DD220714B1

DD220714B1 - DEVICE FOR MEASURING THE MUEF

Info

Publication number: DD220714B1
Application number: DD25750283A
Authority: DD
Inventors: Guenter Rockstroh; Klaus Schneider; Boris Lux
Original assignee: Pentacon Dresden Veb
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1983-12-05
Publication date: 1988-02-03
Also published as: DD220714A1; DE3439578A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Modulationsübertragungsfunktion (im folgenden MÜF genannt) von beliebig optisch wirksamen Bauelementen in großen Objektfeldern, wobei das jeweilige Bauelement eine Teststruktur abbildet.The invention relates to a device for measuring the modulation transfer function (hereinafter referred to as MT) of any optically active components in large object fields, wherein the respective component images a test structure.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Sortierung von optischen Bauelementen entsprechend ihrer Abbildungsgüte ist es für viele Anwendungsfälle sinnvoll und notwendig, die MÜF dieser Bauelemente in einem großen Objektfeld zu messen, die erstellten Daten mit vorgegebenen Sollwerten zu vergleichen und Signale für eine Sortierung zu gewinnen.To sort of optical components according to their image quality, it is useful for many applications and necessary to measure the MTF of these components in a large object field to compare the data created with predetermined nominal values and gain signals for sorting.

Es sind verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen und Meßgeräten zur Messung der MÜF bekannt. Beispielsweise gibt es MÜF-Meßgeräte, die für den Laborbetrieb konzipiert sind und einen komplizierten Aufbau besitzen. Ein erheblicher Justieraufwand, vor allem bei der Messung der MÜF in großen Objektfeldern, und große Auswertezeiten sind für diese Geräte charakteristisch.Various embodiments of devices and measuring devices for measuring MTF are known. For example, there are MÜF measuring devices that are designed for laboratory use and have a complicated structure. A considerable adjustment effort, especially when measuring the MTF in large object fields, and large evaluation times are characteristic of these devices.

Die bei anderen bekannten MÜF-Meßgeräten praktizierte feste Zuordnung von Teststruktur und Abtastspalt (DD-PS 108818) erfordert infolge optisch-mechanischer Toleranzen der Prüflinge und der damit verbundenen radialen und axialen Lageveränderung des Testbildes ein zeitaufwendiges Nachjustieren. Ein weiterer Nachteil dieser Lösungen liegt in der störempfindlichen, nicht wartungsfreien mechanischen bzw. elektromechanischen Abtastung der Intensitätsverteilung.The fixed assignment of test structure and scanning gap (DD-PS 108818) practiced in other known MÜF measuring instruments requires a time-consuming readjustment due to opto-mechanical tolerances of the test specimens and the associated radial and axial positional change of the test pattern. Another disadvantage of these solutions lies in the interference-sensitive, not maintenance-free mechanical or electromechanical scanning of the intensity distribution.

Auf Grund der Nachteile sind diese Geräte für Routinemessungen nicht geeignet.Due to the disadvantages, these devices are not suitable for routine measurements.

Am weitesten ist das in der DE-OS 30 07 514 beschriebene Wirkprinzip zur Anwendung gekommen. Das nach diesem Prinzip aufgebaute Gerät ist für den Abgleich dec Auffangebene mit der Bildebene eines reell abbildenden optischen Systems konzipiert.The most widely used is the active principle described in DE-OS 30 07 514. The device constructed according to this principle is designed to match the receiving level with the image plane of a real-image optical system.

Dabei gestattet es das dort gewählte Autokoilimationsprinzip aber nicht, die MÜF von beliebig optisch wirksamen Bauelementen zu messen. Das beschriebene Wirkprinzip erlaubt es auch nicht, die MÜF zu messen, sondern ist laut Patentschrift nur zur Kontrolle geeignet; es ist weder zur Kontrolle noch zur Messung der MÜF in großen Objektfeldern verwendbar.However, the autoclimation principle selected there does not allow the MTF to be measured by any optically active components. The principle of action described does not allow to measure the MTF, but according to the patent is only suitable for checking; it can not be used to control or measure the MTF in large object fields.

