Előszó
           Ebben a hosszabb cikksorozatban a csillagászati távcsövekben használatos homorú tükrök elkészítéséről lesz szó. Ezen belül főként az amatőr gyakorlatban használatos parabolatükrökről. Későbbiekben megemlítésre kerülnek más el nem terjedt távcsövek ill. optikai felületek.
           Azt már a legelején nem árt leszögezni, hogy ezen optikai felületek elkészítése nem kis feladat. Nagy fokú odafigyelést, alapos elméleti ismereteket igényel. A rátermettség és kézügyesség sem árt, de az optika készítés terén szerzett gyakorlat, kompenzálhatja ezek bizonyos fokú hiányát.
           Nem árt tudni, hogy a csillagászati optikai felület a legpontosabb és legfinomabb, amelyet ember kézzel még képes elkészíteni. Itt ugyanis nanométer nagyságrendű megmunkálási pontosságról van szó. Az olvasó meg fogja látni, hogy e felületek elkészítéséhez nincs szükség különösebben különleges és drága mérőberendezésekre. Van azonban egy minimális követelmény, amit el kell érni. Ha valaki a cikkek alapján felbuzdulva optika készítésre adja a fejét, az jól gondolja meg, és ha úgy dönt, hogy folytatja, akkor sok sikert kívánok neki!

Néhány optikai alapismeret

           A fény geometriai optikai tulajdonságaival mindannyian találkoztunk már fizikaórán az iskolában. Ezzel meg lehet magyarázni bizonyos dolgokat, mint pl. visszaverődés sík, domború, homorú felületekről.
           Azonban olyan dolgokat, mint diffrakció, interferencia csak a fény hullámtermészetével lehet magyarázni. A hullámmozgás jellemzője a hullámhossz és az amplitúdó. A fényhullám szinusz hullám, melynek hullámhossza 380-780nm közti tartományba esik. Ezt látjuk, tehát ez érdekel bennünket. Ezen tartományban a szem valahol az 550nm hullámhossznál a legérzékenyebb. A hullámhosszt -val jelöljük. Ha két fényhullám ugyanabból a forrásból indul ki és az egyik hosszabb utat tesz meg, mint a másik méghozzá nem egy egész hullámhosszal, akkor relatív fáziseltolódás lép fel a két hullám közt. Megfelelő körülmények közt interferálni fog a két hullám egymással. Ha a fáziseltolódás pont egy fél hullámhossz, akkor a két hullám kioltja egymást.
          Tegyük fel, hogy egy fényforrás világít minden irányban egy homogén közegen keresztül. Valahol a távolban a vegyük a tér pontjait, természetesen azonos távolságban és fázisban a fényforrástól. A pontok által kijelölt felület a hullámfront. Ez egy homogén közegben csak szférikus lehet. Ha a fényforrástól eléggé messze vagyunk ezek a pontok közelítőleg egy síkban helyezkednek el. Egy vízbe dobott kő is hasonló hullámokat produkál. Annyi különbséggel, hogy ezek amplitúdója a középponttól távolodva csökken, fényé nem.

A perfekt objektív definíciója

           A perfekt objektív fizikailag perfekt képet ad egy fényforrásról, ha az az optikai tengelyben fekszik, és végtelen távolságban van. A homogén közegen keresztül a végtelenből érkező fényforrás fénye az objektív előtt egy síkon helyezkedik el. Ezt a síkot az objektív, legyen az lencse vagy tükör, egy sugárkúppá formálja át. Így egy szférikus hullámfrontot hoz létre. Ezek közepe a fókuszpontba esik.
           Ha a fény hullámhossza végtelenül kicsi lenne, akkor a kép egészen kicsi lenne és a fókuszpont inkább egy matematikai pont lenne. Ide koncentrálódna az összes fény, ami átmegy vagy visszaverődik az objektívről. Valójában azonban nem ez a helyzet. A kép a fókuszban kiterjedt korongnak látszik, vagy helyesebben egy diffrakciós korongnak. Ezt a korongot Airy korongnak hívjuk. Méretét a következők szerint számolhatjuk: =1.22f/D. Az f az objektív fókusza D az objektív átmérője. Az f/D viszony a fényerő. A hullámhossz, amire a szem a legérzékenyebb 560nm. Egy tipikus csillagászati távcső fényereje f/D=6. Ennek alapján r=1.22*0.56*6=4.1mikron. Ez tehát a legkisebb kép a melyet ez a távcső létre tud hozni egy pontszerű fényforrásról a diffrakciós hatás miatt. Az optikusnak tehát arra kell törekednie, hogy az általa készített tükörről visszaverődő fényhullámok a fókuszban egyesülve e körön belül maradjanak. Minden azonos fényerejű objektív azonos méretű Airy korongot ad. Azonban a szögátmérője a korongnak csökken, ha növeljük a fókusz hosszúságát. Nos ez a szögátmérő az, amely legjobban érdekes az amatőr csillagász számára. Ez határozza meg ugyanis a legkisebb méretét, az adott távcsőben látott részleteknek. Ez radiánsban: r szög=1.22/ D. Ha ívmásodpercekben akarjuk megkapni, szorozzuk meg 206265-tel. Tehát a szögmérete az Airy korongnak, csak a fény hullámhosszától és az objektív átmérőjétől függ. A jobb felbontáshoz nagyobb átmérőjű objektív szükséges, de ennek határt szab a légkör képrontó hatása.

Ha jobban megvizsgáljuk a diffrakciós képet, láthatjuk, hogy a fény nem egyenletesen oszlik el. A kép intenzitása nagyon magas az optikai tengelyen aztán a számított r sugaránál hirtelen leesik az intenzitás. Itt azonban az interferencia ismét nem komplett, ezért un. diffrakciós gyűrűket látunk, ahogy távolodunk a középponttól. Mindegyik gyűrű sokkal halványabb, mint az előző, amíg az utolsók már szinte láthatatlanok. Ha a csillag nem túl fényes csak az első és a sokkal halványabb második gyűrűt látjuk. Ez természetesen csak ideális optikára igaz, kitűnő légköri viszonyok mellett és nagy nagyítással. Később látni fogjuk mennyire fontos ez nekünk, hogy meg tudjuk különböztetni a jó optikát a rossztól.

A Rayleigh elv

Felvetődhet a kérdés, hogy mekkora az a legnagyobb hiba, amelyet még megláthatunk a diffrakciós képben. Lord Rayleigh mutatta ki, hogy az objektív által leképezett szférikus hullámfront, ha nem szenved nagyobb torzulást, mint egy-negyed hullámhossz, akkor az még nem észrevehető a diffrakciós képben. Ezt a hullámfront torzulást hívják egyébként hullámfront hibának.

Ez azt jelenti egy tükröző felület esetében, ha 560nm hullámhosszal számolunk, hogy az üvegben a hiba nem lehet nagyobb, mint 0.07µm, azaz 70nm. A visszaverődés miatt ugyanis a hullámfront kétszeres torzulást szenved.

Lencse esetében egy konkáv hibát feltételezve, a fénynek ezen a helyen vékonyabb üvegen kell áthaladnia. Ez pedig relatíve előnyös. Képletben:e =d (n-1), ahol az n az üveg törésmutatója. Miután n-1 közelítőleg 0.5 a hagyományos koronaüveg esetében, azt találhatjuk, hogy a legnagyobb megengedhető hiba az üvegben lencse esetében, 0.28µm. Ez négyszer akkora, mint a tükör esetében.

Könnyelműség lenne azonban azt gondolni, hogy az az objektív amely kielégíti a Rayleigh küszöböt, az tökéletes. A. Danjon mutatta ki, hogy valóságos körülmények közt a teljes hullámfront torzulással számolni kell. Ebbe bele kell vennünk az objektív hibáin kívül a légkör által okozott hullámfront hibát is. Ugyanis objektívünk korántsem ideális körülmények közt dolgozik. Ezeknek a hibáknak az összessége sokkal többször meghaladja a Rayleigh küszöböt egy olyan optika esetében, amely maga is éppen, hogy beleesik a /4-es tartományba. Ezért az ilyen objektív sokkal érzékenyebb a légköri hibákra, mint egy majdnem tökéletes objektív.

A. Couder mutatta ki, hogy az objektív hibáinak formája és száma sem elhanyagolható. Ha például sok apró nem túl mély hibát tartalmaz egy objektív, ezek hatására fény tolódik ki az Airy korongból a gyűrűkbe. Ezzel lehetetlenné téve egy nagyon halvány társ megpillantását egy kettőscsillag rendszerben.

A Rayleigh küszöböt azonban alacsony kontrasztú objektumokra is ki kell terjeszteni. Francon vizsgálta a kérdés alacsony kontrasztú bolygórészletek esetében. Azt találta, hogy 1/16 -nál kezdődik az elfogatható érték. Ez azt jelenti, hogy a maximálisan megengedhető hiba egy tükör felületén 0.02µm. A probléma tulajdonképpen nem abból adódik, hogy elkészítsük a tükör felületét ezzel a pontossággal, hanem, hogy ilyen minőségű hullámfront hibát elnyerjünk az égből.

A főtükör felületének alakja a Newton távcsőben

A fényvisszaverődés alaptörvényeiből tudjuk, hogy a konkáv gömbtükör a görbületi középpontjából kiinduló sugarakat ugyanoda képezi le méghozzá tökéletesen. A végtelenből érkező fénysugarakra, amilyen egy csillag fénye ez már nem igaz. Az a felület, amely ezekre a sugarakra tökéletes képet ad a fókuszpontban, a parabola. Később látni fogjuk, hogy ha tökéletesen végezzük a polírozást automatikusan gömbfelületet kapunk. Ebből kell nekünk parabolát készítenünk. A parabola és a gömb görbületi sugarát sokféle módon összehasonlíthatjuk. Vegyük azt az esetet, amikor a két felület a széleken érinti egymást. Ebben az esetben azt látjuk, hogy a parabola mélyebb, mint a gömb. A különbség nem túl számottevő egy standard tükör esetében kb.0.025mm, ha a tükör 20cm átmérőjű.

Ha a fényerő elég kicsi, akkor a különbség a parabola és a gömb között elenyésző. Ez azt jelenti, hogy nem szükséges parabolizálnunk. A minimálisan szükséges fókuszhossz egy adott átmérőjű tükröt feltételezve, erre az esetre képletben: f³=34.9D⁴.

A csiszoláshoz szükséges anyagok

A tükör anyagául általában üveget használunk az amatőr gyakorlatban. Lehetőleg olyan üveget válasszunk, amelynek kicsi a hőtágulása, tiszta, mentes buborékoktól, slírektől, feszültségektől. A Pyrex egy jó választás. Ám nem könnyű beszerezni. Használhatunk optikai üveget is, ha hozzájutunk, de jó minőségű síküveg is megteszi. Az utóbbinak nagyobb a hőtágulása. A szerszámnak vagy csiszolókorongnak nem kell ilyen jó minőségűnek lennie. Méretét tekintve legyen azonos vagy kicsit kisebb (4-5mm), mint a tükör korongja. A tükör üvegének vastagsága az átmérő hatoda, nyolcada legyen. Esetleg a tizede, de vékonyabb ne. A szerszám esetében nyugodtan lehet a tizede. Meg kell még említeni olyan tükör anyagokat, mint a Zerodur, Cervit, ULE vagy a kristályosított üveg-kerámia ötvözet. Ezek általában a professzionális gyakorlatban elterjedtek az áruk miatt. Hőtágulásuk nagyon kicsi, de nagyon kemények is. Lehetőleg azonos keménységű korongokat használjunk.

