Устройство для измерения частотно-контрастных характеристик объективов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Совет скин

Социалистические

Республик (11), 873001 (61 } Дополиительиое к авт. свид-ву— (22}Запвлеио 05.09.79 (21) 2815463/18-10 с присоединением заявки РЙ— (23 } П риоритет—

Опубликовано 15. 10. 81. Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 17. 10.81 (51)М. Кл.

О 01 М 11/00 эеудеретинны11 квинтет

СССР ао лелем нзобретеннй н етеритня (53) УДК 535 317 .7 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ф . Ъ л

В.И. Руфанов, К.Ф. Прокофьева т(Л.Ф ;..Охатткин,.,, 1

" .. . )

,1

У

3 (71} Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНО-КОНТРАСТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ОБЬЕКТИВОВ

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть. использовано в устройствах, определяющих 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, ймеющую планетарное вращение, оптику переноса изображения, анализирующую щель в фокальной плоскости коллиматора, измеряемый объектив, микрообъектив, фотоэлектронный умножитель и блок обработки и регистрации сигналов (1).

Недостатком такого прибора является ограниченный спектральный .диапазон измерения ЧКХ иэ-за применения в схеме проекционной системы, состоящей из микрообъектива и трансформатора с малыми аберрациями в ограниченном спектральном диапазоне. Учитывая, что при измерении ЧКХ объекты»

2 вов в окончательный результат нельзя вносить поправку эа счет ЧКХ реаль-ных систем проекционной оптики, так как аберрации могут компенсироваться или складываться с аберрациями измеряемого объектива, то необходимо иметь проекционную оптику, рассчитанную с весьма малыми аберрациями в широком 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 част5 тотно-фазовой характеристики.

Известно, что для измерения частотно-фазовой характеристики маски с одной пространственной частотой целесообразно устанавлива гь в двух

20 рядах со сдвигом фазы на 1/4 периода. 2 ).

° ° аиболее близким техническим pemeнием к изобретению является устройст3 8 во цля измерения ЧКХ объективов, содержащее последовательно установлен;ные осветитель, коллиматор с узкой щелью, расположенной в его фокапьной плоскости, измеряемый объектив, микрообъектив, синусоидальные маски с различными пространственными частотами; приемник лучистой энергии, соединенный с блоком электронной обработки сигналов $3).

Недоста."ком 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 отсутст. вие возможности измерения частотноФазовой характеристики эа счет сканирующего 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 последовательI но установленные осветитель, коллиматор со щелью, расположенной в его

Фокальной плоскости, испытуемый объектив, анализирующую систему с синусоидальными МасКаМН с переменными 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, соответствующей двойной амплитуде синусоиды, и содержат целое число периодов, причем маски расположены в фокальной плоскости испытуемого объектива и соединены с механизмом дискретного перемещения, .,предназначенным:для смены частоты.

I

Это позволяет исключить из схемы микрообъектив, вносящий хроматизм в широком спектральном диапазоне.

Короткое время свечения импульсной лампы 1/IOQO с при большой ее мощности позволяет производить фиксацию сигнала за время, меньшее времени вибрационных шумов, что приводит к повышению точности работы устройст: ва. Замена сканирующего способа измерения сигнала статическим, когда

73001 4 маски неподвижны в процессе измерения, позволяет упростить конструкцию устройства и измерять частотнофаэовую характеристику.

На фиг.! приведены функциональ1 ная схема устройства и вид синусоидальных масок; на фиг.2 — принцип действия шарнирного механизма.

- Все элементы устройства базируются на основании 1 и содержат жестко связанные с ним осветитель, состоящий из лампы накаливания 2, импульсной лампы 3, укрепленных в направляющих 4, оптический фильтр 5, кон15 денсор б и шаровой отражатель 7 с диффузным покрытием внутренних стенок.

Осветитель служит для освещения узкой щели 8, расположенной в фокальной плоскости 9 объектива коллиматора 10. щ Под прямым углом к плоскости основания 1 укреплена ось вращения(на фиг.l не приведена), геометрическая ось которой проходит через точку О.

С этой осью жестко соединен хвостовик

zs 11, посадочная плоскость которого параллельна плоскости основания 1. .В направляющих 12, укрепленных на хвостовике 11, помещена плита 13 на которой смонтированы измеряемый объектив 14, устанавливаемый в направляющих 15, каретка 16 — в направляющих 17, скрепленных с плитой 13.

