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ImageMaster® HR TempControl – Prüfung der Abbildungsqualität in Testing Image Quality im Temperaturbereich von -40° C bis 120° C
ImageMaster® HR/HR TempControl/Universal
Prüfung der Abbildungsqualität für kleine und große Objektive
Die Geräte ImageMaster® HR und Universal stehen für überdurchschnittlich hohe Genauigkeit und Flexibilität beim Prüfen der MTF (Modulationsübertragungsfunktion). Durch den modularen, erweiterbaren Aufbau lassen sie sich auf die jeweiligen Prüfanforderungen individuell anpassen. Die Messinstrumente können für die Prüfung unterschiedlicher optischer Systeme konfiguriert werden, so dass sich das Objekt im Unendlichen oder Objekt und Bild in endlicher Objektentfernung befinden. Die Genauigkeit der Messung ist auf internationale Normen rückführbar.
Der ImageMaster® HR bietet eine vielseitige Funktionalität für die Prüfung der Abbildungsqualität kleiner und mittelgroßer Objektive, z. B. für Smartphone-, Foto- und Filmkameras. Mit dem ImageMaster® HR TempControl können Prüflinge, die ihre optische Funktionalität und Leistungsfähigkeit bei extremen Temperaturen erbringen müssen, in einem breiten Temperaturbereich gemessen werden.
Für mittlere und größere Objektive, z. B. in der Kameraobjektivfertigung sowie der Entwicklung von Luftbildobjektiven oder Objektiven für die Weltraumforschung bietet der horizontal aufgebaute ImageMaster® Universal höchste Genauigkeit und maximale Stabilität.
Höchste Genauigkeit
Die Produkte ImageMaster® HR und Universal erfüllen höchste Kundenanforderungen an die Prüfung der Abbildungsqualität. Der ImageMaster® HR ist die von F&E-Labors weltweit bevorzugte MTF-Prüfstation. Messungen mit höchster Genauigkeit und Flexibilität stehen dabei im Vordergrund.
Prüfung in einem breiten Spektralbereich
Die breite Palette der Modelle ImageMaster® HR und Universal ermöglicht die Messung einer großen Anzahl optischer Parameter über einen breiten Spektralbereich. So lassen sich mit dem ImageMaster® HR Objektive im Spektralbereich NUV-VIS-NIR-MWIR-LWIR messen. Der ImageMaster® Universal ist flexibel für die MTF-Messung im gesamten Spektralbereich UV-VIS-NIR-SWIR-MWIR-LWIR einsetzbar.
Vielseitiges Anwendungsspektrum
Der ImageMaster® HR und Universal stehen in zahlreichen Varianten zur Verfügung und ermöglichen mit unterschiedlichen Kollimatoroptionen, z. B. Spiegelkollimatoren, auch die präzise Messung von Prüflingen mit großen Brennweitenbereichen. Für optische Systeme, die bei unterschiedlichen Temperatur- und Witterungsbedingungen zum Einsatz kommen, sind mit dem ImageMaster® HR TempControl Messungen in einem breiten Temperaturbereich möglich.
Produktübersicht ImageMaster® HR
ImageMaster® HR UltraPrecision
Ultrapräzise Prüfung der Abbildungsqualität
Für die ultrapräzise Messung der MTF und anderer optischer Parameter hat TRIOPTICS das Topmodell unter den MTF-Prüfstationen unserer ImageMaster® HR Produktreihe entwickelt – den ImageMaster® HR UP.
Hochpräzises Luftlager für den Prüflingshalter
Erhöhte mechanische Stabilität
Verbesserte Wiederholbarkeit der Messung
Genauigkeit rückführbar auf internationale Normen
Voll- oder halbautomatischer, ultrapräziser, multifunktionaler MTF-Prüfstand
F&E-geeigneter MTF Prüfstand für mittelgroße Prüflinge
MTF-Messung an endlichen und unendlichen Konjugaten
Instrument verfügbar für NUV / VIS / NIR
Vertikaler Aufbau für eine einfache Positionierung des Objektivs
Optimales Design verhindert Vignettierung
ImageMaster® HR
Die weltweit bevorzugte MTF-Prüfstation
Der ImageMaster® HR erfüllt die hohen Kundenanforderungen an Genauigkeit und Flexibilität bei der Messung der Abbildungsqualität.
Voll- oder halbautomatische, ultrapräzise, multifunktionale MTF-Prüfstation
Genauigkeit auf internationale Normen rückführbar
MTF-Messungen bei endlicher und unendlicher Objektentfernung
Für kleine und mittelgroße Prüflinge
Für NUV/VIS/NIR/LWIR Spektrum verfügbar
Vertikaler Aufbau für optimalen Bedienkomfort und genaue Linsenpositionierung
Extrem weiter Objektwinkel von ±110°
Optimiertes Design verhindert Vignettierung
ImageMaster® HR MAX
Messung mit Spiegelkollimatoren
Der ImageMaster® HR MAX wurde für die hochgenaue MTF-Messung im VIS- und IR-Bereich entwickelt.
Für NUV/VIS/NIR Spektrum verfügbar
Ausstattung mit einem Spiegelkollimator, einer Halogenlichtquelle und einem hochauflösenden Kamerasensor
Genauigkeit auf internationale Normen rückführbar
Voll- oder halbautomatisches, ultrapräzises, multifunktionales MTF-Prüfgerät
Für mittelgroße Prüflinge
MTF-Messungen bei endlicher und unendlicher Objektentfernung
Vertikaler Aufbau für optimalen Bedienkomfort und einfache Linsenpositionierung
Extrem weiter Objektwinkel von ±70°
Optimiertes Design verhindert Vignettierung
ImageMaster® HR MAX IR
Hochgenaue MTF-Messungen im IR-Bereich
Der ImageMaster® HR MAX IR wurde entwickelt für die Messung der MTF und anderer optischer Parameter, die aktuell in F&E und in der Fertigung von High-End-IR-Optiken verwendet werden.
Für NUV/VIS/NIR/MWIR/LWIR Spektrum verfügbar (SWIR auf Anfrage)
Ausstattung mit einer hochwertigen Spiegelkollimator-Breitband-IR-Lichtquelle und einem IR-Flächensensor
Genauigkeit auf internationale Normen rückführbar
Für kleine und mittelgroße Prüflinge
MTF-Messungen bei endlicher und unendlicher Objektentfernung
Zeitsparende Flächensensor-Methode für LWIR und MWIR
Vertikaler Aufbau für optimalen Bedienkomfort und einfache Linsenpositionierung
Extrem weiter Objektwinkel von ±70°
Das optimierte Design verhindert Vignettierung
ImageMaster® HR TempControl
Messung der Abbildungsqualität im Temperaturbereich von -40°C bis 120°C
Viele Objektive und Kameramodule müssen ihre volle Funktionalität und Leistungsfähigkeit in einem weiten Temperaturbereich erhalten. Athermale Konstruktionen sollen dafür die thermischen Einflüsse auf opto-mechanische Parameter minimieren.
Prüfung athermaler Optikdesigns
Temperaturbereich im Standard: -10°C bis 120°C, erweiterbar auf -40°C bis 120°C
Bestimmung der optischen Leistung für eine Vielzahl von Parametern
Speziell entwickeltes temperaturstabiles Design
Prüflinge werden durch ein Vakuum von der Umgebung isoliert
Messung im VIS- und NIR-Spektrum mit einfacher Umrüstung
Messungen im MWIR- und LWIR-Spektrum
Stabiler Granitaufbau
Produktübersicht ImageMaster® Universal
ImageMaster® Universal
Horizontale MTF-Messung im breiten
Spektralbereich
Innovatives Design, hohe Qualität und langlebige Komponenten sind im ImageMaster® Universal mit bedienerfreundlicher Software kombiniert. Sein horizontaler Aufbau erleichtert die Prüfung großer Objektive.
Präzise Messung praktisch aller existierenden Linsensysteme: infinit, finit, afokal
Für leistungsstarke fotografische Optiken bis hin zu hochauflösenden Teleskopen
Spektralbereich der MTF-Messung von UV über das sichtbare Spektrum bis hin zu IR (NIR/SWIR/MWIR/LWIR)
Axiale und außeraxiale Messung der MTF
Modulare und erweiterbare Struktur
Modulaustausch innerhalb weniger Minuten (z. B. Wechsel von VIS zu IR)
MTF-Werte rückführbar auf internationale Standards
Kollimatorabdeckung schützt vor Umgebungslicht und Luftturbulenzen
ImageMaster® Universal 3D
MTF-Mess-System für unendliche und endliche Objektabstände im vollständigen Sichtbereich
Der ImageMaster® Universal 3D misst die MTF eines Prüflings im vollständigen Sichtbereich, ohne dass der Prüfling dabei rotiert. Der Prüfling verbleibt in einer festen horizontalen Position, während der automatisierte Zielgenerator und die Bildanalysevorrichtung den kompletten Prüfling bzw. die Bildebene scannen.