Csiszoláshoz használt anyagok keményebbek, mint az üveg. A két korong közé szórva, benedvesítve fejtik ki hatásukat. A két korong miközben egymáshoz nyomjuk őket, a csiszolópor hatására kopni kezd. Megfelelő módszerrel ez a kopás irányítható, így tudjuk kialakítani a megfelelő felületet. A csiszolópor anyaga általában szílícium karbid, bór karbid, alumínium oxid, gyémánt. Ezek különbözőképpen dolgoznak a legfinomabban az alumínium oxid, mert a szemcséi nem élesek, hanem lekerekítettek.

A csiszolóporokat különböző szemcsenagyságban állítják elő. A csiszoláshoz nekünk is különböző finomságúak kellenek. A szemcsenagyságot megadhatják m m-ben is, de az angolszász elnevezés az elterjedtebb. Ilyen pl.: 80, 150, 220, 320, 500, 600, 800, 1200, 1600. Ezek a számok, egy egy négyzetinch-es szitán levő lyukak számát jelentik. Ebből következik, hogy a kisebb szám a durvább port jellemzi, a nagyobb a finomabbat. Az 1600-as por átlagos szemcsenagysága 9.5m m. A csiszolás során ezeket a porokat használjuk a durvábbtól a finomabb felé haladva, így finomítjuk a felületet, ill. előkészítjük a polírozáshoz. Az utolsó két pornál alumínium oxidot használunk a már korábban említett hatása miatt.

Az így felfinomított felületet ki kell polírozni. A polírozásnak több állomása van. Az első eltüntetni a felületből MINDEN csiszolópor által hátrahagyott gödröt. A kipolírozott optika ugyanis már félig kész optika. Azután ki kell polírozni az esetleges hibákat (púp, gödör, gyűrű). Mielőtt rátérünk a parabolizálásra, a tükörnek gömbnek kell lennie. Az utolsó fázis a parabolizálás és rendszerint ez a legnehezebb. Polírozáshoz króm oxidot, cérium oxidot, vas oxidot vagy ezek keverékét használunk. Polírozáshoz egy másik üveget kell használni és nem a csiszolókorongot. Erre az üvegre szurkot öntünk, erre van kinyomva a tükör a később ismertetett módszerrel.

Munkahelynek egy tiszta helyiséget válasszunk: fürdő vagy konyha. A tisztaság adott, a víz is. Munkapadnak megfelel az asztal sarka, de legjobb egy háromlábú pad, mely kellően magas a kényelmes munkához. A lényeg, hogy szilárd legyen. A munkapad elkészítésére variációkat ill. ötleteket a 2. ábrán láthatunk. Ezek közül kiválaszthatjuk a nekünk leginkább megfelelőt.

2.ábra

A durva csiszolás

Mielőtt elkezdenénk a durva csiszolást, van néhány teendő. Meg kell győződni arról, hogy az üvegkorong köralakú-e. Ha nem, akkor esztergálással vagy csiszolással helyesbíteni kell. Általában a gyári korongok jók és egy gondosan, házilag kifúr korongnál sem lép fel ilyen alakhiba. Fazettáznunk azonban mindenképpen kell. Ezt az él letörést a korongok mindkét élén el kell végezni. A tükör tükröző felületéhez közeli élen csak 0.5-1mm-es fazettát készítsünk. A később fellépő peremkopást a fazetta növelésével kiküszöbölhetjük. A szerszámon 4mm fazetta lehet a tükör felöli oldalon. Előfordulhat, hogy később ezt még növelnünk kell. A fazetta azért kell, nehogy munka közben a lepattanó üvegszilánk összekarcolja a felületet. Ennek elkészítése egy kaszakő segítségével a legkönnyebb, szemcseméret kb.: 80.

A durva csiszolást 80-as vagy 120-as porral kezdjük. Attól függően milyen mélységet kell csiszolnunk. Kb.: 2mm-ig használhatunk 120-as port, elkerülve ezzel a túl mély gödrök kialakulását. Ennél mélyebb tükörnél már 80-as vagy durvább por szükséges. Korábban már eldöntöttük melyik felület lesz a tükröző, ellenőrizzük, hogy egyenes-e. Ha nem, egyenesre kell csiszolni. Tegyük a szerszámot az asztalra, szórjunk rá nedves csiszolóport. Tegyük rá a tükröt. Használjunk ún. center-over-center, húzásokat.(3.b. ábra).

Ez azt jelenti, hogy a tükör közepe a szerszám közepe felett mozog. Közben lassan forgassuk el az alsó korongot vagy járjuk körbe az asztalt. A húzások amplitúdója 5/6D. D a tükör átmérője. A frekvencia 60-80 dupla húzás (előre-hátra mozgás), egy-két körülfordulás alatt. Durva csiszolás alatt a teljes testsúlyunkkal nyomjuk az üveget.(1. ábra). Akkor dolgozunk jól, ha éles csikorgó hangot hallunk. Ez a kopás jele. Ha a hang gyengül, a csiszolópor elkopott ilyenkor új nedvesítés kell. Nedvesítésnek nevezzük azt a ciklust, amikor a frissen felkent nedves csiszolóport eldolgozzuk. Általában ez durva csiszolás alatt 2-3 perc, később ez kitart 8-10 percig is, a finom poroknál.

1. ábra
egy 20 cm átmérőjű tükör csiszolása

10 perc múlva ellenőrizzük, hogy a korongok egyenletesen koptak-e, ha nem fojtassuk a munkát. Ha rendben találunk mindent, kezdődhet a felületmélyítés. Most húzzuk ki a tükröt az alsó korong széléig, de ne billenjen le. Mozgassuk a tükröt előre-hátra egy húr mentén.(3. a. ábra)

3.a. ábra

Ez a húr legyen az alsó korong egy húrja. Hagyjuk akkora amplitúdóval mozogni, amekkorával csak lehet a lebillenés veszélye nélkül. Csináljunk 5-10 húzást egy pozícióban, majd folytassuk a munkát egy másik húr mentén. Ha körbe tudjuk járni az asztalt, akkor csináljuk így a fordulatokat, ha nem, akkor a szerszámot kell forgatni. Mindeközben a tükröt is el kell forgatni egy kicsit a kezünk közt. Így a kopás egyenletes lesz. A munka eredményeként a felső korong közepe mélyülni kezd, az alsóé domborodni fog.

A durva csiszolás egy hosszú folyamat általában 4-5 órát is igénybe vesz, mire elérjük a teljes mélységet. A mélység ellenőrzése un. spherométerrel történhet. Mérjük meg a húrmélységet, és a képlettel kiszámíthatjuk a görbületi sugarat. R=r­2/2e. Ahol r a korong (tükröző felület) sugara, e a húrmélység. A durva csiszolás vége felé közeledve fokozatosan csökkentsük a húzások amplitúdóját és az oldalsó eltolást. Legvégül használjunk center-over-center húzásokat 1/3-1/2 D amplitúdóval. Erre azért van szükség, mert az extrém nagy húzások miatt a tükör nem lesz gömb, hanem annál mélyebb hiperbola vagy parabola. Márpedig a tükörnek a durva csiszolás végén gömbnek kell lennie. Ha megfigyeljük a levegőbuborékokat csiszolás közben a két korong közt, eldönthetjük vajon gömb-e a felület. Ha néhány húzás után egy nagy buborékot látunk a tükör közepe táján, és ez nem változtatja számottevően a helyzetét, akkor még nem gömb a felület. Ha a buborék vándorol, vagy sok kis buborékot látunk egyenletesen eloszolva a felületek közt, ez azt jelenti, hogy a két felület pontosan illeszkedik. A másik módszer, ha ceruzával különböző átmérők mentén húzunk néhány vonalat. Majd végzünk hat-nyolc húzást. Ha a széleken eltűnik a jelölés, a középnél pedig nem, akkor a tükrünk túl mély, nem gömb. Ha eltűnik mindenhol a jel, akkor a két felület tökéletesen illeszkedik egymásra. Ez pedig csak két felületi típusnál jön létre a sík felületnél és a gömbnél. Ha elértük a kívánt húrmélységet és a felület gömb, akkor végeztünk a durva csiszolással. Kezdődhet a felület finomítása.

A finom csiszolás

Első és legfontosabb teendőnk, hogy lemossunk minden olyan tárgyat, eszközt, asztalt stb. Ami érintkezett a durva porral. Kezünket is főleg a körmeink alatti részt. Ez azért fontos, mert egyetlenegy durva csiszoló szemcse tönkreteheti a további munkát. Hasznos dolog, ha a munkapadot viaszos vászonnal borítjuk be, ezt ugyanis könnyű tisztítani.

A csiszolás alatt, amikor különböző fokozatokat használunk nem szükséges a három kitámasztó fa ék. Elég, ha egy bevizezett papírtörölközőt teszünk az üvegkorong alá. Ezt könnyű cserélni a csiszolás során.

Ha minden tiszta az üvegkorongok is, akkor kezdődhet a finom csiszolás.

Vegyünk a következő csiszolópor fokozatból, ez lehet 150-es vagy 180-as. Szórjuk egyenletesen a korongra, nem kell sok egy nedvesítéshez egy 200-as korongra kb. egy kávéskanálnyi. Egyenletesen osszuk el a korongon, majd nedvesítsük be. Erre a legjobb eszköz egy kézi porlasztó. Ügyeljünk a helyes keverési arányra. Ha túl sok a víz, a csiszolópor egy-két perc után kitolódik a szélekre, a csikorgó zaj megszűnik és nincs számottevő kopás. Ha túl kevés a víz, az egész massza összeáll egy csomóvá és beragad, nem lehet mozgatni, ezt az esetet mindenképpen kerüljük el. Helyes a nedvesítést akkor, ha kitart a csiszolópor 8-10 percig. Ilyenkor kell új nedvesítést alkalmazni. A finomabb poroknál jó módszer az, ha a csiszolóport a vízzel előre összekeverjük egy kis edényben. Kiválóan alkalmas erre a célra a folyékony szappanos dobozok önzáró flaskája. Későbbiekben a polírozó anyagokat kizárólag csak ilyen edényből, nedvesítve adagoljuk a felületre. A keverési arány akkor jó, ha a flaskát megrázva és a fény felé tartva erősen sötét színt mutat. Semmiképpen nem átlátszó.

Most húzzuk le a felső korongot az alsóról, szórjunk ismét csiszolóport az alsóra, permetezzünk egy kevés vizet rá és folytassuk a munkát. Ilyenkor kevesebb víz kell, mert a keverék már úgy is nedves. Egyes szakirodalmak ajánlják azt, hogy minden második nedvesítésnél meg kell cserélni a korongok pozícióit, annak érdekében, hogy a görbületi sugár ne változzon. Ami igaz is, de a tapasztalat azt mutatja, hogy a középfinom ill. finomabb poroknál ez nem számottevő. Tehát 320-as portól fel felé nem érdemes cserélgetni a korongokat.

Annál is inkább mivel, ha a tükör alsó helyzetben van, könnyebben létrejöhet a peremkopás. Ha lehet, használjuk a tükröt felső helyzetben. Ha ugyanis a tükör alul van, a görbületi sugár csökken, ha felül, akkor nő.

A finom csiszolásnál ill. ezután mindig, a polírozásnál is, az un. Normál húzásokat használjuk. Mit is jelent ez. Nézzük meg jól a 4-es ábrát.

