Тесты Родье

[VD]

Итак, похоже, что тесту доверять нельзя.

В заключении это самая правильный и давно очевидный вывод из всего эксперимента.

Если еще учесть, что 99% остальных любителей не станут заморачиваться столь тщательным подходом к разного рода важным и менее важным деталям, то естественным образом получается вывод о том, что этот метод в руках обычных ЛА просто забава и результаты тестирования практически произвольны.

Конечно, спасибо Игорю и Дмитрию за столь тщательно проведенное исследование.

[nickhard]

DK, ай маладес!!!  Спасибо!

+1

[Anton]

Итак, похоже, что тесту доверять нельзя.

В заключении это самая правильный и давно очевидный вывод из всего эксперимента.

+1
А метода с земаксом правильная, не нужно интерферометров городить.

[DK]

DK, ай маладес!!!  Спасибо!

Игорь маладес как минимум столько же!!

Дмитрий

[DK]

Итак, похоже, что тесту доверять нельзя.

В заключении это самая правильный и давно очевидный вывод из всего эксперимента.

См. ответ №116.

Дмитрий

[LifeIsGood]

Не зависимо от того насколько точно тест считает Штрель, я его нахожу все равно весьма и весьма полезным. Но не как абсолютное мерило, а как относительное для коллимации сложных оптических систем. (с многочисленными корректорами, зеркалами и линзами). Я с ее помощью весьма легко отъюстировал ШН у которого ориентация корректора и главного зеркала не совпадали. При этом программа на удивление точно воспроизводила как выглядит звезда в фокусе на основании зафокала и предфокала. Я правда дефокусировку делал по часовому индикатору.

[Igor Nesterenko]

Итак, похоже, что тесту доверять нельзя.

В заключении это самая правильный и давно очевидный вывод из всего эксперимента.

+1
А метода с земаксом правильная, не нужно интерферометров городить.

Антон и Валерий,
погодите с выводами вдруг они окажутся скоропалительными. Ведь Дмитрий написал "продолжение следует..."

По поводу интерферометра: конечно же городить надо!
Но надо не только их делать, но и ими пользоваться! Не правда ли Валерий?! Делать выводы на основе чужой работы легко - это типа не "мешки ворочать..." 

Земакс использован только по причине малого количества инструментов с интерферограммами, к которым есть доступ для проведения теста Родье. Да и те которые есть, и то "в танке упрятаны". Антон, Дмитрий соберитесь с духом и "метнитесь под чисто небо..." 

ps. Дмитрий в смысле Маколкин, конечно же. Штангелек только не забудте прихватить, важной деталью для теста оказался
 

[DK]

Итак, обещанное продолжение.

Как мы уже знаем, при проведении теста Родье желательно знать величину расфокусировки. Если есть необходимость получить количественный результат, то измерение величины расфокусировки является обязательным условием. В связи с этим требованием возникает ряд вопросов, на которые необходимо знать ответ, чтобы правильно спланировать эксперимент:

•   С какой точностью надо измерять расфокусировку, чтобы не ошибиться в определении размаха ошибки волнового фронта (PTV), его среднеквадратичного отклонения (RMS) и числа Штреля (Strehl), например, более чем на 5%?

•   Зависят ли допуски на точность определения расфокусировки от величины и типа аберраций?

•   Может ли тест Родье правильно распознать смесь аберраций и какова при этом точность определения их амплитуд?

Для того чтобы ответить на эти вопросы, для телескопа с параболическим зеркалом с апертурой 102мм и относительным отверстием 1:8 с помощью программы Zemax были сгенерированы до- и зафокальные изображения точечного источника на бесконечности с известной величиной расфокусировки, которая была всегда одинакова в обе стороны от фокуса. В качестве фокуса выбиралось такое положение фокальной плоскости, при котором интенсивность диффракционного пика была максимальна, т.е. число Штреля  максимально, или, другими словами, минимально среднеквадратичное отклонение волнового фронта. Внефокальные изображения генерировались для трех основных типов аберраций (астигматизм, кома и сферическая аберрация) с различными амплитудами.

На всех нижеприведенных графиках результаты представлены в нормализованном виде, т. е. получаемые в тесте Родье величины - PTV,  RMS,  Strehl и вычисленная расфокусировка отнессены к значениям, которые задавались в программе Zemax. Такой способ представления данных, во-первых, позволяет привести их к одному масштабу вне зависимости от величины ошибки волнового фронта и величины выбранной расфокусировки, а во-вторых, показывает, на сколько отклоняются результаты, полученные в программе WinRoddier от реально заданных в программе Zemax.

При обработке в программе WinRoddier внефокалов производилась одинаковая последовательная процедура подготовки сигнальной картинки: задание порога отсечки сигнала, подсчет расфокусировки (при заданном размере пиксела), затем центровка внефокалов и их масштабирование (Images/Co-center и Images/Resize) и наконец получение сигнала (Calculate/Signal). И в заключении процедуры обработки - волновой фронт (Calculate/WaveFront) и сосчитанные по нему PTV,  RMS и  Strehl. При этом контролировалось, правильно ли идентифицирован тестом тип аберрации - полином Цернике с максимальной амплитудой, и каковы амплитуды у полиномов, соответствующих другим аберрациям, реально непредставленным в исходном Zemax-файле.

