Einzellinsenrefraktor aus dem 17. Jahrhundert

[OviAstro]

Hello, dear stargazers, here is an introduction from me.

My name is Cotcas Ovidiu, and I am an amateur astronomer from Romania. I have a deep passion for the history of astronomy, optics, building my own instruments, and especially for reconstructing 17th-century telescopes.

In this thread, I want to explore the fascinating world of 17th-century single-lens refractors and their modern recreations, as well as share insights from my observations with these instruments. These early refractors were used from the early 17th to the mid-18th century and were known for their extremely long focal lengths, designed to minimize chromatic aberration. Over the past decade, I have built a variety of single-lens telescopes, with focal lengths up to 12 meters, in both open-tube and closed-tube designs. My primary focus is on recreating 17th-century lenses using authentic historical methods, carefully combined with modern techniques. This year, I began my largest optical reconstruction project to date—I am the first person I know of to polish lenses on paper with dry CeO₂ powder, exactly as described in 17th-century sources. I worked so intensively and very carefully to achieve good visual quality in the end.

Reconstructing these instruments is extremely challenging. In the 17th century, opticians guarded their manufacturing secrets closely, so very few detailed technical records survive. My research began with a search for rare historical sources. Fortunately, I found references from 1640 to 1650 describing the polishing of lenses on paper (cloth) – the primary method after 1640, used by masters such as Giuseppe Campani, Eustachio Divini, Christiaan Huygens, and Giovanni Borelli.

At the beginning of the 17th century, lenses were polished on felt, and this method, as we know, does not produce good optical quality and is more like a crude polish. These were the first lenses available to Galileo to make his discoveries; out of a number of 50 to 60 lenses, only two or three were of good quality.

Below is the felt polishing as it was done at the beginning of the 17th century, using a wet cloth soaked in Tripoli.



After 1640, paper was introduced for polishing, which made a crucial difference (there was a gap in astronomical discoveries between 1600 and 1640). This led to the discovery of new phenomena such as Jupiter's cloud band, the Cassini Division, the Great Red Spot, etc.

I experimented with paper; it's significantly better and adapts very well to the tool, resulting in optimal contact between the lens and the paper. Paper and pitch, which offer rigid polishing surfaces, tend to flatten these areas over time, creating spherical surfaces. Felt (in my experience) doesn't cause these areas. However, it contributes little to their flattening because felt provides a pliable lapping surface. It conforms to all surface irregularities, so these don't disappear over time.

Below is an illustration of the paper polishing technique used in the mid-17th century with dry Tripoli.




My first reconstructed lens set had a diameter of 47 mm, with focal lengths from 1320 mm to 3113 mm and a working aperture of 40 mm, resulting in a chromatic index of 1.9–2, almost identical to Campani's original lenses. These lenses were very similar to those Cassini had used at the Paris Observatory.

To make these lenses, I grind three lenses simultaneously on one side of a glass mold that is twice its diameter (96 mm). Once I've finished that side, I turn it over and grind three more lenses on the opposite side of the same mold—a total of six lenses from a single mold. In the 17th century, craftsmen used oversized brass or copper molds, and this technique remained standard until around 1700, when Hartsoeker introduced glass molds and double-sided grinding on the same mold, just as I do today.

For polishing, the paper is glued to the concave shape with either a water-based superglue or gum arabic, depending on preference. Gum arabic in combination with homemade adhesives was commonly used for this purpose in the 17th century; for example, Giuseppe Campani used gum arabic along with Fabriano sandpaper for his polishing work. The gluing and pressing process is extremely quick, typically taking 2-3 minutes, followed by a curing time of 10-20 minutes, depending on the thickness of the adhesive. Only then can polishing begin. The polishing process itself is remarkably simple and elegant: A small amount of CeO₂ powder is sprinkled onto the paper with a fine brush, then gently pressed and evenly distributed with the lens. After a single rotation around the work area, full contact is achieved, and polishing can continue. Polishing continues until the paper is worn and loses its effectiveness, at which point it is replaced. On average, the paper needs to be changed about five times per lens to achieve a complete polish.
Only old paper is suitable for the polishing process, ideally very smooth paper from old books. Not every paper is suitable; some can even abrade the surface. Therefore, you have to choose the best paper. It takes trial and error until you find the right paper for the best effect.
Below are pictures from the lens manufacturing phase. I produced a large number of lenses, ranging from 1300 mm focal length down to 3.5 mm, with a maximum diameter of 52 mm and a focal length of 3.5 to 3.2 mm. Interestingly, by polishing with paper, I achieved an almost identical Ronchi pattern to that produced by Campani lenses.

Since I need a large number of lenses, I will be selling some of them, as I will be resuming work on manufacturing larger lenses with longer focal lengths next year.

 

[Ursus corpulentus]

Welcome, brother of the stars!

Tally ho!
Urs

 

[OviAstro]

Thank you!

Here are my telescopes, which I built and used for observations with the lenses I made myself.

Thank you so much for your support! Here are some videos I recorded with my telescopes:

32/1530 mm Campani replica refractor, 122x magnification, handheld camera at the eyepiece.

- YouTube

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hjBk

And here is the view through the aerial telescope (46 mm diameter, 3240 mm focal length, 160x magnification, handheld eyepiece + smartphone support).

Luna prin luneta aeriala 46/3240mm 160x

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Luna prin luneta aeriala 46/3240mm la 160x 2

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Videos were recorded with the 2.2 m and 2.1 m long telescopes, whose lenses have the same aperture of 37 mm.
The 2200mm focal length lens was polished on paper with dry CeO₂.
The 2140mm focal length lens was polished on felt soaked in CeO₂.

The Moon through the paper polished lens 37mm diameter and 2.2m focal length 88x

The Moon with the paper polished lens nr 2 at 37mm diameter and 2.2m focal length 25mm Kellner 88x

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The Moon with the felt polished lens 37/2140mm 106x

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Manufacturing these lenses was a great experience.

I have now completed a series of seven lenses, which I have polished on felt, paper, and pitch. Four lenses have a diameter of 47 mm and focal lengths of 2.2 m and 2.1 m, respectively; the three larger lenses have a diameter of 52 mm and focal lengths of 3.5 m to 3.4 m. These were also polished on felt, paper, and pitch to highlight the differences. In addition, I have polished three more lenses with a 47 mm diameter and focal lengths of 1320 mm and 1300 mm on felt, paper, and pitch. The 1300 mm lens, polished on felt, is used with a 25 mm diameter eyepiece and a 30x magnification Galilean eyepiece. This is a highly authentic Galilean telescope, whose lenses were manufactured using 17th-century techniques.

This meant I couldn't see Jupiter's cloud bands, only the planet's small disk and its moons. The same was true for the Galilean eyepiece. Saturn was indeed very small; at 30x magnification with a 43mm plano-concave eyepiece, its rings appeared as a sharp line. (Deep-sky objects like the Pleiades and the Perseus Double Cluster are only visible in fragments as you scan the cluster. The Galilean eyepiece's field of view is so small that it's difficult to see and locate deep-sky objects.) The moon, on the other hand, appeared very close, almost as if you could touch its surface. The view is presented in sections with a very clear image and low chromatic aberration at 30x magnification and high brightness.

The paper-polished 1320 mm focal length lens delivers improved images with good contrast and beautiful, round Airy disks at a 28 mm aperture. Jupiter's cloud bands are visible at 52x magnification with a 25 mm Kellner eyepiece and at 66x magnification with a 2 mm Plössl eyepiece, even with the Galilean eyepiece (plankonca eyepiece) at 30x magnification. Jupiter is visible, and with the 25 mm and 20 mm eyepieces, the cloud bands are very clearly discernible, and the gaps between them are visible.

Pitch-polished lenses are the best: they produce high-contrast images with beautiful Airy disks and allow magnifications up to two or four times the diameter while maintaining good image quality. Compared to paper-polished lenses, magnifications up to three times the diameter are not possible, depending on the optical quality. Very good lenses can achieve three times the diameter, but as I saw in the archives of the Paris Observatory, the large air telescopes used focal lengths of 40 to 60 mm and diameters of 8 to 10 inches. They operated at low magnifications and, for example, rarely used 600x magnification. However, further details are not known. Many Campani telescopes used magnifications up to twice the diameter for good images.

Compared to modern telescopes, they function like achromats with a light intensity of f/13 to f/15 and offer almost the same performance.

I own a lens with a 9.2 mm focal length, which I use with a diameter of 76 to 70 mm. The images are just as good, if not better, than those of modern Chinese achromatic lenses, with very low chromatic aberration at f/121; it performs like an f/15 achromat.

 

[OviAstro]

Manufacturing these lenses requires patience and extensive research and experimentation.

To polish lenses, you have to find the right paper, and that's the real challenge.

Since we don't know exactly what kind of paper Campani used to polish lenses, we need to find old, but not too old, paper. Paper from the 17th or 18th century would be usable, but really? Not ideal, and it would be a great shame to ruin such old paper, as there's no way to know if it would work. It probably wouldn't, and we would have wasted priceless old paper. Old books from the 1950s, 60s, and 90s are therefore well-suited. They contain neither glucose nor cellulose, and the manufacturing process is much more natural than the chemicals added to paper today.

Tests and experiments with different papers for polishing.

I found some old books from the 1940s, 1950s, and 1992 with thin, smooth sheets for polishing lenses. I'm not currently polishing any large 10-meter lenses; I'm still in the experimental stage. Here I'm polishing some flat discs to test the paper quality: The best polishing papers for lenses are listed below.

Please note the following:
1. Thin, smooth, and fine polishing paper from 1979 with a pressure of -13 is best suited. This paper is used for the smoothest and best polish and is therefore only used at the very end.

2. Thin polishing paper from 1992 with a pressure of -21.5. It feels smooth and fine when rubbed in the hand.

3. Thin polishing paper from 1955 with 50 g/m² sample sheets. This is well-suited for the first polishing step. I start with this and switch to the ultra-fine papers after about half the work is done. These 50 g/m² papers are slightly fluffier and not as extremely fine and smooth as the final papers used for the last polish.

See photos. This information can be found on the last page, or sometimes on the first page when you open the book, or at the end.

Polishing lenses like the Campani is simple. First, the concave shape must be cleaned and a thin layer of adhesive applied. “The adhesive usually used to attach paper or thin fabric to the shapes consists of starch or very fine wheat flour. In principle, however, any adhesive will do, as long as it is applied firmly and allowed to dry before cleaning” (Manzini's work).

I use water-based craft glue that conforms to the shape of the mold and the glass, so it's the same thing.

First, the adhesive layer is applied and smoothed with a brush. Then, I cut a round disc from modern paper and place it in the mold. I remove the paper, and the adhesive layer is completely smooth. Next, I place the old polishing paper on top. After that, I press the lens onto the entire surface and make a few polishing motions using only the weight of the lens on the paper. Then I wait 4–5 minutes. I apply a thin layer of CEo2 dry powder to the paper, place the lens on it, press it firmly, and begin polishing. I polish until tiny micropores appear on the glass. This is the signal to stop polishing, remove the paper, and clean it. The paper must be replaced as soon as its effectiveness diminishes.

