7. Oktober 2012
Newton-System: elliptischer Planspiegel (Fangspiegel) u. C013 elliptical flats  ~.de>Link 3. Mai 2012, 18:23

Vasco Ronchi, bekannt seit 1923 durch den Ronchi-Test, soll ebenfalls Planspiegel gegen einen Kugelspiegel (Sphäre) geprüft haben,
wie der Testaufbau im übernächsten Bild zeigt. Einen solchen Fangspiegel mit 170 mm kleine Achse hatte ich hier auf Tauglichkeit
zu prüfen. Dazu gibt es u.a. auch diesen Link: http://www.reinervogel.net/index_e.html?/lowrider/plan_e.html
Warum also der Hersteller dieses ellipt. Planspiegels diesen doch bekannten Test nicht ebenfalls kennt, und vor allem benutzt, läßt
sich leider nicht ermitteln. Er reagierte nur etwas verschnupft auf meine Testergebnisse - soll mir egal sein !
Siehe auch: http://rohr.aiax.de/AN510-Ritchey_04233.pdf

Hier liegt also das gute Stück, dessen Preis um den Faktor 4 steigt, wenn ihn LOMO hergestellt hätte, dann hätte ich ihn aber vermutlich auch nicht
testen müssen. Ein gleichgroßer Fangspiegel eines anderen Herstellers war völlig unbrauchbar bei diesem Test - der Glaskörper hatte sich bei der
Beschichtung möglicherweise verzogen - der Wahrheitsbeweis kann nicht geführt werden.

Der Referenz-Kugelspiegel sollte im Bereich von PV L/10 der Wellenfront liegen, wobei bei diesem Test vor allem der Astigmatismus entscheidend ist.
Wenn nämlich ein Planspiegel nicht ganz plan ist und auf der Fläche in Wirklichkeit ein Radius einpoliert worden ist - auch wenn es mehrere Kilometer
wären - dann entsteht über die perspektivische Verkürzung der senkrechten Achse ein Astigmatismus, der umso größer wird, je flacher man über die
Fläche "schaut". Bei einem Newton-System ist der Kippwinkel des Spiegels 45°, der den Strahlengang um 90° umlenkt. Genau unter diesen Bedingungen
kann man also den Flat testen, ob er auch wirklich plan ist. Genau dann erzeugt dieses opt. Bauteil keinen Astigmatismus.

Kugelspiegel

Die erste Aufmerksamkeit gilt dem Kugelspiegel als Referenz-Spiegel mit Durchmesser 250 R 2368 mm. Als Referenz-Spiegel sollte der mindestens PV L/20 der
Oberfläche haben, in jedem Fall bezogen auf den Astigmatismus. Aus diesem Grund wurden eine Reihe ganz unterschiedliche Tests mit diesem Spiegel gemacht.

Mit dem Scatter Plate Interferometer exakt auf der opt. Achse entstand bei 405 nm wave (violettes Laser-Modul) dieses Interferogramm.
.

Der PV-Wert der Wellenfront für den Rest-Astigmatismus liegt in jedem Fall unter L/10, bzw. ist visuell nicht mehr wahrnehmbar, was für den späteren
Artificial Sky Test eine Rolle spielt. http://www.astro-foren.de/showthread.php?7874-Artificial-Sky Die Auflösung dieses Testes sollte im Ideal-Fall
mit der Abbildung durch den Kugelspiegel identisch sein.

Es ist also kein quantitativer Test mit Strehl oder PV-Wert Angaben, weil für diesen Fall die Zahlen aus Vergleichsgründen nicht anschaulich genug sind.
Sehr viel anschaulicher dagegen ist ein Artificial Sky Test unter HÖchstvergrößerung von 1315-facher Vergrößerung, weil sich über eine solche Foto-
grafie sowohl die Auflösung zeigen läßt und bei einem fehlerhaften Flat auch die Abbildungsfehler - bei mangelnder Planität (Power) den Rest-
astigmatismus. Im Krümmungsmittelpunkt der Sphäre von 2368 mm entsteht also dieses Bild, dessen theoretische Auflösung sich über das Foto beweisen
läßt. Genau dieses Bild bzw. dessen Auflösung erwartet man, wenn man zuusätzlichen einen Planspiegel in den Strahlengang stellt, genau wie das bei
einem Newton-System der Fall ist.

