Способ измерения коэффициэнта передачи модуляции оптической системы Советский патент 1992 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле коэффициента передачи модуляции различных оптических систем, например проекционных объективов.

Известен способ контроля качества изображения оптической системы, заключающийся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической системы изображение тест-объекта, формируют электрический сигнал, выделяют высокочастотную гармоническую составляющую электричэского сигнала 1.

Недостатком способа является невысокая надежность устройства, его реализую- щего, из-за наличия вращающихся электромеханических узлов.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения коэффициента передачи модуляции оптической системы, заключающийся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической . системы изображение тест-объекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение ос- вещенности в изображении тест-объекта в периодический видеосигнал с помощью линейного прибора с зарядовой связью, выде- ляют полосовым фильтром из периодического видеосигнала измеритель- ную гармоническую составляющую с частотой, равной частоте высокочастотной измерительной огибающей периодического видеосигнала 2.

Недостатком способа является воз- никновение погрешности измерения при наличии единичных дефектов светочувствительных площадок линейного прибора с зарядовой связью.

Единичные дефекты светочувстви- тельных площадок линейного прибора с зарядовой связью проявляются в виде выбросов периодического видеосигнала. Эти выбросы кратковременны по времени и имеют широкий частотный спектр. При про- хождении через полосовой фильтр выбросы вызывают его отклик, что проявляется в формировании на выходе полосового фильтра колебаний с частотой информационных измерительных сигналов. При измерении среднего значения информационного сигнала эти выбросы формируют дополнительный сигнал, искажающий информацию о величине коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы.

Аналогичная погрешность возникает при наличии в периодическом сигнале импульсных кратковременных помех, связанных с системой синхронизации и тактового

питания сдвигового регистра линейного прибора с зарядовой связью.

При измерении среднего значения измерительной гармонической составляющей быстродействие обработки сигнала равно нескольким периодам формирования периодического видеосигнала,что в ряде случаев оказывается недопустимыми.

Целью изобретения является повышение точности измерения при наличии единичных дефектов светочувствительных площадок линейного прибора с зарядовой связью м помехозащищенности.

Указанная цель достигается тем. что в способе измерения коэффициента передачи модуляции оптической системы, заключающемся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической системы изображение тест-обьекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение освещенности в изображении тест- объекта в периодический видеосигнал с помощью линейного прибора с зарядовой связью, выделяют полосовым фильтром из периодического видеосигнала измерительную гармоническую составляющую с частотой, равной частоте высокочастотной измерительной огибающей периодического видеосигнала, измеряют максимальную амплитуду измерительной гармонической составляющей периодического видеосигнала в каждом цикле его формирования или проводят его интегрирование, запоминают измеренную максимальную амплитуду или интегральное значение измерительной гармонической составляющей в конце каждого цикла формирования периодического видеосигнала, а по величине запомненной максимальной амплитуды или интегрального значения измерительной гармонической составляющей судят о величине коэффициента передачи модуляции оптической системы,

Устанавливают добротность полосового фильтра, выделяющего измерительную гармоническую составляющую из периодического видеосигнала в пределах от пяти до пятнадцати, а количество штрихов тест-объекта выбирают равным или большим четырех.

Частоту измерительной гармонической составляющей определяют из соотношения

Тизм

fB -L TJT

где тиэм - частота измерительной гармонической составляющей;

fB - частота формирования периодического видеосигнала;

L - общая длина фоточувствительных площадок линейного прибора с зарядовой связью;

I - период нанесения штрихов тест-объекта;

/ - увеличение оптической системы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных узлов устройства; на фиг. 3 - расположение изображения штрихов тест-объекта на светочувствительных площадках прибора с зарядовой связью (ПЗС); на фиг, 4а - распределение освещенности вдоль светочувствительных площадок ПЗС; на фиг. 46 - форма видеосигнала, формируемого на выходе ПЗС.

