Приложение В (обязательное). Метод измерения пятна рассеяния оптических зондов

Приложение В
(обязательное)

Метод измерения пятна рассеяния оптических зондов

В.1 Сущность метода

В.1.1 Метод предназначен для измерения распределения энергии в пятне рассеяния оптических зондов. Пятно рассеяния оптического зонда - пространственное распределение освещенности в изображении объекта конечного размера, построенного объективом, т.е. зависимость относительной освещенности (отн. ед.) от линейных координат (мкм).

В.2 Средства измерений и вспомогательное оборудование

В.2.1 Требования к СИ и вспомогательному оборудованию - по 4.1.2.1-4.1.2.3.

В.2.2 Измерения следует проводить в соответствии с требованиями ГОСТ Р 58566 с дополнениями, указанными в настоящем приложении.

В.2.3 Требования к источнику излучения - по ГОСТ Р 58566-2019 (подраздел 5.4). Стабильность источников излучения не должна превышать 2 % в течение двух-трех времен измерения.

В.2.4 Требования к конденсору - по ГОСТ Р 58566-2019 (подраздел 5.8).

В.2.5 Требования к проекционному объективу согласно ГОСТ Р 58566-2019 (подраздел 5.13) с уточнениями, приведенными в данном приложении. Рекомендуемое значение остаточных аберраций проекционного объектива должно быть менее /15 в апертурном угле контролируемого объектива. Допускается большее значение остаточных аберраций, если это не оказывает существенного влияния на результаты измерений.

В.2.6 Увеличение проекционного объектива надо выбирать из следующего условия: на центральную часть пятна рассеяния по уровню концентрации энергии 80 % должно приходиться не менее 15 пикселей. При определении увеличения допускается использование расчетных данных о концентрации энергии в пятне рассеяния.

В.2.7 Требования к координатному столу - по ГОСТ Р 58566-2019 (подраздел 5.15).

В.2.8 Элементы измерительной установки или рабочего места, предназначенные для приема и обработки сигнала (позиции 6, 8 и 9 на рисунке В.1), должны обеспечивать регистрацию измеряемого пятна рассеяния в динамическом диапазоне не менее 83 дБ.

В.2.9 Коэффициент ФЭС ФПУ, используемого в измерительной установке или на рабочем месте, с учетом обработки сигналов в БЭО и ПЭВМ не должен превышать 16 %.

В.2.10 Неравномерность распределения чувствительности по ФЧЭ ФПУ не нормируется.

В.2.11 Нелинейность энергетической характеристики чувствительности измерительной установки не должна превышать 5 %.

В.2.12 Для построения функции распределения энергии в пятне рассеяния на основе полученных сигналов следует использовать следующие алгоритмы интерполяции: бикубическая интерполяция или ординарный кригинг. Допускается реализация указанных выше алгоритмов на основе нейросетей.

В.3 Подготовка к измерениям

В.3.1 В случае использования установки выполняют подготовку к измерениям по 4.1.3.3.

В.3.2 Измерение следует проводить на рабочем месте или измерительной установке, функциональная схема которой приведена на рисунке В.1.

1 - источник излучения; 2 - модулятор/заслонка; 3 - конденсор; 4 - измеряемый оптический зонд с диафрагмой; 5 - проекционный объектив; 6 - матричное ФПУ; 7 - координатный стол; 8 - БЭО; 9 - ПК со специализированным ПО

Рисунок В.1

В.4 Проведение измерений

В.4.1 Подготавливают установку/рабочее место в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

В.4.2 Устанавливают тест-объект в виде двух отверстий с известным расстоянием между их центрами. Проводят калибровку системы для определения коэффициента соответствия между линейной величиной и числом шагов ФЧЭ, на которые приходится эта линейная величина (при необходимости). Коэффициент соответствия K _соотв вычисляют по формуле

,

(В.1)

где - расстояние между "центрами тяжести" изображений тест-объекта в пикселях ФПУ;

- расстояние между центрами отверстий тест-объекта, мкм.

Погрешность измерения коэффициента соответствия не должна превышать 2 %. Допускается применение тест-объектов другой формы, если при этом выполняются требования к погрешности измерения коэффициента соответствия

В.4.3 Устанавливают измеряемый оптический зонд и проводят измерение распределения энергии в пятне рассеяния в различных положениях плоскости изображения.

В.4.4 Рекомендуется при контроле оптических зондов УФ, видимого и коротковолнового ИК диапазонов спектра формировать изображение из последовательности кадров, снятых при разной экспозиции, для обеспечения указанного динамического диапазона в В.2.8, а при контроле оптических зондов средневолнового или длинноволнового ИК диапазона рекомендуется получать требуемый динамический диапазон за счет накопления кадров, при этом дрейф ФПУ минимизировать за счет использования модулятора. В видимом диапазоне допускается не использовать модулятор.

В.4.5 За пятно рассеяния исследуемого объектива принять получаемое пятно наименьшего размера.

В.4.6 Пятно рассеяния сохранить в виде массива размером не менее 32 x 32 ФЧЭ, с указанием данных о коэффициенте соответствия,

В.5 Обработка результатов

В.5.1 При выполнении требований данного раздела погрешность измерения распределения энергии в пятне рассеяния оптических зондов не превысит значений, представленных в таблице В.1.

В.5.2 Относительные погрешности определения ЧКХ приведены в таблицах В.2 и В.3.

Таблица В.1 - Относительная погрешность измерения диаметра пятна рассеяния с заданной концентрацией энергии

Концентрация энергии, %	Размер пятна рассеяния, пикс
	12	14	16	18	20	22
Динамический диапазон 72 дБ
25	0,99	0,38	0,05	0,19	0,27	0,32
50	0,71	0,08	0,25	0,49	0,55	0,58
70	0,09	0,74	1,05	1,27	1,27	1,24
75	0,72	1,36	1,65	1,86	1,81	1,74
80	2,39	3,01	3,22	3,39	3,22	3,05
85	30,39	30,58	30,24	30,01	28,98	27,81
90	11,34	10,67	9,92	9,45	8,58	7,79
95	31,00	30,05	28,74	28,07	26,68	25,06
Динамический диапазон 85 дБ
25	1,90	1,29	0,96	0,71	0,57	0,47
50	1,87	1,24	0,91	0,67	0,53	0,44
70	1,67	1,02	0,72	0,49	0,37	0,31
75	1,45	0,80	0,54	0,32	0,23	0,19
80	0,73	0,11	0,04	0,20	0,21	0,17
85	18,67	13,72	9,02	7,02	5,45	4,26
90	5,83	5,16	4,29	3,76	3,19	2,64
95	21,59	12,94	8,98	7,48	6,04	4,84

Таблица В.2 - Относительная погрешность измерения ЧКХ для динамического диапазона 72 дБ

