E029A RoC-Setup - fehlerhafte Auswertung beim Newton-Spiegel - Anleitung OpenFringe

Inhalt

-   Bericht Teil 01: - Erfahrungen mit OpenFringe und dessen Fehler
-   Bericht Teil 02: - Fehlerquellen bei der RoC-Auswertung
-   Bericht Teil 03: - ein weiteres Beispiel

 


 

Bericht Teil 01: Erfahrungen mit OpenFringe und dessen Fehler

 

Astro-foren.de vom  http://astro-foren.de/index.php/Thread/11243-Meade-ARC-203-2-2000/?postID=43809#post43809

Bei OpenFringe sollten es Interferogramme mit mehr Streifen sein. Die Frage ist jedoch, mit wie vielen Streifen entstehen sinnvolle Auswertungen. Bei 18 - 50 Streifen hätte auch OpenFringe noch kein Problem, sinnvolle Ergebnisse abzuliefern. Kritisch wird es bei 100 und mehr Streifen. Da würde iterativ, ohne daß irgend eine Einstellung verändert worden war, OpenFringe höchst unterschiedliche Strehl-Ergebnisse abliefern, was sehr verwirrend sein kann. Das Problem bei IGrammen mit viel Streifen besteht darin, daß man mit dem Auge die Fehler nicht mehr abschätzen kann, also nicht mehr plausibel wird, ob das Ergebnis stimmen kann oder nicht. Der Vorteil hingegen ist, daß man keine Streifen nachzeichnen muß. Allerdings sind die Ergebnisse bei wiederholter Auswertung nicht reproduzierbar, auch wenn keine der Einstellungen verändert wurden. Für diese Fälle ist die Fehler- suche fast aussichtslos, was bei AtmosFringe kein Problem wäre. Dieses IGramm liefert die unterschiedlichsten Ergebnisse ab: rohr.aiax.de/M_ARC_203-20.jpg There is no guarantee for the results are correct and a lot of bugs are in that program yet. With the same dates, outline-circles, FFT-shape you get different Strehl results, this cannot be correct. Deutlich trennen muß man zwischen RoC-Auswertung und der in Autokollimation oder der in Kompensation. In RoC wären die Eingabe für Durchmesser, Krümmungsradius und Wellenlänge exakt einzugeben. Aber auch der exakte Umkreis bei einem randscharfen RoC-Igramm ist ebenfalls wichtig. Die Lösung mit den Pfeiltasten ist gewöhnungsbedürftig. Bei IGrammen in Autokollimation wäre der exakte Umkreis nicht ganz so wichtig, weil die Zurückrechnung auf Null nicht notwendig ist. Hier ist die conic constant = 0. Der anschließende Report läßt sich übersichtlicher gestalten, die Variation über die Zernike Koeffizienten ebenfalls, positiv ist, daß das Programm sofort die neuen Ergebnisse anzeigt. Die 3-D-Wellenfront-Deformation bei beiden Programmen sind miteinander vergleichbar. 

 

Eine komprimierte Anleitung folgt. Über eine Reihe von Ungereimtheiten stolpert man bei der Benutzung, die mit der Qualität der Interferogramme gar nichts zu tun haben.

Anleitung für OpenFringe 
Dowload: tech.groups.yahoo.com/group/in…/files/OpenFringe%20Beta/
Anzahl der Streifen zwischen 20 - 50 max
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Prg- starten in Verzeichnis
Menue Configuration\Mirror\Test Parameters eingeben
Load IGramm File\Open Interferogramm
Rechts Outside Ellipse aktivieren mit Punkt: Für Umkreis
Set ellipse points anwählen
mit Maus Punkt setzen: 09:00 und 15:00 Uhr
Center and Edge anwählen
Kreis korrigieren mit Pfeiltasten und shift + / -
Rechts Obstruction aktivieren mit Punkt: Für Inkreis
Set ellipse points anwählen
mit Maus zwei Punkte setzen: 09:00 und 15:00 Uhr
Center and Edge anwählen
(bei Obstruktion das gleiche Verfahren)
Kreis korrigieren mit Pfeiltasten und shift + / -
Menue FFT analysis anwählen
Rechts Center and Resize image to 640 x 640
Rechts FFT (oder 2.FFT anklicken)
Rechts darunter mit Pfeil-Buttons kleinen blauen Kreis vergrößern bis knapp 
zu erstem "Beugungsscheibchen" 
Rechts darunter 3.Compute Surface anklicken
Menue Wave Front List anwählen = Wellenfront-Darstellung
Rechts Report anwählen und Zernike Based anwählen wegen PV
Menue o Zernikes view terms : mit Koeffizienten "spielen"
dis_able All = Strehl = 1.000
Enalbe Spherical Only für sphär.Aberr