The polishing pressure is high; with perfect contact, the lens presses firmly against the paper, so strong fingers are required. The effect is powerful, and polishing on paper is very fast if you use the right paper – much faster than on pitch or felt.

 

[OviAstro]

Die Herstellung dieser Linsen erfordert Geduld sowie umfangreiche Forschung und Experimente.

Zum Polieren der Linsen muss das richtige Papier gefunden werden – und genau darin liegt die eigentliche Herausforderung.

Da wir nicht genau wissen, welche Art von Papier Campani zum Polieren der Linsen verwendete, benötigen wir altes, aber nicht zu altes Papier. Papier aus dem 17. oder 18. Jahrhundert wäre zwar brauchbar, aber wirklich? Nicht ideal, und es wäre sehr schade, solch altes Papier zu ruinieren, da man nicht wissen kann, ob es funktionieren würde. Wahrscheinlich würde es nicht funktionieren, und wir hätten unbezahlbares altes Papier verschwendet. Alte Bücher aus den 1950er, 60er und 90er Jahren eignen sich daher hervorragend. Sie enthalten weder Glukose noch Zellulose, und ihr Herstellungsprozess ist viel natürlicher als die Chemikalien, die heute Papier zugesetzt werden.

Tests und Experimente mit verschiedenen Papieren zum Polieren.

Ich habe einige alte Bücher aus den 1940er, 1950er und 1992 mit dünnen, glatten Blättern zum Polieren von Linsen gefunden. Ich poliere momentan keine großen 10-Meter-Objektive; ich befinde mich noch in der Versuchsphase. Hier poliere ich einige flache Scheiben, um die Papierqualität zu testen: Die besten Polierpapiere für Objektive sind unten aufgeführt.

Bitte beachten Sie Folgendes:
1. Dünnes, glattes und feines Polierpapier von 1979 mit einem Anpressdruck von -13 ist am besten geeignet. Dieses Papier wird für die glatteste und beste Politur verwendet und kommt daher erst ganz zum Schluss zum Einsatz.

2. Dünnes Polierpapier von 1992 mit einem Anpressdruck von -21,5. Es fühlt sich glatt und fein an, wenn man es in der Hand reibt.

3. Dünnes Polierpapier von 1955 mit 50 g/m²-Musterbögen. Dieses eignet sich gut für den ersten Polierschritt. Ich beginne damit und wechsle nach etwa der Hälfte der Arbeit zu den ultrafeinen Papieren. Diese 50 g/m²-Papiere sind etwas flauschiger und nicht so extrem fein und glatt wie die Papiere, die für die letzte Politur verwendet werden.

Siehe Fotos. Diese Informationen finden Sie auf der letzten Seite, manchmal auch auf der ersten Seite beim Öffnen des Buches oder am Ende.

Das Polieren von Linsen wie der Campani-Linse ist einfach. Zuerst muss die konkave Form gereinigt und eine dünne Schicht Klebstoff aufgetragen werden. „Der Klebstoff, der üblicherweise zum Befestigen von Papier oder dünnem Stoff an den Formen verwendet wird, besteht aus Stärke oder sehr feinem Weizenmehl. Prinzipiell eignet sich jedoch jeder Klebstoff, solange er fest aufgetragen wird und vor der Reinigung trocknen kann“ (Manzinis Arbeit).

Ich verwende wasserbasierten Bastelkleber, der sich der Form der Form und des Glases anpasst, daher ist es dasselbe.

Zuerst wird die Klebstoffschicht aufgetragen und mit einem Pinsel geglättet. Dann schneide ich eine runde Scheibe aus modernem Papier aus und lege sie in die Form. Ich entferne das Papier, und die Klebstoffschicht ist vollkommen glatt. Anschließend lege ich das alte Polierpapier darauf. Danach drücke ich die Linse auf die gesamte Oberfläche und führe einige Polierbewegungen nur mit dem Gewicht der Linse auf dem Papier aus. Dann warte ich 4–5 Minuten. Ich trage eine dünne Schicht CEo2-Trockenpulver auf das Papier auf, lege die Linse darauf, drücke sie fest an und beginne mit dem Polieren. Ich poliere, bis winzige Mikroporen auf dem Glas sichtbar werden. Das ist das Signal, mit dem Polieren aufzuhören, das Papier zu entfernen und es zu reinigen. Das Papier muss ausgetauscht werden, sobald seine Wirkung nachlässt.

Der Polierdruck ist hoch; bei perfektem Kontakt drückt die Linse fest gegen das Papier, daher sind kräftige Finger erforderlich. Die Wirkung ist stark, und das Polieren auf Papier geht sehr schnell, wenn man das richtige Papier verwendet – viel schneller als auf Pech oder Filz.

 

[OviAstro]

Der Aufwand, der in diese Linsen investiert wurde, ist immens, insbesondere angesichts der Notwendigkeit, Quellen zur optischen Fertigung aus dem 17. Jahrhundert aufzuspüren – einer Zeit, in der die meisten Meisteroptiker ihr Handwerk streng geheim hielten. Dies erschwert die Suche nach verlässlicher Dokumentation erheblich. Zweitens muss ich Linsen herstellen, die sowohl eine hohe optische Qualität als auch exzellente astronomische Bilder liefern. Daher kommen wir nun zu ihrer Fertigung. Die Linsen werden mit modernen Schleiftechniken geformt – die letzten Arbeitsschritte stammen direkt aus zeitgenössischen Optikhandbüchern – nur die Polierphase ist historisch authentisch. Das Schleifen mit einem überdimensionierten Werkzeug, doppelt so groß wie der Linsendurchmesser, ist eine Methode, die Ende des 17. Jahrhunderts angewendet wurde und als Nürnberger Verfahren bekannt ist. Auch das Polieren auf Papier hat eine lange Tradition und wurde im 18. und frühen 19. Jahrhundert von jenen angewendet, die keinen Zugang zu Pech hatten. Noch in jüngerer Zeit, während der kommunistischen Ära, wurden Linsen auf Filz poliert, und im 20. Jahrhundert hörte ich sogar von Teleskopspiegeln, die auf Papier poliert wurden. Papier bietet die beste optische Qualität – nur Pech ist noch besser. Daher gilt Pech weiterhin als Goldstandard für das Polieren, Papier folgt an zweiter Stelle. Man kann Papier aus alten Büchern verwenden – glatt und fein – 50 g, 40 g, 13 g oder 21,5 g, je nach Sorte; nicht alle Papiersorten sind geeignet. Beugungsbilder sind mit papierpolierten Linsen deutlich schärfer und besser definiert als mit Filz polierten – dies ist hundertprozentig garantiert und getestet. Papier erzeugt zwar nicht den spiegelglatten Glanz von Filz, hinterlässt aber eine überlegene optische Oberfläche. Filz kann dies nicht erreichen, obwohl er einen makellosen Glanz erzeugt und aufgrund seiner groben Polierwirkung einfacher zu handhaben ist.

Filz hat jedoch einen entscheidenden Vorteil: Er kann die optische Oberfläche extrem gut polieren, vorausgesetzt, er ist dünn, von guter Qualität und haftet perfekt am Werkzeug (bildet also eine perfekte Form). Das Polieren mit Filz ist jedoch grob und erfolgt ausschließlich mit Wasser und CeO₂ (rotem Eisenoxid) – es handelt sich also um Nasspolieren, bei dem der Filz vollständig mit Wasser und Ceroxid getränkt wird. Filz verbraucht zwar viel CeO₂, bietet aber den enormen Vorteil, dass man drei Linsen beidseitig mit demselben Filz polieren kann, ohne ihn wie Papier austauschen zu müssen. Filz verschleißt nicht so schnell wie Papier und erzeugt einen sehr glänzenden Polierschliff. Das Polieren mit Filz dauert allerdings länger – die Bearbeitungszeit steigt mit dem Linsendurchmesser im Vergleich zu Papier. Filz bildet jedoch nie eine so perfekte Form wie Papier. Optische Tests und vergleichende astronomische Beobachtungen zwischen mit Filz und Papier polierten Linsen zeigen, dass Papier deutlich besser abschneidet. Obwohl mit Papier polierte Linsen keinen perfekten Glanz aufweisen, liefern sie Beugungsbilder höchster Qualität – mit höherem Kontrast und einer um etwa 10 % besseren Bildqualität als mit Filz polierte Linsen.

Es gibt also Vor- und Nachteile.

Das Polieren von Objektiven mit kurzer Brennweite auf Papier ist die schwierigste Aufgabe. Historische Quellen sind sich in diesem Punkt einig – und sie haben Recht: Objektive mit kurzer Brennweite lassen sich mit Papier extrem schwer polieren. Das Polieren von Objektiven mit Brennweiten von 1,5 m und 1,3 m war äußerst mühsam; obwohl sie nicht vollständig poliert wurden, weisen sie einen leichten Weißstich auf – das ist einfach das Ergebnis. Dennoch sind die Bilder überraschend klar, mit besseren Beugungsmustern als bei mit Filz polierten Objektiven und einem besseren Kontrast. Ab einer Brennweite von 2 m lassen sich Objektive leichter auf Papier polieren; je länger die Brennweite, desto besser und schneller verbessert sich der Polierprozess auf der gesamten Oberfläche, insbesondere der Kontakt zwischen Objektiv und Papier. Das Polieren bei 2 m ist gleichmäßig, aber bei 1,5 m und 1,3 m ist es problematisch, da mehr Klebstoff aufgetragen werden muss – was nicht ideal ist. Je mehr Klebstoff verwendet wird, desto schwieriger wird es, eine perfekte Form zu erzielen. Dies würde bei Objektiven mit gleichem Durchmesser besser funktionieren, aber auch hier treten Schwierigkeiten auf. Für kurze Brennweiten ist Filz die beste Option. Es erzeugt ein sehr gleichmäßiges Polierergebnis, hinterlässt aber eine leicht zitronenschalenartige Textur auf der Oberfläche. Pech hingegen ist die ideale Lösung zum Polieren von kurzbrennweitigen Einzellinsen, da es sich mit großer Präzision an die Linsenkrümmung anpassen lässt.

Filzpolieren

Der selbstklebende Filz wird auf die Form aufgebracht und anschließend gereinigt, falls sich größere, harte Partikel auf der Oberfläche befinden, die die Linse zerkratzen könnten. Danach beginnt das Polieren. Dies ist die einfachste Methode, da der Kontakt zwischen der geformten Linse und dem Filz durch Andrücken der Linse hergestellt wird, wodurch eine gleichmäßige Polieroberfläche entsteht. Der Filz muss nicht ausgetauscht werden, da er sich nicht abnutzt.











Papierpolieren
Polieren mit Papier Dies erfolgt ausschließlich im trockenen Zustand. Wasser darf nicht verwendet werden, da es die Linse beschädigt. Daher funktioniert diese Art des Polierens nur im trockenen Zustand.
Der Kontakt zwischen Papier und Linse wird durch Andrücken der Linse hergestellt. Der Klebstoff passt sich dabei der Form an. Die Klebstoffschicht muss sehr gleichmäßig sein, denn ist sie beispielsweise zu dünn, besteht der Kontakt nur am Rand, und nur dort wird poliert. Ist die Schicht zu dick, wird nur die Mitte poliert, nicht aber der Rand. Daher ist dieses Verfahren ein Ausprobieren, bis ein guter Kontakt und ein gleichmäßiges Polierergebnis erzielt sind.

