DE3439578A1 - Device for measuring the MTF - Google Patents
Device for measuring the MTFInfo
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- G01M11/0292—Testing optical properties of objectives by measuring the optical modulation transfer function
Abstract
Description
Vorrichtung zur Messung der MÜFDevice for measuring the MÜF
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Modulationsübertragungsfunktion (im folgenden M0F 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 M0F) of any optically effective components in large Object fields, with the respective component representing a test structure.
Zur Sortierung von optischen Bauelementen entsprechend ihrer Abbildungsgüte ist es für viele Anwendungsfälle sinnvoll und notwendig, die MÜF dieser Bauelemente in einem großen Objektfel& messen, die erstellten Daten mit vorgegebenen Sollwerten zu vergleichen und Signale für eine Sortierung zu gewinnen.For sorting optical components according to their imaging quality it is sensible and necessary for many applications, the MÜF of these components Measure the created data with specified target values in a large object field to compare and to gain signals for a sort.
Es sind verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen und Meßgeräten zur Messung der M2F bekannt. Beispielsweise gibt es MUP-Meßgeräte, die für den Laborbetrieb konzipiert sind und einen komplizierten Aufbau besitzen.There are various embodiments of devices and measuring devices known for measuring the M2F. For example, there are MUP measuring devices that are used in laboratories are designed and have a complicated structure.
Ein erheblicher Justieraufwand, vor allem bei der Messung der M3F in großen Objelctfeidern, und große Auswertezeiten sind für diese Geräte charakteristisch.A considerable adjustment effort, especially when measuring the M3F in large object fields and long evaluation times are characteristic of these devices.
Die bei anderen bekannten M2F-Meßgeräten praktizierte feste Zuordnung von Teststriiktur und Abtastspalt (DD-PS 108 818) erfordert infolge optisch-mechanischer Toleranzen der Prüflinge und der damit verbundenen radialen und radialen Lageveränderung des Testbildes ein seitauS-wendiges Nachjustieren. Ein weiterer Nachteil dieser Lösungen liegt in der störempfindlichen, nicht wartungsfreien mechanischen bzw. elektromechanischen Abtastung der Intensitätsverteilung.The fixed assignment practiced in other known M2F measuring devices of test structure and scanning gap (DD-PS 108 818) required due to opto-mechanical Tolerances of the test items and the associated radial and radial changes in position of the test image a sideways readjustment. Another disadvantage of this The solution lies in the susceptible to interference, not maintenance-free mechanical resp. electromechanical scanning of the intensity distribution.
Auf Grund der Nachteile sind diese Geräte für Routinemessungen nicht geeignet.Due to their disadvantages, these devices are not suitable for routine measurements suitable.
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 der Auffangebene mit der Bildebene eines reell abbildenden optischen Systems konzipiert. Dabei gestattet es das dort gewählte Autokollimationsprinzip aber nicht, die M2F von beliebig optisch wirksamen Bauelementen eu messen. Das beschriebene Wirkprinzip erlaubt es auch nicht, die M2F zu messen, sondern ist laut Patentschrift nur zur Kontrolle geeignet; es ist weder zur Kontrolle noch zur Messung der M02 in großen Objektfeldern verwendbar.The operating principle described in DE-OS 30 07 514 is furthest came into use. The device built according to this principle is for the adjustment the collecting plane designed with the image plane of a real imaging optical system. The autocollimation principle selected there does not allow the M2F measure of any optically effective components eu. The working principle described It also does not allow the M2F to be measured, according to the patent it is only for Suitable for control; it is neither for checking nor for measuring the M02 in large Object fields can be used.
Ein multivalenter Einsatz der bekannten Geräte für eine schnelle routinemäßige, großflächige Messung der M0F beliebig optisch wirksamer Medien unterschiedlicher Abbildungsgeometrie ist nicht möglich.A multivalent use of the known devices for a quick routine, Large-area measurement of the M0F of any optically effective media of different Image geometry is not possible.
Mit der Erfindung soll die Messung der M2F in großen Objektfeldern unter Vermeidung der aufgeführten Nachteile ermöglicht werden.The aim of the invention is to measure the M2F in large object fields while avoiding the disadvantages listed.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine für axiale und radiale Bildabwanderungen störunempfindliche Vorrichtung zur schnellen, routinemäßigen großflächigen Messung der MUF toleranzbehafteter beliebig optisch wirksamer Bauelemente unterschiedlicher Abbildungsgeometrie su schaffen.The object of the invention is to provide one for axial and radial Image migration, interference-insensitive device for fast, routine large-area Measurement of the MUF of tolerance-afflicted optically effective components of different Create image geometry see below.
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, vorsugsweise 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 Fouriertransfo rmation die Berechnung der MUF, 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 Toleranswerten, aus denen Steuersignale für eine Bauelementesortierting ableitbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem vorgesehen, daß der Kohärensgrad der zur Messung benutzten Strahlung durch änderung der Beleuchtungsapertur einstellbar ist. Zur spektralen Anpassung an die Prüfaufgabe ist zweckmäßigerweise ein Filter oder eine Filterkombination einsetzbar.According to the invention, the object is achieved in that for detection the intensity distribution of one of the optical transmission properties of the DUTs affected a large number of images of a large-area test structure of photoelectric elements, preferably a CCD matrix, is used. The intensity distribution is used to increase the immunity to interference and the measurement accuracy preferably via a predeterminable Edge length for MÜF calculation rated. According to a further inventive concept, after the detection of the Intensity distribution of the large-area test structure image, the electrical signals made available compatible with a microcomputer system. Here is done for free Selectable object coordinates via a correction with a device function and a fast Fourier transform the calculation of the MUF, preferably in sagittal and meridional direction. An expedient embodiment provides for elimination the undesirable influence of axial image displacements due to opto-mechanical Tolerances or to match the image plane with the collecting plane of an imaging one Systems proposed to use control loops with power output stages and actuators. Farther a comparison with target values is carried out in the microcomputer system in specified object fields and tolerance values from which control signals for component sorting can be derived are. In the device according to the invention it is also provided that the degree of coherence of the radiation used for measurement can be set by changing the illumination aperture is. A filter is expediently used for the spectral adaptation to the test task or a filter combination can be used.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert.The invention is hereinafter based on an embodiment and the associated drawing explained in more detail.
Mit 1 ist eine Bestrahlungseinrichtung einstellbaren Kohärenzparameters und wählbarer spektraler Strahlstärke bezeichnet. Eine Teststruktur 2 befindet sich in der durch die Vektoren e1 .x und ey.y aufgespannten Objektebene. Sie enthält über eine große Fläche verteilt die zur Messung notwendigen Strukturen, vorzugsweise in meridionaler und sagittaler Richtung.1 is an irradiation device with adjustable coherence parameters and selectable spectral radiance. A test structure 2 is located in the object plane spanned by the vectors e1 .x and ey.y. It contains The structures required for the measurement, preferably distributed over a large area in meridional and sagittal directions.
Das zu prüfende optische Bauelement 3 findet in der Halterung 4 eine definierte Lage. In der Nähe der durch die p Vektoren ex.x' und ey.y' aufgespannten Gaußschen Bildebene oder in einer festgelegten Auffangebene befinden sich die licht elektrisch wirksamen Strukturen einer vorzugsweise eingesetzten CCD-Matrix 5. Hinter der CCD-Matrix 5 sind folgende elektromechanische 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 is located in the holder 4 defined location. Near the one spanned by the p vectors ex.x 'and ey.y' The light is located in a Gaussian image plane or in a defined collecting plane electrically effective structures of a preferably used CCD matrix 5. Behind of the CCD matrix 5 are the following electromechanical or electronic assemblies arranged; the control electronics 6 for the CCD matrix 5, the microcomputer system 7, the control console 8, the display 9, the control electronics 10 for the display 9, power output stages 11 and actuators 12.
Die Teststruktur 2 wird mit einer Strahlung definierten Kohärenzparameters und definierter spektraler Bestrahlungsstärke beauflagt. Der Kohärenzparameter ist durch Veränderung der Beleuchtungsapertur einstellbar. Zur spektralen Anpassung an die Prüfbedingungen kann bei vorgegebener spektraler Strahlstärke der Bestrahlungseinrichtung 1 und vorliegender spektraler Empfindlichkeit der Empfängerelemente der CCD-Matriz 5 ein Filter oder eine Filterkombination in den Strahlengang gebracht werden.The test structure 2 is defined with a radiation coherence parameter and a defined spectral irradiance applied. The coherence parameter is adjustable by changing the illumination aperture. For spectral adjustment The test conditions can be applied to the irradiation device with a given spectral radiation intensity 1 and the present spectral sensitivity of the receiver elements of the CCD matrix 5 a filter or a filter combination can be brought into the beam path.
Das zu prüfende optische Bauelement 3, im Ausführuxigsbeispiel reell abbildend, transformiert die tntensitätsverteilung in der Objektebene I (x, y) entsprechend seiner MUF in die Intensitätsverteilung I' (x', y') in der Auffangebene. Hier wird das ortsabhängige Intensitätsspektrum I' (x', y') mit Hilfe einer CCD-Matrix 5 in ein zeitabhängiges elektrisches Signalspektrum 1" (t) umgeformt, in der nachfolgenden Ansteuerelektronik 6 einer A/D-Wandlung unterzogen und einem Mikrorechnersystem 7 kompatibel zur Verftigung gestellt.The optical component 3 to be tested, real in the exemplary embodiment mapping, transforms the intensity distribution in the object plane I (x, y) accordingly of its MUF into the intensity distribution I '(x', y ') in the collecting plane. Here will the location-dependent intensity spectrum I '(x', y ') with the aid of a CCD matrix 5 in a time-dependent electrical signal spectrum 1 "(t) is transformed in the following Control electronics 6 subjected to A / D conversion and a microcomputer system 7 compatible.
