鏡面測定 干渉計/フーコーテスト比較

Bath interferometer を作成し、鏡面の干渉計による測定ができるようになると、これまで使っていたフーコーテストの結果と比較をしたくなります。

あれこれと、テストを繰り返すなかで、干渉計も改良というか、ちゃんとデータをとれるように整備をしました。

(1) USBカメラのレンズは、今まで6-60mmのズームレンズを使っていましたが、このレンズはめちゃめちゃケラレることが分かったので、F5の鏡面あたりまでを検査することを視野に、f=16mmのCSマウントレンズをamazon で調達(翌日配達万歳!クロネコヤマトの皆さまお疲れ様です!)、カメラのテスターへの固定方法も、試行錯誤した結果、クリップで留める形に変更。

(2) 先に製作した干渉計では拡散用のレンズにf=15mmのレンズを使っていましたが、F5の鏡には拡散が足りないことが分かったため、f=4mmのレンズに交換。このレンズは直径も8mmとまえより少し小さいので、そこのところも多少改良要因。

(3) レーザーの入り切りのトグルスイッチを留めないで使っていたら、配線が折れたので、L金具でテスターに固定。

磨き途中の鏡(15cm F8)について、Bath interferometer とフーコーテスターによる波面誤差(W) の比較をしてみました。

フーコーテスターによる波面誤差は

こんな感じで、PVで550nm (緑)で1.2波長程度波面誤差がある結果(大きすぎて星を見れる状態ではない)。

今回作ったBath interferometerの結果

結構あってますね。よかった!

最初にこれ書いたとき、

(振幅が結構違うのが気になります。フーコーテスターの結果から波面誤差を出す式が間違ってる?形はよくあっているのですが。。。なやましい。)

って書いたのですが、干渉計のデータ処理をするソフト(OpenFringe)の設定が間違っていたためと判明。

 

…. ということで市販の鏡(15cm F5)も両方で検査してみました。

カメラのレンズを焦点距離の短いものに変えたので、F=5の鏡でも鏡全体のきれいな干渉縞を得ることができました。

干渉計の結果

ちょっと難しいところですが、0.1波長以内ぐらい(detailは議論難しいです)。

フーコーテスターの結果

真ん中はともかくとして、主だったところは0.1 波長以内ぐらいですかね。市販の鏡(といっても私のは中華のばっかりですが)はたいてい真ん中は斜鏡の影なので、ちゃんと整形されていません。手で磨いていても真ん中をちゃんと整形するのは難しそうなので、まあ当然というところ。

真ん中が干渉計の結果と違っているのですが、フーコーテスターでは真ん中の波面誤差をきっちり出すのは至難なので見ないようにしています。

ちなみに、この鏡、干渉計の結果の全体はこんな感じで、

ちょうど光軸調整用の金具が張り付けられている(120°ごと)ところに変形が見られます。ひょっとすると、金具があるために温度変化になじむ速さが場所によって違っているためかもしれませんが・・・

波面誤差を定量的に分析するのは結構大変ですが、どちらも同じ結果を基本的には出せることが分かってほっとしました。

 

 

 

全国公開模試 5/7

久しぶりの模試です。連休中、近所の公園に行ったりはしたんですが、できるだけ家で算数を取り組もうということで、強化ツールの問題(ここ数回分)の難度Cまで、をやってみたりしたんですが、今回の模試の問題の範囲がいつもの感じと比べて拡がっていて、娘曰く「やられたー」とのことです。もう、入試態勢かな。

今までは何となく模試といってもカリテの延長みたいなところがあったと思いますが、いよいよ全体から問題を出すようになった?

強化ツールの問題の取り組みを見ていて、計算を正しく処理することとか、問題の量的関係を整理するとか、基礎的なことがぜい弱だなと思いましたので、もう少し丁寧に問題に取り組めるようにしないといけないと思いつつの模試でしたが如何に?

