DE1185398B

DE1185398B - Einrichtung zur Messung oder Pruefung der Abbildungsguete von optischen Systemen

Info

Publication number: DE1185398B
Application number: DEZ10008A
Authority: DE
Inventors: Dr E Heynacher; Erwin Wiedmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1963-03-27
Filing date: 1963-03-27
Publication date: 1965-01-14
Also published as: US3438713A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G02d

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 42 h - 35/01

1185 398
Z10008IX a/42h
27. März 1963
14. Januar 1965

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung und Prüfung der Abbildungsgüte von optischen Systemen auf der Grundlage der Kontrastübertragungstheorie. In dieser Theorie stellt man sich ein optisches Bild aufgebaut vor aus sin-förmigen Helligkeitsschwankungen unterschiedlicher Amplitude und Ortsfrequenz (Fourieranalyse). Der Frequenzbereich, der für die praktische Abbildungsleistung eines Objektivs von Bedeutung ist, ist auf den Bereich beschränkt, den das Auge des Betrachters eines photographisch aufgenommenen Bildes aufzulösen vermag. Da die Übertragungsfunktion unter normalen Aufnahmebedingungen in dem interessierenden Bereich einen glatten Verlauf zeigt, genügt zu ihrer eindeutigen Bestimmung die Kenntnis der Übertragungswerte für einige wenige Ortsfrequenzen. Zur Qualitätskontrolle bei der Serienprüfung an Objektiven reicht wegen des im wesentlichen gleichen Charakters der Übertragungsfunktionen der Objektive der Serie die Kenntnis der Übertragungswerte z. B. für zwei, gegebenenfalls sogar nur eine Ortsfrequenz aus. Durch die Beschränkung auf die Ermittlung nur weniger oder gar einer Ortsfrequenz lassen sich besonders rationelle Prüfeinrichtungen herstellen, die darüber hinaus von ungelernten Hilfskräften bedient werden können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Messung oder Prüfung der Abbildungsgüte optischer Systeme, vorzugsweise photographischer Objekte, auf der Grundlage der Kontrastübertragungstheorie mit Hilfe von Gittertesten unterschiedlicher Gitterkonstanten (Ortsfrequenz), die auf einer mit konstanter Drehzahl rotierenden Trommel angebracht sind und entweder von dem zu prüfenden optischen System auf einen Abtastspalt abgebildet werden oder umgekehrt als Abtastorgan für das Bild eines vom Prüfling abgebildeten Spaltes dienen, die weiterhin einen lichtelektrischen Empfänger enthält, der die optischen Signale in elektrische Signale verwandelt, die in einem nachgeschalteten elektrischen Verstärker verstärkt werden. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärkerausgang Schmalbandfilter nachgeschaltet sind, von denen jedes auf eine der Ortsfrequenzen der Raster abgestimmt ist und durch die die an den einzelnen Rastertesten erzeugten Modulationen voneinander getrennt und nach Gleichrichtung als den Kontrastwerten proportionale Gleichspannungen unmittelbar oder mittelbar zur Anzeige gebracht werden. Die Normierung wird durch die Abbildung eines Rasters mit sehr niedriger Ortsfrequenz erreicht. Die Weiterverarbeitung der erhaltenen

Einrichtung zur Messung oder Prüfung der
Abbildungsgüte von optischen Systemen

Anmelder:

Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Als Erfinder benannt:

Dr. E. Heynacher, Heidenheim/Brenz;

Erwin Wiedmann, Essingen

Teilsignale (Normierungssignal und Meßsignale) ist je nach dem Verwendungszweck der Einrichtung unterschiedlich. Für die Verwendung der Einrichtung als Prüfeinrichtung für Objektivprototypen kann man zur Gewinnung eines schnellen Überblickes die Teilsignale der verschiedenen Raster wieder überlagern und einem Oszillographen zuführen. Diese Einrichtung hat gegenüber bekannten Einrichtungen ohne Filter den Vorteil, daß trotz Verwendung von Rechteckrastern als Testobjekten der von der Theorie verlangte Sinusgitter-Kontrast gemessen wird, und den weiteren Vorteil, daß eine wesentliche Verbesserung des Verhältnisses von Signal zu Rauschen erreicht wird. Zur Registrierung der Meßergebnisse können die Teilsignale nacheinander z. B. einem Punktschreiber zugeführt werden, so daß damit bei Registrierung der Ergebnisse für verschiedene Bildwinkel und Darstellung der Kontrastwiedergabe in einem Diagramm als Funktion des Bildwinkels mit den gewählten Ortsfrequenzen als Parameter eine übersichtliche Darstellung der Abbildungsleistung des Prüflings über das Bildfeld hinweg erhalten wird.