Ein multivalenter Einsatz der bekannten Geräte für eine schnelle routinemäßige, großflächige Messung der MÜF beliebig optisch wirksamer Medien unterschiedlicher Abbildungsgeometrie ist nicht möglich.A multivalent use of the known devices for a fast routine, large-scale measurement of MTF any optically effective media of different imaging geometry is not possible.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Mit der Erfindung soll die Messung der MÜF in großen Objektfeldern unter Vermeidung der aufgeführten Nachteile ermöglicht werden.With the invention, the measurement of MTF is to be made possible in large object fields while avoiding the disadvantages listed.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine für axiale und radiale Bildabwanderungen störunempfindliche Vorrichtung zur schnellen, routinemäßigen großflächigen Messung der MÜF toleranzbehafteter beliebig optisch wirksamer Bauelemente unterschiedlicher Abbildungsgeometrie zu schaffen.The object of the invention is to provide a device which is insensitive to interference for axial and radial aberrations for fast, routine, large-area measurement of the MTF of toleranced optically active components of different imaging geometry.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erfassung der Intensitätsverteilung einer von den optischen Übertragungseigenschaften des Prüflings beeinflußten Abbildung einer großflächigen Teststruktur eine große Anzahl von fotoelektrischen Elementen, vorzugsweise eine CCD-Matrix, Verwendung findet. Zur Erhöhung der Störunanfälligkeit und der Meßgenauigkeit wird die Intensitätsverteilung vorzugsweise über eine vorgebbare Kantenlänge zur MÜF-Berechnung bewertet. Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken werden nach der Erfassung der Intensitätsverteilung des großflächigen Teststrukturbildes die elektrischen Signale einem Mikrorechnersystem kompatibel zur Verfügung gestellt. Hier erfolgt für frei wählbare Objektkoordinaten über eine Korrektur mit einer Gerätefunktion und eine schnelle Fouriertransformation dieThe object is achieved according to the invention in that a large number of photoelectric elements, preferably a CCD matrix, are used for detecting the intensity distribution of an image of a large-area test structure influenced by the optical transmission properties of the test object. To increase the susceptibility to interference and the accuracy of measurement, the intensity distribution is preferably evaluated over a predefinable edge length for MTF calculation. According to a further concept of the invention, after the detection of the intensity distribution of the large-area test pattern image, the electrical signals are made compatible with a microcomputer system. Here, for freely selectable object coordinates via a correction with a device function and a fast Fourier transformation, the

Berechnung der MÜF, vorzugsweise in sagittaler und meridionaler Richtung. Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht zur Eliminierung des unerwünschten Einflusses von axialen Bildversetzungen infolge optisch-mechanischer Toleranzen bzw. zum Abgleich der Bildebene mit der Auffangebene eines abbildenden Systems vor, Regelkreise mit Leistungsendstufen und Stellgliedern einzusetzen. Weiterhin erfolgt im Mikrorechnersystem in vorgegebenen Objektfeldern ein Vergleich mit Soll- und Toleranzwerten, aus denen Steuersignale für eine Bauelementesortierung ableitbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem vorgesehen, daß der Kohärenzgrad der zur Messung benutzter Strahlung durch Änderung der Beleuchtungsapertur einstellbar ist. Zur spektralen Anpassung an die Prüfaufgabe ist zweckmäßigerweise ein Filter oder eine Filterkombination einsetzbar.Calculation of the MTF, preferably in the sagittal and meridional directions. An expedient embodiment provides for the elimination of the undesired influence of axial image dislocations due to opto-mechanical tolerances or for the adjustment of the image plane with the trapping plane of an imaging system to use control circuits with power amplifiers and actuators. Furthermore, in the microcomputer system in predetermined object fields, a comparison is made with setpoint and tolerance values from which control signals for a component sorting can be derived. In the device according to the invention it is also provided that the degree of coherence of the radiation used for the measurement can be adjusted by changing the illumination aperture. For spectral adjustment to the test task a filter or a filter combination is expediently used.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment and the associated drawing.

Mit 1 ist eine Bestrahlungseinrichtung einstellbaren Kohärenzparameters und wählbarer spektraler Strahlstärke bezeichnet.1 denotes an irradiation device of adjustable coherence parameter and selectable spectral radiant intensity.

Eine Teststruktur 2 befindet sich in der durch die Vektoren "^_x · χ und "e*_y · у aufgespannten Objektebene. Sie enthält über eine große Fläche verteilt die zur Messung notwendigen Strukturen, vorzugsweise in meridionaler und sagittaler Richtung.A test structure 2 is located in the object plane spanned by the vectors "^ _x · χ and" e * _y · у. It contains distributed over a large area the necessary structures for measurement, preferably in the meridional and sagittal direction.

