WOS - Wenk Observatory Solutions

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VCS - Virtual Couder Screen©
... testen Sie ihren Teleskopspiegel schnell und präzise mit einem verbesserten Foucault Test!


Was ist VCS?

  • VCS bringt Foucaults Schattenprobe auf den Computer.
  • VCS bedeutet vereinfachte Spiegelvermessung und wesentlich präzisere Messergebnisse.
  • VCS ersetzt mühsam ausgeschnittene Zonenmasken durch virtuelle Zonenmasken direkt am BIldschirm - ohne lästige Beugungseffekte!
  • VCS automatisiert und objektiviert den Zonenvergleich.
  • VCS wertet die die gemessen Daten aus und stellt die Ergebnisse grafisch dar.


Vorteile von VCS - Virtual Couder Screen
   
  • Keine physiche Zonenmaske - nur jene beiden Zonenöffnungen die Sie vergleichen wollen sind sichtbar - keine Ablenkung/Behinderung durch andere Zonenfenster
  • Automatischer Helligkeitsvergleich in Echtzeit mittels Helligkeitshistogrammen
  • Helligkeitsmessung exakt entlang des Zonen-Effektivradius
  • Messgenauigkeit gegenüber visueller Auswertung eindeutig erhöht
  • 'Anti Seeing' Mechanismus - automatische Dämfung von Bildfluktuationen aufgrund turbulenter Luftströmungen im Strahlengang
  • Absolut keine Beugungseffekte an den Rändern der Zonenfenster
  • Anzahl der Zonen jederzeit frei wählbar
  • Zonenradien beliebig nach Texereau, Couder, N.O. Carlin, Pin Stick plus freie Radiusdefinition
  • Schwenkbare Maskenorientierung für Astigmatismustest (benötigt schwenkbare Messerschneide)
  • Komfortables Messungs Management (automatische Mittelwertsbildung mehrer Messdurchgänge)
  • Automatische Datenauswertung - abgelesene Schnittweiten werden in Echtzeit als Grafiken von Längsaberration, Queraberration und Oberflächenfehlerprofil dargestellt
  • Automatische 'best fit' -Optimierung der Queraberration
  • VCS läuft komplett unabhängig von der verwendeten (web-)Kamera - als 'stand-alone'-Application interferiert es mit der Kamerasoftware in keiner Weise.
  • Die virtuelle Maske verdeckt punktgenau ausschließlich das Schattenbild des Spiegels - alle anderen laufenden Anwendungen bleiben unbeeinflußt.
  • Mit VCS ist es möglich, die bisher auch von erfahrenen Spiegelschleifern erreichbare Genauigkeit des Foucault Tests mehr als zu verdoppeln!

Systemvoraussetzungen & Downloads

Die Software liegt in zwei Versionen vor:
  • Version 2.1.9 für alte 32-bit Betriebssysteme
  • Version 2.2.0 für neuere 32-bit Betriebssysteme und 64-bit Betriebssysteme

Wählen sie in der untenstehenden Tabelle den Download für Ihr aktuelles Betriebssystem:
Windows XP 32-bit
Download Version 2.1.9
getestet auf Windows XP Professional SP3 - 32-bit
Windows Vista 32-bitDownload Version 2.2.0getestet auf Windows Vista - 32-bit
Windows 7 - 64 bitgetestet auf Windows 7 Ultimate - 64 bit
Windows 8Achtung, die Software wurde auf Windows 8 nicht getestet!
Windows 10gestestet auf Windows 10 Home - 64 bit

.Net Framework
Die Software wurde entwicklet unter MS .Net Framework 3.5. Überprüfen Sie bitte, ob dieses Framework oder eine höhere Version installiert ist!
Einen Download diverser MS .Net Frameworks finden Sie beispielsweise hier:


Bitte beachten Sie:

  • Es wird dringend empfohlen, VCS als Administrator zu starten!
  • Stellen Sie sicher, dass der Bildschirm auf Full-HD 1920 x 1080 Pixel eingestellt ist!
  • Im Problemfall besuchen Sie bitte den Abschnitt Problembehebung!

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Installation und Updates

Erstinstallation
Entpacken Sie die .zip Datei und verschieben Sie die Datei Virtual Couder Screen.exe in einen Ordner Ihrer Wahl (es wird empfohlen, einen leeren Ordner zu verwenden),

Installation von Updates
Entpacken Sie die .zip Datei und ersetzen Sie die bisherige Datei Virtual Couder Screen.exe durch die aktuelle Version.
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Verwendung von VCS - Virtual Couder Screen
Step 1 - Messumgebung

Positionierung des Spiegels, Einrichten der Messerschneide sowie Übertragung des Schattenbildes mittels (Web)-Kamera erfolgt wie üblich

zu beachten:
Vermeiden Sie zu geringe Bildauflösungen oder hohe jpg-Kompressionsraten, welche  bei manchen Kameras eingestellt werden können. Beides reduziert die Bildinformation und führt zu 'pixeliger' Darstellung!
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Schitt 2 - grundlegende Einstellungen

Nach dem erstmaligen Start von VCS - Virtual Couder Screen müssen Sie die Lizenzvereinbarung (Benutzung als Trial-Version) bestätigen.

zu beachten:
   =>   Alle im Folgenden beschriebenen Grundeinstellungen müssen nur einmalig definiert werden, VCS merkt sich diese Daten. Bei weiteren Programmstarts werden diese Einstellungen automatisch wiederhergestellt.
=>   Solange die vorgenommenen Einstellungen inkonsistent sind, wird dies als Statusmeldung am untern Rand des Bedienfensters dargestellt.


Registerblatt 'Mirror' ('Spiegel')

Diameters (Durchmesser)
Definieren Sie hier die verschieden Typen von Spiegeldurchmessern.
  • Es ist der 'optische Durchmesser' ('Optical Diameter') der im Messbetrieb den Außendurchmesser der äußersten Spiegelzone der virtuellen Maske bestimmt!
  • Der 'Fasendurchmesser' ('Chamfer Diameter') - der Durchmesser des Innenrandes der abgeschrägten Spiegelkante ist wichtig für die Kalibrierung der Maske.
Im Normalfall, wenn die Spiegeloberfläche bis zum Fasenrand vermessen werden soll, wird man für optischen Durchmesser und Fasendurchmesser identische Werte wählen.

=> Messen Sie die verscheidenen Durchmesser so exakt wie möglich!

Auswertungsparameter ('Evaluation Settings')
Die Einstellungen im Bereich 'Evaluation' sind notwendig für den Fall, dass VCS die ermittelten Zonen-Schnittweiten automatisch auswerten soll (Berechnung von Längsaberration, Queraberration, Oberflächenfehlerprofil etc.).

Radius of Curvature ROC (Krümmungsradius)
Der Krümmungsradius des Spiegels.

Coefficient of Deformation (Deformationskoeffizient)
Dieser Koeffizient definiert das gewünschte Spiegelprofil.  

Mögliche Einstellungen:

  • Parabolisch ... -1 (das negative Vorzeichen zeigt an, dass sich in diesem Fall im Messaufbau randnahe Strahlen weiter vom Spiegel entfernt schneiden als zentrale Strahlen) 
  • Hyperbolisch ... < -1
  • Elliptisch ...> -1 und < 0 (die Rotationsfigur ist ein Ellipsoid um die große Halbachse (Hauptachse) der Ellipse)
  • Elliptisch ... > 0 und < 1 (die Rotationsfigur ist ein Ellipsoid um die kleine Halbachse (Nebenachse) der Ellipse)
  • Sphärisch ... 0

aus Jean Texereau, "How to Make a Telescope", Second Edition, William Bell Inc., Seite 73

Light Source (Lichtquelle)
Definieren Sie hier, ob die Lichtquelle feststeht oder sich mit der Messerschneide mitbewegt.

Unit (Einheit)
Die benutzte Längen-Basiseinheit für Radien und Durchmesser. Möglich sind die Einstellungen mm oder Inch

Wellenlänge (Wavelength)
Die Lichtwellenlänge, die zur Berechnung des Radius (Rho) des theoretischen Beugungsscheibchens verwendet wird. 
Normalerweise wird hier ein Wert von 560 Nanometer angenommen, also jene Wellenlänge, für die das menschliche Auge besonders empfindlich ist. Der Wert muß in Nanometer angegeben werden!

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Schritt 3 - Zentrieren und Kalibrieren


Registerblatt 'Control'

Verwenden SIe den Schieberegler 'Size' um die Maskengröße am Bildschirm zu ändern.
Die Positions- Schaltflächen dienen zum exakten Zentrieren der Maske über dem Schattenbild. 


Kalibrieren der Couder Maske
Aktivieren sie das Kontrollkästchen 'Calibrate' ('Kalibrieren').
Es erscheint ein roter Kreis der den zuvor definierten inneren Fasendurchmesser repräsentiert.
Sinnvollerweise bewegen Sie dazu die Messerschneide komplett aus dem Strahlengang herhaus, sodass der Spiegel hell erleuchtet erscheint, und damit der innere Fasenrand die hell leuchtende Fläche begrenzt. Korrigieren Sie nun Position und Durchmesser des roten Kreises so lange, bis dieser sich exakt mit dem Rand der hellen Spiegelfläche deckt. Das war's auch schon!
Es wird empfohlen, die Kalibrierung der Maske von Zeit zu Zeit zu kontrollieren (z.B. nach jedem Messdurchgang)

Wichtiger Hinweis:
Benützen Sie immer die Funktionalität 'Calibrate' um die Maske zu kalibrieren. Der rote Fasendurchmesser ist der einzige Durchmesser, der für die Kalibrierung der Maske auf den reflektierenden Spiegelbereich benutzt werden darf!!


Smooth Graphic (Grafik glätten)
Glättet Linien und Kanten. Verwenden Sie diese Einstellung mit Bedacht, da dies oft nur ein schöneres Bild produziert, ohne die Messgenauigkeit zu steigern.  

Tip:
=>   Zur Verifizierung der Kalibrierung und der eingestellten Parameter ist es manchmal hilfreich, sich eine einfache Nagelleiste (pin stick) anzufertigen, auf der die Nägel möglichst exakt das Spiegelzentrum sowie den Effektivradius der außenliegenden Zone markieren. Posititionieren SIe diese Leiste dann direkt vor dem Spiegel und schalten Sie die Anzeige der Effektivradien (Kontrollbox 'Effect. Radii') ein.



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Messgenauigkeit

Die virtuelle Maske kann mit einer Auflösung von einem Pixel positioniert werden. Es gilt daher: Je besser die Auflösung des Bildes, desto genauer kann kalibriert werden und umso präziser können die Schnittweiten ermittelt werden.

Ein Beispiel:
Bei einem Spiegeldurchmesser von 350 mm und einem Schattenbilddurchmesser am Bildschirm von 500 Pixel erhalten Sie eine Auflösung von 350/500 = 0,7 mm / Pixel.


Jpeg-Kompression

Vermeiden Sie zu geringe Bildauflösungen oder hohe jpg-Kompressionsraten, welche  bei manchen Kameras eingestellt werden können. Beides reduziert die Bildinformation und führt zu 'pixeliger' Darstellung!

Tip:
=>   Um die Schattenprobe auszuführen ist es nicht notwendig, den gesamten Spiegel am Bildschirm zu sehen sondern es ist - im Gegenteil - sogar sinnvoll, wenn das Schattenbild die gesamte Bildschirmbreite einnimmt. Der Spiegel wir damit oben und unten etwas beschnitten, was aber nichts ausmacht, da diese Bereiche ohnehin nicht vermessen werden.

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Schritt 4 - Zonen und Zonenöffnungen

Registerblatt 'Zones' ('Zonen')

Dieses Registerblatt bietet eine Vielzahl an Methoden um die Spiegelzonen gemäß Ihren Anforderungen zu dimensionieren.
Die Zonenradien werden dabei entweder aufgrund der eingestellen Parameter automatsich berechnet, sie können aber auch manuell definiert werden (siehe Manuelle Definition der Zonenradien) 


Count Zones (Anzahl der Zonen)
Definieren Sie hier, in wieviel Zonen sie den Spiegel unterteilen möchten.


Zone Radii (Zonenradien)

Legt fest, nach welcher Mothode die inneren und äußeren Zonenradien berechnet werden sollen.

  • Equiareal Zones (Zonen gleicher Fläche)
     - Jede Zone hat die gleiche Fläche.
     - Ein zentrales kreisförmiges Areal wird (wenn definiert) im Voraus
       abgezogen.
     - Die innerste Zone hat dieselbe Fläche wie alle anderen Zonen.
     - Diese Methode wird beispielsweise von N.O. Carlin verwendet.

  • Equiareal + Outer Width (Zonen gleicher Fläche + Breite der Randzone)
     - Die Randzone wird definiert durch den Wert 'Outer Zone Width' 
       ('Breite der Randzone')
     - Nach innen zu folgende Zonen sind flächengleich mit der Randzone
     - Die zentrale Zone ist NICHT flächengleich, sondernist der Rest 
       zwischen der vorangehenden Zone und dem Spiegelzentrum (bzw. einem eventuell definierten ausgeschlossenen Zentralbereich) 
     - Diese Methode wird beispielsweise von Texereau und Couder benutzt.



Outer Zone Width (Breite der Randzone)
Definiert die Breite der Randzone - nur von Interesse im Falle 'Zone Radii' = 'Equiareal + Outer Width'.


Effect. Radii (Effektivradien)
Legt die Methode fest, nach der die Zonen-Effektivradien (N. O. Carlin: 'corrected center radii') berechnet werden.
  • Texereau ... arithmetisches Mittel (Siehe How to Make a Telescope, 2nd Edition, 2.31) Für den Fall, dass die Schnittweitenmessungen mit den von VCS zur Verfügung gestelltenen Mitteln ausgewertet werden sollen, wird empfohlen, diesen Typ der Effektivradien zu wählen!
  • Couder ..... geometrisches Mittel
  • N. O. Carlin ..... ein spezieller Algorithmus - Details dazu auf Carlins Website
  • Pin Stick ..... R(effectiv) = R(innen) + Zonenbreite * 0,707


Apert. Height (Höher der Zonenfenster)
Dieser Wert kann entweder als konstant für alle Zonen oder als mit dem Zonenindex anwachsend eingestellt werden.
z.B.:
  • R(inner) ..... Fensterhöhe = innenradius der jeweiligen Zone
  • 15 ..... Fensterhöhe = 15% des Maskenradius
  • 15 increasing ..... Höhe des innersten Zonenfensters entspricht 15%  des Maskenradius. Öffnung wächst für weiter außen liegende Zonen


Exclude Center [%] (Zentralbereich ausschließen)
Jener Flächenanteil des Spiegelzentrums, der von der Messung ausgeschlossen werden soll
Achtung:
'Exclude Center'  darf nicht auf '0' gesetzt werden, falls 'Apert. Height' = 'R(inner)' ist - dies würde zur Fensterhöhe Null für die innerste Zone führen!


Orientation (Orientierung)
Die Ausrichtung der Zonenfenster kann gekippt werden; dies ist sinnvoll für einen schnellen Astigmatismustest, benötigt allerdings eine ebenfalls rotierbare Messerschneide (bzw. Spalt)
  • 0° ..... horizontal
  • 90° ..... vertikal
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Manuelle Definition der Zonenradien

Neben den verschiedenen Varianten, die Zonenradien automatisch berechnen zu lassen, bietet VCS zusätzlich die Möglichkeit der direkten Eingabe.

  • Schaltfläche 'Toggle 'Manual Entry Mode'': Schaltet die Radientabelle zwischen editierbarem und automatischen Modus um. 
  • Schaltfläche 'Reset Grid': Löscht die Radiustabelle.
  • Schaltfläche 'Accept Grid Values': Clicken Sie diese Schaltfläche, nachdem alle Werte eingegeben wurden. Die Zonenmaske wird mit den aktuellen Radien neu gezeichnet.


