Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Материалы, технологии и конструкции используемые в производстве ИК оптических приборов. Анализ существующих подходов к обеспечению показателей качества промышленной продукции .15
1.1 Роль и место инфракрасной (ИК) техники в современном обществе .15
1.2 Материалы для изготовления ИК оптических элементов (ОЭ) и измерение их характеристик 17
1.3 Технологии формообразования ОЭ.
Изготовление ОЭ алмазным микроточением (АМТ) 24
1.4 Покрытия ИК ОЭ 28
1.5 Технологии изготовление механических элементов и сборки ИК
оптико – механических систем (ОМС). 31
1.6 Оптические схемы и конструкции ИК ОМС 39
1.7 Измерение параметров ИК ОМС 49
1.8 Испытание ИК ОМС 58
1.9 Применение светоизлучающих диодов 62
1.10 Качество промышленной продукции 64
Выводы 68
Глава 2. Понятие «качество» и методики его обеспечения 70
2.1 Неоднозначность термина «качество». 70
2.2 Методика проектирования, как процесс обеспечения показателей качества на всех стадиях жизненного цикла изделия 72
2.3 Методы повышения показателей качества промышленной продукции 78
2.4 Оптимизация уровня качества продукции .80
Выводы 81
Глава 3. Технологические методы обеспечения показателей качества ОМС .82
3.1 Использование технологических возможностей АМТ при конструировании ОЭ 85
3.2 Разработка технологии изготовления ОЭ из магниевых сплавов .90
3.3 Разработка технологии изготовления ОЭ из хромистой бронзы БрХ-1 93 3.4Применение математических методов планирования эксперимента при разработке технологии АМТ 94
3.5 Метод совмещённых технологий .98
3.6 Методика исследования технологической наследственности 101
3.7 Методы изготовления сложных ОЭ 103
3.8 Методы изготовления пресс-форм для получения ОЭ .104
3.9 Исследование расширения технологических возможностей станков АМТ за счёт проведения координатных преобразований асферических поверхностей 106
3.10 Разработка и исследование технологии изготовления крупногабаритных высоко облегчённых зеркал с плоскими рабочими поверхностями .109
3.11 Разработка и исследование технологии изготовления лепестков диафрагм. 112
3.12 Разработка и исследование технологии изготовления оптико –механических модулей. Перспективы использование индия в оптическом приборостроении 114
3.13 Разработка технологии центрирования металлооптических элементов .119
3.14 Метод юстировки двухзеркальных систем с
«недоисправленными фокусами» 122
3.14.1 Особенности систем с «недоисправленными фокусами» .122
3.14.2 Методика юстировки крупногабаритного ИК объектива .123
Выводы 127
Глава 4. Конструкторско - технологические методы обеспечения показателей качества ОМС ИК приборов 130
4.1 Многоспектральные оптические системы. 131
4.1.1 Одноэлементный трёхдиапазонный спектроделитель .131
4.1.2 Крупногабаритный многоспектральный объектив 137
4.1.3 Крупногабаритный двухдиапазонный объектив с «недоисправленным фокусом» .141
4.2 Разработка и изготовление зеркальных аналогов призм 144
4.2.1 Разработка и изготовление зеркального аналога призмы Аббе 145
4.3 Использование диодных светоактивных элементов в оптике и фотометрии 149
4.3.1 Система для работы в видимой и ближней ИК областях спектра 150
4.3.2 Система для работы в средней и дальней ИК областях спектра 153
4.4 Конструирование излучателей с заданным распределением спектральной интенсивности. 154
4.5 Разработка конструкции широкоугольных ИК объективов. Методика измерения дисторсии с использованием матричных фотоприёмных устройств (МФПУ). 156
4.6 Диафрагмы для ИК ОМС. 160
4.7 Возможность использования ультрафиолетового диапазона для обнаружения бликующих ОЭ 163
Выводы 169
Раздел 5. Разработка методик обеспечение показателей качества на этапе контрольно – измерительных операций . 170
5.1. Методика контроля заготовок из ИК материалов не прозрачных в видимой области спектра 170
5.2 Методика измерения функции передачи модуляции (ФПМ) ИК объективов 175
5.3 Методика контроля положения визирной оси ИК ОМС с переменным 5 фокусным расстоянием. 179
5.4 Методика измерения фокусировки телескопических ОМС. 182
5.5 Методика измерения коэффициента пропускания ИК ОМС . 188
5.6 Методика измерения диаметра (площади) входного зрачка ИК объектива. 194
