Martin Trittelvitz 2001
 
 

Bis dato gibt es im Wesentlichen zwei Sorten von optischen Tests zur Bestimmung der Oberflächenabweichung  von Fernrohrspiegeln:

1.) Die Schattenprobe nach Foucault  und seine Abkömmlinge wie z.B. der Zonentest nach Couder.
2.) Der Ronchitest, sowie der quantitative Ronchitest nach Mel Bartels. http://www.efn.org/~mbartels/tm/software.html

(Siehe auch Foucault und Caustiktest )

Beide haben einen gemeinsamen großen Nachteil: Für Kugelspiegel sind beide Nulltests, d.h. die Schattenprobe nach Foucault sieht eben aus, die Linien im Ronchigramm gerade und parallel. Es müssen da keine Abweichungen in Kauf genommen, korrigiert, nachgerechnet werden.
Die Auswertung besteht aus dem bloßen Betrachten. Sieht das Bild beim Foucaulttest eben aus dann ist der Spiegel kugelförmig. Sind die Linien beim Ronchitest gerade? Es handelt sich um einen Kugelspiegel!

Alles ändert sich wenn man einen Parabolspiegel machen will. Die Linien beim Ronchitest werden verbogen, und zwar für jeden Spiegel anders, für jede Position des Gitters auch. Es ist wie die Vertreibung aus dem Paradies! Alles wird unüberschaubar, kompliziert, schwierig zu interpretieren. So wundert es nicht, daß sich manche Spiegelschleifer Gedanken gemacht haben wo denn der Schlüssel zum Paradiese liegt, wie man wieder zu einem Nulltest kommt.

Nun beim Parabolspiegel ist das ganz einfach: Man mißt im doppelten Durchgang an einer Planplatte, die das Licht des Testgerätes zurück durch die Optik schickt, und damit den Lichtweg umkehrt. Damit wird so ein Test sehr empfindlich, da die Optik ja zwei mal durchlaufen wird. Einmal beim Weg durch die Optik auf die Planplatte dann wieder retour. Damit geht die Optik mit ihren Fehlern zwei mal ein, und der Test zeigt alle Fehler der Optik sehr deutlich.

Wir armen Schlucker haben aber keine Planplatte! Und auch nicht so viel Platz um einen derartigen Versuchsaufbau sinnvoll zu machen.
H.E.Dall ist dabei auf die Idee verfallen, eine Linse in den Strahlengang zu bringen, die die Abweichung der Lichtstrahlen beim Foucaulttest kompensiert. Auch nicht so einfach. Man muß die Linse genau im Strahlengang positionieren. Damit auch der richtige Effekt auftritt, ist der Abstand zur Lichtquelle genau zu berechnen und einzustellen. Auch die Ausrichtung zum Spiegel ist entscheidend. Schließlich braucht man monochromatisches Licht, da sonst der Farbfehler der Linse stört.

Ähnlich kann man das natürlich auch beim Ronchitest machen, aber Eric G.H. Mosby ist auf eine einfachere Lösung gekommen: Er ging von der Überlegung aus, daß ja die Linien beim Ronchitest in einer bestimmten und berechenbaren Weise verbogen werden. Was nun wenn man ein Gitter konstruieren würde,  welches diese Abweichungen ausgleicht? Das sozusagen nach der entgegengesetzten Seite verbogen ist? Dann müßte man es nur am richtigen Ort in den Strahlengang einbringen, und man erhält wieder schöne gerade Linien! Die Auswertung beschränkt sich aufs Anschauen und Beurteilen ob die Linien wirklich gerade sind und wirklich parallel. Zur Zeit Mosby's gab es natürlich keine Computer die wie heute für alle verfügbar sind, und die Berechnung, die Darstellung und den Druck einer brauchbaren Vorlage erledigten. Mosby hat die Linien von Hand berechnet und gezeichnet, dann abfotographiert und die Negative dann als Gitter wie ein Ronchigitter genutzt. Dieses Verfahren war wohl so abschreckend, und damit der Grund dafür daß dieser Test nur von wenigen eingesetzt wurde und weitgehend bedeutungslos blieb.

