Точность оптики телескопа

[VD]

Вопрос Леониду Леонидовичу.

Почему фирмами, производящими самую точную оптику,  теневой контроль не применяется сколь-нибудь широко даже не в процессе аттестации,  а в процессе технологического контроля?
Где все эти сканирующие фотометры с "легкостью"  выдающие карту поверхности и СКО контролируемой поверхности???
Почему те фирмы, которые делают _штучную,  заказную_  сверхточную оптику не аттестуют ее какого-либо вида теневым методом?
Почему заказчики подобной оптики, несомненно знакомые с методами контроля и их чувствительностью,  _всегда_  требуют _только_  аттестаты _интерферометрического_  контроля?
Только не говорите, пожалуйста,  что они не знакомы с существованием теневых методов контроля.

А насчет "ребенка" в кружке лихо исправляющего ошибку в 1/6 волны на приличного размера оптической детали!  Тогда, наверное, можно говрить,  что мы(вы)  тут, в России,  как в балете.    


А с местными ошибками,  вызванными неоднородностью материала по твердости,  вы не сталкивались лишь по той простой причине,  что теневым методом их уловить и диагностировать практически невозможно.  Так что я и не удивлен Вашим ответом. Он именно таков, каким и должен был быть.  И он в точности совпадает с моим собственным опытом изготовления оптики в кустарных и полу-кустарных условиях с применением теневых методов в том числе и нуль-методов с плоским эталонным зеркалом.  А когда дело дошло до интерферометрии,  то вся неполнота и непрактичнгость теневых методов выявилась однозначно.

И все-же,  я хотел бы получить четкое обоснование надежности и реальности тех цифр,  где речь шла об измерениях теневым методом профиля поверхностей парабол, изготовленных Максутовым,  с точностью до еденицы третьего знака после запятой.  ЛЛ,  если Вас не затруднит,  поясните нам,  пожалуйста,  как такое возможно - измерять амплитуду ошибок с точностью до 0.001 лямбда

VD

[bibliograf]

 Извините, что отвечаю на вопрос, адресованный не мне - зеркала, точность которых так умилила и рас-
трогала VD тестированы методом Гартмана в ГОИ М.Ф. Романовой - подробности методики и оценка
точности есть в "Трудах ГОИ" т.IV 1927 г. - "Тестирование параболических зеркал методом Гартмана"
Вы, VD считаете, что эти графики - недостоверны и высосаны из пальца?
Что покажет на интерферограмме зеркало, дающее плоский теневой рельеф при теневом испытании?

[SF]

2sikoruk:
о бумажной диафрагме, которую здесь предложили
Она предложена для любопытствующего с оказией ЛА на крайний случай, а не для контроля при изготовлении, как следует из предыдущего обсуждения.

не нужно забывать и о том, что постоянная Гартмана
О постоянной Гартмана я даже не вспоминал.

[VD]

Извините, что отвечаю на вопрос, адресованный не мне - зеркала, точность которых так умилила и рас-
трогала VD тестированы методом Гартмана в ГОИ М.Ф. Романовой - подробности методики и оценка
точности есть в "Трудах ГОИ" т.IV 1927 г. - "Тестирование параболических зеркал методом Гартмана"
Вы, VD считаете, что эти графики - недостоверны и высосаны из пальца?
Что покажет на интерферограмме зеркало, дающее плоский теневой рельеф при теневом испытании?

Метод Гартманна,  хоть и является количественным, имеет свои собственные ограничения и недостатки.  При изготовлении точной оптики сейчас не применяется.  Единственное его нынешнее применение (и то,  ограниченное для средних по размеру телескопов) это отладка разгрузки в рабочем телескопе и его юстировка.  

Так что оставим на совести тех,  кто проводил картографирование поверхностей упомянутых зеркал, эту точность - 0.001 лямбда.  
Тем трудам самое место на складах библиотеки.  Но если не верите, предложите такую точность измерений (а, значит, при некотором старании и изготовления) до 0.001 лямбда тем,  кто делает точную оптику.  Потом, если будет что сказать,  дайте нам знать, пожалуйста,  а что же вам ответили на ваши утверждения (со ссылкой на источники в литературе) о возможности таких измерений.
И потом, чтобы избавить вас от такой напраслины, я рекомендую вам прикинуть,  а насколько точно должна быть изготовлена и установлена диафрагма Г.,  насколько точно должны быть измерены смещения фотопластинки,  насколько точными должны быть измерения положения точек и т.д.,  чтобы цифры 0.001 лямбда соответствовали действительности,  а не были просто проставлены,  как значащие цифры.
ИМХО,  они, эти 0.001 и даже 0.01 НИЧЕГО не значат.

VD

[bibliograf]

 А кроме метода Гартманна в те годы других количественных методов и не было - славный Frank Twymen
 из Hilger & Watts предложил первый интерферометр для контроля оптических деталей в1916 году - а для
больших зеркал интерферометрию стали прменять еще позднее... Также известное постановление Сове-
та Народных Комиссаров от 28 июля 1939 года еще не было принято. "За выпуск некачественной, некомп-
лектной и несответствующей техническим условиям продукции начальники ОТК, главные инженеры и
директоры предаются суду и подвергаются тюремному заключению на срок от четырех до восьми лет."
Так что при аттестации зеркал могли немного и приврать - позднее Максутов даже был арестован НКВД -
и отсидел два месяца - но сумел доказать точность и правильность примененных им методов!
Небольшой пример Торжества Интерферометрии - оптику заказали плоско-вогнутую флюоритовую лин-
зу - какое-то окно для ИК-лазера. Большие флюоритовые заготовки все уже давно кончились в кладовой -
он нашел лишь  выбракованную в свое время из-за того что она не поддавалась точной обработке -это
был поликристаллический сросток. Но требования к точности и местным ошибкам заказчик предъявлял
нестрогие - лямбда и Л/2 для всей поверхности и для местных ошибок. Деталь оптик изготовил без особых
затруднений -  на теневой картине, правда, была настоящая каша... У заказчика возник естественный
вопрос - а можно ли оценить размеры этих ошибок? Нет? К счастью, нашли подходящее пробное стекло и
все кончилось к общему удовлетворению - полосы интерферограммы отстоят друг от друга на Л/2 и да-
ют совершенно точный и удобный масштаб для оценки ошибок поверхности.
Вот и ответ на вопрос - почему к оптической детали прилагают интерферограмму - кто осмелится оспо-
рить длину волны спектральной лампы или гелий-неонового лазера?

