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

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам для измерения качества изображения объективов и оптических систем.

Известно устройство для измерения качества изображения объективов, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник излучения, модулятор, конденсор, тест-объект, например щель, коллимационный объектив, фокус которого совмещен со щелью, испытуемый объектив и фотоэлектрический микроскоп, плоскость предметов которого совмещена с фокальной плоскостью измеряемого объектива, а в плоскости изображений расположена фоточувствительная

площадка фотоприемника. Выход фотоприемника соединен через усилитель с регистрирующим прибором.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерений, что связано с влиянием на результат измерений качества изготовления коллимационного объектива, точности установки тест-объекта в фокусе коллимационного объектива, качества изображения микроскопа и точности аттестации всех перечисленных узлов по качеству изображения.

При контроле длиннофокусных объективов габариты устройства становятся большими, что усложняет конструкцию устройства (фокусное расстояние коллимаVI

4 Ю О С

СА

тора должно в несколько раз превосходить фокусное расстояние измеряемого объектива).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения качества изображения объективов, содержащее последовательно расположенные на одной оптической оси источник излучения, конденсор, модулятор, выполненный в виде радиально расположенных прозрачных и непрозрачных участков одинаковой ширины, и систему переменного увеличения, проектирующую участок модулятора в свою плоскость изображений. Испытуемый объектив установлен за системой переменного увеличения, при этом его фокальная плоскость совмещена с плоскостью изображений этой системы. За испытуемым объективом перпендикулярно его оптической оси уста-- новлено плоское автоколлимационное зеркало. Между системой переменного увеличения и ее плоскостью изображений под углом 45° к оптической оси этой системы установлен полупрозрачный светоделитель, отражающий пучок излучения после автоколлимационного зеркала перпендикулярно оптической оси системы переменного увеличения. Система переменного увеличения через измеряемый объектив, автоколли- мационное зеркало и светоделитель оптически сопряжена с проекционной системой, оптическая ось которой перпендику- лярна оптической оси измеряемого объектива. Плоскость предметов проекционной системы совпадает с фокальной пло- скостью измеряемого объектива, а в плоскости изображений расположена анализирующая щель и за ней фоточувствительная площадка приемника излучения. Приемник излучения через фильтр низких частот соединен с усилителем переменного электрического сигнала с приемника и далее с регистрирующим прибором. Механизм изменения увеличения системы переменного увеличения механически связан с набором сопротивлений, предназначенных для изменения коэффициента усиления усилителя электрических сигналов с целью компенсации влияния дефектов системы переменного увеличения и светоделителя на точность измерений.

Устройство обладает минимальными габаритами, так как автоколлимационное пло- ское зеркало очень незначительно увеличивает длину всего устройства. Благодаря тому, что пучок излучения дважды проходитизмеряемыйобъектив, чувствительность устройства по прототипу по сравнению с чувствительностью аналога

увеличивается. При этом более точно можно определить не только качество измеряемого объектива, но и положение плоскости наилучшего изображения.

Основным недостатком известного устройства являются сложность системы пере- менного увеличения с устройством компенсации влияния на качество изображения погрешности изменения увеличения,

0 а также наличие установленной в сходящемся пучке лучей светоделительной системы (кубика), что не только усложняет конструкцию, но и снижает точность измерений. При контроле светосильных объективов

5 (с относительным отверстием D:f 1:2 и более) аберрации светоделителя (кубика) и системы переменного увеличения могут приводить к столь значительному изменению контраста изображения, что его точная

0 компенсация становится трудновыполнимой. Кроме этого, как следует из конструкции известного устройства, при аттестации (настройке) устройства используется установленное в плоскости изображений систе5 мы переменного увеличения плоское зеркало. При этом ход лучей в кубике, отраженных от этого зеркала, не совпадает с ходом лучей, отраженных от автоколлимационного зеркала за измеряемым объекти0 вом, что также не может быть компенсировано известным устройством.

