Устройство для измерения частотно-контрастных характеристик объективов Советский патент 1981 года по МПК G01M11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНО-КОНТРАСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТИВОВ

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах, опреде- лякнцих контрастные свойства объективов по их частотно-контрастным характеристикам (чкх). Известен ряд устройств для измерения ЧКХ, содержащих последовательно установленные осветитель, радиальную миру в форме узкого кольца, имеющую планетарное вращение,оптику п реноса изображения анализирующую щель в фокальной плоскости коллиматора, измеряемый объектив, микрообъектив, фотоэлектронный умножитель и блок обработки и регистрации сигналов- j Недостатком такого прибора является ограниченный спектральный диапазон измерения ЧКХ из-за Применения в схеме проекционной системы, состоя щей из микрообъектива и трансфовматора с малыми аберрациями в orpaimченном спектральном диапазоне. Учиты вая, что при измерении ЧКХ объектрг ВОВ в окончательный результат нельзя вносить поправку за счет ЧКХ реальных систем проекционной оптики, так как аберрации могут компенсировать- . ся или складываться с аберрациями измеряемого объектива, то необходимо иметь проекционную оптику, рассчитанную с весьма малыми аберрациями в щироком спектральном диапазоне, например 0,4-1 мкм, а это практически невыполнимо. Кроме того, к недостаткам прибора относятся ошибки, вно-, симые за счет непостоянства периода миры на заданной частоте, а также отсутствие возможности измерения частотно-фазовой характеристики. Известно, что для измерения частотно-фазовой характеристики маски с одной Пространственной частотой целесообразно устанавливать в двух рядах со сдвигом фазы на /4 периодаГ2. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения ЧКХ объективов, содержащее последовательно установленГные осветитель, кoлJ имaтop с узкой щелью, расположенной в его фокальной плоскости, измеряемый объектив, микрробъектив, синусоидальные маски С различными пространственными часто .тами приемник лучистой энергии, соединенный с блоком электронной обработки сигналов З. Недостатком этого устройства является ограниченный спектральный диапазон измерения ЧКХ из-за применения в схеме микрообъектива, снижение точности измерения вследствие малой виброустойчивости, сложность принципа устройства, а также отсутс - вие возможности измерения частотнофазовой характеристикиза счет скан рующего перемещения синусоидальной маски. Цель изобретения - расширение спектрального диапазона, повышение точности измерения и обеспечение возможности измерения частотно-фазовой характеристики при простой реализации конструкции. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения ЧКХ объектива, содержащем последователь но установленные осветитель, коллиматор со щелью, расположенной в его фокальной плоскости, испытуемый объ ектив, анализирующую систему с сину соидальными MacKaijra с переме1 ными пространственными частотами, фотоприемное устройство с блоком элект;ронной обработки сигналов и микроскоп, маски анализирующей системы установлены неподвижно и выполнены так, что имеют равную площадь при равной высоте, соответствзтащей двой ной амшштзще синусоиды, и содержат целое число периодов, причем маски расположены в фокальной плоскости испь1туемого объектива и соединены с механизмом дискретного перемещени ,предназначенным, для смены частоты. I - . - , Это позволяет исключить из схемы микрообъектиа, вносяцрй хроматизм в широком спектральном диапазоне. Короткое время свечения импульсной лампы 1/10QO с при большой ее мощн ти позволяет производить фиксацию сигнзЕла за время, меньшее времени вибрационных шумов, что приводит к повьшению точности работь устройст ва. Замена сканирующего способа из мерения сигнала статическим, когда 14 аски неподвижны в процессе измеения, позволяет упростить конструкию устройства и измерять частотноазовую характеристику, На фиг.1 приведены функциональая схема устройства и вид синусоиальных масок; на фиг.2 - принцип ействия шарнирного механизма. . Все элементы устройства базируютя на основании 1 и содержат жестко вязанные с ним осветитель, состояий из лампЬг накаливания 2, импульс:ой лампы 3, укрепленных в направяющих 4, оптический фильтр 5, конденсор 6 и шаровой отражатель 7с диффузным покрытием внутренних стенок. Осветитель служит для освещения узкой щели 8, расположенной в фокальной плоскости 9 объектив.