[sikoruk]

Прежде всего прошу простить за долгое молчание.
VD:
<<Если нам предложат изготовить оптику более 10" с амплитудой ошибки 1/10 волны, то мы запросим ну оооооооочень дорого или даже откажемся.  Такую точность амплитуды ошибок просто невозможно (или почти невозможно) обеспечить …>>

Взгляните на фокограмму 490-мм объектива Страсбургской обсерватории с ошибкой 1/3 лямбды до того, как за объектив взялся Кудэ (слева). Предположим, что мы имеем дело не с 490-мм объективом, а с 250-мм зеркалом, на котором обнаружили такую же картину – ошибка фронта 1/3 лямбды. Возможно ли ее исправить, если у станка не Кудэ, а мальчик из 9 класса? Как Вы думаете, сложно ли это?
Мне кажется, что любой человек, имевший дело с изготовлением зеркал и с теневым методом, ответит, что уменьшить эту ошибку ну хотя бы в 3 раза не составит особого труда. Но тогда ошибка фронта составит примерно 1/8-1/10 лямбды.
Стоит ли отказываться от задачи, которую решить не так уж трудно? Неужели этот теневой ужас и есть почти предел для «оптиков-профессионалов», за который нужно брать <<ну оооооооочень дорого>>.

<<А насчет "ребенка" в кружке лихо исправляющего ошибку в 1/6 волны на приличного размера оптической детали!  Тогда, наверное, можно говрить,  что мы(вы)  тут, в России,  как в балете.>>

Можно было бы подумать, что и тут «мы впереди планеты всей», если бы не одно обстоятельство. С такими ошибками успешно борются дети всего мира в клубах любительского телескопостроения.

<<Почему фирмами, производящими самую точную оптику,  теневой контроль не применяется сколь-нибудь широко даже не в процессе аттестации,  а в процессе технологического контроля?>>

Во-первых, велика сила традиции.
Во-вторых, где-то теневые методы в фаворе, где-то нет, а интерферограммы – это что-то вроде английского языка. Нельзя сказать, что он лучше других. Просто сейчас он стал международным, как когда-то латынь.
В-третьих, спору нет, получить количественные результаты методом Фуко довольно хлопотно. Но здесь-то речь идет о чувствительности.
И, наконец, последнее. Теневые методы очень широко применяются во всем мире по сей день, особенно, когда речь идет именно о высококачественной и уникальной оптике, например, о зеркалах больших и гигантских телескопов и, прежде всего, в процессе технологического контроля.

Ernest:
<<Мой вопрос касался метрики. Скажем, когда Вы говорите о 1/25L - это отклонение измеренное по максимумам от ближайшей параболы (или другой нуль-поверхности)?>>

Я не вполне понял Вас. Если речь идет не только о максимумах, а об эксремумах («провалах» и «подъемах»), то от ближайшей параболы, которая в нуль-тесте Максутова представлена плоскостью. Именно от ближайшей параболы, а не от параболы, скажем, касательной в центре с тем же радиусом, что и зеркало.
Но подобные измерения с точностью 1/25 лямбды слишком сложны из-за неопределенности положения тени, даже, если мы используем «дифракционную» щель и нить. Поэтому я нигде до сих пор не употреблял слово «измерение», а пользовался другим - «оценка». Уверенно измерив аберрации по зонам, я исследую поверхность на плавность в нуль-тесте. Здесь я расширяю щель до 1-2 мм и получаю важное преимущество. В этом случае яркость (точнее размах яркостей) картины пропорционален отклонениям поверхности от расчетной. Зная, как выглядит теневая картина, скажем, для ошибки фронта в 1/10 лямбды, я могу «на глаз» оценить ошибки существенно меньшие.
На первый взгляд это слишком ненадежно. Но вспомним пример из другой области. Все хорошо знают, что в музыке «ля» первой октавы – это 440 герц, а второй - 880 герц и т.д. Эти величины можно, хотя и с некоторым трудом измерить. Но настройщик поступает иначе. У него есть камертон, а дальше весь инструмент настраивается на слух. И я в состоянии оценить, насколько хорошо он настроил, конечно, если у меня есть слух. Я могу указать ему, на сколько нужно повысить или понизить звук, если нота «врет».
Пример из более близкой области. Можно измерять поверхностную яркость деталей поверхности планеты с помощью громоздкого фотометра, а можно тоже делать глазом. Результат может быть удивительно точным, если речь идет об относительных яркостях. Достаточно объективно измерить яркости 2-3 деталей, а дальше – глазомерные оценки.

Теперь пару слов об интерферометрах. Я никогда не был против интерферометров. Боже, упаси меня от такого невежества. Но есть вопрос, на который мне, например, ответить очень сложно. Не будем рассматривать все существующие интерферометры. Возьмем обычный неравноплечий. Я хочу проверить на нем очень важную деталь. Где у меня уверенность, что эталонное зеркало этого интерферометра действительно эталонное, и что значит «эталонное». Это 1/10; 1/16; 1/20 или 1/50 длины волны? Кто мне сможет это убедительно показать? И возможно ли в «профессиональных» условиях изготавливать такие зеркала? Ведь, судя по всему 1/10-1/16 – это предел. Но этого мало!
Само по себе «эталонный прибор» мало что значит. С одним таким эталонным прибором – ОСК-2 – мы уже имели дело, и постепенно выяснили, что там существует скрытое диафрагмирование, и что испытывать на нем можно только объективы с фокусным расстоянием только 300-350 мм.

Метод Фуко хорош тем, что он не требует дополнительных эталонных деталей или приборов. Он позволяет сам получать эталонные детали.

Искренне Ваш    Л. Сикорук.

