Caracterización óptica de dispositivos CCD y aplicaciones

Resumen

Las numerosas e interesantes características del detector CCD, como parte integrante de un sistema optoelectrónico, han propiciado su uso en muy diversos ámbitos, como el doméstico, técnico o científico. En cambio, el continuo desarrollo y mejoras de detectores para diferentes aplicaciones sólo es posible si se dispone de métodos de caracterización fiables para evaluar su calidad óptica y, a ser posible, con baja incertidumbre. La Función de Transferencia de Modulación ("Modulation Transfer Function", MTF) es uno de los parámetros más importantes en la determinación de la calidad óptica de un detector, y caracteriza la respuesta en frecuencia espacial del mismo. Sin embargo, y por simplicidad, la mayoría de las veces se hace uso de sistemas ópticos para formar la imagen de un determinado patrón sobre el detector, conduciendo a una caracterización no rigurosa y poco fiable del mismo; en efecto, estos métodos mezclan las cualidades del detector con las características del sistema óptico utilizado. El objetivo principal de la presente memoria es la caracterización óptica de detectores CCD mediante el método de moteado láser (en inglés, "speckle"), en términos de la MTF. Este método permite caracterizar el detector independientemente del sistema óptico del que esté compuesto el sistema optoelectrónico en cuestión. En primer lugar se han comparado dos métodos de medida de la MTF de un detector CCD (basados en el fenómeno "speckle") utilizando dos aberturas distintas. Para ello se ha utilizado un láser He-Ne y una esfera integradora para producir el patrón speckle. Una rendija simple o doble situada en la abertura de salida de la esfera, permite determinar el contenido de frecuencias espaciales del patrón speckle. Constituye una principal aportación de esta memoria, entre otras de interés, el análisis de factores experimentales que afectan a la determinación de la Densidad Espectral de Potencia ("Power Spectral Density", PSD), a partir de la cual se obtiene la MTF del CCD, utilizando como abertura una rendija simple. Además, se proponen y validan experimentalmente dos correcciones que permiten determinar la MTF de un detector CCD con baja incertidumbre, una para la región de bajas frecuencias espaciales y otra para la región de altas frecuencias espaciales. Finalmente, se han desarrollado dos aplicaciones del método. La primera aplicación ha consistido en la caracterización óptica de lentes oftálmicas de diferentes fabricantes. Como segunda aplicación, y dada la creciente expansión del uso de videocámaras en numerosas aplicaciones, cabe destacar el análisis que se presenta sobre la influencia de diferentes tarjetas capturadoras de vídeo en la MTF de una videocámara CCD. El dispositivo experimental y procedimiento presentados en esta memoria para la caracterización de detectores CCD en términos de la MTF, permitirían evaluar, con baja incertidumbre, la calidad óptica de detectores (constituidos por matrices de elementos fotosensibles lineales o de área) de muy diversos sistemas optoelectrónicos, como cámaras y videocámaras digitales, cámaras web, cámaras de teléfonos móviles, sistemas de videovigilancia, cámaras utilizadas en robótica y visión artificial, o instrumentos optométricos y oftalmológicos, entre otros.