Information:

  • Werfen SIe immer einen Blich auf die Statusleiste am unteren Fensterrand. Diese enhält Hinweise für den Fall nicht konsistenter Radien!
  • Halten Sie die Radientabelle solange im Editiermodus, wie sie die manuell definierten Werte benützen möchten. Durch Zurückschalten in den schreibgeschützten Modus werden die eingegebenen Werte durch automatisch berechnete Werte ersetzt!
  • Alle eingegeben Radien werden, genauso wie der Status der Tabelle (editierbar oder schreibgeschützt), beim Schließen des Programmes abgespeichert und beim nächsten Neustart wiederhergestellt.
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Schritt 5 - Durchführen der Messungen

Benutzen Sie die Kontrollkästchen im unteren Fensterbereich, um die Effektivradien, die Zonenradien  und die Maske anzuzeigen oder zu verbergen.
Die Schnittweitenmessung wird wie gewohnt Zone für Zone durchgeführt. Dabei können Sie per Mausklick zur nächsten Zone wechseln. 

Hier wird die Reihenfolge der bearbeiteten Zonen festgelegt:


  • 1-n-n-1: Durch Drücken der Schaltfläche '=>' werden die Zonenfenster von Zentrum nach außen und anschließend in umgekehrter Reihenfolge wieder zurück zum Zentrum dargestellt.
  • 1-n-1-n: Durch Drücken der Schaltfläche '=>' werden die Zonenfenster von Zentrum nach außen und anschließend  sofort wieder vom Zentrum beginnend angezeigt. In diesem Fall gibt es noch eine Schaltfläche '<=' mit der die nächste in Richtung Zentrum folgende Zone aktiviert wird.

Bitte beachten Sie:
Im Kapitel Testprozedur finden Sie eine kurze Beschreibung der Durchführung einer kompletten Messserie!


Registerblatt 'Readings' ('Messreihen')

Geben Sie hier die gemessenen Schnittweiten ein.
In der Combobox 'Readings ('Messreihen') definieren Sie, wieviele Messreihen die Sie durchführen möchten.
Sobald alle Messreihen durchgeführt und die entsprechenden am Tester abgelesenen Werte eingetragen wurden, wird in der Zeile AVG (Mittelwert) automatisch das arithmetische Mittel aller Ablesungen der einzelnen Zonen gebildet.
Zusätzlich berechnet die Software alle Daten, die für die Darstellung von Längsaberration, Queraberration und Oberflächen-Fehlerprofil notwendig sind. (Details dazu im Kapitel Datenauswertung und graphische Darstellung)

Hinweis: 
Alle Ablesungen werden gespeichert und bei Neustart von VCS oder beim Laden eines Konfigurationsfiles (*.vcs) wiederhergestellt.

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Datenauswertung und graphische Darstellung

Sobald alle Ablesungen eingetragen sind, beginnt VCS eine automatische Datenauswertung.
Es soll erwähnt werden, dass die Auswertung gemäß dem von Jean Texereau (in 'How to Make a Telescope, 2nd edition, chapters 2.38 - 2.41) beschriebenen Algorithmus vorgenommen wird (ohne Berechnung der Referenzparabel).  Zweifellos, dieses Verfahren hat seine Grenzen in Bezug auf die erreichbare absolute Genauigkeit und doch ermöglicht es einen sehr guten Eindruck der Spiegelform und zeigt dem Nutzer unmittelbar, wo und in welchem Ausmaß die Spiegeloberfläche noch einer Korrektur bedarf.
Meiner Meinung nach ist diese Form der Datenauswertung ausreichend für einen großen Teil des Parabolisierungsprozesses. Für das Finish der Parabolisierung empfiehlt es sich dann, die mittels VCS so präzise gemessenen Werte zur Auswertung in Programme zu übertragen, die speziell für diesen Zweck optimiert wurden und noch detailiertere Auswertungen liefern können (Strehl-Wert etc.). Empfehlenswert sind hier die Programme Figure XP oder Andreas Reifkes Focault Test Analysis.

Info:
Zur Datenauswertung benötigt VCS einige spezielle Parameter des Spiegels und der Messaparatur. Definieren SIe diese bitte im Registerblatt 'Mirror'!

Wichtige Resultate werden numerisch in der Tabelle der Ablesungen dargestellt. Diese sind:

AVG
Das arithmetische Mittel aller eingetragenen Ablesungen der Zone

Delta p'
Der für das Erreichen der perfekten Flächengeometrie berechnete Soll-Abstand zwischen dem axialen Schnittpunkt von Strahlen einer bestimmten Zone und dem axialen Schnittpunkt von Strahlen der zentralen Zone.
Folgende Formel wird benutzt:
Delta p' = -k(h^2/R +  h^4/(2R^3)
k ist der Deformationskoeffizient, h der Zonen-Effektivradius und R der Krümmungsradius (ROC - Radius of Curvature) des Spiegelzentrums.


AVG - C(or AVG*2 -C)
Die arithmetischen Mittelwerte der Ablesungen abzüglich eines Offsetfaktors C (im Falle einer bewegten Lichtquelle werden die Mittelwerte verdoppelt, bevor C subtrahiert wird)

Trvs. Aberr. / Rho
Die berechnete Queraberration geteilt durch den Durchmesser des theoretischen Beugungsscheibchens

Long. Aberr.
Die Längsaberration

Offset Factor C
Ein Parameter duch dessen Variation man je nach Erfordernis die Queraberration bzw. den Oberflächenfehler aller Zonen optimieren kann.

  • automatische Optimierung:

'Optimize TA' ('Optimiere Queraberration): Triggert einen automatischen Optimierungslauf bis die Extrema der Queraberrationen der Spiegelzonen gleich groß und von entgegengesetztem Vorzeichen sind. Diese Prozedur entspricht dem Fokussieren am Teleskop. Der Fokus wird in jene Lage verlegt die das beste Bild liefert.