P.S. На второй фокограмме – обтекание воздушным потоком от фена плоской пластины (змея). Кадр из фильма «Физика для малышей», 1972 г.) Перепад температур приблизительно 15-18 градусов. Приблизительно так выглядит турбулентность в трубе, когда мы выносим телескоп на улицу, где чуть выше нуля.

[Klevtsov]

                 Уважаемые  коллеги!

       Дозвольте  и  мне  принять  участие в вашей дискуссии.  Тем  более,  что в свое время я был в курсе проблем контроля 6 м зеркала для телескопа БТА и обеспечивал интерференционный контроль двухлинзового объектива БСВТ для солнечного телескопа, установленного в п. Листвянка на Байкале, так что не понаслышке знаю проблемы и особенности как теневого, так и интерференционного методов контроля оптики.
        Во-первых, хочу сказать следующее: материалы для астрономической оптики, которые при обработке дают местные  ошибки величиной 0.125 лямбда, вообще непригодны для работы,  тем более в условиях перепада температуры при астрономических наблюдениях. Такие материалы или исключительно плохо отожжены, или имеют потоки грубых свилей.  Детали, изготовленные из таких материалов должны иметь волновой фронт с заметными местными деформациями на интерференционных полосах в виде пиков или темно-белых пятен высокого контраста на общем  фоне теневой картины.  При любом способе контроля такие дефекты не могут быть не обнаружены.  У нас, во всяком случае, материалы с такими дефектами сразу же выбраковываются.  Должен сказать, что за всю мою практику было сравнительно немного подобных случаев, так что у меня есть основания предупредить Валерия о никуда не годном способе обработки оптики, которую он контролирует, если, конечно, он часто сталкивается с подобными дефектами!
             Во-вторых, я хотел бы предостеречь коллег от чрезмерной недооценки возможностей окулярного способа контроля.  Это достаточно чувствительный способ.  Во всяком случае,  при деформациях волнового фронта в 0.1 лямбда зафокальные и предфокальные картины имеют заметные различия – это я проверял.  К сожалению, у меня не было возможностей проверить зафокальные и предфокальные картины зеркал, изготовленных с точностью порядка 0.02 лямбда, но из опыта старых мастеров (Чикин, Навашин) известно, что тест на подобие зафокальной и предфокальной картины выдерживают только так называемые безупречные зеркала, сделанные именно на таком уровне точности волнового фронта.  Может быть Леонид Леонидович поделится с нами результатами таких наблюдений, коли уж он имеет такие зеркала! Однако, при контроле любой ассиметрии пятна рассеяния, в том числе и астигматизма, этот метод практически незаменим, так как глаз человека отличает круглое кольцо от деформированного уже тогда, когда эти деформации составляют 1/20 диаметра!  
         Вот, кстати, почему опытные оптики на неравноплечем интерферометре всегда ставят деталь не только на полосы но и на кольца, чем сразу получают количественную оценку астигматизма волнового фронта.
         В-третьих, я хочу коснуться вопроса сопоставления теневого метода контроля с методом интерференционным.  Дмитрия Дмитриевича Максутова трудно заподозрить в профессиональном невежестве!  Вот какие требования он предъявляет в своей книге  “Анаберрационные отражающие поверхности и системы и новые способы их испытания”  Л: Москва, 1932 г.  к рабочему методу контроля оптики:
1. Он должен быть быстрым и наглядным;
2. Чувствительность его должна быть высока и, во всяком случае, не ниже 1/20 лямбда;
3. Он  должен давать одновременно картину всей поверхности волнового фронта, а не отдельных точек или зон;
4. Он должен обнаруживать астигматизм и местные неправильности волнового фронта
Учитывая, что сейчас не 1932 г. и даже не 20-й век мы обязаны дополнить эти фундаментальные требования к рабочему методу исследования оптики еще одним условием:
5. Он (рабочий метод контроля) должен  давать количественную оценку деформаций волнового фронта.
Если объективно сопоставить в соответствии с указанными выше требованиями метод теневой и метод интерференционный (для контроля оптических систем последний в виде интерферометра Тваймана стал применяться с момента изобретения квантового генератора  в 1962 г.) придем к интересным заключениям.
          Оба метода, очевидно, как быстры, так и наглядны и дают одновременно всю картину поверхности зеркала (для интерференционного метода это верно при небольших деформациях полос, что почти всегда и бывает в астрономических приборах).  Предельная  чувствительность теневого метода неоднократно оценивалась разными авторами, как теоретически, так и практически.  По Д.Д. Максутову при не слишком больших апертурах волнового фронта и бесконечно тонком (практически дифракционном) щелевидном источнике света эта чувствительность определяется контрастной чувствительностью глаза (1,5 - 2%) и для волнового фронта составляет величину 0.005 лямбда ( см.  книгу  “Изготовление и исследование астрономической оптики” стр. 166  издания 1984 г.).  Для обнаружения астигматизма поверхности нож Фуко или контролируемую деталь следует разворачивать, так как метод обладает указанной чувствительностью только в направлении перпендикулярном ножу, что и является его недостатком. Другим, малоизвестным недостатком теневого метода является резкое падение его чувствительности при повышении апертуры контролируемого пучка.  Автор сообщения имеет личный опыт контроля главного 200 мм зеркала для своего телескопа с радиусом около 680 мм, на котором интерференционный метод дал 0,5 полосы завала края, а теневой метод оказался не в состоянии обнаружить эту, в общем-то, грубую, ошибку!  Как оказалось, все дело было в том, что при повышении апертуры контролируемого пучка лучей возрастают требования к пространственной параллельности щели и ножа, а также к точности и чистоте обработки лезвия ножа, чего в применяемом для контроля приборе соблюдено не было. Поэтому, тонкая структура перепада контрастов замывалась паразитным светом.  Об этом, кстати, пишет и сам Максутов в цитируемой выше книге!
Интерференционный метод не имеет таких недостатков. Им с успехом можно проверять волновой фронт с апертурой 1:1 и даже более, что, кстати, и для астрономических деталей вовсе не редкость (взять те же менисковые линзы).  Чувствительность его одинакова по всем направлениям и никаких переустановок детали в процессе контроля не требуется.
И, наконец,  насчет количественной оценки деформаций волнового фронта.  По образному выражению Максутова в фокограмме  заложена количественная информация об ошибках волнового фронта только к ней нужно подобрать масштаб, а в интерферограмме масштаб заложен самой природой света (длиной волны).  Интерферограмма и без всякого расчета позволяет произвести количественную оценку волновых аберраций системы и оптик делает это “на глаз” в зависимости от своего опыта с точностью 0.05 – 0.1 лямбда.  Мы заметили, что на интерферометрах, где численный анализ картины ведется посредством фазового сдвига, повторяемость оценки деформаций волнового фронта при различной ориентации интерференционных полос  по RMS может достигать 0.005 лямбда.  Вероятно, это и есть предельная среднеквадратическая точность интерференционного метода при цифровой обработке. Во всяком случае, когда мы получали большее расхождение в анализе одного и того же фронта в различные интервалы времени, то всегда мы находили связь этого явления или с термоэффектами или с воздушными потоками в помещении.  
Таким образом, в настоящее время, с развитием цифровых методов обработки интерферограмм точность  интерференционного метода контроля, хотя и ниже (RMS – это не предельная ошибка, а среднеквадратическая), но вполне сопоставима с точностью качественного теневого метода и достаточна для производителя.
             Конечно,  существуют способы превращения качественного теневого метода в количественный (метод Фуко-Филберта и я бы добавил метод логарифмических диафрагм Максутова), но они более капризны и на практике не получили распространения.  Наиболее употребительная форма теневого метода – все же качественная или полуколичественная.  Об этом Леонид Леонидович прочитал вам целую лекцию и я мало что могу добавить к сказанному им.
             Поскольку в условиях производства решающее значение имеет получение информации о деталях в количественной форме, то  в этой сфере лазерный интерференционный метод контроля оптики сейчас оказался вне конкуренции.  В астрооптических лабораториях, где делают оптические эталоны и оптику крупногабаритных телескопов и где нужна наивысшая точность контроля, в настоящее время используют оба метода, которые в особо ответственных случаях дополняют контрольным методом гартманограмм.  Таким, кстати, образом контролировали 6 м зеркало БТА и ряд крупногабаритных зеркал других телескопов. Кстати, у меня хранится уникальная фокограмма первого зеркала БТА, где все его дефекты: заделанные пузыри в стекле, располировки и следы от пролившихся на поверхность при покрытии капель алюминия, видны как на ладони.