а коллиматора 0. Под прямым углом к плоскости основания 1 укреплена ось вращения (на фиг.1 не приведена), геометрическая ось которой проходит через точку 0. С этой осью жестко соединен хвостовик 11, посадочная плоскость которого параллельна плоскости основания 1. В направлякидих 12, укрепленных на хвостовике 11, помещена плита J3, на которой смонтированы измеряемый объектив 14, устанавливаемый в направляющих 15, каретка 16 - в направляющих 17, скрегшенных с шштой 13. В направляющих 18, скрепленных с кареткой 16, помещена рамка 19, в которой смонтированы в одной плоскости синусоидальные маски 20, светлый прямоугольник 21 и базовый биссектор 22 (фиг.1). Синусоидальные маски 20 состоят из светлых и темных зубцов синусоидальной формы. Маски имеют разную пространственную частоту зубцов ограниченных равными площадями прямоугольников при равной высоте, соответствуняцей двойной амплитуде синусоиды, и содержат целое число периодов. Светлый прямоугольник 21 , имеет площадь, равную площади свет1н.1х маски при высоте, амплитуде, и ширине, равной ширине маски. . Базовый биссектор 22 состоит из двух узких темных полос на светлом фоне. Плоскость рамки 19 .параллельна геометрической оси 0. Эта рамка связана с механизмом дискретного перемещения 23, который состоит из мотора и мехаш1зма, создающего прерывистое поступательное движение, например, типа мальтийского креста или кулачка фасонного профиля. Механизм дискретного перемещения 23 связан с блоком электронной обработки сигнала 24. В направляющих 25, скреплённых с основ нием 1 и установленных параллельно его плоскости, помещена плита 26. Сверху плиты 26 в направляющих 27 укреплена плита 28, на которой смонт рованы приемник лучистой энергии в виде блока фотодиодов 29, жестко связанный с микроскопом 30. Элементы 29 и 30 могут перемещаться в направляющих 31 и последовательно занимать рабочее положение на оптической оси коллиматора, что обеспечивается упор ми 32. Блок фотодиодов 29 свяГзан с источником питания 23 и блоком элект ронной обработки сигналов 24.и предназначен для фиксации и обработки поступающих сигналов с блока фотоДиодов 29, а также для подачи команд на механизм дискретного перемещения 23 и на работу ламп 2 и 3. Каретка 16 не жестко связана с плитой 24 посредством шарнирного механизма 34, обеспечивающего постоянное положение центра маски на оптической оси колли матора при повороте шшты 13 относительно геометрической оси О на угол поля зрения (i . 6 кpoмeтpичecкиe винты 35-37 обеспечивают перемещения относительно геометрической оси О в последовательном порядке измеряе-мого объектива 14, плиты 28 и плиты. 13. Работа на приборе осуществляется в следукщей последовательности. Включается лампа 2, базовый биссектор 22 (фиг.1) выводится на оптическую ось объектива коллиматора 10 посредством мез анизма дискретного перемещения 23. Микроскоп 30 устаиавливается в рабочее положение выводится на оптическзпо ось коллиматора. Наблюдая в микроскоп 30, произ водится фокусировка на линии базовог биссектора 22, т.е. совмещается их изображение с перекрестием сетки нитей ьшкроскопа 30. Измеряемый объектив 14, предварительно провереншлй на качество центрирования линз, уста навливается в оправе направляющих 15. Поворачивается измеряеми объектив 14 вокруг его оптической оси до положения, когда отметка на нем, соответствз лцая направленшо хвоста КОМЫ, расположена справа от наблюдат ля. Наблюдая в микроскоп 30, производится фокусировка биссектора 22 измеряемым объективок 14 изобраясешга 16 узкой щели 8 в плоскости базового биссектора. Затем производится совмещение задней узловой точки измеряемого объектива 14с геометрической осью 0. Это выполняется посредством микрометрического винта 37, продольно перемещающего плиту 3 и шарнирно соединенную с ней штату 28. Наблюдая в микроскоп 30, добиваются неподвижности изображения щели 8 относительно перекрестия нитей сетки микроскопа 30 при поворотах на небольшие углы + и плиты 13 вокруг геометрической оси 0. После, указанных действий производится изме-. рение фокусировочных кривых в центре поля зрения. Фокусировочная кривая является зависимостью коэффициента передачи контраста Т от положения плоскости Б перпендикулярной к оптической оси IB данном случае плоскости синусоидальной маски ), отсчитанного от посадочного торца измеряемого объектива в участке, включакн ем максимальный коэффициент передачи контрас- та при заданной частоте синусоидальной маски N. Фокусировочные кривые, измеренные для ряда последовательных по величине частот, составляют семейство кривых зависимости T(N,S). Процесс измерения сводится к следующему. Узкая щель 8 и линии базового биссектора 22 устанавливаются под прямым углом к плоскости основания Г, Измеряемый объектив 14 сфокусирован на лигши базового биссектора 22. Механизм дискретного перемещения 23 получает команду от блока элект.