Im Mikrorechnersystem 7 laufen folgende programmierte Operationen ab: - Korrektur des Signalspektrums mit einer Gerätefunktion, mit der z. B. die Empfindlichkeitsunterschiede der einzelnen Empfängerelemente und die MUF-Verläufe der anderen Übertragungsglieder berücksichtigt werden Ermittlung der Intensitätsverteilungen für geforderte Objektkoordinaten und Richtungen - Normierung dieser Verteilungen - Prüfen auf Verdrehung der Kantenbilder zu den Zeilen und Spalten der CCD-Matrix 5, ggf. rechnerische Eliminierung - Differentiation der Intensitätsverteilungen - Extremwertstellenbestimmung Berechnung der MUF über schnelle Fouriertransformation - ggf. Eliminierung des Einflusses von axialen Bildabwanderungen oder Abgleich der Bildebene mit der Auffangebene des optischen Bauelements 3.The following programmed operations run in the microcomputer system 7 away: - Correction of the signal spectrum with a device function, with the z. B. the differences in sensitivity of the individual receiver elements and the MUF courses of the other transfer elements are taken into account determining the Intensity distributions for required object coordinates and directions - normalization of these distributions - checking for distortion of the edge images in relation to the rows and columns of the CCD matrix 5, possibly computational elimination - differentiation of the intensity distributions - Determination of extreme value points Calculation of the MUF via fast Fourier transformation - If necessary, elimination of the influence of axial image drift or adjustment of the Image plane with the collecting plane of the optical component 3.
Dazu wird der M0F-N'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 M0F in dieser Ebene berechnet. For this purpose, the M0F-N 'value is used at fixed, freely selectable spatial frequencies in a predeterminable axial adjustment range of the CCD matrix 5 or the optical Component 3 in predefinable steps, preferably implemented by means of a stepper motor, determined, determined the maximum and calculated the M0F in this plane.
Berechnung von Zentrierfehlern und Winkelfehlern über die Ermittlung von radialen Versetzungen des Bildes der Teststruktur 2 - Vergleich mit Sollwerten und zulässigen Toleranzen in vorgegebenen Objektfeldern Anzeige der Meßergebnisse entsprechend geforderter Darstellungsweise, vorzugsweise in räumlicher, toleranzbezogener farbiger grafischer Form Ausgabe von Prüfsertifikaten Bereitstellung von Steuersignalen für eine Prüflingssortierung.Calculation of centering errors and angular errors via the determination of radial displacements of the image of the test structure 2 - comparison with nominal values and permissible tolerances in specified object fields. Display of the measurement results according to the required representation, preferably in a spatial, tolerance-related manner colored graphic form issue of test certificates provision of control signals for sorting test items.
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 Obåektkoordinaten bzw. -felder, der Befehl zur Eliminierung von axialen Bildabweichungen, die Koordinaten, die Raumfrequenz, der axiale Verstellbereich und die Schrittweite, bei denen die Fokussierung durchgeführt werden soll, sowie optisch-geometrische Parameter für die Zentrier- und Winkelfehlerberechnung eingegeben werden.The object coordinates, the evaluation direction (sagittal, meridional), the way of the visual representation on the TV, the setpoints and the permissible 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 Focusing should be carried out, as well as opto-geometric parameters for the centering and angular 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.Other embodiments of the invention are possible without the frame to leave the invention. So could instead of the CCD matrix 5 z. B. another Large-area geometrical-optical arrangement of photo receivers is used, which guarantees the required resolution. Likewise is the use of a test structure other than that shown in the exemplary embodiment is possible.
Diese Struktur muß jedoch eine großflächige, winkelabhängige Messung der MUF, ggf. über weitere rechnerisch ausuführende 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, Prufling und Fotoempfänger sorgen.However, this structure must be a large-area, angle-dependent measurement the MUF, if necessary through further mathematical corrections. To eliminate the influence of axial image drift, instead of a Stepper motor other controllable actuators are used for an axial Ensure relative movement between test structure, specimen and photo receiver.
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, at a suitable point brought into the beam path, also measured optical media that do not represent real images or realize a desired image scale.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß von beliebig optisch wirksamen Bauteilen, deren optischmechanische Toleranzen axiale und/oder radiale Bildabwanderungen hervorrufen, die MUF schnell und routinemäßig auch in großen Objektfeldern gemessen und Signale für die Sortierung gewonnen werden können.The advantage of the invention is to be seen in the fact that of any optical appearance effective components, their optical-mechanical Axial tolerances and / or cause radial image drift which MUF quickly and routinely can also be measured in large object fields and signals for sorting can be obtained can.
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Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
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Also Published As
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |