CN113358331A - 超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置。包括照明光源、匀化板、分划板、多个中继物镜和图像传感器，所述分划板上设有多个检测用的图案单元，待测镜头将位于像方的分划板的图像单元投影成实像到物面所示的位置，实像上位于相应的中继物镜光轴附近的图像单元经由中继物镜成像于图像传感器。本发明在现有技术的基础上，在图像传感器和待测镜头之间增加了中继物镜等光路和结构，使得内窥镜头、扫码镜头等一部分物距极小的镜头的在线式测量成为可能。

Description

超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置

技术领域

本发明涉及光学设备领域，特别为一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置。

背景技术

在线式光学镜头调制传递函数检测仪因测量精度高、速度快，目前广泛使用于安防镜头、手机镜头、车载镜头等光学镜头的品质控制用途。

现有在线式测量光学镜头的调制传递函数是最常用的方法，可参考专利号为“201410372868.4”的无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的方法及装置。大多数的安防镜头、手机镜头、车载镜头，都是要求测量物距为无穷远时的调制传递函数，因此适用于此专利所述的技术。

然而，医学所用的内窥镜，使用的摄像器件特别小(大致在1/9”-1/4”，以1/6”具多)。它的物距通常只有几毫米到五十毫米左右。为了满足景深要求，内窥镜头的焦距要求做的特别短(一般在0.8至2mm)。它的相对孔径在1：4至1：8之间。

用于刷码付费的二维码扫码设备的光学镜头，它的焦距在3-6mm左右，使用的摄像器件在1/4”以上，视场角比医学所用的内窥镜小的多(50-80°左右)，物距通常也是几十毫米，所以要求测量调制传递函数时的物距为超短距。

专利号为“202021675233.9”的一种MTF检测装置，是用于有限物距测量调制传递函数的方法。这个方法的原理是逆投影成像，即位于待测镜头靶面的鉴别率板的图案经待测镜头投影到位于工作面的图像传感器。由于每个图像传感器及相关线路板有一定的尺寸，故要求相邻图像传感器之间必须有一定间隔，因此该专利的方法用于测量超短物距时，会遇到结构干涉的问题。图1是现有内窥镜头测量时结构干涉的示意图，所使用的内窥镜头的焦距为1mm，物距10mm，通常要求测试MTF的0.7视场的角度为45°。在使用10mm*10mm面阵CMOS图像传感器的情况下，即使不考虑图像传感器所焊接的线路板的更大尺寸，相邻的图像传感器的结构尺寸也已经干涉。

发明内容

本发明的目的在于：克服以上缺点提供一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，该装置在现有技术的基础上，在图像传感器和待测镜头之间增加了中继物镜等光路和结构，使得内窥镜头、扫码镜头等一部分物距极小的镜头的在线式测量成为可能。

本发明通过如下技术方案实现：一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，包括照明光源、匀化板、分划板、多个中继物镜、以及位于各中继物镜像方的图像传感器，各中继物镜按照待测镜头的测量要求分布于待测镜头的检测位置的物方一侧,各中继物镜的光轴均对准位于检测位置的待测镜头的物方主点,且各中继物镜与待测镜头光轴的夹角均小于或等于待测镜头最大视场角的一半，所述照明光源、匀化板、分划板位于待测镜头的检测位置的像方一侧并沿待测镜头的光轴方向由远及近依次布设,所述分划板上设有多个检测用的图案单元，并保证有完整的检测用图像单元成像于各图像传感器,待测镜头将位于像方的分划板的图像单元投影成实像到物面所示的位置，实像上位于相应的中继物镜光轴附近的图像单元经由中继物镜成像于图像传感器；所述图像传感器与能接收图像传感器传递的图像信息并根据接收到的图像信息计算出待测镜头调制传递函数的处理器连接。

所述物面为平面或以位于检测位置的待测镜头的物方主点为中心的球冠面，优选物面为球冠面。取平面时，进入中继物镜的光束是不对称的；离中心轴视场越大，不对称性越厉害，不利于MTF测量精度提高。因此，物面优选位于检测位置的待测镜头的物方主点为中心的球冠面，再经中继物镜成像于同心的图像传感器装置上。

为了能够接收全部的光线，中继物镜的数值孔径NA1>>待测镜头的数值孔径NA2，即NA1远大于NA2。

所述中继物镜可更换设置，且β2≤1，其中β2为中继物镜放大率。由于经过了二次成像，分划板到传感器的图像放大率β＝待测镜头的逆投影放大率β1*中继物镜放大率β2。由于图像处理的要求，β的典型取值范围为3-30，因此有必要根据β1来调整β2，使得β落入此范围。通常情况下，β1≥β，即β2≤1。