 

[Schiefspiegler]

Dear OviAstro,
I am impressed by your diligence and passion. Thank you for sharing these most exceptional experiences with us!
Best wishes,
Christopher

 

[OviAstro]

Dear OviAstro,
I am impressed by your diligence and passion. Thank you for sharing these most exceptional experiences with us!

Vielen Dank

 

[OviAstro]

Test des berühmten Cassini-Objektivs 34 Pieds der Pariser Sternwarte + Planetensimulationen mit 81 mm Durchmesser (der verwendeten Objektivöffnung).

Mit diesem Objektiv beobachtete Cassini die Lücke in den Saturnringen. In einem Artikel aus dem Jahr 2012 wurde diskutiert, ob Cassini die Teilung mit diesem Objektiv hätte erkennen können, obwohl es das beste Cassini-Objektiv der Sternwarte war.
Dies ist absurd, da sich im Archiv der Sternwarte zahlreiche Zeichnungen von Cassini befinden, die die Teilung mit dem 34-Pieds-Teleskop zeigen.

Ausgangsdaten – Linse Nr. 40
Aus dem Artikel über Campani-Linsen (Linse Nr. 40):
Ursprünglicher Durchmesser: D = 137 mm
Gemessene Brennweite: F ≈ 10,9 m (≈ 10.900 mm)
Ursprüngliche Blendenzahl: f/80
Wellenfront bei 632,8 nm:
P–V = 0,325 λ
RMS = 0,049 λ
Strehl = 0,83

Glas: Kronenglas mit Abbe-Zahl ≈ 60 (modernes Kronenglas mit „normaler“ Dispersion)
Abblendung:
D_stop = 81 mm
Optische Qualität (RMS/Strehl) Einfache Variante (empfohlen): Strehl direkt auf 0,94 einstellen (oder zwischen 0,93 und 0,95).
Seidel-Variante (falls einzelne Aberrationen berücksichtigt werden sollen): Bei 137 mm Brennweite ergibt sich ein RMS-Wert von ca. 0,056 λ bei 550 nm; bei 81 mm Brennweite werden äquivalente Aberrationen so eingestellt, dass der Gesamt-RMS-Wert ca. 0,033 λ (λ/30) beträgt.

Beispiel:
Sphärische Aberration: ca. 0,10–0,15 Wellenlängen
Koma: ca. 0,10 Wellenlängen
Astigmatismus: ca. 0,05 Wellenlängen (Dies sind nicht die tatsächlichen Messwerte, sondern eine allgemeine Zerlegung, die den korrekten Gesamt-RMS-Wert liefert; entscheidend sind der endgültige RMS-Wert und der Strehl-Wert.)
Wie verhält sich Objektiv Nr. 40 bei 81 mm?

In der Simulation berücksichtigte Merkmale
Für das auf 81 mm abgeblendete Campani-Objektiv Nr. 40 (Brennweite ≈ 10.900 mm) wurden folgende reale optische Merkmale in das Bild integriert:

Theoretisches Auflösungsvermögen bei 81 mm:
~1,43 Bogensekunden – alle sichtbaren Details liegen im Bereich der Beugungsgrenze.
PSF des Objektivs Nr. 40 (aus realen Messungen: Strehl ~0,83).
Wir haben einen ausgeprägten zentralen Kern sowie durch Brechungsindexunregelmäßigkeiten im Glas beeinflusste Beugungsringe berücksichtigt.
Tatsächliche chromatische Aberration von Linse Nr. 40
Eine Reduzierung auf 81 mm verringert die Farbsäume, sie bleiben jedoch innerhalb der gemessenen Grenzen:

– Violette Ausbuchtung bei Saturn
– Gelbliche Ränder bei Jupiter
– Deutlicherer chromatischer Halo bei Mars

Kontraste und Details an der Öffnungsgrenze

– Jupiter: undeutlich strukturierte Äquatorialbänder, GRS nur bei schlechtem Seeing angedeutet
– Saturn: Cassini lokal fast sichtbar, nur in Bereichen, in denen die PSF dies zulässt – bei gutem Seeing
– Mars: Kleine Scheibe, deutlicherer chromatischer Halo

Optische Qualität (RMS/Strehl)

Strehl = 0,94 (oder zwischen 0,93 und 0,95) einstellen.
Seidel-Variante (falls Einzelaberrationen berücksichtigt werden sollen):
Bei 137 mm ergeben die Gesamtwerte einen RMS-Wert von ca. 0,056 λ bei 550 nm;
Bei 81 mm Brennweite werden die äquivalenten Aberrationen so eingestellt, dass der gesamte RMS-Wert ≈ 0,033 λ (λ/30) beträgt.

Beispiel:
Sphärische Aberration: ~0,10–0,15 Wellenlängen
Koma: ~0,10 Wellenlängen
Astigmatismus: ~0,05 Wellenlängen
(Dies sind nicht die tatsächlichen Messwerte, sondern eine allgemeine Zerlegung, die den korrekten gesamten RMS-Wert liefert; wichtig sind der endgültige RMS-Wert und der Strehl-Wert.)

Wie die Planeten durch die Linse Nr. 40 bei 81 mm Öffnung aussehen würden
6.1. Empfohlene Vergrößerungen

Bei F ≈ 10,9 m:
80-mm-Okular → ~135×
60-mm-Okular → ~180×
40-mm-Okular → ~270×

Für 81 mm:
Optimale Vergrößerungen: ~120–200×
(Ab 220–250× ist die Vergrößerung für eine 1,7″-Auflösung bereits zu gering.)

Jupiter (gute Sicht, 7–8/10)
Planetendurchmesser ~40–45″ → ~24–26 Auflösungselemente auf der Scheibe bei 1,7″.
Bei ~160–180×:
Die Nord-Süd-Bänder der gemäßigten Zone sind sichtbar, aber etwas weniger deutlich als bei 137 mm.
GRS: leicht elliptisch, gut definiert; feine Details sind weniger deutlich als bei 137 mm Brennweite, aber bei guter Sicht immer noch erkennbar.
Textur innerhalb der Bänder (Girlanden, Knötchen) – vorhanden, aber weniger fein, da die 1,7″-Grenze kleinere Details abschneidet.
Dezenter violetter Halo, schwächer als bei 137 mm f/80, da die Blendenzahl nun ≈ 135 beträgt.
Gesamtbild: sehr sauber, guter Kontrast, alles wirkt etwas weicher.
Bilder: Simulationen von Planeten durch das #40-Objektiv bei 81 mm Durchmesser unter verschiedenen Sichtbedingungen.

Saturn
Scheibe ~18–20″, Ringe bis zu ~40–45″.
Bei 180–200×:
Ringe sind gut von der Scheibe getrennt.
Cassini-Teilung:
deutlich sichtbar um die Seitenschleifen herum; Nahe der Scheibe ist es schwieriger, aber als Ausdünnung/Verdunkelung noch erkennbar.
Ein äquatoriales Band auf der Scheibe sowie eine leichte Polschattierung.
Ein dezenter violetter Halo umgibt die Ringe und ist im Vergleich zur 137-mm-f/80-Aufnahme deutlich reduziert.
Cassini bleibt sichtbar (da es etwa 0,5–0,7″ breit ist und einen starken Kontrast aufweist).

Mars
Bei einem Durchmesser von ca. 12–15″ und guter Sicht:
Bei 180–200-facher Vergrößerung:
Sehr klare Polkappe mit scharf definiertem Rand.
Große Albedostrukturen (Syrtis Major, das große „Dreieck“ dunkler Bereiche) sichtbar.
Kleine Details unterhalb von 1,7″ verschwinden oder erscheinen als unscharfe „Körner“.
Farbe: orange-rötlich mit einem leichten violetten Rand.
Das Bild ist nach wie vor beeindruckend; der Unterschied zu 137 mm Vollbrennweite liegt hauptsächlich in der Feinheit der Randdetails.

Wie verhält sich #40 bei 81 mm?
Wellenfrontqualität: RMS ≈ λ/30 bei 550 nm, Strehl ≈ 0,94 → optisch nahezu perfekt.
Auflösung: 1,7″ – die größte Einschränkung; Die Details sind weniger ausgeprägt als bei 137 mm, aber das Bild ist stabil und sehr sauber.
Farbwiedergabe: besser kontrolliert als bei f/80; kleiner Farbsaum und leichter Kontrastabfall, aber nichts Gravierendes.

Planeten:
Jupiter – viele Bänder, deutlicher Großer Rotfleck, etwas glattere Textur;
Saturn – Cassini-Aufnahme sichtbar, gut definierte Ringe und Scheibe;
Mars – Polkappen und große, klare Albedo-Flächen.

Wenn Sie möchten, kann ich Ihnen in der nächsten Nachricht eine kurze, konkrete Anleitung für die Zemax/OSLO-Datei geben (z. B. wie man eine „Phasen“-Oberfläche mit RMS = λ/30 und einer Pupillenblende von 81 mm einstellt).

 

[Josef]

Amazing!

 

[OviAstro]

Vielen Dank für die Anerkennung, das bedeutet mir sehr viel. Die Arbeit an diesen Zielen ist sehr intensiv.

Ich habe mit der Arbeit an den 34-Fuß-Cassini-Symmetrie-Bikonvexlinsen begonnen, einer Nachbildung des Teleskops, mit dem die große Cassini die Cassini-Teilung entdeckte. Auf den Bildern sieht man den Grobschliff mit 340er Siliziumkarbid-Schleifmittel. Ich werde zunächst zwei Linsen herstellen, dann drei weitere mit derselben Brennweite zwischen 11 und 10 Metern. Die Cassini-Linse hatte eine Brennweite von 10,8 Metern, und ich versuche, diese Brennweite zu erreichen. Einige dieser Linsen werden an Hobbyastronomen zu einem Preis verkauft, der dem Aufwand und den Investitionen entspricht. Nur eine Linse ist für private Beobachtungen zu Hause bestimmt.

 

[OviAstro]

Die Arbeiten an den neuen 52-mm-Linsen mit einer Brennweite von 4 m oder 5 m (noch nicht endgültig entschieden) haben begonnen und sind fast abgeschlossen. Der nächste Schritt ist das Polieren auf Filz und Papier.
Diese Linsen werden nun in einem Luftteleskop eingesetzt.
Auf den Bildern ist das Schleifen mit Aluminiumoxid-Schleifpapier der Körnung 320, 25 µm und 15 µm zu sehen.
Nachdem ich diese Linsen fertiggestellt habe, werde ich versuchen, auch 57-mm- und 62-mm-Linsen mit einem Werkzeug mit 96 µm Durchmesser zu bearbeiten.

Ich habe die erste Linse dieses 52-mm-Sets poliert. Die Qualität der Linsen ist mittelmäßig; alle drei weisen einen zentralen Ausbeulungsfehler auf, den ich durch Polieren auf Papier zu beheben versuche. Ich möchte ankündigen, dass dies das letzte 52-mm-Set ist, das ich jemals herstellen werde. Ab sofort fertige ich nur noch Linsen mit 47 mm Durchmesser und verschiedenen Brennweiten. Das Schleifen der 10-m-Linsen mit 96 mm Durchmesser habe ich aufgegeben, da sie nicht zuverlässig sind.

