Методы измерения ЧКХ

Существует методы измерения ЧКХ:

1 – Метод сканирования прямоугольной и синусоидальной миры. Данный метод основан на ГОСТ 21815.18-90.

Суть метода заключается в измерении коэффициента передачи контраста (КПК) для ряда пространственных частот, приведённых к плоскости фотокатода ЭОП.

Установка для измерения ЧКХ изделия «Канал» состоит из двух основных частей: оптической скамьи и измерительной фотоэлектрической установки. В оптическую скамью входят шаровой осветитель, прямоугольная щель шириной 100 мкм, держатель ЭОП и микрообъектив с увеличением 10^х. Измерительная установка включала в себя микрообъектив с увеличением 10^х, блок с ФЭУ, регистрирующий блок «Вега» (с вращающимся диском с синусоидальными мирами), который непосредственно рассчитывал значения КПК для четырех пространственных частот. В процессе запуска установки блок «Вега» вышел из строя. Восстановить его до сегодняшнего дня не представляется возможным из-за отсутствия принципиальных электрических схем. Измерительный блок с ФЭУ и мирами был заменен на другой, где миры были прямоугольными, а сигнал с ФЭУ усиливался и выводился на самописец. Самописец был заменен на быстродействующий цифровой мультиметр «Agilent», информация с которого выводилась непосредственно в программу «MS Exel» на ноутбук, где строилось распределение сигнала. С помощью специального программного обеспечения, написанного стажерами лаборатории специзмерений распределение обсчитывалось с получением значений КПК на трех пространственных частотах.

Принцип получения ЧКХ заключается в следующем:

Свет от источника типа «А» в шаровом осветителе, пройдя сквозь прямоугольную щель, шириной 100 мкм проецируется на фотокатод ЭОП. Изображение щели с экрана ЭОП проецируется на анализирующий растр, представляющий собой стеклянный прямоугольник с нанесенными штрихами на трех пространственных частотах. Растр сканируется относительно изображения щели при помощи электродвигателя. А сигнал с ФЭУ, стоящим за растром, попадает на мультиметр, где строится распределение яркости выходного сигнала. При помощи специальной программы далее рассчитывается КПК для каждой пространственной частоты. В заключении строится зависимость КПК от пространственной частоты.

Для исследования были отобраны:

1. Инверторный ЭОП 2 поколения ЭПМ-56 Г «Овод» с ВИП №664242/1750 , производства завода «Гран» (выпуска 1991 г.);

2. Вакуумный блок 2+ поколения №060331 , производства «Экран-ОС».

3. Вакуумный блок 2+ поколения №49253, производства «Катод».

Рисунок 11 - Структурная схема установки ЧКХ ЭОП старым методом: 1 – осветитель; 2 – диафрагма с щелью; 3 – входная оптика (микрообъектив 10^х) ; 4 – ЭОП; 5 – держатель ЭОП; 6 – выходной микрообъектив (10^х); 7 – мира (анализирующий растр); 8 – ФЭУ; 9 – регистрирующее устройство (мультиметр); 10 - ПК

Первоначально сигнал с ФЭУ был сильно зашумлен из-за вибраций и пульсаций в сети, особенно на высоких частотах. Для минимизации искажений сигнала из-за механической вибрации, установка была поставлена на виброопоры. Питание ФЭУ, ЭОП и мультиметра осуществлялось через источник бесперебойного питания, что также улучшило форму снимаемого сигнала, хотя зашумленность все же сохранилась, что особенно сказывается на высоких частотах (рисунок 12).

В ходе выполнения работы была измерена пространственная частота прямоугольных мир, приведенных к плоскости фотокатода.

Измерение размеров штрихов стеклянной прямоугольной миры осуществлялось на микроскопе МБС-10 с насадкой МИМ. Данные измерений приведены в таблице 1.

Формула определения пространственной частоты в плоскости фотокатода испытуемого изделия:

(7),

Где Г_эо – оптическое увеличение,

β _вых.об – увеличение микрообъектива,

P_миры – период элемента

Таблица 1 - Значения разрешающей способности, приведенной к плоскости фотокатода ЭОП

а) 2,5 штр./мм

б) 7,2 штр./мм

в) 17,1 штр./мм

Рисунок 12 - На рисунках а), б), в) представлены кривые изменение амплитуды сигнала при прохождении штриховой миры с частотами соответственно в 2,5, 7,2 и 17,1 штр./мм относительно фотоприемного устройства (ФЭУ).

