DE1146283B

DE1146283B - Verfahren und Geraet zur Messung der Kontrast-UEbertragungsfunktion eines optischen Systems

Info

Publication number: DE1146283B
Application number: DEK40254A
Authority: DE
Original assignee: MATAKE KUROKAWA
Current assignee: MATAKE KUROKAWA
Priority date: 1959-03-26
Filing date: 1960-03-25
Publication date: 1963-03-28
Also published as: GB940735A; US3193690A; FR1251822A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Messung der Kontrast-Übertragungsfunktion eines optischen Systems.

Wird ein transparentes Gitter mit sinusförmigem Schwärzungsverlauf durch ein optisches System abgebildet, so ist der Intensitätsverlauf des Bildes gegenüber dem Eingangsverlauf im allgemeinen in der Amplitude und in der Phase verändert. Der Zusammenhang zwischen Ausgangsverlauf und Eingangsverlauf wird durch eine im allgemeinen komplexe Funktion vermittelt, welche als Kontrast-Übertragungsfunktion des optischen Systems bezeichnet wird.

Demgemäß kann die Messung der Kontrast-Übertragungsfunktion z. B. wie folgt vorgenommen werden:

Ein transparentes Gitter mit sinusförmigem Schwärzungsverlauf, im folgenden kurz Sinusgitter genannt, wird durch das betreffende optische System abgebildet. Der Intensitätsverlauf des Bildes wird dann fotometrisch ζ. Β. dadurch gemessen, daß über das Bild ein Schlitz geführt wird, hinter dem eine Intensitätsmeßanordnung angebracht ist.

Die durch das abtastende Fotometer gemessene Lichtmenge kann etwa durch einen Schreiber registriert werden. Amplitude und Phase der registrierten Sinuswelle ergeben die Kontrast-Übertragungsfunktion für die Ortsfrequenz des verwendeten Gitters. Wenn die Kontrast-Übertragungsfunktionen für einen gewissen Frequenzbereich bekannt sein sollen, müssen in der Objektebene des optischen Systems aufeinanderfolgend Sinusgitter mit verschiedenen Ortsfrequenzen angeordnet und deren Bilder abgetastet werden.

Es ist nun sehr schwierig, ein Gitter mit rein sinusförmigem Schwärzungsverlauf herzustellen. Schon geringe Abweichungen von der Sinusform bedingen das Auftreten höherer Harmonischer am Ausgang des Systems, wodurch die Messung beträchtlich gestört wird. Sinusgitter haben weiter den Nachteil, daß ihre Amplitude im allgemeinen nicht sehr groß gemacht werden kann, so daß die Mußempfindlichkeit begrenzt ist.

Es ist bereits bekannt, zur Vermeidung der mit einem Sinusgitter verbundenen Nachteile ein Gitter mit rechteckförmigem Schwärzungsverlauf, im folgenden kurz Rechteckgitter genannt, mit abnehmender Gitterkonstante zu verwenden. Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt durch Bewegung des Gitters eine Umsetzung der Ortsfrequenz in eine Zeitfrequenz, welche am Ausgang einer am Ort des Gitterbildes befindlichen Fotozelle zur Verfügung steht.

Die bekannte Anordnung hat jedoch noch den Verfahren und Gerät zur Messung

der Kontrast-Übertragungsfunktion

eines optischen Systems

Anmelder:

Matake Kurokawa,

Higashi, Ginza, Tokio (Japan)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 26. März 1959 (Nr. 9271)

Nachteil, daß die hinter einem Spalt von der Fotozelle gemessene Zeitfrequenz in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz des Gitters veränderlich ist. Dadurch kann aus der Rechteckwelle die Grundwelle nicht ohne weiteres herausgefiltert werden, es sei denn, es würden komplizierte Filteranordnungen mit zeitlich veränderlichen Übertragungseigenschaften verwendet werden.

Um nun die Nachteile des bekannten Verfahrens zur Messung der Kontrast-Übertragungsfunktion eines optischen Systems, bei dem in der Dingebene des Systems ein mit inkohärentem Licht beleuchtetes Rechteckgitter mit abnehmender Gitterkonstante bewegt wird und in einem in der Bildebene befindlichen Beobachtungsspalt die zeitlichen Intensitäts-Schwankungen fotoelektrisch abgetastet werden, zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, daß das Rechteckgitter so bewegt wird, daß die Zeitfrequenz am Beobachtungsspalt konstant ist und daß aus den bei der fotoelektrischen Abtastung entstehenden elektrischen Rechtecksignalen durch einen Tiefpaß die sinusförmige Grundfrequenz ausgesiebt und amplituden- und phasengerecht aufgezeichnet wird.

Das Gerät zur Ausübung dieses Verfahrens, welches ein in seiner Ebene senkrecht zu den Gitterstrichen verschiebbares Rechteckgitter mit abnehmender Gitterkonstanten und eine hinter einem Spalt angeordnete fotoelektrische Einrichtung umfaßt, kenn-

309 E47/209

zeichnet sich gemäß der Erfindung durch eine Antriebsvorrichtung für das Rechteckgitter, welche diesem eine der Gitterkonstanten proportionale Geschwindigkeit erteilt. Der Ausgang der fotoelektrischen Einrichtung liegt über ein Tiefpaßfilter an einem Registriergerät an. Das Tiefpaßfilter hat vorzugsweise eine Grenzfrequenz, welche dreimal so groß wie die Grundfrequenz der Rechteckwelle ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die rechteckfÖrmige Ausgangsgröße der fotoelektrischen Einrichtung eine konstante Zeitfrequenz hat. Das Tiefpaßfilter hat die Aufgabe, aus der Rechteckwelle die Grundwelle herauszufiltern.