                                   Клевцов

P.S.: Для Леонида Леонидовича и др. Делительный кубик и эталонное зеркало интерферометра Тваймана обычно делаются с большими запасами по габаритам, а контролируются очень тщательно на весь диаметр. Кубик контролируется с применением методов многолучевой интерферометрии, которые многократно повышают точность интерферометрического контроля, а вогнутое эталонное зеркало делается и аттестуется аналогично пробному стеклу и, кроме того,  проверяется  качественным теневым  методом. В результате образуется избыточный запас точности.  Правда, эта работа муторная и требует высочайшей квалификации оптика и хороших контрольных приборов. Хороший интерферометр, на котором можно, скажем, контролировать детали до апертуры 1:2,5 (предел для кубика) сделать очень не просто,  потому эта штука и не доступна для любителей.  Правда, сейчас с развитием методов цифровой обработки интерферограмм, существует возможность измерять и вычитать в процессе обработки ошибки самого интерферометра: его эталона и делительного кубика  из результатов контроля.

[VD]

 Должен сказать, что за всю мою практику было сравнительно немного подобных случаев, так что у меня есть основания предупредить Валерия о никуда не годном способе обработки оптики, которую он контролирует, если, конечно, он часто сталкивается с подобными дефектами!
             

Уважаемый Юрий Александрович,

Спасибо за дискуссию.

Могу Вас заверить,  что и методы обработки оптики у нас получше тех,  которые доступны Вам в данное время (или даже в прошлом) и стекла мы использовали соответствующего качества и от разных производителей Шотт,  Охара,  Корнинг, ЛЗОС и ЛенЗОС.

Во вторых,  в дискуссии с ЛЛ речь шла о зеркалах и там внутренние свойства (по однородности преломления) не важны.  Важен очень хороший отжиг и равномерность твердости по сошлифовыванию.  Вот это последнее всегда труднее всего обеспечить.  Лучшие, отборные,  заготовки ЛК5 (пирекс),  ситалла,  кварца все равно при достаточно больших габаритах зачастую имеют участки, отличные по твердости.  И появляющиеся по этой причине местные ошибки носят нерегулярный характер и практически не поддаются исправлению никакими приемами.  Амплитуда местных ошибок может достигать +/- 1/10 волны,  что даст полный размах в 1/5 волны.  Вот и попробуйте обнаружить на общем плоском волновом фронте местные ошибочки в 1/10 волны.  Труднейшая, почти всегда невыполнимая задача для теневых методов.  
Интерферометр легко эти ошибки видит.  

И еще раз - сказки про точности измерений в 0.001 волны - это все для публики и отчетов в журналах.  Ну надо же было что-то новое публиковать!  Тогда и кукуруза умная была!
Давайте, все-же,  будем говорить о реалиях и не выдавать желаемое за действительное!

VD

[bibliograf]

 Про чувствительность теневого метода к местным ошибкам - протрите заведомо хорошее зеркало спир-
тиком - и посмотрите как изменится теневая картина в результате местного охлаждения!
Теоретическая (!) оценка чувствительности теневого метода оценена лямбда/600(!!) - при контрастности
картины 2%.

[VD]

Про чувствительность теневого метода к местным ошибкам - протрите заведомо хорошее зеркало спир-
тиком - и посмотрите как изменится теневая картина в результате местного охлаждения!
Теоретическая (!) оценка чувствительности теневого метода оценена лямбда/600(!!) - при контрастности
картины 2%.

Вы, наверное, полагаете,  что написали откровения для меня.

