DE2138629A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Testen optischer Teile oder optischer Systeme - Google Patents

Description

dr. MÜLLER-BORE dipl-phys. dr. MANITZ dipl.-chem. dr. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

Hünchen,- den 2, AU* Hfl

Hl/B - Q 2304-

Sira Institute

South Hill, Chislehurst

Kent BR7

England

Verfahren und Vorrichtung zum !Testen optischer Teile oder optischer Systeme

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zun Testen "bzw· Prüfen optischer Teile oder optischer Bystome, insbesondere optischer Teile in der-iOrm von Faserplatten oder Leiter für kohärentes Licht.

Dor Begriff "Prüfen" bzw. "Testen" bezieht sich allgemein s'.ui" eine Inspektion oder Messung.

iSingenschaften optischer Teile oder Öysbeme mit einem

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im wesentlichen linearen Übertragungsfaktor "bzw. !Frequenzgang werden oft durch deren optisühe Übertragungsfunktion bzw. optische - Verstärkung, nachfolgend OTE abgekürzt, oder durch deren Modulationsübertragungsfunktion bzw. Hodulationsverstärkung, im folgenden MTF abgekürzt, die den Modulus bzw. Betrag der im we sent liehen komplexen Funktion OTF darstellt, angegeben. Hierzu sei auf die britische Patentschrift 970 369 verv/iesen, in der eine OTF-Hessung mehr im einzelnen beschrieben ist.

Die Variation in der Gestalt der Linienstreuungsfunktiori b in dem getesteten Teil oder System sollte eine geringe Änderung bei verschiedenen Stellungen in einer Bildebene zeigen und wenn dies nicht der Fall ist, ist die MTi' in der Tat abhängig von der Stellung eines Testmusters bzw. Testbildes relativ au dem geprüften Teil oder System· Eine Fase3?n--¹platte fällt unter die letzt genannte Kategorie und ein Verfahren zum Testen einer Fasernplatte besteht darin, daß der Mittelwert der statischen HTF bei einer Anzahl von Stellungen eines Testmusters bzw. Testbildes gemessen wird. Der resultierende Mittelwert wird gewöhnlich als die mittlere statische HT]? bezeichnet. Das Hessen der statischen MTF einer Fasernplatte erfordert sehr spezielle Techniken, " für die die folgenden typisch sind;

1) In einem ersten Testverfahr en wird ein stationäres, beleuchtetes Sinus- oder Rechteck-Wellen-übertragungsgitter oder eine scharfe Kante oder ein Stiftloch oder ein Schlitz auf die Eintrittsseite einer Fasernplatte abgebildet. Das durch die Platte übertragene Bild wird dann analysiert, indem ein schmale0xⁿ Schlitz übexⁿ dau Bild bewegt und daß durch den Schlitz hindurchgehende

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Licht in ein elektrisch.es Signal tungewandelt wird·

2) In einem zweiten Testverfahren wird ein bewegliches beleuchtetes Sinus-oder Rechteck-wellen-Ubertragungsgitter oder eine bewegliche scharfe Kante oder ein Stifloch oder Schlitz auf die Eintrittsseite einer Fasernplatte abgebildet. Das durch, die Platte übertragene Bild wird durch einen statischen Schlitz analysiert und das durch den Schlitz hindurchgehende Licht wird in ein elektrisches Signal umgewandölt·

3) In einem dritten lestverfahren wird ein Schlitz beleuchtet und auf die Eintrittsseite einer Fasernplatte abgebildet. Das durch die Platte übertragene Bild wird dann durch ein Sinus- oder Rechteck-Wellen-Ubertragung3gitter oder ein Stifloch oder um eine -scharfe Kante geführt, um schließlich in ein elektrisches Signal umgewandelt zu werden. Entweder wird der beleuchtete Schlitz oder das Gitter, das Stiftloch bzw. Loch oder die scharfe Kante bewegt·

Bei allen diesen drei bekannten iDestverfahren wird die statische MIF der geprüften Platte nach Verarbeiten des elektrischen Signals erzeugt· Wenn ein übertragungsgittör benutzt wird, ist irgendeine Einrichtung erforderlich, um eine Variation in der Raumfrequenz vorzusehen, beispi&eise eine Anzahl von verschiedenen Sinus-oder Hechteck-Wellen-Gittern, um eine vollständige HiEF-Charakteristik bzw. einen vollständigen MIF-Verlauf zu erreichen. Die Fasernplatte kann, um die mitjtlere statische HIF, die , wie oben erwähnt, es erfordert, daß die relative Stellung des Testbildes und der Fasernplatte geändert wird, in Vibration

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versetzt werden und die Verarbeitungsausrüstung kann den Hittelwert der statischen IiTF bei verschiedenen - Stellungen der Platte nehmen. Bei diesen bekannten Verfahren ist es schwierig, die Eintritts- und Ausgangsflächen der Fasernplatte in der richtigen optischen Anordnung zu halten, um genaue Ergebnisse erreichen zu können·

Bei einem !weiteren bekannten Verfahren zum Testen einer Fasernplatte wird ein zerstreuendes Element bzw. Zerstreuungselement wie ein Amici-Prisma benutzt, um ein polychromatisches Testbild auf die Eintrittsfläche der Platte zu führen. Das übertragene Bild wird dann durch ein ähnliches Element geführt,

* -η·-ι j ' = ι bzw+_n zusammenzusetzen, um das Bild wiederherzustellen^ JJieses verfahren ist als Vellenlängen-Iiultiple3C-Verfahrei>-(wavelength multiplexing) bekannt. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es schwierig ist, ein gleichförmiges Ansprechen bzw. einen gleichförmigen Frequenzgang von den verschiedenen Wellenlängen abzuleiten.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Testen von optischen Teilen oder Systemen, insbesondere Fasernplatten, bei dem bzw. der diese Nachteile nicht vorhanden sind.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Testen eines optischen Systemes oder Teiles vorgesehen, bei dem das getestete Teil oder optische System ein durch eine erste Zerlegungsoperation erzeugtes Testmuster elektromagnetischer Strahlen überträgt, das Testmuster einer weiteren Zerlegungsoperation unterzogen wird, bevor oder nachdem das Huster durch das Teil

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oder System übertragen worden ist, wobei die v/eitere Zerlegungsoperation eine zyklische Periode aufweist, die "bedeutend kleiner als die der ersten Zerlegungsoperation ist, die durch das Teil oder System übertragene Strahlung in ein elektrisdaes Signal übertragen wird, das Signal—Komponenten auf v/eist, die den Perioden der ersten und zweiten Zerlegungsdperationen entsprechen, und die Hodulationsübertragungsfunktion dos Seiles oder Systems aus dem elektrischen Signal. erriittelt wird·

Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum '!Osten eines optischen Systems oder Teiles vorgesehen mit einer ersten Zerlegungseinrichtung zur Erzeugung eines Testmüsters oder Testbildes elektxOmagnetischer Strahlung für eine Übertragung durch das getestete System oder Teil, mit einer weiteren Zerlegungseinrichtung, nit der das Testiauster einer weiteren Zerlegungsoperation unterzogen wird, bevor oder nachdem das Muster durch das System oder Teil übertragen wird bzw· worden ist, wobei die weitere Zerlegungsoperation eine zyklische Periode aufweist, die bedeutend niedriger als die durch die erste Zerlegungseinrichtung erzeugte ist, und mit jiiier Einrichtung zum Umwandeln einer durch das System odor Teil übertragenen Strahlung in ein elektrisches Signal, das Signal Komponenten aufweist, diefden zyklischen Perioden entsprechen, die durch die erste und aie weitere Zerlegungaoim'achtung erzeugt werden, wodurch die Hodulationsübertragtmgafunktion des Systems oder T,iloß aus den Signal ermittelt werden kann.

x)io höhere Zerlegungsfrequenz des Testmustera kann eine Trägerfrequenz in dem elektrischen iJignal wirksam

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erzeugen, die» mit einer tiefer-frequenten Komponente entsprechend der Periode der zweiten Zerlegungsoperation moduliert ist. Durch den Hochfrequenzträger kann danii der Moinentanwert der HiCF oder die statische KiEE¹ über die Periode der streiten Zerlegung sop er ation vorgesehen werden» Durch Kittelunc doο Signals über diese letztere Periode kann die gemittlete statische Hl¹I? ermittelt i/erden.

Das Basistestmuster, das geeigneterweise durch einen Objektgenerator erzeugt wird, ist bevorzugt in der Foria von Abtastungs- bzw. Zerlegungslinien vorgesehen, die kontinuierlich entlang einem achmalen S-hlitz durch Drehen eines Radialgitters bowegt werden, und die Kaumfrequenz des Testmusters , die als die Anzahl der sich pro Idnear—Dinension des Schlitzes bewegenden Linien definiert ist, ist bevorzugt variabel.

Das Testmuster bzw. Testbild kann auf die Fasernplatte oder andere geprüfte Systeme oder Teile durch ein optisches System abgebildet werden, das eine Übertragungslinse bzw· Relaislinse und eine Zylinderlinse umfaßt, wobei eine weitere Relaislinse vorgesehen ist, mit der das Bild des durch die Fasernplatte oder dergleichen übertragenen Husters zu der Umwandlungseinrichtung geführt wird. Die zweite langsamere Zerlegungseinrichtung kann verschiedene Formen aufweisen und bei einer bevorzugten nachfolgend beschriebenen Ausführungsform wird ein ebener Spiegel benutzt, der mittele eines drehbaren Nockens winklig oszillierend verschoben wird.

Das durch die geprüfte Platte oder dergleichen übertragene Testbild, das zwei Zerlegungen bei verschiedenen

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Frequenzen aufweist, kann auf einen schmalen Schlitz v;eitergeleitet werden, dem eine photoelektrische Fühlereinrichtung zur Erzeugung des elektrischen Signals folgt.

Die Erfindung ist insbesondere zum Testen optischer Teile in Form von Fasernplatten oder Leitern für kohärentes Licht geeignet, wobei im Gegensatz zu den ο oen erwähnten bekannten Testverfo.hren das Teil in einer statischen Stellung gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung "beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild, in der eine erfiiidungsgemäße Vorrichtung veranschaulicht ist,

Fig. 2 die optische Konfiguration am Eintritts schlitz der Analysierungseinrichtung der Vorrichtung und

Fig. 3 typische Kurvenverläufe , die durch die Vorrichtung der Fig· 1 erzeugt xierden«,

Aus Darstellungsgründen sei angenommen, daß als optische Komponente bzw. optisches Teil nach Figo 1 eine Faserplatte 12 einer Prüfung unterzogen wfcrd. Π ach Fig. 1 umfaßt eine Vorrichtung einen optischen Objektgenerator 10, der ein Testmuster bzw. Testbild erzeugt· Das Testbild wird durch einen/itOtaswbrgang, bevorzugt durch ein Gitter erzeugt, das entlang einem schmalen Schlitz bewegt wird; das Gitter kann ein Radialgitter sein, wie es in der britischen Patentschrift 970 369 beschrieben ist. Im wesentlichen kann der Objektgenerator 10 der gleiche Objektgenerator sein, der in Fig. 1 dieser britischen Patentschrift

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dargestellt ist. Unabhängig von der Form des Generators ist das Testbild in der Form einer großen Anzahl von Linien vorgesehen, die sich relativ zu irgendeinem Bezugssystem , d<.h₀ dem schmalen Schlitz beilegen, und die Raumfrequenz ( spatial frequency) des Testbildes , die bevorzugt variabel ist, ist als die Anzahl der Linien pro mm, die sich längs dem Schlitz bewegen, definiert.

Das von dem Objektgenerator 10 erzeugte Testbild wird auf die Eingangsfläche 11 der getesteten Fasernplatte durch eine Zylinderlinse 13 und eine Hoclileiäcungs-Relaislinse bzw. -Übertragungslinse (high qualitjr relay lens) 14· fokusiert. Die Zylinderlinse 13 dient dazu, das Bild auszudehen, wenn das Testbild auf der Fläche 11 in einer Richtung senkrecht zu der Länge des schmalen Schlitzes in dem Objektgenerator 10 erzeugt

Das von dem Testbild auf der Fläche 11 erzeugte Bild wird durch die Platte 12 übertragan und verläuft dann durch eine zweite Relaislinse 15 und dann zu einer Abtastungs- bzw. Zerlegungseinrichtung 30. Der Zerlegungseinrichtung 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Form eines ebenen Spiegels 16 vorgesehen, der von einer w Hockehstößelplatte 17 getragen wird, die durch einen drehbaren Hocken 18 winkelmäßig verschoben wird. Die durch die Zerlegungseinrichtung 30, d.h. die Teile 16, 17, 18 erzeugte Zerlegung erfolgt bewußt beachtlicli langsamer als die Bewegung der Linien in dem Testbild. Durch ein Drehen des Nockens 18 wird das durch den Spiegel reflektierte Licht veranlaßt, entlang einer Achse A-B, die in Fig. 2 dargestellt ist und senkrecht zu den Linien des Testbildes liegt, abzutasten bzw. zu verlaufen. Die Terschiebungs/Zeit-Oharalctoriotilcon der durch die Einrichtung 30 erzeugten Zerlegung sind abhängig von der Gestalt det;

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ITockens 18. Eine dreieckförinige Yerschiebungs/Zeit-Gharakteristik ist "bevorzugt, obgleich, andere , vielleicht konplexei'e Charakteristiken erzeugt werden können durch geeignet gestaltete Hocken. Bevorzugt bietet die Zerleguii^seinrichtung 30 die Möglichkeit zu einer · Einstellung , so daß die Amplitude der Zerlegungsverschiebung variiert werden kann.

Die Zerlegungseinrichtung 30 kann verschiedene Formen, die anders sind als die in IPig. 1 dargestellte, aufweisen., Biispielsxjise kann eine lliederleistungslinse bzw. ein Uieclerleistungsobjektiv (low power lens ) oder- eine Glasplatte mit parallelen Seiten mit der Linse 15 fluchten. Venn eine ITiederleistungslinse benutzt wird, wird diese seitlich relativ zu der optischen Achse 50 bewegt, und wenn eine Glasplatte benutzt wird, wird die co relativ zu der optischen Achse 50 gekippt. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein durch eine elektromagnetische Einrichtung bewegter ebener Spiegel D3-_tuttit worden. Die besondere dargestellte Zerlegungsoinrichtung weist jedoch den Vorteil auf, daß keine bedeutende "Verschlechterung des Bildes auftritt, vorausgesetzt, daß der Spiegel 16 eine angemessen gute Qualität aufweist. iSbenso kann durch eine, relativ ... , ,

bzw. eine Abtastung l

bzw. ein HOigung des Spiegels 16 eine Zerlegung/von

adäquater Länge erzeugt vier den»

Das von der Einrichtung 30 ausgehende , doppelt zerlegte aiiid. wird auf einen schmalen Schlitz geführt, der den Eingang au einer Analyaierxingseinrichtung 19 bildete i»er ocnmale üintrittsschlitz ist in 3?ig# 2 mit 20 und clic Linien dos in der Hicihtung der Achse A-B oszillierenden 'x'ontbildec oind mit 21 bezeichnet* Die Uinrichtung 19 wciüü phoboelckbrischo Sensoren auf, die das ZerlegungS"· aurjber in ein elektrisches Signal, das in Kig. 1 mit It-'. boi'jf.·; oiiaot ist, uiriwandcln.

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Das Signal 23 ist in eine i'^ägerkomponente, typischerweise "bei etwa 1000 Hz entsprechend der in dem Objoktgenerator 10 erzeugten Zerlegungsoperation und eine Hodulationskomponente typischerweise "bei etwa 1 bis 20 Hz entsprechend der durch die Zerlegungseinrichtung 30 erzeugten Zerlegung auflösbar.' Das Signal 23 kann ein Haß für den Homentanwert der statischen Modulationsübertragungsfunktion (im folgenden IEDF abgekürzt) der Platte 12 liefern und die mittlere statische IIQ3? der Platte 12 kann bestimmt werden} indem das Signal 23 über die Periode der durch die Zerlegungseinriciitung 30 erzeugten Zerlegung genittelt x/ird. Eine solche Hittelung kann errreicht werden durch eine an sich bekannte elektronische Schaltung, die das Signal empfängt. Es wird, damit eine vollständige MDF-Kurve erzeugt werden kann, die- Eaumfrequenz des durch den Qbjektgenerator 10 erzeugten Testbildes stufenweise bzw. different!eil oder kontinuierliche variiert.

Das Signal 23 , das , wie bereits erwähnt, den Ilomentanwert der statischen "HiEF repräsentiert, variiert überlicherweise in Abhängigkeit von einer lokalen Änderung des Übertragungsfaktors der Platte 12. Bei einem Verarbeitungsverfahren wird das Signal 23 ohne Kompensation dieser Änderung gemittelt und bei einem anderen Verfahren wird das Signal 23 nach Kompensation dieser Änderung gemittelt« Bei einem weiteren Verarbeitungsverfahren wird das Mitteln dos Signals 23 nicht ausgeführt und stattdessen ifird das Signal 23 direkt ausgeworfen bzw. angezeigt. In if'ig. 3 sind typische MIF-Kurven dargestellt und diese Verarbeitungsverfahren veranschaulicht.

In Fig. 3 zeigt die obere Kurve das Signal 23 ohne KompensEfcion und die Kurve χ gibt den Hittelx/ert cte nicht kompensierten Signals an» Dagegen zeigt die

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untere Kurve das Signal 23 nach der Kompensation lind die Kurve y gibt den Hittelwert des kompensierten Signals 23 an.

Bei einer modifizierten Vorrichtung verläuft das Licht in der Kichtung entgegengesetzt zu der dargestellten, wobei dann mit 19 der Objektgenerator und mit 10 die Analysierungseinrichtung bezeichnet sind.

In diesem Fall werden die höher- und tief er-frequenten Zerlegungsoperationen ausgeführt, bevor das Testbild durch die Platte 12 übertragen wird, während bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung die tieferfrequente Operation ausgeführt wird, nachdem das Testbild durch die Platte 12 übertragen worden ist·

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- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Prüfen eines optischen Systems oder l^Giles, bei dem ein Testmuster bzw· Testbild elektromagnetischer Strahlung durch das geprüfte System oder !eil übertragen wird, die durch das System oder Teil übertragene Strahlung in ein elektrisches Signal umgexfandelt x/ird und die Modulationsübertragungsfunktion bzw. Modulations-"verStärkungs des Systems oder Teiles aus dem elektrischen Signal ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet., daß das Testbild (21) durch eine erste Zerlegungsoperation (10) einer variablen Raumfrequenz erzeugt wird und daß das Testbild einer weiteren Zerlegungsoperation (30) bei einer zyklischen Periode, die bedeutend geringer als die der ersten Zerlegungsoperation ist, ausgesetzt wird, so daß das .elektrische Signal (23) Komponenten enthält, die den Perioden bei-der Zerlegungsoperationen entsprechen,»

   2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrische Signal (23) über die Periode der weiteren Zerlegungsoperation zur Ermittlung des mittleren statischen Wertes der Hodulationsverstäkung gemittelt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (23) zur Kompensation einer Änderung des Übertragungsfairtors des Teils oder Systems (12) modifiziert wird, bevor die Mittelung ausgeführt wird.

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   Vorrichtung zum 'festen eines optischen Systems oder Teiles mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Testmusters oder Testbildes elektromagnetischer Strahlung für eine Übertragung durch das System oder Teil und mit einer Einrichtung zur Umwandlung der durch das System oder Teil übertragenen Strahlung in ein elektrisches Signal, von dem die Iiodulationsübertragungsfunktion bzw< > Ho dul at ions verstärkung des Systems oder Teiles ermittelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung(iO) zur Erzeugung des Testbildes eine erste Zerlegungsoperation einer variablen Raumfrequenz, ausführt und daß eine Einrichtung (30) vorgesehen iäi, BSrbdl© das Testbild einer weiteren Zerlegungsoperation unterzieht iait einer zyklischen Periode, die bedeutend kleiner als die der ersten Zerlegungsoperation ist, so daß das elektrische Signal (23)) Komponenten enthält, die den Perioden der bcidon Zerlegungsoporatianen entsprechen.

   ^Lj_a Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinderlinse (13) und eine Helaislinse bzw. Übertragungslinse (14·) 2wisehen der das Testbild erzeugenden Einrichtung (10) und dorn geprüften System oder Teil (12) vor[jGO oh en sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zorlegungseinrichtung (33O) dio Zerlegungsoperation ausführt, nachdem das Tostbild durch das System oder Teil. (12) uborui'afjen worden 1st, und daß eine weitere ILelaislirj.ne(i^>) zwischen der Zorlegimgseinrichtung (30) und den >Jyuteia odor Teil (12) anoüordnob int.

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   7* Vorrichtung nacli Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Zerlegungseinrichtung (30) ihre Zerlegungsoperation an dem Testbild ausführt, bevor das Testbild durch das System oder Teil (12) übertragen· wird, daß eine Helaislinse (15j sxri.sch.en der Zerlegungseinrichtuiig (30) und dem System oder Teil (12) und eine -weitere Relaislinse (14·) und eine Zylinderlinse (13) zwischen dem System oder Teil (12) und der Umwandlung* einrichtung (19) eingesetzt sind,

   8„ Vorrichtung nach einen der Ansprüche 4- bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Zerlegungseinrichtung (pO) einen ebenen Spiegel (16) und eine Einrichtung (17, 18) für eine oszillierende Winkelverschiebung des Sbiegels (16) umfaßt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (17» 1ö) zur Variation der Vers chi ebungsaiaplitude des Spiegels (16) einstellbar ist.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9_} dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Zerlegungsoperation eine lineare Zerlegung (A-B) im weantlichen senkrecht zucbn Zerlegungslinien (21) des Husters bzw. Bildes ist.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Kittolmic doa üignalc (23) über die zyklisch« i'erioue dex> woitoreii Zorloguxigsox >eration vorgesehen ist.

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   Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e lc e η η ζ e i c Ii η e t , daß eine Einrichtung zur Hodixizierung des Signals (23) vor der Iiittelung zur Eonpensation von Änderungen in dem t)~bertragungsfaktor des Systems oder Teils (12) vorgesehen ist.

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