Контроль аберраций оптической системы количественным компьютерным теневым методом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контроль аберраций оптической системы количественным компьютерным теневым методом

М.Е. Зацепина,

В.К. Кирилловский

Представлены исследования, основанные на компьютерной трансформации изображения полутоновой теневой картины ножа Фуко в систему изофот, отображающую геометрическую модель тенеграммы линейной решетки, расшифровка которой позволяет выполнять количественную оценку волновых аберраций и параметров качества изображения контролируемой оптической системы.

Разработанный количественный теневой метод, представленный в работах [1, 2], позволяет, при использовании средств изофотометрии, выполнить трансформацию полутоновой теневой картины ножа Фуко в геометрическую модель тенеграммы линейной решетки, компьютерная обработка которой в специально созданной ранее программе "Tiger" [3] решает вопрос формирования графиков профилей и полной карты волнового фронта, а также расчета комплекса цифровых характеристик качества изображения. В качестве предмета исследования выбран фотообъектив "Гелиос-44" (заводской номер 8981272), имеющий следующие основные параметры: фокусное расстояние f'=58 мм, диаметр выходного зрачка d=25 мм, относительное отверстие 1:5,6 (полное относительное отверстие данного объектива составляет 1:2). оптический трансформация тенеграмма

Исследования фотообъектива осуществлялись на установке, эскиз оптической схемы которой представлен на рис. 1.

Рисунок 1. Схема установки для реализации количественного теневого метода

1 - лампа накаливания, работающая при пониженном напряжении, 2 - конденсор, 3 - зональный светофильтр на максимум излучения при длине волны 0.6 мкм, 4 - тест - объект "полубесконечная щель" по Филберу, 5 - объектив коллиматора, 6 - исследуемый объектив, 7 - выходной зрачок исследуемого объектива, 8 - нож Фуко, перекрывающий изображение тест - объекта, 9 - объектив наблюдательной системы, 10 - матричная фотокамера, 11 - приёмник изображения, 12 - компьютер в режиме обработки тенеграммы

Рис. 2. Конструкция и общий вид тест - объекта типа "полубесконечная щель"

Выполнение компьютерной обработки теневых картин состоит из следующих этапов:

1) пространственно - частотная фильтрация теневых картин (рис. 3),

2) наложение на каждую теневую картину амплитудного фотометрического клина интенсивности (рис. 4),

3) трансформация теневых картин в геометрические модели тенеграмм линейной решетки в результате оконтуривания в специально созданной программе многоуровневого блока выделения контура в изображении (рис. 5),

4) количественная обработка полученных геометрических моделей тенеграмм линейной решетки в указанной выше программе "Tiger" (рис. 6 - 7).

а)

б)

Рисунок 3. Теневые картины фотообъектива "Гелиос-44", полученные после фильтрации при расположении ножа Фуко по оси X (а) и по оси Y (б)

Рисунок 4. Этап наложения клина интенсивности на теневые картины фотообъектива "Гелиос-44"

Рисунок 5. Этап оконтуривания теневых картин фотообъектива "Гелиос-44", полученных при расположении ножа Фуко по оси X (а) и по оси Y (б)

Рисунок 6. Трехмерная диаграмма поверхности ошибок волнового фронта фотообъектива "Гелиос-44"

Рисунок 7. Объектив "Гелиос-44": а - профиль волнового фронта, б - частотно-контрастная характеристика (1 - направление по оси x, 2 - направление по оси y)

Графики частотно-контрастной характеристики (рис. 7, б) показывают, что разрешающая способность объектива "Гелиос-44" (заводской номер 79604 52, относительное отверстие 1:5,6) для заданного контраста (по критерию Фуко) Т(?) = 0.2 находится на уровне ? 50 лин/мм.

Сопоставление результатов обработки геометрических моделей теневой линейной решетки, полученных на объективе "Гелиос-44" (заводской номер 79604 52) при испытаниях с относительным отверстием 1:2 [2] и при испытаниях с относительным отверстием 1:5,6) показали:

1) хорошую сходимость для формы сечений волнового фронта по направлениям и , а также снижение волновых аберраций объектива по обоим сечениям практически в два раза.

2) полученные графики частотно-контрастной характеристики при исследовании объектива с относительным отверстием 1:5,6 показали, что разрешающая способность объектива существенно повысилась и для заданного контраста (по критерию Фуко) Т(?) = 0.2 находится на уровне порядка 50 лин/мм (по сравнению с разрешающей способностью объектива до диафрагмирования, которая составляет 20 лин/мм);

3) показали соответствие формы трехмерного графика функции волновых аберраций варианту уменьшенного отверстия апертурной диафрагмы.

Таким образом, по результатам данной работы подтверждается возможность получения количественной информации об аберрациях оптических систем количественным компьютерным теневым методом.

Литература

1. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Исследование качества изображения объектива Гелиос - 44 количественным изофотометрическим теневым методом. Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2014. - №4 - С. 67 - 73.

2. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Схемное решение установки для определения ошибок волнового фронта современным количественным теневым методом повышенной точности. Сборник трудов Международной конференции и семинаров. Т.1. "Оптика-2013". Санкт-Петербург. 14-18 октября 2013 / Под ред. Проф. В.Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова.- СПб: НИУ ИТМО - 2013. - С. 310 - 312.

3. В.К. Кирилловский, Ле Зуй Туан. Оптические измерения. Часть 6. Инновационные направления в оптических измерениях и исследованиях оптических систем. СПбГУ ИТМО. 2008. - 131 с.

Размещено на Allbest.ru