27.04.2005 AtmosFringe - 30. VdS-Frühjahrstagung in Würzburg 2005

Vom Umgang mit Streifenbildern, Teil 1 (zu Teil 2)

Ein astronomisches Highlight für die Deutsche Amateur-Szene der VdS ist
ohne Zweifel die vor 30 Jahren ins Leben gerufene VdS-Frühjahrs-Tagung,
die damals unter Dr. Friedrich Frevert sehr erfolgreich begann. (Frevert
verstarb Wenige Tage nach der 26. Würzburger Frühjahrstagung 2001 im Alter
von 86 Jahren.) Ebenso engagiert und vielseitig interessant setzt seit
vielen Jahren Peter Höbel, Erlangen, mit großem Erfolg diese Traditions-
Kennenlern- und Kontaktpflege-Verantstaltung fort. Viele Impulse aus der
Amateur-Szene hatten hier ihren Ausgangspunkt z.B. die Flat-Field-Camera
von Dieter Lichtenknecker, Hasselt, die Veränderlichen- oder Kleinplaneten-
beobachtung, die Sonnenfotografie und viele der Fachgruppen, die sich
innerhalb der VdS im Laufe der Jahre gebildet hatten. Karl-Ludwig Bath,
Freiburg, Wolfgang Busch, Ahrensburg, Kurt Benischek, Wetzlar, der
Verfasser aus Haßfurt, und viele andere haben sich über viele Jahre mit
dem Spezial-Fach Optik befaßt. Der Halbapochomat von Wolfgang Busch als
Bausatz wären zu nennen, von Roland Christen weiterentwickelt und ver-
trieben, die Astro-Kamera von Karl-Ludwig Bath entwickelt und vom Ver-
fasser in zwei unterschiedlichen Größen gebaut, zusätzlich ein wichtiges
quantitatives Meßinstrument, der Bath-Interferometer, entstand ebenfalls
vor ca. 30 Jahren, nachdem diese Meßtechnik sehr viele Liebhaber in der
Szene gefunden hat und dazu eigentlich nur noch die passende Auswert-Soft
ware dafür gefehlt hat. Auch dies wurde in Zusammenarbeit mit dem Stern-
freund Dave Rowe, Los Angeles, USA, und Massimo Ricardi, Ferrara,
Italy weiterentwickelt, das in diesem Bericht detailliert in seinem
jetzigen Entwicklungs-Stand vorgestellt werden soll.

Worum es geht:

Das Bild zeigt eine Sammlung von Interferogrammen, die aus unterschiedlichen
Meßsituationen gewonnen wurden. Im ersten Bild wurde die Rotations-Symmetrie
im Krümmungsmittelpunkt (CoC = Center of Curvature) eines 300/1500 Newton-
Spiegels untersucht und stellt einen hochgenauen Test auf Astigmatismus dar,
der zudem quantifiziert werden kann. Das zweite Bild entstand im CoC eines
200/800 GSO Newton unter Benutzung eines Interferenz-Filters für die d-Linie.
Diese Art Auswertung gewinnt für die Spiegelschleifer-Szene ganz besondere
Bedeutung, da keine Referenz-Optik erforderlich ist. Der Nachteil dieser
Auswertung ist die hohe Präzision, die dafür erforderlich ist, obwohl sie
in der industriellen Meßtechnik beim ZYGO ohne Probleme funktioniert, wie
der Verfasser aus eigener Beobachtung bei einem Hersteller in England
beobachten konnte.
Das dritte Bild ist eine der üblichen Autokollimations-Aufnahmen, beim
vierten CoC-Bild wurde bei der kürzeren F-Linie gemessen, das fünfte CoC-
Bild bei 532 nm und schließlich ein elliptischer Fangspiegel bei 550 nm
gegen ein Probeglas auf Kontakt geprüft. Eine Aufnahme in Kompensation
würde das Bild noch abrunden. Damit sollte der Umfang der Verwendungs-
möglichkeiten skizziert werden.

Ohne ein Bild des Erfinders Karl-Ludwig Bath, Freiburg, wäre dieser Bericht
sicherlich unvollständig.

Hier das Cover der Erstveröffentlichung vor 32 Jahren, dessen Orginal-
Seiten man ebenfalls hier auf diesem Forum findet:
http://www.astro-foren.de/showthread.php?t=5096

Zwei Aufnahmen eines für Massimo Ricardi bei 532 nm wave gebauten Interfero-
meteres, die selbsterklärend sein sollten.

