Устройство для сканирования изображения светящейся линии Советский патент 1983 года по МПК G02B27/17 

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано в приборах для испытания оптических систем, а также в микрофотометрах и другой свето- и фотометрической аппаратуре, в которой в качестве анализатора изображения используется сканирующая щель.

Одним из наиболее информативных критериев оценки качества изображеНИИ, а следовательно, и качества изоражений оптической системы является функция рассеяния линии, отражающая, распределение освещенности в изображении светящейся линии, создаваемой испытуемой оптической системой в преметной плоскости

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее осветитель, объектную щель, изображаемую испытуемой оптической системой, сканирующую щель, расположенную в плоскости предметов, и фотоприемник преобразователь энергии оптимеского излучения в пропорциональный электрический сигнал t23.

Сигнал с фотоприемника подается на осциллографический индикатор, на аналоговый самописец и аналого-цифро вой преобразователь.

По осциллографическому индикатору производят визуальный контроль кривой функции рассеяния линии, аналоговый самописец обеспечивает ее регистрацию, а аналого-цифровой преобразователь осуществляет преобразование аналогового сигнала в форму, пригодную для цифровой регистрации на перфоленте, перфокарте.

В подобных устройствах обычно сканирующая щель имеет ширину, существенно меньшую ширины сканируемого изображения, и, как правило, полностью перекрывает его по высоте.

Одним из существенных моментов, определяющих точность и достоверност результатов при регистрации функции расдеяния линии и последующих расчетах функции передами модуляции, является точность юстировки элемен-i тов оптической схемы устройства, в частности, установка параллельности объектной и сканирующей щелей. Непараллельность их приводит к искажению формы регистрируемой кривой функции рассеяния линии, при этом уменьшается величина максимума.

кривая становится более тупой и широкой. Однако к такому же результату приводит и расфокусировка, т.е. продольное смещение сканирующей щели относительно плоскости предметов. В упомянутых устройствах параллельность щелей также как и установка сканирующей щели в плоскость предметов производится по максимуму функции рассеяния линии, наблюдаемой на экране осциллографического индикатора. То обстоятельство, что расфокусировка и непараллельность щелей проявляются практически одинаково, существенно затрудняет юстировку, которую приходится осуществлять в несколько этапов, последовательно приближаясь к оптимальному взаиморасположению элементов оптической схемы.

В конечном итоге, это сказывается на точности результатов регистрации функции рассеяния линии и расчета модуляционной передаточной функции.

Цель изобретения - повь1шение точности регистрации результатов и упрощение юстировки.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве, содержащем последовательно расположенные на оптической оси осветитель, объектную щель, оптическую систему, сканирую1цую щель шириной, существенно меньшей ширины изображения объектной щели, ориентированную параллельно этому изображению, и полностью перекрывающую его по высоте, фотоприемник с регистрирую1чим устройством и осциллографическим индикатором, объектная щель снабжена, по крайней мере, одной поперечной непрозрачной перемычкой, расположенной симметрично относительно ее краев, высота которой находится в следующем соотношении с параметрами изображения объектной щели

h - высота перемычки;

t - ширина изображения объектной щели;

- минимально допустимый угол наклона сканирующей щели относительно изображения объектной щели;