悩みの算数は、一応全部取り組もうと頑張ったとのことで1つを除いて全部埋まってはいました。空欄の1問は最後の最後に解けたんだけど、解答用紙に書き込む時間が足りなかった!とのことで、-7点もったいなかったですが、問題に真剣に取り組む気持ちはとっても伝わってきた感じです。

まあ、ミスはまだ多そうなのですが、難しい問題でも手を動かして何とかしようとしないとダメ!って何度も話をしたので、そこはとても嬉しく思います。

理科も出題範囲が全体に拡がっている感じで、娘は、生物の問題の条件わけに手間取って時間が足りなかったとのこと。太陽の問題が出るとか書いてあったので、朝の車の中で大質問大会を開催したのですが、車内で議論したところは出なかったようで、失敗。

社会はやはり地理分野が残念。なのと、漢字間違いやら、漢字で書けとは言われていないが漢字で書けていないなどあり、「しっかり漢字を覚えるように!」と発破をかけました。

というわけで自己採点結果(一応惰性でメモしておきます)。

国語(甘々採点)> 9割>社会>8割>4科>理科> 7割>算数>6割

でした。

やっぱり算数、ですね。

(5/8 結果)

算数が前回悲惨だったのが少しましになって、そのため4科の偏差値も少し戻していました。何より親としては偏差値ではなくて、算数を頑張った結果が少し点に反映されたのが嬉しいです。またテストは続きますが、算数頑張る!って娘が言ったのがすごく重みがあることだと思いました。

娘はいろいろな志望校の志望校選定グラフを眺めていました。

そうそう、理科はレンズの問題がでたのですが、惜しくも1問不正解ですが、だいぶ前にやった割にはよかったのでは!?やはり、家で鏡を磨いたり、干渉計を作ったりするのは必要だな、と自画自賛です。

それから、太陽の問題は、全問正解。我が家の家訓「天体分野の苦手は許されない」を守るためによく頑張りました!

(5/8 結果終わり)

干渉計による鏡面測定

反射望遠鏡の鏡面研磨 遅々として進んでません。フーコーテスター作ったり、どちらかというと、鏡面測定マニアと化してきています。少し前に、youtube を見ていたら、アマチュアの天体望遠鏡作りをしている人たちのなかで、磨いている鏡面の評価を「干渉計」でやっている人たちがいることに気が付いて、鏡面測定マニアとして、私も同じことやってみたいと思ってしまい、泥沼に輪をかけることになってしまいました。

構想だけはずいぶん前から温めていたのですが、やる時間が取れず、GWで少しだけ余裕があるので、思い切って干渉計を作りました。

製作したのは、Bath interferometer という、基準鏡面の要らないタイプの干渉計です。マイケルソン干渉計などは、基準鏡面からの反射光と検査鏡面からの反射光を干渉させるので、基準面が必要になりますが、これ(Bath)は、レーザー光を、鏡面全体に同位相の光を当てるパスと、鏡面のどこか1点に光を当てるパスに分け、それぞれの鏡面からの反射光を干渉させるという方法で、基準面を要らなくしています。アマチュアにぴったり、の方法ですね。

参考にしたのは、こちらのpdfとか、こちらの検索で出てくるページとか、どれも素晴らしいですが、自分なりに咀嚼して、干渉計の図面を書いて、部品を3Dプリンタ、フライスなども使いながら加工して組み立てました。

材料と作り方。

秋月レーザーモジュール(500円) 3V電池ボックス、スイッチなど:レーザー光源です。光の向きを1.5°程度の範囲で調節できるような台座を3Dプリンタで製作して搭載。

無偏光ビームスプリッター(10mm角), 表面平面鏡 (13mm角), 焦点距離15mm 直径10mm レンズ:いわゆる干渉光学系です。ビームスプリッターは、小さいものの方がよく、なるべく隅っこを使うようにするのがよいとのこと。レンズは、レーザー光で鏡面全体を照射するために使いますが、15cm F8などでは、もっと長い焦点距離のレンズを使ってもよさそう。Fが小さかったり、鏡面が大きい場合には、レーザー光を大きく広げる必要があるので、焦点距離の短いレンズを使う必要があります。レンズの直径は、反射光と被らないようにできるだけ小さなレンズの方がよいです。6mmとかが使えたらその方がよさそう。

ビームスプリッター(BS)などの光学部品はSurplus shed で買うのが安いようですが、ちょうど売り切れのタイミングだったので、仕方なくBSはebayで見つけて買いました。レンズと平面鏡はSurplus shed で買いました。

ビームスプリッターは、方位角を調節できるようにする必要があるとのことで、Ed Jonesさんのビデオを真似して、秋月の10mm角ブロックに光硬化接着剤(Amazonとかで買えます)を使って接着。3mmねじを軸受にしました。ミラーは、方位角、伏角両方調節できる必要があるとのことで、ミラーマウントを設計して、3Dプリンタで製作し、両面テープでミラーを張り付けました。結構いいものができました。