Kugelspiegel + Zeiss Planspiegel

Ein Zeiss-Werkstatt-Spiegel mit Durchmesser 210 mm war nun das erste "Opfer", um Beweis-Material zum Thema Planspiegel-Qualität in die Hände zu bekommen.
Worauf sich genau der PV-Wert von 0.033 bezieht, auf "surface" oder auf "wavefront", ist dem eingeblendeten Filmstreifen nicht zu entnehmen.
.

Davon unabhängig erfüllt dieser Planspiegel in der 45° Position zur opt. Achse die Abbildung recht gut.

Hätte also der obere ellipt. Flat diese Abbildung abgeliefert, wäre dieser Bericht hier kaum entstanden.

Kugelspiegel + 165 mm Planplatte

Ein zweites Beispiel liefert eine unbelegte Planplatte, die 1995 vom Peter Rucks getestet worden war, mit dem sagenhaften Radius von 6 923 km - wenn's stimmt.
Und weil diese Planplatte nicht beschichtet ist, hat man mit der Helligkeit beim Artificial Sky Test seine liebe Not. Es waren 16 Sek. Belichtungszeit von Nöten, um
überhaupt eine Abbildung zu bekommen.

Hier also auch das 1995 erstellte Rucks-Zertifikat.

Mit diesem Planspiegel Durchmesser 165 mm entstand also das folgende Bild.

ellipt. Planspiegel 170 mm

Nach dieser Vorarbeit nun zum eigentlichen ellipt. Planspiegel 170 mm. Der Testaufbau wurde oben bereits beschrieben.

Wäre dieser Planspiegel in ähnlicher Qualität, wie die vorher beschriebenen, so müßte eine ähnliche Abbildung herauskommen -wie man sie
gerne bei einem Newton-System wünscht. Stattdessen enstehen deutliche astigmatische Figuren, die in der Streifenbild-Auswertung den
Wert PV L/2.7 annehmen.
.

Mit gleichen Testaufbau wurde also bei 532 nm wave dieses Igramm erstellt und ausgewertet: Wobei sich das Augenmerk auf den Wert für den
Rest-Astigmatismus richtet.
.

Maßgeblich wäre in diesem Zusammenhang der Astigmatismus (low) der Grundordnung, wie er bei einer Sphäre mit großem Radius über die
Verkippung entsteht. Über die Auswertung eines solches Streifenbildes bekommt man also einen Wert für den Astigmatismus, aus dessen
Größe sich bei einer Verkippung von 45° der große Krümmungsradius der Planfläche rechnen läßt: Er könnte im Bereich von 10 km und mehr
liegen. Mit Harrie Rutten bin ich augenblicklich über ZEMAX dabei, diesen Wert zu ermitteln.

Für den Spiegel spricht natürlich der Preis und auch die Tatsache, daß von der Spiegelfläche nur. ca. 70% vom Durchmesser benutzt werden,
während bei meinen Tests immer der ganze Durchmesser gemessen wird. Mit einer Blende haben wir das simuliert. Diese reduziert den Astigmatismus
ein klein wenig.

Unbrauchbar hingegen war der erste derartige ellipt. Planspiegel eines anderen Herstellers, siehe Einleitung.

