Способ контроля качества изображения оптической системы

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения: источник 1 света направляет пучки лучей на тест-объект 2. Изображение тестобъекта 2 проецируется контролируемой оптической системой 13 на линейный лрибор 3 с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС 3 управляется синхрогенератором 4. На выходе ПЗС формируется видеосигнал, содержащий высокочастотную и низкочастотную гармонические составляющие. Высокочастотная гармоническая составляющая выделяется из видеосигнала полосовым фильтром 5, детектируется детектором 7, сглаживается фильтром 9 нижних частот. Низкочастотная гармоническая составляющая выделяется из видеосигнала полосовым фильтром 6, детектируется детектором 8, сглаживается полосовым фильтром 10. Соотношение амплитуд высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих видеосигнала измеряется блоком 11 измерения соотношения и индицируется индикатором 12. 1 з.п, ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 M 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

12. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914135/10 (22) 02.01.91 (46) 07.11.92. Бюл. ¹ 41 (71) Научно-производственное объединение

"Оптика" и Феодосийский оптический завод (72) Т.М.Айсин, И.Н.Кочанов, С.Д,Тауснев и Ф.П.Хлебников (56) 1. Заявка Великобритании № 1491223, кл. G 01 М 11/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 1522062, кл. G 01 М 11/02, 1988, (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения: источник 1 света направляет пучки лучей на тест-объект 2. Иэображение тестобъекта 2 проецируется контролируемой on„., Ы„, 1774208 А1 тической системой 13 на линейный прибор

3 с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС 3 управляется синхрогенератором 4. На выходе ПЗС формируется видеосигнал, содержащий высокочастотную и низкочастотную гармонические составл я ющие. В ысокочастотна я гармоническая составляющая выделяется из видеосигнала полосовым фильтром 5, детектируется детектором 7, сглаживается фильтром 9 нижних частот. Низкочастотная гармоническая составляющая выделяется из видеосигнала полосовым фильтром 6, детектируется детектором 8, сглаживается полосовым фильтром 10. Соотношение амплитуд высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих видеосигнала измеряется блоком 11 измерения соотношения и индицируется индикатором 3

1774208

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле качества изображения различных оптических систем, например проекционных объективов.

Известен способ контроля качества изображения оптической системы, заключающейся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической системы изобра>кение тестобъекта, формируют электрический сигнал, выделяют высокочастотную гармоническую составляющую электрического сигнала (1), Недостатком способа является невысокая надежность устройства, его реализующего, связанная с необходимостью проводить пространственную фильтрацию изображения тест-объекта вращающимися пространственным фильтром, выполненным в виде растровой решетки, нанесенной на диск, вращаемый электродвигателем.

Изменение скорости вращения диска приводит к изменению частоты высокочастотной гармонической составляющей элекгрического сигнала, что приводит к дополнительной погрешности контроля, Изменение чувствительности ФЗУ приводит к погрешности измерений.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля качества изображения оптической системы, заключающейся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической системы изображение тестобъекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение освещенности в изобра>кении тест-объекта с помощью прибора с зарядовой связью в видеосигнал, выделяют из видеосигнала высокочастотную гармоническую составляющую с частотой, равной частоте высокочастотной огибающей видеосигнала (2).

Недостатком способа является появление погрешности контроля при изменении светопропускания контролируемого объектива, например при измерении диаметра диафрагмы.

Изменение потока излучения, проходящего через контролируемый объектив, приводит к изменению амплитуды высокочастотной гармонической СОставля ощей видеосигнала, что эквивалентно изменению качества изображения контролируемой оптической системы, т.к. амплитуда высокочастотной гармонической составлжощей видеосигнала является критерием качества изображения контролируемой оптической системы.

Увеличение амплитуды высокочастотной гармонической составляющей при постоянном потоке излучения, проходящем через контролируемый объектив, свидетельствует об увеличении коэффициента передачи модуляции (КПМ) контролируемой оптической системы, т,е. улучшении качества и зоб раже н ия.

Уменьшение амплитуды высокочастотной составля ощей при постоянном потоке излучения, проходящем через контролируемый объектив, свидетельствует об уменьшении коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы, т,е. ухудшений качества иэображения.

Изменение потока излучения, проходящего через контролируемую оптическую систему, возможно при изменении потока излучения источника света, запыленности оптики.

Изменение амплитуды высокочастотной гармонической составляющей происходит также при изменении интегральной чувствительности фоточувствительных ячеек прибора с зарядовой связью при изменении температуры, Целью изобретения является повышение точности контроля при изменяющейся величине светопропускания контролируемой оптической системы и измененли температуры, Указанная цель достигается тем, что в способе контроля качества изображения оптической системы, заключающемся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической системы изобра>кение тест-объекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение освещенности в изображении тестобъекта с помощью линейного прибора с зарядовой связью в периодическил видеосигнал, выделяют из периодического видеосигнала высокочастотную гармоническую составляющую с частотой, равной частоте высокочастотной огибающей периодического видеосигнала, изображение тест-объекта проецируют на линейный прибор с зарядовой связью таким образом, чтобы протяженность изображения тест-объекта не превышала длины светочувствительной площадки линейного прибора с зарядовой связью, а границы изображения тест-объекта располагались в зоне нахождения светочувствительной площадки линейного прибора с зарядовой связью, выделяют из периодического видеосигнала дополнительный компенсационный сигнал в виде низкочастотной гарамонлческой составляющей с частотой, равной или кратной часготе формирования периодического видеосигнала, измеряют

1774208 амплитуды высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих периодического видеосигнала, а по соотношению амплитуд высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих периоди- 5 ческого видеосигнала судят о качестве изображения оптической системы.

П ротяженность изображения тест-объекта устанавливают иэ соотношения

<—

2 где — протяженность изображения тест-! объекта; 15

L — и ротяжен ность светочу вствител ьной площадки линейного прибора с зарядовой связью, Заявителю не известна совокупность и редложен н ых существен н ых и ризнако в, 20 что указывает на соответствие предложенного технического решения критерию "новизна".

Известно формирование дополнительных сигналов, выделяемых из спектра алек- 25 трического сигнала.

Известны также законы геометрической оптики, позволяющие сформировать иэображение объекта того или иного масштаба. 30

Известны такие различные критерии сравнения сигналов, в том числе и критерий изменения соотношения двух сигналов.

Однако только совокупность предложенных существенных признаков позволя- 35 ет достигнуть цели изобретения — повысить точность контроля при изменяющейся величине светопропускания контролируемой оптичес кой системы и изменении температуры, что указывает на то, что пред- 40 ложен ны е отличител ьные признаки соответствуют критерию "существенные отличия ".

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего спо- 45 соб; на фиг, 2 — конструктивное выполнение тест-объекта; на фиг. 3 — временные Диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных блоков при различном качестве изображения; на фиг. 4 и 5 — расположение 50 изображения тест-объекта относительно прибора с зарядовой связью и временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных блоков, Устройство, реализующее способ, со- 55 держит оптически связанные источник 1 света, тест-объект 2, выполненный в виде многощелевой диафрагмы, прибор 3 с зарядовой связью (ПЗС), синхронизатор 4, выходы которого подключены к ПЗС 3, полосовые фильтры 5 и 6, входы которых подключены к выходу ПЗС 3, детекторы 7 и

8, входы которых подключены к выходам полосовых фильтров 5 и 6, фильтры 9 и 10 нижних частот, входы которых подключены к выходам детекторов 7 и 8, блок 11 измерения соотношения, входы которого подключены к выходам фильтров 9 и 10 нижних частот, индикатор 12, подключенный к выходу блока измерения 11 соотношения.

Контролируется качество изображения оптической системой 13, установленной между тест-объектом 2 и ПЗ С 3.

Способ реализуется следующим образом, Источник 1 света формирует поток излучения, падающий на тест-объект 2, изображение тест-объекта 2 переносится контролируемой оптической системой 13 в плоскость анализа, в которой установлены

ПЗС 3, управляемый синхронизатором 4. На выходе ПЗС 3 периодически формируется видеосигнал, огибающая которого пропорциональна распределению освещенности в изображении тест-объекта 2 на поверхности светочувствительных площадок ПЗС 3.

Сформированный видеосигнал поступает на полосовые фильтры 5 и 6, выделяющие высокочастотную и низкочастотную гармонические составляющие.

Частота высокочастотной гармонической составляющей, выделяемой полосовым фильтром 5 (фиг. 3), связана с частотой высокочастотной огибающей видеосигнала, которая в свою очередь связана с периодом

Т изображения тест-объекта 2, проецируемого на ПЗС 3 (фиг. 4а).

Частота высокочастотной гармонической составляющей также связана с частотой опроса ПЗС 3.

Частота низкочастотной гармонической составляющей видеосигнала, снимаемого с

ПЗС 3 и выделяемой полосовым фильтром 6 (фиг. 3), связана с частотой опроса ПЗС 3.

Амплитуда высокочастотной гармонической составляющей, выделяемой пол эсовым фильтром 5, связана с коэффициентом передачи модуляции (КПМ) контролируемой оптической системы 13, т.е. с его качеством изображения, При повышении коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы 13 амплитуда, высокочастотной гармонической составляющей увеличивается (фиг, 3а), при уменьшении коэффициента передачи модуляции контролируемой оптической системы амплитуда высокочастотной гарм нической составляющей уменьшается (фиг. 36).

Пространственная частота, на которой определяется коэффициент передачи модуляции контролируемой оптической системы, onраделяется периодом между штрихами иэображения тест-объекта 2 (фиг.

2).

Амплитуда низкочастотной гармонической составляющей не зависит от качества изобра>кения контролируемой оптической системы, т.к, пространственная частота, соответствующая низкочастотной гармонической составляющей, определяется расстоянием L, соответствующим длине фоточувствительных площадок ПЗС 3.

Пример. Измерительная пространственная частота анализа в плоскости изображения тест-обьекта 2 равна 5 мм или 10 мм, что соответствует периоду Т штрихов в изображении тест-обьекта 2 (0,2 мм и 0,1 мм).

Нормирующая пространственная частота анализа в плоскости изображения тестобьекта 2 при длине светочувствительных площадок ПЗС 3 равной 24 мм (ПЗС типа

1200 ЦЛ2) равна примерно 0,05 мм, Отношение измерительной пространственной частоты анализа к нармирующей пространственной частоте соответственно 100 и 200.

При увеличении контролируемой опти ческой системы в 5 раз измерительная пространственная частота анализа D тест-обьекте 2 равна 25 мм или 50 мм

Из указанного примера следует, что нормирующая пространственная частота на два и более порядков ниже, чем измерительная пространственная частота, и коэффициент передачи модуляции на этой частоте близок к единице и не зависит от качества изображения контролируемой оптической системы 13, Из этога следует, чта амплитуда низкочастотной первой или более высокой гармонической составляющих, выделяемой паласовым фильтром 6 фактически не зависит or качества изображения контролируемой оптической системы 13, а связана лишь с величиной энергии, падающей на Г1ЗС 3, т,е. с величиной потока излу ения, проходящего через контролируемую оптическую си-. стему 13.

Изменение энергии, пада(ощей на ПЗС

3, приводит к одновременному пропорциональному изменению амплитуд высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих, выделяемых паласовыми фильтрами 5 и 6.

Гармонические составляющие. выделяемые паласовыми фильтрами 5 и 6, детекти5

30 5

45 руются детекторами 7 и 8, сглаживаются фильтрами 9 и 10 нижних частот.

Сигналы, выделяемые филь-рами 9 и 10 нижних частот, поступают на входы блок, 11 измерения соотношения, выполненного, например, в виде блока деления напряжений.

Сигнал, пропорциональный амплитуде высокочастотной гармонической составляющей, делится блоком 11 измерения соотношения на сигнал, пропорциональный амплитуде низкочастотной гармонической составляющей.

Результат деления индицируется индикатором 12, Длина 1 иэображения тест-объекта 2 (фиг. 4) должна быть равна или меньше половины длины L фоточувствительных плоцадок ПЗС 3.

При этом амплитуда сигнала, выделяемого паласовым фильтром 6, имеет максимальное значение, а контролируемая оптическая система 13 может иметь максимальную децентрировку, т.е. поворот оптической аси.

Иска>кение низкочастотной гармонической составляющей, выделяемой паласовым фильтрам 6, поступает лишь при выходе изображения тест-обьекта 2 с фоточувствительных площадок ПЗС 3 (фиг. 5б).

Реальная децентрировка оптической системы 13 всегда существует.

Смещение иэображения тест-обьекта 2 относительно ПЗС 3 при вращении, например, проекционного объектива типа "Индустар 36-У" достигается +. 2 мм.

Указанное соотношение позволяет в определенной мере оптимизировать с одной стороны амплитуду низкочастотной гармонической составляющей за счет прибли>кения сглаженной огибающей видеосигнала к

"меандру", а с другой стороны позволяет производить контроль оптических систем, имеющих значительную децентриравку.

Показания индикатора 12 связаны с коэффициентом передачи модуляции контролируемой оптической системы 13, не зависят ат изменения ее светопропускания, а также не зависят ат изменения интегральной чувствительности фоточувствительных площадок ПЗС 3 при изменении температуры.

Использование способа позволяет повысить точность контроля при изменяющейся величине светопропускания контролируемой оптической системы и изменении температуры за счет формирования дополнительного компенсационного сигнала и измерения соотношения двух сигналов — измерительного и компенсационного.

1774208

Формула изобретения

1. Способ контроля качества изображения оптической системы, заключающийся в том, что проецируют в плоскость анализа с помощью контролируемой оптической сис- 5 темы изображение тест-объекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение освещенности в изображении тест-объекта с помощью линейного прибора с зарядовой связью в периодический видеосигнал и вы- 10 деляют из него высокочастотную гармоническую составляющую с частотой, равной частоте высокочастотной огибающей периодического видеосигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности 15 контроля при изменяющейся величине светопропускания контролируемой оптической системы и изменении температуры, изображение тест-объекта проецируют на линейный прибор с зарядовой связью таким 20 образом, чтобы протяженность изображения тест-объекта не превышала длины светочувствительной площадки линейного прибора с зарядовой связью, а границы изображения тест-объекта располагают в зоне 25 нахождения светочувствительной площадки линейного прибора с зарядовой связью. выделяют из периодического видеосигнала дополнительный компенсационный сигнал в виде низкочастотной гармонической составляющей с частотой, равной или кратной частоте формирования периодического видеосигнала, измеряют амплитуды высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих периодического видеосигнала, а по соотношению измеренных амплитуд высокочастотной и низкочастотной составляющих периодического видеосигнала судят о качестве изображения оптической системы.

2. Способ пои. 1,отл ича ю щи йся тем, что протяженность тест-объекта устанавливают из соотношения (! L

2 где — протяженность изображения тестI объекта;

L — протяженность светочувствительной площадки линейного прибора с зарядовой связью.

1774208 (=/

Составитель И.Кочанов

Техред М.Моргентал

Корректор С.Пекарь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3921 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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