine
gleichbleibende Einstellung angewöhnt, was die Interpretation der Ergebnisse enorm erleichtert.

Der Standard-Testaufbau (Setup) nutzt entweder den Test am Stern über Foucault-, Ronchi- oder Sterntest mit
einfacher Genauigkeit, oder den Testaufbau gegen einen Planspiegel in sog. Autokollimation bei doppelter Genauig-
keit, weil das Licht zweimal durch das opt. System geschickt wird. Eine weitere Möglichkeit wäre das Linsen- oder
Spiegel-Kompensations-Verfahren, bei dem eine Linse oder Spiegel die sphärische Aberration einer Ellipse, Parabel
oder Hyperbel kompensiert. Die jeweiligen Abstände lassen sich mit einem Strahlen-Durchrechnungsprogramm
(z.B. ZEMAX) berechnen. Siehe auch: Basics und häufig nachgeschlagene Grundlagen-Berichte

Schließlich gibt es die jeweiligen Einzel-Testverfahren angeführt vom Stern-Test, dem Ronchi- dem Foucault-Test
(mit einer Pinhole oder einem Lichtspalt), dem Lyot-Test (Phasenkontrast-Test), dem Artificial Sky-Test u.a. zur
Darstellung der Auflösung auf opt. Achse und im Bildfeld, und schließlich dem Interferometer, mit dem zunächst
die vorhandenen opt. Testfehler, wie sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus auf Achse und im Bildfeld
ermittelt und daraus sowohl RMS-Wert und daraus der Strehlwert ermittelt werden können. Für alle diese Test-
Situationen gibt es hier auf meinem Weblog einschlägige Berichte, wie die Links dokumentieren. 

Übliche Standard-Testverfahren  -  eine Übersicht über Themenschwerpunkte findet man auch hier.

Der Sterntest:

Der einfachste Test wäre der Sterntest am Himmel oder mehrere Kiometer entfernte Pinhole oder das Buch
von Suiter "Star Testing Astronomical Telescopes".   Leider braucht man für diesen Test etwas mehr Übung, sodaß
die Verwirrung darüber, wie man das Gesehene richtig interpretiert, viel zu groß ist.  VonFrançois Roddier, Astro-

nom unter anderem auf der Sternwarte Hawai, ist ein quantitative Sterntest entwickelt worden, bei dem die
Sternscheibchen intra/extrafokal verglichen werden, wozu es auch einschlägige Programme gibt. Von mir gibt
es den ähnlichen Artificial Sky Test, ebenfalls ein Sterntest allerdings nur im Fokus bei Höchst-Vergrößerung,
der sehr anschaulich die üblichen opt. Fehler darstellt wie, Koma, Astigmatismus und Spherical. Siehe auch:
http://rohr.aiax.de/Lkn-ImmFH_20-Auflosung.png .

Artificial Sky Test

Bei Höchstvergrößerung mit einem 2 mm Okular sieht man bei diesem "Multi-Sterntest" deutlich die üblichen
optischen Fehler: Spherical, Koma, Astigmatismus. Dieser Test ist als Eingangstest äußerst hilfreich, um sich
einen schnellen Überblick über eine Optik machen zu können.

Der Ronchi-Gitter Test (Miniatur Lattenzaun)

Verwandt mit dem Foucault-Test ist der Ronchi-Gittertest mit einer üblichen Gitterkonstante von 10 Linien-Paaren
pro Millimeter: Also dunkle Linie + gleichbreite helle Lücke = 0.1 mm breit. Eine gute Anleitung findet man auch
hier: https://www.teleskop-express.de/shop/Bilder/shop/ts-okulare/ronchi-anleitung.pdf siehe auch:
http://www.atm-workshop.com/ronchi-test.html


aiax-002-Foucault-Test

Am bekanntesten unter den Testverfahren dürfte der Foucault- oder Messerschneide-Test sein. Hier
wird exakt im Brennpunkt der Lichtkegel vom Objektiv kommend mit einer Rasierklinge seitlich "angeschnitten".
Im Halbschatten erkennt man dann alle Flächenfehler eines opt. Systems einschließlich der Flächenrauhheit.
Foucault-BilderVergleich Foucault- Lyot-TestVergleich Ronchi-Foucault

Der Phasenkontrast-/Lyot-Test

Statt der Messerschneide oder einer "klaren" Kante wird bei diesem Lyot-Test eine Art Linien-Graufilter im
Fokus in den Lichtkegel "geschoben". Dieser Linienfilter dämpft das direkte Licht des Strahlenganges, sodaß
das Streulicht stärker sichtbar wird, weil es z.B. durch rauhe Oberflächen erzeugt wird. Der Foucault-Test wird
durch diesen Effekt nochmals um einiges genauer. Siehe Stichwort: Lyot-Test Rauhheit testen;