Das zu prüfende optische Bauelement 3 findet in der Halterung 4 eine definierte Lage. In der Nähe der durch die Vektoren Tf_x x' und T?_y у' augespannten Gaußschen Bildebene oder in einer festgelegten Auffangebene befinden sich die lichtelektrisch wirksamen Strukturen einer vorzugsweise eingesetzten CCD-Matrix 5. Hinter der CCD-Matrix 5 sind folgende elektromechanisch^ bzw. elektronische Baugruppen angeordnet; die Ansteuerelektronik 6 für die CCD-Matrix 5, das Mikrorechnersystem 7, die Bedienkonsole 8, das Display 9, die Ansteuerelektronik 10 für das Display 9, Leistungsendstufen 11 und Stellglieder 12.The optical component 3 to be tested finds a defined position in the holder 4. Near by the vectors Tf _x x 'and T? _The photoelectrically active structures of a preferably used CCD matrix 5 are located in the Gaussian plane of the image or in a defined catchment plane. The following electromechanical or electronic components are arranged behind the CCD matrix 5; the control electronics 6 for the CCD matrix 5, the microcomputer system 7, the control panel 8, the display 9, the control electronics 10 for the display 9, power amplifiers 11 and actuators 12th

Die Teststruktur 2 wird mit einer Strahlung definierten Kohärenzparameter und definierter spektraler Bestrahlungsstärke beauflagt. Der Kohärenzparameter ist durch Veränderung der Beleuchtungsapertur einstellbar. Zur spektralen Anpassung an die Prüf bedingungen kann bei vorgegebener spektraler Strahlstärke der Bestrahlungseinrichtung 1 und vorliegender spektraler Empfindlichkeit der Empfängerelemente der CCD-Matrix 5 ein Filter oder eine Filterkombination in den Strahlengang gebracht werden. Das zu prüfende optische Bauelement 3, im Ausführungsbeispiel reell abbildend, transformiert die Intensitätsverteilung in der Objektebene I (x, y) entsprechend seiner MÜF. in die Intensitätsverteilung Γ (χ', у') in der Auffangebene. Hier wird das ortsabhängige Intensitätsspektrum Γ (χ', γ') mit Hilfe einer CCD-Matrix 5 in ein zeitabhängiges elektrisches Signalspektrum I"The test structure 2 is loaded with radiation-defined coherence parameters and a defined spectral irradiance. The coherence parameter can be set by changing the illumination aperture. For spectral adaptation to the test conditions can be placed in the beam path at a given spectral radiant intensity of the irradiation device 1 and the present spectral sensitivity of the receiver elements of the CCD matrix 5, a filter or a filter combination. The optical component 3 to be tested, real imaging in the exemplary embodiment, transforms the intensity distribution in the object plane I (x, y) in accordance with its MTF. into the intensity distribution Γ (χ ', у') in the interception plane. Here, the location-dependent intensity spectrum Γ (χ ', γ') with the aid of a CCD matrix 5 in a time-dependent electrical signal spectrum I "

(t) umgeformt, in der nachfolgenden Ansteuerelektronik 6 einer A/D-Wandlung unterzogen und einem Mikrorechnersystem 7 kompatibel zur Verfügung gestellt.(T) transformed, subjected in the subsequent control electronics 6 an A / D conversion and a microcomputer system 7 compatible provided.

Im Mikrorechnersystem 7 laufen folgende programmierte Operationen ab:The following programmed operations take place in the microcomputer system 7:

— Korrektur des Signalspektrums mit einer Gerätefunktion, mit der z. B. die Empfindlichkeitsunterschiede der einzelnen Empfängerelemente und die MÜF-Verläufe der anderen Übertragungsglieder berücksichtigt werden- Correction of the signal spectrum with a device function, with the z. B. the sensitivity differences of the individual receiver elements and the MTF profiles of the other transmission elements are taken into account

— Ermittlung der Intensitätsverteilungen für geforderte Objektkoordinaten und RichtungenDetermination of the intensity distributions for required object coordinates and directions

— Normierung dieser Verteilungen- Standardization of these distributions

— Prüfen und Verdrehung der Kantenbilder zu den Zeilen und Spalten der CCD-Matrix 5, ggf. rechnerische Eliminierung- Checking and rotation of the edge images to the rows and columns of the CCD matrix 5, if necessary computational elimination

— Differentiation der Intensitätsverteilungen- Differentiation of the intensity distributions

— Extremwertstellenbestimmung- extremal point determination

— Berechnung der MÜF über schnelle Fouriertransformation- Calculation of MTF via fast Fourier transformation

— ggf. Eliminierung des Einflusses von axialen Bildabwanderungen oder Abgleich der Bildebene mit der Auffangebene des optischen Bauelements 3If appropriate, elimination of the influence of axial image drifts or alignment of the image plane with the catching plane of the optical component 3

Dazu wird der MÜF-Wert bei festen, frei wählbaren Ortsfrequenzen in einem vorgebbaren axialen Verstellbereich der CCD-Matrix 5 bzw. des optischen Bauelements 3 in vorgebbaren Schritten, vorzugsweise realisiert mittels Schrittmotor, ermittelt, das Maximum bestimmt und die MÜF in dieser Ebene berechnet.For this purpose, the MTF value is determined at fixed, freely selectable spatial frequencies in a predefinable axial adjustment range of the CCD matrix 5 or of the optical component 3 in predefinable steps, preferably implemented by means of a stepper motor, determines the maximum and calculates the MTF in this plane.

