Optik Rechnung mit freien Programmen

Transkript

1 Optik Rechnung mit freien Programmen von der Auslegung eines Teleskops über Analyse und Optimierung bis zu Sterntest und Ronchi Test Vereinsabend, Arnold Egger

2 Anwendung auf praktische Probleme Für fast alle Probleme im Fernrohrbau gibt es irgendwo im Netz kleinere und größere Programme zur Unterstützung Das geht von einer kleinen Excel Tabelle mit ein paar Formeln bis hin zu großen kommerziellen Programmen für mechanische und optische Berechnungen Es soll hier nicht die Theorie breitgetreten werden, sondern an Hand einiger Beispiele die praktische Anwendung gezeigt werden. Ziel ist ein Verständnis der Bildfehler und der praktischen Grenzen, aber auch Lösungsmöglichkeiten Schwerpunkte: Newton, Cassegrain, RC... und Zusatzoptiken, weil für den Amateur am leichtesten herstellbar Komakorrektor Okulare Sonderthema: Vignettierung und Obstruktion (Komakorrigierende) Barlow Apochromaten und Spiegel-Linsen- Teleskope können wir kurz streifen, sie werden jedoch nur von wenigen Amateuren selbst hergestellt. Vor allem die Vergütung ist das Hauptproblem

3 Wo kann uns die optische Berechnung helfen? Auslegung und Analyse Fernrohre mit idealer Optik, also ohne Herstellungsfehler oder Dejustage) Wie groß ist des Bildfeld, welche Fehler treten in diesem Bildfeld auf Bis zu welcher Größe und welchem Öffnungsverhältnis ist eine Optik sinnvoll. Welche freien Durchmesser und Blenden sind sinnvoll Toleranzen und Justage Wie empfindlich ist ein Fernrohr auf Justagefehler und Herstellungsfehler: (Brechzahlen, Radien, Dicke, Oberflächenfehler) Abstände Verkippung / Verschiebung von Komponenten Durchbiegung und thermische Verformung Wie zeigen sich Justagefehler im Bild, was sehe ich bei der Justage

4 100mm Kometensucher praktische Beispiele Farbfehler, Bildfeldwölbung, keine Vignettierung 75mm Newton Firstscope als Sucher für Dobson Kugelspiegel bei 1:4 sphärische Aberration Vignettierung beginnt auf der Achse, Bildmitte knapp (nicht?) ausgeleuchtet Einfache Okulare werden bei 1:4 heillos überfordert 400mm Lowrider Dobson Vignettierung, Obstruktion, Auszugs-Durchmesser, Komakorrektoren Okulare & Korrektoren soviel Aufwand wird getrieben, damit die Sterne bei 1:4.5 im ganzen Gesichtsfeld scharf sind! 500mm Ritchey Chretien STAV in 5 Minuten kommen wir von den Grunddaten über MyCassegrain bis zu Spots in Oslo Simulation von Ronchitest und Beugung/Luftunruhe

5 Programme für die einzelnen Bereiche Auslegeprogramme: MyNewton NewtWin MyCassegrain Refraktor? Vignette Stern und Labor Tests: Focault Test Analysis Openfringe Simulation und Optimierung (durch Raytracing und analytische Ansätze) OSLO LT (max 10 Oberflächen) Zeemax Demo Atmos Demo Winlens? Wellenoptik & Atmosphäre Abberator Verformung und mechanische Auslegung Plop (Spiegel Durchbiegung, Spiegelzelle) Z88 Aurora (Finite Elemente, Spiegel, mechanische Strukturen)

6 Kometensucher 100mm vor & nach Umbau

7 Kometensucher 100mm 1:5, Auslegung Vignettierungsfrei, nur Innenrohr vom Auszug (kurzer Newton Auszug) könnte minimal vignettieren

8 Achromat 100mm 1:7, Spots Farbfehler ist selbst bei 1:7 dominierend, das Auge hat aber ein schmales Empfindlichkeitsmaximum. Daher nur Blausaum. Auf Fotos wird das Problem noch stärker.

9 Farbfehler dominiert Achromat 100mm 1:7, Überblick

10 Firstscope 75mm 1:4 als Sucher Eingabe nach Vermessung Fangspiegel viel zu klein, vermutlich sogar Vignettierung auf der Achse. Etwas optimistischere Werte verwendet für die Berechnung

11 Firstscope 75mm 1:4 als Sucher Berechnung der Fangspiegelgröße und Details Vignettierung Für ein 10mm Bildfeld sind 50% Obstruktion notwendig, bei so kleinen Spiegeln ist 1:4 keine sinnvolle Auslegung Aber praktisch als Sucher am Dobson!

12 Fangspiegel und Hut Auslegung in Vignette 1.2 Überlagerte Vignettierung von Fangspiegel, Hut und Auszugsblende (Rohr, Filter, Korrektor) sind sehr gut dargestellt.

13 Lustige Einlage: kurzer Newton mit Kugelspiegel

14 Lustige Einlage: kurzer Newton mit Kugelspiegel Suchrätsel: Wo sind die Spots geblieben? Fast nicht sichtbar bei dieser Skalierung, ist nur bei geringster Vergr. Brauchbar? Wird aber bei TS mit 4mm Okular (75x) ausgeliefert, bis 100x empfohlen

15 Lustige Einlage: kurzer Newton mit Kugelspiegel Der Himmel ist voller Kometen und Nebel

16 . Dobson 400mm f5, Lowrider Umbau

17 Dobson 400mm f5, MyNewton Für einen großen Dobson ist die Fangspiegel Auslegung viel harmloser.

18 Dobson 400mm f5, Vignette 1.2 Vignettierung durch Fangspiegel am Rand nur auf 84%, Auszugsrohr oder Korrektor Eintritt begrenzen dann scharf auf dem Rand des Bildfeldes für Nagler 31mm.