Я думаю, что чувствительность и способность к обнаружению,  а также оценка ошибки, если она обнаружена - вещи совершенно разные.
Венеру тоже можно увидеть на дневном небе. Но легко ли это сделать и часто ли вы ее там видели?
Давайте оставим упражнения в изящной словесности и я вам порекомендовал бы,  взяв упоминавшийся вами случай с 140мм зекркалами (в той статье),  отправиться на ЛЗОЗ к Абул-Кадырову (ведущий ихний спец по асферике) и просветить его на этот счет и предложить внедрить в производство методы контроля с точностью до 0.001 лямбда.  В самом деле, зачем же ограничиваться такой цифрой 1/600.  Сразу берите 1/1000!  Ведь в упомянутом вами авторитетном источнике заявлена именно такая точность.
Если вы вдруг отважитесь на такое мессианство, не сочтите за трудность сообщить нам отношение практикующих спецов к вашему предложению и вашим уверениям,  что именно такая и ничуть не меньшая точность вполне достижима этими методами.  А до той поры, давайте, все-же побережем дисковое пространство сервера.  

VD

[bibliograf]

 VD, вы сами только что написали - "попробуйте обнаружить на общем плоском вол-
новом фронте местные ошибочки 1/10 волны"! Вы действительно думаете что это
невозможно?  Вы же прекрасно понимаете, что все эти оценки - 0,01/ 0.002 лямбды
относятся лишь к чувствительности метода - для идеального случая - длиннофокус-
ное сферическое зеркало испытывается на плоский рельеф. Разумеется, в этом
случае понятия "чувствительность" и  "точность" - почти синонимы. Если мы иссле-
дуем асферическое зеркало с компенсатором - в бюджет погрешностей будут
введены ошибки изготовления компенсатора и юстировки схемы - естественно,
точность контроля будет ниже - насколько, зависит от конкретного случая. Нако-
нец, при измерении продольных аберраций погрешности будут зависеть от качест-
ва механической части теневого прибора - подробный анализ этого случая приве-
ден у Д.Д. Максутова в "Изготовлении и исследовании астрономической оптики".
Естественно, если я приду к Абул-Кадырову с пропагандой теневого метода - он
прогонит меня с бранью и криками - ни один оптик профессионал не станет делать
поверхность лучше чем указано в задании - он ценит свое время.
Интерферометр же позволяет получить любую наперед заданную точность контро-
ля - и тем самым избежать лишних вопросов заказчика - мелкие ошибки просто мож-
но скрыть!
У меня тоже есть прекрасный пример из практики - мастеру заказали два кварцевых
сферических зеркала 150мм с точным радиусом 3000мм. Мастер делал зеркала под
пробное стекло и принес заказчику работу вместе с пробным стеклом - чтобы тот
сам мог убедиться в качестве работы - поверхность выглядела безупречной! При
проверке же теневым методом был  заметен слабый теневой рельеф - серия узких
валиков! Естественно, оценить высоту этих погрешностей теневым методом невоз-
можно -  "наше знание предмета начинается с количественного измерения, если
мы не можем их выполнить - наши знания  скудны и неудовлетворительны".
 Лорд Релей.

[Владимир Николаевич]

Как то потихоньку повествование перешло в битву Титанов на фронте 1\100-1\1000 лямбда, в начале темы я как раз и написал, что это возможно но редко и дорого! Давайте лучше обсудим тему в промежутке реальности 1\4-1\8 лямбда, какое превышение  точности над 1\4 лямбда действительно необходимо для компенсации вредных воздействий и не проще ли поставить на телескоп систему термостабилизации, чем городить зеркало 1\10 которое все равно поведет на морозе?

[VD]

VD, вы сами только что написали - "попробуйте обнаружить на общем плоском вол-
новом фронте местные ошибочки 1/10 волны"! Вы действительно думаете что это
невозможно?  Вы же прекрасно понимаете, что все эти оценки - 0,01/ 0.002 лямбды
относятся лишь к чувствительности метода - для идеального случая - длиннофокус-
ное сферическое зеркало испытывается на плоский рельеф. Разумеется, в этом
случае понятия "чувствительность" и  "точность" - почти синонимы. Если мы иссле-
дуем асферическое зеркало с компенсатором - в бюджет погрешностей будут
введены ошибки изготовления компенсатора и юстировки схемы - естественно,
точность контроля будет ниже - насколько, зависит от конкретного случая. Нако-
нец, при измерении продольных аберраций погрешности будут зависеть от качест-
ва механической части теневого прибора - подробный анализ этого случая приве-
ден у Д.Д. Максутова в "Изготовлении и исследовании астрономической оптики".
Естественно, если я приду к Абул-Кадырову с пропагандой теневого метода - он
прогонит меня с бранью и криками - ни один оптик профессионал не станет делать
поверхность лучше чем указано в задании - он ценит свое время.
Интерферометр же позволяет получить любую наперед заданную точность контро-
ля - и тем самым избежать лишних вопросов заказчика - мелкие ошибки просто мож-
но скрыть!
У меня тоже есть прекрасный пример из практики - мастеру заказали два кварцевых
сферических зеркала 150мм с точным радиусом 3000мм. Мастер делал зеркала под
пробное стекло и принес заказчику работу вместе с пробным стеклом - чтобы тот
сам мог убедиться в качестве работы - поверхность выглядела безупречной! При
проверке же теневым методом был  заметен слабый теневой рельеф - серия узких
валиков! Естественно, оценить высоту этих погрешностей теневым методом невоз-
можно -  "наше знание предмета начинается с количественного измерения, если
мы не можем их выполнить - наши знания  скудны и неудовлетворительны".
 Лорд Релей.

Извините,  уважаемый,  но вы просто демагогией занимаетесь!  Ну на кой черт  мне тратить время на чтение демагогических рассуждений???
В приведенных _вами_  иллюстрациях  указывалась точность со значащими цифрами до еденицы третьего знака после запятой.  Проверьте сами.

Все,  ну просто не о чем говорить.  Еще раз извините.


