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ImageMaster® HR/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. 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.

Produktübersicht ImageMaster® HR

ImageMaster® HR UltraPrecision

Ultrapräzise Prüfung der Abbildungsqualität
ImageMaster® HR UltraPrecision

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
ImageMaster® HR

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
ImageMaster® HR MAX

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
ImageMaster® HR MAX IR

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

Produktübersicht ImageMaster® Universal

ImageMaster® Universal

Horizontale MTF-Messung im breiten Spektralbereich
ImageMaster® Universal

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
ImageMaster® Universal

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

Anfrage ImageMaster® HR & Universal
ImageMaster® HR Anwendung

Anwendungen

ImageMaster® HR

Mit der MTF-Prüfstation ImageMaster® HR lassen sich visuelle und Infrarotlinsen messen:

  • 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 Transmission

  • Relative Beleuchtungsstärke

Alle MTF-Messungen können mit dem ImageMaster® HR in finiter und infiniter Messposition ausgeführt werden.

ImageMaster® Universal / 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):

  • 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 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

Technische Daten

ParameterImageMaster® HR VISImageMaster® HR IRImageMaster® HR MAXImageMaster® HR MAX IRImageMaster® HR UltraPrecision
Optischer AufbauUnendliche Objektentfernung
(optional auch endliche)
Unendliche
Objektentfernung
Unendliche Objektentfernung
(optional auch endliche)
Unendliche Objektentfernung
Max. außeraxialer WinkelBis zu ± 110°Bis zu ± 110°Bis zu ±70°Bis zu ±70°
Spektralbereich450 nm … 750 nm, halogen (NIR/NUV optional)LWIR: 8 µm … 12 µmVIS /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
Azimutbereich360°360°360°360°360°
Max. Bildhöhe±23 mm±23 mm±23 mm±23 mm±23 mm
Freie AperturBis zu 100 mmBis zu 100 mmBis zu 100 mm
Kollimatorbereich50 mm … 500 mm50 mm 2)50 mm … 1000 mm50 mm … 1.000 mm 2)50 mm … 1.000 mm
Brennweite des Prüflings1 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/mm0 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

Download Technische Daten
ParameterImageMaster® Universal
Optischer AufbauEndlich, unendlich oder afokal
Max. außeraxialer Winkel± 180
SpektralbereichUV: 250 nm … 450 nm
VIS: 450 nm … 700 nm
NIR: 700 nm … 1.000 nm
SWIR: 1.000 nm … 2500 nm
MWIR: 3 µm … 5 µm
LWIR: 7 µm … 13 µm
Azimutbereich360°
Max. Bildhöhe±50 mm
Raumfrequenz (in Spezifikation)
Max. Raumfrequenz
UV: 100 lp/mm
VIS / NIR: 500 lp/mm
SWIR: 120 lp/mm
MWIR: 80 lp/mm
LWIR: 60 lp/mm
Genauigkeit
MTF axial und außeraxial
±0,02 MTF on axis
±0,03 MTF off axis
Wiederholbarkeit (MTF auf der Achse und außeraxial)±0,01 MTF
EFL
Genauigkeit
±0,2 %
Verzeichnung
Genauigkeit (ohne/mit Encoder)
Wiederholgenauigkeit (ohne/mit Encoder)
±0,7 % / ±0,25 %
±0,3 % / ±0,1 %
Laterale chromatische Aberration
Genauigkeit
Wiederholbarkeit
±0,5 µm
±0,3 µm
Longitudinale chromatische Aberration
Genauigkeit
Wiederholbarkeit
±1 µm
0,2 µm
Hauptstrahlwinkel
Genauigkeit
Wiederholbarkeit
±1°
±0,4°
Anlagemaß (relativ)
Genauigkeit
Wiederholbarkeit
±2 µm
±1 µm
Astigmatismus
Genauigkeit
Wiederholbarkeit
±4 µm
±1 µm
Feldwölbung
Genauigkeit
Wiederholbarkeit
±2 µm
±1 µm
Download Technische Daten
Anfrage ImageMaster® HR & Universal

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.
ImageMasterHR_VIS

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 Transmission
  • 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® 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
ImageMasterUniversal_Lichtquelle-MWIR

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)
ImageMasterUniversal_Kamera-VIS

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.

ImageMasterUniversal_Prüflingshalter

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
ImageMasterUniversal_Finite-Stage

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
ImageMasterUniversal_Strichplatten

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

ImageMasterUniversal_Afokaleinheit

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.

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Ein perfektes Gitter wird von dem Prüfling in die Bildebene projiziert

Kontrast vs Ortsfrequenz

MTF = Kontrast vs Ortsfrequenz – MTF einer beugungsbegrenzten Optik sowie die gemessene MTF

Linienbildfunktion

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

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

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

Messung des Hauptstrahlwinkels

Blendenzahl

Die Blendenzahl eines Objektivs entspricht dem Verhältnis aus der Brennweite und dem Durchmesser der Eintrittspupille. Bei den Geräten der ImageMaster®-Serie erfolgt die Messung nach der Norm ISO-517. Zunächst wird mit dem schon oben beschriebenen Verfahren die Brennweite ermittelt. Danach wird der Prüfling umgedreht, so dass die Eintrittspupille zum Detektorkopf zeigt. Der Durchmesser der Eintrittspupille wird durch Fokussierung auf die linke und dann auf die rechte Kante der Eintrittspupille gemessen. Die auf der Bildfeldachse verfahrene Strecke entspricht dem Durchmesser der Eintrittspupille. Durch Auswahl des richtigen Vorsatzobjektivs am Sensorkopf lassen sich auch Pupillen vermessen, die weit im Inneren des zu prüfenden Systems liegen.
Blendenzahl

Verfahren zur Messung der Blendenzahl

Chromatische Fehler

Bei lichtbrechenden optischen Systemen kommt es zu einer Farbaufspaltung (Dispersion). Das bedeutet, die Bildposition und auch die Vergrößerung des optischen Systems hängen von der Wellenlänge des Lichts ab. Die Abhängigkeit der axialen Bildposition von der Wellenlänge wird als chromatische Längsaberration bezeichnet. Die Abhängigkeit der Vergrößerung von der Wellenlänge wird als chromatische Queraberration bezeichnet. Beide Fehler können mit dem ImageMaster® bestimmt werden. Der Kollimator des ImageMaster® ist ausgestattet mit verschiedenen schmalbandigen Farbfiltern. Zusammen mit dem chromatisch sehr gut korrigierten Messobjektiv werden in axialer Richtung die verschiedenen Fokuslagen für jede Farbe und somit die Längsaberration ermittelt. Die Positionsmessung erfolgt dabei mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich. Durch Messung der lateralen Bildposition für die verschiedenen Wellenlängen lässt sich mit dem System genauso die chromatische Queraberration ermitteln.
chromatische Felder

Verfahren zum Messen der chromatischen Längsaberrationen