Astronomische Frühjahrstagung am 24. April 2004 in Würzburg, Vortrag von Wolfgang Rohr Auswertung von Interferogrammen mit FringeXP - das Bath-Interferometer - Funktions-Prinzip - verschiedene Setups: Autokollimation, Kompensation, CoC - kritische Anmerkungen - Strehl-Diskussion C8:   bei "rauhen" Oberflächen - Gaußfehler und Diskussion - Interferogramme sind Höhenlinienkarten - Arbeiten mit FringeXP a) Installation b) Prinzip c) zwei praktische Fälle     - Kugelspiegel    - Parabel im Krümmungsmittelpunkt - Web-Adresse mit Anleitung   Dreißig Jahre hat der Verfasser ein von Karl-Ludwig Bath erfundenes Interferometer weiterentwickelt, das auch heute noch für einen Amateur die genaueste Möglichkeit darstellt, eine quantitative Aussage in Form von Peak-to-Valley der Wellenfront, oder den auf die Gesamtfläche gemittelten RMS-Wert der Wellenfront, oder daraus über die bekannte Formel den Strehl errechnet. Damit kann man die Güte einer Optik sehr genau quantitativ bestimmen, solange die Glätte der opt. Flächen nicht signifikant aus dem Rahmen fallen und der Streulicht-Anteil sehr hoch ist.

Das Bath-Interferometer veröffentlicht in:  Zurück

Im ersten Schritt ging es vor ca. 20 Jahren um die richtige Wahl der Komponenten: Lichtquelle, Teilerwürfel, Art der Linse, Abstand der Bündel und die Frage, wie man das Interferogramm in die unterschiedlichen Kameras bringt. Das wurde vor allem bei den Digital-Kameras zunächst zu einem Problem, das sich aber mit einem Keplerfernrohr lösen ließ. Zugleich wurde aber deutlich, daß kontrastreiche Interferogramme zugleich ein Hinweis auf besonders glatte opt. Flächen sein müssen. Ein Faktor, der sich über den Lyot- oder PhasenKontrast-Test noch viel eindrucksvoller zeigen läßt, wo das Interferogramm überfordert wäre. Bis zum Jahre 2000 fehlte der AstroSzene ein Auswertprogramm für eben diese Interferogramme. Diesen Mißstand behob Phillipp Keller, Regensburg durch ein einfaches Auswertprogramm, das ein Interferogramm wie die Höhenlinien einer Karte auffasst, und daraus sowohl PV und RMS der Wellenfront und aus dem RMS-Wert den Strehl  rechnet. Strehl = 2nd ex(-(2*Pi*RMS)^2) Dieses Programm war jedoch nur einem kleinen Kreis von Anwendern zugänglich, die mit der Auswertung von Interferogrammen hinlänglich vertraut waren. Astigmatismus und Koma konnte über dieses Verfahren leider noch nicht herausgerechnet werden, was sich in manchen Fällen als Handikap herausstellte. Unsachliche Diskussionen waren oft die Folge. Über die Amateur-Szene in USA gibt es ab 2003 ebenfalls ein Streifen-Auswert-Programm, mit einem entscheidenden Vorteil: Man kann endlich Interferogramme aus dem Krümmungsmittelpunkt erstellt auf Null zurückrechnen, also eine Entwicklung,  die auch von der Firma ZYGO und sicherlich anderen Firmen für die Industrie angeboten wird. Über dieses FringeXP Auswertpro- gramm entstand innerhalb kurzer Zeit  eine ausgesprochen fruchtbare Zusammenarbeit zwischen dem Programmierer Dave Rowe, Los Angeles, USA, und dem Autor, der es nahezu jeden Tag für die Auswertung seiner Interferogramme mit hoher Genauigkeit benutzt und seit dieser Zeit an der praxis-orientierten Weiterentwicklung dieses Programmes beteiligt ist: Eines dieser Projekte ist die Entwicklung eines PhasenShift-Interferometeres um zu einer höheren Auflösung der Streifenbilder zu kommen, indem man so die Zahl der Meßpunkte erhöht.

Aufbau der opt. Komponenten:

 
Funktions-Prinzip: Zurück

Als "Bauteile" sind nötig ein paralleles Lichtbündel, wie es ein Diodenlaser erzeugt. Ein Teilerwürfel macht daraus zwei 50% / 50% Bündel die parallel zueinander sein müssen. Das Informationsbündel, rot gezeichnet, muß in einen Lichtkegel verwandelt werden, damit es wie bei Foucault-Test die Optik ganz ausleuchtet. Das macht die kleine bikonvex-Linse, durch die das rote Bündel fällt. Dieses in einen Kegel/ Kugelwelle umgewandelte Bündel geht also zur Optik und kommt wieder zurück, wie beim Foucaulttest, nur daß dieses Bündel nicht im Brennpunkt mit einer Messerschneide geprüft wird, sondern -  mit der Referenzwelle überlagert  -  schließlich interferiert. Das Referenz-Bündel, grün gezeichnet, verläuft zentrisch zum roten Informationskegel, wird an einer kleinen Stelle der zu prüfenden Optik reflektiert, dort hat die Fläche in jedem Falle bezogen auf den Durchmesser eine hohe Genauigkeit, und nun läuft dieses grüne Referenz- Bündel zurück, bis es von der gleichen Bikonvex-linse zum Referenz-Kegel/Kugelwelle  gemacht wird, mit dem das Informations-Bündel verglichen werden kann. Das Interferogramm ist also die Wellenfront-Fläche, wo sich beide Bündel zusammengesetzt durch den gleichen Teilerwürfel überlagern bzw. interferieren, während außerhalb dieser Kreisfläche für gewöhnlich noch das größere Referenzbündel zu sehen ist. Siehe übernächstes Bild. Eine Anleitung über Bau, Justage  und Einsatz findet man auch hier:  http://rohr.aiax.de/berichte.htm http://home.t-online.de/home/wolfgang.rohr/interf.htm

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Der genaueste Test-Aufbau ist die Prüfung gegen einen hochgenauen Planspiegel, die sog. Autokollimations-Anord- nung, eigentlich auch eine Art Kompensation auf Unendlich mit doppelter Genauigkeit. Diese Anordnung findet ihre Grenzen bei großen Spiegeln, weil ein gleichgroßer Planspiegel hoher Genauigkeit in der Regel unerschwinglich ist und es deswegen viele Versuche gibt, gegen die Fläche einer horizontalen Flüssigkeitsfläche wie Wasser, Öl oder Quecksilber zu prüfen, was die Möglichkeiten etwas erweitert, aber neue Probleme der Lagerung mit sich bringt: In diesem Falle ist der Streifenabstand L/2 der Wellenfront und die konische Konstante in der Regel 0 (Null), Die Eingabe bei FringeXP der Fokus/CoC-Radius nicht so kritisch. 1e20 wäre nicht falsch.  Fast alle astronomischen Teleskope für den Amateur werden  auf diese Weise geprüft gegen einen gleichgroßen oder größeren Planspiegel. Im umgekehrten Fall besteht immer noch die Möglichkeit des "Absannens" oder die Prüfung gegen zwei versetzt angeordnete Planspiegel: Siehe das Beispiel innerhalb http://www.astro-foren.de/viewtopic.php?t=39                                   Zurück

 

Die zweite Möglichkeit ist die Kompensation von Kegelschnittflächen mit Hilfe einer Sphäre, entweder durch eine plankonvex-Linse im einfachen oder doppelten Durchgang, also das sog. Dall-Null-Verfahren, oder eine Kompensation über einen Kugelspiegel mit dem Nachteil, im Strahlengang prüfen zu müssen  -  mit den kleinen Kameras heute auch kein Problem. Der Streifenabstand ist jetzt 1 Lambda der Wellenfront, die  konische Kon- stante immer noch Null, wie beim Kugelspiegel. Es ist immer noch ein Kompensations-Null-Test. Zurück

 

Die dritte Möglichkeit eröffnet FringeXP für Newton-Spiegel und andere Kegelschnittflächen damit, daß man Streifenbilder(Interferogramme) aus dem Krümmungsmittelpunkt auf Null zurückrechnet: Eine Möglichkeit, nach der ich bereits vor fünf Jahren intensiv gesucht hatte, war plötzlich realisierbar geworden. Wenn man nämlich das ideale Interferogramm kennt, dann lassen sich auchAbweichungen davon gut beurteilen. Jetzt spielt aber die konische Konstante für die Parabel mit -1 eine Rolle, bzw. der Ellipse > -1 und die Hyperbel < -1 . Der Streifen-abstand ist auch hier ein Lambda. Jetzt ist der  exakte Krümmungsradius und der exakte Durchmesser des Streifenbildes sehr wichtig. Bis f/5 Newton-Spiegel ist dieses Verfahren nach ersten Erfahrungen noch genau genug, man sollte jedoch unbedingt gegenprüfen!  Zurück

 

kritische Anmerkungen: - Flächen-Messung keine Linienmessung wie bei Foucault/Caustic: PV-Wert-Diskussion  - reine Topografie-Messung, Öffnungsfehler, keine Rauhheits-Messung: Strehl-Wert-Diskussion  Zeitweise wird die Genauigkeit dieses Meßverfahrens in Zweifel gezogen, obwohl es eine  Flächen-Messung ist, im Unterschied zur Messung auf einer Linie, wie sie von Foucault oder vom Caustic-Test bei der Schnittweiten-Messung benutzt wird. Das ist der Grund für die unterschiedlichen PV-Werte, die beim Interferogramm über die Fläche, bei Foucault und Caustic nur über die Linearität der mittleren Linie erfaßt wird.  Bei dieser MessArt wird beispielsweise ein vorhandener Astimatismus überhaupt nicht erfaßt, muß also anderweitig ermittelt werden. Dieser wiederum zieht bei der Interfero- gramm-Flächen-Messung den Strehl unbarmherzig in den "Keller" also gegen Null, sehr oft zum Leidwesen der strehlgläubigen Sternfreunde, die ihre Teleskope oft nur nach dem möglichst hohen Strehl heraussuchen. Diese unterschiedlichen Meßverfahren sind der Grund, warum in früheren Zeiten Spiegel mit einem sehr hohen L/10 bis L/40 PV der Wellenfront-Wert allen Ernstes angeboten und verkauft wurden und alle Flächen-Unregelmäßigkeit nicht ins Meßergebnis eingingen. Auch heute gibt es die Tendenz, der quantitativen Auswertung über Foucault und Caustic zu hohe Bedeutung beizumessen.     Zurück