Nach Registrierung der Grundwelle können die gewünschten Größen, nämlich die Amplitude und die Phase, bequem abgelesen werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 in schematischer Form eine Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine Draufsicht auf das bei dem Gerät nach Fig. 1 verwendete Rechteckgitter.

Nach der Zeichnung wird ein Rechteckgitter 1 über einen Spalt 10 und einen Kondensor 11 von einer Lichtquelle 9 mit inkohärentem Licht beleuchtet. Die Gitterkonstante des Rechteckgitters ist langsam veränderlich, d. h>, die Ortsfrequenz des Gitters ist nicht konstant. Zwischen einem mit einem schmalen Spalt 5" versehenen Schirm 3 und dem Rechteckgitter 1 ist das hier einfach als Linse dargestellte optische System 2 angeordnet. Der Spalt S' liegt parallel zu den Gitterstrichen des Gitters 1 an der Stelle des durch das optische System 2 entworfenen Bildes 1' des Rechteckgitters. In der Dingebene entspricht dem Spalt S' ein spaltförmiger Bereich 5.

Das durch den Spalt 5" fallende Licht wird von einer Fotozelle 4 aufgefangen. Die Ausgangsgröße der Fotozelle 4 wird über ein Tiefpaßfilter 5 einem Registriergerät 6 zugeführt.

Das Rechteckgitter 1 ist an einer Betätigungsstange 8 befestigt, deren anderes Ende durch geeignete Mittel gegen den Umfang eines Nockens 7 gedrückt wird. Die Form des Nockens 7 ist so gewählt, daß in der Zeiteinheit immer eine konstante Anzahl von Gitterstrichen durch den dem Spalt S' entsprechenden Bereich S läuft.

Wenn der Nocken 7 mit konstanter Drehzahl umläuft, wird das Gitter 1 mit einer nicht konstanten Geschwindigkeit abgetastet, welche der Gitterkonstanten an der Stelle des Bereiches S proportional ist. Somit erscheint am Ausgang der Fotozelle 4 eine rechteckfÖrmige Spannung mit konstanter Zeitfrequenz.

Wie bekannt ist, besteht eine Rechteckwelle aus einer von zahlreichen Harmonischen überlagerten Grundwelle. Das Tiefpaßfilter 5 ist so gewählt, daß es aus der Rechteckspannung im wesentlichen nur die sinusförmige Grundwelle herausfiltert. Diese Sinuswelle wird durch das Registriergerät 6 aufgezeichnet. Aus dem Amplituden- und Phasenverlauf des erhaltenen Diagramms kann die Kontrast-Übertragungsfunktion des optischen Systems leicht erhalten werden.

Der Meßfehler bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist sehr klein, da ein Rechteckgitter erheblich genauer als ein Sinusgitter hergestellt werden kann. Auch die Amplitude eines Rechteckgitters kann erheblich größer als die eines Sinusgitters gemacht werden, so daß das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und die Meßempfindlichkeit damit vergrößert wird. Ein gewisses Restrauschen kann durch das Filter 5 ohne weiteres vollständig beseitigt werden. Die große Empfindlichkeit des Gerätes gemäß der Erfindung ermöglicht auch die Messung einer Linse mit kleinem Öffnungsverhältnis.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Messung der Kontrast-Übertragungsfunktion eines optischen Systems, bei dem in der Dingebene des Systems ein mit inkohärentem Licht beleuchtetes Rechteckgitter mit abnehmender Gitterkonstante bewegt wird und in einem in der Bildebene des Systems befindlichen Beobachtungsspalt die zeitlichen Intensitätsschwankungen fotoelektrisch abgetastet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechteckgitter (1) so bewegt wird, daß die Zeitfrequenz am Beobachtungsspalt (5') konstant ist und daß aus den bei der fotoelektrischen Abtastung entstehenden elektrischen Rechtecksignalen durch einen Tiefpaß (5) die sinusförmige Grundfrequenz ausgesiebt und amplituden- und phasengerecht aufgezeichnet wird.

2. Gerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, welches ein in seiner Ebene senkrecht zu den Gitterstrichen verschiebbares Rechteckgitter mit abnehmender Gitterkonstanten und eine hinter einem Spalt angeordnete fotoelektrische Einrichtung umfaßt, gekennzeichnet durch eine Antriebsvorrichtung (7, 8) für das Rechteckgitter (1), welche diesem eine der Gitterkonstanten proportionale Geschwindigkeit erteilt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung eine Betätigungsstange (8) und einen Nocken (7) umfaßt, dessen Steigung proportional der Gitterkonstante zunimmt.

4. Gerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der fotoelektrischen Einrichtung (4) über ein Tiefpaßfilter (5) an ein Registriergerät (6) angeschlossen ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (5) eine Grenzfrequenz hat, welche dreimal so groß wie die Grundfrequenz der Rechteckwelle ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Optica Acta, Vol. 4, 1957, S. 21 bis 30.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 547/209 3.