Das Funktions-Prinzip wurde bereits wiederholt beschrieben unter den
folgenden Web-Adressen. Es ist genial einfach, trotzdem sind einige
Punkte für das Funktionieren ganz wesentlich:
- der Bündelabstand sollte 5 mm nicht übersteigen
- der Teilerwürfel sollte ziemlich genau 50% / 50% haben
- die kleine Bikonvex-Linse sollte in der Gegend von D/F = 5/10 liegen
- als Lichtquelle eignet sich sogar normales Weißlicht,
- bei Laserlicht muß man auf die Polarisierung achten.
- sorgfältige mechanische Verarbeitung ist Vorraussetzung
- der Koordinaten-Tisch muß sich im Micron-Bereich verstellen lassen

http://rohr.aiax.de/interf.htm
http://www.astro-foren.de/showthread.php?t=4269
http://www.astro-foren.de/showthread.php?t=4382
http://rohr.aiax.de/bathorg01.jpg
http://rohr.aiax.de/bathorg02.jpg
http://rohr.aiax.de/bathorg03.jpg
http://rohr.aiax.de/bathorg04.jpg

Den farbabhängigen Öffnungsfehler, die Spherochromasie oder einfach
der Gaussfehler eines Zwielinsers am Beispiel eines Zeiss AS Objek-
tives läßt sich mit einem Bath-Interferometer sehr eindrucksvoll
darstellen. Die Einstellung ist jeweils so gewählt, daß ein den
Streifen überlagertes flaches "M" eine Überkorrektur bedeutet, weil
im Prüf-Aufbau das Interferogramm fokussiert wurde, während ein
überlagertes flaches "W" eine Unterkorrektur bedeutet. Dies gilt
prinzipiell für alle Parabol-CoC-Streifenbilder, die prinzipiell im
Krümmungsmittelpunkt eine stark überkorrigierte Sphäre darstellen.

Die beiden wichtigsten Auswert-Verfahren am Beispiel eines GSO Newton
Spiegels 301/1508 (3016)

An diesem in einer Schlinge im Gleichgewicht hängenden GSO Newton-
Spiegel möchte ich mit Hilfe des von Massimo Ricardi neu entwickelten
Streifenauswertprogrammes ATMOSFRINGE V2.2 einige Details besonders
bei der CoC Auswertung beschreiben.

Linkes Bild:

Für die Doppelpaß-Testanordnung Autokollimation braucht man einen
sehr hochwertigen Planspiegel mit mindestens dem gleichen Durchmesser
und einer Bohrung, die dem Fangspiegeldurchmessers des Newton ent-
sprechen würde. Der Planspiegel muß über die ganze Fläche eine Ge-
nauigkeit von Lambda/10 der Wellenfront haben und ist mit dieser
Genauigkeit nicht gerade billig. Man mißt über dieses Setup mit
doppelter Genauigkeit in Form eines Null-Testes, der im Idealfall
gerade parallele Streifen mit gleichen Abständen erzeugt. Über die
Abweichung der Streifen hinsichtlich Parallelität, Abstand und Form
erkennt man auf einen Blick nahezu alle topografischen Fehler der
Wellenfront und kann bereits beim Fotografieren die optimalen Bilder
selektieren. Der Streifenabstand ist L/2 der Wellenfront.

rechtes Bild:

Die CoC-Auswertung im Krümmungsmittelpunkt hat den großen Vorteil,
daß ein hochgenauer und teurer Planspiegel nicht erforderlich ist,
aber die Streifen stellen eine Kurvenschar dar, deren Abweichung mit
bloßen Auge ungemein schwerer einzuschätzen ist, also Über- und
Unterkorrektur, also Coma und besonders der Strehl-Killer Astigmatis-
mus. Der Streifenabstand ist nur noch ein Lambda der Wellenfront und
ohne besondere Übung fallen die Strehl-Ergebnisse oft bis zu 20%
schlechter aus. Man muß sich also überlegen, wie das ideale Inter-
ferogramm auszusehen hat, und dies bietet AtmosFringe mit einer
eigenen Funktion an.

Die nächsten Bilder zeigen die Darstellungs-Form, wie sie von Atmos-
Fringe bereitgestellt werden:

Das Report-Datenblatt der jeweiligen Optik, hier die Auswertung über
den Autokollimations-Prüfaufbau.

Das nachgezeichnete Interferogramm als Grundlage der Berechnung
über die Zernike Koeffizienten

Die wichtigsten quantitativen Daten

Die Zernike Koeffitienten für Programme wie das Seidel-Programm von Bugiel

Die topografische Darstellung der Wellenfront, weil der Bath-Interfero-
meter kein Phasenshift-Interferometer ist, sondern vergleichbar mit einem
Michelson- oder Fizeau-Interferometer, wie ihn Peter Ceravolo entwickelt hat

Die Energie-Verteilungs- oder Point-Spread-Funktion als 3-D Darstellung

Die Modulations Transfer Funktion oder die Kontrast-Übertragung
der gemessenen Optik. Hierbei wirkt sich aber der Bohrungs-Durch-
messer des Planspiegels als deutliche Abweichung von der Ideal-
Linie aus, was bei der CoC-Methode vermieden werden kann.

das auf der Basis der Zernike-Koeffitienten gerechnete Artificial
Interferogramm, mit dem man die wichtigsten Fehler simulieren
bzw. eliminieren kann, wie aus dem Datenblatt erkennbar. In diesem
Beispiel ist lediglich die abzugsfähige Coma "removed"

Fortsetzung Teil 2 hier: