DE1216570B - Vorrichtung zur Messung der Kontrast-uebertragungsfunktionen von optischen Objektiven u. dgl. - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G02d

Deutsche Kl.: 42 h -35/01

1 216 570
N24773IX a/42h
10. April 1964
12. Mai 1966

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Kontrastübertragungsfunktionen oder mit diesen im Zusammenhang stehende Funktionen oder Größen von optischen Objektiven oder ähnlichen Abbildungsvorrichtungen.

Während der letzten wenigen Jahre ist es mehr und mehr üblich geworden, die Abbildungseigenschaften von Objektiven oder ähnlichen Vorrichtungen, wie Bildwandlerröhren, dadurch zu kennzeichnen, daß das Verhältnis zwischen dem Kontrast im Bild und dem im Objekt angegeben wird, das gefunden wird, wenn ein Linienmuster von sich sinusförmig verändernder Intensität durch die betreffende Vorrichtung abgebildet wird. Dieses Verhältnis, der Kontrastübertragungsfaktor, verändert sich mit der Zahl der Linien je Längeneinheit des Musters, der räumlichen Frequenz, und wird gewöhnlich als Funktion dieser Frequenz angegeben.

Gewöhnlich wird der Kontrastübertragungsfaktor dadurch gemessen, daß eine Abbildung eines Testobjekts mit dem gewünschten Linienmuster auf einem zu diesen Linien parallelen engen Schlitz mit Hilfe der zu testenden Linse gebildet wird. Es wird entweder der Schlitz oder das Testobjekt bewegt, so daß der Schlitz die Abbildung mit einer konstanten Geschwindigkeit senkrecht zu den Musterlinien abtastet. Hinter dem Schlitz ist eine photoelektrische Vorrichtung, beispielsweise ein Photovervielfacher, angeordnet, der den ausgehenden veränderlichen Lichtstrom in einen Photostrom umwandelt. Die Schwankungen der sinusförmigen örtlichen Intensität in der Abbildung werden daher in sinusförmige Schwankungen des Photostroms umgewandelt, wobei die Frequenz der elektrischen Schwankungen durch die räumliche Frequenz und die Abtastgeschwindigkeit bestimmt wird, während die Amplitude ein Maß des zu ermittelnden Kontrastübertragungsfaktors ist. Das gleiche Ergebnis wird natürlich erzielt, wenn der Lichtstrom gemessen wird, der vom Testobjekt ausgeht, wenn auf diesem eine linienförmige Lichtquelle durch die zu testende Linse abgebildet wird.

Zur genauen Kennzeichnung eines Objektivs würde es notwendig sein, die Kontrastübertragungsfunktion nicht nur für ein auf der optischen Achse befindliches Objekt, sondern auch für verschiedene andere Punkte in der Brennebene zu ermitteln, was für einen meridionalen sowie für einen sagittalen Schlitz geschehen muß. Aus diesem Grunde wurden viele Vorschläge mit dem Ziel einer Vereinfachung und Beschleunigung der Messung und Aufzeichnung von Kontrastübertragungsfunktionen gemacht. Bei den meisten dieser Vorschläge werden besondere Test-Vorrichtung zur Messung der Kontrastübertragungsfunktionen von optischen
Objektiven u. dgl.

Anmelder:

N. V. Optische Industrie »De Oude DeIft«,
Delft (Niederlande)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Hoffmann und Dipl.-Ing. W. Eitle,
Patentanwälte, München 8, Maria-Theresia-Str. 6

*5 Als Erfinder benannt:

Percy Norman Kruythoff,

Sipko Luu Boersma, Delft (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 11. April 1963 (291500)

as objekte in Form von Scheiben, Trommeln oder Schlitten verwendet, die eine Reihe von Linienmustern von veränderlicher räumlicher Frequenz tragen. Wenn das Testobjekt rasch an der Schlitzabbildung vorbeibewegt wird, wird das gesamte Spektrum der räumlichen Frequenz innerhalb eines kurzen Intervalls, zweckmäßig mit Wiederholung, abgetastet, so daß die Kontrastübertragungsfunktion bildlich dargestellt und gegebenenfalls auf einem Oszilloskop registriert werden kann. An Stelle von Linienmustern mit sich sinusförmig verändernder Durchlässigkeit können rechteckige Intensitätsverteilungen, die leichter erzielbar sind, verwendet werden. In diesem Falle wird der Photostrom in ein elektrisches Bandfilter eingespeist, das auf die Grundfrequenz der Rechteckwelle abgestimmt ist.

Durch eine geeignete Regelung der linearen Abtastgeschwindigkeit kann erreicht werden, daß die aufeinanderfolgend abgetasteten, verschiedenen optischen oder räumlichen Frequenzen ein und dieselbe elektrische Frequenz erzeugen, so daß das Bandfilter auf eine feste Frequenz abgestimmt werden kann.

Die Möglichkeit der Verwendung einer gleichmäßig belichteten und entwickelten photographischen Emulsion als Testobjekt wurde bereits erwähnt. Infolge des regellosen Korngefüges kann eine solche Schicht als optische Rauschquelle mit einem breiten Frequenzspektrum bezeichnet werden, d. h., die

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dichte Verteilung kann als Überlagerung einer sehr großen Zahl von sinusförmigen Linienmustern von verschiedener Frequenz und Phase betrachtet' werden, deren Linien sich in allen möglichen Richtungen erstrecken und deren Amplituden, d. h. der Kontrast, aus der Dichteverteilung durch Fourier-Analyse ermittelt werden kann. Je feiner die Kornstruktur ist, desto breiter ist das Frequenzspektrum. Der Idealfall ergäbe ein »weißes« optisches Rauschen in einem breiten Frequenzband, d. h., alle Frequenzen würden den gleichen maximalen Kontrast haben.

Bei einem solchen optischen Rauschgenerator als Testobjekt besteht das Ausgangssignal der photoelektrischen Vorrichtung ebenfalls aus Rauschen, wobei der Frequenzverlauf dieses elektrischen Rauschens das Produkt aus dem Frequenzverlauf des optischen Rauschens und der Kontrastübertragungsfunktion des Objektivs ist. Mit anderen Worten, jede räumliche Frequenz, die im optischen Rauschen vorhanden ist, ist im elektrischen Rauschen zu finden und wird entsprechend dem Kontrastübertragungsfaktor des Objektivs für die betreffende räumliche Frequenz gedämpft. Das elektrische Rauschen kann durch an sich bekannte Mittel, beispielsweise durch einen Frequenzanalysator, in seine Frequenzkomponenten aufgelöst werden.

In der Literatur zu diesem Gegenstand wurde die Tatsache erkannt, daß eine regellose Dichteverteilung, wie sie durch eine photographische Emulsion erhalten wird, nicht genau äquivalent einem Komplex von optischen Sinuswellenverteilungen ist, der aus parallelen Linien besteht. Es kann theoretisch gezeigt werden, daß eine solche Äquivalenz vielmehr hinsichtlich eines Musters besteht, das nur in der Richtung der Abtastung regellos ist und in der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung gleichmäßig. Dies wurde durch Versuche bestätigt, aus denen sich ergibt, daß Kontrastübertragungskurven, die aus Testobjekten mit zweidimensionaler regelloser Dichteverteilung erhalten werden, ziemlich beträchtliche Unterschiede von ähnlichen Kurven zeigen, die aus der gleichen Linse durch Prüfen mit den üblichen Sinuswellenmustern erzielt werden. Diese Unterschiede könnten durch Verwendung sehr langer Abtastschlitze auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, jedoch verschwinden sie nicht völlig. Bei der Verwendung sehr langer Abtastschlitze treten praktische und wesentliche Nachteile auf, beispielsweise die Schwierigkeit der Bildung einer vollkommenen Abbildung durch den Schlitz eines Mikroskopobjektivs und die Gefahr, daß die Bedingung der Isoplanasie nicht mehr in einem ausreichenden Maße erfüllt ist. Isoplanasie bedeutet, daß die Abbildung als linear betrachtet werden kann, was in praktischen Abbildungsvorrichtungen nur für verhältnismäßig kleine Objekte zutrifft. Wenn die Abbildung nicht linear ist, ist die Kontrastübertragungstheorie mit der Fourier-Transformation, auf welcher die Messung beruht, nicht mehr zutreffend.

Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Messung der Kontrastübertragungsfunktionen oder ähnlichen Größen bzw. Funktionen von optischen Objektiven oder ähnlichen Abbildungsvorrichtungen gerichtet, bei welcher ein Testobjekt verwendet wird, das eine sich regellos verändernde Lichtdurchlässigkeit in der Abtastrichtung, jedoch eine gleichmäßige Lichtdurchlässigkeit in der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung hat, so daß das Fourier-Spektrum der die Lichtdurchlässigkeit in der Abtastrichtung beschreibenden Funktion ausreichend räumliche Frequenzen von ausreichender Amplitude im Frequenzband aufweist, für welches der Kontrastübertragungsfaktor gemessen werden soll.

Es wurden bisher keine praktischen Vorschläge zur Herstellung von Testobjekten der vorangehend vorgeschlagenen Art gemacht. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Testobjekts, das mit

ίο einem verhältnismäßig breiten Frequenzspektrum hergestellt werden kann und dessen Herstellung trotzdem einfach ist.

Erfindungsgemäß wird das Testobjekt durch eine dünne lichtundurchlässige Schicht mit engen, im wesentlichen parallelen lichtdurchlässigen Schlitzen in regellosen Abständen voneinander gebildet. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung und

F i g. 2 eine Ansicht des Testobjekts im Aufriß.

Eine linienförmige Lichtquelle, z. B. der Glühfaden einer Glühlampe 1 oder ein schmaler Schlitz, der von hinten beleuchtet wird, wird mit starker Verkleinerung mit Hilfe eines Mikroskopobjektivs 2 von ausreichender Apertur in der Bildebene des zu testenden Objektivs 3 abgebildet. Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich um ein photographisches Objektiv, das mit einem unendlichen Objektabstand verwendet wird und das die linienförmige Lichtquelle im unendlichen abbildet. Ein Kollimator 4 bildet ein endgültiges Bild an der Vorderseite des Testobjekts, das in diesem Fall eine kreisförmige Scheibe 5 ist. Wenn beispielsweise eine Bildwandlerröhre getestet werden soll, kann die Schlitzabbildung auf deren Photokathode projiziert werden. Das' Schirmbild wird auf das Testobjekt mit Hilfe eines Objektivs projiziert, dessen Kontrastübertragungsfunktion bekannt ist. Falls erforderlich, muß die auf diese Weise gefundene Kontrastübertragungsfunktion

+° um den Beitrag durch das bekannte Objektiv korrigiert werden. Photographische Emulsionen können dadurch getestet werden, daß sie mit der Schlitzabbildung belichtet und nach dem Entwickeln auf das Testobjekt in gleicher Weise projiziert werden.

Das Testobjekt hat einen Schichtträger aus durchsichtigem Material, der auf seiner Vorderseite eine dünne lichtdurchlässige Schicht, z.B. aus Aluminium, trägt, in welcher eine sehr große Zahl außerordentlich feiner, radialer Schlitze mit Hilfe einer Nadel, ernes Messers od. dgl. geritzt worden ist. F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Scheibe von vom gesehen, in der nur wenige der vielen Schlitze dargestellt sind. Bei einer Schlitzabbildung von geringer Länge können die Linien in der Scheibe als ausreichend parallel betrachtet werden. Da die Scheibe bei ihrer Drehung periodisch das gleiche Linienmuster wiederholt, ist das erhaltene Spektrum der räumlichen Frequenz nicht ein kontinuierliches Spektrum, sondern im wesentlichen ein Linienspektrum. Dieses Linienspektrum kann jedoch eine ausreichende Zahl gesonderter Frequenzen enthalten, die für den beabsichtigten Zweck geeignet sind.
Die Verteilung der Schlitze über den Umfang der Scheibe soll regellos sein. Dies kann dadurch geschehen, daß beispielsweise die Schlitze in der folgenden Weise eingraviert werden. Die Scheibe wird gleichachsig auf einen drehbaren Tisch aufgebracht,

der von bevorzugten Stellungen absolut frei ist. Über dem Tisch wird eine Ritznadel so angeordnet, daß sie längs eines Halbmessers der Scheibe hin- und herbewegt werden kann. Während ihres Vorwärtshubes wird die Ritznadel abgesenkt, so daß in die lichtundurchlässige Schicht eine Linie geritzt wird. Während des Rückhubes wird die Nadel angehoben. Jedesmal, nachdem eine Linie geritzt worden ist, wird der Tisch regellos entweder von Hand oder durch mechanische Mittel um einen Winkel gedreht.