Es dauerte eine Weile, bis ich den zentralen Fehler reduzieren und die Linse mit einem nutzbaren Durchmesser von 45 mm und runden, fehlerfreien Airy-Scheiben zufriedenstellend bearbeiten konnte. Die Brennweite der Linse beträgt etwa 3,8 m.

Ich kann das Ergebnis kaum fassen: Es ist mir gelungen, den zentralen Defekt der 52-mm-Linsen mit 4 m Brennweite vollständig zu beseitigen.
Die Korrektur erfolgte durch lange Polierstriche über die gesamte Werkzeugoberfläche, bis das Papier vollständig abgenutzt war. Dabei wurden sehnenförmige Bewegungen mit zentrischen Übergängen kombiniert.
Schließlich erhielt ich in der Doppelpass-Autokollimation perfekt gerade Ronchi-Linien, was eine gut korrigierte und präzise bearbeitete optische Oberfläche bestätigt.


Ich montierte anschließend die Linse mit 52 mm Durchmesser und 4 m Brennweite, die ich mit einer effektiven Öffnung von 46–48 mm verwendete. Die chromatische Aberration auf Jupiter war sehr gering.
Bei etwa 100-facher Vergrößerung und mit einem 40-mm-Plössl-Okular erschien Jupiter groß, hell und sehr scharf. Die Trennung zwischen Äquatorial- und Polgürtel war deutlich erkennbar, und die gesamte atmosphärische Struktur trat sofort in Erscheinung.
Bei 125-facher Vergrößerung und mit einem 32-mm-Plössl-Okular wurde das Bild noch beeindruckender, und die größte Überraschung war die klare und bestätigte Beobachtung des Großen Roten Flecks gegen 23:00 Uhr.
Leider war die Beobachtung des Schattens von Io aufgrund der Konfiguration des Luftteleskopsystems nicht möglich.
Dennoch sind die erzielten Ergebnisse außergewöhnlich und demonstrieren eindrucksvoll das bemerkenswerte optische Potenzial dieser papierpolierten Linsen, wenn sie korrekt bearbeitet und unter guten Sichtbedingungen eingesetzt werden.

 

[OviAstro]

Beobachtungen mit einem Campani-Replika-Objektiv (40 mm Durchmesser, 2440 mm Brennweite, 11 Palmen)

Dieses Objektiv ist eine erstaunliche Replika. Das Glas ähnelt dem Glas des 17. Jahrhunderts. Es weist streifenartige Kratzer nahe dem Rand der 40-mm-Blende auf, die sowohl im einfachen als auch im doppelten Durchgangstest sichtbar sind. Die Ronchi-Linien sind im Nahbereich (innerhalb und außerhalb der Fokusebene) sehr gut. Nun ist es an der Zeit, das Objektiv zu testen, nachdem ich es erneut poliert habe, um es transparenter zu machen und eine bessere Oberfläche zu erhalten. Das Glas weist einige kleine Bläschen im Inneren auf.

Die sichtbaren Streifen ähneln denen in den folgenden Tests, sind in meinem Fall jedoch kleiner und nur halb so groß wie auf dem Bild. Im Test ist nur einer zu sehen, fast am Rand der 40-mm-Blende.

Ronchi-Test des Objektivs: In der 40-mm-Blende sind die Ronchi-Linien gerade, nur der Rand ist, ähnlich wie bei Campani-Objektiven, nach unten gebogen.

Nun zu den Beobachtungen, denn diese sind wichtig:

Jupiter heute Abend um 21:30 Uhr mit dem 40-mm-Objektiv: Der Planet erscheint insgesamt deutlich schärfer als mit dem 37-mm-Objektiv (2200 mm Brennweite).
Die Bänder sind viel deutlicher und besser sichtbar, in einem hellen Orange, fast wie ausgelöscht.
Interessant ist, dass das nördliche Äquatorialband bei 122-facher Vergrößerung mit einem 20-mm-Kepler-Okular wellenförmig und an den Rändern der Wolkenbänder sichtbar war – keine perfekte Linie. Beim südlichen Äquatorialband war die Lücke zwischen dem Polband und dem Äquatorialband erkennbar.
Die chromatische Aberration war als blauer, ausgelöschter Halo um Jupiter bei 122-facher Vergrößerung mit dem 20-mm-Kepler-Okular und dem 97-fachen 25-mm-Kellner-Okular sichtbar.

Wie in dieser simulierten Aufnahme waren die Strukturen erkennbar, Jupiter erschien im Okular jedoch kleiner.

Der nördliche Äquatorialgürtel weist diese faltigen Strukturen auf, und die Lücke zwischen dem südlichen und dem polaren Gürtel ist deutlicher sichtbar. Der nördliche Polargürtel berührt den nördlichen Äquatorialgürtel bei 97- und 122-facher Vergrößerung.
Untenstehendes simuliertes Bild:

Mit diesem Objektiv und 40 mm Öffnung sind die Gürtel deutlich besser zu erkennen als mit dem 2,2-m-Teleskop bei 37 mm Öffnung. Jupiter erscheint wesentlich heller, und die faltigen Strukturen des nördlichen Äquatorialgürtels sind im Vergleich zum 2,2-m-Refraktor bei 37 mm Öffnung viel besser sichtbar und leichter zu erkennen.

Dies ist wahrscheinlich mein Hauptteleskop für Planetenbeobachtungen mit einem Durchmesser von 40 mm. Es ist tragbar, die Pappröhren lassen sich hinein- und herausschieben und funktionieren einwandfrei.

 

[OviAstro]

Das Projekt für die 95-mm-Volldurchmesser-Objektive, die 34-Fuß-Objektive mit Brennweite und die 4,1-m-Objektive mit 52 mm Durchmesser ist gescheitert. Das Polieren auf Papier ist ein wahrer Albtraum, sowohl wegen des Papiers als auch wegen des Filzes, den ich verwende. Keines der 34-mm-Objektive hat es bis zum Ende geschafft.
Von den 52-mm-Objektiven ist nur eines ordentlich poliert worden; das andere ist durch das Polieren mit Papier und Filz zu weißen Scheiben geworden. Filz ist zwar relativ gut, aber auch nicht unproblematisch. Wenn alles schiefgeht und das Objektiv keine gute Form hat, muss es zwangsläufig auf der Pechfläche korrigiert werden. Die hohe Zone in der Mitte und die abfallende Kante stammen wahrscheinlich vom Schleifen, vermutlich dasselbe Problem wie bei einigen 52-mm-Objektiven. Nach zwei Durchgängen mit Papier kann man es testen, und mein Ergebnis entspricht Ihrem.
Die einzige Lösung ist das Pechpolieren mit meiner handgefertigten Poliermaschine, bei der ich die Bewegungen präzise steuern kann. Es war extrem schwierig, die zentrale Zone auch nur leicht zu entfernen, aber sie verschwand auch nach weiteren Tests nicht. Jetzt habe ich kein Harz mehr, um meine 52-mm-, 4-mm- und 3,8-mm-Objektive (Nr. 2 und Nr. 3) sowie die drei 47-mm-Objektive mit 3,2 m und 3,1 m Brennweite zu reparieren. Deshalb werde ich eine Polierpaste aus Kolophonium, Bienenwachs und etwas Terpentinöl herstellen.

Pitch Lap

I made my pitch lap using Rosin, tempered with little turpentine oil and beeswax. See materials page for more info about these items. To make the lap, you have to melt the pitch. Use a tin can whic…

astrokhan.wordpress.com

Das ist meine einzige Rettung in der Not, denn Filz und Papier haben diese Objektive ruiniert, besonders die 52-mm-Objektive. Es liegt nicht am CeO2, nicht am Glas, nicht an den Polierstrichen, sondern am Papier und Filz. Manchmal sind drastische Maßnahmen nötig, um die Linsen zu retten. In den Ronchi-Testreihen und den Okularbildern beträgt der Unterschied zwischen Papier- und Pechlinsen fast 3 bis 5 % (je nach Poliergrad).

Ich kann mir kaum vorstellen, wie schwierig es für Campani gewesen sein muss, aber wir wissen nicht genau, welches Papier er verwendete, da der gesamte Restbestand nach der Schenkung der Werkstatt an die Universität Bologna entsorgt wurde. Daher haben wir keine Informationen über die Qualität des von Campani verwendeten Papiers. Außerdem wurden in der Werkstatt Hunderte unfertiger Linsen entdeckt, die aus den oben genannten technischen Gründen nie fertiggestellt wurden.


Nicht alle bisher hergestellten, mit Papier polierten Objektive weisen in einem Arbeitsgang eine gute Form und einen guten Glanz auf. Ich hoffe, dass dies bei meinen neuen 47-mm- und 3,2-mm-Objektiven ebenso der Fall ist wie bei den vorherigen. Daher muss ich sie ebenfalls nachschleifen und auf Pech polieren, wenn ich sie retten möchte.
Das ist eine gute Entscheidung. Ich bin selbst zum selben Schluss gekommen, daher werde ich es mit Pech versuchen.
Wenn die Brennweite unter 5,4 mm liegt, ist eine gute Form des Objektivs nicht so wichtig.
Genauso verhalte ich mich, wenn ich meine bisherige Arbeit retten möchte.
Ich denke, beim Polieren mit Papier braucht man etwas Glück mit dem Papier. Nicht alle Blätter sind perfekt oder ergeben einen guten Glanz. Das habe ich durch das Polieren mit vielen verschiedenen Papieren gelernt. Campani wird in unserem Fall das Objektiv wegwerfen oder nachschleifen und erneut polieren, wenn der Glanz nicht gut ist. Er wird es dann wegwerfen und von vorne beginnen.

 

[OviAstro]

Optische Bewertung und astronomischer Beobachtungsbericht

Einzelrefraktoren

I. Vergleichende optische Bewertung der 1300-mm-Objektive

Zu den beiden Einzelrefraktoren mit 1300 mm Brennweite:

Das auf Filz polierte Objektiv mit 25 mm Öffnung liefert bei seiner nominalen freien Öffnung von 25 mm beugungsbegrenzte Bilder. Das Airy-Scheibchen ist bei guten Sichtbedingungen klar und gut ausgebildet.
Wird die Öffnung jedoch auf 28 mm vergrößert, verschlechtert sich die Bildqualität. Bei 28 mm Öffnung treten drei deutliche Beugungsspitzen oder -strahlen aus dem Airy-Scheibchen hervor, die auf Restfehler in der Zone oder Randdefekte hinweisen. Bei dieser Öffnung ist das Objektiv nicht mehr beugungsbegrenzt, und die Sternabbildung erscheint beeinträchtigt.
Im Gegensatz dazu liefert das auf Papier polierte Objektiv deutlich bessere Ergebnisse. Es liefert sowohl bei 28 mm als auch bei 29 mm Öffnung beugungsbegrenzte Sternabbildungen. Das Airy-Muster bleibt symmetrisch, ohne parasitäre Strahlen oder signifikante Verzerrungen.
Aktuell ist die papierpolierte Linse optisch überlegen gegenüber der filzpolierten.
Ein kontrollierter Vergleich wird mit beiden Objektiven bei gleicher effektiver Apertur (25 mm) durchgeführt, um die intrinsische Abbildungsqualität unabhängig von aperturabhängigen Aberrationen zu bewerten.
Alle Beobachtungen wurden mit denselben Okularen an beiden Instrumenten durchgeführt, um die Vergleichbarkeit zu gewährleisten, obwohl frühere Berichte nicht ausreichend detailliert waren.


II. Beobachtungsbericht
2,1 m Brennweite Einzelobjektiv


Brennweite: 2100 mm
Volldurchmesser: 47 mm
Verwendete effektive Apertur: 37 mm
Poliermethode: Filz


Dies ist wahrscheinlich mein bisher bestes filzpoliertes Objektiv. Die kürzlich fertiggestellten Objektive mit 3,5 m und 2,6 m Brennweite erreichen noch nicht dieselbe optische Qualität; ich werde versuchen, sie zu einem späteren Zeitpunkt zu korrigieren.
Die atmosphärischen Bedingungen während der Beobachtung waren stabil und ermöglichten eine aussagekräftige Planetenauswertung.


Jupiterbeobachtungen

1. Kepler-Okular, 25 mm Brennweite
Vergrößerung: 84×
Bauart: Plankonvexes Einzelokular

Bei 84× erscheint Jupiter sehr scharf und gut definiert. Der Planetenrand ist klar, und das Bild zeigt die beste Leistung im Verhältnis zur Öffnung. Die nördlichen und südlichen Äquatorialbänder sind deutlich sichtbar und heben sich klar von der helleren Äquatorialzone ab. Innerhalb der Bänder ist ein schwacher Farbschimmer erkennbar, insbesondere bei ruhigen Sichtverhältnissen. Die Polarregionen erscheinen als dunklere Schattierungen in der Nähe beider Pole. Chromatische Aberration ist vorhanden, aber bei dieser Vergrößerung gering. Das Bild behält im Verhältnis zur verwendeten Öffnung einen hohen Kontrast.
Diese Vergrößerung bietet das beste Verhältnis zwischen Auflösung, Kontrast und chromatischer Aberration.

2. Kepler-Okular, 11 mm Brennweite
Vergrößerung: 190×

Bei 190× erscheint Jupiter im scheinbaren Durchmesser sehr groß. Allerdings umgibt ein deutlicher blauer Halo die Planetenscheibe, ein charakteristisches Merkmal der longitudinalen chromatischen Aberration bei Objektiven mit langer Brennweite.
Die äquatorialen Wolkenbänder bleiben sichtbar, der Kontrast ist jedoch im Vergleich zur 84-fachen Vergrößerung reduziert. Wichtig ist, dass der Detailgrad nicht proportional zur Vergrößerung zunimmt. Der Bildmaßstab vergrößert sich, die feinen Strukturinformationen bleiben aber im Wesentlichen gleich.
Daher überschreitet 190x unter diesen Bedingungen den optimalen Vergrößerungsbereich für eine effektive Öffnung von 37 mm.

3. Galilei-Okular – 20 mm Brennweite
Vergrößerung: 107x

Bei Verwendung eines 20-mm-Galilei-Okulars ist die Bildqualität besser als die des 25-mm-Kepler-Okulars. Ich konnte keinen signifikanten Unterschied in Schärfe oder Kontrast feststellen. Der Detailgrad ist bei beiden Okularen gleich.
Im Zentrum des Bildfelds ist das Bild sehr scharf, und die chromatische Aberration erscheint leicht reduziert, wahrscheinlich aufgrund des engeren effektiven Bildfelds und der veränderten Austrittspupillengeometrie der Galilei-Konfiguration.

4. Galilei-Okular – 43 mm Brennweite
Vergrößerung: 48x

Mit dem Galilei-Okular (43 mm Brennweite) ist das Bild sehr scharf und ästhetisch ansprechend. Jupiter erscheint klein, hell und klar. Die äquatorialen Wolkenbänder, insbesondere die Hauptbänder, sind mit überraschend gutem Kontrast deutlich sichtbar. Der verkleinerte Bildmaßstab verbessert die wahrgenommene Schärfe, und die chromatische Aberration ist bei dieser geringen Vergrößerung weniger störend. Obwohl die Detailwiedergabe durch die Vergrößerung eingeschränkt ist, ist der Gesamteindruck exzellent.

Mondbeobachtung

Plössl-Okular (20 mm)
Vergrößerung: 107x

Der Mond wurde mit einem 20-mm-Plössl-Okular bei 107-facher Vergrößerung beobachtet und aufgenommen.
Bei dieser Vergrößerung zeigt die Mondoberfläche einen starken Kontrast. Kraterränder sind scharf abgegrenzt, und die Schatten sind deutlich ausgeprägt. Das lange Brennweitenverhältnis des Objektivs trägt zu einer guten sphärischen Korrektur bei. Zwar sind Farbsäume in kontrastreichen Randbereichen sichtbar, aber sehr gering. Mit dem 20-mm-Plössl-Okular (107x) ergibt sich ein sehr ansprechendes Bild mit sehr gutem Kontrast und hoher Helligkeit.

Das 20-mm-Kepler-Plano-Konvexokular (107x)

Das Sehfeld
Es ist zwar schmal, aber die Gesamthelligkeit ist etwas höher als beim Plössl-Okular, der Kontrast besser, da das Licht nur durch eine Linse fällt. Allerdings sind laterale Aberrationen sichtbar, die beim Plössl-Okular nicht auftreten. Es gibt also Vor- und Nachteile.
Das 2,1-m-Singlet-Okular eignet sich besonders gut zur Darstellung von Monddetails bei mittleren Vergrößerungen zwischen 80x und 110x.

III. Allgemeine optische Schlussfolgerungen

Das 2,1-m-Singlet-Okular mit Filzpolitur liefert optimale Ergebnisse bei mittleren Vergrößerungen (ca. 80–110×).

Hohe Vergrößerungen offenbaren chromatische Aberrationen, ohne nennenswerte Details hinzuzufügen.
Das papierpolierte 1300-mm-Objektiv zeigt im Vergleich zum filzpolierten Pendant eine überlegene Korrektur bei größeren Öffnungen. Singlet-Refraktoren mit langem Öffnungsverhältnis können bei guter Formgebung selbst bei kleinen Öffnungen eine beeindruckende Leistung bei Planetenbeobachtungen erzielen. Galilei-Okulare bieten hohe Schärfe und hohen Kontrast im Zentrum, jedoch auf Kosten extrem kleiner Sehfelder. Kepler-Okulare ermöglichen eine höhere Vergrößerung und ein größeres Sehfeld, machen aber chromatische Aberrationen deutlicher sichtbar.

Hier ist der Mond, aufgenommen mit dem 2,1 m großen, filzpolierten Objektiv durch ein 20-mm-Plössl-Okular bei 107-facher Vergrößerung.

Luna prin luneta de 37mm focala 2.1m la 105x

The moon through the felt polished lens 47mm full diameter and used at 37mm aperture with a 20mm plossl eyepiece.Camera Redmi note 10

www.youtube.com

 

[heinrichl]

Hello Cotcas,
your historical lens manufacturing work is absolutely impressive.

There is also another German speaking astro forum, located in Switzerland, who are even more specialized in the self-manufacture of glass optics.

Das Teleskop-Selbstbau Optikforum - Astrotreff - Die Astronomie und Raumfahrt Community

Astrooptiken selbst herstellen und prüfen, Technische Optik allgemein ...

www.astrotreff.de

These guys very frequently produce Newton mirrors on their own, sometimes even up to 1m in diameter!
Maybe you also want to present your project there.

I am the first person I know of to polish lenses on paper with dry CeO₂ powder, exactly as described in 17th-century sources.

When it gets to historical things, you have to cite the historical lens manufacturing technology, carefully. They obviously did not have Cerium-Dioxid in the 17th century (lasting from 1601 to 1700), yet. Cerite, the native ore containing cerium, was first discovered in 1750, and cerium was first acknowledged as new element in 1803.

Compare

Cerit – Wikipedia

de.wikipedia.org

Cerite - Wikipedia

en.wikipedia.org

My best wishes for further success in your project

 

[Schwastian Beinsteiger]

Hi,

bin grade wirklich überrascht diesen Beitrag hier zu finden denn einen einlinser wollte ich ebenfalls mal bauen oder besser gesagt wurde auch gebaut

Ein 24/800, aber leider nur mit random Linse von eBay und die Abbildung ist nicht so dolle.

Einer der selbst schleift und auch zum Verkauf anbietet wäre ein Segen und würde mich das ganze nochmal neu aufleben lassen einen chromaten zu bauen, als Schaer Faltertraktor wäre doch super, oder nicht? xD

mit freundlichen Grüßen
Florian

 

[OviAstro]

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Leider hat Ceo2 bei den von mir verwendeten Objektiven nicht gut funktioniert. Etwa drei Sätze mit je sechs Objektiven wurden komplett ruiniert und mussten entsorgt werden. Ich muss mich nach einer anderen Polierpaste umsehen. Ich dachte an rotes Eisenoxid oder sogar an Tripoli, das man online kaufen kann. Aufgrund der sehr hohen Preise und der Tatsache, dass handelsübliches Glas extrem teuer und schwach geworden ist, ist es mir unmöglich, solche Scheiben aus meinem eigenen Glas zu schneiden, und niemand will sie mir auf 6 mm und 8 mm Dicke schneiden, habe ich die optische Fertigung aufgegeben.

 

[OviAstro]

Ich werde komplett auf andere Oberflächenbehandlungs- und Fertigungsmethoden umsteigen. CeO2 scheint mehr Schaden anzurichten und lässt sich nicht vollständig polieren.

Ich werde rotes Eisenoxidpulver ausprobieren, das ich zwischen zwei flachen, sehr sauberen Glasscheiben zerdrücke und anschließend in sauberen Behältern aufbewahre. Das Polieren auf Papier funktioniert ausschließlich trocken, mit leichter Befeuchtung. Man sprüht also im Prinzip aus der Ferne Wasser mit einer Sprühflasche auf, ohne dass sich eine Paste auf dem Papier bildet. Dieses Polieren ist ein komplexer Prozess.
Diesmal werde ich Gummiarabikum-Gel verwenden. Es ist viel besser und kommt Campanis Originalmethode näher.
Anschließend werde ich rotes Eisenoxidpulver zum Polieren verwenden. Hoffentlich funktioniert es.

Dieser ganze Prozess ist extrem schwierig und komplex.

Ich beschäftige mich mit dem Polieren von Papier, um einen Einblick in die Schwierigkeiten von Campani zu bekommen. Als Poliermethode ist sie die Hölle und liefert im Vergleich zu Pech/CeO nur mäßige Ergebnisse. Mit dieser Methode lassen sich keine großen Objektive herstellen. Ich verstehe nicht, wie Campani überhaupt ein Objektiv mit 125 mm Durchmesser fertigen konnte. Er muss Kinder gequält haben, um diese Arbeit zu verrichten.

