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 quantitative Tests,  qualitative Einzel-Tests,  Merkmale Testreport, - Erfahrungen mit dem Bath-Interferometer,  

Teleskope durchlaufen bei einem Test qualitative Verfahren wie Foucault, Ronchi, Lyot und unterschiedliche Sterntests. Damit unter-
sucht man a) die handwerkliche Ausführung eines opt. Systems wie Korrektur, Zentrierung, Astigmatismus, Streulicht, Kollimierung
im Tubus etc. [http://rohr.aiax.de/hp_new/index.php] Menue Prüfverfahren.  Will man jedoch eine Vergleichszahl wie Strehl, oder die
Angabe der drei wichtigstens Fehler in PV oder RMS ermitteln, braucht man ein quantitatives Verfahren, wie es Interferogramme dar-
stellen, die man als die Höhen-Linien einer Wellenfront-Fläche auffassen und auswerten kann.

Je nach System (Spiegel- oder Linsen-Systeme) und vor allem je nach Anwendung eines Systems muß man unterscheiden zwischen
- visueller Anwendung vorwiegen auf der opt. Achse und
- fotografischer Anwendung vor allem in den Ecken des Bildfeldes, für die eine Strehlangabe unüblich ist.               

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Besonders auf bestimmten Astronomie-Foren werden die quantitativen Testverfahren in ihrer Bedeutung weit überschätzt, obwohl sie doch
außer einer "nackten" Strehlzahl weiter nichts über die Qualität einer Optik aussagen können. Hier outen sich in der Regel fachfremde
Personen, denen der Hintergrund einer fundierten Optik-Ausbildung fehlt. Diese Klientel liefert dann Beiträge ab, die man eigentlich mehr
auf Facebook oder Twitter erwarten könnte, aber nicht in einem Fachforum für Astronomie. Quantitative Testverfahren werden also
gemeinhin in ihrem Informationsgehalt überschätzt. Siehe auch Verfahren von Roddier

Die folgende Auswertung eines Interferogrammes gehört zu einem GSO 12" RC und bezieht sich hinsichtlich Strehlwert auf die opt. Achse
nicht auf die Situation im Bildfeld. Hier liefert selbst ein hoher Strehlwert für das Bildfeld nur unzureichende Informationen, weil in der
Regel der Kamera-Sensor eine um den Faktor 2-3 niedrigere Auflösung hat, und optische Fehler bis zu einer bestimmten Größe deshalb
verschwinden. Deshalb ist hier die Größe der drei wichtigsten Fehler sinnvoller, als ein hoher Strehl. Fotografische Systeme sollte man
deshalb nicht unbedingt für visuelle Beobachtung verwenden !!!    ;



Der Strehlwert errechnet sich aus dem RMS-Wert und ist damit nur eine andere Darstellungsform. Beide Werte sind wenig anschaulich.
Differenziert man jedoch in die wichtigsten Einzelfehler einer Optik, dann läßt sich die Auswirkung aber auch die Ursache dieser Fehler
besser einschätzen. Eine informative Übersicht zu den Begriffen PV, RMS und Strehl findet man auch hier.

Abbildungsfehler Astigmatismus zieht den Strehlwert enorm nach unten. Wahrnehmbar ist er jedoch erst bei ca. PV L/4 und größer und
dann bei hoher Vergrößerung. Bei der Astrofotografie verschwindet dieser Fehler in der niedrigeren Auflösung des Kamera-Sensors. Wenn
Linsen-Systeme Astigmatismus zeigen, dann ist oft eine zu enge Linsenfassung die Ursache. Bei Spiegelsystemen kann die verspannte
Lagerung von Haupt- oder Sekundärspiegel die Ursache sein, bei RC-Systemen ist oftmals die mangelnde HS-Justage der Grund. Man sollte
deshalb einen geringen Rest-Astigmatismus nicht überbewerten.

Abbildungsfehler Koma ist ein Justage oder Zentrierproblem. Bei Linsen-Teleskopen führt die Verkippung von Einzellinsen zur sog. Achs-
koma. Bei katadioptrische Spiegel-/Linsensysteme führt auch eine Dezentrierung einzelner Bauteile zu Koma-Bildern. (Schmidt-Cassegrain,
Maksutov, RC-Systeme  und weitere hier genannte Systeme.) Da diese Systeme häufig von ihren Benutzern justiert werden, variiert natürlich
auch der Strehlwert, weil er nach einer erfolgten Justage koma-mäßig jedes Mal anders ausfällt, also gewissermaß variabel ist. Bei einem
Newton-Spiegel wird dieser Wert deaktiviert, weil ein Newton-Spiegel auf der Achse keine Koma haben kann. Bei SC-Systemen deaktiviere
ich die Koma ebenfalls, weil sie im Wesentlichen über eine optimale Justage auf Null gebracht werden kann und damit nicht ins Gewicht fällt.
Wer jedoch mit der Goldwaage den Strehlwert beurteilen möchte, der wird dieser Argumentation nicht folgen wollen.  

Abbildungsfehler Spherical oder sphärische Aberration bedeutet die Über- oder Unter-korrektur eines optischen Systems. Für diesen Fall
gibt es keinen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie, weil jede Zone der Optik einen anderen Brenpunkt hätte, die auf einer Brennlinie liegen.
Die  Über- bzw. Unter-Korrektur verlagert die Lichtenergie besonders in den 1. Beugungsring. Da dies aber auch bei obstruierten Systemen
der Fall ist, lassen sich beide Effekte kaum voneinander trennen und wäre nur visuell von Bedeutung. Da ist dann ein guter Refraktor
die bessere Wahl und der sollte dann richtig korrigiert sein für die Hauptfarbe Grün = 550 nm wave. Im längeren Spektrum wäre dieser
dann ohnehin unterkorrigiert, im kürzeren dafür dann überkorrigiert.  
Eine Übersicht zu ganz unterschiedlichen Fragen der Optik findet man hier: man hier:                              


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Eine Zusammenstellung gebräuchlicher qualitativer Testverfahren findet man hier im Menue Prüfverfahren. Dort sind die genannten
Tests kurz beschrieben:



Der Sterntest: Dabei ist der Sterntest ein durchaus universeller Qualitäts-Test, der über die opt. Qualität einiges verraten kann. Man sollte
ihn jedoch nicht überbewerten. Nach dem Verfahren von Roddier kann man aus dem Vergleich von intra- und extrafokalen Sternbildern
einen Strehlwert ermitteln. Das geht jedoch nur am Himmel selbst mit der entsprechenden Software. Besonders extrafokale Sternscheib-
chen verraten beim Sterntest auch die Polier-Situation, die Zonenfehler und Schlierenfehler  bei SC-Systemen. Bei sehr hohen Vergröße-
rungen führt  die Erweiterung über den Artificial Sky-Test zu einem guten Übersichts-Test, der nicht nur die drei wichtigsten opt. Fehler
darstellen kann, sondern auch noch einiges zum Streulicht aussagen kann. Am Himmel ist der Sterntest Seeing-abhängig und deshalb
auch  schwer zu deuten. Der Sterntest zeigt außerhalb vom Fokus Über- oder Unterkorrektur, deutliche Zonenfehler und Schlierenfehler,
im Fokus selbst Rest- Astigmatismus, für Strehlabschätzung eher zu ungenau, bei Refraktoren einen möglichen Farblängsfehler über
einen Farbsaum. 



Der Artificial Sky Test  ist prinzipiell ein Sterntest, jedoch mit vielen 3-5 Mikron großen Pinholes. Bei Höchstvergrößerung mit einem
2 mm Okular werden in einer Art Übersicht Astigmatismus, Koma, Spherical bzw. Über- und Unterkorrektur sichtbar. Auch Streulicht läßt
sich damit gut diagnostizieren. Siehe hier eine Übersicht. Dieser C14-Vergleich zeigt sehr deutlich die fragwürdige Qualität dieser
großen Schmidt-Cassegrain-Systeme. Bild A wäre mit einem Astigmatismus in der Gegend von PV L/4 noch eines der besseren Systeme.
Man erkennt diesen an der kreuzförmigen Abbildung im Fokus.  Bei Bild G stimmt die Zentrierung des Sekundärspiegels nicht. Bild E
hat einen massiven Astigmatismus, der über die HS-Lagerung verursacht sein könnte. Bei Bild C liegt ein dreieckiger Astigmatismus
vor, möglicherweise über die Sekundär-Spiegel-Lagerung verursacht. Diese Übersichts-Bildern zeigen bereits sehr deutlich Fehler, die
über weitere spezifische Test erhärtet werden können.   Hier eine andere Übersicht mit besseren Ergebnissen.        