4. ábra. Normál húzások

Figyeljük meg a kezek elhelyezkedését a korongokon és a korong közepének mozgását. Ez egy előre hátra történő mozgás, amikor is az alsó korong közepe körül mozgatjuk a tükröt. A mozgás amplitúdója kb.1/3 korongátmérőjű. A kilógás ezért a széleket 1/6 átmérő. Ezzel egy időben, oldalirányban is mozgatjuk a tükröt, kb.1/8 átmérőnyit egy előre-hátra mozgás alatt. Az egymást követő húzások, ezért “V” vagy “W” mintát írnak le. Minden hatodik nyolcadik húzás után el kell egy kicsit forgatni a felső korongot, és ezzel egy időben egy kicsit el kell fordulni a munkapad körül. Vagy el kell forgatni az alsó korongot is, de ellentétes irányban. A lényeg az, hogy átlagosan 1/3 átmérőjű húzásokat kell észlelnünk. Ha véletlenszerűen változtatjuk a húzások irányát és eltolását sokkal valószínűbb, hogy beleesünk egy fix mintába és máris rossz lesz a felület. Az átlag törvénye az, ami létrehozza az egyenletes felületet. A több ezer húzás átlaga ugyanis egy szabályos felületet eredményez akkor, ha mindig törekszünk azt itt leírtak szerinti végrehajtásukra.

A munka ezen fázisában nem kell külön nyomást alkalmazni, elég a kezünk és a felső korong súlya. A finom csiszolás első fázisában közelítsük meg a kívánt húrmélységet annyira, amennyire csak lehet. A célunk az, hogy eltüntessük az előző csiszolópor által hátrahagyott összes gödröt. Ez azt jelenti, hogy 15-20 nedvesítést kell végeznünk. Ezek mindegyike kb.10 perces. Ezután térhetünk át a következő csiszolópor fokozatra. Ha súroló fényben nézzük a tükröt és nem elég a nedvesítések száma, akkor egy mattabb felületet látunk a fényesebb mellett. Ez általában a tükör szélén ill. a csiszolókorong közepén jelentkezik. Ilyenkor még több nedvesítést kell alkalmaznunk az adott fokozattal. A legnagyobb gödrök helyét, ha megjelöljük, és ezeket kicsiszoljuk a felületből, akkor biztosak lehetünk abban, hogy rátérhetünk a következő fokozatra.

Ezen az úton folytassuk a finom csiszolást a következő fokozatokkal is. Pl. 220, 320, 500, 600, 800, 1200, 1600. Minden csiszolóporváltáskor alaposan mossunk le mindent. Addig használjuk őket, amíg el nem tüntetünk minden előző csiszolópor fokozat által hátrahagyott gödröt. Egy kis segítség azoknak, akik nem tudják eldönteni, mennyi ideig használjanak egy fokozatot.

180-as és 220-as por 15-20 nedvesítés

320-as por 20 nedvesítés

500-as por 15 nedvesítés

800-as por 15 nedvesítés

1200-as por 10perc

1600-as por 5-7 perc

A finomabb poroknál, mint a 800-as stb., már jó, ha minden nedvesítés után lemossuk a korongokat. Vigyázzunk, hogy egy pillanatra se álljunk meg a mozgással, mert a korongok abban a pillanatban összeragadnak. Ha túl kevés vagy túl sok a víz, akkor nagy a karcolódás veszélye és az összeragadásé is. Ügyeljünk tehát a helyes nedvesítésre, ezt csak tapasztalati úton tudjuk megtanulni.

A finoman csiszolt optikai felület jellegzetessége

Ha mindent helyesen csináltunk, akkor egy egyenletesen csiszolt felületet kellett, hogy kapjunk. Abnormális méretű gödrök nem maradhattak hátra. Ha megvizsgáljuk a felületet erős fényben egy jó lupéval, akkor nagyon finom gödrök által alkotott egyenletes hátteret kell látnunk.

A megfelelő szögben tartott finomcsiszolt tükör egyenletes sápadt képet ver vissza egy izzószálról. Ez általában 30-45 fokos szöget jelent. Ez azt jelenti, hogy az izzószál képének fényereje nem változik számottevően, bárhol is helyezkedik el a felületen.

A finomcsiszolás alatt előforduló hibák

Karcok. Ha karc esik a tükrön, annak eltüntetéséhez vissza kell térnünk az előző csiszolópor fokozathoz. Vagy, ha mély a karc, akkor az azt megelőzőhöz.. Előfordul, ha nem kellően tiszta a csiszolópor, hogy a belekeveredett nagyobb szemcse okozza a karcot. Ilyenkor ismételt vízben történő ülepítéssel segíthetünk a dolgon, vagy szerezzünk be jobb minőségű port. Egyes esetekben a nem kellő gondossággal kivitelezett fazetta okozza a bajt. A letört üvegszemcse képes a legdurvább karcokat okozni.

Az összetapadás. Előfordulnak olyan esetek, amikor dolgozunk, egyszer csak összetapadnak a korongok. Meg sem lehet mozdítani őket, mert négyzetcentiméterenként több száz kiló nyomás tartja őket együtt. Magától értetődik, hogy ilyenkor minden durva szétválasztó eljárást kerülni kell. Ezen esetekben ugyanis inkább eltörik az egyik üve,g mintsem szétválasztódjon a másiktól. Használható eljárás az, ha az egyik korongot óvatosan elkezdjük melegíteni. Ilyenkor a hőtágulás miatt szétjönnek a korongok. A másik jó metódus, ha az összetapadt korongokat azonnal a mélyhűtőbe vagy hűtőládába tesszük. A korongok közt maradt nedvesség, víz, ugyanis megfagy így szétnyomja az összetapadt korongokat.

A helytelen felületi alak. Ez a legsúlyosabb és legvalószínűbb hiba a csiszolás során. Ha helyesen végzünk mindent a csiszolás során, akkor nem érünk el rossz felületi alakot. A jó felület gömb lesz. Ha a polírozás során azt észlejük, hogy csak az egyik éle vagy csak a közepe, esetleg a széle fényesedik a tükörnek, akkor rossz a felület. Ezek a hibák lehetnek asztigmatizmus irreguláris felület, hiperbola felület peremkopás. Pl. a tükör közepe nem fényesedik a széle peremkopott. Tipikus eset. A tükör hiperbola ez a finomcsiszolás alatt elkövetett hiba, a túl hosszú húzások alkalmazása. Ilyenkor vissza kell térnünk a 800-as fokozathoz, és amennyire csak lehet, egyenletesen dolgozzunk. Most olyan húzásokat alkalmazzunk, amelyek amplitúdója nem haladja meg észrevehetően az 1/3 átmérőt.

Egy hiperbolikusan finomcsiszolt tükröt kipolírozni teljesen reménytelen.

A polírozáskor a tükörnek egyenletesen kell fényesedni.

A polírozó szerszám

A filc polírozó szerszámot széles körben használják a nagy tömegben előállított kommersz optikákhoz. Ez un. citromhéj felületet eredményez, ezen eljárások azonban nem alkalmazhatók olyan magas minőségű optikai felületeknél, mint a csillagászati.

A régi idők nagy optikusai, mint pl. Focault, Henry testvérek, kétségkívül nagyon jó optikai felületeket produkáltak, papír fényezőszerszám segítségével. Ez a módszer azonban feledésbe merült. A papír szerszámot nehéz használni és nagy gyakorlat kell a jó optikai felület elkészítéséhez. Azonkívül az un. kis skálájú hibák sokkal gyakoribbak e szerszámmal, pl. mikrobarázda. Használtak régen méhviaszt is polírozásra, de az túl rideg, nehezen kezelhető és nem eredményez túl jó felületet.

Az elmúlt 50 évben akár az amatőrök, akár a profik, mindenki szurok szerszámot használ a polírozáshoz. A magas minőségű optikai felületekhez olyan szurkot kell használnunk, amelyik jól felveszi a felület alakját ill. a polírozó anyagot. A továbbiakban megismerkedünk a szerszám elkészítésének módjával.

A szurok elkészítése

A polírozáshoz nem mindegy milyen szurkot használunk. A szuroknak jó minőségűnek, megfelelően keménynek és tisztának kell lennie. A szurok minőségére vonatkozóan jó tudni, hogy a cipészszurok a legrosszabb, amit csak használhatunk a polírozáshoz. Részesítsük előnyben a zsákos vagy a hordós szurkot. Természetesen, ha jó minőségű optikai szurokhoz jutunk hozzá, akkor az a legjobb választás.

Azonban a keménységnek jónak kell lennie. Ez egy nagyon fontos tényező a sikeres munkában. A szurok keménységét egy egyszerű “műszerrel” lehet mérni. Ehhez tekintsük meg az 5. és 6. ábrát.

5. ábra. A szurokmérő

A szerkezet felépítése egyszerű. Szükséges hozzá egy acélrúd kb.10mm átmérőjű. A végét esztergagépen 14 fokosra ki kell hegyezni, de az alja legyen 1mm átmérőre letompítva. A tetején egy kis lapos kb. 2 cm átmérőjű résszel a súlynak, de a súly, ami rákerül lehet felfűzve is. Ez a súly legyen pontosan egy kiló. A mérés során a tű benyomódását mérjük 5 perc alatt. A táblázat segítségével pedig kikeressük a megfelelő értéket. Ezzel láthatjuk, hogy az adott hőmérsékleten a szurkunk megfelelően kemény vagy sem.

6.ábra. Egy 14 fokos 1kg súllyal terhelt acélrúd benyomódási mértéke.
Az átlós vonalak a hőmérséklet és a benyomódás arányát mutatják.
A sötétített rész az amatőr számára fontos használható tartományt jelzi.
Öt perces teszt alatt a benyomódásnak 0.5-6mm között kell lennie.
Ez kielégítő a f/6 tól f/12 tükrök készítéséhez.

A szurok tisztaságára vonatkozóan legyünk óvatosak. Az optikai szurokkal nem lehet gond. A zsákos, vagy hordós szurkot azonban ülepíteni kell. Ezt a következőképpen tehetjük meg. Törjünk le egy kb. 20x20cm-es darabot és helyezzük egy megfelelően nagy edénybe. Lehetőleg olyat használjunk, aminek hosszabb fogantyúja van, mint pl. a palacsintasütőnek. Melegítsük fel egy elektromos főzőlapon. Amikor már füstölög, és kellően folyik, hagyjuk egy kicsit ülepedni, majd öntsük le a háromnegyedét egy másik tiszta edénybe. Ezt használjuk a továbbiakban polírozásra. A szurok mennyiségét úgy válasszuk meg, hogy az ülepítés után még kb. 1 liter maradjon felhasználásra. Azért kell ilyen sok, mert, ha többet melegítünk, nem forr fel, mielőtt kellően folyékony lenne. A kis mennyiség általában hamar felforr és tele lesz buborékkal, így viszont használhatatlan.

Ha úgy találtuk, hogy a szurok nem megfelelően kemény, további intézkedések szükségesek. Ha túl kemény, öntsünk hozzá egy kevés terpentin hígítót. Öt perc kevergetés után vegyünk mintát egy kanállal. Ezt mártsuk bele kb. 10 liter 20 C° -os vízbe. Majd mérjük le a keménységet, miután átvette a víz hőmérsékletét. Gyakoribb azonban az az eset, amikor túl puha a szurok. Ebben az esetben gyantát kell a szurokhoz keverni. Semmi mást ne használjunk csak gyantát. Ez lehet fenyőgyanta, de ha nem jutunk hozzá, akkor se csüggedjünk.

Tökéletesen megfelel ugyanis az illatszerboltokban kapható, a láb szőrtelenítésére használatos gyanta is. Egyetlen hátránya, hogy több kell belőle.

Bekeverés után az eljárás ugyanaz, mint fentebb. Addig folytassuk a munkát, amíg el nem érjük a megfelelő keménységet.

A jó szurok megfelelően kemény jól alkalmazkodik, és jól felveszi a polírozó anyagot. Ezen az úton hozzájutunk egy nagyobb mennyiségű szurokhoz, amit több tükör elkészítéséhez is használhatunk.

