Устройство для контроля качества объективов Советский патент 1992 года по МПК G01M11/02 

Г

ЗМ

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и предназначено для контроля качества объективов.

Известно устройство, в котором качество объектива оценивается при сканировании пятна рассеяния объектива анализирующей диафрагмой с фотоприемным устройством, диаметр которой в 40-50 раз меньше исследуемого поля.

Недостатками устройства являются низкая точность и производительность измерений, что вызвано необходимостью ска- нирования пятна рассеяния и дополнительной обработкой результатов измерений.

Известны также устройства для контроля качества объективов по виду функции рассеяния, в которых в качестве анализатора изображения, создаваемого контролируемым объективом, применяется линейный прибор с переносом заряда (ЛППЗ). Эти устройства содержат осветитель, тест-объект, установленный в фокальной плоскости коллиматора, микрообъектив, предметная плоскость которого совпадает с плоскостью изображения контролируемого объектива, анализатор, установленный в плоскости изображения микрообъектива, выполненный в виде ЛППЗ, приемные площадки которого расположены перпендикулярно штрихам тест-объекта, регистратор. На точность контроля качества испытуемого объектива в этих устройствах влияют характеристики микрообъектива. Кроме того, функциональные возможности указанных устройств ограничены спектральным диапазоном работы микрообъектива.

Предлагаемое устройство устраняет все недостатки, присущие рассмотренным аналогам.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для контроля качества объективов, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси источник излучения, конденсор, светофильтры, тест-объект, установленный в фокальной плоскости кол- лиматорного объектива, блок анализа и преобразования изображения в электрический сигнал, включающий анализатор, выполненный в виде ЛППЗ, подключенного к генератору синхронизированных тактовых импульсов питания, а также последовательно подключенные к ЛППЗ блок двойной коррелированной выборки, аналого-цифровой преобразователь, блок сопряжения и ЭВМ с дисплеем и печатающим устройством.

Основным недостатком этого устройства является необходимость использования

микрообъектива для обеспечения требуемой частоты дискретизации функции рассеяния элементами ЛППЗ. Применение микрообъектива вносит дополнительные искажения в функцию рассеяния контролируемого объектива, что снижает точность измерений, ограничивает спектральную область вычисления по функции рассеяния оптической передаточной функции (ОПФ).

0 Кроме того, в устройстве нельзя осуществить адаптивное управление точностью измерения путем изменения частоты дискретизации функции рассеяния элементами ЛППЗ.

5 Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства посредством адаптивного управления точностью измерения и спектральным диапазоном вычисления оптической передаточ0 ной функции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля качества объективов, содержащем последовательно установленные на одной оптической оси источник

5 излучения, конденсор, светофильтры, тест- объект, установленный в фокальной плоскости коллиматорного объектива, блок анализа и преобразования изображения в электрический сигнал, включающий анали0 затор, выполненный в виде ЛППЗ, подключенного к генератору синхронизированных тактовых импульсов питания, а также последовательно подключенные к ЛППЗ блок двойной коррелированной выборки, анало5 го-цифровой преобразователь, блок сопряжения и ЭВМ с дисплеем и печатающим устройством, ЛППЗ установлен с возможностью поворота относительно оптической оси коллиматорного объектива, а в блок ана0 лиза дополнительно введены блоки разворота ЛППЗ и измерения угла разворота, причем первый выход блока разворота связан с входом блока измерения угла разворота, а второй с входом ЛППЗ, а выход блока

5 измерения угла разворота подключен по входу ЭВМ, выход которой подключен к входу блока разворота.

Установка ЛППЗ с возможностью поворота относительно оптической оси коллима0 торного объектива, что дает возможность расположить ее под любым углом по отношению к изображению тест-объекта, а также применение блоков разворота и измерения углов поворота связанных с

5 ЭВМ для управления этим углом, для реализации поставленной цели не известно. Известно использование ЛППЗ, установленной перпендикулярно штрихам изображения тест-объекта, а необходимая степень дискретизации элементами ЛППЗ

функции рассеяния достигается за счет применения микрообъектива. Использование микрообъектива ограничивает функциональные возможности известного устройства, кроме того, в известном устройстве отсутствует возможность реализовать адаптивное управление точностью измерения и спектральным диапазоном вычисления ОПФ.

На фиг. 1 изображена схема устройства для контроля качества объективов; на фиг. 2 - тест-объектив, вид на плоскость изображения, поясняющий взаимное положение ЛППЗ и изображения тест-объектива.

Устройство контроля качества объективов (фиг. 1) содержит последовательно уста- новленные на одной оптической оси источник 1 излучения, конденсатор 2, светофильтры 3, тест-объект 4, контролируемый объектив 6, блок анализа и преобразования изображения в электрический сигнал 7, содержащий генератор 8 синхронизированных тактовых импульсов питания, выходы которого подключены к ЛППЗ 9, выход которого подключен к последовательно соединенным блоку 10 двойной коррелированной выборки, аналого-цифровому преобразователю 11, блоку 12 сопряжения, подключенному к первому входу микроЭВМ 13,первый выход которой подключен к дисплею 14, второй - к печатающему устройству 15, а третий - к входу блока 16 разворота, первый выход которого подключен к ЛППЗ 9, а второй к блоку 17 измерения угла поворота, выход которого подключен к второму входу микроЭВМ 13.

На фиг. 2 показаны контур изображения тест-объекта в виде линии, положение ЛППЗ 9, установленной перпендикулярно изображению линии, а также положение ЛППЗ, повернутой относительно оптической оси 00, совпадающей с осью коллима- торного объектива на произвольный угол а.

Блок 16 разворота ЛППЗ может быть выполнен на основе шагового исполнительного двигателя типа ШД-300 с редуктором. Блок измерения угла поворота может быть реализован при применении фотоэлектрического датчика угла ФДУ.

Устройство работает следующим образом.

Посредством источника 1 излучения (фиг. 1), конденсора 2, светофильтра 3 освещают тест-объект 4, представляющий собой регулируемую по ширине прямоугольную щель. Коллиматорным объективом 5 проектируют изображение тест-объекта в бесконечность. В параллельном пучке лучей за коллиматорным объективом устанавливают

контролируемый объектив б, в фокальной плоскости которого получают изображение щели, контуры этого изображения показаны

на фиг. 2. В фокальной плоскости контролируемого объектива устанавливают ЛППЗ 9. В начальном положении ЛППЗ устанавливают перпендикулярно по отношению к изображению щели (фиг. 2). ЛППЗ запитывают

от генератора 8 синхронизированных тактовых импульсов. Посредством ЛППЗ анализируют распределение освещенности в изображении прямоугольной щели, т.е. измеряют функцию рассеяния линии. Электрический сигнал с ЛППЗ через устройство 10 двойной коррелированной выборки, аналого-цифровой преобразователь 11,устройство 12 сопряжения направляют в микроЭВМ 13. ЭВМ осуществляет дискретное преобразование Фурье входной последовательности чисел, результат которого представляет собой ОПФ контролируемого объектива.

Для того, чтобы функция передачи модуляции (ФПМ), являющаяся наиболее информативной частью ОПФ, максимально соответствовала форме спектра ФРЛ А(х), необходимо устранить перекрытие спектров, возникающее из-за дискретизации выходного сигнала ЛППЗ во временной области, что также вносит искажения в результате измерений. Перекрытие спект-v можно устранитцесли функцию А(х) дискре- тизировать с достаточно высокой частотой.

Однако частота дискретизации связана с периодом расположения фоточувствительных элементов ЛППЗ. В случае, когда ЛППЗ расположена перпендикулярно по отношению к изображению щели, частота дискретизации равна , где р - размер элемента ячейки. Для того, чтобы получить требуемую частоту дискретизации, ЛППЗ поворачивают на угол а относительно оптической оси коллиматорного и контролируемого объективов. При этом определение угла поворота производится ЭВМ исходя из заданных погрешности измерения ОПФ и значения максимальной анализируемой частоты мах- Зависимость между vMax контролируемого

объектива, погрешностью измерения за счет перекрытия спектров А% на частотах, близких к vMax, и значением угла поворота а при преобразовании Фурье функции рассеяния имеет вид

j Р(2рсозаГ| Д%.

Здесь (2p-cosa)1 тогда a-arccos(2p-vMax)1. Таким образом, поворачивая ЛППЗ на угол, рассчитанный по приведенному соотношению посредством ЭВМ, меняет частоту дискретизации функции рассеяния за счет адаптивного управления длиной элемента ЛППЗ, формирующего элементарный электрический сигнал о значении освещенности в определенном сечении ФРЛ. Адаптивная длина элемента ЛППЗ равна Рад Р cosa .

Вычислив угол поворота, микроЭВМ подает электрический сигнал на блок 16 разворота, который осуществляет поворот ЛППЗ. Точность установки ЛППЗ контролируют блоком 17 измерения угла поворота, сигнал с которого поступает в ЭВМ. Рассчитанное значение ОПФ контролируемого объектива выводится на экран дисплея 14 и документируется посредством печатающего устройства 15.

Оптико-механическая часть устройства может быть реализована на базе серийно выпускаемой промышленностью оптической скамьи ОСК-2 с набором источников излучения, светофильтров, тест-объектов и коллиматоров с фокусным расстоянием тк 1600 мм. Промышленность выпускает несколько типов ЛППЗ. В устройстве может быть применен, например, ЛППЗ типа ФПЗС-бл, состоящий из 264 элементов разрешения с размером фоточувствительной ячейки 23 мкм. Для расчета, визуализации и документирования ОПФ может быть использована микроЭВМ Электроника 60 с периферийными устройствами, широко применяемая в промышленности. В качестве АЦП рекомендуется применить девятиразрядный прибор Ф7077/2. Программное обеспечение устройства включает в себя программу расчета ОПФ с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье, программу коррекции неравномерности чувствительности и темновых токов элементов ЛППЗ. Блок разворота ЛППЗ может быть выполнен на базе шагового двигателя ШД-300 с редуктором, а блок измерителя угла поворота на базе фотоэлектрического датчика угла ФДУ.

Если, например, необходимо вычислить ОПФ объектива, для которого гмах 100 , то при указанном размере фоточувствительной ячейки р 23 мкм угол разворота ее, рассчитанный в соответствии с приведенной выше формулой, равен

a arccos(2-23 -100)1 77°44 .

В известных в настоящее время устройствах контроля качества объективов для обеспечения необходимой степени дискретизации ФРЛ применяют микрообъективы, которые вносят свои искажения в вид ФРЛ контролируемого объектива и тем самым

снижают точность вычисления ОПФ. Кроме того, при проведении измерений в различных участках спектра необходима смена микрообъективов, что усложняет устройство. В предлагаемом устройстве микрообъектив отсутствует. Это упрощает устройство, позволяет исключить влияние микрообъектива на точность измерений, расширяет функциональные возможности устройства.

Важным качеством устройства является возможность адаптивного управления степенью дискретизации ФРЛ, что позволяет получить необходимую точность вычисления ОПФ, а также адаптивного управления

спектральным диапазоном вычисления ОПФ.

Формула изобретения Устройство для контроля качества объкти во в, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси источник излучения, конденсор, светофильтры , тест-объект, установленный в фокальной плоскости коллиматорного объектива,

блок анализа и преобразования изображения в электрический сигнал, включающий анализатор, выполненный в виде линейного прибора с переносом заряда, первым входог. подключенного к выходу

генератора синхронизированных тактовых импульсов питания, а также последовательно подключенные к линейному прибору с переносом заряда блок двойной коррелированной выборки, аналого-цифровой преобразователь, блок сопряжения и вычислительный блок, первым и вторым выходами связанный с дисплеем и печатающим устройством, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных

возможностей устройства посредством адаптивного управления точностью измерения и спектральным диапазоном вычисления оптической передаточной функции, линейный прибор с переносом заряда установлен с возможностью поворота относительно оптической оси коллиматорного объектива, а в блок анализа дополнительно введены блоки разворота линейного прибора с переносом заряда и измерения угла

разворота, причем первый выход блока разворота связа с входом блока измерения угла разворота, а второй-вторым входом линейного прибора с зарядовой связью, а выход блока измерения угла разворота подключей к дополнительному входу вычислительного блока, третий выход которого подключен к входу блока разворота.

Изображение тест- объекта

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства посредством адаптивного управления точностью измерения и спектральным диапазоном вычисления оптической передаточной фракции (ОПФ). Устройство позволяет управлять частотой дискретизации функции рассеяния контролируемого объектива. Для этого устройство содержит последовательно установленные на одной оптической оси источник 1 излучения, конденсор 2, светофильтры 3, тест-объект 4, установленный в фокальной плоскости коллиматорного объектива 5, контролируемый объектив 6, блок 7 анализа и преобразования изображения в электрический сигнал, содержащий генератор 8 синхронизированных тактовых импульсов питания, линейный прибор с переносом заряда (ЛППЗ) 9, блок 10 двойной коррелированной выборки, аналого- цифровой преобразователь 11, блок 12 сопряжения, подключенный к микроЭВМ 13, дисплей 14, печатающее устройство 15, а также блоки разворота 16 ЛППЗ и измерения 17 угла поворота. Адаптивное управление точностью измерения и спектральным диапазоном вычисления ОПФ достигается путем поворота ЛППЗ относительно оптической оси контролируемого объектива на управляемый угол, численное значение которого учитывается при расчете ОПФ. 2 ил. г -, i т/л Ё V4 СА ю ГО О

Фаг. 2