Planspiegel 32 cm

Der fast fertig retouchierte 32.5 cm Planspiegel in seiner Holzkiste. Der ausgebohrte Zapfen ist noch nicht entfernt.

Durch die Arbeit von Alois Ortner habe ich mich von den Vorteilen eines grossen Planspiegels für jegliche Testarbeit überzeugt.
Ein solcher erlaubt die Prüfung von allen Teleskopoptiken in Autokollimation, die Prüfung von Parabolspiegeln als Nulltest - Zonenmessungen ade! - , sowie die exakte Kollimierung beliebiger Systeme. Voraussetzung ist, dass der Spiegel möglichst exakt plan und zonenfrei ist.
Krümmungsradien von besser als etwa 40 km sind anzustreben. Wenig Krümmung beeinträchtigt die Messung von Systemen kaum. Wichtiger ist die Zonenfreiheit, die besser als Lambda/10 PTV betragen sollte. Ein Wert, der bei Spiegeln dieser Grösse für Amateure nicht einfach einzuhalten ist.

Als Spiegelträger verwende ich BVC-Glas (Black Vitrefied Ceramic) von einer Kanadischen Firma. Dieses Material hat etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Duran von Schott, dessen Beschaffung leider schwierig geworden ist, seit Schott keine Standard-Rundscheiben in Amateurgrössen mehr lagert. Die Wärmeleitfähigkeit von BVC ist wesentlich höher, wodurch der Spiegel schneller auskühlt. Dies ist sowohl beim Prüfen als auch im Gebrauch von einigem Nutzen. Dank seiner Weichheit schleift und poliert sich das Material sehr schnell. Es ist dadurch allerdings auch kratzerempfindlicher als Duran. Es ist ausserdem recht kostengünstig. Ein Nachteil ist vielleicht, dass die Platte aus drei Schichten gesintert ist. Dazwischen sind kleine Einschlüsse, wahrscheinlich Luftblasen, sichtbar. Diese könnten sich bei Temperaturwechseln bemerkbar machen. Vor allem würden sie stören, wenn sie beim Schliff von tiefen Wölbungen zum Vorschein kämen. Bei meinem Planspiegel habe ich keinen nachteiligen Effekt bemerkt.

Zum Einsatz in Autokollimation muss der Spiegel zentral durchbohrt sein. Dies geschieht nach dem Grobschliff mit einer geschlitzten Bohrbüchse (Stahlrohr) und Karborundum an der langsam laufenden Bohrspindel und ist bei einer Plattendicke von (in diesem Fall) 34 mm in weniger als einer Stunde erreicht. Die Ränder der Bohrung werden angefast, der ausgebohrte Kern wird anschliessend wieder eingegipst und nach dem vollständigen Durchtrocknen mit Wachs abgedichtet gegen Feuchtigkeit.


Oben: Am fertigen Spiegel ist der Zapfen entfernt. Ganz rechts die Bohrbüchse aus Stahlrohr.

Der Schliff erfolgte aufwendig nach der Dreiplattenmethode: Der Spiegel und zwei Schleifschalen (ein Tiletool und eine Gusseisen-Planscheibe) werden in allen Kombinationen abwechselnd aufeinander geschliffen. Die Planizität am Ende des Feinschliffs erreicht etwa 1/1000 mm.
Zur Politur verwendete ich verschieden grosse Tools: eines mit vollem Durchmesser, aber meist leicht reduziertem Rand, ein kleineres Tool mit etwa 20 cm Durchmesser, und für Lokalretuschen ein 95 mm Tool mit rosettenförmiger Facettierung. Gearbeitet wurde in der Regel mit Spiegel unten.

Der sphärische Testspiegel: Durchmesser 32.5 cm, Radius ca. 5700 mm

Diesen hatte ich zunächst und eigens zur Prüfung des Planspiegels hergestellt. Schliff und Korrekturen erstreckte sich infolge unseres Umzugs über zwei Jahre. Die letzten Korrekturen hatten es in sich: Die Zonenretuschen mit Wattebausch, abwechselnd mit der Bearbeitung unter dem vollen Tool, dauerten Wochen. Schliesslich, im Februar 2002, waren etwa lambda/20 erreicht und eine fürchterlich zerfurchte Oberfläche, die von vielen Kratzern herrührt, welche sich nach so langer Arbeit unter wechselnden räumlichen Umständen und auf ziemlich harter Pechhaut kaum vermeiden liessen. Entscheidend ist für diesen Zweck aber die genaue Sphäre; die Kratzer stören nur im kosmetischen Sinn. Anders wäre es bei einem Teleskopspiegel, wo diese Kratzermenge deutlich wahrnehmbares Streulicht erzeugen würde. - Hier wird deutlich, wie empfindlich der Foucaulttest bei langen Radien ist. Lambda/20 sind problemlos zu sehen.

Oben: der fertig korrigierte sphärische Testspiegel. Durchmesser 324 mm, Radius 5703 mm. Die Restfehler liegen in der Grössenordnung von lambda/20.

