CCD和DLP技术光学系统分辨率的现代测试技术研究

　　目前,国内的各光学仪器生产企业和科研单位实验室对光学系统分辨率的测量,基本上是采用目视观察的方法.目视观察法虽然简单、直观、方便,但以人眼作为接受器件,不可避免地引入了主观误差:(1)不同的人眼睛的视见灵敏阀值不同;(2)检查目视分辨率时,人眼睛肌肉长时间处于紧张状态,视网膜受亮光刺激,眼睛疲劳导致视觉灵敏度下降;(3)人眼的视见灵敏度受人眼的视觉效应、背光的强弱等因素的影响.此外,这种方法还缺乏统一的、量化的检验标准,也影响检测精度.

　　本文是采用DLP技术自动生成分辨率图案,它经被试品后所成的像由CCD光敏面接收,并送到计算机由显示屏显示图案像,经计算机判读与处理给出最细一组线条的分辨角的值,即被测系统的实际分辨率.此方法可以消除目视检查方法的缺陷,使得检测自动化程度高、准确度高,同时实现数字化,亦可减少检测人员的劳动强度.

　　1　基本原理

　　被测光学系统的分辨率对望远系统来说,是指分辨无穷远处两个靠近物体的能力,以刚能分辨开的两个物点对系统入瞳中心的张角表示(图1).

　　如果把光学系统看作一个信息传递系统,则系统对明暗相间、不同间隔、不同线宽的光栅状图案所形成的图像的光强对比度衰减特性,可以反映光学系统的成像质量情况,而CCD对目标的分辨能力,也是和该目标的光强对比度大小有关的.

　　利用傅立叶分析法可以得到像面光强分布[6]:

　　如果从空间滤波的角度分析,由于光学系统口径的限制,物波的高次谐波被拦掉,随着条纹间距与宽度的减小,物波的基频增大,被拦掉的高次谐波成分越来越多,因此像面的光强对比度逐渐下降,同时光信噪比和光学系统的像差,也对光强对比度有影响.

　　从衍射理论可知,一个物点的像将成为一个衍射光斑,其照度分布,如图2(a).两个物点靠近到一定程度时,它们的衍射光斑就有一部分相互重叠,如图2(b).此时对比度下降,当对比度下降到一定程度时,被测该单元对应的分辨率即是此光学系统的分辨率.

　　“瑞利条件”指出:当一个物点的衍射光斑中心落在另一物点的第一衍射暗环上时,两物点刚能被分开,由此得出对比度

　　式中,D为被测系统入瞳直径(mm)

　　2　DLP技术

　　DLP是“Digital Light Processing”的缩写,该技术是美国Texas仪器公司发展的一项新技术.其DLP系统由光源、光学系统、衰减片、数字处理器、数字微镜器件 DMD(Digital MicromirrorDevice)和投影物镜组成[1,2,4],如图3.

　　DLP的核心部件是DMD[3,5],如图4,它是一种二进制脉宽调制的数字光开关,是目前世界上最复杂的光开关器件.其结构由许多边长为 16μm的小正方形铝制反射镜构成.这些小反射镜是采用微电子机械原理,利用铝溅射工艺,在半导体硅片上生成的一些方形微镜面.这些数以百万计的微镜面用铰链结构建造在由硅片衬托的CMOS存储器上.利用静电原理,可以使每一个微镜面沿着它的对角线轴线翻转+10°或-10°.当受到光源照射时,每一个微镜面可以反射一个像素的光.当微镜面为+10°时,镜面对着光源,反射光可以通过投影镜头投向屏幕,形成一个亮点;当微镜面为-10°时,镜面背向光源, 反射光则不能通过投影镜头而被光吸收装置所吸收,在屏幕上形成一个黑点.这样就控制了每个像素光线的开关通断.改变每个像素光线通断时间的长短,就可实现光的脉冲宽度调制,形成不同亮度、灰度和对比度的图像.微镜面由+10°到-10°的翻转时间是15 ms,可以显示和刷新图像的任何一个像素.在不受静电作用力和不工作时,微镜面则保持在0°位置.