CC BY
7УДК: 53.082.5
Томашук А. С. DOI: 10.24412/2520-6990-2022-8131-23-25 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА И КОНСТРУКЦИИ СТЕНДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Tomashuk A.
IMPROVEMENT OF THE METHOD AND DESIGN OF THE STAND FOR QUALITY CONTROL OF
OPTICAL SYSTEMS
Аннотация
В статье предложена совершенствованная конструкция стенда, который предназначен для контроля качества как оптических систем - упорядоченной совокупности линз согласно оптической схеме, так и одиночных линз. Совершенствованная конструкция стенда позволяет получить большую информацию о качестве оптической системы, что подверглась исследованию, по сравнению с аналогами и прототипом. После завершения контроля, на основе полученных результатов, можно дать оценку о пригодности, назначении и применении оптической системы, что подверглась исследованию, в конкретной области науки и техники.
Abstract
In this paper, an improved design of the stand, which is designed to quality control both optical systems - an ordered arrangement of lenses according to the optical scheme, and single lenses, was proposed. The improved design of the stand allows to get more information about the quality of the optical system, that has been studied, in comparison with analogues and the prototype. After the completion of the control, based on obtained results, it is possible to assess the suitability, purpose and application of the optical system, that has been studied, in a particular field of science and technology.
Ключевые слова: линза, оптическая система, контроль, качество, разрешающая способность, функция передачи модуляции.
Key words: lens, optical system, control, quality, resolution, modulation transfer function
1. Вступление
Совершенствование качества линз и оптических систем (ОС), как упорядоченной совокупности оптических деталей согласно оптической схеме, которые проходят процесс производства или пост-обработки, всегда является актуальным.
В процессе производства изделий не менее важным является проведение процесса контроля параметров этих изделий. Это выполняется для того, чтобы показать в конечном результате то, как отличаются параметры изготовленного изделия, на практике, от требуемого, для которого, первоначально, был разработан технологический процесс, и, в теории, от эталонного.
Главной характеристикой, которой описывается качество любой линзы, является передаточная характеристика, которая, в свою очередь, состоит из функции передачи модуляции (ФПМ) - или частотно-контрастной характеристики, и функции передачи фазы [1, с. 308].
ФПМ описывает то, как изменяется разрешающая способность линзы или ОС при изменении пространственной частоты от низкой к высокой.
Совершенствование методов и конструкции устройств контроля позволяет получить больше информации о качестве изделия с меньшей погрешностью в результатах, что, в свою очередь, также, помогает развитию уровня техники.
2. Анализ информации из источников информации и постановка проблемы
Обычно, устройство контроля качества ОС состоит из источника излучения (ИИ) и тест-объекта (ТО); причем, тест-объект, обычно, представляет собой оптическое стекло с нанесенными на его поверхности элементами - параллельными линиями или кольцами, которые чередуются темным и светлым оттенком, и имеют интервал ширины, который соотнесен с конкретной пространственной частотой [1, с. 310]. На рисунке 1 показана блок-схема, которая описывает элементы конструкции стенда контроля качества ОС.
24 ТЕСИМСАЬ 8С1Е1ЧСЕ / «ШУУШУУМ-ШУШаИ» #81131), 2022
Рисунок 1. Блок-схема, которая описывает конструкцию стенда контроля качества оптической системы,
где 1 - источник излучения; 2 - оптическая система; 3 - тест-объект; 4, 5 - линза или оптическая система, которая подвержена исследованию, и узкополосный интерференционный светофильтр; 6 - светочувствительный датчик изображения (матрица фотоэлектрических элементов).
Также, известны конструкции стендов, в которых ИИ, как совершенствованная система освещения, состоит из двух и более источников освещения - к примеру, и более вероятно, светодиодов, излучение которых находится в некотором коротком или широком диапазоне длин волн электромагнитного излучения, причем каждый из диапазонов отличается центральной длиной волны.
Известен метод контроля, который описывает получение ФПМ с помощью наблюдения ОС за подсвечиваемым краем лезвия ножа щели [2].
Известны методы контроля, которые описывают получение сведений о качестве ОС с помощью методов цифровой обработки полученного изображения [3, с. 406]. Сложной разновидностью метода является метод, в котором применяются методы нейронной сети.
Проблемой является не возможность получения более детальной информации о качестве ОС, кроме той, что может быть получена за счет использования некоторого М-количества светофильтров или светодиодов. Эта проблема может быть исключена с помощью совершенствования конструкции стенда контроля качества ОС.
3. Результаты
С целью получения более детальной информации о качестве ОС было предложено совершенствование известной конструкции стенда контроля качества ОС. На рисунке 2 показана схема предложенной конструкции стенда контроля качества ОС.