В направляющих !8, скрепленных с кареткой 16, помещена рамка 19 в которой смонтированы в одной плоскости синусоидальные маски 20, светлый прямоугольник 2! и базовый биссектор

22 (фиг.!). Синусоидальные маски 20 состоят as светлых н темных зубцов синусоидальйой Формы. Маски имеют разную .пространственную частоту зубцов, ограниченных равными площадями прямоугольников при равной высоте, соответствующей двойной амплитуде

45 синусоиды, и содержаг целое число периодов. Светлый прямоугольник 21 имеет площадь, равную площади светлых зубцов маски при высоте, равной амплитуде, и ширине, равной ширине маски.

Базовый биссектор 22 состоит из двух

50 /

Ф узких темных полос на светлом фоне.

Плоскость рамки !9 параллельна гео-, метрической оси О. Эта рамка связана с механизмом дискретного перемещения 23, который состоит из мотора и механизма, создающего прерывистое. поступательное движение, например, типа мальтийского креста или кулачка фасонного профиля. Иеханизм дискретно8730

Т(И) = A/F<,.

ro перемещения 23 связан с блоком электронной обработки сигнала 24. В направляющих 25, скрепленных с основа-! нием 1 и установленных параллельно его плоскости, помещена плита 26.

Csepxy плиты 26 в направляющих 27 укреплена плита 28, на которой смонтированы приемник лучистой энергии в виде блока фотодиодов 29, жестко связанный с микроскопом 30. Элементы 1о

29 и 30 могут перемещаться в направ ляющих 3! и последовательно заниматьрабочее положение на оптической оси коллиматора, что обеспечивается упорами 32. Блок фотодиодов 29 связан с источником питания 23 и блоком электронной 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 !

6 не жестко связана с плитой 24 посредством шарнирного механизма 34, обеспечивающего постоянное положение .центра маски на -оптической оси коллиматора при повороте плиты 13 относи- тельно геометрической оси 0 на угол поля зрения (Ь . Микрометрические .винты 35-37 обеспечивают перемещения относительно геометрической оси 0 в последовательном порядке измеряемого объектива 14, плиты 28 и нлиты.!3 °

Работа на приборе осуществляется 3s в следующей последовательности.

Включается лампа 2, базовый биссектор 22 (фиг.1) выводится на оптическую ось объектива коллиматора 10 посредством механизма дискретного 4о перемещения 23. Микроскоп 30 устанавливается в рабочее положение— выводится на оптическую ось коллиматора. Наблюдая в микроскоп 30, производится фокусировка на линии базового 5 биссектора 22, т.е. совмещается их изображение с перекрестием сетки нитей ьыкроскопа 30. Измеряемый объектив 14, предварительно провереннйй на качество центрирования линз, устанавливается в оправе направляющих

15. Поворачивается измеряеиый объектив 14 вокруг его оптической оси до положения, когда отметка на ием, соответствующая найравленыо "хвоста" комы, расположена справа от наблюдателя. Наблюдая в микроскоп 30, нраизводится фокусировка биссектора 22 измеряемым объективом 14 изобрааения !

01 6 узкой щели 8 в плоскости базового бйс- сектора. Затеи производится совмещение задней узловой точки измеряемого объектива 14 с геометрической осью

О. Это выполняется посредством микрометрического винта 37, продольно перемещающего плиту 13 и шарнирно соединенную с ней плиту 28. Наблюдая в ми" кроскоп 30, добиваются неподвижности изображения щели 8 относительно пере" крестия нитей сетки микроскопа 30 при поворотах на небольшие углы + P плиты !

3 вокруг геометрической оси О. После указанных действий производится изме-. рение фокусировочных кривых в центре поля зрения. Фокусировочная кривая является зависимостью коэффициента передачи контраста Т от положенияплоскости Ь,перпендикулярной к оптической оси (a данном случае плоскости синусоидальной маски ), отсчитанного от посадочного торца измеряемого объектива в участке, включающем максимальный коэффициент передачи контраста при заданной частоте синусоидальной маски Й. Фокусировочные кривые, и4меренные 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 Р.