Таким образом, точность измерения функции передачи модуляции (ФПМ) на известном устройстве, особенно при контроле

5 светосильных объективов для высоких пространственных частот, оказывается недостаточной. Во многих случаях только частотные характеристики измеряемой системы (т.е. функция передачи модуляции 0 ФПМ системы) оказываются недостаточными для описания качества изображения этой системы и требуется измерить значения распределения энергетической освещенности в плоскости изображения

5 системы от элементарного тест-объекта, т.е. требуется измерить функцию рассеяния линии (ФРЛ) или точки (ФРТ) контролируемой системы.

Для пересчета измеренных с помощью

0 известной системы частотных характеристик ФПМ в ФРТ или ФРЛ требуется измерить частотные характеристики для большого числа пространственных частот, т.е. диапазон изменения увеличения систе5 мы переменного увеличения должен быть большим, что не только усложняет конструкцию, но и увеличивает трудоемг ють измерений.

Наличие в ходе светского пучка лучей полупрозрачного светоделителя является

источником больших световых потерь (не менее 75% потока излучения теряются на светоделителе).

Цель изобретения - повышение точности измерений, упрощение конструкции ус- тройства, снижение трудоемкости измерений и уменьшение световых потерь в устройстве для измерения качества изображения объективов.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения качества изображения объективов, содержащем последовательно установленные на оптической оси перед испытуемым объективом источник излучения, конденсор, модулятор, установленный под углом 45° к оптической оси конденсора светоделитель, за испытуемым объективом - зеокало, а в ходе отраженного от светоделителя луча - проекционную систему, плоскость предметов которой совмещена с фокальной плоскостью испытуемого объектива, усилитель и регистрирующее устройство, светоделитель выполнен в виде прозрачной пластины, на обоащенной к испытуемому объективу стороне которого вы- полчено зеркальнее покрытие, сослаг.зющее с. ючксй ic мя оптических осей испытуемого объектива и проекционной систем - / г-.:,г предметов проекционной системы, на зеркальной по- верхности пластины выполнена прозрачная щель с шириной меньшей диаметра кружка рассеивайся измеряемого объектива, между усилителем и регистрирующим устройством подключено вычислительное устройство, а светоделительная пластина, проекционная система и фотоприемник оазмещеиы на общем основании, установлен oiy с возможностью перемещения вдоль оптической оси проекционной систе- мы, выход которого соединен с вычислительным устройством.

На фиг.1 представлена схема устройства для измерения качества объективов; на фиг.2 - вид А на фиг. 1.

Исп очник 1 излучения установлен на оп- TH iecfon оси устройства. На этой же оси установлен конденсор 2 и модулятор 3. В плоскости изображения конденсора 2 расположена узкая щель4(тест-оРьект), выпол- ценная на зеркальной поверхности светоделительной пластины Ь. Пластина 5 установлена под углом 45° к оптической оси конденсора , .м этом щель 4 проходит через то-но/ - зрэсечения оптической оси конденсора с зер льной плос, пластины 5 перпенликупгоно оптической оси конденсора 2. Нч одн и оптической оси с конденсором -: распопожен испытуемый объектив 6, фокальная плоскость которого

совмещена с щелью 4. За испытуемым объективом 6 перпендикулярно его оптической оси установлено плоское автоколлимационное зеркало 7. Проекционная система 8 рас- положенаоптическойосью

перпендикулярно оптической оси испытуемого объектива 6 и конденсора 2, при этом оптическая ось системы 8 пересекает щель 4 под прямым углом, а плоскость предметов системы 8 совмещена с щелью 4 и оптической осью конденсора 2 и испытуемого объ- ектива 6. В плоскости изображений проекционной системы 8 расположен фото- прмемник 9, выход которого соединен с входом усилителя 10 электрических сигналов Выход усилителя 10 соединен с входом вычислительного устройства 11 и далее с регистрирующим устройством 12.

