Optimierung der Scheinerscheibe zum einfacheren Fokussieren

Die Scheinerscheibe (im Englischen Sprachraum auch Hartmann-Maske genannt) ist ein einfaches und billiges Werkzeug, um das Teleskop für die Fotografie zu fokussieren. Man nimmt im einfachsten Fall eine Pappscheibe, die die Teleskopöffnung abdeckt, schneidet zwei runde Löcher hinein und plaziert die Scheibe vor der Teleskopöffnung. Wenn das Teleskop defokussiert ist und man auf einen helleren Stern schaut, dann sind zwei Abbilder des Sterns in einem gewissen Abstand zu sehen. Nähert man sich dem Fokus, verringert sich auch der Abstand der beiden Sternbilder, bis sie sich im Fokus treffen und ein einziger runder Stern zu sehen ist. Eine Weiterentwicklung ist die modifizierte Scheinerscheibe, bei der die runden Löcher zu einem waagerechten und senkrechten Balken werden. Diese Kreuzschlitzmaske hat viele Vorteile, aber mag manch einem noch nicht genau genug sein. Deswegen habe ich versucht, experimentell eine Schlitzgeometrie zu finden, mit der einfacher zu erkennen ist, wann sich der senkrechte Schlitz genau in der Mitte des waagerechten befindet. Dazu wurde die Geometrie der Schlitze systematisch verändert. Das Ziel war, daß sich im Fokus ein senkrechter Strich mit einem X exakt in dessen Kreuzungspunkt schneidet.



In der obigen Sequenz ist links die Maske dargestellt und dann drei Bilder eines hellen Sterns fernab vom Fokus, bei der Annäherung an den Fokus und im Fokus. Während fernab vom Fokus die Form der Schlitze wiedergegeben wird, werden kurz vor dem Fokus bereits die "Spikes", Beugungsfiguren durch Beugung des Lichts am Spalt sichtbar. Außerhalb des Fokus sind sie doppelt, im Fokus schmal und mit variierender Helligkeit. Am erstaunlichsten mag aber sein, daß der senkrechte Schlitz einen waagerechten Spike produziert.



Um dieses unerwartete Verhalten zu analysieren wurde die Maske etwas verändert und führte dann zur obigen Sequenz. Wieder stehen die Spikes im Fokus senkrecht auf den Schlitzen. Das erklärt, warum dieser umstand bei einer rechtwinkligen Anordnung der Schlitze gar nicht auffällt, da ja dann die Spikes auf den jeweiligen anderen Schlitzbildern zu liegen kommen.



Damit ist klar: Der eine Schlitz muß waagerecht in die Maske geschnitten werden, damit er im Fokus einen senkrechten Spike erzeugt. Am einfachsten konnte ich das in meiner Versuchsmaske lösen, indem ich aus dem senkrechten Schlitz links ein Kreuz in Form eines Pluszeichens machte. Und siehe da: Probleme gelöst, im Fokus erscheint ein senkrechte Spike, der die übrigen Spikes in deren Kreuzungspunkt schneidet. Aber würde der Spike bei geringfügigen Abweichungen vom Fokus auch deutlich sichtbar seine Position ändern?



Die obige Sequenz zeigt das Resultat des Experiments, bei dem der Fokus ganz leicht in beide Richtungen verändert wurde. Der senkrechte Spike verändert signifikant seine Position relativ zum Kreuzungspunkt der anderen Spikes. Ziel erreicht! Es fällt dabei auf, daß die Spikes umso schärfer und deutlicher dunkle Unterbrechungen zeigen, je genauer der Fokus erreicht ist.



Aus den ganzen Experimenten ist ersichtlich, daß der senkrechte Schlitz überflüssig ist, und daß es auf den waagerechten Schlitz ankommt. Deswegen habe ich meine Maske für den Refraktor letztendlich wie oben links gezeigt modifiziert. Analog dazu wurde die Maske für das C9 wie oben rechts gezeigt modifiziert. Die Schlitze des "X" wurden einzeln in die Maske geschnitten, was bei dem etwas spitzeren Kreuzungswinkel zu mehr mechanischer Stabilität der Maske führt. Die Figur der Schlitze ergibt jetzt ein auf der Seite liegendes Y.



ALLES NUR PHYSIK:

Es klang oben schon verschiedentlich an. Das Phänomen, mit dem wir es hier zu tun haben, heißt Beugung am Spalt. Eine Punklichtquelle, als die wir einen Stern auffassen können (ein Laser täte uns den gleichen Gefallen), wird in eine Kette von Abbildern senkrecht zum Spalt aufgespalten. Die Intensität der Bilder der Punktquelle nimmt dabei mit zunehmendem Abstand ab. Der Abstand der Abbilder hängt dabei von der Spaltbreite ab.

Es ist die gleiche Physik, die beim Einfall des Lichts einer Punktquelle in eine Lochblende zu konzentrischen, kreisförmigen Abbildern der Punktquelle führt, wobei die Abbilder mit zunehmendem Abstand schwächer werden. Dieses Phänomen ist nichts anderes als die Beugungsringe eines Sterns bei höherer Vergrößerung betrachtet!

Übrigens: Die paralle Anordnung von mehreren Spalten, also ein Gitter, verändert nicht den Effekt, sondern erhöht nur die Intensität der Abbilder der Spikes. Und diese Modifikation der Schlitzmaske ist vor Kurzem als Bahtinov-Maske bekannt geworden.

 

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