19 Koma Korrektor für Dobson

20 Koma Korrektor, Spots

21 Komakorrektor, M42 Anschluss Vignettierung

22 Komakorrektor, Unterschied zwischen T2 und M48 gerechnet mit Oslo grün: geht auch durch T2 (ca 37mm freier DM) rot: ausgefallen Kreis: M48 (43mm freier Durchmesser)

23 Okulare werden verkehrt gerechnet Lichstrahlen starten an der Augenpupille. Bildfehler abseits der Achse sind sehr groß gegenüber der Beugungsscheibe. Daher hier nur für max 10 dargestellt, obwohl bis zu 35 habes Bildfeld Quelle: telescopeѳptics.net

24 Erfle Okular, Kurven 20mm Okular bei 1:5, 4mm AP 2mm Astigmatismus am Rand, auch sphärische Aberration

25 Erfle Okular, Spots Fehler einfacher Okulare am Bildfeldrand sind viel größer als die Newton Koma! Bei schnellen Teleskopen sind teure Okulare notwendig.

26 Ross + hyp. Hauptspiegel

27 Ross + hyp. Hauptspiegel

28 Ross + hyp. Hauptspiegel

29 Berechnung Cassegrain Optiken Ein 500mm f10 mit MyCassegrain ausgelegt und in Oslo LT gerechnet als Richey Cretien Cassegrain Dall Kirkham Ohne Korrektorlinsen ist Richey Cretien (komafrei) weit überlegen, Dall Kirkham unbrauchbar. Der Hauptspiegel ist fast parabolisch (conical constant statt -1) Primärfokus hat aber starke sphärische Aberration, ist ohne angepassten Korrektor kaum nutzbar

30 Auslegung mit MyCassegrain als RC, Cass, DK Achtung: Sonderzeichen aus Namen in Datei *.len im Editor entfernen

31 Berechnung RC in OSLO LT

32 Richey Cretien 500 F10

33 Richey Cretien 500 F10

34 RC 500/5000 in Primärfokus f=1400mm

35 RC 500/5000 in Primärfokus f=1400mm

36 Simulation Ronchi Test für Newton Spiegel Eingabe einer fiktiven Messung auf 2 Zonen, damit die Form stimmt (Conic Constant)

37 Simulation Ronchi Test für Newton Spiegel

38 Simulation Ronchi Test für Newton Spiegel Ronchi Okular mit 10 Linien pro mm Trotzt Strehl 0.18 sind die Linien nicht sehr stark gekrümmt bei lichtstarken Spiegeln ist der Ronchi Test recht unempfindlich

39 Simulation Sterntest in Aberrator in Aberrator 3.0 kann man die Beugungsfiguren unter Einfluß von Bildfehlern, Turbulenz und Obstruktion betrachten. Besonders hilfreich ist das Programm zusammen mit dem Buch R.H.Suiter, Star Testing Astronomical Telescopes und zur Interpretation des Sterntests Vor allem die Simulation der Luftunruhe zeigt die Grenzen des Sterntests auf. Leider gehen die Okularfehler mit ein, das Okular sollte also auf der Achse sehr hochwertig sein.

40 Simulation Sterntest in Aberrator reiner Astigmatismus Astigmatismus mit Luftunruhe

41 Literatur und Anschauungsmaterial: Literatur: Harry Rutten, Telescope Optics Uwe Laux, Astrooptik R.H.Suiter, Star Testing Astronomical Telescopes G.D.Roth, Handbuch für Sternfreunde, Band 1 Kriege / Berry, The Dobsonian Telescope Ingalls, Amateur Telescope Making I, II, III Optiken: 75mm Newton Firstscope als 20*75 Sucher für Dobson Paracorr II (Komakorrektor für Newton) Skywatcher Korrektor (Komakorrektor für Newton) ES14 und UW15 Okulare (Größe & Gewicht, Aufwand für und gute Korrektur) Ronchi Okular (Beurteilung sphärische Aberration) Keilprisma (horizontnahe Beobachtungen) Netbook mit Optikprogrammen

42 wichtige Software und Links OSLO EDU kommerzielles Optik Programm, freie Version bis 10 Oberflächen, weit verbreitet, praktisch Standardformat für Amateur Optiken MyNewton, Heiner Otterstedt MyCassegrain, Heiner Otterstedt Foucault Test, Andreas Reifke Aberrator, Cor Berrevoets download Aberrator 3.0 beta: Vignette 1.2, Horia Costache download: Bildfehler & Optiken Server nicht mehr gefunden Atmos, Massimo Riccardi Optik Programm, kostenfreie Demo für Spiegelsysteme geeignet Zemax: kommerzielles Optik Progamm, kostenfreie Demo zeitbegrenzt Winlens basic Plop 3D, David Lewis Z88 Aurora mächtiges Finite Elemente Programm

43 Danke für die Aufmerksamkeit! Es gäbe noch viele interessante Punkte, aber die Zeit ist dafür zu kurz. einen Teil können wir noch in der Buschenschank Mausser besprechen. Ich bin auch sonst gerne für Tipps und Hilfestellungen bereit