A szerszám elkészítésére több mód van. Lehet szurokcsíkokat önteni, ezeket később kockákra vágva egyenként felragasztani az üvegkorongra. A szuroknak kb. 5-7mm vastagnak kell lennie és barázdáltnak. Kövessük a következő eljárást. Vegyünk egy üvegkorongot, nem feltétlenül a tükör ellendarabját, megteszi egy sima korong is. 5-10mm-rel legyen kisebb az átmérője, mint a tükörnek. Merítsük bele 35-40 C° vízbe 5-10 percre, amíg felmelegszik. A hideg üvegen ugyanis nehezebben tapad meg a szurok, de megtapad. Közben melegítsük fel a szurkot annyira, hogy folyjék, de ne forrjon.

Töröljük szárazra az üvegkorongot és helyezzük az asztalra, amelyet előzőleg egy benedvesített újságpapírral leborítottunk. A tükröt ne melegítsük fel, csak vizezzük be, és egy kevés polírozó anyaggal kenjük be. Inkább több legyen a víz. Polírozó anyagként használjunk vas oxidot. Hagyjuk egy kicsit hűlni a szurkot, majd az üveg közepétől indulva spirális mozgással öntsük rá az üvegre. Nem baj ha lefolyik a széleken, ezt úgy is le kell vágni. Most várjunk, amíg egy kicsit keményebb lesz, és a megfelelő pillanatban nyomjuk rá a bevizezett tükröt. Ezt a pillanatot eltalálni, ehhez kell a gyakorlat. Nehéz megmondani, mikor is kell rányomni a tükröt a szurokra. Ha túl képlékeny a szurok szétfolyik, és nagyon elvékonyodik. Esetleg ráragad a tükörre is. Ha túl hűl és kemény lesz, nem lehet kinyomni rajt a tükröt. Ha nem sikerül elsőre ne csüggedjünk, próbáljuk meg többször újra. Egyszer biztosan sikerül.

Ha rányomtuk a tükröt a szurokra, mozgassuk egy kicsit, de ne forgassuk.

A mozgás legyen normál mozgás, mint a finom csiszolásnál. Amplitúdója ne haladja meg az 1/6 tükörátmérőt. Nyomjuk és mozgassuk egészen addig, amíg a szurok meg nem keményedik. Most húzzuk nagyon óvatosan le a tükröt, és egy éles vizes késsel vágjuk le a széleken túlfolyt szurkot.

Következik a barázdák befűrészelése. Öntsük le a szurkot kb. 10 liter 15C° körüli vízzel, így ridegebb lesz és könnyebben fűrészelhető. Használjunk vizes fűrészt, és mindig legyen vizes a szurok is. Az egyik átló mentén fűrészeljük be a szurkot kb. 3mm mélyen. Majd ezzel párhuzamosan jobbra ill. balra is készítsünk két-két barázdát. Lehetőleg azonos távolságokra egymástól.

Most fordítsuk el 90 fokba a szurkot és merőlegesen az előzőekre, végezzük el még egyszer a műveletet. Ha jól dolgoztunk, akkor most a szurkunk kockákra van vágva, és 5-5 barázda van egymásra merőleges irányban. Van olyan szakirodalom, amely ajánlja, hogy a barázdák ne pont középen metsszék egymást, mert ez zónahibát okozhat. A gyakorlatban azonban nem okoz ez különösebb hibákat a tükrön. Most egy éles vizes szikével vágjuk ki a barázdákat “v” alakúra. A legvégén a széleket körben vágjuk le, mintegy fazetta szerűen kb. 45-60 fokban. Az így elkészített szerszámot még préselni kell hidegen ill. melegen a tükörre a jobb alkalmazkodás miatt.

 A szerszám préselése

Vigyük a szerszámot szobahőmérsékletre és hagyjuk felmelegedni. Majd merítsük meleg vízbe kb. 30 C° , 5 percig. Most helyezzük a munkapadra a faékek közé és a polírozó anyaggal megkent tükröt tegyük rá. Húzzuk ki a tükröt egyik irányban addig, amíg a széle el nem éri a szurok közepét. Majd toljuk vissza és ellenkező irányban is ismételjük meg a műveletet. Ennek hatására kijönnek a buborékok a szurok és a tükör közül. Nyomjuk le kézzel és helyezzünk a tetejére 4-8 kg súlyt. Hagyjuk így préselődni 10-15 percig. Ha a kockák nem érintkeznek megfelelően ismételjük meg a műveletet. Akkor érintkezik jól a szurok, ha a kockák tisztán láthatóak a tükrön keresztül. Ha a látvány, homályos, fátyolos nem jó az érintkezés. A polírozó anyag csak a barázdákban lehet jelen, a kockák tetején nem.

A polírozás feltételei

A polírozáshoz megfelelő hőmérséklet, tiszta körülmények és megfelelő páratartalom is szükséges. A legjobb hely erre otthon talán a konyha és a fürdőszoba. Itt ráadásul a víz is rendelkezésre áll. A hőmérséklet legyen 20 C° és 28 C° közt.

A polírozáshoz szükségünk van továbbá polírozó anyagra is. Melyek ezek? Ilyen a vas oxid, a króm oxid, az alumínium oxid, a cérium oxid. Ezek különböző finomságúak és más-más célra használhatók a legjobban, de az üveghez mindegyik jó. Előpolírozásra használjunk króm oxidot, utána cérium oxidot, majd a végső felületalakításhoz a legfinomabb vas oxidot (vörösesbarna szín). Ezeket előre keverjük be vízzel és így adagoljuk a szerszámra.

A polírozás

Mielőtt elkezdenénk a polírozást, végezzünk egy meleg préselést, 10 perc.

A munkapadra a fa ékek közé fektessünk le egy puha törlőkendőt, vagy egy-két réteg papírtörölközőt. Ezeket nedvesítsük be. A préseléshez és a polírozás első fázisához használjunk króm oxidot (zöldes színű). Tegyük a szerszámot alulra, és préseljük rá a tükröt. Tíz perc után vegyük le a súlyt és kezdődhet a polírozás.

Polírozáskor általában a tükör felül legyen, ezzel csökkentjük a peremkopás veszélyét. Húzzuk félig ki a tükröt a szerszámon és adjunk még egy kevés polírozó anyagot a szerszámra. Használjuk a normál húzásokat a polírozás alatt. Kezdetben használjunk egy kicsit több polírozó anyagot, így a szerszám jól meg tudja szívni magát. Húsz-harminc perc után a kockák, ha jól érintkeznek, matt felületűek lesznek. A húzások alatt pedig egy határozott egyenletes ellenállást érzünk. Ha a tükör akad, vagy hirtelen meg-megugrik, akkor a szurok nem érintkezik tökéletesen a tükörrel. Ilyenkor hagyjuk abba a munkát és folytassuk a meleg préselést. Majd próbálkozzunk újra. Az érintkezésnek tökéletesnek kell lennie, e nélkül hiába minden próbálkozás! 15 percenként fordítsuk el 90 fokkal az alsó korongot az asztigmatizmus elkerülésének érdekében. A kezdeti fázisban félóránként végezzünk egy hideg préselést, ez tartson 5 percig. Dolgozzunk egyenletesen, a húzások frekvenciája ne haladja meg a 30-40-t percenként. Az első fázisban az a dolgunk, hogy eltüntessünk minden a csiszolópor által hátrahagyott gödröt. Egy fél óra munka után mossuk le mindkét korongot és vizsgáljuk meg a felületeket. Minden kocka teljes felületének mattnak kell lennie. A tükör teljes felületének egyenletesen kell fényesednie, durva lemaradások nem lehetnek sem a széleken, sem a középnél. Előfordulhat, hogy a szélek egy kissé árnyaltabbak, ez nem gond, ha további fél óra után a polírozottabb középső rész eléri a peremet.

Mielőtt folytatnánk a munkát, végezzünk hideg préselést 10 perc hosszan.

Minél hosszabb ideig tudunk dolgozni megszakítás nélkül annál egyenletesebb lesz a felület. Ha kezd kiszáradni a polírozó anyag, akkor húzzuk ki a tükör szélét a szerszám közepéig és adjunk hozzá egy keveset az üvegből. Ne válasszuk szét a korongokat. Kb. 2 óra polírozás után a tükör tökéletesen polírozottnak látszik szabad szemmel. Ilyenkor kell megvizsgálni egy lupéval. A tesztet végezzük úgy, hogy egy izzószál visszatükröződő képe mellett nézzük a felületet. Látni fogjuk, hogy a szabad szemmel polírozottnak látszó felület apró fekete kis pontokat tartalmaz. Ezek kis gödrök, amelyet a csiszolópor hagyott maga után. Addig kell folytatnunk a munkát, amíg ezeket mind el nem tüntettük a felületből. Ilyenkor lehet polírozó anyagot váltani, folytassuk a munkát cérium- vagy vasoxiddal tovább. A polírozó anyag cserélésekor mossuk le a szerszámot is, és körömkefével távolítsuk el a barázdákból is az előző polírozó anyagot. A felület tökéletes kipolírozása akár 15 órát is igénybe vehet egy 20 centiméter átmérőjű tükör esetében, és ez normális. Ha megnézzük a 7. ábrát, akkor láthatjuk, mennyi lehet a gödrök hozzávetőleges száma a tükrön az idő múlásával.

A polírozott órák száma

A 8. ábrán egy 20 cm-es tükör polírozását láthatjuk. Figyeljük meg a kezek elhelyezkedését az üvegen.

Egy 20 cm átmérőjű tükör polírozása normál húzásokkal

Polírozás alatt vessünk egy-egy pillantást a szurokra is. Ha azt látjuk, hogy a kockák élei túl közel kerülnek egymáshoz, akkor le kell trimmelni őket egy éles vizes szikével. Ehhez merítsük hideg vízbe a szerszámot így könnyebb megmunkálni.

Némely esetben előfordulhat, hogy 2-3 óra munka után sem fényesedik egyenletesen a tükör. Pl. a széle vagy a közepe lemarad. Ezen hibáknak egyetlen oka van: a tükör nem lett szférikusra csiszolva, a húzások túl hosszúak voltak a csiszolás alatt. Ilyenkor vissza kell térnünk a 600-as vagy a 800-as porhoz, és újra kell csiszolnunk a tükröt, vigyázzunk a húzások hosszára. Ha a tükör közepe nem fényesedik, akkor a tükör hiperbola. Ha a szélek nem fényesednek, akkor erős peremkopás jött létre a csiszolás alatt. Ez sem gömbfelület. Ezeket a hibákat nem lehet korrigálni a polírozás során, mert ezek csiszolással lettek a felületben kialakítva. Ha a tükör széléhez közel az utolsó fekete pont is eltűnik, akkor a polírozás első fázisa befejeződött. A felületnek gömbnek kell lennie. Ezt a Focault féle teszttel tudjuk ellenőrizni.

Felület, hullámfront, és képhibák

Egy adott hiba a felületben és a neki megfelelő hiba a hullámfrontban merőben különböző dolgok, de valami összeköti őket. Ha az egyiknek ismerjük a nagyságát, akkor ki tudjuk számolni a másiknak a nagyságát is. A hibák a felületben és a hullámfrontban század mikron nagyságrendűek. De a hozzájuk tartozó képhibák az optikai tengelyre merőlegesen nézve mikron, az optikai tengely mentén nézve, pedig milliméter nagyságrendűek.

A felülethibák mérésének elvi vázlata

Természetesen a legnagyobb eltéréseket lehet a legkönnyebben mérni. Ezen alapul a teszt eljárásunk és az amatőrnek akinek nincsenek precíziós optikai referencia felületei, ez az egyetlen járható út.

A lehetséges teszt eljárások áttekintése

Az üveg felületén történő közvetlen mérést nyugodtan elfelejthetjük.

Esetünkben ugyanis a felmerülő hibák kisebbek bármilyen mechanikai mérőműszer érzékenységénél. A már említett referencia tesztfelületek előállítása is más referencia felületeket igényel stb.