Измеряемый объектив 14 сфокусирован на линии базового бнссектора 22.

Механизм дискретного перемещения

23 получает команду от блока элект-. ронной обработки сигнала 24 на установку в рабочее положение первой пары синусоидальных масок с частотой

К,!(фнг,!). Подается команда от блока электронной обработки сигнала 24 на включение импульсной лампы 3. Два электрических импульса от блока фотоднодов 29, пропорциональные световым потокам от изображения узкой щели 8 в пределах масок М1,поступают в память блока электронной обработки сигнала 24. Аналогичным путем запоминается импульс, прошедший от изображения щели в пределах светлого прямоугольника 21. В блоке электронной обработки сигнала 24 вычисляется коэффициент передачи контраста Т по следующим формулам

73001 8 сок 20 (фиг.1), определяет фазовый сдвиг . Этот сдвиг, обусловленный дисторсией ф и комой 4 измеряемого объекта 14 вычисляется по формуле

5 Fg -Fo

9=9 -q =arccos

О. А

Частотно-фазовая характеристика ойределяется из полученных значений электрических импульсов, соответствующих световым потокам Г g F2 и Fgi

Так как центр синусоидальнай маски

20 в пределах угла поля зрения всегда находится на оптической оси коллиматора (фиг.2), то отклонение изображения узкой щели от его положения, соответствующего центральной амплитуде верхнего ряда синусоидальных ма7 8 где F H F — световые потоки, прошедшие через верхнюю и нижнюю маски Й1, F — световой поток, прошедший через светлый прямоугольник 21 и соответствукиций постоянной составляющей.

Аналогичным путем вычисляются величины Т(Й) дпя последовательного ряда частот масок 20. Такой же процесс повторяется для ряда равных смещений плоскости масок 20 вдоль оптической оси измеряемого объектива

14. Смещения составляют величины

0,010,1 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 фокусировочных кривых, когда узкая щель 8 и каретка 16 с синусоио дальными масками, повернута на 90

Эти фокусировочные кривые соответствуют условно сагиттальному сечению пучка, проходящего через измеряемый объектив 14 в отличие от предыдущих фокусировочных кривых, соответствующих меридиальному сечению. По графикам полученных зависимостей

T(N,S) выбирается плоскость фокусировки измеряемого объектива 14 относительно его посадочного торца, соответствующая оптимальным значениям коэффициента передачи контраста Т.

Зависимость T(N) построенная для этой плоскости, является ЧКХ для данной плоскости. Эта ЧКХ принимается за ЧКХ для данного объектива в центре поля зрения =О. Измерение ЧКХ по полю зрения сводится к определе. нию значений Т(Й) в положениях, когда плита 13 повернута на угол Pi (фиг.2) вокруг геометрической оси О.

Все поле зрения разбивается на равное число таких углов. l0 !

Для симметричного пятна раэмытия изображения щели (малой комы) имеем

fo i=ord, О

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, измеряет ЧКХ объективов в широком спектральном интервале, необходимом для практики с повышенной точностью, а также частотно-фазовую характеристику, позволяющую более полно оценить качество изображения измеряемого объектива.

Формула изобретения

Устройство для измерения частотноконтрастных характеристик объективов, содержащее последовательно установленные осветитель, коллиматор со щелью, расположенной в его фокальной плоСкости, испытуемый объектив, анализирующую систему с синусоидальными масками с переменными пространственными частотами, фотоприемное устройство с блоком электронной обработки сигналов и микроскоп, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона, повышения точности измерения и обеспечения возможности измерения частотнофазовой характеристики, маски анализирующей системы установлены неподвижно, выполнены 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 механиэмо14 дискретного перемещения, предназначенным для смены частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Проспект английской фирмы

ВееМ Еros Optiса1 trans1еr measuring

egipment for iensand System evaluation", прибор егоs-100", 1969, 2. Арр1i ed Opt i cs, 1968, У 6, р.54.

3. Установка "Акофам" фирмы "Матра" для измерения ЧКХ объективов в видимой и инфракрасной части спектра. Обзорная информация, сер. "Кинофототехника", вып. 21, M., 1976.

873.001

2а

16 8

Составитель 3. Лычкова

Ред4атор Л. Копецкая Техред A.Çàáèíeö Корректор Г. Назарова

Заказ 9015 63 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4