5.7 Исследование возможности использования матричных фотоприёмных устройств (МФПУ) для измерения ФПМ. 199
5.8 Пути совершенствование технологического контроля формы оптических поверхностей 202
5.9 Исследование точности измерения ФПМ ИК моделирования процесса измерений методом Монте – Карло 208
Выводы
Глава 6. Технологические методы обеспечение показателей качества на стадии эксплуатации .213
6.1 Компенсация термоаберраций и технические приёмы создания термонерасстраиваемых объективов .213
6.2 Методы контроля состояния покрытий ОЭ и газовой среды внутри ОМС в процессе эксплуатации 216
6.3 Методы и технологии создания газовой среды внутри ОМС 218
6.4 Методики и устройства экспресс контроля для оценки устойчивости покрытий ОЭ к внешним воздействиям 220
6.4.1. Методика и аппаратура проведения испытаний на устойчивость покрытий ОЭ к воздействию
влажной атмосферы .221
6.4.2. Методика и аппаратура проведения испытаний покрытий ОЭ на устойчивость к воздействию соляного тумана. 222
6.4.3 Методика и аппаратура для проведения испытаний покрытий ОЭ
на устойчивость к абразивному воздействию (истиранию) .223
6.4.4 Методика и аппаратура для проведения испытаний покрытий ОЭ на устойчивость к динамическому
воздействию пыли. 224 Выводы 227
Заключение 228
Список сокращений 231
Список литературы
- Материалы для изготовления ИК оптических элементов (ОЭ) и измерение их характеристик
- Методика проектирования, как процесс обеспечения показателей качества на всех стадиях жизненного цикла изделия
- Разработка и исследование технологии изготовления крупногабаритных высоко облегчённых зеркал с плоскими рабочими поверхностями
- Методика измерения коэффициента пропускания ИК ОМС
Материалы для изготовления ИК оптических элементов (ОЭ) и измерение их характеристик
В ИК оптике используются: моно и поликристаллические материалы, ИК (в том числе халькогенидные) стёкла, полимерные материалы, металлы и сплавы [24 - 28]. При проектировании и выборе оптических материалов для конкретной ОМС необходимо учитывать наличие окон прозрачности атмосферы [29], фоноцелевую обстановку [30 - 32]. Следует учитывать, что тепловые свойства фонов, например Земли [33], зависят от вида почв и горных пород и имеют ярко выраженные годовые циклы, иногда носят аномальный характер. В космическом пространстве [34, 35] поглощение атмосферы отсутствует, а помехи создают Солнце, Луна и другие космические объекты. При выборе оптических материалов необходимо также учитывать спектральную чувствительность ФПУ. Для ИК систем наземного базирования основными спектральными диапазонами являются 3 - 5 мкм и 8 - 12 мкм [30 - 32, 36].
На выбор материалов влияют, помимо оптических, механические свойства, технологичность, стоимость заготовок. В обзоре [37], приводится большое количество оптических, механических, тепловых характеристик материалов. Подчёркивается, что реальные материалы могут иметь характеристики отличные от рассчитанных теоретически за счёт наличия посторонних примесей, включений, дислокаций. В первую очередь это относится к коэффициенту поглощения. В работе [38] исследованы тепловые свойства ZnSe. Сравнение с данными приведёнными в литературных источниках показывает расхождение в КТР до 40%. Механические свойства (микротвёрдость, упругие и фотоупругие свойства) ряда кристаллических материалов зависят от кристаллографических направлений. Оптически одноосные кристаллы такие, например, как MgF2, имеют различные показатели преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей [39]. Оптические характеристики кристаллических материалов в значительной степени зависят от температуры. Изменяется не только показатель преломления, но и коэффициент пропускания. Так, например, германий нагретый до 150С становится практически непрозрачным [40]. К важным технологическим свойствам материалов относятся возможность получения заготовок путём прессования [41], возможность использования современных технологий формообразования, таких как алмазное микроточение (АМТ), и возможность получения рабочих асферических поверхностей [42]. Следует учитывать высокую стоимость (до нескольких тысяч долларов за кг) ряда ИК материалов.
