SU1612215A1 - Устройство дл испытани оптических систем - Google Patents

Abstract

Устройство дл  испытани  оптических систем, содержащее формирователь тест-объекта, состо щее и осветител , радиального штрихового растра с блоком перемещени  оси растра по круговой траектории, концентричной оптической оси устройства проецирующей системы и ограничительной щели, передающий объектив, испытуемую оптическую систему, блок сканировани  с приемной щелевой диафрагмой и фотоприемником, выход которого через блок обработки сигнала соединен с регистратором, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено полевой диафрагмой, установленной в формирователе тест-объекта, и блоком передачи пропорциональной зависимости линейного размера изобрежени  тест-объекта в плоскости ограничительной щели от косинуса угла перемещени  растра, вход которого соединен с блоком перемещени  растра, а выход - с полевой диафрагмой.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть- использовано дл  контрол  качества изображени , передаваемого оптическими системами, и при контроле дисперсных систем и степени загр знени  окружающей среды: атмосферы и гидросферы .

Известно устройство дл  испытани  оптических систем, которое содержит последовательно расположенные в ходе лучей формирователь тестОбъекта посто нной пространственной частоты, состо щий из осветител , радиальиой щтриховой миры, проецирующей оптической системы, ограничительной щели и блока плавного изменени  пространственной частоты тест-объекта, выполненного в виде системы зеркал, по крайней мере трех, передающий объектив испытуемую систему, блок сканировани  изображени  с приемной щелевой диафрагмой и фотоприемником, выход которого через блок обработки сигнала св зан с регистратором сигнала 1.

Недостатком данного устройства  вл етс  то, что на точность измерений вли ет переменность произведени  длины высвечиваемого участка ограничительной щели на пространственную частоту тест-объекта, а также невозможность контролировани  дисперсных систем вследствие больщой расходи .мости светового потока после передающего объектива. Кроме того, на точность измерений вли ет то, что совместно с разворотом изображени  штрихов радиальной миры вращаетс  световое поле в плоскости ограничительной щели. Ввиду того, что световой поток на выходе оптической системы формировател  имеет неравномерное распределение по полю, вс кое его изменение относительно ограничительной щели приводит к искажению результатов измерений. Наличие системы зеркал делает устройство ненадежным в работе, так как система зеркал очень чувствительна к внешним воздействи м , а также возникают большие трудности при ее юстировке.

Известно также устройство дл  испытани  оптических систем, которое содержит последовательно расположенные в ходе лучей формирователь тест-объекта, состо щий из осветител , радиального штрихового растра , щелевой диафрагмы, ширина отверсти  которой равна одному периоду штрихов растра, а длина равна длине штрихов растра, проецирующей оптической системы, блока плавного изменени  пространственной частоты, выполненного в виде призмы. Дове и ограничительной щели, передающий объектив, испытуемую систему, блок сканировани  изображени  тест-объекта с приемной щелевой диафрагмой и фотоприемником , выход которого через блок обработки сигнала св зан с регистратором сигнала 2.

Данное устройство позвол ет не только проводить испытани  оптических систем, но и осуществл ть контроль дисперсных систем, однако при этом оно не обеспечивает достаточный диапазон измерений по пространственной частоте при испытани х оптических систем. Это св зано с тем, что при частотах свыще 20 пер/мм длина высвечиваемого участка ограничительной щели имеет размер, равный 0,05 мм, а при частоте 100 пер/мм длина высвечиваемого участка равна 0,01 мм, что приводит к значительным потер м светового потока после ограничительной щели. Кроме того, сложна юстировка всего устройства, которую невозможно осуществить с достаточно высокой точностью, что, в свою очередь, вли ет на точность измерений оптических систем, требующих измерений до частот 150- 200 пер/мм, а при таких частотах реализаци  данного устройства невозможна.

Недостатком, вли ющим на точность измерени ,  вл етс  то, что одновременно с изменением пространственной частоты в плоскости ограничительной щели происходит вращение светового пол  относительно указанной щели. Наличие призмы Дове приводит к тому, что устройство имеет низкую надежность в работе ввиду того, что надежность функционировани  призмы зависит от конструктивных параметров, технологии сборки и юстировки блока измерени  пространственной частоты, в состав которого она входит, а также от условий эксплуатации , на которые накладываютс  жесткие ограничени : температура, виброзащищенность и т. д. Призма Дове имеет большое светопоглощение, что приводит к большим потер м светового потока.