- ройной обработки сигнала 24 на установку в рабочее положение первой пары синусоидальных масок с частотой .О. Подается команда от блока электронной обработ1дй сигнала 24 на включение импульсной лампы 3. Два электрических ш пульса от блока фотодиодов 29, пропорцнональшде световым потокам от изображения узкой щеи 8 в пределах масок Hf, поступают в память блока электрЬннс обработки сигнала 24, Аналогичным путем запоминается импульс, прошедший от изобраения щеля в пределах светлого пряоугольника 21. В блоке электронной бработки сигнала 24 вычисляется оэффициент передачи контраста Т о следующим формулам T(N)A/Fo; A--VCF -Fo 4(F2-Fo)S где F. и F световые потоки, прошедшие через верхнюю и нижнюю маски N световой поток, прошед ший через светлый прямоугольник 21 и соответствующий постоянной составляющей. Аналогичным путем вычисляются величины T(N) дпя последовательного ряда частот масок 20. Такой же процесс повторяется дпя ряда равных смещений плоскости масок 20 вдоль оптической оси измеряемого объектива 14, Смещения составляют величины OjOl-O, мм в пределах 3 мм. По полученным данным указанной зависимости T(N,S) строится график семейства фокусировочных кривых, в котором по оси абсцисс отложена величина S, а по оси ординат T(N). Аналогичным путем получаются данные для построения фокусировочйых кривых, когд узкая щель 8 и каретка 16 с синусоидальными масками ,повернута на 90 , Эти фокусировочные кривые соответствуют условно сагиттальному сечению пучка, проходящего через измеряемый объектив 14, в отличие от предыдущих фокусировочных кривых, соответствующих маридиальному сечению. По графикам полученных зависимостей T(N,S) выбирается плоскость фокусировки измеряемого объектива I4 относительно его посадочного торца, соответствукнцая оптимальным значениям коэффициента передачи контраста Т. Зависимость T(N), построенная для этой плоскости, является ЧКХ дпя данной плоскости. Эта ЧКХ принимает за ЧКХ для данного объектива в центре поля зрения . Измерение ЧКХ по полю зрения сводится к определе. нию значений Т(Н) в положениях, ког да плита 13 повернута на угол р (фиг.2) вокруг геометрической оси 0 Все поле зрения разбивается на равн число таких углов. Частотно-фазовая характеристика определяется из полученных значений соответств электрических импульсов, F и F/1ЩХ световым потокам F. , г 2 и TQ Так как цен-Рр синусоидальной маски 20 в пределах угла поля зрения всег находится на оптической оси коллима тора (фиг.2), то отклонение изображения узкой щели от его положения, соответствующего центральной амплит де верхнего ряда синусоидальных ма18ок 20 (фиг.1), определяет фазовый двиг . Этот сдвиг, обусловленный исторсией РрИ комой Y/i измеряемого бъекта 14 вычисляется по формуле --. J° Для симметричного пятна зображения щели (малой комы) имеем l fol-arctp-l. . предлагаемое устройство имеет ростую конструкцию, измеряет ЧКХ бъективов в широком спектральном нтервале, необходимом для практики повьщтенной точностью, а также часотно-фазовую характеристику, позоляющую более полно оценить качесто изображения измеряемого объектива. Формула изобретения Устройство для измерения частотноонтрастных характеристик объективов, содержащее последовательно установленные осветитель, коллиматор со щелью, расположенной в его фокальной плоькости, испытуемый объектив, анализируквцую систему с синусоидальными масками с переменными пространственными частотами, фотоприемное устройство с блоком электронной обработки сигналов и микроскоп, отличающееся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона, повышения точности измерения и обеспечения возможности измерения частотнофазовой характеристики, маски анализирующей системы установлены неподвижно, вьшолнены так, что имеют равную площадь при,равной высоте, соответствующей двойной амплитуде синусоиды, и содержат целое число периодов, причем маски расположены в фокальной плоскости испытуемого объектива и соединены с механизмо; дискретного перемещения, предназначенным для смены частоты. Источ шки информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Проспект английской фирмы Beek Eros Optical transfer measuring egipment for lensand System evaluation, прибор Eros-100, 1969, 2,Applied Optics, 1968, № 6, p.54. 3. Установка Акофам фирмы Матpa для измерения ЧКХ объективов в видимой и инфракрасной части спектра. Обзорная информация, сер. Кинофототехника, вып, 21, М,, 1976,