Messung im vollständigen Sichtfeld für unendliche und endliche Mess-Situationen
Messung der Modulationsübertragungsfunktion (MTF) außeraxial und axial
MTF-Werte auf der Grundlage von internationalen Standards
Vollautomatischer, ultrapräziser, multifunktionaler MTF-Prüfstand
Optimaler Systemaufbau verhindert Helligkeitsrandabfall
Motorisierte Führung für Messungen mit Prüflingen mit großen Objektabständen
Qualitativ hochwertiger Bildanalysator
Der Kollimator ist um zwei Achsen drehbar und kann einen Objektwinkel von ±60° über den gesamten Azimutbereich abdecken
Strichplatte und Beleuchtungseinheit können einen rechteckigen Objektbereich von ±1.100 mm (horizontal) und ±800 mm (vertikal) abdecken
Anwendungen
ImageMaster® HR
Mit der MTF-Prüfstation ImageMaster® HR lassen sich visuelle und Infrarotlinsen messen. Folgende Parameter können gemessen werden:
MTF auf der Achse und außeraxial
Brennweite (EFL)
Verzeichnung
- Bildfeldwölbung
- Laterale und longitudinale chromatische Aberrationen
- Astigmatismus
- Hauptstrahlwinkel
- PSF (Punktbildfunktion)
- Veiling Glare
- Schärfentiefe
- Sichtfeld
- Anlagemaß (FFL), relativ
- Relative Beleuchtungsstärke
Alle MTF-Messungen können mit dem ImageMaster® HR in finiter und infiniter Messposition ausgeführt werden.
ImageMaster® HR TempControl
Neben der Bestimmung der MTF ist die Veränderung des Auflagenmaßes sowie der effektiven Brennweite bei Temperaturänderungen der entscheidende Messparameter. Neben militärischen und Luft- und Raumfahrtanwendungen zählen auch in der Automobilindustrie Kameras zu den sicherheitskritischen Systemen, deren Eigenschaften in einer weiten Temperaturspanne geprüft und sichergestellt werden müssen.
Generell kann die Bildqualität von Objektiven durch Temperatureinflüsse auf die optischen Komponenten und auf die Fassungsmaterialien beeinträchtigt werden. So können wichtige Objektivparameter wie effektive Brennweite und Auflagemaß von der Temperatur abhängen und die Fokussierung einer Kamera beeinträchtigen.
Durch die einfache Umrüstung des Systems von VIS auf NIR werden die spezifischen Anforderungen aus unterschiedlichen Bereichen wie z. B. Automobilindustrie, Entwicklung von Handyobjektiven, Militär sowie Luft- und Raumfahrt abgedeckt.
Messparameter:
Brennweite (EFL)
Anlagemaß (FFL)
MTF vs. Frequenz
- MTF vs. Feld
- MTF vs. Fokus
- MTF vs. Fokus vs. Feld
- Bildfeldwölbung
- Verzeichnung
- Schärfentiefe
- Hauptstrahlwinkel
ImageMaster® Universal / ImageMaster® Universal 3D
Mit der MTF-Prüfstation ImageMaster® Universal lassen sich Linsen und Objektive in allen Spektralbereichen von UV bis LWIR messen. Der ImageMaster® Universal 3D ermöglicht MTF-Messungen im sichtbaren Spektralbereich (VIS). Folgende Parameter können gemessen werden:
MTF auf der Achse und außeraxial
Brennweite (EFL)
Verzeichnung
- Bildfeldwölbung
- Laterale und longitudinale chromatische Aberrationen
- Astigmatismus
- Hauptstrahlwinkel
- PSF (Punktbildfunktion)
- Schärfentiefe
- Sichtfeld
- Schnittweite (BFL), absolut/relativ
- Relative und absolute Transmission
- Relative Beleuchtungsstärke
Alle MTF-Messungen können mit dem ImageMaster® Universal in finiter, infiniter und afokaler Messposition ausgeführt werden.
Der ImageMaster® Universal 3D ermöglicht Messungen in finiter und infiniter Messposition.
Software
ImageMaster® MTF Lab Software
Bedienerfreundliche Software für die Forschung und Entwicklung sowie Laborarbeit
Die vielseitige Funktionalität und hohe Leistungsfähigkeit machen die bedienerfreundliche ImageMaster® MTF Lab Software zum Produkt der Wahl für Forschung und Entwicklung sowie Laborarbeit. Leistungsstarke Funktionen helfen dem Anwender, die Messprozesse zu optimieren.
Die Software bietet hohe Flexibilität für Messungen im NUV-, VIS- und NIR-Spektrum. Automatische Messabläufe sorgen für eine einfache Bedienung und die Daten können in CSV/MHT ausgegeben werden.
Mehrere integrierte Funktionen helfen dem Anwender, die korrekte Bildposition des getesteten Prüflings zu scannen und zu erkennen. Der Wechsel des Messmodus ist leicht und zeitsparend. Alle wichtigen Messungen für die Abbildungseigenschaften sind schnell erreichbar.
Ein Hauptmerkmal beim Einsatz der Software mit dem ImageMaster® Universal ist die Unterstützung von UV- oder IR-Detektoren, die mit dem Scanning-Aperture-Verfahren arbeiten.
- Leicht zu bedienende grafische Benutzerschnittstelle, über die die wichtigsten Funktionen mit einem einzigen Mausklick aufrufbar sind
- Benutzerspezifische Anordnung der Fenster mit grafischen Auswertungen
- Messungen der MTF, Brennweite und einer Reihe weiterer Parameter über spezielle Fadenkreuze und eigens dafür eingerichtete Software-Routinen
- Funktionen zur einfachen Ausrichtung des Prüflings
- Konventionelle MTF-Messung mit Einzelspalten bzw. Fadenkreuz
- Optionale automatisierte Auswahl und Positionierung geeigneter Strichplatten und Filter für die jeweilige Anwendung
- Konfigurationsdateien mit optimierten Prozessparametern und passwortgeschütztem Zugang für Operator und Supervisor
- Skript-Tools für kundenspezifische Programmierungen und Analysen
- Intuitive Benutzeroberfläche und zeitsparende Linsen-Prüfroutinen
- Protokollierung aufeinanderfolgender Messungen
- Datenexport in eine Vielzahl von Dateiformaten
- Zertifikat im HTML-Format lässt sich in MS-Excel importieren
Für die Messung im Temperaturbereich von -40°C bis 120°C wurde die bewährte MTF Lab Software erweitert.
Leistungsstarke Funktionen unterstützen den Anwender in der Durchführung der erforderlichen Messprozesse zur Ermittlung einer Vielzahl an Parametern zur Bestimmung der optischen Leistung im erweiterten Temperaturbereich.
- Messungen der MTF, Brennweite und einer Reihe weiterer Parameter über spezielle Fadenkreuze und eigens dafür eingerichtete Software-Routinen
- Funktionen zur einfachen Ausrichtung des Prüflings
- Konventionelle MTF-Messung mit Einzelspalten bzw. Fadenkreuz
- Optionale automatisierte Auswahl und Positionierung geeigneter Strichplatten und Filter für die jeweilige Anwendung
- Konfigurationsdateien mit optimierten Prozessparametern und passwortgeschütztem Zugang für Operator und Supervisor
- Skript-Tools für kundenspezifische Programmierungen und Analysen
- Intuitive Benutzeroberfläche und zeitsparende Linsen-Prüfroutinen
- Zertifikat im HTML-Format lässt sich in MS-Excel importieren
Technische Daten
| Parameter | ImageMaster® HR VIS | ImageMaster® HR IR | ImageMaster® HR MAX | ImageMaster® HR MAX IR | ImageMaster® HR UltraPrecision |
|---|---|---|---|---|---|
| Optischer Aufbau | Unendliche Objektentfernung (optional auch endliche) | Unendliche Objektentfernung | Unendliche Objektentfernung (optional auch endliche) | Unendliche Objektentfernung | |
| Max. außeraxialer Winkel | Bis zu ± 110° | Bis zu ± 110° | Bis zu ±70° | Bis zu ±70° | |
| Spektralbereich | 450 nm … 750 nm, halogen (NIR/NUV optional) | LWIR: 8 µm … 12 µm | VIS /NIR NUV optional | NIR, NUV, LWIR: 8 µm … 12 µm VIS: 0,4 µm … 0,9 µm MWIR : 3 µm … 5 µm SWIR: 0,9 µm … 1,7 µm auf Anfrage | |
| Azimutbereich | 360° | 360° | 360° | 360° | 360° |
| Max. Bildhöhe | ±23 mm | ±23 mm | ±23 mm | ±23 mm | ±23 mm |
| Freie Apertur | Bis zu 100 mm | Bis zu 100 mm | Bis zu 100 mm | ||
| Kollimatorbereich | 50 mm … 500 mm | 50 mm 2) | 50 mm … 1000 mm | 50 mm … 1.000 mm 2) | 50 mm … 1.000 mm |
| Brennweite des Prüflings | 1 mm … 150 mm 1) | 1 mm ... 10 mm 1),2) | 1 mm … 200 mm 1) | 1 mm … 200 mm 1) | 1 mm … 200 mm 1) |
| Raumfrequenz (in Spezifikation) Max. Raumfrequenz | 0 lp/mm … 500 lp/mm 1.000 lp/mm (je nach Prüfling) | 0 lp/mm … 60 lp/mm | 0 lp/mm … 500 lp/mm 1.000 lp/mm (je nach Prüfling) | VIS/NIR/LWIR: 0 lp/mm … 60 lp/mm MWIR: 0 lp/mm … 100 lp/mm | 0 lp/mm … 500 lp/mm 1.000 lp/mm (je nach Prüfling) |
| Genauigkeit (MTF axial und außeraxial) | ±0,02 MTF | ±0,03 MTF | ±0,02 MTF | ±0,03 MTF | ±0,02 MTF |
| Wiederholbarkeit (MTF auf der Achse und außeraxial) | ±0,005 MTF | ±0,02 MTF | ±0,005 MTF | ±0,02 MTF | ±0,005 MTF |
1) Hängt vom Spiegelkollimator ab
2) Größer auf Anfrage
Upgrades & Zubehör
ImageMaster® HR
Der ImageMaster® HR wird mittels vielseitiger Upgrades an kundenspezifische Anforderungen und Messerfordernisse angepasst.
- Motorisierter ultrapräziser Prüflingshalter mit einem 3 μm/6 Winkelsekunden nicht übersteigenden Rundlauf. Er ermöglicht noch genauere Messungen neigungsempfindlicher Prüflinge
- Zusätzliche Filter und Strichplatten für alle Messanwendungen: Filter für NUV, VIS, NIR / Strichplatten erweiterbar z.B. für PSF und Veiling Glare Messungen
- Erweiterungen nahezu aller Führungen, um den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden
- Motorisierte Führung für Messungen in endlicher Objektentfernung mit manuellem oder motorisiertem Objektgenerator. Der Objektgenerator ist motorisiert, um die Strichplatte bei außeraxialen Messungen in Richtung des Prüflings beleuchten zu können. Dies ist bei kleinen Prüflingen bzw. schlechten Lichtverhältnissen notwendig
- Unterschiedliche Kollimatoren mit Brennweite und freier Apertur für einen hohen Grad an Flexibilität
- Motorisierte Strichplatten- und Filterwechsler für Messungen in unendlicher Objektentfernung, um das manuelle Eingreifen des Bedieners auf ein Minimum zu begrenzen. Da der Filter automatisch und somit im Vergleich zum manuellen Wechsel ohne Erschütterungen gewechselt wird, kann bei der Messung der lateralen chromatischen Aberration eine höhere Genauigkeit erzielt werden
- Das Veiling Glare Upgrade für den ImageMaster® HR ermöglicht die Messung der Glare Spread Function (GSF). Durch off-axis Messungen und Rotation des Prüflings um seinen Mittelpunkt wird die GSF für das gesamte Bildfeld des Prüflings gemessen.
Upgrade ImageMaster® HR zum CamTest R&D
TRIOPTICS bietet seinen Kunden mit einem kombinierten Testsystem größtmögliche Flexibilität. Die drei auswechselbaren Messköpfe bieten folgende Möglichkeiten:
ImageMaster® HR
Messung der Bildqualität von Objektiven mit folgenden Parametern:
- MTF auf der Achse und außeraxial
- Brennweite (EFL)
- Verzeichnung
- Bildfeldwölbung
- Laterale und longitudinale chromatische Aberrationen
- Astigmatismus
- Hauptstrahlwinkel
- PSF (Punktbildfunktion)
- Veiling Glare
- Schärfentiefe
- Sichtfeld
- Anlagemaß (FFL), relativ
- Relative Beleuchtungsstärke
CamTest R&D
Messung der Bildqualität von Kameramodulen mit folgenden Parametern:
- Linienbildfunktion (LSF)
- MTF
- Verzeichnung
- Brennweite (EFL)
- Sensor-Verschiebung, -Verkippung und -Defokussierung
- Bildfeldwölbung der Linse
- Laterale und longitudinale chromatische Aberrationen
ImageMaster® HR TempControl
Zur Erweiterung des Funktionsumfanges des imageMaster® HR TempControl stehen eine Reihe an Upgrades zur Verfügung:
- Upgrade für Messungen im Nahinfrarotbereich
- Upgrade für LWIR- und MWIR-Messungen
- Upgrade für Messungen von Verzeichnungen
- Upgrade für hochgenaue Anlagemaßmessung
- Upgrade für Messungen im erweiterten Temperaturbereich von -40°C bis +120°C.
ImageMaster® Universal
Erweitern Sie die Funktionalität Ihres ImageMaster® Universal Systems mit umfassenden Upgrades und Zubehör.
Für den ImageMaster® Universal stehen Lichtquellen für verschiedene Wellenlängen zur Verfügung:
- UV
- VIS / NIR / SWIR
- MWIR/LWIR
Lichtquelle MWIR/LWIR für den ImageMaster® Universal
Verschiedene kamerabasierte oder scannerbasierte Detektoren sind als Bildanalysator für unterschiedliche Wellenlängenbereiche verfügbar:
- UV (scannerbasiert)
- VIS (kamera-/scannerbasiert)
- NIR (kamera-/scannerbasiert)
- SWIR (scannerbasiert)
- MWIR (kamera-/scannerbasiert)
- LWIR (kamera-/scannerbasiert)
Kamera VIS für den ImageMaster® Universal
Detektor MWIR für den ImageMaster® Universal
Prüflingshalter für verschiedene Durchmesser und ein Hubtisch für große Prüflinge sind für den Image Master® Universal verfügbar.
Prüflingshalter für den ImageMaster® Universal
Hubtisch für den ImageMaster® Universal
Für endlich konjugierte Messungen steht als Upgrade für den ImageMaster® Universal eine Finite Stage in zwei unterschiedlichen Längenausführungen für alle Wellenlängenbereiche zur Verfügung:
- Finite Stage 2m
- Finite Stage 3m
Finite Stage für den ImageMaster® Universal
Für unterschiedliche Messanforderungen stehen verschiedene Strichplatten und Filter zur Verfügung. Mit dem motorisierten Strichplatten- und Filterwechsler können sie einfach und innerhalb kurzer Zeit gewechselt werden.
- Strichplatten- und Filterwechsler
- Strichplatten
- Filter
Strichplatten- und Filterwechsler
Strichplatten
Filter
Die automatisierte hochpräzise Afokaleinheit ist als Upgrade für afokale Prüflinge verfügbar. Mit unterschiedlichen Autokollimatorlinsen für die Afokaleinheit kann die Messung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfolgen.
Afokaleinheit mit
- Dekollimatorlinse für VIS
- Dekollimatorlinse für MWIR
- Dekollimatorlinse für LWIR
Afokaleinheit
Knowledge Base
MTF und Abbildungsqualität
Messung der MTF (Modulationsübertragungsfunktion)
Die MTF (Modulationsübertragungsfunktion) ist bei der objektiven Bewertung der Abbildungsleistung optischer Systeme ein wichtiges Hilfsmittel. Mit der MTF Messung lässt sich die Abbildungsqualität von optischen Systemen neutral und quantitativ bewerten. Die MTF kann ebenfalls aus den Objektivdesigndaten berechnet werden. Konstrukteure von optischen Systemen haben so die Möglichkeit, die Systemleistung zuverlässig vorherzusagen. Die Hersteller können die Bildqualität von realen Objektiven dann mit den Erwartungen aus der Entwurfsphase vergleichen.
Modulationsübertragungsfunktion
Die Modulationsübertragungsfunktion beschreibt die Auflösungsleistung eines optischen Systems durch das Verhältnis des relativen Bildkontrasts zum relativen Objektkontrast. Wenn ein Objekt (beleuchtete Testtafel oder Strichplatte) mit einem optischen System beobachtet wird, kommt es durch Abbildungsfehler und Beugungserscheinungen zwangsläufig zu einer Qualitätsverringerung beim entstehenden Bild. Ein reales Objektiv stimmt zudem nicht vollständig mit den Konstruktionsdaten überein. Fertigungsabweichungen sowie Montage- und Ausrichtungsfehler in der Optik schwächen die Abbildungsleistung des Systems insgesamt.
Mehr Wissen für Experten
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(mit Shack-Hartmann-Sensoren)
Ein perfektes Gitter wird von dem Prüfling in die Bildebene projiziert
MTF = Kontrast vs Ortsfrequenz – MTF einer beugungsbegrenzten Optik sowie die gemessene MTF
Das Bild eines perfekten Spalts als Linienbildfunktion
Im Ergebnis erscheinen etwa helle Bereiche im Bild weniger hell als im Objekt, während dunkle Bereiche und Schattenzonen im Bild heller sind als im Original. Allgemein kann eine beleuchtete Teststruktur definiert werden durch ihre Ortsfrequenz (Anzahl der hellen und dunklen Bereiche pro Millimeter) sowie den Kontrast (Unterschied zwischen hellen und dunklen Bereichen im Bild). Üblicherweise wird die Modulationsübertragungsfunktion bei der Ortsfrequenz null auf eins normalisiert.
Bei niedrigen Ortsfrequenzen erreicht die Modulationsübertragungsfunktion einen Wert von nahezu eins (bzw. 100 Prozent) und fällt mit steigender Ortsfrequenz bis auf null ab. Dies ist die Grenze der Auflösung für ein optisches System (die sogenannte Grenzfrequenz, siehe Abbildung 2). Sobald der Kontrastwert von null erreicht ist, nimmt das Bild eine einheitliche Grauschattierung an.
Die in der Abbildung oben gezeigten periodischen Gitter werden zum Messen der MTF mittlerweile kaum mehr verwendet. In modernen MTF- Messanlagen wie dem ImageMaster®-System kommt als Objekt ein einzelner beleuchteter Spalt auf dunklem Hintergrund zum Einsatz. Mathematisch kann ein einzelner schmaler Spalt als Summe über alle Ortsfrequenzen (Fourier-Synthese) betrachtet werden. Alle Frequenzen tragen mit derselben Amplitude (=1) zu diesem Spalt bei; die endliche Spaltbreite bleibt im Rahmen dieser Betrachtung unberücksichtigt. Der
Einzelspalt wird in die Bildebene des Prüflings projiziert. Aufgrund von Beugung und Abbildungsfehlern entsteht in dieser Ebene kein perfektes Abbild des Spalts, sondern eine verbreiterte, verwaschene Darstellung. Dies ist die sogenannte Linienbildfunktion (engl. Line Spread Function, LSF).