Die Scheibe ist auf einer Welle 6 drehbar, die zur Meßebene senkrecht ist. Das durch die Scheibe hindurchtretende Licht wird durch eine photoelektrische Vorrichtung 7 aufgefangen. Das Ausgangssignal der letzteren wird aufeinanderfolgend einem Breitbandverstärker 8, einem einstellbaren Bandfilter 9, einem Detektor 10 und einem Anzeige- oder Registriergerät 11 zugeführt.

Wenn angenommen wird, daß das Mikroskopobjektiv 2 und der Kollimator im interessierenden Frequenzbereich »ideal« sind, daß ferner das Rauschen der Testscheibe »weiß« ist und daß die elektrischen Komponenten keine unerwünschte Verzerrung hineinbringen, kann das Gerät 11 die Kontrastübertragungsfunktion der Linse 3 unmittelbar aufzeichnen, wenn die Abstimmfrequenz des Bandfilters 9 so eingestellt ist, daß sie den gewünschten Bereich durchläuft. Mit Hilfe einer geeigneten elektrischen Schaltanordnung können natürlich auch andere Funktionen und Größen, die aus der Kontrastübertragungsfunktion abgeleitet werden können, gemessen werden, z. B. die Güteziffer des Objektivs. Eine solche Güteziffer, die von einem Meßgerät unmittelbar abgelesen werden kann, kann von besonderem Interesse sein, wenn große Zahlen von Objektiven getestet oder eingestellt werden sollen.

Ferner ist es möglich, die Kontrastübertragungsfaktoren für eine Anzahl von verschiedenen räumlichen Frequenzen gleichzeitig anzuzeigen, wenn der Ausgang der photoelektrischen Vorrichtung in eine Anzahl Bandfilter eingespeist wird, die parallel ge-, schaltet sind, je auf eine gegebene feste Frequenz abgestimmt sind und je ihr eigenes Meßgerät haben.

Die Drehzahl der Scheibe 5 bestimmt das Frequenzverhältnis bei der Umwandlung der räumlichen Frequenzen in elektrische zeitliche Frequenzen. Zur Eichung der Vorrichtung wird z. B. eine Linienabbildung auf der Rauschscheibe durch ein Mikroskopobjektiv gebildet, das eine bekannte Kontrastübertragungskurve hat, welche nahezu ideal ist.

Eine maximale Ablesung des Meßgerätes 11 zeigt die Stellung der besten Fokussierung des Mikroskopobjektivs an. Nun kann für jede Frequenz die Empfindlichkeit des Meßgeräts 11 oder der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 8 so eingestellt werden, daß sich die Meßgerätanzeige in Übereinstimmung mit dem bekannten Kontrastübertragungsfaktor des Mikroskopobjektivs befindet. Durch die Verwendung dieser gleichen Einstellung beim Messen der betreffenden Frequenz wird eine Korrektur für den Einfluß von Abweichungen im optischen Rauschen von einem »weißen« Spektrum und für eine mögliche lineare Verzerrung durch die elektrischen Komponenten erzielt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Messung von Kontrastübertragungsfunktionen oder ähnlichen Größen oder Funktionen von optischen Objektiven oder ähnlichen Abbildungsvorrichtungen, bei welchen ein Testobjekt verwendet wird, das eine sich regellos verändernde Lichtdurchlässigkeit in der Abtastrichtung, jedoch eine gleichmäßige Lichtdurchlässigkeit senkrecht zur Abtastrichtung aufweist, so daß das Fourier-Spektrum der die Lichtdurchlässigkeit in der Abtastrichtung beschreibenden Funktion ausreichend räumliche Frequenzen von ausreichender Amplitude im Frequenzband umfaßt, für welches der Kontrastübertragungsfaktor gemessen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Testobjekt durch eine dünne lichtundurchlässige Schicht mit engen, im wesentlichen parallelen lichtdurchlässigen Schlitzen in regellosen Abständen voneinander gebildet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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