VD

[sikoruk]

Klevtsov:
           << … я хотел бы предостеречь коллег от чрезмерной недооценки возможностей окулярного способа контроля.  Это достаточно чувствительный способ.  Во всяком случае,  при деформациях волнового фронта в 0.1 лямбда зафокальные и предфокальные картины имеют заметные различия – это я проверял. >>

Валерию Дерюжину: Как видите, не только у меня точность поверхности можно довести до Л/20, даже с помощью окулярных проб.

Klevtsov:
<<Может быть, Леонид Леонидович поделится с нами результатами таких наблюдений, коли уж он имеет такие зеркала!>>

Во-первых, речь идет о единственном 312-мм зеркале. Остальные имеют ошибки в пределах Л/10-Л/20. Во-вторых, я уже писал, что при спокойной атмосфере визуально на пределе различения в 312-мм рефлектор я вижу пятна на поверхности Ио, а уж диски галилеевских спутников – уверенно, особенно, когда контраст не слишком высок, например, при прохождении спутника по диску. Временами заметны подробности в делении Энке. Я уже писал о том, что осенью 1988 г. вскоре после Великого противостояния Уверенно видел на поверхности Марса сеть «каналов», за что получил отповедь, кажется, от Андрея Остапенко. Было дело. Правда, такое случается не часто. На высоте 180 метров над уровнем моря, при перепадах температуры в 15-20 градусов,  ничего хорошего я не могу увидеть. Об этом я тоже как-то писал. В августе прошлого года, например, не то что «каналы», вообще ничего кроме полярной шапки и неясных пятен морей на Марсе не было видно. Кстати говоря, наблюдения велись сразу в три инструмента (312-мм, ТАЛ-2 и TAL-100RS) Никаких дополнительных подробностей в малый инструмент в сравнении с большим рассмотреть не удалось. Это я по поводу того, что часто звучит здесь: при неспокойной атмосфере малый инструмент покажет больше. Зато провел интересное для себя исследование особенностей турбулентности на разных высотах, вплоть до границы тропосферы, примерно 10 км.
Что касается зафокальной и предфокальной картин точки, то никогда на своих зеркалах я не видел разницы, конечно, если телескоп отъюстирован.

Klevtsov:
<<при контроле любой ассиметрии пятна рассеяния, в том числе и астигматизма, этот метод практически незаменим, так как глаз человека отличает круглое кольцо от деформированного уже тогда, когда эти деформации составляют 1/20 диаметра!>>
       
Это обстоятельство, описанное, кстати, во всех трудах, руководствах и учебниках по исследованию и контролю оптики, говорит о том, что обнаружить даже астигматизм на поверхности зеркала, когда ошибка составляет только Л/40 (!), не такой уж подвиг. Это для людей, утверждающих, что точность больше Л/10 – нечто неправдоподобное.

Klevtsov:
<<Автор сообщения имеет личный опыт контроля главного 200 мм зеркала для своего телескопа с радиусом около 680 мм, на котором интерференционный метод дал 0,5 полосы завала края, а теневой метод оказался не в состоянии обнаружить эту, в общем-то, грубую, ошибку!  Как оказалось, все дело было в том, что при повышении апертуры контролируемого пучка лучей возрастают требования к пространственной параллельности щели и ножа, а также к точности и чистоте обработки лезвия ножа, чего в применяемом для контроля приборе соблюдено не было. Поэтому, тонкая структура перепада контрастов замывалась паразитным светом.  Об этом, кстати, пишет и сам Максутов в цитируемой выше книге!>>

Строгие требования к параллельности щели и ножа автоматически выполняются в конструкции теневого прибора, описанного в моей книге. Однородность или неоднородность границ щели и ножа легко обнаруживаются с помощью 10-кратной лупы. Этой точности обычно достаточно. Хотя при относительных отверстиях &frac12;-1/1,5 теневой метод действительно становится не слишком надежным, но завал в Л/4 с хорошим теневым прибором обнаружить все-таки можно.

bibliograf:
<<Про чувствительность теневого метода к местным ошибкам - протрите заведомо хорошее зеркало спиртиком - и посмотрите, как изменится теневая картина в результате местного охлаждения!>>

Замечательный пример. Еще проще при отсутствии спирта приложить палец к поверхности зеркала во время испытаний, как это делают практически все любители хотя бы из праздного любопытства. Мы видим «бугор», скорее напоминающий очень острый пик. Для крона при альфа = 0,000008, при перепаде температуры около 5 градусов и глубине «прогревания» примерно 5 мм он имеет реальную высоту равную 0,000008*5град.*5 мм = 0,0002 мм или 0,2 мкм. А это – около Л/3! Этот огромный, легко видимый пик нам пытаются выдать почти за предел возможности профессионального оптика. Кстати, для того, чтобы обнаружить этот пик, который затем медленно расплывается по поверхности зеркала, не обязательно иметь «заведомо хорошее зеркало», достаточно иметь просто зеркало!

VD:
<<Сразу берите 1/1000!  Ведь в упомянутом вами авторитетном источнике заявлена именно такая точность.>>

Вы передергиваете. У bibliografа и, тем более, у Максутова речь идет о Л/100. И как Вы любите говорить, «смею Вас уверить», Максутов не ошибался. Этому есть достаточно подтверждений.

bibliograf:
<<Интерферометр же позволяет получить любую наперед заданную точность контро-
ля - и тем самым избежать лишних вопросов заказчика - мелкие ошибки просто мож-
но скрыть!>>

В прошлом своем сообщении я не стал приводить этот аргумент, так как существуют границы, которые не следует переходить из этических соображений. Но уж раз об этом заговорили, присоединяюсь к сказанному. Можно ни минуты не сомневаться, что ужасный теневой рельеф 490-мм объектива в прошлом моем сообщении очень легко спрятать в отклонения интерференционных полос всего на 1/3 от прямых. Думаю, ни один заказчик не обратит на них особого внимание. Но если ему покажешь теневой рельеф такого объектива, греха не оберешься.

Vladimir:
<<Давайте лучше обсудим тему в промежутке реальности 1\4-1\8 лямбда, какое превышение  точности над 1\4 лямбда действительно необходимо для компенсации вредных воздействий и не проще ли поставить на телескоп систему термостабилизации, чем городить зеркало 1\10, которое все равно поведет на морозе?>>

Строго говоря, Л/4 для волнового фронта не является незыблемой цифрой. Просто Релей в свое время решил, что такое отклонение практически никто не заметит. Более детальное изучение этого критерия показывает, что при ошибке фронта в Л/4 дифракционная картина заметно отличается от идеальной. Пример дифракционных картин при наличии сферической аберрации, комы и астигматизма, если фронт волны искажен на Л/4, можно видеть во втором издании моей книги (рис. 16). Как видим, эти искажения намного превышают дефекты, которые обсуждались в Форуме с большим пролитием крови. При  сферической аберрации в Л/4 центральное пятно дифракционной картины содержит только 80% энергии в сравнении с идеальным пятном. Посмотрите внимательно на эти жуткие картины, которые я заимствовал в свое время у Блёте, и скажите, устроят Вас такие «точки»? Если нет, то критерий Л/4 для фронта волны (Л/8 для поверхности зеркала) слишком «мягкий». Правильнее иметь зеркало с ошибкой поверхности не более Л/16-Л/20. В этом случае при выходных зрачках 0,3-0,5 мм мы также заметим не вполне благополучные картины, но они, скорее всего, уже действительно будут мало влиять на качество изображений. Об этом говорит и практика и замечательный рисунок (рис. 69) в «Астрономической оптике»  Д.Д. Максутова для коэффициента комы к=4. По этому поводу Д.Д. Максутов пишет «При к=4 дифракционное изображение заметно искажено, хотя разрешающая сила инструмента еще не должна пострадать ощутимым образом…»
Независимо от величины температур, зеркало должно быть хорошим. В отличие от некоторых объективов зеркало рано или поздно принимает температуру окружающего воздуха, и его поверхность становится практически той же, что и в мастерской, в то время как некоторые линзовые объективы, страдающие термооптическими аберрациями, на морозе никогда не покажут хорошие картины. В конце концов вопрос о допустимых ошибках больше зависит от требовательности покупателя. Даже зеркала с ошибкой поверхности Л/6 можно считать вполне приличными. Это я говорю без иронии.

И последнее. Плохо, когда все возражения против точки зрения о реальности точности лучше, чем Л/10 сводятся к единственному аргументу: «смею вас уверить». В этом не больше логики, чем в знаменитой сентенции  Василия Семи-Булатова: «этого не может быть, потому что этого не может быть никогда». Не мешало бы побольше убедительных аргументов, цифр, фокограмм, интерферограмм.

Ваш Л. Сикорук.

[VD]

Klevtsov:
           << … я хотел бы предостеречь коллег от чрезмерной недооценки возможностей окулярного способа контроля.  Это достаточно чувствительный способ.  Во всяком случае,  при деформациях волнового фронта в 0.1 лямбда зафокальные и предфокальные картины имеют заметные различия – это я проверял. >>

Валерию Дерюжину: Как видите, не только у меня точность поверхности можно довести до Л/20, даже с помощью окулярных проб.

2 ЛЛ,

Увидеть ошибку и довести точность поверхности до ХХХ  это разные вещи.
Разве я где сказал,  что окулярный метод малочувствителен???  Да у него чувствительность 1/30-1/50 волны ( в зависимости от вида ошибок).
Ну и что?  Ну и что?  Вам это как-то поможет изготовить зеркало с точностью
1/50 волны?

И последнее,  в приведенных  библиографом  иллюстрациях указана точность до третьей значащей цифры после запятой.  А это даже школьнику ясно,  что речь идет о точности в 1/1000.
Если нет,  тогда я с полным основанием заявлю,  что и вторая после запятой значащая цифра имеет отношение только к арифмометру,  а не к реальным ошибкам поверхности.

И вообще,  пришлите,  пожалуйста,  упомянутое зеркало к нам и мы его протестим как следуеи и снабдим соответствующим сертификатом.
Если не хотите именно это ваше рекордное зекркало прислать, пришлите то, о котором вы говорите,  что оно 1/20 точности.  Тогда и будет конкретная основа для разговоров.  А так это все сводится к завуалированному "Ну что вы можете понимать в этом вопросе?! Говорят вам 1/100,  значит 1/100!"

Телескоп Хаббла был испрвлен с помощью специальной дополнительной оптики.  Так вот,  ведущим ихним спецам пришлось разработать уникальные алгоритмы восстановления волнового фронта и определения аберраций по внефокальным изображениям и ФРТ,  чтобы определить какой реальный волновой фронт у Хаббла,  чтобы потом сконструировать, изготовить и установить корректирующую оптику.  Все это заняло несколько лет.  А тут приходят господа и уверяют нас в том,  что все это очень даже просто и может быть выполнено в сараях (в сравнении с условиями американцев),  без всякой математики, на глаз и т.д. и т.п.
Еще раз - увидеть _результат действия ошибки(ок)_  и измерить ее и определить ее вид,  это, как говорят в Одессе две большие разницы.  Как же можно это не понимать???

VD

[Ernest]

Телескоп Хаббла был испрвлен с помощью специальной дополнительной оптики.  Так вот,  ведущим ихним спецам пришлось разработать уникальные алгоритмы восстановления волнового фронта и определения аберраций по внефокальным изображениям и ФРТ,  чтобы определить какой реальный волновой фронт у Хаббла,  чтобы потом сконструировать, изготовить и установить корректирующую оптику.  Все это заняло несколько лет.  А тут приходят господа и уверяют нас в том,  что все это очень даже просто и может быть выполнено в сараях

Ну вот, а Хаббл то здесь причем? Проблема там была не в выборе схемы тестирования оптики а в том, что на орбите не было никакой схемы тестирования. Именно поэтому и пришлось городить огород с анализом ФРТ и проч. Это просто оказалось сильно дешевле, чем, скажем, послать в космос Сикорука с перочинным ножиком или сооружать интерферометрическую схему контроля вокруг HST. Так что американцы, вполне возможно, кусали себе локти из-за того, что у них не было подходящего "сарая" на орбите.