Typischer Aufbau einer MTF-Messung auf der Achse
Basierend auf einer Fourier-Analyse kann der Beitrag jeder einzelnen Ortsfrequenz zu der LSF ermittelt werden, d.h. die Amplitude zu jeder Ortsfrequenz stimmt mit dem Kontrast bei dieser Frequenz überein. Die Fourier-Analyse der Linienbildfunktion ergibt demnach die MTF des Prüflings. Durch Messung der LSF erhält man die MTF für das gesamte Ortsfrequenzspektrum. Alternativ kann als Objekt auch ein Fadenkreuz (also eine gekreuzte Anordnung von zwei Spalten) genommen werden. Die MTF kann dann gleichzeitig in zwei Bildrichtungen gemessen werden, sofern eine CCD Kamera als Sensor verwendet wird. Gebräuchlich ist auch ein Pin-hole (leuchtender Punkt) als Objekt. Das Bild eines solchen Pinholes wird als Punktbildfunktion bezeichnet. Aus dieser Funktion lassen sich die MTF-Werte für alle Richtungen innerhalb der Bildebene errechnen. Die grundlegenden Begriffe und mathematischen Beziehungen zur optischen MTF Messung sind in der ISO-Norm 9334 beschrieben.
Die Modulationsübertragungsfunktion verändert sich nicht nur in Bezug auf die Ortsfrequenz, sondern auch mit der Lage des Bildes im Bildfeld. Die MTF-Messung entlang der Symmetrieachse des optischen Systems wird als axiale Messung bezeichnet.
Für eine umfassende Charakterisierung der Abbildungsleistung eines optischen Systems muss die MTF an unterschiedlichen Positionen im Bildfeld gemessen werden. Die MTF-Messung über das Bildfeld wird als außeraxiale Messung bezeichnet. Bei der außeraxialen Messung nimmt das Bild verschiedene Objektpositionen ein und der Sensor wird an die entsprechende Bildposition bewegt.
Die MTF-Messung kann bei einer einzelnen Wellenlänge oder in einem breiteren begrenzten Spektralbereich erfolgen. Bei den Messdaten spricht man dann von monochromatischen bzw. polychromatischen MTF-Werten. Die MTF wird für gewöhnlich eindimensional ermittelt, berechnet für einen azimutalen Schnitt durch die Bildebene. Der Azimut (Drehwinkel) des Objektmusters wird sagittal genannt, wenn die Verlängerung des Messspalts durch die Bezugsachse läuft. Liegt die Verlängerung des Spaltmusters senkrecht dazu, spricht man vom tangentialen Azimut.
Bei der als endlich-endlich bezeichneten Abbildung befindet sich das Objekt direkt in der Objektebene des Prüflings und wird innerhalb dieser Ebene für verschiedene Objekthöhen verschoben. Bei der gängigeren unendlich- endlich Abbildung befindet sich das beleuchtete Objekt in der Brennebene eines Kollimators, der ein Bild davon nach Unendlich projiziert. Der Kollimator wird dann unter verschiedenen Winkeln ausgerichtet, um die MTF für die entsprechenden Objektwinkel zu messen.
Typischer Aufbau für eine außeraxiale MTF-Messung.
Brennweite
Als Brennweite wird der Abstand von den Brennpunkten des Objektivs zu den zugeordneten Hauptebenen bezeichnet. Die Brennweite bestimmt die Vergrößerungswirkung eines Objektivs und damit auch die Bildgröße. Da die Lage der Hauptebenen häufig nicht genau bestimmbar ist, ist eine direkte Messung der Brennweite schwierig.
Über die Messung der Vergrößerung eines Doppelspaltbildes lässt sich die Brennweite jedoch schnell und hinreichend genau ermitteln. TRIOPTICS verwendet zur Kalibrierung dieser Messmethode zertifizierte Linsen und Objektive der PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt). Die Messergebnisse und Messgenauigkeiten sind daher direkt rückführbar auf internationale Standards.
Brennweite und Verzeichnung
Als Verzeichnung bezeichnet man die prozentuale Änderung der Vergrößerung vom Mittelpunkt des Bildfelds zu den achsfernen Positionen. Bei der Messung der Verzeichnung kommt ein weiteres Verfahren zur Messung der Brennweite zum Einsatz:
- Eine axiale MTF-Messung wird bei einer definierten Ortsfrequenz durchgeführt. Durch Optimierung der MTF bei dieser Frequenz wird die paraxiale Brennebene ermittelt. Um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, wird monochromatisches Licht und eine Kurvenanpassung der Fokussierergebnisse verwendet. Dabei wird die Apertur des Objektivs mittels Blende verkleinert.
- Ein Messbereich über das Bildfeld und eine Anzahl von Messpunkten werden ausgewählt. Der Objektgenerator bewegt sich dann automatisch zu den ausgewählten Feldpositionen.