Относительная частота	Отношение диаметра диафрагмы к диаметру пятна рассеяния
	1/6		1/2		3/2
	ЧКХ *	Относительная погрешность	ЧКХ *	Относительная погрешность	ЧКХ *	Относительная погрешность
Пятно рассеяния на 12 пикс
0	1	-	1	-	1	-
0,082	0,926	0,013	0,924	0,008	0,853	0,001
0,164	0,816	0,009	0,792	0,003	0,537	0,004
0,246	0,709	0,001	0,647	0,003	0,217	0,010
0,328	0,600	0,008	0,498	0,013	0,005	0,053
0,410	0,496	0,021	0,359	0,025	0,069	0,036
0,492	0,396	0,036	0,238	0,042	0,052	0,045
0,574	0,303	0,055	0,142	0,058	0,011	0,086
0,656	0,219	0,077	0,072	0,085	0,011	0,111
0,738	0,146	0,101	0,028	0,086	0,010	0,092
0,820	0,084	0,133	0,005	0,199	0,002	0,231
0,902	0,036	0,163	0,002	0,412	0,001	0,448
0,984	0,006	0,166	0,001	0,403	0,001	0,268
1	0	-	0	-	0	-
Пятно рассеяния на 16 пикс
0	1	-	1	-	1	-
0,109	0,900	0,008	0,891	0,006	0,762	0,001
0,219	0,751	0,003	0,701	0,001	0,316	0,005
0,328	0,607	0,002	0,503	0,005	0,006	0,038
0,437	0,466	0,013	0,319	0,017	0,070	0,016
0,546	0,337	0,023	0,173	0,026	0,024	0,048
0,656	0,221	0,044	0,073	0,050	0,011	0,084
0,765	0,125	0,054	0,018	0,049	0,008	0,026
0,874	0,051	0,093	0,001	0,251	0,001	0,342
0,984	0,006	0,022	0,001	1,239	0,001	0,393
1	0	-	0	-	0	-
Пятно рассеяния на 22 пикс
0	1	-	1	-	1	-
0,150	0,860	0,005	0,835	0,004	0,604	0,001
0,301	0,650	0,001	0,557	0,003	0,060	0,016
0,451	0,458	0,005	0,302	0,006	0,068	0,021
0,601	0,280	0,020	0,118	0,024	0,001	0,303
0,751	0,139	0,024	0,023	0,001	0,009	0,036
0,902	0,036	0,067	0,002	0,258	0,001	0,351
1	0	-	0	-	0	-
* Максимально возможное значение ЧКХ (теоретический предел).

Таблица В.3 - Относительная погрешность измерения ЧКХ для динамического диапазона 85 дБ

Относительная частота	Отношение диаметра диафрагмы к диаметру пятна рассеяния
	1/6		1/2		3/2
	ЧКХ *	Относительная погрешность	ЧКХ *	Относительная погрешность	ЧКХ *	Относительная погрешность
Пятно рассеяния на 12 пикс
0	1	-	1	-	1	-
0,082	0,926	0,003	0,924	0,002	0,853	0,001
0,164	0,816	0,002	0,792	0,003	0,537	0,005
0,246	0,709	0,008	0,647	0,009	0,217	0,011
0,328	0,600	0,019	0,498	0,020	0,005	0,066
0,410	0,496	0,031	0,359	0,031	0,069	0,038
0,492	0,396	0,048	0,238	0,049	0,052	0,046
0,574	0,303	0,064	0,142	0,064	0,011	0,089
0,656	0,219	0,089	0,072	0,093	0,011	0,113
0,738	0,145	0,110	0,028	0,097	0,010	0,095
0,820	0,084	0,146	0,005	0,232	0,002	0,247
0,902	0,036	0,162	0,002	0,423	0,001	0,503
0,984	0,006	0,262	0,001	0,095	0,001	0,291
1	0	-	0	-	0	-
Пятно рассеяния на 16 пикс
0	1	-	1	-	1	-
0,109	0,900	0,003	0,891	0,001	0,762	0,001
0,219	0,751	0,003	0,701	0,004	0,316	0,006
0,328	0,607	0,008	0,503	0,009	0,006	0,040
0,437	0,466	0,020	0,319	0,022	0,070	0,017
0,546	0,337	0,029	0,173	0,030	0,024	0,048
0,656	0,221	0,051	0,073	0,056	0,011	0,082
0,765	0,125	0,059	0,018	0,040	0,008	0,027
0,874	0,051	0,105	0,001	0,296	0,001	0,341
0,984	0,006	0,004	0,001	1,402	0,001	11,460
1	0	-	0	-	0	-
Пятно рассеяния на 22 пикс
0	1	-	1	-	1	-
0,150	0,860	0,002	0,835	0,002	0,604	0,001
0,301	0,650	0,004	0,557	0,005	0,060	0,017
0,451	0,458	0,008	0,302	0,008	0,068	0,021
0,601	0,280	0,023	0,118	0,027	0,001	0,301
0,751	0,139	0,026	0,023	0,001	0,009	0,036
0,902	0,036	0,072	0,002	0,261	0,001	0,349
1	0	-	0	-	0	-
* Максимально возможное значение ЧКХ (теоретический предел).