レンズは、最初に光軸調整をするのに、レンズが外せると便利だなと思ったので、LアングルにレンズマウントをCNCフライスで作り、レンズをはめ込みBSと同じく接着剤で固定しましたが、Ed Jonesさんのビデオにあるように、最初からBSに張り付けても問題ないかも。とはいえ、一度張り付けたらやり直しがきかないので、私には無理、と思いました。

カメラ:これは先日Cマウント化した、Webカメラを光軸が合うように台座に取り付けました。それなりに望遠のレンズをつけて使う必要がありそうなので、Webカメラそのままでは難しそうです。スマホ望遠とかでも行けるような気がしますが試していません。

移動テーブル:これはフーコーテスター用のをX,Y軸に使い、Z軸のは安い中国製のを買いました。反射光をうまく干渉ポイントに導く必要があるので、それなりに微調できる必要はありそうですが、とりあえず手でも干渉させることはできたので、あまりナーバスになる必要はないかも。

テスト。

そんなこんなで、出来上がり、テスト風景がこれ(XYテーブルにはまだ搭載させていません)。

缶の上にカメラと干渉計・光源のユニットを置いて磨き中の鏡を使ってテストしました。

干渉計の調整は、まず、レーザー光がまっすぐBSの狙ったところに入るようレーザーモジュールのマウントを調節し、そのあと、BSと平面鏡の向きを調節して、2つの平行なレーザー光が出射できるように調節しました。そして、レンズを挿入、ターゲットの鏡の中心に平面鏡で反射した方のレーザー光を当てつつ、鏡面で反射した光が再びBSに戻って干渉するように鏡の向きとユニットの位置(おおよそ反射鏡の球芯がBSの近くにくるようにする)を調整して、干渉光をカメラで確認しました。

このあたりは、Ed Jonesさんのビデオを見たときは意味がよくわかっていなかったのですが、自分でやってみたら簡単でした。

どうもBSとか鏡とか、レンズが汚れていて、散乱光が酷く、偽の干渉縞もいっぱいできているので、きれいにクリーニングすることが必要そうですが、一応磨き中の鏡の干渉縞模様を見ることができました。

左下の方に見えているのが、15cm F8の鏡です。あからさまに面があまりきれいでないのですが、これが鏡面のでこぼこなのか、干渉計の問題なのかを調べるところまでは行っていません。まず、散乱光などでかなり画像が汚いので、もう少しましにしたいところ。

でも、あからさまに鏡面の端っこがだれているのが干渉縞の様子からもわかりますので、おっ!と思いました。

干渉縞のビデオはこちら。畳の上でテストしているので、振動の影響が激しいです。。。

娘は、5/7の模試に向けて一生懸命算数をやっていますが、私は、仕事をせずに干渉計で一日遊んでしまいました。夜は、仕事をやらなきゃね。。。

5/5 追加

調整をしてかなりましな画像が得られるようになりました。結構調整難しい。

GW徒然

まだゴールデンウィークという感じでは始まっていませんが・・・

我が家は土曜日の午後から娘が熱を出して、今日は病院に連れて行きました。のどが結構腫れちゃっていて、たくさんお薬をもらってきました。本当なら、明日は塾も学校もお休みだったので、近所の山に登りに行こう!って話をしていたんですが、さすがにそれは無茶で、明日もお家でお休みですね。

塾のカリテも、後日テストでよいので受験したいと今朝病院に行く前は話をしていたのですが、無理でした。

そんなことで、家でお休みをしているんですが、夜寝て昼も寝るというのは無理のようで、本を読んだり、ゴロゴロしまくりの様子。ちょっとお勉強もしてみたけど、あまり無理はきかなさそうな感じでした。先日買ってあげた星新一とかいろいろ読んでました。

そうそう、今日は、昼に俄かに空が暗くなって、結構な雷が鳴りましたね。我が家のかなり近くにも落雷があり、感覚的には光と音がほぼ同時な感じ、「ピシャン!」という音が特徴的でした。

ちょうど家で3Dプリンターで印刷をしていたんですが、その落雷のせいでプリンターが誤動作して途中のいいところでプリンターが止まっちゃいました。まあ、止まっただけで壊れなくてよかったです。もっと近くに落ちたら誘導でいろいろ電気ものが壊れていたかも(まだいろいろ確認をしていないのはあるけど。。。)。

娘に雷が落ちたら家が火事になるかもって、おどかしていたんですが、夜のニュースで本当に火事になった家のことがニュースになっていて、シャレにならないです。保険には入っていても、やっぱり火事はこわい。