Az úgynevezett kép-teszt eljárás azonban megvalósítható. Minden kétséget kizáróan a csillagteszt, vagy másképpen a diffrakciós kép fókuszon belüli és fókuszon kívüli vizsgálata, már legalább olyan régi, mint a távcső maga. Ezt a tesztet kell nekünk is használni a legvégső fázisban. Ha ugyanis az optika a csillagról tökéletes, vagy közel tökéletes diffrakciós képet ad, akkor jól dolgoztunk.

A Hartmann teszt során egy lyukakkal ellátott maszkot helyeznek a tükör elé. Két felvételt készítenek. Egyiket a maszk fókuszon belüli, a másikat a fókuszon kívüli helyzetében. Ezekből nagy pontossággal meghatározható a metszéspontja azoknak a sugaraknak, amelyek olyan lyukakból verődtek vissza, amik szimmetrikusan helyezkednek el a tükör felületén az optikai tengelyre nézve. Az adatok nagyon megbízhatóak, de a módszer csak nagy optikai felületek végső tesztelésénél alkalmazható. Ha már profik leszünk, használhatjuk az eljárást egy 50-60cm átmérőjű tükör esetében.

Leon Focault által kifejlesztett teszteljárás azonban a leghasználhatóbb mind közül. Ez, azaz eljárás, amiből majdnem az összes többi eljárás származik.

A Focault féle kés-él teszt vagy árnyék teszt a legfigyelemreméltóbb a maga egyszerűségével és érzékenységével, az összes közül. Később részletesen leírásra kerül majd, de röviden így lehet összefoglalni a lényegét. Egy éles átlátszatlan függőleges helyzetű kést tolunk be, a tükörről visszaverődő sugárkúpba. Közel a kép síkjához. Az optikus e mögé a kés mögé helyezi a szemét, és a tükör felületét figyeli. A hibás felületről visszaverődő sugarak elmozdulása ill. eltérése áttevődik az árnyékok megjelenő képébe. A látvány szembeötlő. A hibák igazi domborműként jelennek meg a tükör felületén. A hibák ugyanis a milliószorosukra nagyítva jelennek meg.

Az optikai rács használata teszteljárásként a fókuszsík közelében, szintén Focaulttól származik. A módszert azonban továbbfejlesztette Ronchi és L. Lenouvel. Manapság csak Ronchi rácspróbának hívjuk. A rács egy olyan ernyő, amire mm-t, általában 4 vonalat visznek fel. Ezek így rácsot alkotnak. Ha a hullámfront szférikus, akkor az árnyékok a tükrön, párhuzamos egyenes vonalakat formáznak. Ha hibák vannak a felületen, akkor a rácskép, ezzel arányosan torzul el. Az asztigmatizmus és a peremkopás kimutatására tökéletesen alkalmas. A következőkben részletesen foglalkozunk a Focault teszttel.

A Focault féle késél próba

A teszt lényegének jobb megértéséhez tekintsük a 10. ábrát.

10. ábra A Focault teszt geometriai értelmezése

A tükör a foglalatában optikai tengelyével vízszintesen foglal helyet. A görbületi középpontnál egy mesterséges csillagot helyezünk el (S), melynek vízszintes irányú kiterjedése nagyon kicsi, (5-30µm). Bár a tükrön fényvisszaverő réteg nincsen a polírozott üvegfelület így is elegendő fényt ver vissza ahhoz, hogy S –ről, I képet adjon. Ha a forrás, pont a görbületi középpontban helyezkedik el , akkor a róla keletkező kép is egybeesik vele. Ezért nem látható. Azonban, ha a forrást eltoljuk egy kicsit az optikai tengelytől valamely irányban, akkor a kép az optikai törvények értelmében, ugyanolyan mértékben, de ellentétes irányban tolódik el. Ekkor már megtekinthető a visszavert kép. Egy standard tükör esetében, ahol a sugárkúp nem túl nagy, az egész tükör egyenletesen és teljesen megvilágítottnak látszik. Most betolunk egy késélt a visszaverődő sugárkúpba a szemünk előtt, és vizsgáljuk az árnyékrajzokat. Alapesetnek könyveljük el azt, hogy a forrás az optikai tengelytől balra lett eltolva, és a kés jobbról lép be a sugárkúpba. Ez fontos, mert fordított esetben fordítva jelentkeznek az árnyékrajzok is. Ez pedig kihatással van az alakzat magasságára.

Nézzük először a tökéletes gömbfelületet. A fényforrás (S) közel van a görbületi középponthoz, ezért az aberrációk elhanyagolhatók. Így a visszavert sugarak ugyanott találkoznak I-ben. Ha a kés I pont előtt lép be a sugárkúpba (10.a.), akkor egy árnyékot és diffrakciós sávokat látunk végigvonulni a tükör felületén. Ezek a késsel azonos irányban mozognak, és azonos oldalról lépnek be. Ha a kés I pont mögött lép be a sugárkúpba (10.b), akkor az árnyék és a sávok bal oldalon lépnek be, és ellentétes irányban mozognak, mint a kés. Nézzük azt az esetet, amikor a késél pont a görbületi középpontban metszi a sugárkúpot. (10.c.). Miután a tükör felületének minden részéről érkező sugarak itt metszik egymást, az egész tükör egyszerre sötétedik el. Ez azonban nem hirtelen történik, hanem fokozatosan. Mivel a fényforrásnak mérhető a szélessége, és a geometriai optikára vonatkozó levezetéseink csak közelítőleg igazak. Nagyon pontosan meg lehet határozni azt a késél helyzetet, amikor az pontosan a kép síkban metszi a sugárkúpot. Amikor lassan fokozatosan toljuk be a kést a kúpba, hasonlítsuk össze a jobb és a bal oldali élek fényességét. Ha a jobb él egy kicsit sötétebb, mint a bal. Akkor a kést húzzuk egy kicsit hátrébb, messzebb a tükörtől. Ha bal él sötétedik először, akkor a kést mozgassuk a tükör felé. Ha egyszerre sötétedik a két él, akkor az un. flat-field pozícióban vagyunk.

Ekkor pont I-ben metszi a sugárkúpot a kés él. És ilyenkor a gömbfelület egy lapos síknak látszik.

Az esetek többségében azonban a felület gömbtől eltérő. Általában forgástestet látunk. A hibák mindig kiemelkedő vagy behorpadó kör alakú zónáknak látszanak. Ezek koncentrikusan helyezkednek el a tükör felületén.

A 10.d. ábrán a késél a gömbfelületű rész görbületi középpontjában metszi a kúpot.(I). Ezért ez a rész síknak látszik. Azonban a tükör pereménél, és a közepénél van egy-egy zóna, aminek a görbületi sugara nagyobb, mint a gömb felületrészé. Az innen visszaverődő sugarak egy kicsit hátrébb fókuszálódnak (I’). Emiatt nem tudja a kés éle egyszerre eltakarni az innen érkező sugarakat is.

A késél felöli oldalon elhelyezkedő hosszabb gyújtótávolságú zónákról visszaverődő sugarak, természetesen előbb ütköznek a késélbe, mint az ellentétes oldalon lévőkről érkezők. Ezért ezek előbb sötétednek el. A 10.d. ábrán a kés félúton lévő helyzetét látjuk. Az árnyékok azt a benyomást keltik, hogy magasságkülönbség van a hibás zóna, és az egyenletesen árnyalt, síknak látszó referencia felület, (gömbfelület) közt. Most csak azt kell rögzítenünk melyik irányból jön a fény. Ekkor el tudjuk dönteni, hogy a hibás zóna púp vagy gödör. Az alapelv az, hogy a fény mindig a késéllel ellentétes oldalról jön, tükrök esetében. A kés mindig jobbról metszi a sugárkúpot. Azok a hosszabb gyújtótávolságú zónák, amelyek a késéltől balra helyezkednek el, megvilágítva látszanak. Azok, amelyek a késéllel megegyező oldalon vannak, árnyékban látszanak. Ezért a 10.d. ábrán egy központi púpot látunk és peremkopást.

Ha változtatjuk a kés és a tükör távolságát ezzel, változtatjuk a zónák megjelenését is. Ha az előző esetben említett rajznál a kést (I’)-ig hátravisszük, akkor a középponti rész látszik síknak, és az ezt övező rész pedig konkávnak.

A tükör korrigálásánál mindig azt az esetet válasszuk ahol a hiba a legjobban látszik.

A Focault teszter felépítése

A 11. ábrán látható a teszter. Ez egy egyszerű felépítésű változat. Ettől eltérően is meg lehet építeni, akár sokkal precízebb formában is, de néhány kritériumnak meg kell felelni.

A késél mozgási lehetőségei, szabadságfokai. Szükséges két irányba a finommozgatás. A biztos mozgáshoz négy felfogatási pont kell. Ezek, a két “V” alakú csuszka, melyek négy pontban érintkeznek az acélrúddal. Ezek mellett helyezkedik el egy párhuzamosan épített üveglap, melyre támaszkodik az állítócsavar vége. Ezzel a csavarral tudjuk finoman a kés élét a sugárkúpba bevinni. Bár ez a mozgás nem egyenes vonalú, hanem kissé ívelt. A standard fényerejű tükröknél (f/6-f/10), nem okoz különösebb zavart. Ha ennél fényerősebb a tükör már érdemes, olyan tesztert építeni, amelyben a kés éle egyenesen mozog.

Az egész kocsi visszatérítéséről egy rugó gondoskodik. Az előre történő mozgást egy mikrométerből átalakított menetes szár végzi. Ennek megvan az, az előnye is, hogy 0,01mm beosztású és 25mm mozgástávolságot enged meg. Ez több mint elég, a pontos leolvasáshoz.

A kés él és a rés távolsága. Ezt a lehető legkisebbre vegyük az asztigmatizmus elkerülésének érdekében. Ezt a távolságot meghagyhatjuk 20-25mm közt. Ám nagyon fényerős tükrök esetében (f/4-f/2), már le kell csökkenteni annyira, amennyire csak lehet. Pl. egy kisméretű prizma beiktatásával.

A mesterséges csillag, forrása. A Focault teszt, akkor a legérzékenyebb, ha a fényforrás mérete vagy szélessége közelítőleg megegyezik, az elméleti diffrakciós korong méretével. És nem több, mint 8-10µm széles. A forrás általában egy kis lyuk szokott lenni. De egy ilyen kis lyukat elkészíteni nagyon nehéz feladat, legtöbbször nem is sikerül. Ezért rést szoktunk alkalmazni. Könnyebben elkészíthető és több fényt bocsát ki. A lényeges dolog az, hogy a szélessége 10µm körül legyen.

Elkészítése a következő. Kell két db rézlemez kb.10mm magas és 1mm vastag. Ezeknek egyik peremét megreszeljük, hogy elvékonyodjon, mint egy kés éle, de csak egy oldalról. Azután csiszoljuk fel egy üveglapon, amelyet előtte 320-as porral megcsiszoltunk, az éleket. Fektessük le egy üveglapra a két lemezt, úgy, hogy az éleik összeérjenek. Egy-egy óncseppel alul ill. felül forrasszuk össze őket. Miután meghűlt ellenőrizzük, hogy átlátunk e köztük, ha nem, akkor jól dolgoztunk. Most az óncseppek ellenében hajlítsuk egy kicsit meg a lemezeket és vissza. Az ón megnyúlik, és így egy rés keletkezik a lemezek közt. Ez általában párhuzamos lesz. Ellenőrizzük a méretét egy mikroszkóp alatt. Ezzel a módszerrel több rést is készíthetünk, különböző szélességben.

A rés egyenletes megvilágításához az izzó és a rés közé helyezzünk egy csiszolóporral megmattított üveglapot. Használjunk ehhez 320-as port. Izzónak egy autó hátsólámpa izzó megfelel.