Verschiedene Interferometer     Prinzip

Bei jedem Interferometer beginnt der Prozeß mit einer monochromatischen Lichtquelle oder einem Laser-beam von ca.
6mm Bündeldurchmesser. Daraus wird dann zunächst ein Lichtkegel, wie er üblicherweise von einem Fernrohrobjektiv,
nur umgekehrt, erzeugt wird. Mit Hilfe eines Teilerwürfels 50%/50% wird der 
Lichtkegel *geteilt*, sodaß diese Teilwellen
später interferieren können, wenn eine davon auf einen anderen 
opt. Weg geschickt worden ist. Legt man beide nunmehr
unterschiedlichen Teilwellen wieder exakt zusammen, 
dann zeigen sich aus dem nun entstehenden Interferenzmustern
von Referenzwelle zur Informationswelle die 
opt. Fehler anhand der jeweiligen Interferenz-Figuren der Interferogramm -
also Spherical, Koma und Astigmatismus. 
Damit kann der RMS-wert und daraus folgend der Strahl berechnet werden,
nicht aber das Streulicht in einem 
System oder andere Flächenfehler. Die von Zernike entwickelte Übersicht findet man hier.
Siehe auch: Optische Fehler und ihre Interferogramme

Der Bath-Interferometer

Der Bath_Interferometer arbeitet nicht exakt auf der opt. Achse, weswegen der Bündelabsntand nicht größer
als 5-6 mm sein sollte, da dieser IMeter einem System größer F4 Astigmatismus einführt. Hier ist der Twyman-
Green Interferometer die bessere Wahl. Der große Vorteil des Bath-IMeters ist jedoch, daß er mit Weißlicht
betrieben werden kann und mit engen Interferenz-Filtern in jeder Wellenlänge des sichtbaren Spektrums
betrieben w3erden kann.  Wie der IMeter interferiert entnehme man diesem Bericht                   

Der Twyman-Green Interferometer

Bei allen Interferometern müssen die Fokus-Punkte der 50%/50% Teilwellen räumlich zusammenfallen. Beim
Twyman-Green IMeter fokussiert man ein Okular zunächst auf den "ruhenden" 1. Fokuspunkt und bewegt danach
den  zweiten Fokus-Punkt räumlich in Richtung des ersten Punktes, bis beide interferieren. Ist in der Anleitung
auch dargestellt.     

In Kapitel 6 findet man weitere Berichte zu Scattered Plate- , Ceravolo- und Point Diffraction Interferometer.                  

F044 ArtSkyTest im Bildfeld, TeleskopVerkippung

Verkippt man ein Objektiv, das vor einem Planspiegel in Autokollimation steht, zur opt. Achse in diskreten
Schritten, so gerät man in das Bildfeld dieser Optik. Nun lassen sich die opt. Fehler darstellen, was besonders
bei Feldkorrektoren die jeweilige Korrektur darstellt. In diesem Zusammenhang kann man auch die richtigen
Abstände des Korrektors zum Fokus oder zur vorderen Optik ermitteln.


Objektiv vor Planspiegel zentrieren   (Fortsetzung im Bericht)


Die wichtigste Eigenschaft eines Feinoptikers ist die Ruhe und Entspannung, mit der er an die Arbeit geht. Lieber zehnmal soviel
nachgedacht, bevor man mit einer nervösen, unbedachten Handlung eine Optik kaputt-macht. Das gilt besonders dann, wenn
man eine Optik optimieren will. An Alois Ortner, der leider schon verstorben ist, habe ich das einmal sehr eindrucksvoll erlebt.

Unterschiedliche Teleskop-Systeme und  deren unterschiedliche Prüfverfahren.

Beim Newton-System beziehen sich die Prüfergebnisse fast immer auf den parabolischen Hauptspiegel und eben nicht auf das
Gesamt-
System mit dem elliptische Planspiegel. Der muß deshalb unbedingt separat geprüft werden.
Ein Newton-System kann man natürlich auch am Stern prüfen oder eine 1-2 km entfernte punktförmige Lichtquelle. Hier
sei dieser Bericht dringend empfohlen:  C092 Newton-Spiegel am Stern prüfen mit Foucault und Ronchi

Reine Zwei-Spiegel-Syteme wie Cassegrain- oder RC-Systeme muß man unbedingt auf der opt. Achse mit einer Pinhole prüfen
und zentrieren, da sich wegen der Sekundärspiegel-Nachvergrößerung Vignettierung und oftmals auch Koma einstellt. Das gilt
auch 
für Maksutovs und deren Front-Meniskuslinse.

Bei Refraktoren geht es um die Farbreinheit, weshalb man unterscheidet zwischen FH, Halb-APOs und den hochwertigen farb-
reinen APOs.  
Für diese Fälle ermittelt man die Restchromasie-Zahl  aus den unterschiedlichen Schnittweiten der einzelnen
Spektralfarben wie 
Blau = f-Linie, Hauptfarbe Grün = e-Linie, Gelb = d-Linie und Rot = C-Linie,

Die Prüfung auf Streulicht, das über mangelhafte Politur der opt. Teilflächen entsteht, wird in der Regel mit dem Lyot-Test 
geprüft. 
Bei einem Kompensations-Setup müssen vorher die genauen Abstände von Linse oder Kugel-Spiegel berechnet werden.
Die Arbeit mit ZEMAX oder einem
anderen Optik-Design-programm sollte deshalb bekannt sein.

Die Ausbildung eines Feinmechanikers oder Augenarztes ist in jedem Fall hilfreich. Die Herstellung von Bleiplättchen als Distanz-
plättchen
für Linsenobjektive ist ein eigener Vorgang .


 

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Kommentare   

# wolfgang 2020-04-02 13:01
Die Qualitäts-Prüfung von Teleskopen ist aus mehreren Gründen erforderlich:
- die oftmals mindere Qualität fernöstlicher Hersteller
- die Schnäppchen-Mentatlität der Käufer und Verkäufer
- der Secondhand-Verkauf in der Szene
Antworten