— Berechnung von Zentrierfehlern und Winkelfehlern über die Ermittlung von radialen Versetzungen des Bildes der Teststruktur 2Calculation of centering errors and angle errors via the determination of radial displacements of the image of the test structure 2

— Vergleich mit Sollwerten und zulässigen Toleranzen in vorgegebenen Objektfeldern- Comparison with setpoints and permissible tolerances in specified object fields

— Anzeige der Meßergebnisse entsprechend geforderter Darstellungsweise, vorzugsweise in räumlicher, toleranzbezogener farbiger grafischer Form- Display of the measurement results according to the required representation, preferably in spatial, tolerance-related color graphic form

— Ausgabe von Prüfzertifikaten- Issue of test certificates

— Bereitstellung von Steuersignalen für eine Prüflingssortierung.- Provide control signals for a sample sorting.

Über die Bedienkonsole 8 können die Objektkoordinaten, die Auswerterichtung (sagittal, meridional), die Art und Weise der bildlichen Darstellung auf dem TV, die Sollwerte und die zulässigen Abweichungen für bestimmte Objektkoordinaten bzw. -felder, der Befehl zur Eliminierung von axialen Bildabweichungen, die Koordinaten, die Raumfrequenz, der axiale Verstell bereich und die Schrittweite, bei denen die Fokussierung durchgeführt werden soll, sowie optisch-geometrische Parameter für die Zentrier- und Winkelfehlerberechnung eingegeben werden.Through the operator console 8, the object coordinates, the evaluation direction (sagittal, meridional), the way of visualization on the TV, the target values and the allowable deviations for certain object coordinates or fields, the command for the elimination of axial image deviations, the Coordinates, the spatial frequency, the axial adjustment range and the step size at which the focus is to be performed, as well as optical-geometric parameters for the centering and angle error calculation can be entered.

Andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So könnte anstelle der CCD-Matrix 5 z. B. eine andere großflächige geometrisch-optische Anordnung von Fotoempfängern Anwendung finden, die das geforderte Auflösungsvermögen gewährleistet. Ebenso ist der Einsatz einer anderen als im Ausführungsbeispiel dargestellten Teststruktur möglich. Diese Struktur muß jedoch eine großflächige, winkelabhängige Messung der MÜF, ggf.Other embodiments of the invention are possible without departing from the scope of the invention. So could instead of the CCD matrix 5 z. B. find another large-scale geometrical-optical arrangement of photoreceptors application that ensures the required resolution. Likewise, the use of a test structure other than that shown in the embodiment is possible. However, this structure must be a large-scale, angle-dependent measurement of the MTF, if necessary

über weitere rechnerisch auszuführende Korrekturen, gewährleisten. Zur Eliminierung des Einflusses von axialen Bildabwanderungen können anstelle eines Schrittmotors andere ansteuerbare Stellglieder eingesetzt werden, die für eine axiale Relativbewegung zwischen Teststruktur, Prüfling und Fotoempfänger sorgen.ensure further computational corrections. In order to eliminate the influence of axial image drift, other controllable actuators can be used instead of a stepping motor, which provide axial relative movement between the test structure, the test object and the photoreceiver.

Mit Hilfe von Hilfsoptiken lassen sich, an einer geeigneten Stelle in den Strahlengang gebracht, auch nicht reell abbildende optische Medien vermessen bzw. ein gewünschter Abbildungsmaßstab realisieren.With the help of auxiliary optics can be taken at a suitable location in the beam path, not real imaging optical media measure or realize a desired magnification.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß von beliebig optisch wirksamen Bauteilen, deren optisch-mechanische Toleranzen axiale und/oder radiale Bildabwanderungen hervorrufen, die MÜF schnell und routinemäßig auch in großen Objektfeldern gemessen und Signale für die Sortierung gewonnen werden können.The advantage of the invention is the fact that of any optically active components whose optical-mechanical tolerances cause axial and / or radial image drift, the MTF can be measured quickly and routinely in large object fields and signals for sorting can be obtained.

Claims

Device for measuring the MTF of arbitrarily optically active components in large object fields with an irradiation device adjustable degree of coherence and selectable spectral radiant intensity, with which by the respective component an image of a arranged in the object plane test structure in the CCD array having an image plane of the device is characterized in that the test structure (2) preferably has structure lines running in a meridional and sagittal direction and the imaged structure lines are orthogonal to the rows or columns of the CCD matrix (5).

For this 1 page drawing