тест-объекта, состо щий из осветител , радиального штрихового растра с блоком перемещени  оси растра по круговой траектории , концентричной оптической оси устройства , проецирующей системы и ограничительной щели, передающий объектив, испытуемую оптическую систему, блок сканировани  с приемной щелевой диафрагмой и фотоприемником, выход которого через блок обработки сигнала соединен с регистратором 3.

Данное устройство имеет высокую надежность функционировани , широкий диапазон измерений по пространственной частоте, но обладает больщой относительной погрешностью измерений, св занной с наличием в устройстве переменности произведени  пространственной щели, что приводит к снижению точности измерений оптических систем в 2 раза.

Цель изобретени  - повыщение точности.

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  испытани  оптических систем снабжено полевой диафрагмой, установленной в формирователе тест-объекта, и блоком передачи пропорциональной зависимости линейного размера изображени  тест-объекта в плocкoctи ограничительной щели от косинуса угла перемещени  растра, вход которого соединен с блоком перемещени  растра, выход - с полевой диафрагмой.

Введение полевой диафрагмы и блока функциональной св зи, входы которого соединены с блоком перемещени  растра, а выход - с полевой диафрагмой, позвол ет производить изменение прот женности тестобъекта в плоскости ограничительной щели

пропорционального изменению пространственной частоты, что в конечном итоге приводит к сохранению посто нным произведение пространственной частоты на прот женность тест-объекта и тем самым полностью исключает вли ние относительной погрешности на точность измерений при испытании оптических систем.

На фиг. 1 представлена принципиальна  блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - формирователь устройства с полевой щелевой диафрагмой, включенной в осветитель, выполненный по принципу Келлера; на фиг. 3 - схема изменени  пространственной частоты, путь перемещени  оси растра, полева  диафрагма, выполненна  щелевой или круглой и ее размер.

Q Устройство дл  испытани  оптических систем содержит формирователь тест-объекта 1 состо щий из осветител  2, за которым расположен радиальный растр 3, закрепленный на оси 4 и св занный через нее с двигателем 5, ось растра закреплена в корпусе 6,