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Some notes for Dale Eason, the developer of Open Fringe:

If fringes maps created, there are a lot of problems with it: 
- a lot of artefact in the map itself
- a low contrast of the fringes
- no sharp edges
- many or not many fringes
- three different setups and their conditions: RoC, compensation, autocollimation
- setup influences: vibrations and air turbolenses
- storing the optics, or how to store them
These all you have to respect in creating that maps and later, to calculate that maps.
There are two ways for calculation the PV, RMS and Strehl Value:

01. you calculate it with the fringes, in that case you can controll this by your eyes
02. you can calculate this with a FFT program Open Fringes and you cannot evaluate, whether the result is correct or not.
And sometimes with special fringes maps you get different results without varying any parameters. You just recalculate the
procedure.

With AtmosFringe I work for many years, and I had the controlling part in practice. A program becomes better, if you
work with it every day and you find out all the bugs of it. Open Fringe has many bugs yet.

So I tried to check how Open Fringe works with three types of fringes maps:

- normal but different created fringes maps (532 nm , 632.8 nm, 486.1nm till 656.3 nm wave)
- artificial with ZEMAX created fringes maps at 550 nm wave
- irregulary fringes maps what AtmosFringe can calculate, but not Open Fringe. The following is one of that.

At the end I will collect the bugs in a list for the programmer in the hope, he will correct this. This you can
take as a invitation, to have a dialog in English on our forum about OpenFringe. The main advantage is, you
can insert all diagrams, pictures for explane matters.

May be a translater could help you for the German text.

 

Mit OpenFringe habe ich mich auf unterschiedliche Art befaßt - ein Fringes Map Auswertprogramm auf Basis der FFT Fourier Transformation. Dabei 
verwendete ich sowohl ZEMAX-generierte Interferogramme, deren Strehl man sich von Zemax bereits ausrechnen lassen kann, und Interferogramme,
wie sie bei unterschiedlichen Wellenlängen bei diesem Beispiel entstanden.

Der allgemeine Eindruck von diesem Programm ist, daß es eher mit einem Gemischwaren-Laden vergleichbar ist. Das Programm enthält also 
Funktionen, die absolut nichts mit Streifenauswertung zu tun haben, wie die Simulation von RonchiGRammen, Foucault-Bildern, Sterntest 
intra/extrafokal usw. Dadurch vermisst man eine klare Linie auf das eigentliche Ziel, nämlich die Auswertung von Interferogrammen.

Im Bereich der IGramm-Auswertung bestehen einige Unschärfen. Bereits bei unproblematischen IGrammen in Autokollimation, wo keine 
Zurückrechnung auf Null stattfindet und demzufolge sowohl die Durchmesser- wie Fokus-Eingabe entfällt, entstehen auch bei gleichem 
Um- und Inkreis, bei gleicher Größe der "blauen Kreis-Scheibe" bei der FFT-Analysis höchst merkwürdige und unterschiedliche Ergebnisse. 
Sie können mit den Artefakten der IGramme zu tun haben, und genau deshalb wäre dann die normale Streifenauswertung sicherer, weil 
man die Ursache direkt sehen könnte beim Autotracing.

Nach einiger Zeit gewöhnt man sich an die "Programm-Führung" - benutzerfreundlich ist es dennoch nicht, da müßte das Programm gründlich
überarbeitet werden. Selbst im Vergleich mit einem Streifen-Auswert-Programm ist man noch unsicher, welchem Ergebnis man mehr vertrauen
soll: Das liefert manchmal OpenFringe ab, manchmal AtmosFringe. Die notorischen Kritiker glauben natürlich immer nur an das schlechtere.

Nur ein Beispiel für seltsame OpenFringe Ergebnisse:

Ein Interferogramm kann man mit einem normalen PaintProgramm zeichnen. Mehrere schnurgerade Linien in Kopierfunktion genommen, und
mehrmals untereinander gesetzt, mit einem Umkreis versehen, und die Linien außerhalb beseitigt. Bei diesem artificial IGramm kann zwar
Astigmatismus vorkommen, aber ganz bestimmt keine sphärische Aberration - da müßten die Streifen "M"- oder "W"-Förmig verbogen sein.
Über die unregelmäßigen Streifenabstände kann Astigmatismus angezeigt werden.

 

Aus dieser Logik heraus macht AtmosFringe genau das, was zu erwarten ist. Deaktiviert man Astigmatismus und vorsichtshalber auch noch Coma, dann
muß der Strehlwert sehr hoch sein, was mit 0.998 auch tatsächlich eintrifft.

 

Nicht so bei OpenFringe: Hier wäre ebenfalls Astigmatismus und Coma deaktiviert, nur bekommt man gar keinen Strehlwert mehr und nur noch
eine Fantasie-Wellenfront-Darstellung. Das ist eines der Beispiele, wo OpenFringe überfordert ist obwohl es tatsächlich manchmal auch funktioniert.
Mag sein, daß der Programmierer keine Lust mehr hat, oder einfach zu wenig Rückmeldungen zu den Bugs abgeliefert wird. So ein Programm
muß konsequent in der praktischen Anwendung entwickelt werden, sonst wird das nichts.

 

Liste der Bugs:
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01. Den Um- und Obstruktions-Kreis eines IGrammes kann man speichern. Wer aber danach das gleiche IGramm erneut lädt und dazu
passend die gerade gesicherten Kreise, erlebt, daß nunmehr beides versetzt zueinander ist. Die DurchmesserGröße stimmt zwar
noch, nicht aber die Position, und die wäre in diesem Fall genauso wichtig, da ein Versatz von nur 1 Pixel bereits ein anderes
Strehlergebnis verursacht.

02. Bei Erase Ellipse werden Um- und ObstruktionsKreis gelöscht, nicht aber die beiden Punkte für den Obstruktionskreis. Die erst, wenn
man oben auf 'Obstructions' umschaltet.

03. Bei kleinerem Openfringe Fenster wird größeres IGramm verkleinert. Bei Fenstervergrößerung IGramm nicht mitvergrößert. "Center and
Resize image to 640x640" ist deaktiviert. Erst bei Zurückschalten von FFT Analysis to Interferogramm paßt sich die IGramm Größe an. Die Lösung mit Pfeiltasten die Kreise zu bewegen ist nicht benutzerfreundlich, dauert viel zu lange. Sinnvoll wäre jeweils den Mittelpunkt und den Radius der
Kreise anzugeben, damit sich die leichter reproduzieren lassen.

04. Bei wiederholtem Durchlauf verschieben sich beide Kreise unterschiedlich stark nach links und die Wellenfront zeigt Vertiefung in Mitte. Die Strehl-
Werte variieren um große Beträge. Zum Schluß kommt die Fehlermeldung: "Not all of mirror is visible inside image.Analysis aborted"
Nach Korrektur der Kreise ist es wieder OK.
T2

Bericht Teil 02: - Fehlerquellen bei der RoC-Auswertung 

 

22.05.2015 Der obere Bericht Teil 01 ist ja immerhin bereits 6 Jahre alt, da kann sich einiges beim Auswert-Programm OpenFringe geändert
haben.  Im Augenblick 
liegt mir ein Beispiel vor, bei dem es wieder einmal um eine OpenFringe-Auswertung in RoC geht (Radius of Curvature).
Hier bekommt d
er Stern-Freund schlechte Strehlwerte, vermutlich auch,  weil die RoC-Auswertung höchst fehler-anfällig ist:



Auch bei einem 20-inch NewtonSpiegel Orion läßt sich zeigen, wie variabel die Strehlauswertung ist, und damit völlig abhängig von
der richtigen Eingabe des Krümmungsradius in mm, von der Eingabe des opt. wirksamen Durchmessers auf mm genau und schließlich,
wie man den Umkreis um das Interferogramm setzt. Da variiert bereits die Veränderung von 1 Pixel den Strehlwert. Ob also ein Spiegel
richtig korrigiert ist, muiß man entweder in  Autokollimation oder gegen den Himmel prüfen. Es empfiehlt sich daher die Gegenprüfung
über ein anderes Setup.