############################################################################################

Anmerkung zur Planität von Planflächen oder der "Power" von Planflächen:

Die Planität oder Power (Der Zernike Zoo) einer optischen Fläche bedeutet, daß es in Wirklichkeit keine absolute Ebene ist,
sondern in Wirklichkeit eine konkave oder konvexe Krümmung ist, bzw. eine Sphäre mit einem Radius von mehreren Kilometern.
Eine Wasseroberfläche auf der Erde mit Durchmesser z.B. 250 mm hätte dann eine Power von ca. L/500 PV surface, auch das
ist strenggenommen keine absolute Ebene, aber sehr, sehr genau. Gegen diese Wasser-Referenz-Fläche kann man also
Planspiegel testen: Der Rayleight Water Test - Messen gegen eine Wasseroberfläche

Solange bei einem optischen System, Test oder ähnlichem, das Lichtbündel senkrecht auf den Planspiegel fällt, wirkt sich die Power in keiner
Weise aus. Ein Kollimations-Spiegel muß deshalb nicht streng "plan" sein, er kann also eine Power habe, ohne daß damit das Testergebnis
überhaupt beeinflußt wird.

Ganz anders verhält es sich bei einem Newton-System, bei dem der Planspiegel im Winkel von 45° im Strahlengang steht. Jetzt
wird die Power dadurch sichtbar, weil über die Sphäre mit mehreren Kilometern Durchmessern, Astigmatismus als Fehler eingeführt wird.
http://www.reinervogel.net/index_e.html?/lowrider/plan_e.html, dieser Link wäre u.a. ein Beweis dafür. Die Power wird
also erst sichtbar, wenn man in einem flachen Winkel über die Planfläche "schaut", wie in dem Link beschrieben. Diese Technik ist
nicht neu, auch Vasco Ronchi kannte das schon.

Wer also Planflächen herstellt, tut gut daran, die Planfläche auch auf diese Weise zu prüfen. Auf der Basis eines IGrammes bei 532 nm wave
hätte ich einen Radius von 29.7 km auf der fraglichen Planfläche ermittelt, jedenfalls groß genug, um die Abbildung zu stören, wie die Fotos
beweisen.

Nun nützt es allderdings gar nichts, wenn man senkrecht auf den ellipt. Planspiegel prüft: Dann verschwindet nämlich die
Power. Man muß entweder den Strahlengang so legen, wie er im Newton-System vorliegt, oder aber man hat eine
absolute Referenzfläche, deren Restfehler man möglichst noch kennt, und dann kann man berührungslos den ellipt.
Planspiegel prüfen, der vorher natürlich mindestens 2 Stunden temperiert sein sollte.

Auffällig ist im übrigen, daß der Hersteller nicht seine Test-Ergebnissen vorlegt, damit man dessen Messungen nachvollziehen könnte.

##########################################################################################

Testaufbau mit 120 mm Parallel-Bündel-Durchmesser

Ob sich der bisher noch ungenannt bleibende Hersteller erweichen läßt, seine Test-Methoden offen-zu-legen, ist noch nicht erwiesen.
Vorgestellt werden soll eine weitere Möglichkeit, den ellipt. Flat mit 170 mm Durchmesser auf realistische 120 mm Durchmesser zu
prüfen. Die Prüfung gegen eine Sphäre, wie im obersten Bericht vorgestellt, prüft die gesamte Fläche des Fangspiegels, die aber in
einem Newton-System nur mit Durchmesser 120 mm beansprucht wird. Nur diese Fläche, die ca. 50% der Gesamtfläche darstellt,
muß die jeweilige Genauigkeit haben, also ohne signifikanten Astigmatismus abbilden.

Im ersten Schritt stellt man den TSA mit 120 mm Durchmesser gegen einen Planspiegel in Autokollimation. Damit wird ermittelt, mit welcher Genauigkeit
der TSA 120 den Artificial Sky Test abbildet.

Die Abbildung entspricht in jedem Fall der Formel und das Foto beweist, daß die Abbildung sogar unter 1" arcsec liegt, ohne irgendein Anzeichen von Astigmatismus,
was man zunächst dem TSA selbst zuordnen müßte, der zweimal im Strahlengang steht. Der TSA eignet sich daher als Referenz-Optik.
.