5 ось вращени  которого совпадает с оптической осью 7, корпус 6 закреплен в корпусе 8 формировател  1, а с корпусом б св зан, например, зубчатой передачей блок 9 реремещени  растра 3, b свою очередь соеди1 енный с блоком 10 функциональной св йи , выход которого св зан с полевой диафрагмой 11. Растр 3 установлен в пространстве предметов проецирующей системы 12, в пространстве изображени  которой находитс  ограничительна  щель 13. Проецирующа  система 12 и ограничительна  щель 13 жестко закреплены в корпусе 8, за ограничительной щелью 13 формировател  1 установлен передающий объектив 14, за которым следует испытуема  система 15, за расположен блок 16 сканировани  с приемной щелевой диафрагмой 17, котора  расположена перпендикул рно изображению ог )раничительной щели 13, и фотоприемником 18, выход которого через блок обработки соединен с регистратором 20. В качестве полевой диафрагмы могут Выть использованы щелева  диафрагма, круп ла  диафрагма, конструктивно выполненна  ирисовой, или люба  друга  диафрагма, способна  ограничивать прот женность тестобъекта в плоскости ограничительной щели, причем полева  диафрагма, котора  соединена с выходом блока функциональной св зи , может быть установлена в любом месте, где она  вл етс  полевой: в осветитель , в случае выполнени  его по принципу Келлера; за радиальным растром в плоскости, лежащей в пределах глубины резкости проецирующей системы и близкой плоскости щтрихов растра; в плоскости, лежащей в пределах глубины резкости проецирующей системы и близкой плоскости ограничительной щели. В качестве блока 10 функциональной СЕЯзи при установке диафрагмы в осветитель и в плоскость ограничительной щели можно использовать зубчатую передачу , вход которой св зан с блоком 9 перемещени  растра 3, а выход - либо с оправой полевой диафрагмы 11 в случае выполнени  ее щелевой, либо с ведущим кольцом в случае выполнени  диафрагмы ирисовой. Можно использовать и поводковый механизм в роли водила, в роли которого выступает ось растра, либо ведущее кольцо. Функциональную св зь можно также осуществл ть с помощью электрической св зи, например с помощью вращающегос  трансформатора , вход, которого св зан с двигателем блока перемещени  растра, а выход (с двигателем посто нного тока, ко торый св зывают с полевой диафрагмой. В случае установки полевой диафрагмы в плоскость щтрихов радиального растра роль блока функциональной св зи может выполн ть корпус 6 растра 3, с которым жестко св зывают оправу диафрагмы в случае выполнени  ее щелевой или ее ведущее кольцо в случае выполнени  диафрагмы ирисовой. 19 Полевую диафрагму 11 (фиг. 2) устанавливают в осветитель 2, оптическа  схема которого выполнена по принципу Келлера. Формирователь тест-объекта содержит щелевую диафрагму 11, источник 21 света, коллектор 22. Оправа 23 полевой диафрагмы 11, за которой расположен конденсатор 24, соединена посредством зубчатой передачи с блоком 10 функциональной св зи, содержащей вал 25 и щестерню 26. Блок 10 в свою очередь, соединен с блоком 9 перемещени  растра 3 с помощью вала 25. Устройство работает следующим образом. С помощью осветител  2 формировател  1 высвечивают участок радиального щтрихового растра 3, причем максимальный размер высвечиваемого участка равен длине щтрихов растра 3, вращающегос  с посто нной скоростью вокруг оси 4 двигателем 5. Размер высвечиваемого участка ограничительной щели 13 определ етс  соотноше , где / - размер высвечиваемого участка радиального растра; Vn-увеличение проецирующей системы; I- размер высвечиваемого участка ограничительной щели. Все измерени  начинаютс  с пространственной частоты, равной «О, при которой изображение щтриха растра 3 параллельно кра м ограничительной щели. Изменение пространственной частоты осуществл ют путем изменени  наклона изображени  щтрихов растра 3 относительно ограничительной щели 13, при этом угол наклона штрихов растра относительно ограничительной щели 13; Т - период щтрихов растра 3. Изменение наклона штрихов растра 3 относительно ограничительной щели осуществл ют перемещением оси 4 растра 3 по круговому пути 27 (фиг. 3), концентричному оптической оси 7. Перемещение осуществл ют с помощью блока 9, который входит в зацепление с корпусом 6, при этом одновременно с перемещением растра с помощью блока 10, вход которого св зан с блоком 9, а выход - с полевой диафрагмой 11. Осуществл ют ограничение прот женности ,тест-объекта в плоскости ограничительной щели 13 пропорционально изменению пространственной частоты или, что то же самое, пропорционально изменению косинуса угла наклона щтрихов растра 3, или кгсинуса гла «О перемещени  растра по круговоу пути 27 (фиг. 3), при этом за принимают такое положение штрихов растра, оторое соответствует нулевой пространстенной частоте. Перемещение оси 4 из положени  А (фиг. 3) производ т до положени  Л (фиг. 3), при котором достигаетс  максимальное значение пространственной частоты и, следовательно, в этом положении имеет место максимальное ограничение прот женности тест-объекта, а штрихи растра будут перпендикул рны ограничительной щели. Ограничение прот женности тест-объекта в плоскости ограничительной щели 13, осуществл ют путем изменени  рабочего размера полевой диафрагмы 11 или ее изображени  в плоскости ограничительной щели, что достигаетс  либо изменением диаметра полевой диафрагмы пропорционально изменению пространственной частоты в плоскости ее установки и в случае выполнени  ее ирисовой, либо за счет одновременного разворота с равными углами скорост ми полевой диафрагмы и щтрихового растра, причем в последнем случае диафрагма выполнена щелевой. Изменение диаметра или вращение полевой диафрагмы осуществл етс  за счет блока 10, вход которого св зан с блоком 9, а выход - соответственно с ведущим кольцом ирисовой диафрагмы,  вл ющейс  полевой, или оправой диафрагмы в случае выполнени  ее щелевой. Кроме того, с ростом пространственной частоты происходит уменьшение длины высве чиваемого участка ограничительной щели, что приводит к уменьшению расходимости светового потока, и это позвол ет контролировать дисперсные системы при установлении произведени  пространственной частоты на прот женность тест-объекта равным единице. После ограничительной щели изображение ограниченного по прот женности тестобъекта с помощью передающего объектиза 14 поступает на испытуемую систему 15, за которой расположен блок 16 сканировани , содержащий приемную щелевую диафрагму 17, котора  осуществл ет сканирование изображени  тест-объекта в ее плоскости. Сканирование необходимо дл  преобразовани  оптического сигнала в модулированный электрический сигнал на фотоприемнике , с выхода которого электрический сигнал поступает в блок 19 обработки сигнала, где детектируетс  и усиливаетс , после чего поступает на регистратор 20, сигнала, где воспроизвод тс  данные испытаний в виде графика модул ционной передаточной функции системы, по которому суд т о качестве испытуемой системы . В данном формирователе (фиг. 2) осветитель выполнен по принципу Келлера, и его полева  диафрагма, выполненна  щелевой, обладает функци ми диафрагмы, ограничивающей прот женность тест-объекта. Деиствие формировател  с такого рода осветителем заключаетс  в следующем. мощью которого равномерно высвечивают всю площадь полевой диафрагмы, далее с помощью конденсатора 24 изображение полевой диафрагмы проецируют в плоскость штрихов растра 3, при этом размер высвечиваемого участка растра 3 определ етс  величинами b и I (фиг. 3), которые определ ютс  из выражений: (3) где b,l - соответственно ширина и длина высвечиваемого участка растра, причем , где Т - период штрихов растра; /( - величина, показывающа  сколько периодов растра укладываетс  в высвечиваемом участке растра; Ь, соответственно ширина и длина полевой диафрагмы; V - увеличение конденсора. Полева  диафрагма 11, выполненна  щелевой, должиа быть установлена в положении , при котором изображение кра  щтриха растра параллельно краю полевой диафрагмы . При изменении пространственной частоты тест-объекта перемещают ось 4 по круговому пути 27 с помощью блока 9, св занного зубчатой передачей с корпусом 6 растра 3 и которым с помощью вала 25 передаетс  вращение на щестерню 26, котора  вращает оправу диафрагмы 11. При этом передаточные отношени  л передаточное отношение корпуса лг растра и блока 9; - передаточное отношение шестерни 26 и оправы диафрагмы 11. Равенство передаточных отношений неободимо дл  того, чтобы обеспечить переещение оси растра и полевой диафрагы с одинаковыми угловыми скорост ми, а счет чего достигаетс  уменьшение длиы высвечиваемого участка ограничительой щели, пропорционально изменению ространственной частоты, что позвол ет соран ть посто нство произведени  пространтвенной частоты на длину высвечиваемоо участка ограничительно щели. Вывод ытекает из формул (1)-(3). Полева  диафрагма может быть выполена круглой, а конструктивно оформлеа ирисовой, что необходимо дл  ум§ньени  вли ний несимметричных аберраций птических элементов формировател  тестбъекта . Конструкци  формировател  ( фиг. 2) отличаетс  тем, что шестерн  26 лока 10 соединена с ведущим кольцоЦ рисовой диафрагмы, при этом также соблюдатьс  равенство угловых CKopoiей перемещени  оси растра и вращени  ведущего кольца ирисовой диафрагмы ввиду того, что диаметр ирисовой диафрагмы измен етс  пропорционально ухлу поворота ведущего кольца, т. 6. измен етс  по тому же закону, что и пространственна  частота тест-объекта в плоскости ограничительной щели 13. Минимальный размер диафрагмы определ етс  выражением - ЛИ«АГ Vi-Vn где D ttuif- минимальный диаметр ирисовой диафрагмы; минимальный диаметр изображени  ирисовой диафрагмы в плоскости ограничительной щели (фиг. 4); l/,V -соответственно увеличение конденсора и проецирующей системы. Ij -определ етс  максимальной пространственной частотой, т. е. такой частотой , при которой щтрихи растра перпендикул рны ограничительной щели ( 5) л X ( 6) глг: При этом размер ограничительной щели не должен превышать где/шт -длина штрихов растра; /I - максимальна  длина ограничительной щели. Из (7) видно, что максимальный диаметр раскрыти  ирисовой диафрагмы определ етс  из услови  . Д максимальный диаметр ирисовой диафрагмы. Использование предлагаемого устройства позвол ет полностью устранить погрешность, возникающую от переменности произведени  пространственной частоты на прот женность тест-объекта в плоскости ограничительной щели, а точность изменений при испытани х оптических систем повысить в два раза. Выполнение полевой диафрагмы круглой дает возможность исключить вли ние на точность измерений несимметричных аберраций оптических элементов формировател  тест-объекта. Ограничение прот женности тест-объекта одним периодом позвол ет осуществл ть контроль дисперсных систем.

//

/