'Optimize StD' ('Optimiere Standardabweichung'): Variert den Faktor C solange, bis die Standardabweichung des Oberflächenfehlers minimal ist.
Das Optimieren der Standardabweichung ist hilfreich, um ein ausbalanciertes Oberflächenfehlerprofil zu erhalten und damit jene Spiegelzonen zu erkennen die eine weitere Korrektur benötigen.  

  • Manuelle Festlegung des Faktors C
Faktor C kann auch manuel festgelegt werden bzw. 'By Zone' womit die Längsaberration der ausgewählten Zone zu Null wird.


Grafische Repräsentation der Daten

Alle ermittelten Resultate können als Grafiken dargestellt werden. Diese werden selbstverständlich in Echtzeit aktualisiert, sobald irgendein Parameter oder Ausgangswert der Auswertung geändert wird.
Drücken sie die Schaltfläche 'Show Graphics' um das 'VCS - Graphics' Fenster zu öffnen.
  

Longitudinal Aberation (Längsaberration)

Der Abstand zwischen den beiden Graphen repräsentiert die aktuellen Längsaberrationen der Zonen


Transverse Aberation (Queraberration)

Der Graph zeigt die relative Queraberration, also die Queraberration dividiert durch den Radius Rho des theoretischen Beugungsscheibchens.
Befindet sich der gesamte Graph innerhalb der grünen Grenzlinien von +/- 1,0 so ist der Wellenfrontfehler aller Zonen geringer als Lambda/4 PV (Peak to Valey). Der Spiegel erfüllt somit Raileigh's λ/4-Regel für eine beugungsbegrenzte Optik (nicht zu verwechseln mit dem Raileigh-Kriterium!):
  => die maximale zentrale Helligkeit des Beugungscheibchens beträgt noch mindestens 80 Prozent derjenigen, die ohne Abbildungsfehler zu erreichen wäre (Strehl-Verhätnis = 0,8)
  => der Spiel gilt als „beugungsbegrenzt“.
Der in der Legende angezeigte Wert Maximum ist dann kleiner 100%.

Info:
  • Je näher der Graph an der Nullinie verläuft (und je mehr der Wert 'Maximum' gegen Null geht), desto besser ist der Spiegel korrigiert.
  • Drücken Sie 'Optimize TA' um die Queraberration automatisch zu optimieren!

  
Surface Error Profile (Oberflächenfehlerprofil)

Der Graph zeigt den aktuellen Oberflächenfehler und läßt jene Zonen erkennen wo mit weiteren Korrekturen angesetzt werden soll.

'Sf. StD Error' (Oberflächen-Standardabweichungs Fehler)
Dieser in der Legende angezeigte Wert ist bezogen auf die Spiegeloberfläche (Sf. ... Surface). Verdoppeln Sie diesen Wert um den Wellenfrontfehler zu erhalten!

Beachten Sie, dass dieser Wert nur eine Aussage über das aktuell vermessene Spiegelprofil macht (der Foucault Test ist ja ein Test entlang eines gedachten radialen Schnittes durch den Spiegel) und - z.B. aufgrund von Astigmatismus - nicht für die gesamte Spiegelfläche gelten muß. Verwechseln Sie daher diesen Wert nicht mit Surface RMS - Werten die interferometrisch ermitelt wurden.

Um das Oberflächenfehlerprofil so genau wie möglich zu ermitteln, wird Folgendes empfohlen:

Das Fehlerprofil hängt vom Offsetfaktor C ab. Variieren sie C, um ein ausgewogenes Profil zu erhalten (z.B. indem Sie das Programm automatisch nach 'minimal surface RMS error' optimiern lassen).

=>  Wie im obigen Beispiel zu erkennen, zeigt sich das in 12 Zonen vermessene Spiegelprofil relativ gut, benötigt aber weitere Korrekturen im Randbereich.  


Reporting (Erstellen von Reports)

Drücken der Schaltfläche 'Create Report' ('Report erzeugen') erzeugt einen Report enthaltend die oben dargestellen Grafiken und andere wichtige Informationen. Der Report ist automatisch in der Zwischenablage verfügbar und kann bei Bedarf auch in einer Datei abgespeichert werden.

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Auto Compare (Automatische Zonenmessung)

Die Durchführung der Zonenmessung mittels der Foucaultschen Schattenprobe beruht auf einem möglichst genauen Heilligkeitsvergleich der beiden zentralsymetrischen Zonenfenster. VCS bietet unterschiedliche Mechanismen, um den Benutzer bei diesem Vorgang zu unterstützen.
Bei der automatischen Zonenmessung werden die Farbinformationen beider Zonenfenster in kurzen Zeitabständen (typischerweise 25 mal pro Sekunde) eingelesen, in Grauwerte konvertiert und anschließend die Häufigkeit der Grauwerte (in 256 Abstufungen) in Form von Histogrammen dargestellt - je ein Histogramm pro Fenster.

Die Form der Histogramme, sowie der vertikale Abstand der Flächenschwerpunkte erlaubt einen äußerst präzisen Helligkeitsvergleich.

Wichtig:
  • Um die Funktion Auto Compare zu benutzen wird dringend empfohlen, die Farbauflösung des Computers auf 'True Color' (32-bit) zu setzen.
  • Benutzen Sie außerdem keine Art von Blende, Nagelleiste oder sonstiges Zubehör vor dem Spiegel oder im Strahlengang. Dies produziert falsche Messungen!