Az egész teszternek stabilan kell állnia, mert minden mozgás felnagyítva látszik. Az egésznek úgy kell elhelyezkednie, hogy a rés a tükör optikai tengelyében legyen. A 12. ábra jól mutatja az elrendezést. Az optikus a kés él és a fényforrás közt elnézve szemléli a tükröt.

12. ábra A Focault teszter felépítése

Felkészülés a tesztelésre

A helyiség, ahol a tesztet végezzük, egyenletes hőmérsékletű kell, hogy legyen. A levegő ne keveredjen, mert a turbulens légáramlat lehetetlenné teszi a tesztet. Tesztelés előtt meg kell várni, míg a tükör felülete meghűl átveszi a környezet hőmérsékletét. Ez rendszerint 15-30 perc. Nem kell teljes sötétség egy erős félhomály a legjobb.

A tesztert a felállításakor egy kicsit messzebbre helyezzük a tükörtől, mint a görbületi sugár (5-6cm). Bekapcsoljuk a fényforrást és levesszük a rést a lámpa elől. Elnézünk a lámpaház és a kés él közt. A tükör felületén megkeressük a lámpa tükröződő fényét. Ha megvan állítsuk középre és toljuk előre a tesztert addig, amíg a kép szétfut a tükör teljes felületére. Most a görbületi középpont közelében vagyunk. Most visszahelyezzük a rést, és egy próbát teszünk a kés éllel. A késnek párhuzamosnak kell lennie a réssel. Ha befelé mozgatjuk, akkor egyszerre vonul az árnyék felső és alsó fele a tükrön. Ha a felső előbb vagy hátrébb van ill. nem függőleges a kép, akkor fordítsunk egy kicsit a kés élen. Amikor pontosan párhuzamosak egy mással a kés él és a rés, akkor diffrakciós sávok jelennek meg a tükrön. Mozgassuk addig a fényforrást előre hátra, amíg meg nem találjuk a gömb felületre jellemző árnyékrajzot. Ha most a kés él és a rés nem esnek egy síkba, akkor a következő módszerrel mérhetjük meg a görbületi sugarat. Mérjük le a távolságot a kés és a tükör közepe közt. Mérjük le a tükör közepe és a rés közt. A különbséget osszuk el kettővel és adjuk hozzá a kisebb távolsághoz. Ez lesz a tükrünk görbületi sugara.

A parabola tükör tesztelésének elve  

Ha a tükröt a görbületi középpontjánál teszteljük, akkor csak a gömb ad tökéletes képet. A parabola ebben az esetben nem tudja a sugarakat egy pontban leképezni. Hanem az optikai tengelyen egy háromdimenzós forgásfelületen képezi le a rés képét. Ez a felület nagyon hasonlít egy trombita tölcsérére. Ezt a jelenséget nevezzük szférikus aberrációnak. Ugyanezt a jelenséget hozza létre a gömbtükör, ha a sugarak nem a görbületi középpontból, hanem a végtelenből érkeznek. Ugyanakkor a parabola felületű tükör a végtelenből érkező sugarakról ad tökéletes képet. A parabolatükör tesztelésénél a szférikus aberráció jelenségét használjuk fel. Előre meg lehet mondani, hogy mekkora ez az eltérés egy tökéletes parabola esetében. A méréskor ezt az elméleti értéket hasonlítjuk össze a mért értékkel. A különbségekből lehet következtetni az eltérésekre.   Parabolának tekintjük azt a tükröt, amely a 13. ábra szerint képezi le egy pontszerű fényforrás képét, ha az a görbületi középpontban helyezkedik el.

13.ábra A parabolatükör aberrációja a görbületi középpontban

A kép nem egy pont lesz, mert a tengely közeléből érkező sugarak valamivel előbb metszik az optikai tengelyt, mint a szélekről érkezők. Az intervallum számítása abban az esetben, ha a fényforrás nem mozog együtt a kés éllel, tehát esetünkben is:p'=h²/R. Ahol a „h”, a tükör sugara a „R” pedig a görbületi sugara. A parabola azonban csak egy a gömbtől eltérő felületek családjából. Valószínűleg találkozni fogunk ezekkel, amikor a tükrünk felületének alakját akarjuk meghatározni. Az összefüggést ezek közt a felületek közt az ún. conic constans jelenti. Ennek értéke határozza meg azt, hogy a felület hova tartozik. Számítása: -p'=c{(h²/R)+(h⁴/2R³)}

14.ábra a conic constans és a felületek közti összefüggés

Abban az esetben, ha a kés nem mozog együtt a fényforrással. A lehetséges c értékeknek megfelelő felületeket a 14. ábrán látjuk. Parabola esetében c = -1. A negatív előjel ebben az esetben azt mutatja, hogy a szélső sugarak távolabb metszik az optikai tengelyt, mint a középsők. Ha c értéke negatívabb, mint –1, akkor a felület hiperbola. Ha –1 és 0 közt van, akkor a felület forgási ellipszoid és az ellipszis hosszabbik tengelye az optikai tengely. Ha 0 és 1 közt van, akkor is ellipszis de, most a rövidebbik tengely az optikai tengely. Ha c=0, akkor a felület természetesen gömb. A második esetben (0<c<1) a szélső sugarak közelebb metszik az optikai tengelyt, mint a középsők. Ezt hívjuk alulkorrigáltságnak. Ennek az ellenkezője a felülkorrigáltság. Egy bizonyos pontnál a kép keresztmetszete a legkisebb, ez a legkisebb aberráció köre. Ezt a tengely menti metsző sugaraktól a c távolság háromnegyedénél találjuk meg.

A gömbi eltérés hatásai

Nézzük először azt az esetet amikor erős felülkorrigáltság adott és egy csillagot szemlélünk az okulárral. Tekintsük a 15. ábrát is.

15.a. ábra

A 15.a. ábrán a diffrakciós kép majdnem normális. Ám az azt körülvevő gyűrűknek a száma és fényessége szokatlan. Ha a kép nem nyugodt , vagy a fényforrás nem teljesen pontszerű, akkor a gyűrűk rendszerint beleolvadnak egy széles és halvány halóba. Ha az okulárt lassan távolítjuk a tükörtől, akkor a halónak csökken az átmérője és az energia a külső gyűrűbe koncentrálódik.(15.b.ábra).

15.b. ábra

Egészen addig folytatjuk a műveletet, amíg rá nem fókuszálunk a legkisebb aberráció körére. Itt a kép nagyon szegényes majdnem az összes energia a külső gyűrűbe koncentrálódik. Ha még tovább fókuszálunk kifelé, akkor elérjük azt a pontot ahol a szélső sugarak találkoznak.(15.c.ábra).

15.b. ábra

Van egy kevés fény még a tengelyen is , de a szélső gyűrű az éles és uralkodó. Amikor alulkorrigáltsággal találkozunk a képek sorrendje fordított.

Az optikust azonban az is érdekli milyen az árnyékok megjelenése ezekben az esetekben. A teszt során a kés mindig jobbról lép be a sugárkúpba. A beléptetést a tengely menti sugarak találkozásánál fogjuk kezdeni. A tükör közepe síknak látszik(15.a.ábra). A tükör jobb oldaláról érkező sugarakat a kés éle feltartóztatja, ezért ez az oldal sötétnek látszik, mialatt a bal oldal fényes marad. A tükör közepén egy lapos tetejű púp látszik.

Húzzuk most egy kicsit hátrébb a kést a tükörtől. És léptessük be a sugárkúpba a szférikus aberráció felénél.(15.b.ábra). Ez a pont az, ahol azok a sugarak találkoznak, amelyek a tükör 0.7h sugarától indultak ki. Pontosabban 0.707h. Ez a rész ezért síknak látszik. A középső területnek rövidebb a görbületi sugara, ezért ez egy horpadást formáz. Konkávnak látszik. Mialatt a külső zóna a hosszabb görbületi sugarával kifelé látszik hajolni. Konvex felület látszatát kelti. A bemutatott képen ez egy fánkra hasonlít leginkább. Ismert kép ez a gyakorlott optikus számára.

Most húzzuk még távolabb a kést. Így elérkezünk a szélső sugarak metszéspontjába.(15.c.ábra). A semleges sík vonatkozású zóna most eléri a tükör szélét. Minden más rövidebb sugarú zóna befelé lejt akár egy edény falait látnánk.

Az összes gömbtől eltérő forgásfelületnek, amelynek negatív a conic constansa, hasonló sorrendű képe van. (ellipszis, parabola, hiperbola). Különbség köztük csak a kép kontrasztjában és a látszólagos mélységben van. A pozitív, conic constansú felület is hasonló sorrendet ad. A különbség az, hogy a figurák kifordítva látszanak, feltéve, ha a kés ugyanazon oldalról lép be a sugárkúpba . E szerint a középső kép középső púpot és felfelé fordult éleket mutatna. De más tényezők is befolyásolják a kép kontrasztját, mint pl. a Focault teszter érzékenysége, vagy a tükör fényereje. Ha pl. egy 20cm-es f/6-os parabolatükröt tesztelünk ezzel a teszterrel. Akkor az árnyékokat olyannak látjuk, mint ahogy azt itt leírtuk. De ha behelyettesítjük a tükröt egy fényerősebbre, vagy egy hiperbolára, akkor az árnyékokat sötétebbnek és kontrasztosabbnak látjuk. Vagy ha a fényerő gyengébb, pl.f/10, vagy a felület ellipszis. Akkor az árnyékok gyengébbek kisebb kontrasztúak. Éppen ezért kell a tesztet körültekintően elvégezni.

A szférikus aberráció mértéke

A három Focault féle árnyékrajzból lemérhető a szférikus aberráció. Az eljárás a következő. Meg kell találni azt a kés él pozíciót,  amely a 15.a.ábrának megfelelő árnyékrajzot adja. Ezt a helyzetet leolvassuk a hosszanti skáláról. Jegyezzük meg az értéket. Tovább mozgatva a kést megkapjuk a 15.c. ábra szerinti rajzot. Olvassuk le ismét a kés helyzetét. A két helyzet közti különbség lesz a „c”. Ezt az értéket összehasonlítva az elméletileg számítottal, rögtön meglátjuk, hogy a tükrünk parabola e, vagy attól különböző alul vagy felülkorrigált felület. Ráadásul ellenőriznünk kell azt, hogy a „c” távolság közepén a 15.b.ábrának megfelelő képet látjuk e. A semleges zónának megfelelően kell elhelyezkednie a peremhez viszonyítva. A zónáknak szabályosan és egyenletesen kell átmenniük egymásba.

A Couder maszk

zónák	1	2	3	4
	36	65	87.4	100.5
	18	50.5	74.8	92.65
	0.132	1.046	2.298	3.52
	értékek milliméterben

16. ábra

         Ezen a maszkon zónákat látunk, melyek elhelyezkedése és mérete a sugártól függ, egy előre számított képlet alapján. A teszteljárás lényege, hogy a zónákon keresztül látszódó tükröt tesztelve, összehasonlítjuk a zónák fényességét. Amikor olyan kés él pozíciót találunk, ahol a két szimmetrikusan elhelyezkedő zóna egyszerre egyforma mértékben sötétül el, akkor ezt a helyzetet feljegyezzük. Ezt az adatsort felhasználva fogjuk tovább alakítani tükrünk felületét. Ezzel a módszerrel sokkal pontosabban elkészíthetjük a tükröt, mint nélküle.

         A zónák a maszkon közvetlenül érintkeznek egymással. Az egymást követő zónák sugarainak négyzetkülönbségei, mindig közelítőleg ugyanakkorák.