В работах [43, 44] рассматривается технология получения градиентных кристаллических ИК материалов. Выполнены расчёты для роста градиентных кристаллов в системе Ge - Si. Получены и исследованы градиентные кристаллы в системах Т1С1 - Вг и TIBr - I. Максимальное значение градиента показателя преломления составило 0,08 - 0,09. Одним из основных материалов, используемых в ИК ОМС, является германий. Большой показатель преломления, малая дисперсия, технологичность и химическая стойкость позволяют значительно упростить конструкцию ОМС [45, 46]. В работах [47, 48] рассматривается зависимость коэффициента поглощения кристаллического германия от его удельного сопротивления, приводятся ссылки на ранее опубликованные источники, теоретические обоснования, результаты измерений, даются рекомендации по использованию легирующих добавок, их концентрации, необходимой величине удельного сопротивления. Отмечается, что приведённые в различных работах результаты имеют существенные отличия друг от друга.
Ужесточение требований к оптическим характеристикам ИК приборов, в том числе при работе в широком температурном диапазоне, потребовало создания установок и стендов для проведения измерений и исследований. В работе [49] описана установка для измерения спектрального пропускания и отражения исследуемых образцов под различными углами в интервале температур от 80 до 550 К с расчётом по этим данным показателей преломления и поглощения. В работе [50] для определения оптических постоянных используются соотношения Крамерса - Кронига. В [51] описана методика измерения рассеянного света, основанная на использовании фотометрического шара. Эффект рассеяния авторы объясняют наличием в кристаллах германия термоупругих напряжений, дефектов решётки и наличием примесей. В [52] исследуются кристаллы германия выращенные по методу Бриджмена – Стокбаргера. Способ по сравнению с методом Чохральского более экономичен, но полученные образцы имеют большой разброс значений пропускания. В [53] проведено математическое моделирование зависимости коэффициентов пропускания от толщины кристаллов. Показано, что закон Бугера не выполняется, а применение известных формул может приводить к неправильным результатам. В работах [54, 55] для исследования рассеяния излучения в ИК материалах использованы специально изготовленный нефелометр и ИК спектрофотометр. В [56] измерения показателей преломления кремния осуществлялось на призмах методом наименьшего отклонения. В работе [57] показана перспективность использования поляриметрических методов при исследовании анизотропии оптических сред. Использование интерференционных методов исследования неоднородности показателей преломления приведено в [58, 46].
Следует отметить, что рассмотренные методики измерения оптических параметров ИК материалов крайне сложны, требуют наличия сложной аппаратуры и высоко квалифицированного персонала. Это делает их малоприменимыми в заводских условиях.
В работе [59] проведён анализ методик, используемых для определения показателей преломления и дисперсии оптических материалов в диапазоне длин волн 248 – 12000 нм. Приведены измеренные показатели преломления для таких материалов, как фтористый кальций, КУ-1, германий, кремний, ПО-4.
Методика проектирования, как процесс обеспечения показателей качества на всех стадиях жизненного цикла изделия
В работе [189] приведено большое количество схем и способов центрировки с использованием различных оптических приборов и конструкций. Рассмотрены схемы центрировки в отражённом свете и на проход, с использованием центрировочных трубок с разрезными объективами и кольцевыми объективами, что позволяет наблюдать одновременно отражённые марки от обеих поверхностей. Приведены схемы с использованием лазерного излучения и многозеркальные схемы, позволяющие проводить центрировку по отражённому многократно излучению. Даны рекомендации по использованию каждого метода и оценена их точность.
Обзор [190] рассматривает способы задания требований к центрировке линз, а также методы контроля децентрировок. Рассматриваемые методы делятся на две группы: неинтерференционные и интерференционные. К неинтерференционным методам отнесены: центрировка по блику, автоколлимационный и коллимационный методы, центрировка по дифракционной точке. Отмечается, что метод центрировки по дифракционной точке, или иногда его называют «по искусственной звезде, позволяет получить лишь качественную информацию об остаточной децентрировке. Предложена [190] классификация интерференционных методов: по отклонению положения интерференционной картины исследуемой системы от идеальной, по величине изменения положения интерференционной картины, по количеству изменения яркости колец, по картине, полученной с помощью интерферометра сдвига, анализа волновых аберраций, по изменению характеристик муаровых полос, по характеристикам спекл – интерферограмм. Авторы отмечают, что наряду с высокой точностью интерференционных методов имеют место такие недостатки, как чувствительность к внешним помехам (вибрации, изменению температуры, турбулентности воздуха), сложность автоматизации. Недостатком описанных методик так же является то, что оптические поверхности ОЭ в процессе центрировки ОЭ незащищены и могут быть повреждены. Особенно это опасно для ОЭ из металлов и сплавов, так как они имеют твёрдость гораздо ниже чем стекло или другие оптические материалы.
В работе [191] отмечается, что высокие требования к центрировке приводят к созданию сложных и дорогостоящих систем. В ряде случаев целесообразно использование явления самоцентрирования. Сборка с использованием самоцентрирования заключается в том, что линзы и кольца между линзами зажимают в вертикальном положении между двумя параллельными соосными торцами центрирующих элементов. Рассмотрены случаи, в которых самоцентрировка возможна, и сформулированы формальные правила.
В работе [192] рассматривается стенд для центрирования асферических оптических элементов. Использование интерферометрического оборудования и воздушного подшипника позволяет достичь высоких точностей центрирования.
Способ измерения децентрировки асферической поверхности рассмотрен в работе [193]. Способ заключается в наложении на асферическую поверхность пробного стекла и определении децентрировки по одной или нескольким зонам контактирования сопрягаемых поверхностей. Рассмотрены факторы, влияющие на точность измерений, а также частные случаи использования предложенного способа, в частности для контроля пластин Шмидта.
Параметры, определяющие децентрировку оптических асферических элементов, и способы их центрировки и контроля рассмотрены в статьях [194, 195]. Методика контроля децентрировки заключается в измерении по нормали биения в двух сечениях асферической поверхности при вращении линзы вокруг её геометрической оси. Описан алгоритм расчёта, позволяющий по результатам измерений рассчитать угол наклона оси асферической поверхности. В работе [196] рассмотрена методика центрирования линз с одной асферической поверхностью. Методика заключается в базировании детали на асферическую поверхность в центрировочном патроне с последующим контролем и устранением биения во втором сечении асферической поверхности и круглением цилиндрической базовой поверхности.
Отмечается, что в случае, если центр кривизны второй сферической поверхности не совпал с осью асферики, то требуется дополнительная механическая обработка сферической поверхности.
Причины возникновения децентрировок линз в объективах и методы их устранения как технологические, так и конструктивные рассмотрены в [197]. Приведены схемы станций (специализированных станков), предназначенных для центрировки линз. Рассмотрены их достоинства и недостатки. Приведены конструкции высокоточных объективов, конструкция которых предусматривает возможность дополнительной центрировки. В работе [198] приведены методики расчёта модуля и проекций векторов суммарной децентрировки оптических элементов объектива. Рассмотрена их зависимость от технологических погрешностей. Показана методика составления уравнений, связывающих параметры децентрировок с качеством изображения. В приведённых работах крайне мало информации о методиках и технологиях сборки и юстировки ИК узлов и систем, содержащих оптические элементы непрозрачные в видимой области спектра.
Разработка и исследование технологии изготовления крупногабаритных высоко облегчённых зеркал с плоскими рабочими поверхностями
В шпиндель станка (1) установлен центрировочный патрон (2), в котором закреплен держатель (3) (в некоторых случаях это может быть наклеечник), к которому крепится МОЭ (4). Специально разработанные бесконтактные вихретоковые датчики линейных перемещений (5 – 7) располагаются следующим образом. Один датчик измеряет радиальное биение цилиндрической базовой поверхности (С). Два датчика измеряют по нормали биение оптической поверхности (А), причём один датчик расположен на максимально возможном диаметре, второй на 2/3 от этого диаметра. Такое расположение является наиболее целесообразным, что было показано в работе [215].
Датчик (7) служит для предварительной юстировки МОЭ, когда с помощью линейных подвижек центрировочного патрона устраняется радиальное биение поверхности (С). На следующем этапе при помощи угловых и линейных подвижек центрировочного патрона устраняется биение поверхности (А). Контроль ведётся при помощи датчиков (5) и (6). После устранения биения поверхности (А) обрабатываются цилиндрическая и плоская базовые поверхности (В) и (С).
Разработанная технология пригодна и для центрирования МОЭ со сферическими рабочими поверхностями. В этом случае достаточно двух датчиков (5) и (7).
Датчики линейных перемещений являются бесконтактными, располагаются на расстоянии 0,1 - 0,15 мм от рабочей поверхности) и вихретоковыми, то есть не чувствительными к диэлектрическим конструкциям. Поэтому рабочую поверхность можно покрыть фторопластовым лаком марки ФЛ, который легко снимается «чулком». Лак защитит оптическую поверхность от стружки и СОЖ в процессе обработки базовых поверхностей.
Проведены эксперименты по центрированию МОЭ с апертурой 250 мм. Использовался станок с торцевым радиальным биением шпинделя 0,5 и 0,2 мкм соответственно. Датчик линейных перемещений имел два диапазона измерений +10 мкм и + 100 мкм. Точность измерений составляла +0,1 и +1 мкм соответственно. Измерения торцевого биения оптической поверхности (А) относительно базовых поверхностей (Б) и (С), проведённые на кругломере фирмы «Talistep» (точность измерений 0,1 мкм) показали, что точность центрирования МОЭ по разработанной технологии составляет 2 - 3 мкм.
В ряде случаев для повышения показателей качества объективов целесообразно применять схемы с «недоисправленными фокусами». Недостатком таких схем является сложность их юстировки при использовании традиционных технологий, например по форме пятна рассеяния. Разработана методика юстировки на примере крупногабаритного ИК объектива. Методика основана на использовании синтезированных голограммных элементов и инфракрасной интерферометрии.
В настоящее время для круглосуточного наблюдения за космическими объектами широко используются телескопы с матричными фотоприёмниками, работающими в ИК диапазоне спектра. Для создания телескопов с апертурой более 500 мм, работающих в среднем (3-5 мкм) или дальнем (8-14) ИК диапазонах в ряде случаев предлагается применять зеркальную схему Кассегрена с недоисправленным фокусом Эппса – Шулте и линзовым блоком переноса изображения. Данная схема позволяет проектировать системы со светосилой 1:1 – 1:4 при минимальных размерах и большом (более 1 угл. град.) поле зрения. Для получения минимальных остаточных аберраций высших порядков всей системы аберрации двухзеркальной системы Кассегрена специально остаются недоисправленными и компенсируются аберрациями блока переноса. Блок переноса при этом исключает необходимость использования светозащитной бленды и минимизирует фоновые засветки.
Принципиальная оптическая схема телескопа Кассегрена с «недоисправленным фокусом» Эппса – Шулте показана на рисунке 3.14. 123 3.14.2 Методика юстировки крупногабаритного ИК объектива [362]. Юстировка телескопа включает два этапа: 1 - юстировка двухзеркальной системы телескопа, 2 - юстировка положения линзового блока переноса относительно двухзеркальной системы.
Юстировка двухзеркальной системы осуществляется с помощью синтезированного голограммного оптического элемента (СГОЭ), состоящего из трех осевых синтезированных голограмм, выполненных соосно на общей подложке, и точечного источника света, служащего для освещения этих голограмм. Юстировка производится согласно оптической схеме, приведённой на рисунке 3.14. Голограммный элемент СГОЭ устанавливается между юстируемыми зеркалами оптической системы, а точечный источник света - между СГОЭ и главным зеркалом оптической системы. При этом голограммный элемент СГОЭ должен быть установлен так, чтобы его рабочая поверхность, на которой нанесены структуры юстировочных голограмм ЮГ-1, ЮГ-2 и ЮГ-3, была обращена к точечному источнику света и, соответственно, - к главному зеркалу оптической системы. Принцип юстировки основан на том, что юстировочная голограмма ЮГ-1 совместно с главным зеркалом и юстировочная голограмма ЮГ-3 совместно со вторичным зеркалом должны формировать автоколлимационные изображения А/ и А3 , соответственно, точечного источника света А в фокальной плоскости Эппса - Шулте.
При этом сами юстировочные голограммы ЮГ-1 и ЮГ-3 должны быть предварительно отъюстированы относительно точечного источника света А с помощью третьей юстировочной голограммы (ЮГ-2).Эта голограмма должна формировать автоколлимационное изображение А2 точечного источника света А также в фокальной плоскости Эппса - Шулте. В связи с этим все три юстировочные голограммы ЮГ-1, ЮГ-2 и ЮГ-3 рассчитываются при условии, что расстояние от каждой из них до точечного источника света А одно и то же.
Методика измерения коэффициента пропускания ИК ОМС
Перед объективом находится спектроделитель (2), который перекрывает часть зрачка ИК объектива. Измерения проводятся следующим образом. Нижняя половина объектива со спектроделителем перекрывается непрозрачным экраном (4), а перед объективом устанавливается калибровочная диафрагма (3). Измерения проводятся по описанной выше схеме. Полученный результат нужно умножить на два.
Как было показано в разделе 5.5, коэффициент пропускания ИК объектива в различных зонах зрачка может быть неодинаковым. Это обстоятельство вызывает дополнительные погрешности измерения по описанной методике.
Примем, что коэффициент пропускания k в полярной системе координат (r, ) зависит только от радиуса k = k0f(r), где k0 – абсолютный коэффициент пропускания в центре объектива, f(r) - относительный коэффициент пропускания. Зависимость относительного коэффициента интегрального пропускания от радиуса определяется экспериментально. Методом наименьших квадратов эту зависимость можно аппроксимировать полиномом f(r) = q0 + q1r + q2r2 + q3r3 … (14)
Для практических целей, обычно, достаточно полинома 2 - 3 степени. На рисунке 5.11 показана аппроксимация коэффициента пропускания полиномом 2 степени.
Кривая 1 соответствует пропусканию k(r) = 1; кривая 3 соответствует экспериментально измеренному коэффициенту пропускания объектива ИК-01; кривые 2, 4 - задают смоделированные значения коэффициента пропускания. Абсолютная погрешность аппроксимации не превышает величину 10"2. Расчёт диаметра входного зрачка может быть выполнен численно одним из стандартных методов.
В качестве примера рассмотрим объектив ИК-01 (F`=100 мм, 1:0,7), предназначенный для работы в области спектра 8 - 12мкм. Расчетный диаметр входного зрачка Di 143 мм. При равномерном относительном пропускании (кривая 1) и калибровочной диафрагме диаметром D0 = 130 мм отношение фототоков I 1 = % = 1.21. I 0 D 2 її - фототок при прохождении излучения через объектив при полном входном зрачке, 1о - фототок при прохождении излучения через объектив с калибровочной диафрагмой. Результаты расчета диаметра входного зрачка для этого отношения фототоков и четырех вариантов зависимостей коэффициента пропускания от радиуса, представленных на рисунке 5.12, приведены в таблице 5.2.
Зависимость относительного коэффициента пропускания от радиуса. Выполненные расчеты позволяют оценить влияние радиального изменения коэффициента пропускания на результат измерения диаметра входного зрачка объектива. После проведения дополнительных расчётов по объективу ИК-01 было принято решение учитывать изменение коэффициента пропускания в случае использования объектива с дополнительным блоком переноса изображения, служащим для минимизации фоновых засветок, создаваемых элементами конструкции, и не учитывать без него.
Исследование возможности использования матричных фотоприёмных устройств (МФПУ) для измерения ФПМ. Качество современных ПЗС-фотоприемников позволяет создавать различные оптико-электронные измерительные системы. Сопряжение типовой ПЗС-камеры с персональным компьютером открывает широкие возможности для обработки и анализа изображений цифровыми методами. Особенно это важно при юстировке и контроле ИК ОМС.
С целью исследования возможности сокращения временных затрат и повышения точности измерений нами был проведён ряд экспериментов с использованием объективов, работающих в видимой области спектра [383]. Предварительные эксперименты показали целесообразность измерения не ФРЛ, а ФРК (с последующим её дифференцированием и преобразованием Фурье). В этом случае наилучшим образом используется допустимый динамический диапазон матрицы.
В качестве испытуемого объектива использовался фотообъектив "Гелиос-44" при относительном отверстии 1 : 5,6. Измерения ФПМ проводились в "прямом" и "обратном" ходе лучей на установке с коллиматором (fk = 1880 мм), оснащенной камерой VBS-521 c ПЗС матрицей ICX055BL-A (Sony). При записи изображений для последующей обработки использовался режим работы камеры с усреднением сигналов по 10 кадрам. В качестве осветителя тест-объекта использовался шаровой осветитель с шестью светодиодами, излучающими в красной области спектра.
Схема измерений в "прямом" ходе лучей представлена на рисунке 5.13а. Тест-объект 1 в виде полуплоскости устанавливался в фокальной плоскости объектива коллиматора 3. Испытуемый объектив 4 строил изображение тест-объекта в своей задней фокальной плоскости 5. Через микрообъектив 6 изображение с увеличением 32х переносилось в плоскость фоточувствительной площадки матрицы ПЗС 7. Использование микрообъектива обусловлено тем, что ФРК должна занимать определенное 200 число элементов на матрице, при котором допустимо численное дифференцирование и интегрирование сигналов, а усреднение сигналов в пределах размера элемента ПЗС-структуры не искажает результатов измерений.
Схема измерений в "обратом" ходе лучей представлена на рисунке В этом случае тест-объект устанавливался в фокальной плоскости испытуемого объектива, а объектив коллиматора строил изображение тест объекта непосредственно на фоточувствительной площадке матрицы ПЗС. Положительной особенностью измерений в "обратном" ходе лучей является то, что изображение тест-объекта получается на матрице с увеличением, пропорциональным отношению fколлиматора/fиспыт. объектива и не требует применения дополнительного микрообъектива, который должен удовлетворять определенным требованиям по апертуре, рабочему увеличению и качеству изображения.
Для оценки погрешности измерений, обусловленной шумами матрицы, были выполнены измерения для 10 различных реализаций изображения, по которому вычислялась ФПМ. Различия в коэффициенте передачи контраста на всем интервале пространственных частот не превысили 0,01 единицы коэффициента передачи модуляции (КПМ). Систематическая составляющая погрешности зависит от точности определения увеличения системы «коллиматор - испытуемый объектив» – в случае «обратного» хода лучей, и увеличения микрообъектива – в случае «прямого» хода лучей, а также зависит от неравномерности освещенности тест-объекта, погрешности дискретизации распределения освещенности при регистрации на матрице ПЗС, и, при наличии автоматических регулировок, зависит от установленного режима работы ПЗС- камеры.