Der Foucault-Test ist ein ziemlich aussagekräftiger Universal-Test. Als Lichtquelle ist  ein Lichtspalt wegen seiner größeren Helligkeit
(ca. 10µ Spaltbreite) die bessere Wahl. Der Abstand zwischen Lichtquelle und Abbildung derselben im Fokus sollte möglichst nahe der optischen
Achse sein, weil bei z.B. bei F/4 Öffnungsverhältnissen und größer Astigmatismus eingeführt werden kann. Bei einem Refraktor zeigt dieser
Test die Farbreinheit des Systems. Mit diesem Test sieht man, Über- und Unterektur, Zonen, abgesunkene Kante und andere irreguläte Fehler,
z.B. Schlieren etc. An diesem Test sieht man sofort, ob man es mit einer hochwertigen Optik zu tun hat. Als qantitativer Test erfaßt er
er bei Newton-Spiegeln jedoch nur das Profil nicht die Fläche, sodaß Aussagen zu Astigmatismus "unterdrückt" werden. Dieser
Test zeigt aber die "Landschaft" der Wellenfront mit hoher Genauigkeit bis PV L/40 und ist damit genauer als die üblichen Interferogramme,
allerdings nur qualitativ. 







Auch über dem Ronchi-Test erhält man eine Reihe weiterer Informationen: Die wichtigste wäre die Sphärische Aberration (Über- bzw.
Unterkorrektur) eines opt. Systems. Daneben sieht man Zonen und abfallende Kanten, Koma-Effekt und Astigmatismus und erhält zuletzt
über die Beugungs-Linien zwischen den dunklen Streifen eine Information, wie störungsfrei eine Politur gelungen ist, bzw. wie groß
das Streulicht in einem System ist. GSO-Spiegel unterscheiden sich in dieser Hinsicht deutlich von den hochwertigen Zambuto-Spiegeln.
Als Lichtquelle sollte man unbedingt den viel helleren Lichtspalt 10µ benutzen und überprüfen, ob die Gitter-Linien parallel zum Licht-
Spalt ausgerichtet sind. Am Himmel sollte die Gitterkonstante mindestens 10 LinienPaare/mm sein, sonst werden bestimmte Fehler
eher kaschiert. Weitere Quellen: Link01,  Link02 ,  Link03 ,  Link04 ,



          



Der Lyot-Rauhheits-Test hat Ähnlichkeit mit dem Foucault-Test. Von einem Newton-Spiegel wird zweierlei Licht zurückgeworfen:
- das direekte Licht über das Rotations-Paraboloid und davon überlagert
- das Streulicht, wie es von einer rauhen Oberfläche erzeugt wird 
Das Streulicht ist in der Intensität um einiges schwächer, sodaß das direkte Licht über einen dünnen Strich-Filter eines halbdurch-
lässigen Mediums wie eine Ruß-Filter-Linie gedämpft werden muß. Dadurch wird die Struktur besser sichtbar, die das Streulicht
verursacht. Das geschieht wie beim Foucault-Test durch Einschieben der Filter-Linie in den Lichtkegel. Überzeugende Versuche,
die Rauhheit zu quantifizieren, gibt es im Amateur-Bereich nicht. Das hängt auch damit zusammen, daß sich die Rauhheit über
mehrere Größeneinheiten erstreckt, also nicht nur im mm^2 Bereich wie in der Industrie, sondern auch im cm^2 Bereich. Man
müßte also über mehrere Größen-Einheiten Sollwerte festlegen.  Trotzdem ist dieser Test für Spiegelsysteme ein gutes Kriterium,
mit welcher Qualität man es jeweils zu tun hat. In der Hauptsache leidet der Kontrast bei diesen Systemen, weil der Streulicht-
anteil entsprechend höher und den Bildhintergrund aufhellt.  Bei einem Refraktor ist der Lyot-Test weniger bedeutend, weil die
Genauigkeit von brechenden Flächen geringer sein kann, wie bei Spiegeln mit reflektierenden Flächen. Und selbst da gibt es noch
einen großen Unterschied zwischen sphärischen Flächen (Maksutov) die prinzipiell glatter sind, als die Rauhheit von retouchierten
Flächen zum Beispiel bei RC-Systemen (Hyperbeln) und SC-Systemen (Schmidtplatte). Es läuft bei diesem Test auf einen qualita-
tiven Vergleich hinaus, zwischen unterschiedlichen Systemen, mehr nicht. Eine Quantifizierung ist aus mehreren Gründen sin-
los und kaum miteinander vergleichbar. Eine Reihe weiterer Links, die sich mit diesem Test befassen:

astrosurf.com  Le contraste de phase,  E055 Lyot Test with soot filter,  Measurement of Surface Quality,     
Foucault-Lyot-Rauhheitstest,    C003 Newton-Spiegel im Lyot-Rauhheitstest,    E049 Spiegel-Rauhheit im Vergleich,  
F054B Microrauhheit und deren Messung, http://rohr.aiax.de/4-MeasurementOfSurfaceQuality.pdf , mein eigener Testaufbau 

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Für unterschiedliche optische Systeme gibt es jeweils unterschiedliche optische Tests. Ein Newton-Spiegel wird anders geprüft, als
ein SC-System, ein visuell genutzes Fernrohr anders, als eine Astro-Kamera. Analog zu diesen Unterschieden sind jeweils andere
Kriterien für eine Beurteilung sinnvoll. Eine generelle Strehl-Diskussion verbietet sich deshalb.