Светоделительная пластина 5, проекционная система 8 и фотоприемник 9 установлены на общем основании 13, выполненном с возможностью поступательного перемещения вдоль оптической оси проекционной системы 8. Устройство 14 для измерения линейь-ых перемещений основания 13 своим вводом соединено с входом вычиспи- - : /ст, сГства 11 ь далее г регистрирующим устройством 12. Между /u ih33iv, , / ;фа сера 2 может CL ь .- лен свесОфит&гр 15, выделяющий излучение с требуемым спектральным составом.

Ус-5 о листве работает следующим об -м зом.

/icсочник I изл ч°ния направляет пенис. гэооЗ кг,1ленсор 2 HJ гест-объем (щель f,j Между конденсором 2 и источником 1 расположены непрозрачныэ лспасти

ИОЛУЯЯ О

вращающиеся с постоянной

оорост.зМ. ,. |,ело ч имеет ширину, опосде- динмегрсч кружка рассеивания из- объектива Для объективов высокого качества диамэтр кружка - вани oiic. ч ляется только дифракаие пз лученоя ьэ апертурной диафрагме измерив- ию объектива и вычисляется по Форму е

,2,44 -Я f1

ОдиФр PJ ,

где Я-длина волны излучения:

Г - року гное расстояние измеряемого объектиьз;

D-диаметру апертурной диафпагмы из- меояемого объектива.

В эгом ширина щели d должна быть приблизительно равна 0,2 (ЗДИф. С уче- Тим НЗАГОНЯ пластины 5 по отношению к опт, (еской оси измеряемого объектива на угон FC эффективная ширина щели в фо- ,й плоскости измеряемого объектива

7 17426638

2 ,., ,fr.„ n ,.& . «). .....лощение Фокальной плоскости измеряемого

С.ОСТ-аВИТ ту- U -ЛЛз/ U, 4 (Зцифр. МОДУЛ мрО-,..

осъективз по результатам измерения качеванный по амплитуде пучок излучения по-стза изображения в нескольких сдвинутых

еле щели 4 расходящимся лучом освещаетвдоль оптической оси измеряемого объектиизмеряеный объектив 6, установленный фо-5 ва областях.

кусом в середине щел:н -4.В этом случае устройство работав как

Выходящий из измеряемого оЬьектмвазвтоко лимзциокный фотоэлектрический

6 параллельны / лучок лучей автоколлима-окуляр и может использоваться для фокусиционным зеркалом 7 отражается в противо-ррвш коллиматоров.

положно направление и вновьЮ

фокусируется в фокальной плоскости нсме--Формула изобретен и я

ряемого объектива 6, освещал щель 4. ПриУстройство для измерения качества

этом ширина изображения щели 4 приели-изображения объективов, содержащее пс

зительно в 7 раз больше ширины самой ще-следовательно установленные на оптичз л 4.1b ::кп:-- ..;:. по рад .;cnuvyc;r.i,. i ооъектк.)

npo8Ki.:,ujH5-ififi система ii строит дь ; ггоч;-И 1к излучин:.- ;;.01- дй;чса гс р. ;. одуляизсбражен -:;-; цели :-: плоскости чувстви-топ, сйечоделител-, vCTaHO; ::;;;HH:..:fi под . й ..;йдки ФС ТСТ Г;меиникэ У. Ускли-.ioiv 45° к оптической ос.й конденсзтор- . яч

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения качества изображения объективов и оптических систем. Сущность изобретения: устройство содержит источник излучения, модулятор, конденсатор, тест-объект в виде узкой щели с шириной меньше диаметра йдиф. кружка рассеивания измеряемого объектива, выполненной на прозрачной пластине с зеркальным покрытием на обращенной к измеряемому объективу стороне пластины, установленной под углом 45° к оптической оси измеряемого объектива. За щелью расположены испытуемый объектив и плоское автоколлиматорное зеркало, перпендикулярное оптической оси испытуемого объектива Проекционная система установлена оптической осью перпендикулярно оптической оси испытуемого объектива. Щель проходит через точку пересечения оптических осей испытуемого объектива и проекционной системы, перпендикулярно этим осям. Щель, проекционная система и фотоприемник, расположеный на общем основании, выполненном с возможностью перемещения вдоль оптической оси проекционной системы, при этом основание снабжено устройством для измерения его линейного перемещения. 2 ил. СО С

uiiOrii-iyk; смете..;/, плоскость предметов коv.: меряс.-;уй ооъа. Ь, ;-тгф38ля2тусмлян-i :c:;: ;т.эмого объектива, фо опрмемпик,

;-;ый л 1рсоОрзэойан 1;:-1: си.гнйл в вьгчкс и- .-т..ч тг ль и ре ь1СТО.-;|;. С ОлйС | р,о, а

тельное устройство 1.25 г;;;ч е щель, о г л и ч а ;о и; е е с я км, что,

Ь ;;fcrv;i ; l TK,Tbi-;i;e 11 V.. : С .К. ;Ь:Г ПОВЬИиб.ТЛЯ ГО -П-ЮОТИ ;огМвОеН 1Й,

LiDCMftHM :- т.:тле;-;ньн с е грически.т ,;/.:ут;; ; .-ц;,ег;им ;- у..1Г:нЬ:;.о;-;мя ске юаых ric-repb,

;:тлог-| по ;/пйй 1 коорд НЗ та подг /1ж;;- . о ч в 50/;е/;: йлъ зь поле;; з ;j:/(,).. е прозрачной

.. С -С ийния 13 с устройстоом 14 для . ri/iacTi/i-ih , ;;а обрзшеинпч к испытуемому

m-ift /ц-жзйногс nepe iesiieH:-ii i осмсвания i 3.30 обьект ву сторона ксторогл в,яполиено зйрПои движении основания 13 БДОЛЬОПТИ-ка ы-юе покрытие, совпадающее с точкой

чвСКОЙ OCi f 1 ;рСв; ЦИОН уСТрОЙСТЗ; : о, Ц р ЗС8ЧвН ;й ОПТИЧйСКИХ ОСОЙ ИС1 ibiTVSr. lCrO

приl-.-lOp, С ПСл-чОЩЬЮ 1.:.1НГОВОГй ГфМВОДЙ b VOb lC-i-iSa M riOOei.LH Ct KOt-:: CMCifiMb :- ( ПЛСаычис..ите.ьное устройство ; 1 поступайтCKUCTSSO лродме гой проекционной сметеинформация о потоке излучения, отражен--ЗБ мы, и щель выполнена на зеркальной

нем от свгтоделительной пластины 5, в за-поверхности пласта:-.ы с. шмоимой.

висимостм ;.;т координаты (перемещения)диаметра кружка рассеивания itciibiTvcMoro

тсдй :кного основания 13. при этом чястьоГ)ъ. :;оч-ша. ус литело 1- /; оэгистг-иоупотока излучения проходит .через ичель 4 г,- joiui-i i -устрийстеом по,ц:с 1юче;-;г; .;. участвует в создание сигнала на выходе40 тучное устройство, з сьетоделительная

фотоприемЫ П з 9.лл сткна, посекционная систем:-; и фоч оБлэгодаря высокой чувствительностиприемник размещены на общем основании, предлагаемого устройства более точно мож-установленном с возможностью перемещено определять к положение плоскости нам- -гл- доль оптической оси проекционной си- лучшей установки измеряемого объектива45 со средством его измерения, яыхо/; для заданных пространственных частот,.-:-тоэого соединен с вычислительные устУстройствс позволяет также дополни-рсйстаом. тельно опс ;;иелять с высокой точностью по/J JM

ъ

Фиг. 1

Вид А

Г Т I

-5 -4

Фие.2