книги из ГПНТБ / Кривовяз, Л. М. Практика оптической измерительной лаборатории

вдоль оси установки на расстояние А (сдвиг), определяемое по формуле

верстия.

Целесообразно величину сдвигов устанавливать такой, чтобы разность между разрешающей силой в центре поля зрения в плос­ кости наилучшей установки и в соседних с ней плоскостях отли­ чалась не более чем на 12%. Число сдвигов зависит от глубины изображения контролируемого объектива.

При применении щита с мирами, расположенными в один ряд, как это выполнено на установке, показанной на рис. 178, б, фотографирование повторяют дважды, второй раз после поворота контролируемого объектива на 90° вокруг оптической оси, т. е. определяют разрешающую силу объектива по двум диаметрам (четырем радиусам) поля зрения.

После фотографирования и получения негативов снимки рас­ шифровывают. Для расшифровки изображения мир применяют микроскоп, увеличение которого из условия получения углового размера для двух соседних одноименных штрихов разрешаемого квадрата выбирают равным 3—5', тогда необходимое увеличение микроскопа будет

При расшифровке изображений стандартных штриховых мир в ка­ ждой мире определяют последний квадрат, в котором и до кото­ рого разрешаются все четыре направления штрихов по всей их длине, а число штрихов в изображении равно их числу на соответ­ ствующем элементе самой миры. Под разрешением понимают воз­ можность определить направления штрихов в разрешаемом ква­ драте и сосчитать их число. Допускаются отдельные разрывы (перемычки) в штрихах, связанные с попаданием изображения на скопление зерен эмульсии. Иногда субъективное определение раз­ решаемого квадрата заменяют объективным измерением кон­ траста между светлыми и темными штрихами миры на микрофото­ метре. За разрешаемый квадрат принимают квадрат, в котором этот контраст не превышает определенного значения. Количеств венно допустимая величина минимального контраста до настоя­ щего времени не установлена, и по мнению разных исследовате­ лей колеблется в пределах 0,05—0,2. В ряде случаев, когда тре­ буются более подробные сведения о разрешающей силе контроли­ руемого объектива, определяют раздельно разрешающую силу

3 1 0

а меридиональной плоскости — по разрешению вертикальных штрихов миры —■и разрешающую силу в сагиттальной плоско­ сти —■по разрешению горизонтальных штрихов миры.

Расшифровывают все снимки мир, полученные при различных положениях кассеты относительно объектива, т. е. при всех сдви­ гах как по центру, так и по полю зрения. При расшифровке поль­ зуются вспомогательной таблицей, рассчитанной по формуле

б— изображение базы миры, полученное при испытании объектива в плоскости наилучшего изображения.

Очень часто, особенно при испытаниях опытных образцов объек­ тивов, в качестве объектов фотографирования применяют радиаль­ ные миры.

Радиальная мира состоит из ряда черных и белых секторов, расширяющихся от центра к краю (рис. 180). На любом радиусе ширина белых и черных полос одинакова. У радиальной миры ширина ее секторов изменяется непрерывно, а у штриховой миры размер штриха изменяется дискретно. Однако расшифровка ра­ диальных мир более трудоемка, и поэтому они почти не исполь­ зуются для проверки серийно изготовляемых объективов.

При фотографировании радиальной миры контролируемым объективом центральная часть ее изображения размывается, и в ней перестают различаться отдельные секторы. Эту область изо­ бражения миры называют фигурой размытия, и по ее величине определяют разрешающую силу объектива.

Для этого с помощью измерительного микроскопа или микро­ скопа с окуляр-микрометром измеряют размеры вертикального и горизонтального диаметров фигуры размытости. Наибольший диаметр фигуры размытости, даже если он не совпадает с верти­ кальным или горизонтальным диаметрами (тогда приходится его

311

дополнительно измерить), определяет разрешающую силу объек­ тива. Измеряют все снимки мир, полученные при различных поло­ жениях кассеты как по центру, так и по краю поля.

Разрешающую силу при фотографировании радиальных мир определяют по формулам

N— —

мndB

и

где іѴм— разрешающая сила в меридиональной плоскости; Nc — разрешающая сила в сагиттальной плоскости;

п —•число одноименных секторов в мире;

dB— вертикальный диаметр фигуры размытости; dr — горизонтальный диаметр фигуры размытости.

По результатам расшифровки штриховых и радиальных мир находят ту плоскость, в которой разрешающая сила в центре поля получилась максимальной. Эту плоскость принимают за плоскость наилучшего изображения.

Обычно зависимость разрешающей силы от сдвига А изобра­ жения и от величины угла поля зрения представляется в виде гра­ фиков, приведенных на рис. 181.

На рис. 181, а показана зависимость разрешающей силы в центре поля зрения от величины смещения фотослоя. Изменение разрешающей силы в плоскости наилучшей установки (плоскости наилучшего изображения) в зависимости от угла поля зрения для каждого его радиуса показано на рис. 181, б.