Die Strehl-Diskussion an einem C8: Das Schmidtplatten-Problem:
a) Floatglas, b) Farblängsfehler, c) Gaußfehler+Korrektur, d) Flächenrauhheit

 

Einen anderen Einwand muß man dagegen ernster nehmen, wenn z.B. die Flächenrauhheit im Interferogramm zwar sichtbar ist, aber über das Auswert-Verfahren bzw. dessen groben Punktraster die Fehler nur ungenügend darstellbar sind und trotz hohem  Strehl, der einseitig nur aus der groben Topografie der Fläche resultiert, die Feinstruktur der Flächenstörungen fast ganz unterdrückt wird durch zu große Punktabstände beim Nachzeichnen der Streifen bzw. der Streifenabstände selbst und das Teleskop in  der Praxis nur eine geringe Auflösung erreicht, obwohl bei der Auswertung ein hoher Strehlwert ermittelt wird. Dieser hohe Strehlwert hat nur für diesen Fall  geringe Aussage- Kraft. Diesen Sachverhalt benutzen genau diejenigen Kritker, um dieses Meßverfahren insgesamt in Bausch und Bogen zu verurteilen. Schmidt-Cassegrain-Systeme sind zwar sehr handlich, und für die herkömmliche Fotografie bestens geeignet, durch die optischen Fehler der Schmidtplatte haben diese Systeme oft kräftige Einbußen: Nämlich über  - den Farblängsfehler - den Gaußfehler oder farbabhängige Öffnungsfehler, oft auf 632.8 nm optimiert - die Inhomogenität der SChmidtplatte durch Verwendung von Floatglas - die Inhomogenität der opt. Fläche durch das Ansaugverfahren - grobe Flächenfehler durch die Flächen-Retouche.  Diese Fehler erkennt man sehr eindruckvoll am Rauhheits- oder Lyot-Test. Gerade bei solchen Störungen relativiert sich die Strehl-Ermitt- lung aus einem Inter-ferogramm ganz erheblich. Ich kenne aber kein Verfahren, das diesen Widerspruch auflösen könnte. Deshalb ziehe ich seit langem auch den qualitativen Lyot-Test zu Rate - dessen Vorteile noch lange nicht alle erkannt haben, aber in Frankreich und USA ebenfalls ihre kompetenten Anwender haben. Auch in der Industrie benutzt man mehrere Verfahren zum Nachweis der Flächenrauhheitm also nicht nur das Normaski-Mikroskop. http://www.astro-foren.de/viewtopic.php?t=10 http://www.astrosurf.com/tests/test460/test460.htm#haut  oder Herbert Highstone, USA mit Veröffentlichungen in atm-Lists         Zurück

Gaußfehler = farbabhängiger Öffnungsfehler an einem Zeiss AS 80/840
(Problem bei SC-Systemen ebenfalls)

 

Mindestens ebenso irreführend kann die Frage sein, wie der Strehl bei einem Frauenhofer-Objektiv sein kann, das einen ausgeprägten Gaußfehler hat, also einen farbabhängigen Öffnungsfehler. Selbst wenn sich dann der Strehl auf den visuellen Bereich bei 550 nm wave bezieht und genau nachgewiesen wird, überlegen sich die Puristen, wie die Überkorrektur der blauen Wellenlänge im Strehlwert dargestellt werden soll, als ob nicht jeder wüßte, daß der Standard-FH bei kürzeren Wellenlängen über- und bei längeren Wellenlängen unterkorrigiert ist und es da die typischen Diagramme zum Gaußfehler gibt. Siehe auch Teleskop Optics, Rutten & Venroij, Willmann-Bell 1988, Chapter Six "The Refraktor" http://rohr.aiax.de/ref-rutten.htm http://stoffie.board.dk3.com/2/viewtopic.php?t=165

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Interferogramme sind Höhenlinien-Kartenf

 

Die Topografie einer Landschaft wird auf Karten durch Höhenlinien dargestellt. Bei Interferogrammen werden diese Höhen- linien über Interferenz-Streifen dargestellt. Damit ist die Fläche nur über die Punktlinien erfaßbar, die entlang dieser Streifen gesetzt wird. Die Zwischen-Räume können nur über ein noch zu entwickelndes Phasenshift-Verfahren erfaßt werden.     Zurück