 

[OviAstro]

Heute habe ich eine erste Polierprozedur mit rotem Eisenoxid auf extrem feinem Papier getestet und eine Linse poliert. Dieses Oxid eignet sich hervorragend zum Polieren. Es wirkt zwar deutlich langsamer als CeO₂, greift die Linsen aber nicht so aggressiv an und macht sie nicht milchig.
Die Politur wird rasiermesserscharf und hält länger an. Ich kann länger polieren als mit CeO₂.
Dieses Oxidpulver ist viel feiner als das CeO₂, das ich verwende. Die Linse wurde fast vollständig poliert, wodurch die Probleme beseitigt wurden.

Ich habe die Oxidpartikel mit zwei Glasscheiben zerkleinert:

Iron Rouge rubbing

Auf YouTube findest du die angesagtesten Videos und Tracks. Außerdem kannst du eigene Inhalte hochladen und mit Freunden oder gleich der ganzen Welt teilen.

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Wichtig ist auch das Papier: Es muss aus Halbpergament bestehen und in der Herstellung so gefertigt sein. Solches Papier findet man in den 1940er- bis 1960er-Jahren. Die Blätter müssen glatt und saugfähig sein. Ich suche nach weiteren Papieren dieser Art oder älteren.
Gummi arabicum ist eines der Erfolgsgeheimnisse; es lässt sich sehr gut in die Form geben und ist wie ein sehr gutes, transparentes Gel.
Wir wissen, dass Campani Gummi arabicum und Papier verwendete.
Möglicherweise ging er nach der Feinbearbeitung der Metallformen zu einer sehr feinen Bearbeitung auf Papier über und polierte anschließend mit Tripoli und rotem Eisenoxid oder rotem Venezianischem Oxid.
Für die abschließende Politur polierte Campani die Linsen schließlich auf Filz oder Stoff, der mit Harz auf die Form geklebt war. Die Politur wurde mit Tripoli benetzt, um den Linsen Glanz zu verleihen.
Im Video zerstoße ich das Eisenoxid, um die Partikel zu einem feinen Pulver für die Politur zu verarbeiten. Dies ist sehr wichtig, um Verunreinigungen und größere Partikel zu vermeiden. Unter der Einwirkung der Linse zerfällt der Oxidstaub beim Polieren ohnehin noch stärker, und der feinste Staub wird im letzten Schritt verwendet, wenn die Linse fast poliert ist, um der Oberfläche einen höheren Glanz zu verleihen.

Mein größtes Problem ist es nun, Glas zu finden – eine Firma, die grünes Floatglas günstiger zuschneidet.








Ich habe mit Eisenoxid bzw. Eisenrot auf Papier experimentiert, und es ist deutlich besser als CeO₂. Um jedoch ein authentisches Ergebnis zu erzielen, muss ich letztendlich mit Tripoli polieren. Es ist das, was man im 17. Jahrhundert für Linsen verwendete – die einzige Lösung.
Eisenoxid ist zwar gut, aber etwas schmierig, wenn man nicht vorsichtig ist. Tripoli ist die Originalmischung, die Campani, Divini, Manzini, Huygens und andere verwendeten. Daher ist es wichtig, dass ich Tripoli-Pulver finde und damit poliere.


In der Zwischenzeit habe ich die Arbeiten am Teleskop abgeschlossen. Es ist 3 bis 4,5 m lang und besteht aus Rohren mit 90 und 89 mm Außendurchmesser. Es sieht toll aus mit den 52-mm-Linsen, die ich letztes Jahr papierpoliert habe, mit Brennweiten von 3,1 m, 3,2 m, 3,3 m und 3,4 m. Die 4,1-m-Linse habe ich noch nicht montiert, die kommt später. Ich muss noch ein kleines Stativ bauen, um das Rohr zu stützen und es auf der Montierung zu stabilisieren – eine Art Montierung mit zwei Auflagepunkten. Jupiter ist fantastisch: Die Äquatorialbänder sind wunderschön sichtbar, ebenso wie ihre Farben. Auch die Polzonen sind zu sehen – ein Bild wie durch einen achromatischen Refraktor f/15. Airy zeigt die wunderschönen Sternscheiben bei 97- und 100-facher Vergrößerung. Das Instrument ist sehr präzise kollimiert.

Ich habe die Burlane-Methode gewählt, weil Cassini sie laut Bianchinis Beschreibungen an der Pariser Sternwarte verwendet hat:

Zitat: „Große Stahl-, Kupfer- oder Eisenblechrohre mit großer Öffnung, die über ein Schiebe-/Zugsystem für die Objektivzelle verfügen. Die Rohre sind innen mit Blenden an beiden Enden der verschiebbaren Rohre ausgestattet, die alle schwarz lackiert sind. Das Rohr selbst ist innen mattschwarz lackiert.“
Genau so bin ich vorgegangen.

 

[OviAstro]

Ich habe die Politur einer Linse abgeschlossen, die von den letzten Poliergängen einige Oberflächenprobleme und stark abgenutzte Kanten aufwies, die durch die letzte Politur mit Ceroxid entstanden waren.

Mit Eisenoxid-Rouge verläuft der Poliervorgang deutlich gleichmäßiger. Das beste Papier, das ich dafür verwendet habe, ist sogenanntes Halbvelumpapier (auch als Seidenpapier bekannt).

Offenbar funktioniert das Polieren mit trockenem, vorzerkleinertem und fein fragmentiertem rotem Eisenoxid auf Halbvelumpapier aus den 1950er- und 1960er-Jahren hervorragend. Dieses Papier ist in seinem Herstellungsverfahren natürlicher. Die Eisenoxidpartikel sind weniger aggressiv als Ceroxid und wirken deutlich schonender auf die optische Oberfläche der Linse.

Halbvelumpapier aus der Zeit der Rumänischen Volksrepublik (1940er- bis 1960er-Jahre) wird typischerweise aus chemisch aufbereitetem Sulfitzellstoff mit einem Restligningehalt von etwa 2–8 % hergestellt. Die Faserlänge liegt zwischen 1 und 3 mm, was zu einer relativ geringen Zugfestigkeit führt. Die unter mäßigem Druck erzeugte kalandrierte Oberfläche weist eine scheinbare makroskopische Gleichmäßigkeit auf, die mikroskopische Unregelmäßigkeiten in der Faserverteilung verdecken kann. Obwohl sie für diese Art des Polierens geeignet ist, ist sie strukturell minderwertiger als Hadernpapier.

Ich denke nicht, dass ein besonderes Papier erforderlich ist; dünnes Papier aus dem 19. und sogar dem 20. Jahrhundert eignet sich dafür gut.

Eisenoxid ist ein klassisches Poliermittel, sollte aber idealerweise vor der Verwendung zwischen zwei Glasplatten zerkleinert werden, um größere Partikel zu entfernen. Dieser Schritt ist jedoch nicht zwingend notwendig; das Material kann auch direkt verwendet werden. Im letzten Polierschritt, wenn die Linsenoberfläche bereits transparent ist, empfiehlt sich jedoch die Verwendung eines feineren Oxids. Dieses kann entweder durch Sedimentation in Wasser (Abgießen der feinsten Fraktion) oder durch weiteres Trockenzerkleinern zu einem feineren Schleifmittel gewonnen werden.

Der Prozess ist sehr sensibel und erfordert präzise Kontrolle. Man muss die Menge des auf das Werkzeug (die Form) aufgetragenen Gummi arabicums sorgfältig bestimmen, um maximale Gleichmäßigkeit zu gewährleisten. Die Dicke dieser Schicht ist entscheidend. Glücklicherweise hat flüssiges Gummi arabicum eine gelartigere Konsistenz, wodurch sich die Linse im Vergleich zu wasserbasierten Klebstoffen besser an die Krümmung des Papiers anpasst. Dies verbessert die Genauigkeit der resultierenden optischen Form erheblich.

Ich konnte außerdem Kontakt zu einem Astrometrie-Spezialisten aufnehmen, der mir ein Floatglas-Rohmaterial liefern wird. Dadurch kann ich meine Schleifarbeiten fortsetzen und meine Bemühungen um die Herstellung und Lieferung von Einzellinsen für langbrennweitige Refraktoren ausweiten.

 

[OviAstro]

Ich arbeite noch daran. Wie hat Campani das geschafft? Bruni fertigte zwei Linsen mit Campani-Metallläppscheiben an und schnitt eine davon erfolgreich zum Schleifen einer 18-Fuß-Linse zu. Die Technik ist jedoch unklar. Was wäre, wenn Bruni die Linse manuell auf der Metallläppscheibe und anschließend auf Papier in nur zwei Tagen geschliffen hätte? Die Dicke der Campani-Linse – etwa 8 Zoll – bei einer Randstärke von bestenfalls 5 oder 6 mm ist sehr rätselhaft. Es ist erstaunlich, dass die Form beim Polieren durch den Maschinendruck nicht völlig zerstört wurde. Ich bin verblüfft, dass wir heutzutage selbst mit dicken Linsen maschinell nicht so etwas erreichen können.


Das erste Problem, das Seitenverhältnis der 8-Zoll-Campani-Linsen mit 5–6 mm Randdicke, ist aus materialmechanischer Sicht wahrlich erstaunlich. Eine 8-Zoll-Römische Linse mit einem Durchmesser von ca. 200 mm und einer Randdicke von 5–5,5 mm weist ein Durchmesser-Dicken-Verhältnis von 40:1 auf. Bei venezianischem Glas mit einem Elastizitätsmodul von ca. 70 GPa und einer Dicke von 5 mm beträgt die elastische Durchbiegung einer an den Rändern gelagerten 200-mm-Scheibe unter ihrem Eigengewicht in der Mitte etwa 0,1–0,3 Mikrometer – vergleichbar mit der Wellenlänge des Lichts. Das bedeutet, dass beim Polieren jeder ungleichmäßige Druck auf die Linsenoberfläche vorübergehende elastische Verformungen hervorruft, die nach dem Wegfall des Drucks eine Oberfläche mit entsprechenden Formfehlern hinterlassen. Eine 15–20 mm dicke Linse mit demselben Durchmesser wäre gegenüber denselben Kräften praktisch starr. Campani polierte daher Linsen eigenhändig, um elastische Verformungen zu vermeiden. Dass er unter diesen extrem flexiblen Bedingungen Oberflächen von dokumentierter interferometrischer Qualität erzielen konnte, bedeutet, dass sein manueller Druck unglaublich gleichmäßig war und er mit minimalen Kräften arbeitete – dem Gewicht seiner Hand plus einigen Dutzend Gramm, nicht Hunderten von Gramm. Dies ist eine direkte Folge von Bondaroys Beschreibung, dass das Geheimnis in der Beachtung kleinster Details lag.

Giuseppe Campani 205mm les 100 feet Brennweite 32m, mit der Cassini die Saturnmonde Tethys und Dione entdeckte; die Linse wurde mit einer Blendenöffnung von 125mm verwendet.

Das zweite Problem, das Fehlen von Polierrotspuren auf Campanis Linsen und deren Vorhandensein auf Linsen aus dem 19. Jahrhundert, ist ein direkter und eindeutiger Beweis dafür, dass Campani kein Polierrot verwendete. Fe₂O₃ färbt mikroskopische Risse und suboberflächliche Poren des Glases irreversibel an und ist selbst in Mengen im Nanogramm-pro-cm²-Bereich mittels Röntgenfluoreszenzspektroskopie nachweisbar. Campanis Linsen ohne Polierrotspuren bestätigen, dass das Poliermittel weiß oder farblos war, also Tripoli oder fein elutrierter Korund, beides weißes SiO₂ oder Al₂O₃. Dies stimmt vollkommen mit dem Werkstattinventar überein, das Tripoli ausdrücklich als Schleif- und Poliermittel erwähnt, und mit Manzinis Beschreibung von getrocknetem Tripoli auf Papier als bevorzugte Methode. Vermutlich werden die Polierrotspuren auf den Linsen nach Jahrhunderten verschwunden sein.

Ob Campani vom Schleifen bis zum Polieren ausschließlich von Hand arbeitete, ist die wichtigste Frage und bedarf einer ausführlichsten Erörterung. Das Inventar verzeichnet sechs Drehmaschinen, eine Kugelschleifmaschine und eine spezielle Werkbank zur Bearbeitung von Kristallen bis zur Perfektion. Bruni fertigte auf Campanis Drehmaschine in weniger als zwei Stunden eine Form an und schloss das Polieren der 5,5 Meter großen Linse in zwei Tagen ab. Wenn das manuelle Polieren einer einzelnen Fläche einer großen Linse mit Papier höchstens einige Stunden dauert, dann könnte eine bikonvexe Linse in ein bis zwei Tagen intensiver Arbeit vollständig von Hand fertiggestellt und poliert werden, was genau Brunis dokumentiertem Arbeitstempo entspricht. Das Inventar verzeichnet keine Poliermaschine mit einem Rad-Ritzel-Mechanismus, ähnlich dem auf Tafel IV der Enzyklopädie. Es gibt zwar Kugelschleifmaschinen und Drehmaschinen, aber keine mechanische Poliermaschine mit Getriebe, die speziell für große Objektive entwickelt wurde. Die logische Schlussfolgerung, die durch das Fehlen im Inventar gestützt wird, ist, dass Campani die großen Linsen ausschließlich von Hand polierte und schliff, die Drehbank nur zur Herstellung und Justierung der Metallläppchen benutzte und das eigentliche Polieren eine manuelle, taktile Arbeit auf Tripoli-Papier war.

Manuelles Polieren von Papier im 18. Jahrhundert

Das Fehlen jeglicher mechanisch angetriebener Polier- und Schleifmaschine für Objektive im Inventar ist das wichtigste Dokument. Das Inventar ist bis ins kleinste Detail aufgeführt, von den einzelnen Drehbankschrauben über Spannvorrichtungen und Mundstücke bis hin zu den Schrauben der Spitzenhalterung – winzige Bauteile, die bei einem kurzen Inventar kaum Erwähnung finden würden. Die Tatsache, dass in dieser umfassenden Aufzählung keine große, mit Rad und Ritzel ausgestattete Poliermaschine für Objektive auftaucht, die der auf Tafel IV von Diderots Encyclopédie abgebildeten entspricht, bedeutet, dass eine solche in der Werkstatt nicht existierte. Campani bearbeitete die Objektive von Hand. Bruni war verpflichtet, jährlich in Anwesenheit der akademischen Autoritäten ein Objektiv mit Campani Unibos Werkzeugen herzustellen. Er vollendete ein 5,5 Meter langes Objektiv in zwei Tagen mithilfe einer auf Campanis Drehbank gefertigten Schleifscheibe – eine unmögliche Zeitspanne, wenn der Prozess eine Bogenpoliermaschine mit stundenlangen Polierzeiten und den beim maschinellen Polieren solch dünner Linsen üblichen Fehlern beinhaltet hätte.

Das Paradoxon, dass dünne 200-mm-Linsen mit einem Abbildungsmaßstab von 1:40 unter dem Druck der Maschine chaotische Formen hätten erzeugen müssen, löst sich vollständig auf, sobald man akzeptiert, dass es keine Poliermaschine für große Linsen gab. Das manuelle Polieren übt deutlich geringere und gleichmäßigere Kräfte aus als jede Feder- oder Radmechanik – genau der entscheidende Parameter, um eine elastische Verformung der dünnen Linse während des Polierens zu vermeiden. Campani wählte aufgrund der Materialbeschränkungen seiner Zeit und seiner außergewöhnlichen, von Bondaroy dokumentierten taktilen Sensibilität unbewusst die optimale Methode für das von ihm verwendete Material.

Giuseppe Campani-Objektiv 75 mm und 4,1 m Brennweite

Giuseppe Campani-Objektiv 75 mm und 4,1 m Brennweite

Giuseppe Campani-Objektiv 75 mm und 4,1 m Brennweite

Giuseppe Campani-Objektiv 37 mm und 12.1 m Brennweite

 

[OviAstro]

Die Klassifizierung der Gussformen im Inventar ist aus technischer Sicht aufschlussreich. Sie waren eindeutig mit dem Buchstaben F für fein und G für grob gekennzeichnet. Paare wurden als „Werkzeuge zur Bearbeitung konvexer Linsen mit Schmirgel und Tripoli“ bezeichnet, und es gab auch eine separate Kategorie für „Gussformen zur Grobbearbeitung konvexer Linsen mit Sand“. Dies belegt klar drei unterschiedliche Phasen des Prozesses: die erste Phase des Vorschleifens mit Sand, die zweite Phase des Feinschleifens mit Schmirgel und Tripoli und die dritte Phase des Polierens mit feinstem Tripoli auf Papier oder Tuch. Jede Phase entsprach einem bestimmten Satz von Gussformen. Dies bedeutet, dass Campani für jede Linsengröße mindestens drei verschiedene Gussformen mit zunehmender Feinheit, gleichem nominellen Krümmungsradius, aber unterschiedlicher Geometrie und Oberflächenbearbeitung besaß.

Venezianisches Terpentin war ein Spezialprodukt aus Alpen-Lärche, reiner und gleichmäßiger als gewöhnliches Kiefernterpentin. Bei Raumtemperatur ergab es eine weniger spröde und elastischere Mastixmasse als reines Kolophonium, was wichtig war, um thermische und mechanische Spannungen im Glas während der Verarbeitung zu vermeiden. Bondaroy identifizierte, basierend auf Informationen von Lelli, der diese wiederum persönlich von Maria Vittoria auf ausdrückliche Anweisung von Papst Benedikt XIV. erhalten hatte, mehrere Faktoren, die gemeinsam die Überlegenheit von Campanis Linsen erklärten. Erstens die Qualität und Präzision seiner Gussformen. Zweitens die Wahl von venezianischem Glas, das in Bologna als das Material galt, das Campani ausschließlich für Linsen bevorzugt hätte. Obwohl es oft Lufteinschlüsse enthielt, war es klarer, glatter und haltbarer als das damals erhältliche französische Glas. Drittens das spezielle venezianische Tripoli-Glas, das er verwendete. Der vierte Faktor war das von ihm verwendete Polierpapier. Es galt als so wichtig und originell, dass Campani es selbst in seiner Werkstatt herstellte und es so von allen anderen verfügbaren Papieren unterschied. Dies belegte die Entdeckung eines großen Vorrats in der Werkstatt, der dem Institut übergeben wurde. Leider erkannte damals niemand die Bedeutung dieser Methode, und es wurden keine Proben aufbewahrt. Der fünfte Faktor war das Verfahren, bei dem das Papier mit flüssigem Gummi arabicum in einer extrem dünnen und gleichmäßigen Schicht auf die Form geklebt wurde, wodurch eine möglichst geringe Dicke und Oberflächenunebenheit erreicht wurde. Sechstens, und in Bondaroys Augen vielleicht am wichtigsten, war die Summe der akribischen Sorgfalt und der unermüdlichen Detailgenauigkeit, die Campani jedem einzelnen Stück widmete. Dazu gehörte die Auswahl von Tagen mit absolut konstanten Temperaturen zum Polieren seiner Linsen. Genau diese feinen, taktischen Details seiner Technik hielt er geheim, nicht aber die Ausrüstung selbst, die anderen bekannt war.

Laut Bondaroy wurde das abschließende Polieren wahrscheinlich von Campani selbst durchgeführt. Er merkte an, dass dieses manuelle Verfahren keine Vorteile gegenüber späteren Methoden bot, außer dass es einen einfacheren Formwechsel ermöglichte. Aus der Vielzahl verfügbarer Formen konnte er diejenigen auswählen, die am besten zur jeweiligen Form des Glases passten. Wenn eine Form seinen Anforderungen nicht entsprach, wechselte er zu einer anderen und so weiter, bis das Glas die gesamte Oberfläche des Formkontakts oder -beckens abgenutzt hatte. Roger und ich haben genau diesen Prozess experimentell wiederentdeckt: die mehrfachen Formwechsel, um diejenige zu finden, die am besten zur aktuellen Geometrie des Glases passt und so die beim Polieren entstehenden Mikrozonenfehler korrigiert. Pech erreicht dies automatisch durch viskoses Fließen. Campani wählte die Formen manuell aus einem großen Repertoire aus, was zum gleichen Ergebnis führte und erklärt, warum er so viele Metallwerkzeuge besaß – nicht um die Produktionseffizienz zu steigern, sondern um die Geometrie während des Polierens aktiv zu kontrollieren. Während des Polierprozesses wechselte Campani häufig das Papier auf einem bestimmten Werkzeug, da es je nach Papierqualität verrutschte und so lange ersetzt werden musste, bis er beide Seiten poliert und die Linse getestet hatte. Anschließend verwendete er ein Filzpoliertuch für den letzten Schritt, um die Linsen glänzend und frei von Poren zu machen.

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

Campani-Objektiv, 137 mm Brennweite, 12 m Durchmesser, 4,5 mm Dicke

 

[Frank66]

Das musst du gut dokumentieren und ein Buch drüber schreiben.
Wie hat man eigentlich die Form kontrolliert um Korretur zu polieren?

Gruß Frank

 

[OviAstro]

Früher bestimmte ich die optische Qualität eines Planspiegels mittels Autokollimation mit einem Doppelpass und 65 Linien pro Zoll (lpi) Ronchi-Linien – ein modernes Prüfverfahren. Campani testete möglicherweise sein Objektiv am Himmel, indem er Sterne als Airy-Scheiben beobachtete und deren Helligkeit in der Aperturblende des Objektivs ermittelte. Für Campani war eine gute sphärische Form im Zentrum des Objektivs wichtig.

Weitere Informationen und ausführliches Material dazu finden Sie in meinem Blog.