В плохо центрированном объективе графики зависимости раз­ решающей силы от углов поля зрения для разных радиусов не совпадают друг с другом. Иногда строят более подробные графики изменения разрешающей силы для ряда точек поля в зависимости от плоскости установки.

Фотографические испытания с помощью коллиматора. Фото­ графические испытания объективов со средними и большими фокусными расстояниями, а также телеобъективов проводят с помощью коллиматора на оптических скамьях, аналогичных представленной на рис. 160, а. Фокусное расстояние объектива коллиматора для исключения влияния его аберраций на ре­ зультаты фотографических испытаний должно превышать фо­ кусное расстояние контролируемого объектива не менее чем в 3—4 раза.

Необходимый перепад разрешающей силы миры коллиматора рассчитывают по формуле

312

мальное значения разрешающей силы контролируемого объектива (ожидаемой разрешающей силы для центра и края поля зрения).

Иногда при большом перепаде разрешающей силы объектива от центра к краю поля зрения и при невозможности использова­

поля зрения самого коллиматора, т. е. он не должен превышать 4—-5°, а при высокой разрешающей силе контролируемого объек-

тива 2—3°.

Установив в коллиматоре необходимую миру и закрепив кон­ тролируемый объектив в объективодержателе, находят с помощью матового стекла и микроскопа, установленных на каретке вместо кассеты, положение наиболее резкого изображения миры по центру поля зрения контролируемого объектива.

Затем, сменив микроскоп на кассету с пленкой, фотографи­ руют миру коллиматора как по центру поля, так и на углах поля зрения, поворачивая для этого рычаг 12 (см. рис. 160) на различ­ ные углы и соответственно сдвигая кассету с пленкой.

Весь процесс фотографирования повторяют дважды — второй раз после поворота контролируемого объектива на угол 90° вокруг его оптической оси, для определения разрешающей силы объек­ тива по двум диаметрам поля зрения.

Методика расшифровки снимков и построения графиков раз­ решающей силы аналогична методике, применяемой при испыта­ нии объективов с конечных расстояний. При расшифровке изо-

3 1 3

бражений мир составляют вспомогательную таблицу величин разрешающей силы всех квадратов миры (если применяют штри­ ховую миру), которую рассчитывают по формуле

Рис. 182. Зависимость разрешающей силы от направле­ ния штрихов миры, установленной в коллиматоре

Однако при фотографировании контролируемого объектива по полю зрения фактические величины разрешающей силы, кото­ рые имели бы место при фотографировании местности или щита с мирами, будут отличаться от величин разрешающей силы, опре­ деленных по формуле (89), причем величины отклонений будут неодинаковыми для штрихов миры разного наклона.

Разберем этот случай более подробно. Из рис. 182, а видно, что при фотографировании штриховой миры, находящейся на оптической оси контролируемого объектива, расстояние у' между двумя разрешаемыми штрихами в изображении миры и соответ­ ствующее расстояние у в самой мире связаны соотношением

314

Т ак как

У ~ N ’

то, выполнив подстановку в приведенном выше соотношении, по­ лучим формулу (89).

При фотографировании миры, находящейся вне оптической оси контролируемого объектива, например под углом w, расстоя­ ние у' будет зависеть от расположения штрихов миры.

Пусть y'Wf/i — расстояние между двумя разрешаемыми штри­

хами, расположенными перпендикулярно меридиональной плосскости на угле w поля зрения испытуемого объектива, а y'w —

расстояние между двумя разрешаемыми штрихами, расположен­ ными перпендикулярно сагиттальной плоскости на том же угле w.

Обычно при работе на горизонтальных оптических скамьях меридиональная плоскость совпадает с горизонтальной плоско­ стью, поэтому — расстояние между вертикальными штрихами

миры, а y'Wc — соответственно расстояние между горизонтальными штрихами миры, откуда

и

Л^с

где NM— разрешающая сила в меридиональной плоскости; Nc — разрешающая сила в сагиттальной плоскости.

Примем в обоих случаях угловое расстояние между разре­ шаемыми штрихами миры, расположенной в фокальной плоскости

315

Из этой формулы получим значение для разрешающей силы объектива, определенной по вертикальным штрихам, т. е. для разрешающей силы объектива в меридиональной плоскости:

Из рис. 182, в видно, что расстояние между горизонтальными штрихами миры

откуда разрешающая сила объектива, определенная по горизон­ тальным штрихам, т. е. - разрешающая сила объектива в сагит­ тальной плоскости,

Разрешающую силу объектива, определенную по штрихам, рас­ положенным под углом 45° к вертикальным и горизонтальным штрихам миры, можно найти по формуле

Таким образом, при расшифровке изображений штриховых мир, полученных в процессе фотографических испытаний на углах поля зрения с помощрю коллиматора, необходимо определить разрешаемый квадрат миры для штрихов каждого из четырех на­ правлений. Далее, пользуясь формулами (91)—(93), определим разрешающую силу по вертикальным, горизонтальным и наклон­ ным штрихам миры.

Наименьшая разрешающая сила из четырех полученных ве­ личин определяет истинную разрешающую силу объектива в дан­ ной точке поля.