Starten von Auto Compare

Um die automatische Zonenmessung zu starten, aktivieren Sie das Kontrollkästchen 'Auto Compare' am unteren Rand des Fensters 'Control Center'.
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Anti Seeing Mechanismus

Anti Seeing ist oft hilfreich um während des Messvorganges den Einfluß von Luftturbulenzen im Strahlengang zu reduzieren.
Die Histogramme und anderen Indikatorwerte sind in diesm Fall gleitende arithmetische Mittelwerte aus den vergangenen n Messintervallen.

z.B.:
n = 1 ..... kein gleitender Durchschniit, Anti Seeing nicht aktiv
n = 10 ..... die angezeigten HIstogramme und Indikatorwerte sind das arithmetische Mittel der letzten 10 Messintervalle

Ein kurzes Video dazu (bitte mit Ton abspielen!)


Interval
Das Intervall der Helligkeitsmessungen in Millisekunden

z.B.:
Ein Intervall von 40 ms bedeutet eine Rate von 25 Messungen per Sekunde. Finden Sie bitte einen Wert der für Ihre Hardware geeignet ist
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Automatische Zonenmessung - Grundeinstellungen

Für die automatische Zonenmessung ,üssen vorab einige Parameter eingestellt werden:



Image Color Balance (Farbbalance)

Setzen Sie dieses Eingabefeld entsprechend der Farbsättigung des dargestellten Schattenbildes. Die Einstellung beeinflußt den Algorithmus, mit dem die Farbwerte der einzlen Pixel in Grauwerte umgerechnet werden.
Das Schattenbild kann entweder färbig oder in Grauwerten dargestellt sein; im Falle eines farbigen Bildes muß VCS diese Farbinformation Pixel für Pixel in Grauwerte umrechnen. Leider gibt es aber kein 'allein richtiges' Konversionsverfahren, da dieses maßgeblich von Farbton und Farbsättigung abhängig ist.
Das menschliche Auge ist normalerweise am empfindlichsten für den grünen Spektralbereich, weniger für Rot und am unempfindlichsten für Blau. Aus diesem Grunde müssen die 3 Farbkanäle Rot, Grün und Blau bei der Umwandlung in Grauwerte unterschiedlich gewichtet werden:  

  • Balanced (ausbalanciert)
Wählen Sie diese Einstellung, wenn das Schattenbild am Bildschirm farbneutral oder mit nur geringem 'Farbstich' erscheint.
Die Umwandlung in Grauwerte erfolgt unter Berücksictigung aller 3 Farbkanäle.

  • GREEN Saturated (grün gesättigt)
Wählen Sie diese Einstellung wenn das Schattenbild einen intensiven grüßen Farbton aufweist. In diesem Fall wird nur der grüne Farbkanal zur Berechnung der Grauwerte herangezogen.

  • BLUE / RED Saturated (Blau/Rot gesättigt)
Analog wie oben

Anmerkung:
Es wird empfohlen, keine rot-, grün- oder blaugesättigten Schattenbilder zu verenden, sondern die Farbsättigung von vorneherein auf ein moderates Maß zu reduzieren.
Die meisten Kameratreiber erlauben es, Bilder ohne Farbanteile also nur als Grauwerte aufzunehmen. Verwenden Sie, wenn möglich dises Einstellung! Jegliche oben besprochene Feinabstimmung der Farbanteile ist dann irrelevant und die Einstellung der 'Image Color Balance' kann entfallen!


Measured Area (Vermessenes Areal)
VCS bietet beim automatischen Vergleich der linken und rechten Zone zwei unterschiedliche Zugänge:

  • Aperture (Zonenöffnung)

In diesem Fall arbeitet VCS ganz analog, als würde ein Mensch die beiden Zonenfenster visuell vergleichen. Das Programm evaluiert die gesamte Fensterfläche (rot markiert) und berechnet die Histogramme basierend auf diesen Information.
Diese Einstellung könnte von Vorteil sein, wenn im Strahlengang starkes Seeing herrscht oder die Schattenbilder von geringer Qualität sind.



  • Eff. Radius (Effektivradius)

Hier evaluiert VCS selektiv eine dünne Linie, die sich exakt mit dem Effektivradius der Zone deckt (rot markiert)

Diese Methode hat mehrere Vorteile:
Bis jetzt war es für die Zonenmessung unabdingbar, mit relativ breiten Zonen zu arbeiten, da das menschliche Auge (z.B. aufgrund von Beugungseffekten an der Maske und auch aus physiologischen Gründen) sehr schmale Zonenfenster nicht oder nur sehr ungenau vergleichen kann. 
Unglücklicherweise zeigen solch breite Zonen aber teils erhebliche Helligkeitsgradienten (siehe die Abbildung links), die es in der Konsequenz notwendig machen, einen passenden Effektivradius zu finden auf den die Messergebnisse bezogen werden können (alle auf der Schnittweitenmessung nach Foucault basierenden Auswertungsverfahren verlangen diese Effektivradien). Im Lauf der Zeit haben sich mehrere Formeln für die Berechnung passender Radien herausgebildet, welche jedoch samt und sonders lediglich Näherungen des Tatsächlichen darstellen (siehe die Formeln von Texereau, Couder, Carlin und anderen).