Siehe den Bericht zum spiegel-eigenen Rest-Astigmatismus

Wenn der Rand eines RoC_Igrammes nicht kantenscharf ist, wäre das bereits der 1. Fehler der oberen Liste. Auch der opt. wirksame 
Durchmesser muß bei der Auswertung stimmen. Der Radius in RoC gilt immer nur für die opt. Achse. Selbst wenn das stimmt, muß dieses 
IGramm-Bild auch absolut rund sein, und nicht etwa elliptisch. Danach ist der IGramm-Umkreis des Bildes wichtig, weil bereits
Abweichungen von nur 1 Pixel zu anderen Strehl-Ergebnissen führt. Wenn also der Bild-Rand des IGrammes unscharf ist, dann darf man
nicht erwarten, den richtigen Strehl-Wert  zu bekommen. Eine solche Auswertung führt schnell zu falschen Ergebnissen, und diese
müssen dringend überprüft werden, ob sie überhaupt plausibel sind. Ein einfacher Test wäre am Himmel der Ronchigitter-Test, weil man
in jedem Fall prüfen kann, ob die sphärische Aberration tatsächlich so unterkorrigiert ist, wie es die RoC-Auswertung zeigen würde.
Am sichersten ist immer noch der Test gegen einen Planspiegel - Autokollimations-Setup genannt. Nur hat nicht jeder einen guten Plan-
Spiegel mit Bohrung. [ Wenn beim IGramm-Bild oben der Umkreis nur 5 Pixel größer oder auch kleiner ist wegen Randunschärfe des
RoC-IGrammes, dann reduziert sich durch diesen Fehler der Strehlwert bereits auf ca. 0.910. Wobei hier über ZEMAX alle Werte
305 R 3048 mm 
eingehalten worden sind.]

Bei diesem Beispiel  läßt sich der F/3.47-Spiegel  in RoC überhaupt nicht mehr sicher auswerten.  Bereits bei Eingabe des Durchmesser
von nur 3 mm Differenz, 288 - 291 mm  'springt' der Strehl von 0.715 auf 0.947 . Ohne Gegenkontrolle über ein anderes Setup geht es also
überhaupt nicht. Die RoC-Auswertung ist für "schnelle" Spiegel  unbrauchbar. Da wäre eine Auswertung in Kompensation durch eine
Plankonvex-Linse zuverlässiger.

Im folgenden Bild ist der linke und rechte Rand eines IGrammes eingeblendet, das sich gleich aus mehreren Gründen NICHT aus-
werten läßt: Der Rand ist nicht kantenscharf und hat demzufolge einen deutlichen Einfluß auf die Strehl-Auswertung. Ob a) der
opt. wirksame Durchmesser des Spiegels eingegeben wurde, und ob b) der Umkreis des IGramm-Bildes pixelgenau richtig gesetzt
worden ist, ist über OpenFringe nicht nachvollziehbar. Ohne Kontroll- und Gegenmessungen ist diese Art RoC-Auswertung wertlos,
wie überhaupt eine isolierte Auswertung ohne Gegenkontrolle fragwürdig ist. Mangels Erfahrung kann  man sich leicht täuschen.

 

Wie anfällig das fragliche u. unscharfe RoC-IGramm tatsächlich ist, zeigt das folgende Beispiel, bei dem nur der opt. wirksame Durch-
messer von 305 mm auf 294 mm variiert wurde wegen der Möglichkeit, daß dieser Wert nicht sorgfältig genug ermittelt worden sei.
(Man könnte auch den Umkreis Des RoC-IGramm-Bildes bei der Auswertung variieren, oder den RoC-Radius)
In jedem Fall läßt sich der Strehlwert heftig variieren, ohne irgendeine Sicherheit, welcher Strehl-Wert denn nun stimmt.

Nun wurde der Radius 294 mm eingegeben, und der Strehlwert springt auf 0.942 . Damit ist nur eines wirklich klar: Derartige
Werte führen keinesfalls zu sinnvollen und verläßlichen Ergebnissen. Man braucht dringend eine Kontroll-Messung über einen
anderen Testaufbau. Hat man aber weder einen Planspiegel, noch eine Kompensations-Linse, noch ein ZEAMX-Programm, mit
dem sich die genauen Abstände rechnen ließen, dann bleibt nur der Ronchigitter-Test am Himmel, ob nämlich die heftige Unter-
korrektur bei einem Strehlwert von 0.550 tatsächlich real ist. Erst dann wird die Sache etwas glaubhafter.

