Способ контроля качества изображения оптической системы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5)5 0 1/О САНИЕ ИЗОБРЕТ К РСКОМУ СВ ЕЛЬСТВУ 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 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 э.п. ф-лы, 5 ил,Я-Д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР"Оптика" и Феодосийский оптический завод(56) 1, Заявка Великобритании М 1491223,кл. 6 01 М 11/02, 1977.2. Авторское свидетельство СССРМ 1522062, кл. 6 01 М 11/02, 1988,(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ(57) Использование: изобретение относитсяк измерительной технике. Сущность изобретения: источник 1 света направляет пучкилучей на тест-объект 2. Иэображение тестобъекта 2 проецируется контролируемой опТТ 4208 А 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 изображение тест- объекта, формируют электрический сигнал, выделяют высокочастотную гармоническую составляющую электрического сигнала ЯНедостатком 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 тест- объекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение освещенности в изображении 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 составляющей видеосигнала, что эквивалентно изменению качества изображения контролируемой оптической системы, т.к. амплитуда высокочастотной гармонической составляющей 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 изображения,Уменьшение амплитуды высокочастотной составляющей 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 изображение тест-объекта в виде группы штрихов, преобразуют распределение освещенности в изображении тест- объекта с помощью линейного прибора с зарядовой связью в периодический 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 гарамонической составляющей с частотой, равной или кратной часготе формирования периодического видеосигнала, измеряютамплитуды высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих периодического видеосигнала, а по соотношению амплитуд высокочастотной и низкочастотной гармонических составляющих периоди ческого видеосигнала судят о качестве изображения оптической системы.П ротяженность изображения тест-объекта устанавливают иэ соотношения10( -1 1.2 где- протяженность изображения тестобъекта; 15Е - протяженность светочувствительной площадки линейного прибора с зарядовой связью,Заявителю не известна совокупностьи редложен н ых существен н ых и ризнако в, 20что указывает на соответствие предложенного технического решения критерию "новизна".Известно формирование дополнительных сигналов, выделяемых из спектра алектрического сигнала.Известны также законы геометрической оптики, позволяющие сформироватьиэображение объекта того или иного масштаба.30Известны такие различные критериисравнения сигналов, в том числе и критерийизменения соотношения двух сигналов.Однако только совокупность предложенных существенных признаков позволяет достигнуть цели изобретения - повыситьточность контроля при изменяющейся величине светопропускания контролируемой оптической системы и изменениитемпературы, что указывает на то, что предложен ны е отличител ьные признаки соответствуют критерию "существенныеотличия",На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг, 2 - конструктивное выполнениетест-объекта; на фиг. 3 - временные Диаграммы сигналов, формируемых на выходахотдельных блоков при различном качествеизображения; на фиг. 4 и 5 - расположение 50изображения тест-объекта относительноприбора с зарядовой связью и временныедиаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных блоков,Устройство, реализующее способ, содержит оптически связанные источник 1света, тест-объект 2, выполненный в видемногощелевой диафрагмы, прибор 3 с зарядовой связью(ПЗС), синхронизатор 4, выходы которого подключены к ПЗС 3,полосовые фильтры 5 и 6, входы которыхподключены к выходу ПЗС 3, детекторы 7 и8, входы которых подключены к выходамполосовых фильтров 5 и б, фильтры 9 и 10нижних частот, входы которых подключенык выходам детекторов 7 и 8, блок 11 измерения соотношения, входы которого подключены к выходам фильтров 9 и 10 нижнихчастот, индикатор 12, подключенный к выходу блока измерения 11 соотношения,Контролируется качество изображенияоптической системой 13, установленноймежду 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 переноситсяконтролируемой оптической системой 13 вплоскость анализа, в которой установленыПЗС 3, управляемый синхронизатором 4. Навыходе ПЗС 3 периодически формируетсявидеосигнал, огибающая которого пропорциональна распределению освещенности визображении тест-объекта 2 на поверхностисветочувствительных площадок ПЗС 3.Сформированный видеосигнал поступает на полосовые фильтры 5 и б, выделяющиевысокочастотную и низкочастотную гармонические составляющие.Частота высокочастотной гармонической составляющей, выделяемой полосовым фильтром 5 (фиг. 3), связана с частотойвысокочастотной огибающей видеосигнала,которая в свою очередь связана с периодомТ изображения тест-объекта 2, проецируемого на ПЗС 3 (фиг. 4 а).Частота высокочастотной гармонической составляющей также связана с частотой опроса ПЗС 3.Частота низкочастотной гармоническойсоставляющей видеосигнала, снимаемого сПЗС 3 и выделяемой полосовым фильтром б(фиг, 3), связана с частотой опроса ПЗС 3.Амплитуда высокочастотной гармонической составляющей, выделяемой пол зсовым фильтром 5, связана с коэффициентомпередачи модуляции (КПМ) контролируемойоптической системы 13, т.е. с его качествомизображения,При повышении коэффициента передачи модуляции контролируемой оптическойсистемы 13 амплитуда, высокочастотнойгармонической составляющей увеличивается (фиг, 3 а), при уменьшении коэффициентапередачи модуляции контролируемой оптической системы амплитуда высокочастотной гарм нической составляющейуменьшается (фиг. Зб).Пространственная частота, на которой определяется коэффициент передачи модуляции контролируемой оптической системы, определяется периодом между штрихами иэображения тест-объекта 2 (фиг, 2).Амплитуда низкочастотной гармонической составляющей не зависит от качества изобракения контролируемой оптической системы, т.к, пространственная частота, соответствующая низкочастотной гармонической составляющел, определяется расстоянием Ь, соответствующим длине фоточувствительных площадок ПЗС 3,П р и м е р. Измерительная пространственная частота анализа в плоскости изображения тест-обьекта 2 равна 5 мм 1 или 10 мм 1, что соответствует периоду Т штрихов в изображении тест-обьекта 2 (О,Тмм 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 ЦЛ 2) равна примерно 0,05 мм,Отношение измерительной пространственной частоты анализа к нормирующей пространственной частоте соответственно 100 и 200.При увеличении контролируемой оптической системы в 5 раз измерительная пространственная частота анализа в тест-обьекте 2 равна 25 мм или 50 ммИз 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 этого следует, что амплитуда низкочастотной первой или более высокол гармонической составляющих, выделяемой паласовым флльтром 6 фактически не зависит от качества изображения контролируемой оптической системы 13, а связана лишь с величиной энергии, падающей на ПЗС 3, т,е, с величинал потока излучения, проходящего через контролируемую оптическую си-.стему 13.Изменение энергии, падаощей на ПЗС 3, приводит к одновременному пропорциональному изменению амплитуд высокочастотной и низкочастотнол гармонических составляющих, выделяемых паласовыми фильтрами 5 и 6.Гармонические составляющие. выделяемые паласовыми фильтрами 5 и 6, детекти 5 10 15 20 25 30 40 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 блока 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,Длинаиэображения тест-объекта 2 (фиг. 4) должна быть равна или меньше половины длины Е фоточувствительных плоьцадок 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 оси.Искакение низкочастотной гармонической составляющей, выделяемой паласовым фильтром 6, поступает лишь при выходе изображения тест-обьекта 2 с фоточувствительных площадок ПЗС 3 (фиг, 5 б).Реальная децентрировка оптической системы 13 всегда существует,Смещение иэображения тест-обьекта 2 относительно ПЗС 3 при вращении, например, проекционного объектива типа "Инду- стар 36-У" достигается + 2 мм,Указанное соотношение позволяет в определенной мере оптимизировать с одной стороны амплитуду низкочастотной гармонической составляащей за счет прибликения 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 светопропусканля, 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 измененли температуры за счет формирования дополнительного компенсационного сигнала и измерения соотношения двух сигналов - измерительного и компенсационного.,Кочановген тал рректор С.Пекар дакто Заказ 3921 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва. Ж, изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 СоставитеТехред М Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССРшская наб., 4/5