[SergeyG]

Очень интересно было ознакомиться с результами наблюдений уважаемого ЛЛ в телескоп с 312мм зеркалом. Все это очень впечатляет, никто и не сомневался, что ЛЛ делает прекрасные зеркала. Разногласия лишь в том, какова на самом деле точность зеркала.

>> Плохо, когда все возражения против точки зрения о реальности точности лучше, чем Л/10 сводятся к единственному аргументу: «смею вас уверить». […] Не мешало бы побольше убедительных аргументов, цифр, фокограмм, интерферограмм.

Призыв приводить документальные доказательства полностью поддерживаю!
Мне удалось найти в интернете (www.globaldialog.com/~obsessiontscp/Update.html) результаты 381мм зеркала – это одно из лучших зеркал, сделанных когда-либо для телескопов Obsession.

Customer: Sue French
Peak to Valley: .093
RMS: .017
Strehl: .988

Итак число Штреля для этого зеркало приближается к 0.99, при том, что точность поверхности действительно достигла 1/10L. Судя по Штрелю, зеркало без натяжек можно назвать идеальным. Однако, согласно ЛЛ точность в 1/10L может быть с легкостью превзойдена. Остается только предполагать, что же выдадут зеркала с заявленной точностью 1/20L или 1/100L!

С другой стороны, у этого зеркала ошибка волнового фронта не превышает все те же 1/5L, и можно было бы предположить, что дифракционная картина для этого зеркала должна быть лишь немногим лучше чем та, что приводится в книге ЛЛ для ошибки фронта волны в 1/4L (Штрель около 0.80). Однако, измеренный Штрель у зеркала Obsession равен 0.99! Это показывает, насколько неполной характеристикой точности зеркала является амплитуда максимальной ошибки, вокруг которой идет спор. СКО (RMS) значительно обьективнее дает представление о качестве оптики - высчитывается по всей поверхности, тогда как амплитуда ошибки определяется максимальным локальным дефектом. У зеркала Obsession СКО лучше чем 1/50L – эти цифры сопоставимы с теми, что приводит ЛЛ для точности зеркал – зеркало в целом имеет очень гладкую поверхность.


Остается подождать результатов зеркала ЛЛ...
 

[Klevtsov]

 Уважаемые коллеги!

В выступлениях VD по методике контроля меня насторожили два момента.  Во-первых, никто из вступивших с ним в дискуссию не называл такой цифры 0,001 лямбда и не относил эту цифру к точности контроля теневым методом.   Я бы очень рекомендовал всем дискутирующим, в том числе и VD,  взять в руки книгу Д.Д. Максутова «Теневые методы исследования оптических систем» Л:Москва, 1934 г., 172 стр.  Неплохо бы просканировать ее и выложить в интернет, если, конечно, это еще не сделано. В частности, я бы попросил уважаемого библиографа, по возможности, привести еще и другие данные из этой книги, относящиеся к исследованию разными способами (по зонам, методом щели и нити, количественным теневым методом экспоненциальных диафрагм Максутова, методом Гартмана) параболического зеркала А.А. Чикина диаметром 320 мм (f/4,9).  Это зеркало исследовалось и до Максутова в ГОИ многократно разными методами и среднестатистическое отклонение его поверхности от ближайшего параболоида было известно с точностью 0,01 лямбда.  Количественный теневой метод Максутова показал на этом зеркале примерно такую же точность.  Как видите, ни о каких 0,001 лямбда речь не идет, как не идет речь о такой точности в представлении кривой отклонений параболического зеркала диаметром 140 мм (f/8,2).  Причем, в этой книге везде детально описаны условия измерений и проводится оценка погрешностей.  Что-то ты Валерий, явно, не так понял!
              Во-вторых,  меня терзают смутные сомнения по поводу неоднородности твердости по сошлифовыванию материала зеркал!  Очень уж резкие изменения химического состава в пределах относительно  небольшой массы  стекла нужны, чтобы такое поимело место.  Что-то тут не так. Ну не верю я, что за рубежом стекло варить разучились!  Или это тривиальный выход свилей на поверхность зеркала (на такую мысль наводит исключительно малый размер дефекта – всего несколько мм)  или это полировка в “сухом” режиме, или близком к таковому.  Что от такой полировки бывает с поверхностью об этом образно пишет Максутов в той же книге, где, кстати, и фокограммы приводит, на которых хорошо видны местные дефекты: зализы и срывы поверхности.  Указано там также, что наличие местных дефектов на поверхности зеркала может быть связано и со свойствами полировальника.  Такие дефекты возникают, к примеру, при полировке на сукне.
               Вообще, дай  Бог современным авторам так интересно, аргументированно и понятно писать научные работы, как то делал Дмитрий Дмитриевич!
             Кстати,  3-5% дефектов лямбда/5, если бы даже они имели место,  никак бы не изменили значение среднеквадратической погрешности волнового фронта, которая, в настоящее время и является мерилом качества оптической детали.
 С уважением ко всем.

 Ю.  Клевцов

[SergeyG]

>>Кстати, 3-5% дефектов лямбда/5, если бы даже они имели место, никак бы не изменили значение среднеквадратической погрешности волнового фронта[..]

Про то и речь ведется. СКО рассчитывается по всей поверхности поэтому вклад подобных ошибок с малой части площади будет лишь незначительно повышать СКО, в то время как амплитуда максимальной ошибки лимитируется этими дефектами. Это довольно-таки очевидно.

Возможно, что читателям будет интересно ознакомиться с результатами интерферометрического контроля зеркал, вызывающих восторг у наблюдателей:

www.opticalmechanics.com/Test_Data_Intro.htm

[Ernest]

Кстати, 3-5% дефектов лямбда/5, если бы даже они имели место, никак бы не изменили значение среднеквадратической погрешности волнового фронта

Ну да только на эти-же 3-5% снизят фактический Штрель. И вообще, СКО (СКВ) не самый лучший критерий качества - высокочастотные ошибки при том-же СКО значительно увеличивают рассеивание (ореолы) по сравнению с низкочастотными той-же величины СКО, и именно в астрономических наблюдениях (слабый объект рядом с более ярким, планетные наблюдения и т.п.) это довольно критично.