L - высотаизображения объектной щели. На фиг. 1 показано устройство; на фиг. 2 рассмотрена модель процесса, npoMcxoflflutero в устройстве. При этом обеспечивается качествен ное отличие эффектов влияния непараллельности объектной и сканирующей щелей и расфокусировки на форму кривой функции рассеяния линии на экране осциллографического индикатора в процессе юстировки. Для вывода приведенного соотношения.рассмотрим модель процесса (фиг. В нижней части фиг. 2 приведено взаиморасполйжение сканирующей и объектной щелей при различных углах наклона, а в верхней - соответствующие им формы кривых изменения светового потока, ширина изображения объектной где t щели;Е - высота светлого промежутка; h - высота перемычки; L 2E+h- высота изображения объектной Ч - угол наклона сканирующей ще ли относительно изображения объектной. Пусть t«l,i , при этом сканирующая щель обеспечивает полное перекрытие изображения объектно щели при любом значении Ч , а освещенность светлых участков объектной щели одинакова и неизменна. Предположим, что сканирование осу ществляется по направлению А перпен дикулярно оси объектной щели, при этом сканируюидая щель наклонена по отношению к объектной под углом Ч. Очевидно, что нарастание светового потока (величины соответствующего электрического сигнала)начнется в (Момент касания сканирующей щелью набегающего края верхнего светлого участка объектной щели. Пусть угол Ч будет таким, чтобы в момент касания сканирующей щелью сбегающего края верхнего светлого участка объектной щели произошло касание набегающего края ее нижнего светного участка (фиг. 26).Назовем : тотугол критическим и обозначим Очевидно, что при этом условии вели чина светового потока, проходящего через сканируюи1ую щель ,останется неизменной вплоть до полного выхода сканирующей щели из верхнего светло го участка, так как уменьшение.потока от верхнего светлого участка 94 изображения объектной щели будет компенсироваться его нарастанием от ее нижнего светлого участка, Если угол / будет меньше критического, то касание сканирующей щелью набегающего края нижнего светлого участка изображения объектной щели произойдет раньше, чем сканирующая щель коснется сбегающего края верхнего светлого участка. При этом нарастание светового потока будет более интенсивным, чем 8 предыдущем случае, и продолжится до начала выхода сканирующей щели за сбегающий край верхнего светлого участка (фиг. 2а).Если же угол / будет больше критического, то касание сканиру- . щели нижнего светлого участка изображения объектной щели произойдет после начала выхода сканирующей щели за сбегающий край ее верхнего светлого участка. При этом, сначала, как и в предыдущих случаях, поток, проходящий через сканирующую щель, будет увеличиваться, затем (после выхода сканирующей щели за сбегающий край верхнего светлого участка) уменьшится , затем (после касания набегающего края нижнего светлого участка) некоторое время будет оставаться пост }янным, затем снова увеличится (после кас.ания сбегающего края перемычки) и, наконец, снова уменьшится (после касания сбегающего края нижнего светлого участка ). Таким образом, условие является условием возникновения провала на вершине кривой, отражающей изменение светового потока при сканировании изображения объектной щели с перемычкой наклонной сканирующей щелью. Исходя из принятых условий и обозначений, не трудно вычислить для каждого конкретного случая значение критического угла Ч, а именно I (-t) Учитывая (1 ) условие возникновения провала на вершине кривой, можно представить tf CXrct 5g (2)j Подставляя -х- (условие симметричного расположения перемычки) и решая (2) относительно h, имеем

(3)

Полученное выражение определяет соотношение между параметрами изображения объектной щели и минимально допустимым углом наклона сканирующей щели относительно, изображения объектной, при котором можно для устранения их непараллельности воспользоваться эффектом возникновения провала на вершине кривой, наблюдаемой на экране осциллограЛического индикатора.

Устройство (фиг. 1) содержит осветитель 1, объектную щель 2 с одной или несколькими перемычками, оптическую систему 3, изображающую объектную щель 2 в плоскость, где сканируюи(ая щель k, и фотоприемник 5 к выходу которого подключены регистрирующее устройство б и осциллографический индикатор 7.

В процессе юстировки сканирующая щель k осуществляет периодическое сканирование изображения объектной щели 2. Фотоприемник 5 расположенный по ходу лучей за сканирующей щелью k, преобразует изменение освещенности в изображении светящейся линии (объектной щели) в пропорциональные изменения электрического сигHaj:ia. Этот сигнал подается на регистрирующее устройство 6 и вертикальные пластины осциллографического индикатора 7. Развертка по горизонтали на экране осциллографического индикатора 7 осуществляется синхронно с перемещением сканирующей щели k, В результате, на осциллографическом индикаторе 7 наблюдают форму кривой функции рассеяния линии. При этом непараллельность объектной и сканирующей щелей выражается в характерном изменении формы кривой функции рассеяния линии - появлении явно различного провала на вершине кривой за счет того, что наклонной щелью отдельные участки светящейся линии, разделенные перемычкой, сканируются как бы поочередно. В то же время расфокусировка влияет на форму кривой функции рассеяния линии, как и прежде, в виде уменьшения величины максимума и расширения кривой. Таким образом, удается разделить причины, влияЮ1цие на точность и качество юстировки, а следовательно, ускорить ее проведение и повысить точность.

В конечном итоге, это выражается в увеличении точности и достоверности результатов регистрации кривой функции рассеяния линии и последующих расчетов модуляционной передаточной функции.

Принципиально объектная щель может содержать не одну, а несколько непрозрачных перемычек. В этом случае при взаимном наклоне щелей на изображении кривой функции рассеяния линии появляется соответствую1цее числу перемычек количество провалов, что в некоторых случаях может облегчить установку параллельности щелей.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СВЕТЯЩЕЙСЯ ЛИНИИ, содержащее последовательно расположенные на оптической оси осветитель, объектную щель, оптическую систему, сканирующую щель шириной, существенно меньшей ширины изображения объект ной щели, ориентированную параллельН). этому изображению и полностью перекрывающую его по высоте, фотопри емник с регистрирую1цим устройством и осциллографическим индикатором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации результатов и упрощения юстировки устройства, объектная щель снабжена, по крайней мере, одной поперечной непрозрачной перемычкой, расположенной симметрично относительно ее краев, высота которой находится в следующем соотношении с параметрами изображения объектной щели Ь , ., - L, , высота перемычки; ширина изображения объектной щели; минимально допустимый угол наклона сканирующей щели относительно изображения объектной щели; высота изображения объектной щели.