Nun wir verfügen über einen solchen Computer, und seit "Mark D. Holm" auch über ein komfortables Programm, welches uns diese Linien berechnet und ausdruckt. Lediglich das Abfotographieren mit einer normalen Spiegelreflexkamera auf Diafilm sind geblieben. Das Programm kann hier heruntergeladen werden: http://users.telerama.com/~mdholm/atm/invron/invron.html
Das Programm stellt uns umfangreiche Unterstützung zur Verfügung! Zusätzlich zum inversen Ronchitest sind für den Druck vorbereitet auch: ein gerades Ronchigitter, Messerschneide, Datenausdrucke um das Diapositiv nachher auch unter anderen ähnlichen herausfinden zu können, auch die Darstellung im Negativformat ist möglich, sodaß beim Abfotographieren auch Negativfilm genutzt werden kann. Es ist das Verdienst von Mark Holm daß dieser Test heute uneingeschränkt genutzt werden kann.

Durchführung:
Nachdem man das Programm heruntergeladen hat installiert man es über den Aufruf des Setupprogrammes. Ich hatte hier Probleme, da mein Entpackerprogramm nicht mit langen Dateinamen zurechtkommt, und daher einige Files wegen vermeintlicher Namensgleichheit einfach überschrieb. Daher fehlten diese Files beim Setup, welches daraufhin abgebrochen wurde. Es war mühsam die einzelnen Files jeweils umzubenennen und nach mehrmaligem aufrufen des Entpackers neu zu speichern.

Nachdem das Programm installiert ist, ruft man es auf durch ancklicken des InvRonchi-Ikons.
Man bekommt folgendes Eingabefenster:

Es müssen folgende Eingaben vorgenommen werden:
1.) Maßeinheit wählen: Ich benutze immer Millimeter.
2.) Radius der Kurvatur, nach der Eingabe wird die Brennweite selbsttätig errechnet. (und viceversa)
3.) Durchmesser des Spiegels
4.) Es können auch andere als paraboloide Spiegel getestet werden, Man muß dann die conische Konstante verändern.
 k=0 würde für einen Kugelspiegel stehen, k = -1 bedeutet es handelt sich um eine Parabel.
5.) Versatz der Lichtquelle von der optischen Achse sowohl wagerecht als auch senkrecht eingeben rechts = +, oben = +
6.) Nicht vergessen: Die Eingabe bei Moving source, wenn es sich um ein Testgerät mit bewegter Lichtquelle handelt.
7.) auf der rechten Seite der Maske oben wird der "Grating Offset from Mirror" eingegeben.  Man fertigt sich eine Leiste an, welche wagerecht vor dem Spiegel angebracht wird. in die Leiste werden zwei Nägel symmetrisch zur Mitte als Markierung eingeschlagen. Den Abstand der Nägel von der Mitte trägt man in das o.g.. Feld ein. Die Eingabe erfolgt als Relative Angabe zum Radius, d.h. die Spiegelkante wäre 1.0, das Spiegelzentrum Theoretisch 0, dieses zu wählen wäre allerdings sinnlos, da man hier die Position des Spiegels nicht bestimmen kann. In unserem Fall habe ich die vom Programm voreingestellte Größe 0.912 bestehen lassen.
8.) Danach wählt man die Position des Gitters von der gewählten Ausgangsposition.
9.) und 10.)  Die Anzahl der abgebildeten Gitterlinien kann gewählt werden, und die Breite dieser Gitterlinien relativ zum gesamten Spiegeldurchmesser in Prozent. Voreingestellt sind 3 Linien und 10% Linienbreite.
Schließlich folgt 11.) der Reduktionsfaktor. er gibt an um welchen Faktor das Gitter durch die Abbildung auf einen fotographischen Film verkleinert wird. Voreingestellt sind 100, Das bedeutet daß die Filmebene einer Kleinbildkamera mit 50mm-Ojektiv zum Abbild des Gitters in Form eines Ausdruckes auf Papier genau 510 cm Abstand haben muß. Wähle ich hier die Größe 50 dann wird das Gitter halb so groß dargestellt und ist dann auf dem Film bei einem Abstand von 255 cm genau so groß.
Beim Wählen von "Display" wird das Gitter auf dem Monitor dargestellt, die Wahl von "Print" öffnet eine neue Maske mit der die verschiedenen Optionen des Printmenues bedient werden.
Das Programm verhält sich teilweise etwas merkwürdig, es ersetzt einmal eingegeben Größen scheinbar willkürlich durch eigene Werte, die aber nicht immer notwendigerweise als sinnvoll akzeptiert werden müssen. z.B. ist es günstiger den Radius der Kurvatur als gerade Zahl anzugeben, da diese durch zwei geteilt die Brennweite ergibt. Mit Punkt und Komma kommt das Programm nicht richtig zurecht, daher wird dann aus 1992,5 oder 1992.5 dann schnell 19925, und der ROC wir plötzlich zu 39850mm Das sind aber Ungereimtheiten die in erster Linie auf die unterschiedliche Benutzung der Punkte und Kommas hier und in den USA resultieren. Es empfiehlt sich jedenfalls nach der Eingabe jede einzelne Zahl noch mal zu kontrollieren!