Если в коллиматор вместо штриховой миры поместить радиаль­ ную миру, то в этом случае в изображении миры измеряют вер­ тикальные и горизонтальные диаметры фигуры размытости, а разрешающую силу рассчитывают по формулам [29]

N w = tVBcos w

где N B— разрешающая сила, полученная из результатов изме­ рений вертикального диаметра фигуры размытости; іѴг — разрешающая сила, полученная из результатов изме­ рений горизонтального диаметра фигуры размытости.

Наименьшая разрешающая сила из двух полученных величин определяет истинную разрешающую силу объектива в данной точке поля.

3 1 6

5. Частотно-контрастный (фотоэлектрический) метод исследования качества изображения

Как уже отмечалось, подобие создаваемого оптической систе­ мой изображения и предмета сохраняется, если респределение освещенности в отдельных точках изображения аналогично рас­ пределению яркости в соответствующих точках изображаемого предмета.

Это подобие нарушается, во-первых, из-за дифракции света, во-вторых, и в значительно большей степени из-за аберраций объектива, а также из-за погрешностей, допущенных при его из­ готовлении.

Измерив распределение яркости в точках предмета и распреде­ ление освещенности в точках изображения или их соотношение, можно получить количественный критерий качества изображения, более полный по объему информации, чем разрешающая сила.

Распределение яркости и освещенности между отдельными точками предмета и изображения характеризуется контрастом предмета и контрастом изображения, при этом контраст для обоих случаев определяется формулой

всебя частотно-контрастную характеристику объектива, опреде­ ляемую отношением контраста изображения к контрасту предмета

взависимости от частоты точек предмета, и фазово-частотную характеристику, выражающую способность оптической системы сохранять координаты распределения интенсивностей в точках изображения, соответствующими координатам распределения интенсивностей в изображаемых точках предмета.

Установлено, что для большинства современны* объективов в пределах частот, воспринимаемых фотоматериалом, отсутствует смещение этих координат, поэтому при определении качества ра­ боты объектива обычно находят только частотно-контрастную характеристику, которую называют также функцией передачи контраста или коэффициентом передачи контраста К (N).

Наиболее просто функцию передачи контраста можно опреде­ лить, если в качестве предмета использовать миру, штрихи ко­ торой имеют синусоидальное распределение яркости, тогда изо­ бражение такой миры также имеет синусоидальное распределение освещенности.

317

Во всех других случаях распределение освещенности в изо­ бражении миры носит более сложный характер, однако, его можно представить как сумму освещенностей, изменяющихся по сину­ соидальному закону.

Поскольку создание миры с синусоидальным распределением яркости представляет собой трудную техническую задачу, часто используют миру, состоящую из прямоугольных штрихов. При этом излучения миры электрическим путем разлагают на ряд простых синусоидальных составляющих.

На этом принципе основана установка для измерения ча­ стотно-контрастных характеристик объективов УПОБ-1, разра­ ботанная Е. И. Диканем, Л. М. Кривовязом, А. Н. Хрусталевым и Э. Н. Лозинской [8].

Принципиальная схема установки изображена на рис. 183, а. Свет от источника 1, пройдя через ступенчатый нейтральный фильтр 2, направляется проекционным объективом 3 и зеркалом 5 на вращающийся стеклянный барабан 6. Фильтр 2 служит для выравнивания освещенности при испытаниях объективов с раз­ личными относительными отверстиями. Наружная цилиндри­ ческая поверхность барабана 6 посеребрена, и по всей ее длине выгравированы прозрачные штрихи определенной толщины и с одинаковыми промежутками межу ними. Эта поверхность бара­ бана 6 расположена в фокальной плоскости блока коллиматорных объективов 8. Блок объективов состоит из четырех объективов с различными фокусными расстояниями, которые можно пооче­ редно устанавливать на оси прибора. Зеркало 7 служит для по­ ворота лучей в коллиматоре на 90°.

Параллельный пучок лучей, выходящих из объектива 8, отра­ зившись от зеркала 9, направляется на контролируемый объек­ тив 10. Зеркало 9, связанное со'специальным шарнирным параллелограммным механизмом, может поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной к плоскости рисунка, с одновременным сме­ щением вдоль оси прибора.

Применение параллелограммного механизма позволяет направ­ лять на объектив 10 пучки лучей различного наклона, обеспечивая при этом во всех случаях полное заполнение зрачка объектива. Это дает возможность определять частотно-контрастные характе­ ристики по полю зрения объектива.

В фокальной плоскости контролируемого объектива распо­ ложена сканирующая щель 11, за нею фильтр 12 переменной плот­ ности и фотоумножитель 13. Фильтр 12 служит для выравнивания освещенности при испытаниях объектива в различных точках поля зрения. В установку входят также набор светофильтров 4 для проверки ЧКХ объективов в различных спектральных областях, отсчетная линейка 14 и отсчетный микроскоп 15, установленные для измерения рабочих расстояний объективов, и юстировочная труба 16 для установки сканирующей щели 11 параллельно штри­ хам барабана 6.

318

319