.
Im zweiten Schritt fügt man einen weiteren Planspiegel ein mit dem Ziel, nunmehr den Zeiss-Werkstatt-Spiegel im 45° Winkel aufzustellen, also in gleicher
Position, wie auch der ellipt. Fangspiegel in einem Newton-System positioniert wird. Wäre nun auf dem Zeiss Werkstatt-Spiegel ein signifikanter Radius,
auch Power genannt, dann sollten astigmatische Figuren beim Artificial Sky Test zu beobachten sein.

.
Stattdessen beweist aber das Testbild, daß beide Planspiegel keine nennenswerte Power aufweisen, also eine hohe Planität haben. Und genau das wird auch
vom ellipt. Flat erwartet, der später gegen den Zeiss Werkstatt-Spiegel getauscht wird.

Auf dieses Ergebnis warten wir morgen mit Spannung . . .
Dann kann über ein Interferogramm der Astigmatismus der Grundordnung ermittelt werden, und darüber dann die Power, bzw. der Krümmungs-Radius
der Fläche selbst, der im Kilometer-Bereich liegen muß.

##########################################################################################

Ob nun der Hersteller die von ihm selbst proklamierten Genauigkeits-Angaben - bezogen auf die gesamte Planspiegelfläche - erfüllt hat, ist von eher
untergeordneter Bedeutung, die sich höchstens im Preis-Leistungs-Verhältnis ausdrückt. Für einen LOMO-Spiegel müßte man den 4-fachen Preis
bezahlen, hätte aber dann eine größere Sicherheit und auch noch ein Zertifikat. In unserem Fall rückt dieser Hersteller keine nachvollziehbaren
Beweise heraus und gibt stattdessen die "beleidigte Leberwurst".

Die entscheidende Frage ist vielmehr, ob dieser Planspiegel, wenn er im Newton-System jeweils nur eine Fläche mit Durchmesser 120 mm kleine
Achse beansprucht, ob er wenigsten für diesen Fall tauglich ist. So wurde also nicht mehr die gesamte Fläche auf Genauigkeit geprüft, sondern
die tatsächliche benutzte Fläche auf Tauglichkeit. In diesem Zusammenhang wurde das TSA 120/900 von Takahashi verwendet, das exakt
diese 120 mm Durchmesser darstellt, indem ein Parallel-Bündel von 120 mm den Flat zweimal unter 45° trifft.

Übrigens hat dieser relativ "dicke" Planspiegel eine längere Auskühlzeit.

Auch bei eingeschränkten, aber realistischem Durchmesser von 120 mm sollte eigentlich kein Astigmatismus mehr zu sehen sein, der TSA selbst führt keinen ein.
Am oberen Ende schlägt der Astigmatismus mit PV L/3.6 zu Buche, man sieht es dem Interferogramm deutlich an. Die Frage lautet deshalb, ab welcher Vergrößerung
würde man diesen Sachverhalt erkennen?

Auf der "gegenüberliegenden" Seite, also rechts bzw. vorne oder unten, ist die Situation umgekehrt: Hier taucht nun ein Koma-Effekt auf, der den PV-Wert für
Astigmatismus noch übertrifft. Die Figuren, die der Artificial Sky Test abliefert, zeigt die Situation.

Weil es aber ein Newton mit einem 600 mm Spiegel ist, mit großem Öffnungsverhältnis und Gitterrohr-Tubus, stellt sich auch die Frage, welche Höchstvergrößerung damit
realisierbar ist, und ab welcher Vergrößerung man diese Situation merken würde. Die Wahrnehmung für derartige Restfehler wird unterschiedlich angegeben. Ein versierter
Beobachter würde noch PV L/6 sehen, nach meiner Auffassung ist die Wahrnehmungsschwelle eher bei PV L/3 - L/4.

Die Sternfreunde müssen sich also entscheiden, wobei mich selbst am meisten interessiert, wieviel von den im Labor gemessenen Restfehlern in der Praxis zu sehen sind.