 
 
 
 
 

Aufbau:
Man benötigt zu dem Test eine Vorrichtung die es gestattet eine Lichtquelle mit einer feinen Lochmaske und das gewonnene Gitter präzise auf den Spiegel zu und quer zu ihm zu führen. Dazu reicht schon ein Holzklotz mit einem Alurohr. In dem Alurohr wird die Lichtquelle befestigt, am besten eine 12 V Birne, wie sie heute zur Raumbeleuchtung dient. Vor der Lampe befindet sich eine Bohrung, die das Licht auf eine Lochmaske fallen läßt. Diese stellt man sich aus starken Aluminiumfolie her (Deckel eines Yoghurtbechers) die man mit der feinsten Nähnadel durchbohrt, die man finden kann. Die Unterlage beim Durchbohren muß recht hart sein, damit die Nadel nicht weit in die Folie dringt, dann wird das Loch sehr dünn, die Abbildung des Gitters scharf. Die Messeinrichtung muß nun noch zu Einstellen der Höhe befähigt werden, dazu dreht man ringsum mindestens drei Machinenschrauben (M8) in die Ecken des Trägers. damit läßt sich die Einrichtung präzise in der Höhe einstellen. Natürlich sind viele verschiedene Versionen dieser Messanordnung möglich. Je mehr Aufwand man diesbezüglich treibt, desto einfacher ist die präzise Einrichtung auf den Spiegel und das Gitter möglich
Ausführung:
Man stellt das vom Spiegel reflektierte Lichtbündel auf das Dia mit dem Gitter ein. Nun kann man durch seitliches Verschieben des Gitters den Lichtstrahl mit der senkrechten Suchlinie abdecken. die Suchlinie bildet auf dem Spiegel einen Kreis welchen man durch Verschieben des Messgerätes auf den Spiegel zu oder von ihm weg auf die oben angegebene Position bringt, hier 0.912 % es Spiegelradius.
Man sieht nun auf dem Spiegel einen konzentrischen  dunklen Ring, der genau über die o.g. Nägel der Markierungsleiste (engl. Pinstick) läuft.
von dieser Ausgangsposition verschiebt man das Gitter, und bei bewegter Lichtquelle auch die Lichtquelle um den eingegebenen Betrag zu Spiegel hin, hier 2,93mm (Mit Messuhr ohne weiteres möglich).
Durch heben oder senken der Messanordnung wird der Reflektierte Lichtstrahl jetzt mit dem Gitter in Deckung gebracht. Beim Betrachten es Spiegels durch das Gitter hindurch muß man nun absolut gerade und parallele Linien die über den ganzen Spiegel laufen sehen.
Eine ganz entscheidene Eigenschaft besitzt der vorliegende Test übrigens vor allen anderenn Verfahren, die mir zur Verfügung stehen: Es ist nicht erforderlich den Testaufbau unmittelbar auf der optischen Achse zu realisieren. Dazu benötigt man einen Strahlenteiler, der den ausgehenden und den ankommenden Lichtstrahl zur Deckung bringen kann. Das vorliegende Programm gleicht die seitliche Verschiebung mit aus, Man gibt die horizontale und vertikale Verschiebung in der Maske ein, das Gitter gleicht diese aus. Dazu ist natürlich erforderlich, daß man das Gitter auch in der richtigen Orientierung benutzt, d.h. die gedruckte Seite muß in aufrechter Position  abgelichtet werden, das Negativ oder Dia muß ebenfalls aufrecht und mit der Schichtseite zum Spiegel hin benutzt werden. Dann aber gibt es keine astigmatische Verformung des Bildes mehr, die gewöhnlich durch den kleinen Winkel entsteht zwischen Lichtquelle und  Gitter oder Messerschneide entsteht.

Interpretation:
Eigentlich ganz einfach: Sind die Linien parallel dann ist der Spiegel überall richtig korrigiert. Sind die Linien in Form einer Kornährengarbe gerafft, dann ist der Spiegel unterkorrigiert, Sind sie tonnenförmig, dann ist der Spiegel überkorrigiert. Dabei ist entscheidend, daß das Gitter die präzise Position relativ zum Spiegel und der Lichtquelle einnimmt, da auch sonst die Linien gebogen sein können.
Auch Zonenfehler und TDE müßte man jetzt sehr deutlich sehen können.

Das hört sich nun ziemlich kompliziert an, hat man ein stabiles Gerät gebaut, eine starke Lichtquelle und ein sehr feines Nadelloch davor, dann ist dieser Aufbau gar nicht so kompliziert . Gute Dienste kann hier der Kreuzsupport einer ausgedienten Drehbank leisten.
Es bleibt zu untersuchen ob die Methode präzise und empfindlich genug ist einen Fernrohrspiegel beugungsbegrenzt herzustellen, bzw. festzustellen bis zu welcher Größe und Brennweite ein Spiegel mit dieser Methode getestet werden kann. Wünschenswert wäre eine Liniendichte von ca. 10 Linien / Millimeter, um eine Auflösung von ca. 1/4 Lambda zu erhalten. (Analogie aus dem Ronchitest). Dann müßte das Abbild des Gitters auf dem Film allerdings ca. 1/2mm breit sein, damit wird es ziemlich schwierig, das Gitter präzise genug auszurichten.
Auf jeden Fall eignet sich diese Methode um einen Spiegel erst mal bis an eine Schwelle zu bekommen, wo dann noch feinere Messmethoden wie der Drahttest (dazu später) oder der Caustik-Test den letzten Nanometer der Wegstrecke begleiten müssen.
Der nicht zu unterschätzende Vorteil der Methode ist die Tatsache, daß  man bis dahin völlig ohne Schmierzettel, Kugelschreiber und Datenverwechslungen auskommt. Wenn man einmal die Maske für einen bestimmten Spiegel hergestellt hat, dann braucht man keine Messergebnisse mehr verarbeiten

Praktische Erfahrungen:
Ich habe diesen Test an einem 17,5-Zoll f4,5 Spiegel durchgeführt.
Dazu habe ich wie oben beschrieben ein inverses Ronchigitter hergestellt. Den Offset habe ich auf einen Wert von 0,812 eingestellt, da ich zu diesem Wert passend eine Markierung auf dem Pinstick habe. Die Null-Position ist 7 mm zum Spiegel hin. Im Printmenue kann man auch den Ausdruck als Negativ wählen, das habe ich genutzt, da ich die Vorlage mit SW Negativfilm abfotogtaphieren wollte. Man kann ebensogut einen Diafilm wie z.B. Kodak Elitechrom 100 verwenden, man muß aber die Verzögerung von zwei Tagen zum Entwickeln in Kauf nehmen.  Der Schwarzweisfilm kann man ganz einfach in der Küche selbst entwickeln.

Zusätzlich habe ich neben das inverse Ronchigitter auch noch ein gerades Ronchigitter gestellt, dazu ein Schwarzes Kreuz mit einem Quadrat in der Mitte. Dieses kann man benutzen um die herkömmliche Schattenprobe nach Foucault in unterschiedlichen Durchmessern durchzuführen. dabei ist es möglich Astigmatismus weitgehend auszuschließen. Zusätzlich habe ich ein Blatt dazugestellt, auf dem eine Kennummer so groß aufgedruckt ist daß das Dia später identifiziert werden kann. Ein weiteres Blatt ist mit schwarzen Linien unterschiedlicher Breite versehen, die auf dem Dia abgebildeten Linien kann man dann zum Drahttest verwenden. So bekomme ich ein Dia welches mir ermöglicht ganz unterschiedliche Tests ohne großen technischen Aufwand durchzuführen, einem einzigen Test würde ich auf keinen Fall vertrauen! ich bin von  Hause aus Segler, und  Segler trauen ihrem eigenen Hintern nicht!

Das Dia habe ich mit einem Agfa apx25 Film gemacht und mit Documol entwickelt. Die Vorlagen habe ich dazu einfach an eine Tür mit Klebeband befestigt, mich mit der Kamera im richtigen Abstand davorgestellt, und mit Blitzlicht belichtet. Ich habe eine Belichtungsreihe gemacht von Blende 2,8 bis 5,6, es zeigte sich aber, daß dies gar nicht notwendig war, da alle Negative gut belichtet, scharf und kontrastreich waren.

Die Durchführung des Testes  gestaltet sich ganz einfach. Man stellt das Dia so in den Lichtstrahl, daß dieser auf die senkrechte Suchlinie über oder unterhalb des Inversgitters fällt. Diese Linie sieht man nun wenn man durch das Dia auf den Spiegel sieht, als Kreis mit einem senkrechten Strich auf den Spiegel projeziert. Man stellt den Abstand des Gitters vom Spiegel jetzt so ein, daß dieser Kreis durch die gewählte Zone geht also durch die Markierungen auf dem Pinstick, die man bei der Berechnung des Gitters gewählt hat. Nun verschiebe man das Gitter zum Spiegel hin um den Betrag den man dafür vorgesehen hat (hier 2,93 mm). Ich kann diese Strecke genau mit der Messuhr kontrollieren.

Durch verschieben des Gitters nach oben (bzw unten) wird das inverse Ronchigitter in den Strahlengang geschoben. Wenn alles richtig gemacht wurde dann passt das Gitter genau in der Größe auf den Spiegel. das Gitter muß genau zentriert werden, plötzlich erscheinen die Linien gerade und parallel zu sein. Bei meinem Spiegel sieht der zentrale Bereich etwas gerafft aus, das zeigt daß der Spiegel hier etwas unterkorrigiert ist. Genau wie ich es auch mit dem Drahttest bereits festgestellt hatte.

Es bleibt den Spiegel jetzt zu korrigieren und zu sehen ob diese Abweichung dann auch noch zu sehen ist. Auf jeden Fall gebe ich dem Mosby-0-Test  den Vorzug vor dem "quantitativen Ronchitest". Bei diesem werden die Ronchigramme von mehreren Gitterpositionen berechnet und mit den tatsächlich vorhandenen Ronchigrammen verglichen. Das Verfahren ist durch das Aufsuchen mehrerer Positionen des Gitters deutlich aufwendiger. Zudem kann ich sehr viel sicherer entscheiden ob eine Linie parallel zu einer anderen verläuft, und ob sie gerade ist, als ob mehrere Linien genau so verlaufen, wie auf einem Computerausdruck vorausberechnet. Die Herstellung eines passenden Gitters ist jedenfalls keine Hürde, auch wenn es für jeden Spiegel neu gemacht werden muß. Mit dem neuen Programm kann man die Vorlage in 10 Minuten erstellen, das Abfotographieren und entwickeln dauert maximal 2 Tage, wenn man selber entwickelt etwa 1 Stunde.

Ich habe nun auch die Empfindlichkeit getestet: Dazu habe ich erst mal festgestellt, wie sich die Brennweite ändern muß, damit eine Abweichung von 1/4 Lambda dabei herauskommt. Bei dem Spiegel den ich gerade bearbeite sind das 1900 mm statt 1992.5 mm, die Differenz finde  ich erstaunlich hoch!
Ich habe dann zwei identische Gitter berechnet eines für die tatsächliche Brennweite, eines für die falsche, zu kurze Brennweite. Ich habe davon zwei Paare gemacht, eins für eine intrafokale Position, eins für eine extrafokale Position. Ich habe beide Paare im Test gegeneinander verglichen. Bei beiden Gittern konnte man im Test einen feinen aber sichtbaren Unterschied erkennen.  Sowohl intra- als auch extrafokal konnte Ich bei den "falschen Gittern" eine ganz leichte garbenförmige Deformierung der Linien erkennen. Der Unterschied ist nicht groß, aber doch deutlich erkennbar.
Ein weiteres Merkmal ist ebenso deutlich zu sehen: (extrafokal deutlicher) Das nach dem Programm hergestellte Gitter passt mit einem ganz kleinen Überstand genau in den Spiegel hinein. Das für die abweichende Brennweite berechnete Gitter ist an der exakten Position deutlich zu groß!
Genau das ist der Grund warum das relativ aufwendige Positionierungsverfahre in Kauf genommen werden muß. Wenn man ein Gitter einfach nach seiner Größe in den Lichtkegel einpasst, dann kann ein und das selbe Gitter bei ganz ähnlichen Brennweiten ebenso gerade Linien ergeben, ohne daß der Spiegel auch richtig korrigiert ist.

Ich kann also sagen bei meinem 17,5" f/4,5 Spiegel bin ich in der Lage eine Abweichung von unter 1/4 Lambda zu erkennen. Für einen guten Spiegel ist dieses Verfahren absolut ausreichend. Gleichzeitig kann ich bei meinem Spiegel auch keine sichtbare Abweichung mehr erkennen und erkläre ihn daher für fertig! Aber wie schon gesagt, ich würde mich nie auf einen Test allein verlassen und mit Zonentest oder Drahttest gegenprüfen.

Nachtrag:
Ich habe den o.g. Versuch mit Gittern unterschiedlicher Position durchgeführt. Die Empfindlichkeit des Tests nimmt deutlich zu, wenn die exakte Gitterposition in unmittelbarer Nähe des Zentrums der Kurvatur befindet. Wie das ja auch aus dem Ronchitest für Kugelspiegel bekannt ist, bei dem die Empfindlichkeit am größten in unmittelbarer Umgebung des Durchganges liegt. Dabei kann man in Kauf nehmen, daß die Linien im Zentrum des Spiegels einfach verschwinden ( das entspricht dem o.g. Durchgang, findet beim Parabolspiegel naturgemäß in jeder Zone auf einer anderen Position statt.) Man kann ja mit einem zweiten Gitter welches diese Partie gerade noch darstellt ( 1mm weiter zum Spiegel hin ) die Lücke schließen. Meine Ausdrucke mache ich inzwischen so daß ich das Gitter und die Idenftifizierungsnummer auf die Vorderseite, die Gitterdaten auf die Rückseite drucke. das reduziert die Menge an produziertem Papier erheblich. Die Fotos entstehen auf einem schwarzen Hintergrund, links ein gerades Gitter, rechts mein Astigmatismuskreuz. Ich muß mal mit verschiedenen Mustern experimentieren. Beispielsweise könnte man ein Gitter mit senkrecht und wagerecht kreuzenden Linien auf Astigmatismus testen.

Quellen:

Ingals;" Amateur Telescope Making",3 Bände,  Wilman Bell

Mark D. Holm, " InvRon - Inverse Ronchi Grating; Program"  http://users.telerama.com/~mdholm/atm/invron/invron.html
               "InvRonHelpText.htm";  Helpfile zu dem o.g. Programm, wird mit dem Programm runtergeladen.

Eric G.H.Mosby / R.E.Cox / Roger Sinnott ;   "Gleanings for ATM's, Photographing the Grating," from "A Ronchi Null Test for Paraboloids" . Sky and Telescope, November 1974