Mit VCS konnte dieses Problem gelöst werden:

  • 'Auto Compare' kann intern so arbeiten, als wären alle Zonen nur ein einzelnes Pixel breit. Solch schmale "Zonen" sind aber vollkommen frei von Helligkeitsgradienten!
  • Damit entfällt die Notwendigkeit, einen 'best fit' Effektivradius zu finden, da die tatsächlich evaluierte 'Zone' nur noch eine haarfeine Linie deckungsgleich mit dem angenommenen 'Effektiv'radius ist.
  • Der Benutzer kann sicher sein, dass die gemessene Schnittweite einer Zone exakt deren Effektivradius zugeordnet ist - nach welcher Methode dieser auch berechnet wurde. Damit kann die aktuelle Spiegelgeometrie mit signifikant höherer Genauigkeit bestimmt werden. 
  • Die Helligkeitshistogramme erscheinen aufgrund der reduzierten Anzahl ausgewerteter Bildpunkte schmäler, womit ihre Kongruenz exakter gemessen werden kann.
  • Inbesondere die Randzone, oft auch das aufgrund seiner schweren Messbarkeit oft vernachlässigte Spiegelzentrum, können präziser vermessen werden.


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Histogramme

a) links/rechts- oder differentielle Histogramme
Die Häufigkeiten der gemessenen Helligkeiten (bzw. Grauwerte) können in VCS durch getrennte Histogramme pro Zonenfenster oder als einzelnes differentielles Histogramm dargestellt werden. Um ein differentielles Histogramm zu erhalten, wird intern die Differenz aus linkem und rechtem Histogramm gebildet und das Ergebnis in Absolutwerten dargestellt. Beide Screenshots rechts basieren auf denselben Rohdaten.
Verwenden Sie die Optionsschalter am unteren Rand des Histogramm-Fensters um zwischen den beiden Anzeigemodi zu wechseln. 


Interpretation von links/rechts Histogrammen
Gemäß der Theorie das Foucault'schen Testverfahrens werden sich beide Zonenöffnungen gleichförmig und gleichzeitig abdunkeln, wenn a) die Messerschneide seitwärts und normal auf die optische Achse in den Strahlengang eingefahren wird und sich b) die Schneide exakt auf der Höhe des Krümmungsmittelpunktes befindet.

=>  Zonenfenster oder Effektivradien (abhängig von der Einstellung 'Measure Area') deren Helligkeiten sich gleichförmig und gleichzeitig ändern, werden Histogramme zeigen, deren Flächenschwerpunkte sich völlig kongruent entlang der vertikalen Achse der Grauwerte bewegen.


Im Falle 'Measure Area' = 'Aperture' deuten asymmetrische oder langgestreckte Histogramme auf zu breite Zonen hin. Zonen optimaler Berite zeigen glockenkurven ähnliche Histogramme gleicher Amplitude links und rechts.
Vermeiden Sie dieses Problem durch Wahl von 'Measured Area' = 'Eff. Radius'





Interpretation differentieller Histogramme
Für Zonen (respektive Effektivradien) gleicher Helligkeit zeigt das differentielle Histogramm folgende Charakteristik:
  • Keine ausgeprägten Spitzen
  • Breite der Histogramme ist gering (im Idealfall = 0)


b) Distanzindikatoren
Im Falle von rechts/links-Histogrammen sehen Sie pro Histogramm eine rote Zeigerlinie welche die vertikale Lage des Flächenschwerpunktes markiert.
Der vertikale Abstand dieser Linien wird am rechten Fensterrand als Zahlenwerte sowie als Balken angezeigt.


c) Congruence (Kongruenzwert)
Eine Klassifikationszahl, welche die Deckungsgleichheit der Histogramme beschreibt.
  • 100% ... Histogramme sind absolut spiegelsymmetrisch
  • 0% ... Histogramme überlappen nicht


Raise Amplitude (Amplitudenerhöhung)
Benützen Sie diesen Schieberegler, um die Amplituden anzupassen.

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Testprozedur

Angelehnt an die Anleitung in  'How to Make a Telescope, 2nd edition' von Jean Texereau folgt eine praxisnahe Beschreibung zur Durchführung einer Messreihe:

Schritt 1) Lassen Sie vor Durchführung der Tests den Spiegel in der Haltevorrichtung für mehrere(!) Stunden, am besten über Nacht, ruhen, um Glas- und Raumtemperatur anzugleichen. Auch jegliche Erwärmung durch das vorangegangene Poliern muß wieder abgeklungen sein!

Schritt 2) Stellen Sie sicher, dass die Lateralachse des Testers (Achse zum Ein- und Ausfahren der Messerschneide) senkrecht zur Longitudinalachse des Messgerätes steht.

Schritt 3) Richten Sie die longitudinale Verfahrachse der Messerschneide exakt parallel zur optischen Achse aus indem sie sicherstellen, dass die Eindringtiefe der Schneide in den Strahlengang unverändert bleibt, wenn der Schlitten auf den Spiegel zu oder von diesem wegbewegt wird. Um dies zu bewerkstelligen gehen Sie folgendermaßen vor:
  • Starten sie mit der Schneidenkante ca. im Krümmungsmittelpunkt des Spiegelzentrums (der Scheitelpunkt/Hochpunkt des Schattenbildes liegt in diesem Fall im Spiegelzentrum) und fahren Sie die Schneide vorsichtig in den Strahlengang ein bis das Schattenbild gut sichtbar ist.
  • Bewegen Sie nun die Messerschneide vom Spiegel weg und beobachten Sie, wie der nun ringförmig werdende Scheitel des Schattenbildes vom Zentrum nach außen wandert, bis er den Spiegelrand erreicht hat. An dieser Stelle sollte das Schattenbild immer noch gleich gut erkennbar sein. Wenn nicht, verschwenken Sie vorsichtig den Apparat, bis der Scheitel des Schattenbildes gleichbleibend gut erkkenbar über den Spiegel wandert.
  • Fixieren Sie nun den Tester gegen Verschwenken und Verschieben.