Bei einem Newton-Fernrohr wird nicht das ganze System aus HS und FS geprüft, sondern beide Komponenten getrennt und auch der
Hauptspiegel besser in einem Mehrstufenverfahren. C090 * Testing mirrors in two steps,  

Bei einem Refraktor werden die Licht-"Strahlen" gebrochen, nicht reflektiert und so kommt als zusätzliches Kriterium die Farb-
Reinheit hinzu die zu der bekannten Einteilung Zweilinser/FH-Objektiv oder Halb-APO und Triplett/APO bzw. Super-APO führt.
Hier wird das Objektiv immer vor einem Planspiegel (in Autokollimation) geprüft oder gleich am Himmel. Es sind jeweils Systeme
ohne Obstruktion und die Abbildung aus mehreren Gründen kontrast-reicher.

Bei den Spiegel-Linsen-Systemen wird immer das Gesamtsystem gegen einen Planspiegel geprüft, wobei die Maksutov-Teleskope
oft eine sehr gute Abbildung haben der sphärischen Flächen wegen. Hier kommt als Kriterium a) die Größe der Obstruktion und
b) die Rauhheit der Flächen durch die notwendige Retouche ins Spiel. Alle die bisher genannten Systeme werden vorwiegend auf
der optischen Achse geprüft und gerade NICHT im Bildfeld des opt. Systems.

Völlig anders verhält es sich bei fotografischen Systemen, also Petzval-Systeme, RC-Systeme oder Refraktor+Flattener/Reduzer.
Hier gibt es üblicherweise keinen Strehlwert, die über die Abbildungs-Qualität im Bildfeld Auskunft geben könnte. Hier wird ent-
weder als Beweis ein gerechnetes Spot-Diagramm vom Designer herangezogen, eine Feldaufnahme am Himmel selbst, oder die
Ergebnisse des Artificial Sky Testes, über den man die Abbildung in verschiedenen Bildfeld-Winkeln darstellen kann. Man könnte
zwar parallel dazu eine Strehlauswertung erstellen, hat aber keine vergleichbar Strehlzahl für diesen Sachverhalt, weil es unüblich
ist. 

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F037 Certifikate im Vergleich
Certifikate können höchst unterschiedlich sein, offenbar weil es keine Norm gibt, welche Merkmale ein Certifikat/Testreport haben sollte.
Jeder Hersteller überlegt sich offenbar genau, welche Information er herausgeben will oder nicht. Auch deswegen, weil der Endkunde
in der Regel die Daten kaum richtig interpretieren kann. Trotzdem sollte man bei einem Testreport einige Daten finden können:

- das Datum des Testreports und wer ihn erstellt hat und Stempel mit Unterschrift
- optional das Meßverfahren mit Angabe des Interferometers und des Testaufbaues
- Angabe der Optik mit Nummer
- die Licht-Wellenlänge, in der das Interferogramm erzeugt worden war. (früher 632.8 nm wave /rot, mittlerweile 532 nm wave/grün)
- der PV-Wert der Wellenfrot, der RMS-Wert und daraus umgerechnet der Strehl-Wert
- eine 3D-Wellenfront-Darstellung, optional eine PSF-Darstellung



Oft fehlen einige der gerade aufgelisteten Merkmale. Die Gestaltung ist offenbar ebenfalls nicht festgelegt: Beispiel Zeiss

