Umlenkprisma fuer Newton

[erik_2]

Hallo zusammen,

was ich schon mal frueher fragen wollte und was mir jetzt nach der
Diskussion um die Amici-Prismen wieder eingefallen ist:

Gibt es eigentlich noch 90°-Umlenkprismen als FS fuer
Newton-Teleskope, um die "Probleme" der Al-Beschichteten FS zu
umgehen (teuere hochreflektierende Beschichtung, kratzempfindlich,
mit der Zeit nachlassende Reflektivitaet)? Oder gibt es bei den
Prismen andere schwerwiegende Gruende, die von einer Verwendung als
"FS" im Newton abraten lassen?
Mal abgesehn von einem wahrscheinlich hoeheren Preis fuer die Prismen
gibt es bei ihnen doch unbestreitbar Vorteile, die beim Alu-Spiegel
umgekehrt als Nachteil anstehen:

- leichter zu reinigen wg. "unempfindlicher" Oberflaeche
- schon "von Natur aus" hohe Lichttransmission (und durch Verguetung
noch zu steigern
- stets gleichbleibende Lichtdurchlaessigkeit

Und, last but not least, kann man nicht Umlenkprismen aus Fernglaesern
mit Porro-Prismen als "FS" verwenden (die ja auch verguetet sind)?


Gruesse,

Erik

 

[Walter_E_Schön]

Hallo Erik,
es gibt eine ganze Reihe von Gründen, warum Fangspiegel nicht sinnvoll durch Prismen zu ersetzen sind.

1. Ein im wahrsten Sinne des Wortes „schwerwiegendes” Problem ist das erheblich größere Gewicht eines Prismas, das sehr viel stabilere Spinnenstreben erfoderte (auch gegen Torsion stabil, wenn nicht vor den Spinne ein entsprechendes Gegengewicht angebracht würde, das dann aber das Gesamtgewicht noch weiter erhöhte). Dicke Spinnenstreben erhöhen nicht nur die Obstruktion ein bißchen, sondern erzeugen vor allem kräftigere Beugungsstrahlen (Spikes) an den Stern-Bildpunkten.

2. Die hinsichtlich Obstruktion und Beugung günstigste Spiegelform ist in Richtung der optischen Achse betrachtet kreisförmig. Das läßt sich durch einen elliptischen Fangspiegel leicht realisieren (bei 45° Schrägstellung mit großer Achse = kleine Achse mal Wurzel aus 2), nicht aber durch ein Prisma. Das muß nämlich auf der Lichtein- und Lichtaustrittsseite eine ebene Fläche haben, so daß sich aus Richtung der opt. Achse als kleinstmögliche Form (für minimale Obstruktion) die eines geschlossenen Hufeisens ergibt (also wie ein U, bei dem die beiden oberen Enden durch eine gerade Linie verbunden sind). Diese Form wäre aber nur mit großem Aufwand herzustellen, weil zwei sonst eckige Kanten zylindrisch zugeschliffen werden müßten. Wenn aus Kostengründen dieser Aufwand nicht getrieben wird, ist das Prisma aus Achsrichtung gesehen quadratisch. Die sehr viel größere Obstruktion würde einen Auflösungsverlust und die nicht rotationssymmetrische Form zusätzliche Spikes an den Stern-Bildpunkten erzeugen. Damit wäre der minimale Vorteil hinsichtlich der Reflexion durch sehr viel schlimmere Nachteile erkauft, also im Interesse hoher Qualität kontraproduktiv.

3. Es gibt auch Fangspiegel, deren Oberfläche so beschichtet ist (z.B. mit Quarzschutzschicht oder dielektrisch beschichtet), daß sie weitgehend kratzunempfindlich ist (zumindest dann, wenn man vorsichtig reinigt). Die sind zwar teuerer, aber immer noch billiger, also ein oben beschriebenes Prisma wäre.

4. Es gibt auch Fangspiegel mit Reflektivität um und über 96%, und damit bringt ein Prisma fast keinen Vorteil mehr (man darf bei diesem nicht nur die 100% Totalreflexion betrachten, sondern auch die Reflexionen an der Ein- und Austrittsfläche, die selbst bei Mehrschichtvergütung (wieder eine Kostensteigerung!) gewisse Verluste bringt. Jedenfalls sind die Transmissionsverluste des Oberflächenspiegels selbst bei nur ca. 88% Reflektivität eines „normalen” Spiegels immer noch erheblich kleiner als die durch die größere Abschattung eines Umlenkprismas mit quadratischer Grundfläche.

5. Dein Vorschlag, Porroprismen aus Ferngläsern zu verwenden, ist nicht realisierbar, da diese Prismen das Licht um 180° (nämlich zweimal nacheinander um je 90°) umlenken. Das Licht würde also vom Hauptspiegel wieder zu diesem (allerdings um einige Zentimeter parallelverschoben) zurückgeworfen, statt seitlich aus dem Tubus zum Okular.

MfG Walter E. Schön

 

[erik_2]

Hallo Walter,

vielen Dank fuer Deine ausfuehrlichen Erlaeuterungen zu den einzelnen Punkten.