Beim Abzug von Astigmatismus sollte man aber sowohl den Low Order Astigmatismus und den High Order Astigmatismus abziehen.
Vorher empfiehlt sich unbedingt ein Test auf Rest-Astigmatismus.

 

Somit wird der "Vorteil" eines RoC-Testes sofort infrage gestellt, weil die Strehlermittlung von vielen Variablen abhängt,
die unbedingt stimmen müssen. Beim Test in Autokollimation ist das viel sicherer, auch der Roß-Null-Test ist sicherer,
wenn man über ZEMAX die exakten Abstände von Linse zu Newton-Spiegel berechnet hat. Somit hat die Forderung
nach einer Kontroll- oder Plausibilitäts-Messung unbedingt seine Berechtigung. Siehe auch: 
E029 -Test-Anordnungen astronomischer Optiken
T3


Bericht Teil 03: - ein eindrucksvolles Beispiel

 

Beim Vermessen von Newton-Spiegeln muß man die Fehlerquellen einzelner Testverfahren im Auge behalten. Dabei ist das RoC-Verfahren
besonders fehleranfällig, weshalb man dringend gegen einen guten Planspiegel prüfen sollte. Dieses Verfahren ist ein absoluter Null-
Test mit einem geringen Fehleranteil bezogen auf die sphärischen Aberration. Deshalb muß eine Prüfung auf Rest-Astigmatismus vorgeschaltet
werden, 
damit man in Autokollimation nur noch die sphärische Aberration zu beurteilen hat, also Unter- oder Überkorrektur bzw. eine
perfekte Parabelkorrektur. 
Es geht um die ausschließliche Betrachtung des Öffnungsfehlers,also um Über- oder
Unterkorrektur. 
Dem 10" F4.7 Newtonspiegel sieht man die ca. PV L/4.5 große Überkorrektur deswegen an, weil sich die Streifen nach oben
durchbiegen. Der 
Ronchi-Gittertest 13 lp/mm intrafokal kommt zu einem gleichen Ergebnis.

Das Strehlergebnis sollte deshalb der Wahrheit entsprechen. Insofern sollte die Auswertung in RoC (Radius of Curvature)
zu ähnlichen Ergebnissen kommen.

Eine der ersten Bedingungen dieses Interferogrammes ist ein kantenscharfer Rand, weil der Umkreis pixelgenau gesetzt werden muß.
Eine weitere Bedingung ist der opt. wirksame Durchmesser der Spiegelfläche und der Krümmungs-Radius mit einer Gen auigkeit von
mindestens 1 Millimeter. Die Meßwellen-Länge muß ebenfalls exakt eingetragen werden. Da sich das Auswertprogramm häufig verläuft,
empfiehlt sich das "Nachzeichnen" der Interferenz-Streifen, bei dessen Artefakten das Auto-Tracing häufig "aussteigt", und dann ohnehin
nachgearbeitet werden muß. Im konkreten Fall geht es um den richtigen pixelgenauen Umkreis.

 

Der Krümmungsradius wurde also genau vermessen, ebenso der Durchmesser, beide wurden richtig eingegeben. Nur der Strehlwert lag ca. 10%-Punkte
niedriger, sodaß man nun mit den Parametern förmlich spielen kann: Dabei stellt sich z.B. heraus, daß bereits beim Durchmesser ein 0.1 mm den
Strehlwert "springen" läßt. Auch der Umkreis bei der Auswertung war offenbar zu groß, sodaß zum ursprünglich weißen Umkreis noch ein
kleinerer in Rot dazu kam. Und erst jetzt entstand ein Ergebnis, das mit dem in Autokollimation erreichten Ergebnis vergleichbar war. Damit
ist die Auswertung in RoC äußerst unzuverlässig, was bedeutet, daß man dringend eine Kontrolle über einen anderen Testaufbau braucht:
Entweder in Autokollimation gegen einen Planspiegel, oder in Kompensation durch eine große Plankonverx-Linse.

Einen Vorteil wiederum hat die RoC-Auswertung. Man bekommt die gesamte Spiegelfläche gezeigt, und so bestätigt sich die Vermutung,
daß die Mitte des Spiegels zu tief retouchiert worden war - doch da wäre der ellipt. Fangspiegel und verdeckt das Ganze.

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