Устройство, реализующее способ, содержит оптически связанные осветитель 1, выполненный в виде лампы 2, конденсора 3, тест-объект 4, выполненный в виде группы штрихов, объективодержатель 5, линейный прибор 6 с зарядовой связью (ПЗС), последовательно соединенные полосовой фильтр 7, блок 8 выделения максимальной амплитуды или интегрального значения, выполнен- ный в виде пикового детектора или последовательно соединенных детектора и интегратора, динамическое запоминающее устройство (ДЗУ) 9, вход полосового фильтра 7 связан с выходом ПЗС 6, последовательно соединенные полосовой фильтр 10, пиковый детектор 11, ДЗУ 12, вход полосового фильтра 10 связан с выходом ПЗС 6, блок 13 деления напряжений, входы которого подключены к выходам ДЗУ 9, 12, индикатор 14, вход которого подключен к выходу блока 13 деления напряжений, синхрогене- ратор 15, выполненный в виде генератора 16, формирователя 17 импульсов, вход которого подключен к выходу генератора 16, счетчик 18, вход которого подключен к выходу формирователя 17 импульсов, дешифратор 19, входы которого подключены к выходам счетчика 18, блок ключей 20, входы которого подключены к выходам формирователя 17 импульсов и дешифратора 19, усилители 21, входы которых подключены к выходу блока 20 ключей, выходы усилителей 21 соединены с входами ПЗС 6, последовательно соединенные трущие мультивибраторы 22, 23, 24, вход трущего мультивибратора 22 подключен к выходу дешифратора 19, выход мультивибратора 22 соединен с входами Запись ДЗУ 9, 12, выход трущего мультивибратора 24 соединен с входами Сброс пикового детектора

11 и входами Сброс пикового детектора или интегратора, входящих в блок 8 выделения максимальной амплитуды или интегрального значения.

Измеряется коэффициент передачи модуляции проекционного объектива 25, установленного в объективодержатель 5.

Способ реализуется следующим образом.

Лампа 2, зходящая в осветитель 1, формирует пучки света, направляемые конденсором 3 на группу штрихов тест-объекта 4,

Изображение штрихов тест-объекта 4 переносится проекционным объективом 25,

установленным в объективодержателе 5, на светочувствительные площадки ПЗС 6. На выходе ПЗС 6 формируется периодический видеосигнал, амплитуда которого пропорциональна распределению освещенности в

изображении штрихов тест-объекта 4.

Управление ПЗС 6 осуществляется син- хрогенератором 15. Генератор 16 формирует импульсы, поступающие на формирователь 17 импульсов, на выходе которого формируются последовательности фазных импульсов. Счетчик 18 формирует временной интервал, длительность которого определяет время наполнения зарядов с ПЗС 6. Дешифратор 19 выделяет временной

интервал, з течение которого осуществляется наполнение зарядов в ПЗС 6, а также дополнительные импульсы синхронизации. Блок 20 ключей фоомирует фазные последовательности импульсов. Фазные последовагельности импульсов и дополнительные импульсы усиливаются усилителями 21м поступают на входы ПЗС 6.

Периодический видеосигнал, снимаемый с ПЗС 6, поступает на полосовые фильтры 7, 10. Полосовой фильтр 7 выделяет из периодического видеосигнала измерительную гармоническую составляющую, частота которой определяется соотношением

45

где Тизм - частота измерительной гармонической составляющей;

fB - частота формирования периодического видеосигнала;

L - общая длина фоточувствительных площадок ПЗС;

I - период нанесения штрихов тест-объ- екта;

/3 - увеличение оптической системы.

Считывание зарядов из сдвигового регистра ПЗС 6 осуществляется непосредственно после переписи зарядов из

светочувствительного регистра ПЗС б в сдвиговый регистр.

Заканчивается считывание зарядов из сдвигового регистра ПЗС 6 непосредственно перед переписью зарядов из светочувст- вительного регистра ПЗС 6 в сдвиговый регистр.

Полосовой фильтр 10 выделяет из периодического сигнала нормирующего гармоническую составляющую, частота которой определяется из соотношения

fon Kfe,

где fon -частота нормирующей гармониче- ской составляющей;

К - номер гармонической составляющей (К 1,2 ... п);

fB - частота формирования периодического видеосигнала.