Schritt 4) Bevor Sie nun die virtuelle Zonenmaske einschalten, achten Sie darauf, dass die Messerschneide komplett aus dem Strahlengang ausgefahren ist und der Spiegel gleichmäßig hell leuchtend erscheint; auch sollten die Parameter der Kamera so eingestellt sein, dass das gelieferte Bild nicht überbelichtet ist (Ändern des Blendenwertes der Kamera oder Dimmen der LED)

Starten Sie nun z.B. mit Zone 1. 
Bewegen Sie die Schneide longitudinal entlang der optischen Achse und finden Sie jene Position, an der - bei Einfahren der Messerschneide in den Strahlengang - beide Zonenöffnungen gleichförmig abdunkeln (Distanz der Histogramme = 0). Lesen Sie die Position der Schneide an der Messuhr ab und tragen Sie diesen Wert in die Tabelle 'Readings' von VCS ein. 
Hinweis:
Die Messuhr muß zuvor NICHT auf Null gestellt werden - es geht lediglich um die Differenzen der einzelnen Ablesungen!

Schritt 5) Wechseln Sie in VCS zu Zone 2. 
Um den Krümmungsmittelpunkt dieser Zone zu finden, verschieben Sie solange die Messerschneide entlang der optischen Achse, bis der Abstand der HIstogramme wieder = 0 ist (eine laterale Verschiebung der Messerschneide sollte nicht mehr notwendig sein). Machen Sie eine Ablesung. 

Schritt 6) Wiederholen Sie Schritt 5 für alle Zonen.

Es empfiehlt sich - besonders in der Phase der Feinkorrekturen am Spiegel - weitere Messdurchgänge zu machen und dann - um eventuellen Astigmatismus einfließen zu lassen - noch ebensoviele Durchgänge mit um 90° verdrehtem Spiegel.

Optimale laterale Position der Messerschneide
Gibt es ein optimales Maß, wie weit die Schneide seitlich in den Strahlengang eingefahren werden soll?
Ja. Tests haben gezeigt, dass die Messerschneide optimal liegt, wenn die Histogramme bei hoher Kongruenz in der Vertikalen in dem im Bild grün eingerenzten Bereich zu liegen kommen

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Werkzeugleiste

Die Werkzeugleiste enthält einige nützliche Funktionalitäten. Diese sind (von oben nach unten): 

  • Online Hilfe
  • 'Load Configuration' ('Konfiguration laden') 
  • 'Save Configuration' ('Konfiguration speichern') zum Abspeichern des aktuellen Programmzustandes (Einstellungen, Radien, Ablesungen, ...) in einem Konfigurationsfile (*.vcs).
  • Anfertigen eines Bildschirmfotos (screenshot) und abspeichern desselben in einem *.jpg-file
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VCS - Virtual Couder Screen© ist shareware. Innerhalb einer Trial-Periode können sie das Produkt uneingeschränkt nutzen. Bitte registrieren Sie VCS nach Ablauf dieser Frist, um VCS weiter zu verwenden. 

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Version History

Version 2.2.0
    • fixed problems when running the application on Win 8 and Win 10 platforms

Version 2.1.9
  • added message to inform the user about the algorithm of evaluation according to Texereau

Version 2.1.8
    • minor change

Version 2.1.7
• redirected URLs to new VCS website

Version 2.1.4 & 2.1.5 & 2.1.6
• Made dependency  between moving or fixed light source and calculation of transverse aberration better visible
• Improved user guidance

Versions 2.1.2 & 2.1.3
• Added calculation and automatic optimization for minimal Surface RMS Error
• Fixed bug causing wrong absolute values of surface error profile and wrong display of transverse aberration / diffraction disc radius

Version 2.1.1
• Added recommendation for getting best surface error profiles

Version 2.1.0
• Automatic evaluation of measured data.
• Immediate calculation and graphical display of lateral aberration, transverse aberration, and surface error profile.
• Automatic optimization for 'best fit' transverse aberration
• Added Description of Screen Test Procedure
• fixed bug 'value zero not correctly restored from configuration file'
• set max count readings to 6

Version 2.0.5
• fixed bug 'statusmessages not displayed'

Version 2.0.4
• Auto Compare Mode (automatical brightness comparison of zonal apertures)
• Brightness evaluation across full aperture or exactely along effective radius
• 'Anti Seeing' mechanism
• Improved positioning and calibration of couder screen
• Improved definition of mirror diameters (outside-, chamfer-, optical diameter)
• Improved definition of zones and effective radii (according to Texereau, Couder, N. O. Carlin, Pinstick plus free definition of radii)
• Excludable screen center area
• Improved definition of 'Aperture Height'
• Pivotable screen orientation
• Software configuration can be saved as file or loaded from file
• Fixed bug 'Computer Screen Freezes'
• Improved software stability
• 'One click' screenshot to jpg-file utility
• Online Helpsystem
• Change of distribution type from freeware to shareware

Version 1.1
• Virtual screens and radii
• Effective Radii according to Texereau
• Variable zones count
• Readings management
• 'One-click' zones switching
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© DI Hans-Heinrich Wenk - Juni 2022
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