Ezért a zónák szélessége fokozatosan csökken az élek felé haladva. Ez biztosítja azt, hogy az élek felé haladva, ahol a parabola a legjobban eltér a gömbtől, a kivágott területek eléggé keskenyek legyenek ahhoz, hogy teljes szélességükben egyenletesen halványodjanak el. Az ernyőt kartonból vagy keménypapírból kell elkészíteni, és a következőképpen kell kivágni a zónákat.

         A külső kerület egyenlő a tükör korongjának külső kerületével. A külső zóna külső kerülete szintén megegyezik ezzel. A külső zóna szélességét gyakorlati úton kell eldöntenünk. Ha túl keskeny, jó mérést nehéz végezni, ha túl széles, nem lesz használhatóan egységes megvilágítású. Ha a kívánt parabola erősen eltér a gömbtől, számos zónát kell vágni.(a p minden milliméterére egyet). Ám egy átlagos 20cm-es tükör esetében 15mm-nél keskenyebbet nem érdemes vágni. Ez odáig vezet, hogy négy zóna elegendő erre a felületre. Ha meghatároztuk a külső zóna szélességét, akkor kiszámolhatjuk a többi zóna külső rádiuszát. Azt az egyszerű törvényt használva, hogy a külső rádiuszok négyzetei mindig egy konstans értékkel csökkennek. A 16. ábra, egy ezzel a módszerrel készült maszkot mutat egy 20cm-es tükörhöz.

         A kész ernyő nem illeszthető pontosan a kiszámolt értékekre. Ezért az elkészítés után határozzuk meg az aktuális zónahatárokat. Ezután számoljuk ki az átlagos zónarádiuszokat. Ebből a h²/R képlettel kiszámoljuk minden zónára az ideális p értékeket. Ezeket fogjuk majd összehasonlítani a mért értékekkel.

         A tesztelés megkezdése előtt hagyjuk a tükröt a tartón néhány óráig, az egységes tükörhőmérséklet elérése érdekében. Lehetőleg hőforrás ne legyen a közelben. Tegyük a rést a lámpára és állítsuk pontosan párhuzamosan a kés éllel.

Most állítsuk pontosan párhuzamosan az optikai tengellyel a kés szánját. A kés belefúródása a sugárkúpba egyenletes legyen akár a tükör felé, akár tőle el mozgatjuk a szánt. Mielőtt maszkoljuk a tükröt, ellenőrizzük, hogy egyenletesen van e megvilágítva ill. a 15. ábra szerinti képsorrendet, és hogy a méréshatáron belül vagyunk e. Most rögzítsük a tesztert szilárdan az asztalra, és tegyük rá a maszkot a tükörre. Állítsuk be a maszk nyílásait vízszintesen és központosítsuk a maszkot az élekhez képest. A fényintenzitások összehasonlítása akkor a legjobb, ha a szoba nem teljesen sötét. Most már csak a méréseket kell elvégezni.

         Kezdjük a középső zónával. Ha az sötét bal oldalon, ahogy a kés belép a sugárkúpba, akkor mozgassuk a kést közelebb a tükörhöz. Ha a jobb oldalon sötétül, akkor távolabb. Amikor a kés a görbületi középpontban lép be a sugárkúpba, akkor az egész zóna egyenletesen elsötétül. Olvassuk le most a kés helyzetét a hosszanti skáláról. Nézzük most a kettes zónát. A jobb oldal természetesen, most sötétnek mutatkozik. Ezért a görbületi középpont meghatározásához húzzuk hátra a kést a tükörtől. Kövessük ezt az elvet zónáról zónára, így mindegyik nyílás párnak megkapjuk a görbületi sugarát. Amikor az utolsót is leolvastuk térjünk vissza a középső zónához, és ellenőrzésképpen mérjük újra az egészet. A távoli zónák összehasonlításakor, használjuk a változócsillag fényességbecslésénél alkalmazott módszer. Nézzük a zónákat inkább külön-külön, mint egyszerre. Pontosabb mérést végezhetünk akkor, ha a leolvasást a kioltás kezdetén végezzük. És nem akkor, amikor a kés már fél úton van a sugárkúpba.

         Van néhány hibaforrás vagy hátrány, amit meg kell még említeni. Ilyenek a diffrakció az éleknél, vagy a nem egyenletes megvilágítás. De hibái ellenére még mindig ez a leghasználhatóbb eljárás, amit ismerünk. Ha a körülmények ideálisak, akkor a tükör felülete nagyon nagy pontossággal mérhető. És ez lehetővé teszi nekünk azt, hogy a tükör felületét 10-szer pontosabban hozzásimítsuk az ideálishoz, mint amit a Rayleigh küszöb előír.

Néhány a csiszoláskor és polírozáskor előforduló hiba

         Mindenekelőtt le kell szögeznünk azt, hogy ha betartunk minden itt leírt szabályt és követjük a módszert, akkor nagyon kicsi az esélye annak, hogy ilyen hibákkal találkozunk.

         ASZTIGMATIZMUS. Ez az a jelenség, amikor a tükrünk felülete nem forgásszimmetrikus. Ez azt jelenti, hogy nem egy, hanem két görbületi sugarunk van két egymásra merőlegesen elhelyezkedő síkban és ez a két sugár nem egyforma hosszú. Ez általában rossz, kivéve egyes különleges optikai rendszereket, ahol szándékoltan asztigmatikus a felület. Akkor jön létre, ha a tükröt csiszolás vagy polírozás közben nem forgattuk helyesen, vagy beleestünk egy fix mintába a húzások során. Előfordulhat, hogy a tükör anyaga annyira silány, hogy eltorzul a benne rejlő feszültségek miatt. Az utóbbi esetben nincs mit tenni másik üveget kell választanunk. Az előbbi esetnél a hiba mértékétől függően polírozással vagy csiszolással javítható a felület. Fontos tudni azt, hogy amit polírozással rontottunk el azt polírozással ki is lehet javítani. Amit csiszolással azt csak csiszolással lehet javítani. A hiba akkor a legszembetűnőbb, ha csillag tesztet végzünk. A kitágított fénykorongok, ugyanis ha ellipszissé torzulnak egyértelműen, mutatják az asztigmatizmust. Az ellipszis nagy és kistengelyek pedig kijelölik a szagittális és tangenciális síkokat.

         POLÍRKARCOK ÉS EGYENETLEN FELÜLET. A polírozás közben a nedvesítés vége felé a hatásfok növekszik azzal együtt, hogy kiszárad a polírozó anyagból a víz. A hatásfok növekszik, együtt azzal az erővel, amelyet a szerszámra gyakorlunk. A túlerőltetett szerszám deformálja a felületet, és ez visszahat a szerszám felületére is, deformálva annak felépítését. Az idő előrehaladtával ez a felületi hibák erősödését okozza. Ez egyenetlen felülethez vezet.

17.ábra /20 nagyságú egyenetlenségek egy 40 cm-es tükrön

A 17. ábrán egy 40cm átmérőjű tükör Focault fotója látható. A kezdetben nagy méretű hibák ki lettek javítva helyi polírozó szerszámmal. A bemutatott ábrán a felületi hibák nagysága /20. De a nekik megfelelő hibák a képben nem elhanyagolhatóak, mert megerősíthetik helyenként néhány diffrakciós gyűrű fényét.

18.ábra Súlyos felületi egyenetlenség egy 40 cm-es tükrön

18. ábra sokkal nagyobb hibákat mutat. Ezek az erőteljes dinamikus munkától, a cirkónium oxidtól és a túl sok víztől vannak. Világosan lehet látni a fizikai és kémiai behatás eredményét. Bár ezek a hibák negyedhullámúak hatásuk a diffrakciós képre katasztrofális. Ezek a hibák mind elkerülhetők enyhe polírozással és nem túlerőltetett mozgatással. Nem szabad megvárni, míg kiszárad a polírozó anyag. Javításuk is hasonló módszerekkel érhető el.

         A Lyot fáziskontraszt eljárás további hibákat is feltár a tükrön. Ezek a polírkarcok, vagy mikrobarázdák. Ezek milliméter szélességűek és amplitúdójuk ezred hullámhosszúságú (néhány angström). De ezek milliószámra találhatók a felületen és súlyos esetben elegendő diffraktált fényt juttatnak a gyűrűkbe és a látómezőbe az objektum közvetlen környezetében. A polírkarcok nehézzé vagy lehetetlenné teszik olyan objektumok megfigyelését, amik más fényes objektumok közvetlen közelében találhatók. Pl. Sziriusz B, vagy a napkorona, ill. bolygókon a finom alacsonyabb kontrasztú részletek. A hibák keletkezése majdnem teljesen a polírozási technikától függ. Úgy, mint a szerszám természete és felépítése, a nyomás, a polírozó anyag típusa. Általában a szurok és a vas oxid okozza a legkisebb hibákat. A papír fényező szerszám vagy a méhviasz a ridegségük miatt is több és nagyobb hibát hagynak hátra.

         A szerszám felépítése is befolyásolja a kialakuló hibákat.  A nagyobb barázdák mindig illeszkednek a szurokkockák térközéhez. A hatszögletű kockákból felépített méhviasz szerszám, komolyabb barázdákat hagy maga után. Még ha selyemszövetet is használunk helyi polírozáshoz, az is hagy maga után mikrobarázdákat. A barázdák szélessége a szövetmintának megfelelő lesz és mélysége néhány angström. A polírozó anyagok közül kerüljük az ultra nagy sebességűeket. Végső munkára mindig a jó minőségű vasoxidot használjunk.

         ZÓNAHIBÁK. A zónahibák kiemelkedően a leggyakoribbak és a felület fontos egyenetlenségei. Vegyük sorra ezeket. 19. 1. ábra. A gömb csupán egy speciális eset, ahol a felületi hiba nulla. Ez az alak az, amit perfekt hibátlan polírozással elérhetünk. De gyakran eljutunk egy felülethez, amely az alulkorrigáltság egy tipikus esete.(19. 2), vagy akár a felülkorrigáltságé(19.3-4-5). A p durva mérése a maszk teszttel azonnal mutatja a szükséges korrekciót.

Ha az érték még nem éri el a parabolára jellemzőt, akkor folytathatjuk a polírozást a parabolizálással. Úgy mintha gömbfelülettel kezdtük volna. Csak ebben az esetben kevesebbet kell dolgoznunk. Ha a felület hiperbolának bizonyul és a p értéke nem nagyobb, mint a parabolára jellemző érték két-három szorosa. Akkor visszaállíthatjuk a felületet parabolára extra nyomás alkalmazásával a szerszámon. Úgy hogy közben a 0.7 zónát polírozzuk.

         Általában azonban előfordulnak olyan zónahibák is, amelyek különböznek ezektől abban, hogy parabolizálással nem tüntethetőek el. Ezért mielőtt megkezdjük a parabolizálást ezeket el, kell tüntetnünk a felületből. Mielőtt megpróbálnánk a helyi javítást, polírozást, próbáljuk meg eltüntetni a hibákat automatikusan. Ellenőrizzük a szerszám és a tükör közti kontaktust, az érintkezésnek tökéletesnek kell lennie. Folytassuk a normál polírozást egy- két órán át. Azután teszteljünk.

         A hibás élek gyakran erednek az optikus hibájából, pl. tudattalanul és rossz helyen alkalmazott nyomástól. Vagy a túl hosszú húzásoktól, vagy a túl puha szuroktól.(19.6-7). Az irregularitásokkal teli tükörfelület elfogadhatatlan(19.8). Folytatni kell a normál polírozást jól érintkező szerszámmal finoman, lassan mozgatva azt. Más zónahibák okai(19.9-10-11-12-13),gyakran a hibás szerszámban keresendők. Pl. letört, hiányos, vagy rosszul trimmelt kockáktól. Ezeket ki kell javítani és folytatni a normál polírozást.