Für die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Prüfung von Objektivserien aus der Fertigung kann die Modulation einer oder einiger weniger der Ortsfrequenzen mit der Modulation für eine sehr niedrig gewählte Ortsfrequenz (Normierungsfrequenz) beispielsweise auf folgende Weise verglichen werden. Nach der Gleichrichtung greift man· von der Spannung der Normierungsfrequenz eine Teilspannung von der Größe ab, die gleich der Größe der Spannung für den Grenzwert der Meßspannung

zwischen zulässigen und nicht mehr zulässigen Kontrastwerten ist, so daß nach Differenzbildung das Vorzeichen der erhaltenen Differenzspannung angibt, ob die Kontrastwiedergabe und damit die Bildqualität den gestellten Anforderungen entspricht oder nicht.

Diese Prüfung wird in der Achse und auf einem oder einigen passend gewählten Bildkreisen durchgeführt.

4D9 768/177

Die erfindungsgemäße Einrichtung sei an Hand der nachfolgend im einzelnen erläuterten Figuren näher beschrieben. Von diesen zeigt

F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus der Abwicklung eines Teststreifens der Trommel,

F i g. 3 eine Anzeigeeinrichtung zur Sichtbarmachung der Kontrastübertragungswerte auf einem Oszillographenschirm,

F i g. 4 eine Einrichtung zur Registrierung der Kontrastwerte mittels eines Punktschreibers,

F i g. 5 eine Einrichtung zur Anzeige des Prüfergebnisses bei der Serienkontrolle in Form einer Gut-Schlecht-Bestimmung.

In F i g. 1 ist mit 1 das zu prüfende Objektiv bezeichnet. Von einer Lichtquelle! wird ein Spalt3 beleuchtet und von einem Mikroobjektiv 4 ein Bild des Spaltes in der Bildebene 5 des Prüflings 1 entworfen. Dieses Spaltbild wird durch den Prüfung über einen Kollimator 6 auf einer rotierenden Testtrommel 7 abgebildet. Das Spaltbild auf der Trommel wird von den Rastertesten abgetastet. Der hindurchgelassene Lichtstrom wird auf einem lichtelektrischen Empfänger 8, beispielsweise einem Sekundärelektronenvervielfacher, gesammelt. Die am lichtelektrischen Empfänger erzeugten elektrischen Wechselspannungen unterschiedlicher Zeitfrequenz (entsprechend den unterschiedlichen Ortsfrequenzen der Raster) werden einem elektrischen Breitbandverstärker 9 zugeführt. Am Verstärkerausgang liegen Schmalbandfilter 10 a, 10 b, 10 c, 10 d. Sie sind auf die Zeitfrequenzen abgestimmt, welche bei Abtastung der Teste 11«, 11 δ, lic, 11 d (Fig. 2) entstehen. Test 11 α besitzt eine so niedrige Ortsfrequenz, daß seine Kontrastwiedergabe durch den Prüfling praktisch unabhängig von dessen Abbildungsqualität ist, und dient daher zur Normierung, während die Teste 11 b, 11 c und 11 d zweckentsprechend höhere Ortsfrequenzen (Meßfrequenzen) haben. Auf die FiI-ter 10 folgen Gleichrichter 12«, 12b, lic. lld, durch die Gleichspannungen erzeugt werden, welche proportional zu den entsprechenden Kontrastübertragungswerten für die betreffenden Ortsfrequenzen sind. Diese Gleichspannungen werden einer An-Zeigeeinrichtung 13 zugeführt, die je nach Verwendungszweck verschieden ausgestaltet werden kann, wie an Hand der Beispiele der F i g. 3, 4 und 5 gezeigt werden soll.

Die Prüfung im Tangential- und Sagittalschnitt wird durch eine Anordnung 14 zur Bilddrehung ermöglicht. Zur Prüfung der Bildqualität auf einem Bildkreis vorgegebenen Durchmessers kann das zu prüfende Objektiv 1 um seine Achse gedreht werden.

In F i g. 1 können im übrigen Lichtquelle 2 und Empfänger 8 sowie Spalt 3 und Testtrommel 7 mit Bilddrehungsgruppe 14 gegeneinander ausgetauscht werden.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel für die Anordnung der Rasterteste auf der Testtrommel.

In F i g. 3 ist eine vorwiegend für die labormäßige Prüfung geeignete Anzeigeeinrichtung dargestellt. Hierbei werden die Meßergebnisse auf dem Leuchtschirm 15 eines Oszillographen 16 angezeigt. Hier werden vier Ortsfrequenzen durch die Filter 10 b, 10 c, 10 d, 1Oe und die nachgeschalteten Gleichrichter 126, 12 c, Hd und He getrennt. 10 a ist wiederum ein Filter für die Normierungsfrequenz und a der dazugehörige Gleichrichter. Ein stehendes Bild der Kontrastkurve 17 wird mit Hilfe eines durch Motor M angetriebenen Meßstellenumschalters 18 erhalten, der synchron mit der Zeitablenkung des Oszillographen umläuft.

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zur Registrierung der Meßergebnisse mittels eines Punktdruckers 19. Die Kontrastwerte (K) werden auf einem Registrierstreifen 20 nebeneinander für verschiedene Bildwinkel (w) des Prüflings 1 aufgetragen. Durch Verbinden der Meßpunkte für gleiche Ortsfrequenz erhält man die Kontrastwiedergabe für die verschiedenen Ortsfrequenzen in Abhängigkeit vom· Bildwinkel.

Die in Fig. 5 dargestellte Einrichtung ist vorwiegend für die Prüfung von Objektivserien geeignet. Die am Ausgang der Gleichrichter 12a, lib, lic vorhandenen Gleichspannungen werden an den Widerständen 21 a, 21 b, 21 c angelegt. An den Widerständen 21 α für das Normierungssignal kann ein beliebiger Bruchteil der Spannung abgegriffen werden. Wählt man die Größe der abgegriffenen Spannung so, daß sie gleich den Spannungen für die Grenzwerte zwischen zulässigen und nicht mehr zulässigen Kontrastwerten sind, so gibt das Vorzeichen der Anzeige an zwischengeschalteten Nullinstrumenten 22 an, ob die Bildqualität den gestellten Anforderungen genügt oder nicht. Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Einrichtung befinden sich an der Stelle 22 Schaltrelais, die je nach dem Vorzeichen der Differenzspannung eine grüne oder rote Anzeigelampe zum Aufleuchten bringen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung oder Prüfung der Abbildungsgüte optischer Systeme, vorzugsweise photographischer Objektive, auf der Grundlage der Kontrastübertragungstheorie mit Hilfe von Gittertesten unterschiedlicher Gitterkonstanten (Ortsfrequenzen), die auf einer mit konstanter Drehzahl rotierender Trommel angebracht sind und entweder von dem zu prüfenden optischen System auf einen Abtastspalt abgebildet werden oder umgekehrt als Abtastorgan für das Bild eines vom Prüfling abgebildeten Spaltes dienen, die weiterhin einen lichtelektrischen Empfänger enthält, der die optischen Signale in elektrische Signale verwandelt, die in einem nachgeschalteten elektrischen Verstärker verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärkerausgang Schmalbandfilter nachgeschaltet sind, von denen jedes auf eine der Ortsfrequenzen der Raster abgestimmt ist und durch die die an den einzelnen Rastertesten erzeugten Modulationen voneinander getrennt und nach Gleichrichtung als den Kontrastwerten proportionale Gleichspannungen unmittelbar oder mittelbar zur Anzeige gebracht werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ortsfrequenzen auf dem Raster so niedrig gewählt ist, daß seine Kontrastwiedergabe durch den Prüfling praktisch unabhängig von dessen'Abbildungsqualität ist und deshalb zur Normierung dienen kann.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur unmittelbaren Anzeige der Kontrastübertragungswerte ein Oszillograph so-

wie ein mit der Zeitablenkung des Oszillographen synchron umlaufender, die einzelnen Meßstellen nacheinander abfragender Schalter vorgesehen ist, so daß ein stehendes Bild für die Anzeige der Kontrastübertragungswerte erhalten wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen hinter den Gleichrichtern einem Schreiber (vorzugsweise Punktdrucker) zugeführt werden, so daß man bei Registrierung der Ergebnisse nebeneinander für verschiedene Bildwinkel durch Verbinden der Meßpunkte für jeweils gleiche Frequenzen eine Darstellung des Verlaufs der Kontrastübertragung als Funktion des Bildwinkels des Prüflings erhält.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete elektrische Mittel (beispielsweise Rückkopplung) die Ausgangsspannung für das Normierungssignal automatisch auf einem konstanten Wert gehalten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Kontrolle von Objektivserien, dadurch gekennzeichnet, daß von der Vergleichsspannung die Spannungen abgegriffen werden, welche gleich den Spannungen für die Grenzwerte zwischen zulässigen und nicht mehr zulässigen Kontrastwerten sind, so daß nach Differenzbildung jeweils zwischen einer Meßfrequenz und der Spannung für den zugehörigen Grenzkontrast das Vorzeichen der erhaltenen ίο Differenzspannung angibt, ob die Bildqualität den gestellten Anforderungen genügt oder nicht (Gut-Schlecht-Anzeige).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung zur Schaltung von Anzeigelampen benutzt wird, so daß man ohne Feststellung von Zahlenwerten aus dem Aufleuchten von Signallampen oder Feldern (Gut-Schlecht-Anzeige) weiß, ob die Bildqualität den gestellten Anforderungen genügt

ao oder nicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnung«!