Измерение характеристик качества изображения микрообъективa на лазерном телевизионно-компьютерном изофотометре ФРТ. Лабораторная работа по курсу ''Оптические измерения''

1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N11 ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ МИКРООБЪЕКТИВA НА ЛАЗЕРНОМ ТЕЛЕВИЗИОННО КОМПЬЮТЕРНОМ ИЗОФОТОМЕТРЕ ФРТ (Программное обеспечение по расчету ЧКХ разработал студент А.Федоров). Задание для работы 1. Отъюстировать схему изофотометра ФРТ с контролируемым микро-объективом 20 × 0,40. 2. Выполнить качественное исследование характера дифракционного кружка и его изофотограммы по изображениям на телеэкране. 3. Сформировать на изофотометре серию изображений изофот, отобразить их на компьютерном дисплее и записать. Измерить координаты изофот. 4. Получить таблицы и графики функции рассеяния точки (ФРТ) и функции концентрации энергии (ФКЭ) обработкой данных на компьютере. 5. Определить характеристики точности измерения. Принцип метода Сущность этого способа изофотометрии состоит в том, что изображение, построенное исследуемой оптической системой, многократно регистрируют с помощью телевизионной системы, работающей в режиме выделения изофоты при постоянных световых характеристиках (рис. 1). При этом задаются разные уровни светового потока от точечного источника света в схеме установки.

2

Рис. 1 Схема метода изофотометрии с изменяющимся световым потоком Построенное исследуемым микрообъективом изображение точки переносится с увеличением с помощью вспомогательной системы наблюдательного микроскопа на чувствительную площадку приемника изображения видеокамеры, включенной в видеосистему. Световой поток в схеме контроля изменяется по заданному закону с помощью кругового фотометрического клина. Световой поток в схеме контроля при прочих равных условиях пропорционален пропусканию фотометрического клина. Отнеся текущие значения коэффициента пропускания τi клина к величине коэффициента пропускания, соответствующего выделению в системе изофотометра максимума освещенности анализируемого , получим выражение для относительного изображения τ0 пропускания:

τотн = τi/ τ0

.

Таким образом, относительная освещенность Ei, соответствующая изофоте, изображение которой сформировано на экране при значении коэффициента пропускания клина τi, , может быть определена как:

Ei = 1/ τотн

,

или, в логарифмической форме:

lg Ei = - lg τотн

.

3

Схема установки (рис. 2) 1

2 1

9

3 2

4 3

5 4

6

7 5

6

8 9 7

8

10

10 1111

12

13 14

Рис. 2. Схема установки для изофотометрического измерения функции рассеяния точки (ФРТ) 1 - лазер 2 - круговой фотометрический клин 3 - осветительный объектив 4 - точечная диафрагма 5 - микроообъектив - формирователь точечного источника 6 - точечный источник 7 - контролируемый объектив 8 - окуляр наблюдательной системы 9 - чувствительная площадка передающей телекамеры 10 - блок усилителя-формирователя видеосигнала

4

Рис. 3. Калибровочный график фотометрического клина изофотометрической установки 11 - блок выделения контура 12 - видеоконтрольное устройство 1 (с изофотой) 13 - видеоконтрольное устройство 2 (с пятном рассеяния или дифракционным кружком) 14 - компьютер с видеоадаптером. Из этих соотношений следует: - чтобы проанализировать распределение освещенности в исследуемом изображении до уровня 0,001 Emax , необходимо ослабить световой поток в схеме контроля в 1000 раз, причем полученный уровень освещенности должен быть достаточным для работы приемника изображения. Следовательно, точечный источник в схеме контроля должен обладать достаточно высокой яркостью. Такой источник формируется с помощью лазера. Характеристики установки Источник света - гелий-неоновый лазер ЛГ -78. Диаметр лазерного пучка - 2 мм. Диаметр точечной диафрагмы - 0,02 мм. Микрообъектив - формирователь точечного источника - 40 х 0,65 Фотоокуляр - 15х Увеличение в телевизионном канале - Vт = 2320 x (включая окуляр). ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

5 1. Поворотом фотометрического клина на угол ϕ установить отображение на TV - экране изофоты заданного уровня Еotn . По калибровочному графику клина из угла ϕ найти значения оптической плотности D ( рис. 3). Как видно из калибровочного графика, для данного клина действует соотношение: D = 0.01 * ϕ . 2. Рассчитать, пользуясь компьютером, значение Еotn . Е отн = 1/10D0 -

D T

где D0 - плотность клина, соответствующая первому фотометрическому сечению (минимального диаметра); DT - плотность клина для текущего сечения; для первого сечения принимаем Е отн = 1; для второго и далее сечений: при изменении D на 0,3 величина Е отн изменяется в 2 раза, т.е. принимает значения 0.5 , 0.25 , 0.125 , 0.062 и т.д. 3. Сформированную на изофотометре серию изображений изофот отобразить на компьютерном дисплее и записать. Выполнить компьютерное измерение координат изофот, их диаметры dи, расчет реальных диаметров изофот исходя из увеличения VТ. 2. Данные ввести в программу IZOF2.BAT для определения и отображения ФРТ (в логарифмическом и линейном масштабе) и функции концентрации энергии. 3. Получить распечатки результатов исследования ФРТ и ФКЭ (или записать их в файл для последующего включения в отчет). 4. Расфокусировать и снова настроить в плоскость наилучшей установки исследуемый объектив. Повторить измерения и обработку. Оценить разброс значений ФРТ и ФКЭ.

5. Измерить аналогично 2-й образец объектива. 6. Выполнить сравнительную оценку качества изображения двух исследованных микрообъективов.

6

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА -

Задание на исследование. Краткое описание метода измерения ФРТ и определения ФКЭ. Схема установки. Таблица измерений. Распечатка результатов.

КОМПЬЮТЕРНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ ИЗОФОТОМЕТРИИ ФРТ. 1. Рассчитать, пользуясь компьютером, значение Еotn . Для этого запустить EOTN.BAT - программу расчета относительной освещенности; в программу EOTN.BAT вводить значения Di плотностей фотометрического клина для серии получаемых изофот. 2. Сформированную на изофотометре серию изображений изофот отобразить на компьютерном дисплее и записать. Выполнить компьютерное измерение координат изофот, их диаметры dи. 3. Выполнить расчет реальных диаметров изофот исходя из увеличения VТ. Для этого запустить DT.BAT - программу расчета реальных диаметров изофот дифракционного кружка микрообъектива; вводить измеренные по экрану значения dи диаметров изофот и VT - увеличение в телевизионном тракте изофотометра (включая окуляр); VT = 2320 X ; получить d i- значения реальных диаметров изофот. 4. Данные ввести в программу IZOF.BAT определения и отображения ФРТ (в логарифмическом и линейном масштабе) и функции концентрации энергии (рис. 4):

7

Рис. 4. a) Запустить IZOF.BAT - программу построения изофотограммы и расчета ФКЭ (функции концентрации энергии); ввести; - значения Еotn - относительной освещенности для серии изофот; - значения d - диаметров соответствующих изофот дифракционного кружка микрообъектива. б) Получить (и распечатать или записать в файл для последующего включения в отчет): - изофотограмму дифракционного кружка исследуемого микрообъектива, - графики ФРТ (линейный и логарифмический масштаб), - таблицу и графики ФКЭ. 5) Данные измерений ввести в программу PSF_MTF и получить компьютерной обработкой таблицу и график ЧКХ для исследуемого микрообъектива. Определить пороговое разрешение для значения Tν = 0.2 . 5) В программе ОПАЛ вызвать из библиотеки оптических систем микрообъектив данного типа и определить для него расчетную ФРТ, ЧКХ и ФКЭ. . Сопоставить расчетные и полученные экспериментальным путем значения ФРТ, ЧКХ и ФКЭ для исследуемых объективов. ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ dи (мм)

d = dи / VT (мкм)

Е отн ϕ (град) D (оптическа (относительная я освещенность) плотность)

8 ( Отсчет по TV экрану)

(Реальн (Отсчет ые по лимбу диаметр клина) ы изофот)

(По калибровоч -ному графику клина) (D = =ϕ /100)0.

Е отн = 1/10D0 - DT где D0 - плотность клина, соответствующая первому фотометрическому сечению (минимального диаметра); DT - плотность клина для текущего сечения); ( I сечение принимаем Е отн = 1; II и далее сечения: при изменении D на 0,3 величина Е отн изменяется в 2 раза, т.е. принимает значения 0.5 , 0.25 , 0.125 , 0.062 и т.д.)

ЛИТЕРАТУРА 1. Кирилловский В.К. Методы контроля качества изображения оптических систем. Учебное пособие.ЛИТМО.Л.1980 . 2. Кирилловский В.К. Применение телевидения при контроле и аттестации оптических систем. Учебное пособие. ЛИТМО.Л.1983.