[DK]

Для чиcтого случая сферической аберации были обработаны внефокалы с амплитудами ошибки волнового фронта: l/2.0 (красный), l/4.5 (зеленый) и l/10 (синий).

Для чиcтого астигматизма использовались внефокалы с амплитудами ошибки: l/2.0, l/4.0 и l/8.0.

Наконец, для чиcтого случая с комой были выбраны внефокалы с амплитудой ошибки: l/2.0, l/4.5 и l/6.0.

[DK]

Из приведенных графиков можно сделать следующие выводы:

1.   Если при обработке был подобран уровень отсечки, обеспечивающий равенство расчетной расфокусировки и заданой в Zemax, то количественное согласие результатов теста с заданными значениями лучше 5% для отношения Штреля и среднеквадратичной ошибки (RMS) и около 10% для размаха ошибки волного фронта (PTV), при всех рассмотренных случаях.

2.   При наличии комы и/или сферической аберрации, допуски на точность определения расфокусировки составляют ±2% от ее абсолютной величины, при этом отклонение результатов теста от истинных будет не более 5% (по RMS и Штрелю). При наличии астигматизма этот допуск в 5 раз жесче и сооставляет ±0.4%, при том же уровне допустимого расхождения результатов. Жесткость допуска на знание величины расфокусировки при астигматизме связана с тем, что основная часть ошибки волнового фронта набирается на краю зрачка. Поэтому неправильное значение порога отсечки сигнала, непосредственно влияющее на периферию внефокалов и выражающееся в неправильной расчетной расфокусировке, сильно меняет результат.

3.   Наблюдаются систематические отклонения (около 10%) для размаха ошибки волнового фронта при наличии малой амплитуды сферической аберрации и при всех амплитудах комы. Причины этих систематических отклонений до конца не выяснены и требуют дальнейшего разбирательства.

[DK]

На следующих графиках представлены результаты работы программы
WinRoddier со смесью аберраций. Были выбраны смеси астигматизма и
сферической аберрации с разными амплитудами, которые указаны под
графиками. Как и в случае чистых аберраций, тест Родье дает
точность лучше 5% (RMS и Штрель) для точного значения
расфокусировки. Допуск на знание расфокусировки зависит от вклада
астигматизма в общую величину искажения волнового фронта.

Во всех выше описанных случаях, тест правильно диагносцировал тип
аберраций вне зависимости от их амплитуд.

[Окончание следует]

Игорь, Дмитрий

[LifeIsGood]

Дмитрий, Игорь - глубина исследования просто поражает! Надо писать научную работу!   

[DK]

Не, мы оба их и так много написали, а это так, для души!

Дмитрий

[LifeIsGood]

Это заметно! 

[VD]

С этими отсечками и дефокусировками заморочиться можно вусмерть.

Куда дешевле для нервов и спокойствия (с уверенностью) сделать простенький интерферометр.

[Igor Nesterenko]

С этими отсечками и дефокусировками заморочиться можно вусмерть.

Но согласитесь, ведь зараза, работает !!!

Куда дешевле для нервов и спокойствия (с уверенностью) сделать простенький интерферометр.

Для этого надо где-то заказать, достать, купить:

1. аттестованную сферу и не одну, а хотя бы штуки две, цена: ?? 
2. держалку с микроподвижками для сферы, цена: ??
3. светоделительный кубик с малым астигматизмом, тоже аттестованный, цена: ??
4. наклонялку, поворачивалку для кубика,   цена: ??   
5. лазер, (китайская лазерная указка не пойдет), цена: ??
6 держалка для лазера, тоже с микроподвижками, цена: ??
6. "стол" на который это все водрузить, цена: ??
7. всякая мелочевка - диафрагмочки, дырочки и тд. цена: ??
8. все что забыл

Бюджет в 1000 уев будет точно маловат. Вы серьезно насчет дешивизный для нервов?! То что добавит спокойствия я согласен на все 100%. Не надо будет думать и беспокоится куда можно было бы потратить эти деньги еще.   

Ну что может быть полезнее для укрепления нервной системы и спокойствия в завтрашнем дне, чем чистый воздух под чистым небом и энная сумма в кармане... 

Валерий, так для расширения кругозора.
Профессионалы, которых трудно заподозрить в нежелании, не умении или отсутвии должного понимания в использовании интерферометрии при тестировании оптики, уже проверяют оптику больших телескопов этой методой и не жалуются на количественный результат, выдаваемый этим тестом.
Надо просто уметь его готовить!

Я здесь сейчас не имею ввиду конкретную программную реализацию WinRoddier 2.2. У нас с Дмитрием, в процессе разбирательства с этой программой, уже сформировались некторые притензий к некоторым выдаемым ею результатам. Между собой мы это обсуждаем, но имеет ли смысл эти мысли обсуждать здесь?! Не скатимся ли мы к пустой болтовне и очередному расклеиванию ярлычков типа "для невзыскательных пользователей" и тд.?

[VD]

Профессионалы, которых трудно заподозрить в нежелании, не умении или отсутвии должного понимания в использовании интерферометрии при тестировании оптики, уже проверяют оптику больших телескопов этой методой и не жалуются на количественный результат, выдаваемый этим тестом.
Надо просто уметь его готовить!

В том то и дело, что когда большой телескоп смонтирован просто нет никакого другого реального пути его наладить (разгрузки, тонкая юстировка), кроме как использовать диафрагму Гартманна или теперь вот метод Роддье.
Я ведь не против метода, мне хотелось получить доказательства, что данная реализация метода работает правильно. Скажем так,  в руках людей знающих что именно они делают, могущих анализировать нестыковки,  делающих все предельно тщательно, этот метод позволяет получить количественную оценку качества волнового фронта телескопа.  Можно отличить очень хороший телескоп от приемлемого и последний от плохого.  А ранжировать более точно уж очень ненадежно.

Спасибо вам большое.

[Gera]

В том то и дело, что когда большой телескоп смонтирован просто нет никакого другого реального пути его наладить (разгрузки, тонкая юстировка), кроме как использовать диафрагму Гартманна или теперь вот метод Роддье.

Есть интерферометры Бейса и Смарта(PDI). Наверное, применимы  и  некоторые другие для этих целей с совмещенными ветвями. У Витриченко (1980 г. изд.) описаны проводившиеся еще в 70-е годы интерферометрические измерения рефлектора 2,1м и рефрактора 65см, не помню на какой обсерватории.

[DK]

При практическом выполнении теста следует подходить с противоположной стороны и оценивать точность полученного результата, основываясь на точности измерения расфокусировки и наклоне кривых. Все вышеизложенное подтверждает такую возможность. Если мы знаем, что точное значение расфокусировки соответствует точности 5% (в худшем случае) в определении RMS и числа Штреля, то ошибки в измерении расфокусировки просто будут вносить дополнительный вклад помимо этих 5%. Чтобы оценить этот вклад, нужно знать наклон соответствующих кривых в зависимости от расфокусировки. На приведенных выше графиках видно, что этот наклон может заметно меняться в зависимости от состава аберраций конкретного телескопа. Поэтому обработка каждого теста должна включать построение графиков, подобным приведенным выше – PTV, RMS и Strehl в зависимости от вычисленной расфокусировки.

Рассмотрим практической пример - тест рефрактора TSA-102 с апертурой 102мм и фокусным расстоянием 816мм с искусственной звездой на расстоянии 12м. В данном случае анализ теста облегчается тем, что дизайн этого рефрактора опубликован. Такая ситуация не является уникальной – например, дизайн рефлектора системы Ньютона хорошо известен. Расчеты показывают, что для данного фокусного расстояния и относительного отверстия конечное расстояние до источника привносит сферическую аберрацию примерно в 1/8 волны, и число Штреля для зеленого света должно упасть с теоретического значения, близкого к единице, до 0.95. Кроме того, известно, что дизайн имеет остаточную кому (опять-таки, как и в случае Ньютона), которая должна проявляться, если внефокалы сняты не строго в центре поля. Например, смещение источника на 1/10 размера поля камеры по вертикали (достаточно стандартная ситуация) ведет к появлению комы в 1/10 волны и дальнейшему снижению Штреля до 0.94.

Перед съемкой внефокалов, качество изображения искусственной звезды было проверено визуально при увеличении 230х, чтобы убедиться, что звезда достаточно мала. Диск Эйри и первое диффракционное кольцо были четко определены и внефокалы были освещены равномерно. Внефокалы были сняты с расфокусировкой 7.05±0.05мм (измеренной по нескольку раз глубомером штангенциркуля) в обе стороны от приблизительного положения наилучшего фокуса, чувствительностью ISO 1600 и выдержками от 1/8 до 1 секунды. Как наиболее проработанные и то же время не пересвеченные, были выбраны снимки с выдержкой 1 сек.

[DK]

После конвертирования внефокальных изображений в формат FITS была произведена обработка в WinRoddier с пятнадцатью разными значениями порога отсечения от 10 до 50 процентов. Вблизи измеренной расфокусировки порог отсечения варьировался через один процент. Эта процедура заняла примерно пятнадцать минут. Вычисленная расфокусировка при этом менялась от 6.3 до 7.5мм. Вблизи расфокусировки 7.05мм состав аберраций показывал астигматизм в 1/25 волны, небольшую кому в 1/15 волны, сферическую аберрацию в 1/8 волны и сферическую второго порядка в 1/17 волны. Остальные аберрации были пренебрежимо малыми. Исключение комы увеличивало Штрель на 0.005 (полпроцента). В последующем анализе кома исключена – так же следует поступать в случае телескопа Ньютона, ШК и вообще любого дизайна, кома которого исчезает в центре поля (при условии точной юстировки).

Приведенная картинка показывает практический обсчет теста с регистрацией результатов в Экселе.