Aber zum Punkt 5:
Ich hatte schon mal ein Fernglas in der Hand (Marke weis ich aber jetzt
nicht mehr), in dem zwei einzelne 90°-Prismen verbaut waren. Ich vermute
aber mal, dass es sich dort um eine moegliche Schwach- bzw. Fehlerquelle
(Dejustierung) handelt und bei "besseren" Firmen/Glaesern nicht eingesetzt
wird.

Gruss,

Erik

 

[Walter_E_Schön]

Aufbau eines Porroprisma

Hallo Erik,

jedes übliche*) Porroprismen-Fernglas hat (pro Rohr) zwei Prismen, die wie ein diagonal halbierter Würfel aussehen und einander mit je einer Hälfte ihrer Hypotenusenfläche zugewandt sind. Diese beiden Teile können verkittet sein, können aber auch einen Luftspalt haben. Bei den meisten Ferngläsern sind sie verkittet, weil das die Transmission erhöht (es fallen zwei Glas-Luft-Grenzflächen weg, die einen Teil reflektieren und vergütet werden müßten, um diese Reflexion gering zu halten) und weil das Fernglas dadurch weniger anfällig gegen Dejustage wird.

Aber: Diese beiden Prismen haben zwar zwischen den spiegelden Flächen einen 90°-Winkel, reflektieren aber den über die Hypotenusenfläche einfallenden Strahl zweimal nacheinanderer mit jeweils 90° Abknickung, was zusammen 180° Abknickung ergibt. Damit Du Dir vorstellen kannst, wie das aussieht, sieh Dir die PDF-Datei von folgender Website an:

http://www.optics.arizona.edu/detlab/Classes/OPTI%20201%20Fall02/Exams/exam1.pdf

Die vielen Formeln auf den ersten Seiten brauchen Dich nicht zu irritieren; die kannst Du einfach überblättern. Auf Seite 4 findest Du links oben eine Zeichnung des Strahlengangs in einem Porro-Prismensystem. Etwa dort, wo in der Zeichnung „Object” steht, muß Du Dir beim Fernglas das Objektiv vorstellen, und auf der anderen Seite des Prismensystems hinter „Image” das Okular.

Bei dem von Dir betrachteten Fernglas waren bestimmt auch genau solche Prismen eingebaut, also hat auch dieses Fernglas Prismen mit jeweils 180°-Umlenkung. Hätten die Prismen, wie Du vermutetest, jeweils nur eine 90°-Ablenkung, hättest Du das Bild um 180° gedreht, also oben und unten sowie links und rechts vertauscht gesehen (kopfstehendes Bild). Das war bestimmt nicht der Fall!

MfG Walter E. Schön

*) Nur der Vollständigkeit halber: Es gibt noch eine andere Variante, die als Porro-II-System (oder Porrosystem zweiter Art) bezeichnet wird und anders aufgebaut ist. Diese Variante ist jedoch extrem selten und sicher nicht bei Deinem Fernglas realisiert. Aber auch dieses Porrosystem besteht nicht aus zwei um 90° ablenkenden Prismen.

 

[Raphael]

Hi Erik,

die bereits genannten Gründe sind zwer teilweise verständlich, würden aber den Einstz von Prismen nicht vollständig unmöglich oder unsinnig machen.

Ich finde an der Prismensache drei wesentliche Punkte die deren Einsatz nicht gerade empfehlenswert erscheinen lassen.

1. Wirkt ein Prisma wie eine planparallele Platte - eine sehr dicke noch dazu. Dies sorgt im konvergenten (zusammenlaufenden) Strahlenbündel für verschiedenste Abbildungsfehler. Allen voran sphärische Aberration (Öffnungsfehler) und chromatische Aberration (Farbfehler).

2. Müssen die Prismenflächen sehr sauber gehalten werden - zpeziell die reflektierende Hypothenuse. Befindet sich auf ihr ein optisches Medium dessen Brechzahl nur unwesentlich größer als die der Luft ist funktioniert das mit der Totalreflexion nicht mehr und man hat zumindest Lichtverlust und Kontrastverlust zu beklagen. Meist werden diese Schichten wohl Fettschichten (vom Anfassen), Wasserschichten (vom Tau) oder sonstiger Dreck (aus der Luft) sein.

3. Wäre die Sache nur bei langbrennweitigen Teleskopen machbar. Bei Kurzbrennweitigen (f 1:4 oder so) wird man evtl schon Probleme bekommen dass die Winkel zu steil werden um für eine Totalrflexion noch zu genügen. Man müsste auf stärker brechende Gläser ausweichen welche Punkt 1 weiter verschlechtern.

Außerdem ist ein Prisma wesentlich schwieriger zu montieren da, wie oben bereits gesagt, die Hypothenuse nicht berührt werden darf. Folglich kann dort auch kein Kleber oder ähnliches angebracht werden. Ein weiterer kleiner Minuspunkt für Prismen wären die Reflexionen die zwischen den Glasflächen auftreten können.

Gespiegelte Grüße
Raphael