Рисунок 2. Схема предложенной конструкции стенда контроля качества оптических систем, где 1 - источник излучения; 2 - оптическая система; 3 - тест-объект; 4 -оптическая система оптического устройства, которая подвержена исследованию; 5 - приемник излучения оптического устройства; 6 - ячейка; 7 - устройство для перемещения оптического устройства в пространстве; 8 -устройство для регулирования размера отверстия диафрагмы оптической системы, что подвержена
исследованию; 9 - компьютер.
Отличие предложенной конструкции состоит в том, что вместо использования набора N количества узкополосных интерференционных светофильтров она имеет в своем составе оптическую деталь - например, призму или дифракционную решетку, или систему из оптических деталей, что позволяет преобразовать некоторое изображение входного потока излучения в поток излучения с изображением всего спектра длин волн видимого света и некоторой части диапазона коротких длин волн инфракрасного излучения.
Принцип работы метода с использованием предложенного стенда следующий.
Оптическое устройство (ОУ), которое представляет собой конструкцию из сопряженных между собой ОС 4 оптического устройства, которая подвержена исследованию, и приемника 5 излучения (ПИ), помещают на каретку устройства 7, которое находится в ячейке 6 вместе с ИИ 1, ОС 2 и ТО 3.
Оптическая ось ОС 4 направлена под прямым углом к поверхности ТО 3, а ОС 4 сфокусирована на его поверхности.
Поток излучения, который был сформирован ИИ 1 и имеет некоторое изображение, попадает в ОС 2, где происходит его преобразование в поток
излучения, изображение которого представляет собой распределение длин волн в общем спектре электромагнитного излучения в соответствии с законом его распределения.
Сформированный поток излучения из ОС 2 проходит через ТО 3.
Цифровое изображение, которое сформировано ПИ 5, поддается обработке в специальном программном обеспечении (ПО), которое установлено на компьютере 9.
Алгоритмы этого ПО описывают получение, сперва, ФПМ, и, затем, оценки минимальной разрешающей способности (МРС) ОС 4 для каждой требуемой длины волны из спектра.
Устройство 7, конструкция которого содержит каретку, по меньшей мере, один шаговый двигатель и, по меньшей мере, одну линейную направляющую, позволяет перемещать с малым шагом оптическую ось ОУ вдоль изображения спектра с целью получения серии из отдельных изображений каждой длины волны - "центральной" длины волны, из этого спектра. Причем, "центральная" длина волны является мнимой длиной волны, которая представлена средним значением из значений некоторого узкого диапазона смежных с ней длин волн.
Устройство 8 позволяет изменять диаметр отверстия диафрагмы ОС 4.
Все результаты измерений, что были произведены при различных условиях, обрабатываются в ПО. Окончательные результаты получают в конце вычислений, что производятся согласно известным методам определения ФПМ и оценки МРС ОС.
4. Достоинства и недостатки предложенного метода
Были выделены следующие достоинства и недостатки совершенствованной конструкции стенда.
Достоинства:
- совершенствованная конструкция предложенного стенда позволяет производить контроль
качества ОС с использованием всех длин волн диапазона видимого света из общего электромагнитного спектра, что позволяет получить более детальную информацию относительно качества, пригодности и назначения таких систем;
- совершенствованный предложенный стенд отличается от своих аналогов экономической эффективностью, при которой нет необходимости в приобретении дорогих узкополосных интерференционных светофильтров N-количества.
Недостатки:
- большее значение погрешности в результатах измерений у предложенного стенда по сравнению с значениями погрешностей у устройств, которые являются аналогами, и, соответственно, в которых используются узкополосные интерференционные светофильтры или/и источник излучения, который излучает свет в некотором узком интервале длин волн близким к монохроматическому излучению.
5. Выводы
Совершенствованная конструкция стенда или устройства контроля качества линз и оптических систем позволяет получить большую информацию о частотно-контрастной характеристике - оценку минимальной разрешающей способности для всех длин волн электромагнитного спектра, по сравнению с аналогами и прототипом.
Список литературы
1. Шредер Г. Техническая оптика / Г. Шредер, Х. Трайбер. - Москва : Техносфера, 2006. - 424 с.
2. A method for measuring the presampled MTF of digital radiographic systems using an edge test device / E. Samei, M. J. Flynn, D. A. Reimann // Medical physics: The International Journal of Medical Physics Research and Practice. - 1998. - Vol. 25. - Is. 1. - 102113 pp.
3. Гонсалес Р. С. Цифровая обработка изображений / Р. С. Гонсалес, Р. С. Вудс. - Москва : Техносфера, 2012. - 1104 с.