- Bei jeder Position im Feld wird die Bildhöhe gemessen. Eine Tabelle mit Wertepaaren Bildhöhe gegenüber Feldwinkel wird angelegt.
- Die Brennweite wird mit der Formel h/(tan α) berechnet und als Kurve gegenüber dem Feldwinkel aufgetragen. Eine Polynomanpassung der Brennweite bei α=0 ergibt dann die präzise und unabhängig errechnete paraxiale Brennweite.
- Die Verzeichnung wird als Verhältnis zwischen der paraxialen Brennweite und der Brennweite im Bildfeld berechnet.
Für dieses Verfahren ist eine verhältnismäßig große Anzahl von Messpunkten mit genau bekannten Objektwinkeln und Feldpositionen erforderlich. Aus diesem Grund sind ImageMaster®-Instrumente, die diese spezielle Option zur Verzeichnungsmessung bieten, mit einem präzisen Winkelgeber für den Objektgenerator (Genauigkeit 5 Bogensekunden) und einem ebenso präzisen Linearmesstaster für die Bildfeldachse (Genauigkeit 0,2 μm) ausgestattet. Die Brennweite wird damit unabhängig von den Kalibrierungsparametern als absolute Größe berechnet.
Schärfentiefe
Die Schärfentiefe ist die Ausdehnung des Bereichs vor und hinter der Bildebene, in dem das Bild ohne merkliche Unschärfe abgebildet wird.
Die Bestimmung der Schärfentiefe ist über einen Fokusscan („Through Focus Scan“) und die Festlegung eines geeigneten unteren Grenzwertes für die MTF möglich.
Die Schärfentiefe zwischen den festgelegten Grenzen wird gemessen und angezeigt.
Im Rahmen einer aufwändigeren Messung kann ein Bereich von Objektweiten simuliert werden, während die MTF an den entsprechenden Bildweiten gemessen wird.
Bildfeldwölbung
Die Bildfeldwölbung ist ein optischer Abbildungsfehler, bei dem sich die Brennpunktlage von der Mitte zum Rand des Bildfelds hin ändert. Die Bildfeldwölbung führt dazu, dass eine ebene Objektfläche als gekrümmte Fläche abgebildet wird. Wenn Astigmatismus vorliegt, sind in orthogonalen Richtungen zwei separate astigmatische Brennflächen vorhanden. Zur Bestimmung der Bildfeldwölbung wird eine Reihe von Fokussierungen an unterschiedlichen Positionen im Feld durchgeführt. Die Maxima der MTF sowie die zugehörigen Positionen im Feld werden ermittelt. Die Werte werden per Software erfasst und grafisch sowie tabellarisch dargestellt.
Relative Beleuchtungsstärke
Man spricht man von relativer Beleuchtungsstärke in einem optischen System, wenn die Bildhelligkeit mit zunehmendem Objektwinkel graduell abnimmt. Das Phänomen entsteht aufgrund des natürlichen Lichtabfalls im Feld des Prüflings und der Begrenzung der effektiven Apertur in Abhängigkeit vom Feldwinkel. Die relative Beleuchtungsstärke ist definiert als das Verhältnis der Transmission auf der Achse zur Transmission am Rand des Sichtfelds.
Die ImageMaster®-Software misst kontinuierlich die Lichtintensität des Objekt-Targets, um Sättigung zu vermeiden. Auf diese Weise stehen alle Daten zur Verfügung, die zur Berechnung der relativen Beleuchtungsstärke benötigt werden. Die Vorgehensweise entspricht der ISO Norm 13653:1996.
Hauptstrahlwinkel
In einem Objektiv wird der Lichtstrahl, der von einem außeraxialen Objektpunkt durch den Mittelpunkt der Aperturblende geht als Hauptstrahl bezeichnet. Der Hauptstrahl tritt entlang einer Linie durch die Mitte der Eintrittspupille in das optische System ein und tritt entlang einer Linie durch die Mitte der Austrittspupille wieder aus.
Der Winkel zwischen der optischen Achse und dem Hauptstrahl auf der Bildseite wird mit dem folgenden Verfahren gemessen: Das zu prüfende Objektiv wird vom Kollimator aus unterschiedlichen Winkeln, den objektseitigen Hauptstrahlwinkeln, beleuchtet. Der Sensorkopf wird zu der entsprechenden Bildhöhe verschoben und fokussiert. Anschließend bewegt sich der Sensor in kleinen Schritten auf das Objektiv zu; die Software erfasst dabei die laterale Bewegung des Bildes. Aus den Daten dieser lateralen Bewegung wird dann der Hauptstrahlwinkel berechnet.
Messung des Hauptstrahlwinkels
Blendenzahl
Verfahren zur Messung der Blendenzahl
Chromatische Fehler
Verfahren zum Messen der chromatischen Längsaberrationen