Versilberung des sphärischen Spiegels
Bei dreimaliger Refelxion an unverspiegelten Glasflächen kommen nur etwa 0.0064 % des Lichts zurück - zuwenig für einen Test mit normaler Halogenlampe. Wenn der sphärische Spiegel versilbert ist, sind es immerhin 0.15 %, was für den Test unter verminderter Raumbeleuchtung ausreicht. Die erheblichen Kosten für eine fachmännische Aluminisierung habe ich mir gespart, da die Sphäre ohnehin später zu einem Teleskopspiegel umgearbeitet wird. Eine Versilberung kostet einen Bruchteil (wenige Fr.) und kann selbst gemacht werden...

Anleitung zum chemischen Versilbern von Glas hier

Politur und Prüfung des Planspiegels: Foucaulttest
Die Prüfung erfolgt nach Texereau gegen den langbrennweitigen Kugelspiegel unter einem Winkel von 45°. Jede Abweichung vom Planum zeigt sich im Okular mit dem künstlichen Stern als Astigmatismus; im Foucaulttest können die geringsten Zonenfehler erkannt werden. Die Prüfung ist doppelt empfindlich, da das Licht an der Planfläche zweimal reflektiert wird. Die Planizität der Fläche ist unter dem Foucaulttestaber nicht direkt messbar, nur Zonenunterschiede!

Zwei Stadien der Korrektur des Planspiegels. Prüfung gegen Sphäre unter 45°.

Politur und Prüfung des Planspiegels: Okulartest
Eine Punktlichtquelle (künstlicher Stern) erzeugt ein astigmatisches, strichförmiges Bild, wenn der unter 45° angeordnete "Plan"spiegel eine Krümmung aufweist. Konkav oder konvex? Dies ist an der Lage der astigmatischen Figur abzulesen. Die Faustregel lautet:
HIVO konvex (Horizontal Inside, Vertical Outside = convex).

Oben: Astigmatisches Bild des künstlichen Sterns im Okular.

Wie viel Astignmatismus bedeutet wieviel Krümmungsradius? Für die Formel siehe Texereau. Bei meinem Spiegel bedeutet eine astigmatische Differenz von 1 mm (wenn sich Lichtquelle und Okular gemeinsam verschieben - deutlich zu sehen und auch messbar!) einen Krümmungsradius von 44 km. Das wäre eine Wölbtiefe von lambda/2. Die Prüfung ist bei Radien ausserordentlich empfindlich. Um festzustellen, welche Zonen plan (also mit Radius von wenigstens 100 km) sind und welche noch einen merklichen Radius aufweisen, habe ich den Spiegel mit verschiedenen Ringmasken abgedeckt und die Abbildung des künstlichen Sterns im 7.5 mm Okular beobachtet.- Auf dieselbe Weise kann man z.B. auch seinen Fangspiegel gegen den Teleskopspiegel prüfen und schauen, ob der wirklich plan ist. Abweichungen von mehr als lambda/2 kommen durchaus vor und machen sich in der Abbildung gnadenlos bemerkbar.

Spiegelprüfstand

links der Planspiegel, rechts der versilberte sphärische Spiegel. unter 45° zueinander stehend. Die Vorrichtung erlaubt mit Stellschrauben die millimetergenaue Positionierung des Reflexes auf den 3 m entfernten Prüfstand. Die Spiegelscheiben sind mit einem Dicken-Durchmesser-Verhältnis von rund 1:10 ziemlich flexibel. Die Durchbiegung sieht man in der Foucaultprüfung bereits als "dicken Bauch" in der unteren Spiegelhälfte. Der Betrag ist aber verschwindend gering und spielt keine Rolle.

Durch das Entfernen des Zapfens hat sich die Figur zum Glück nicht verändert.

Nachdem sich das Projekt über 3 1/2 Jahren hingezogen hat, ist die Endprüfung ein besonderer Anlass (siehe ganz unten). Besser als lambda/8 PTV, lautet das Verdikt des Fachmanns. Gerade noch gut genug für die Autokollimation, wo die Fehler des Teleskops doppelt, die des Planspiegels nur einfach zur Wirkung kommen.

Zum Schluss muss ein schönes Kistchen gebaut werden für sichere Verwahrung und Transport. Ab zum Aluminisieren! Wo? Natürlich hier!

Prüfung des fertigen Spiegels in Autokollimation gegen einen hochgenauen Parabolspiegel am 19. Juli 2003 durch Alois Ortner.

Der Foucaulttest in Autokolli- mation gegen einen hochpräzisen Parabolspiegel. Flächenfehler des Paraboloids erscheinen mit "doppelter Gemeinheit".	Der Lyottest (Phasenkontrast) zeigt die kombinierte Rauhigkeit der Oberflächen von Prüfling und Referenzfläche	Prüfstand. Im Hintergrund der hochgenaue 40 cm-Parabolspiegel.
Interferogramm mit roter Laserdiode bei etwa 650 nm Wellenlänge	Auswertung: aus dem Interferogramm wird eine Oberflächenkarte gewonnen	Messeinrichtung und Kamera hinter dem zu prüfenden Planspiegel