Die Basis für eine quantitative Auswertung ist in der Regel ein Interferogramm, das mit einem Bath-Interferometer oder einem der
unterschiedlichen Interferometer auf der opt. Achse/nicht im Bildfeld erstellt worden war. Bereits hier beginnt die Unschärfe der
Strehlauswertung. Zur Auswertung sollten die schwarzen Linien möglichst dünn sein, sodaß im vorliegenden Beispiel eine mehr-
malige Auswertung ein und desselben Interferogrammes zu etwas verschiedenen Ergebnissen führt. Auch ein Average-Verfahren
bzw. die Auswertung von mehreren verschiedenen Interferogrammen führt nicht zum Ziel, nachdem Seeing-Probleme im Test-Auf-
bau selbst die IGramme variieren können.
Schließlich ist ein solches Interferogramm immer die Gesamtsumme aller Fehler aus dem Testaufbau, sodaß vom erzielten Gesamt-
strehl eigentlich immer die Fehler der Lagerung und der Hilfsoptik abgezogen werden müßten. Damit entsteht eine "Unschärfe" in
der Strehlauswertung, sodaß ein Strehlwert bis auf die 3.Stelle nach dem Komma eher fragwürdig erscheint. Die normale Unschärfe
liegt bei ca. 1-2 Strehl-Punkte, also z.B. zwischen 0.99 bis 0.97 Strehl. (Die Auswertung beruht darauf, daß die Interferenz-Linien als
Höhenlinien einer Wellenfront-Fläche nachgezeichnet werden und in PV-, RMS/Strehlwert umgerechnet werden.)

Auf der Basis der Zernike-Koeffizienten sind eigentlich drei Fehler informativer: Astigmatismus, Koma und Spherical:
Einen Astigmatismus kleiner als PV L/4 wird man selbst bei hohen Vergrößerungen kaum wahrnehmen. Eine Koma kann man bei
vielen Teleskop-Systemen durch nachträgliche Zentrierung eliminieren und die sphärische Aberration kann in bestimmten
Fällen einfach beseitigt werden. Ein niedriger Strehlwert oft oft nur ein Hinweis auf mangelnde handwerkliche Ausführung/Massenproduktion.
Im folgenden Bild ist der Astigmatismus von ca. PV L/4 die Ursache, die den Strehlwert auf 0.789 "herunterzieht". Visuell kaum
zu bemerken und fotografisch überhaupt nicht.



 
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Erfahrungen mit dem Bath-Interferometer

Unter den in der Amateur-Szene bekannten Interferometern hat der Bath-Interferometer unschätzbare Vorteile: Er hat mit den besten Kontrast
unter den Konkurrenten, läßt sich auch bei Weißlicht mit Interferenzfiltern verwenden und hat an die opt. Bauteile keine besonderen
Genauigkeits-Ansprüche. Das Teilerverhältnis des Teilerwürfels sollte 50%/50% betragen und eine Bi-konvex/Konkav-Linse einen Durchmesser
von max. 5mm bei einem Fokus von ca. 10mm haben, damit für diese Linse ein Öffnungsverhältnis von ca. f/2 entsteht. Das Parallel-Licht-
Bündel der Lichtquelle (Laser oder Weißlicht) sollte einen Durchmesser von ca. 5 mm haben und die 5mm Bikonvexlinse ganz ausleuchten.
Der Bündelabstand sollte bei 5 mm liegen, weil über den Bündelabstand bei "schnellen" Spiegel f/4 und größer Astigmatismus eingeführt wird.
Unterscheide RoC und Fokus, Anmerkung Dave Rowe unten 

Als einzigen  Nachteil ist zu nennen ist der Umstand, daß dieser Interferometer nicht exakt auf der opt. Achse "arbeitet" und deshalb besonders
bei großen Öffnungen Astigmatismus einführt. Dazu ein Beweis. Es gibt zwei unterschiedliche Bauweisen. In der ursprünglichen Version,
F108 Der Orginal-Artikel in SuW Juni 1973, wird der Teilerwürfel diagonal angeordnet, in den Veröffentlichungen von Dave Rowe jedoch recht-
winklig, was einen größeren Bündelabstand zur Folge hat. (Siehe auch ATM-Report).

Obwohl der Bath-Interferometer seit seiner Erstveröffentlichung in SuW 1973 einen Siegeszug angetreten hat unter meiner kräftigen Mithilfe,
hat die Erstellung von Interferogrammen und noch mehr die Auswertung "Unschärfen", die in der Sache selbst begründet liegen und nur dann
zum Problem werden, wenn man die Strehl-Ermittlung auf die Spitze treiben möchte. Bodenhaftung ist in der Szene manchmal Mangelware,
sodaß auf bestimmten Foren bevorzugt die Egomanen das große Wort ergreifen, sogar mit dem Versuch hier eine feindliche Übernahme zu
versuchen.

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=210415&whichpage=1
Auf diesem Forum wird der Bath-induzierte Astigmatismus erneut diskutiert, in der Regel immer eindimentional, statt nach Wegen zu suchen,
wie man das Problem Astigmatismus aus dem Testaufbau wirkungsvoll umgehen könnte. Eine Möglichkeit benutze ich hier:
C090 * Testing mirrors in two steps - 10.Okt.2016
               



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