Der Caustic-Test

 

Der 5-Meter-Spiegel auf dem Mount Palomar wurde seinerzeit auch mit dem Caustic-Test vermessen. Dieses hochgenaue Verfahren (Lambda/50 der Wellenfront), mißt primär die Winkelabweichung einander gegenüberliegender Lichtbündel aus Zonen gleicher Einfalls- Höhe. Die Krümmungs-Mittelpunkte der einzelnen Zonen liegen auf einer astgabel-förmigen  Kurve, der Caustic, und sind definiert durch den Term: Xh=3*hz*hz / (2*R)  und  Yh=2*hz*hz *hz/ (R*R) . Xh bzw. Yh sind die jeweiligen Soll-Werte der Caustic,  auf der die Krümmungsmittelpunkte der Zonen liegen. Bei diesen Gleichungen ist der

 

(Darstellung nach ATM-Book III, 432f, "The Caustic Test)

 

ca. 0.02mm breite Lichtspalt fest mit dem Meß-Messmikroskop verbunden, das die Distanz der Abbildung des Lichtspaltes mißt. (1. Meßverfahren) Praktischer ist die Technik "erstes Licht - letzter Schatten" (2. Meßverfahren), das mit der Messerschneide wie beim Foucault- Test ebenfalls die Distanz der Causticpunkte der einzelnen Zonen vermißt. Mit Hilfe eines Koordinaten-Meßtisches werden die Xh-Werte "angefahren" und passend dazu die Ab- stände Yh vermessen. Die erforderliche Genauigkeit bei Xh ist 0.01 mm,  bei Yh muß mit 0.001 mm gemessen werden. Die Eichung des Meßsystems erfolgt über  eine mittlere Zone: Der Xh-Wert wird auf dem Meß-Schlitten eingestellt. Dieser wird danach solange auf der Achse zum Spiegel vor und zurück bewegt, bis der Yh-Wert zur Zone paßt. Sicherheits- halber macht man diese Messung auch noch für eine andere Zone. Nie beim Rand bzw. in der Mitte beginnen, da beide Zonen schwieriger zu bestimmen sind. Wichtig ist, daß die Abbildung des Lichtspaltes, über den Lichtspalt gelegt wird, damit nicht die störende Koma der Parabel in das Meßergebnis einfließt. Auch muß mit einer starken Lupe auf Parallelität von Lichtspalt-Abbildung  zur Messerschneide geachtet werden, da sich sonst die Messung "verschmiert". Ein weiteres Hilfsmittel ist ein hinter der Messerschneide angebrachtes kleines Kepler-Fernrohr mit ca. 3-facher Vergrößerung, das auf den Spiegel scharf eingestellt wird. Die Zonen markiert man sinnvollerweise über ein Lineal, das man vor den Spiegel stellt und mit Zonen-Markierungen versieht, damit man tatsächlich auch exakt die Zonen trifft. Ähnlich  wie beim Foucault-Test tritt  bei Bewegungen von 0.001 mm in der Yh-Achse bereits deut- lich ein erster Licht-Schein hervor, während in der gegenüberliegenden Zone auf das Ver- schwinden des letzten Schattens geachtet werden muß.

 

Auswertung eines Meßprotokolls:

 

Das  Datenblatt zeigt die Auswertung einer Meßreihe, deren Daten unter Xh u. Yh zu finden sind. Während die Xh-Werte den Soll-Werten entsprechen, sind die Yh-Werte die tatsächlich gemessenen Ist-Werte, größer, gleich, kleiner den Yh-Soll-Werten. Die fein punktierte Linie stellt dieses Abwei- chung  nach oben bzw. unten von der geraden Null-Linie dar. In einem iterativen Verfahren wird im zweiten Schritt auf die Deformation der Oberfläche und abhängig davon auf die Abweichung der Wellenfront geschlossen, und in der durchgezogenen "Kreis"-Linie dargestellt. Damit ergeben sich auch alle anderen Werte, wie PV, RMS und Strehl.  Die hohe Genauigkeit ergibt sich aus dem "Hebelarm", der eine geringfügige Verkippung der Oberfläche in der  Zone selbst auf die Abweichung des gespiegelten Bündels im Abstand R hat. In unserem Meßbeispiel hat mein 16"-Meadespiegel bis zu einem Durchmesser von ca. 320 mm eine Oberfläche von ca. Lambda/20 Wave, während ab dieser Zone der Rand bis auf Lambda/4  "herunterfällt". Dies ergibt einen zweiten Fokus aus dieser Zone, der den Kontrast erheblich stört. Durch eine  Ringblende kann dieser Teil abgeblendet werden, wenn es um superscharfe Planeten-Bilder geht.

 

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