В качестве нормирующей гармонической составляющей выбирается первая, вторая, третья гармоническая составляющая.

Пример. При использовании ПЗСтипа 1200 ЦЛ2 тест-объекта с пространственной частотой штрихов 60 мм 1, что соответствует периоду I 0,017 мм, частота опроса ПЗС 62 Гц, частота измерительной гармонической составляющей равна 18 кГц, частота нормирующей гармонической „составляю- щей равна 62, 124 или 186 Гц.

Максимальная амплитуда измерительной гармонической составляющей запоминается в каждом цикле опроса ПЗС 6 или интегрируется в блоке 8 выделения макси- мальной амплитуды или интегрального значения с помощью пикового детектора или путем детектирования детектором и интегрирования интегратором.

Максимальная амплитуда нормирую- щей гармонической составляющей запоминается в каждом цикле опроса ПЗС б пиковым детектором 11.

После опроса ПЗС б дешифратор 19 формирует импульс, запускающий ждущий мультивибратор 22. По импульсу, формируемому ждущим мультивибратором 22, осуществляется запоминание сигналов, формируемых на выходе блоков 8, 11 в ДЗУ 9, 12.

Импульсный сигнал, формируемый ждущим мультивибратором 22, запускает ждущий мультивибратор 23, являющийся элементом временной задержки. По заднему фронту импульса, формируемому жду- щим мультивибратором 23, запускается ждущий мультивибратор 24. Импульсом, формируемым ждущим мультивибратором 24, осуществляется сброс пиковых детек.ора или интегратора, входящих в блок 3 и пикового детектора 11.

Таким о бразом, в каждом цикле формирования периодического видеосигнала, снимаемого с ПЗС 6, осуществляется измерение и запоминание максимальных амплитуды или интегрального значения измерительной и максимальной амплитуды нормирующей гармонических составляющих периодического видеосигнала.

Запомненные значения сигналов поступают на вход блока 13 деления напряжения. Результат деления отображается на индикаторе 14.

Блок 13 деления напряжений осуществляет деление величины постоянного напряжения, формируемого на выходе ДЗУ 9, на величину постоянного напряжения, формируемого на выходе ДЗУ 12.

Величина постоянного напряжения, формируемого на выходе ДЗУ 9, связана с амплитудой измерительной гармонической составляющей, формируемой на выходе полосового фильтра 8, или его интегрального значения, которая в свою очередь связана с коэффициентом передачи модуляции контролируемой оптической системы 25 мощностью потока излучения, формируемого осветителем 1.

Величина постоянного напряжения, формируемого на выходе ДЗУ 12, связана с мощностью потока излучения, формируемого осветителем 1, и не зависит от коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы 25 на измерительной пространственной частоте, т.к. длина фоточувствительных площадок ПЗС 6 много больше периода штрихов тест-объекта 4.

Пример. При использовании ПЗС типа 1200 ЦЛ2 с длиной светочувствительных площадок 24 мм, что соответствует нормирующей пространственной частоте, равной 0,2 мм , приведенной к плоскости предмета контролируемого объектива, при увеличении контролируемого объектива 25 крат и выделении первой гармонической составляющей периодического видеосигнала.

На пространственной частоте, равной 0,2 (лин./мм), коэффициент передачи модуляции контролируемого объектива 25 близок к единице и не зависит от его коэффициента передачи модуляции на измерительной пространственной частоте, равной, например, для объектива типа Индустар 96- У 60 мм (лин/мм).

Отношение измерительной пространственной частоты к нормирующей пространственной частоте равно 60/0,2 120. что позволяет использовать в качестве нормирующей вторую, третью гармонику периодического видеосигнала, снимаемого с ПЗС типа 1200 ЦЛ2.

Длина группы штрихов тест-объекта должна находиться в пределах 0,2...2 мм с периодом штрихов 0,017 мм.

Результат деления постоянных напряжений отображаемого индикатором 14 зависит только от коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы 25 и не зависит от мощности потока излучения, формируемого осветителем 1.

Добротность полосового фильтра 7 устанавливают от пяти до пятнадцати при количестве штрихов тест-объекта 4 равным или большим четыре. При этсм одиночный выброс, связанный с локальным дефектом ПЗС и, вызывает на выходе полосового фильтра 7 незначительный отклик, амплитуда которого меньше амплитуды измерительной гармонической составляющей (фиг. 2).

При выделении измерительной гармонической составляющей амплитуда сигнала на выходе полосового фильтра с каждым периодом тест-объекта 4 увеличивается, достигая максимального значения вблизи окончания огибающей видеосигнала. Максимальная амплитуда затем измеряется, за- поминается и обрабатывается в определенные временные промежутки или интегрируется.

Быстродействие измерений равно одному циклу формирования периодического сигнала с ПЗС 6.

Реализация способа возможна другим устройством, построенным нэ цифровых элементах.

Так, например, операция по выделению гармонической составляющей может быть реализована на основе цифровых фильтров.

Реализация операций измерения максимальной амплитуды может быть осуществлена на базе АЦП и блока нахождения максимального кода, операция по запоминанию максимального значения в конце цикла опроса ПЗС 6 может быть реализована на основе буферного регистра. Блок 13 деления напряжений может быть реализован как блок деления кодов чисел.

Использование способа позволяет повысить точность измерения при наличии единичных дефектов светочувствительных площадок линейного прибора с зарядовой связью и кратковременных электрических помехах.

Формула изобретения

1, Способ измерения коэффициента передачи модуляции оптической системы, заключающийся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической системы изображение тест-объекта в виде группы штрихов, преобразуют

распределение освещенности в изображении тест-объекта в периодический видеосигнал с помощью линейного прибора с зарядовой связью, выделяют полосовым фильтром из периодического видеосигнала

измерительную гармоническую составляющую с частотой, равной частоте высокочастотной измерительной огибающей периодического видеосигнала, о т л и чающийся тем, что. с целью повышения

точности измерения при наличии единичных дефектов светочувствительных площадок линейного прибора с зарядовой связью и помехозащищенности, измеряют максимальную амплитуду измерительной гармонической составляющей периодического видеосигнала в каждом цикле его формирования или производят его интегрирование, запоминают измеренную максимальную амплитуду или интегральное

значение измерительной гармонической составляющей в конце каждого цикла формирования периодического видеосигнала, а по величине запомненной максимальной амплитуды или интегрального значения измерительной гармонической составляющей судят о величине коэффициента передачи модуляции оптической системы.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что устанавливают добротность полосового фильтра, выделяющего измерительную гармоническую составляющую из периодического видеосигнала, в пределах от пяти до пятнадцати, в количество штрихов тест-объекта выбирают равным или

больше четырех.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем, что частоту измерительной гармонической гизм составляющей определяют из соотношения

Тизм

где fB - частота формирования периодиче- ского видеосигнала;

L - общая длина фоточувствительных площадок линейного прибора с зарядовой связью;

I - период нанесения штрихов тест-объ- екта;

/3 - увеличение оптической системы.

Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения: осветитель 1 освещает тест-объект 4, выполненный в виде группы штрихов. Контролируемый объектив 25 осуществляет по7 строение изображения тест-объекта на светочувствительных площадках прибора 6 с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС 6 управляется синхрогенератором 15. Видеосигнал, формируемый на выходе ПЗС 6, поступает на входы полосовых фильтров 7 и 10. Блок 8 выделения максимальной амплитуды или интегрального значения и пиковый детектор 11 выделяют максимальную амплитуду или интегральное значение информационного и нормирующего сигнала. Динамические запоминающие устройства 9 и 12 запоминают измерительный и нормирующий сигналы. Блок 13 деления напряжений осуществляет деление измеоительного сигнала на нормирующий. Индикатор 14 индицирует величину коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. сл С