Secretele lui Giuseppe Campani

Ceea ce s-a cristalizat din această întreagă serie de experimente comune cu Roger Ceragioli reprezintă una dintre cele mai valoroase rec...

ovidiu-astronomie.blogspot.com

 

[fuetti]

Sehr spannende Idee. Habe mich immer über diese langen Rohre auf den alten Kupferstichen (war es Hevelius?) gewundert, was man da wohl sehen konnte.
Jetzt erfahren wir das endlich ;-)
Bin sehr beeindruckt von der Bildqualität. Ist das mit lucky-imaging bearbeitet oder Einzelbilder?
Claus

 

[OviAstro]

Sehr spannende Idee. Habe mich immer über diese langen Rohre auf den alten Kupferstichen (war es Hevelius?) gewundert, was man da wohl sehen konnte.
Jetzt erfahren wir das endlich ;-)
Bin sehr beeindruckt von der Bildqualität. Ist das mit lucky-imaging bearbeitet oder Einzelbilder?
Claus

Ich habe sie mit Bildverbesserungsfunktionen etwas nachbearbeitet, um sie schärfer zu machen.
Wir werden sowohl die Mechanik als auch die Konstruktion dieser Teleskope ab dem 17. Jahrhundert besprechen.

 

[OviAstro]

Es besteht jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Campani die Objektivlinsen in seinen konkaven Formen vollständig von Hand polierte. Dies geht aus dem Inventar seiner Werkstatt hervor (sorgfältig ausgewählt und vollständig gespendet). Auch der letzte Polierschritt erfolgte manuell, was eine höhere optische Qualität und eine sorgfältige Fertigung der Objektivlinsen ermöglicht. Die Linsen für Mikroskopokulare und andere Geräte wurden hingegen mit einer handbetriebenen Maschine bearbeitet und poliert.

Eine hochpräzise Polier- und Bearbeitungsmaschine für Objektivlinsen wird nicht erwähnt. Das wichtigste Stück ist die von Campani gefertigte Drehbank zum Schneiden der konkaven Formen – ihr Prunkstück. Mit dieser Drehbank konnten die aus Messing und Kupfer gegossenen Formen für die Linsenbearbeitung mit sphärischer Präzision bearbeitet werden. Die Linsen passen sich während der Bearbeitung der konkaven Oberfläche dieser präzisen Formen an, werden also konvex und übernehmen deren gute sphärische Form. Aufgrund der Dicke dieser großen Linsen ist es äußerst schwierig, den Druck beim maschinellen Schleifen zu kontrollieren. Auch wenn der Prozess selbst die Herstellungszeit der Linse verkürzen würde, bleibt das Problem der Elastizität bestehen. Die Linsen wurden mit venezianischem Terpentin auf einem handgehaltenen Träger befestigt, da es bei einer Dicke von 3–6 mm schwierig wäre, diesen Vorgang direkt an der Form manuell durchzuführen. Es ist jedoch möglich. Der große Vorteil besteht darin, dass Campani durch die rein manuelle Nachbearbeitung an den Formen nicht mehr die Linse vom Träger ablösen, reinigen und die andere Seite bearbeiten musste – ein zeitaufwändiger Prozess. Es ist viel einfacher, geeignete manuelle Schleifbewegungen zu finden, die eine sphärische Oberfläche und ein gleichmäßiges Finish ergeben. Vor allem aber war es für ihn einfacher, die Scheibe ohne den Stress des Ablösens der Linse vom Befestigungsgriff zu wenden.


Das Polieren erfolgte vermutlich mit der auf einen Griff geklebten Linse, da ich bemerkte, dass es auf rotem Eisenoxidpapier schwieriger war als bei der reinen Handbearbeitung auf einer konkaven Metallform mit Wasser und Schleifmittel.

Zum Polieren musste man die Scheibe seitlich mit den Fingern festhalten und gleichmäßigen Druck auf die Dicke von Campanis Linsen ausüben. Es war äußerst schwierig und erforderte viele Stunden Arbeit, tagelang am Stück, um eine Linse so zu polieren, dass man sich nicht die Finger verletzte. Campani polierte eine Seite der Linse auf Papier, überprüfte jedes Mal den Poliergrad und die Gleichmäßigkeit, nahm die Linse dann vom Griff ab, reinigte sie und polierte die andere Seite.

Bei Linsen mit einer Dicke von 8–6 mm kommt man auf 6–5 mm, was die Grenze darstellt, die mit dem Schleifpapier bewältigt werden kann. Es bleibt jedoch abzuwarten, wie sich Tripoli auf Eisenoxid verhält.

Huygens ist der Einzige, der uns Hinweise auf den Herstellungsprozess großer Objektive hinterlassen hat.
Alles beginnt mit dem Gießen der Gussscheibe, in der die Linsen geschliffen werden. Diese Scheibe besteht üblicherweise aus einer Kupfer-Messing-Legierung. Die Gussform für diese Metallplatten wurde aus Holz gefertigt. Nach dem Gießen wurde die Form weiterbearbeitet. Anschließend wurde die konkave Form mit dem Krümmungsradius, den die Linsen aufweisen sollten, auf einer Drehbank herausgearbeitet.

Danach wurde die Kugelform der Gussformen geschliffen, und sie waren bereit für die Schleifmaschine.

Huygens bestätigt, dass er sowohl Schleif- als auch Poliermaschinen verwendete. Nach sorgfältigem und akribischem Schleifen mit Schmirgelpapier – zunächst eine Stunde lang mit 40er-Körnung, dann mit 100er-Körnung, dann mit 200er-Körnung, jeweils eine weitere Stunde, und schließlich einer Stunde mit 400er-Körnung – wurde die Linse mit einem Tuch poliert, das an der konkaven Form befestigt und mit einer sehr dünnen Schicht Harz und Wachs beschichtet war. Um den Polierprozess besser beobachten zu können, wurde ein Loch in die Form gebohrt. Dazu wurde die Linsenmitte mit einer Kerze beräuchert, um den Polierfortschritt zu verfolgen.

Das Polieren mit einem feuchten Tuch und Tripolierpaste oder anderen Poliermitteln führt nicht zu einer optischen Korrektur, insbesondere nicht maschinell, da es ein grobes Polieren darstellt. Das manuelle Polieren mit einem in Tripolierpaste und Wasser getränkten Tuch ist bei großen Linsen von 150 oder 200 mm sehr zeitaufwendig und erfordert eine handbetriebene Poliermaschine, auf die Campani verzichtete. Das Polieren auf Papier ist sogar noch schneller, doppelt so schnell wie auf Filz oder Tuch, selbst bei manueller Bearbeitung. Es handelt sich dabei um eine Form der Feinbearbeitung, die Fehler korrigiert, die Linse transparent macht und die optische Form beeinflussen kann, was bei Filz und Tuch nicht der Fall ist. Pech und Papier sind also die einzigen Materialien, die die Linsenform beeinflussen können. Eine gute sphärische Oberfläche lässt sich erzielen, wenn das Papier dünn ist und mit einer extrem dünnen Schicht Gummi arabicum gleichmäßig auf die Form geklebt wird.

Campanis Methode unterscheidet sich deutlich von der Huygens'.

 

[OviAstro]

Es ist ein Traum, Linsen mit 3 mm und 4,5 mm Dicke bei 100 mm bis 137 mm Durchmesser fertigen zu können, und die Politur auf Papier ist unübertroffen.

Hut ab vor Campani! Er hat uns in Sachen Optik und Mechanik wirklich übertroffen.

Ich möchte anmerken, dass Campani die Objektive auf Metallformen ausschließlich von Hand gefertigt und die abschließende Politur auf Papier und Filz vorgenommen hat. Dies spiegelt sich in der außergewöhnlichen Feinheit dieser Linsen wider. Im Werkstattinventar findet sich kein Hinweis auf die Maschine zum Bearbeiten und Polieren von Objektivlinsen, sondern nur auf die Maschine zum Schleifen von Kristallen (Mikroskopen) und konvexen Linsen für Okulare aller Art, Camera-obscura-Linsen, Vergrößerungsgläser usw.

Es ist schlichtweg zu kompliziert, selbst für Maschinen mit Papierpolierverfahren eine perfekte sphärische Form der Linsen zu erreichen, ohne dabei auf die Steigung zu achten, insbesondere bei solch geringen Dicken. Wir sprechen hier von 8,1-Zoll-Linsen mit 230 mm Brennweite, 45 mm Durchmesser und 5 mm Dicke, oder beispielsweise von der 205-mm-Cassini-Linse mit 5,4 mm Dicke am Rand, oder von dieser Linse aus dem Museo della Specola Bologna mit 137 mm Brennweite, 12,1 mm Durchmesser und 4,5 mm Dicke in der Mitte und 4,3 mm am Rand. Eine Maschine, die mit diesem Druck arbeitet und die Linse in der Hand hält und nach unten oder oben drückt, hätte aufgrund der Elastizität große Probleme (beim Polieren sogar noch größere als beim Schleifen). Wir sprechen hier keinesfalls davon, diese Objektive wie andere auf Schleifmaschinen herzustellen.

Huygens fertigte sie ausschließlich maschinell und polierte sie auf dieselbe Weise. Seine Objektive sind 8–11 mm dick (die großen), die kleinen hingegen nur 3 und 8 mm – also deutlich dicker als die 8-Zoll-Objektive von Campani mit 5 mm Dicke. Oder 3,2 mm Dicke bei 107 mm Durchmesser.

Und nicht zu vergessen: Huygens polierte ausschließlich maschinell mit einem Tuch und Tripoli oder nassem Zinnoxid. Denn der Versuch, solche 5- oder 6-Zoll-Objektive von Hand mit einem Tuch zu polieren, wäre ein Ding der Unmöglichkeit – das würde ewig dauern.





Ich fertige gerade neue, dünne Campani-Replika-Linsen an, die mit 320er-Gitter und anschließend mit 25 Mikron verklebt sind. Ich möchte sie auf eine Brennweite von 2,6 oder 2,5 m belassen.

Aufgrund der zentralen Striche wies mein Werkzeug das gleiche Muster wie das Schleifwerkzeug von Campani (siehe Foto) auf. Der Schleiffleck vergrößerte sich mit fortschreitendem Schleifvorgang von 67 mm auf 72 mm Durchmesser.

Dieses Muster ähnelt einigen Metallläppscheiben von Campani Grosso (Grosso bedeutet Grobschleifen). Es ist erstaunlich, wie gut diese Striche beim Schleifen eine sphärische Oberfläche erzeugen.
Ich benötige keine Stützmulle für die Linse, und selbst bei größeren Linsen mit 4 mm Durchmesser und 4 mm Dicke ist der Anpressdruck berechnet. Dank meiner Erfahrung weiß ich, wie viel Druck für den Schleifvorgang nötig ist. Campani hatte es mit Metallwerkzeugen schwerer; er musste die bikonvexe Linse über einen langen Zeitraum manuell grobschleifen, um ein gleichmäßiges Ergebnis zu erzielen. Dies gilt auch für die nachfolgenden Schleifmittel.
Mit dieser Strichmethode muss man nicht stehen und um den Schleifkörper herumgehen, sondern kann einfach an einem Tisch sitzen und so viele Umdrehungen wie möglich ausführen. Im 17. Jahrhundert kannte man die Technik des Um-den-Schleifkörper-Gehens noch nicht.

Grinding with 320 grid

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Grinding with 320 grid 2.

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[OviAstro]

Bei der Bearbeitung der 46-mm-Linsen an einem übergroßen 95-mm-Werkzeug beträgt die gewünschte Brennweite etwa 2 m bzw. 2,5 m. Ich verwende altes Flachglas mit 4 mm Dicke, das sich für diesen Zweck sehr gut eignet und derzeit auf 25 µm geschliffen ist.