Таблица 2. Полученные на установке ЧКХ значения КПК на трёх пространственных частотах и предел разрешения ЭОП, измеренный на коллиматоре.

N_пр^* – измеренное предельное разрешение ЭОП

Рисунок 13 - Частотно-контрастные характеристики исследуемых ЭОП.

Основным плюсом этого метода является простота получения и обработки результатов.

Минусы: ограниченное количество измеряемых пространственных частот. Так же метод трудноприменим к измерению ЧКХ МКП.

2 – Измерение ЧКХ методом анализа наклонной плоскости.

Метод заключается в гармоническом анализе функции рассеяния среза наклонной плоскости.

Рисунок 14 – Структурная схема установки измерения ЧКХ новым методом:1 – осветитель; 2 – диафрагма с щелью; 3 – входная оптика (микрообъектив 10^х) ; 4 – ЭОП; 5 – держатель ЭОП; 6 – микроскоп МБС-10; 7 – камера Videoscan 2-285; 8 – ПК

Световой поток из шарового осветителя 1 поступает в щель 2, образуя на её выходе рассеяние. Изображение щели проецируется микрообъективом 3 на фотокатод ЭОП. Микроскоп 6 фокусируется на экран ЭОП и камера 7 надевается с помощью специальной оснастки на окуляр микроскопа. Далее на ПК запускается программное обеспечение камеры, устанавливается необходимый режим (длительность экспозиции, кадровый период, бининг). Производится съёмка. Важно, чтобы снимок не был тусклым или засвеченным. Иначе к распределению яркости изображения щели будут добавляться шумы камеры. А это влечёт за собой искажение результата.

Затем, в полученном изображении выбирается участок, перпендикулярный главной оси щели, захватывающий распределение целиком, как показано на рисунке 15.

Рисунок 15 – Выбор области для обработки из изображения наклонной щели на микрообъективе

Строим график зависимости яркости пикселя от его индекса - распределения по яркости:

Рисунок 16 – Распределение по яркости

Для анализа нам достаточно одной части рассеяния. Выбираем более пологую сторону.

Рисунок 17 – Функция рассеяния полуплоскости

По данному распределению находим производную, которая выражает скорость изменения яркости пикселя. После чего, выделяются точки, принадлежащие «импульсу».

Рисунок 18 – Производная функции рассеяния полуплоскости

Раскладываем точки производной в ряд Фурье. Это даст информацию о гармоническом составе рассеяния. Коэффициенты Фурье разделяем на мнимые (Im) и действительные (Re) части и находим модуль Фурье по формуле:

(8)

Находим ЧКХ_произв по формуле:

, (9)

Где – ширина пикселя (6,45 * 10^-3 мм), k =2 – константа, f – частота (шт/мм)

(10)

Где – общее увеличение установки; N – количество анализируемых точек

Рисунок 19 – ЧКХ системы (без ЭОП) при Г=3,2

Рисунок 20 – Изображение щели на экране ЭОП (даже визуально видна разница в рассеянии относительно изображения щели на микрообъективе)

Рисунок 21 – ЧКХ ЭОП при Г=2,8

Рисунок 22 – График ЧКХ системы (без ЭОП) и ЧКХ ЭОП

Заключение

В данной работе были рассмотрены и изучены особенности микроканальных пластин, Разобран поэтапно процесс их производства. Определены требования по качеству спая жила-оболочка и для многожильных структур микроканальной пластины. Изучены принципы работы микроканальных пластин. Раскрыто воздействие внешних факторов на работу МКП. Пояснены некоторые принципы контроля качества МКП и, в частности, условия регистрации дефектов чистоты поля зрения.

Изучены и принципы метода ЧКХ, как основной характеристики качества МКП, ЭОП и других СПВИ.

Разработан метод расчёта ЧКХ методом анализа наклонной плоскости, Сформулированы основные плюсы и минусы нового и старого методов.