GW中は、仕事をいくつか片づけないといけませんが、研磨も進めたく、また、工作も少しやってみたいのがあり、合間を見つけてそれぞれちょっとずつ進めてます。今日の午後、秋葉原の秋月電子に久々に行って、予定した工作の部品を調達しつつ、娘と受験勉強の合間に作ろう!とか思って、タミヤの工作キットとか、予定にない工作の部品も買ってみたりもしてみました。

我が家のGWは遠出することもなく、そんな感じで進んでいきそうです。

難関校入試問題分析会 前期日特

平日の午前または午後の早い時間という共働きの親にとってはどーしよーもない時間に開催された難関校入試問題分析会に参加してきました。妻は仕事をお休みできなかったので、私が1日お休みをいただいて行ってきました。時間の15分ぐらいまえで座席の埋まり具合は半分ぐらい?でしたが、時間になったらほぼ満席になってました。

最初に学校の特徴(入学後の特徴的な学びの取り組みなど)を説明して、そのあと4教科の解説が入りますが、説明を通したメッセージは、入学後の学びで伸びていくことが期待される生徒を選抜するための作問がされているのである!ということなのかな、と思いました。 娘も作問者のメッセージを受け取ってそれに答えていくやり取りができる受験者になれるといいな、と思いながら話を聞いていました。説明される先生方は、皆さんお話が上手で、わかりやすく問題の背景を教えていただきました(真面目にメモを取りながら聞いていたら結構疲れましたが)。

4教科の解説のあと、この後の塾の流れの説明がありましたが、後期日特のガイダンスが、たいてい7月のNフレンズの日程に合わせて行われるということのようなのですが、この学校の場合は、それより前の6月に、これもまた平日の午前という今回と似たようなタイミングで行われる!という発表がその場であり、ガーン、またかよ!という感じでした。今度は妻の方にお願いしよう。。。今回の分析会も参加者は大体お母さん方でしたが、父親も5%程度いらっしゃる感じでしたが、皆さんやりくりには苦労してらっしゃるのでしょうね。

塾からは、第一志望校は、後期の日特との兼ね合いもあるので、ぼつぼつ固めましょうというようなことを言われていて、学力はともかく第一志望校は決まったかな?という状況なので、ガイダンス等の日程はとにかく都合を何とかつけて参加していかなければ・・・と思っているところです。

また、塾での志望校面談の際に、併願校に関する話もかなり長時間していただいたんですが、そこでは、それまであまり考えていなかった学校も併願校のチョイスとしてありますよという話があり、それらの学校の様子も勉強しないといけないかなと思っているところ。そういうわけで、学校説明会の日程やらをいろいろ調べて極力予定に入れるようにしているんですが、海外出張予定とか、PTAの行事の予定と被ったりして、なかなか思うように夏までの学校説明会に参加ができなさそう。そういう事情もあり、難関校入試問題分析会で仕事を一日お休みいただいたのを利用して、一校、訪問をして、学校見学をさせていただきました。訪問した学校は、教員の方の引率で丁寧なご説明をいただきつつ、授業風景を含め見学をさせていただきました。一名のために先生のお手数煩わせ申し訳ない半分でしたが、ありがたく勉強をさせていただきました(そういうこともあり?印象のよい学校になってしまった・・・)。ほかの学校(2校ほど?)たぶん6月~7月あたりになりますが、説明会などありますので、極力見に出かけるようにしなければ、と思っているところです。どのような偏差値の学校にしても、受験する学校は娘を通わせる可能性を踏まえて受験するということなので、親として学校を見ておく必要がある、と思っているところです。娘も学校を見るようにしたいですが、これもまた土日に塾があるので工夫が必要そう・・・と悩むところです。

娘は、塾も1週のうち1日は延長をして21:30 まで勉強して帰ってきています。今日もお迎えに行ったら、「今日はいい話がある」と珍しく話をしました。聞けば、前期日特を、5月から別の場所で開かれている選抜日特に行くかい?と聞かれたとのこと。今よりさらに遠くでの会場での開催だし、ここのところカリテの成績が激しく下がり調子なので、悩むところもありますが、娘にどう思っているのか聞くと、「すごい人たちが勉強している景色を見てみたい!」とのことなので、行ってもらうことにしました。驚いたのは、娘は結構向上心があるんだなあってこと。少しでも日特ですごい子たちの中で揉まれて成長してくれたらと、親としては願うばかりです。