A helyi javítás

Ha ennek az eljárásnak az alkalmazására kényszerülünk, mindenképpen vezessünk egy jegyzetfüzetet arról, hogy milyen hibához milyen módszert alkalmaztunk. Hol, mekkora erővel, milyen hosszú ideig. Ez segítségünkre lesz a későbbiekben előforduló hibáknál, vagy az esetleges rosszul sikerül javítás korrigálásában.

         A 19. ábrán láthatunk néhány példát a javításra, de nem lehet előre megmondani, hogy milyen hibákkal fogunk találkozni a munka során. Ezért a saját megérzésünkre is támaszkodnunk kell. Persze segítséget nyújt az itt felsorolt néhány példa. Egy kis méretű helyi polírozó szerszámmal nem egyszerű feladat összedolgozni a hiba helyét a tükör egészével. Mindazonáltal álljon itt néhány elv, amit jó, ha szem előtt tartunk a helyi polírozás használatakor.

1.     A nyomás hatása a polírozásra. Ezt eltalálni a legnehezebb. Az optikus használhatja ezt az elvet, majdnem az összes zónahiba eltávolításához. Ez nagy méretű szerszámnál nem kritikus, azonban ha kicsi a szerszám a polírozás hatásfoka ugrásszerűen megnőhet, és ez a polírozási idő csökkenésével kell, hogy járjon.

2.     A polírozási idő hatása a kopásra. Általában az ilyen javításoknál a szerszám és a tükör nem tud egyenletesen felmelegedni. Ez előmozdíthatja a rossz alak létrejöttét. Azonban kis felületen, ahol a helyi szerszám hat, kevés polírozási idő is felmelegítheti a felületet. Ezért nőhet a hatásfok is. Ha kétségünk van az alkalmazandó javítás idejét illetően. Mindig dolgozzunk rövidebb időintervallumokban (1-2 perc).

3.     A polírozási sebesség hatása a kopásra. A nagy sebességgel végzett munka nem megengedhető. Ez nem ad megfelelő egységet. Csillagászati optikai felületek esetében mindig a kisebb sebességű munka a mérvadó. A nagy sebesség miatt egyenetlenül melegedő üvegfelület eltorzulhat.

4.     A szerszám felületének módosítása módosítja a polírozást. Ha eltávolítjuk a szerszám egy darabját pl. a középnél, vagy a széleknél, módosítjuk a hatását a felületre. Ez a módszer jól alkalmazható a parabolizálásnál, ahol pl. csillag alakúra vágjuk a szurkot. De ilyen különleges felületű szerszámot használunk a SCT teleszkóp  korrekciós lemezének  elkészítésénél is.

5.     A kopás lehet helyi a kis szerszám használatakor. A helyi szerszám általában kisebb üvegre vagy fa korongra készül. 20-60 mm átmérőjű. Ezt is bevonjuk szurokkockákkal és ugyanolyan görbületű, mint a tükör. Azonban ennél a szerszámnál a nyomás tekintélyes is lehet helyi viszonylatban. Ezért mindig ügyeljünk arra, hogy a kijavított felületet dolgozzuk össze a környező tükör felülettel. El kell kerülni az olyan eseteket, amikor pl. egy púp gyűrű javításakor egy árkot „vájunk”, közvetlen a púp mellé. Ezért mindig mozgassuk oldalirányban is megfelelően a szerszámot.

A parabolizálás

         Mint azt korábban már említettük tükrünk csak akkor fog jó képet adni egy végtelenben elhelyezkedő pontszerű fényforrásról, (lásd: csillag), ha annak felülete parabola.

         A tükör felületének paraboloiddá tételére sok féle eljárás van, itt most csak egyet ismertetünk, mert ennek a kivitelezése a legkönnyebb, ill. kicsi a veszélye annak, szemben más eljárásokkal, hogy gödröt vagy peremkopást hozunk létre a tükrön.

         Ebben az eljárásban egy kvázi helyi polírozó szerszámot használunk. Szükségünk van egy, a tükör átmérőjének 75% kitevő szerszámra. Ha korábban valamilyen javításra már használtunk ilyen méretű szerszámot, akkor most felhasználhatjuk azt. Az eredetileg kör alakú szerszámot vágjuk ki csillag alakúra. Méghozzá olyanra, ami szabályos hatágú. Megjelenését a 20. ábra mutatja.

20. ábra

A csillag alakú szerszám finoman dolgozik, és hatását könnyen kontrollálhatjuk. Tovább tart vele a parabolizálás, de szép egységes felületet eredményez peremkopás nélkül. Nem olyan egyszerű elkészíteni, de egy éles szike nagyban megkönnyíti a munkát. Miután sikerült a szurkot a megfelelő alakúra vágni, végezzünk néhány meleg préselést a jó kontaktus elérése érdekében. Ehhez az operációhoz használjuk a legfinomabb polírozó anyagunkat.

         Kezdjük a polírozást úgy, hogy a tükör legyen alul. A szerszám éle a polírozás közben a húzások végénél csak érintse a tükör szélét belülről. Használjunk „w” húzásokat. Az egymást követő húzások hatására a csillag végiggördülni látszik a peremen.(21. ábra). Az oldalsó eltolás egyenletes legyen.

21.ábra A csillag polírozó szerszám

Ha a tükör fényerősebb vagy az árnyékrajzok azt mutatják, hogy a semleges zóna túl közel van a peremhez, akkor sűrítsük a mozgást a középnél. A szerszám, alakjának hatására egyszerre polírozza az egész felületet, de a középnél egy kicsit jobban. Így hozza létre a parabolafelületet. Általában a parabolizálás több lépcsőben történik. Először 5 percet dolgozzunk a tükrön. Tegyük a teszterre, hagyjuk kihűlni a felületet, és nézzük meg, mit alkottunk. Ha a felület még nem jó, végezzünk egy hideg préselést és folytassuk a munkát. A parabolizálás végéhez közeledve egyre kisebb intervallumokban dolgozzunk, és teszteljük sűrűn a felületet. A végső tesztet csillagon kell elvégeznünk, egy végleges vagy ideiglenes tubusba szerelve a tükröt. Ha az árnyék teszt azt mutatja, hogy a 0.7 zóna túl messze van a tükör peremétől, koncentráljuk a húzásokat a perem felé. A parabola felületet úgy kell létrehoznunk, hogy az már az első pillanatban tökéletes árnyékrajzot adjon, az 50%-os késélpozícióból szemlélve a tükröt. Így a továbbiakban csak az árnyékok kontrasztja változik, és vele együtt nő a p. Ne próbálkozzunk azzal, hogy először csinálunk egy lyukat, amit majd később kiszélesítünk. Rendszerint egy hiperbola lesz az eredmény.

A parabolizálás pontossága

         A kezdet kezdetén beszéltünk a Rayleigh küszöbről, a parabolizálás pontosságával kapcsolatban. Kimutattuk, hogy 1/4 hullámon belül kell elvégeznünk a parabolizálást ahhoz, hogy tükrünk jó képet adjon. De miért álljunk meg itt? Miért ne készítsük el tükrünk felületét 1/20 hullámon belüli pontossággal? És ha ezt megcsináljuk mennyivel lesz jobb a tükrünk így?

         Tekintsük a fény hullámtermészetét ismét. Mint azt tudjuk a fény hullámhossza 400-tól kb. 650 nm-ig terjed. A legfontosabb azonban az, hogy a fény hullámmozgás. Lehetetlenség elvárni ezért tőle azt, hogy egy éles elméleti pontban fókuszálódjon. Ez olyan mintha azt várnánk egy hullámtól az óceánon, hogy egyetlenegy kavicson hullámozzon.

         Ebből a szempontból nem lényeg milyen perfekt az optika, nem fog ez sem egy elméleti pontban fókuszálni egy csillag képét, hanem létrehozza a diffrakciós korongot és a gyűrűket. Ezt Airy korongnak hívjuk és létrejöttéről már beszéltünk a cikksorozat legelején. A jobb perfektebb tükör egy kisebb és fényesebb diffrakciós korongot hoz létre a csillagról. Mert több fényt tud kisebb területre összpontosítani. Ezért lesz kevésbé érzékeny a légkörre és ezért ad jobb képet. Mint ismeretes az első sötét gyűrű sugarát a következő képlettel számolhatjuk: r=1.22/D. Ebből következik, hogy egy átlagos fényerejű f/6-os tükör egy 4.1mikrométer átmérőjű korongot hoz létre egy pontszerű fényforrásról. A fény 84% a diffrakciós korongba és 16% pedig az első gyűrűbe fog koncentrálódni. Perfekt optika esetében. A tükör azon felületei, amelyek kiesnek ebből a perfekt felületből szórt fényt juttatnak a gyűrűkbe. Csökkentve ezzel a felbontóképességet kiterjedt objektumok esetében. Extrém esetben a csillagoknál is. A minimális 1/4 hullámot, elérő felület  40% fényt fog juttatni a diffrakciós korongba. A perfekt 84%, míg egy 1/8 hullámra korrigált 68%. Mindazonáltal hiba lenne azt hinni, hogy az 1/4 hullámú tükör rossz képet ad. Csak az 1/8 hullámú sokkal jobbat ad. Ideális légköri körülmények közt egy átlagos észlelő csak akkor veszi észre a hibát, ha a tükör rosszabb, mint 1/4 hullámú.

         De hogyan vesszük észre a Focault teszt során azt, hogy mikor értük el az 1/8 hullámú pontosságot. Készítsünk egy méréssorozatot a maszkkal a tükör felületéről. Számoljuk ki a különböző nyílásokra az elméleti értékeket. Ezeket kellene mérnünk, akkor, ha a tükrünk perfekt lenne. Számoljuk ki az elméleti értékekből a 25%-kal túlkorrigált és a 25%-kal alulkorrigált értékeket is. Ezt ábrázoljuk táblázatban. Pl.

         A táblázatból látható, hogy a tükör felülete az utolsó és első zónában alulkorrigált a másodikban pedig kicsit túlkorrigált. Ha az értékeket sikerül behoznunk a +-25% értékek közé, akkor a hibák a tükrünk felületén nem nagyobbak, mint, 1/4 hullám. Ha a táblázat értékeit grafikusan is ábrázoljuk sokkal jobban látszik az, hogy honnan kell még políroznunk, ahhoz , hogy pontosabban megközelítsük az ideális görbét. A függőleges skálán a kés él leolvasásokat tüntetjük fel. A vízszintesen a zónahatárokat. Ezek alapján meg lehet becsülni a korrekció mértékét és a további munka szükségességét ill. irányát.

         A végső fázisban amikor úgy érezzük, hogy ennél már pontosabban nem tudjuk megmunkálni a felületet, végezzünk csillagtesztet. Annak bizonyítására, hogy jó munkát végeztünk. Végső kérdéskén felmerülhet az is, hogy maga a Focault tesztter milyen pontos. Ez függ a felépítésétől, a zónánkénti leolvasások számától, a teszt kondícióktól és természetesen az optikus ügyességétől jártasságától. Általában egy gyakorlott optikus /15 pontossággal tud leolvasni. Egy kezdő is általában eléri a /4 küszöböt. Természetesen a tükörcsiszolás is gyakorlat kérdése. Másodszorra, harmadszorra biztosan jobban sikerül.

         Ezzel a végéhez érkeztünk a tükör csiszolásáról szóló cikksorozatunknak. Ezek után már csak egy alu. gőzőléssel kell ellátni a kész tükröt, és már észlelhetünk is vele. Sok sikert kívánok mindenkinek, aki ezek után ilyenre adja a fejét.

Ajánlott irodalom:

         Jean Texereau,  How to make a telescope

         N.E.Howard,    Standard handbook for telescope making

         Albert G. Ingalls  Amateur Telescope Making  I. II.  III.

Schné Attila
amatőrcsillagász
yolo@vnet.hu

©Optika Egyesület