DE1146283B - Verfahren und Geraet zur Messung der Kontrast-UEbertragungsfunktion eines optischen Systems - Google Patents
Verfahren und Geraet zur Messung der Kontrast-UEbertragungsfunktion eines optischen SystemsInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
- G01M11/0292—Testing optical properties of objectives by measuring the optical modulation transfer function
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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)
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 (5)
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.
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