为了找准最佳像面以获得准确的MTF测量精度，所述分划板相对待测镜头的检测位置沿光轴方向可调设置，所述中继物镜和图像传感器相对待测镜头的位置固定设置，其中分划板可以通过焦面调准装置带动其精确调整到最佳的位置。其中分划板可单独相对待测镜头进行移动，分划板也可以同时与照明光源和匀化板一起移位。当调整分划板到位于待测镜头的像方预设平面位置时，分划板在物面位置所成的实像最清晰；该实像的位于各中继物镜光轴附近的单元图像，再经中继物镜成像于图像传感器上。通过增设中继物镜，解决了物面位置各单元图像过于接近而无法直接放置多个图像传感器的问题。

较之前技术而言，本发明的有益效果为：

1.本发明一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，该装置在现有技术的基础上，在图像传感器和待测镜头之间增加了中继物镜等光路和结构，使得内窥镜头、扫码镜头等一部分物距极小的镜头的在线式测量成为可能。

2.本发明一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其中物面取位于检测位置的待测镜头的物方主点为中心的球冠面，经中继物镜成像于同心的图像传感器装置上，保证了进入中继物镜的光束的对称性，利于MTF仪调整和测量精度提高。

3.本发明一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其中中继物镜的数值孔径NA1>>待测镜头的数值孔径NA2，便于能够接收全部的光线。

4.本发明一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其中中继物镜可更换设置，且中继物镜放大率β2≤1，可通过改变中继物镜的放大率β2，使得待测镜头的测量放大率β1的量程范围大于测量系统要求的综合放大率β。

附图说明

图1为现有内窥镜头测量时结构干涉的示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图一；

图3为本发明实施例的结构示意图二。

标号说明：1-待测镜头、2-照明光源、3-匀化板、4-分划板、5-超短距中间像面、6-中继物镜、7-图像传感器。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做详细说明：

如图2-3所示一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，包括照明光源2、匀化板3、分划板4、多个中继物镜6、以及位于各中继物镜像方的图像传感器7，各中继物镜6按照待测镜头1的测量要求分布于待测镜头1的检测位置的物方一侧,各中继物镜6的光轴均对准位于检测位置的待测镜头1的物方主点,且各中继物镜6与待测镜头1光轴的夹角均小于或等于待测镜头1最大视场角的一半，所述照明光源2、匀化板3、分划板4位于待测镜头1的检测位置的像方一侧并沿待测镜头1的光轴方向由远及近依次布设,所述分划板4上设有多个检测用的图案单元，并保证有完整的检测用图像单元成像于各图像传感器7,待测镜头1将位于像方的分划板的图像单元投影成实像到物面5所示的位置，实像上位于相应的中继物镜6光轴附近的图像单元经由中继物镜6成像于图像传感器7；所述图像传感器7与能接收图像传感器7传递的图像信息并根据接收到的图像信息计算出待测镜头1调制传递函数的处理器连接。

所述物面5为平面或以位于检测位置的待测镜头1的物方主点为中心的球冠面，优选物面5为球冠面。取平面时，进入中继物镜的光束是不对称的；离中心轴视场越大，不对称性越厉害，不利于MTF测量精度提高。因此，本方案的中间像面优选位于检测位置的待测镜头的物方主点为中心的球冠面，再经中继物镜成像于同心的图像传感器装置上。

为了能够接收全部的光线，中继物镜的数值孔径NA1>>待测镜头的数值孔径NA2，即NA1远大于NA2。

所述中继物镜6可更换设置，且β2≤1，其中β2为中继物镜放大率。由于经过了二次成像，分划板到传感器的图像放大率β＝待测镜头的逆投影放大率β1*中继物镜放大率β2。由于图像处理的要求，β的典型取值范围为3-30，因此有必要根据β1来调整β2，使得β落入此范围。通常情况下，β1≥β，即β2≤1。

为了找准最佳像面以获得准确的MTF测量精度，所述分划板4相对待测镜头1的检测位置沿光轴方向可调设置，所述中继物镜6和图像传感器7相对待测镜头1的位置固定设置，其中分划板可以通过焦面调准装置带动其精确调整到最佳的位置。其中分划板可单独相对待测镜头进行移动，分划板也可以同时与照明光源和匀化板一起移位。当调整分划板到位于待测镜头的像方预设平面位置时，分划板在物面位置所成的实像最清晰；该实像的位于各中继物镜光轴附近的单元图像，再经中继物镜成像于图像传感器上。通过增设中继物镜，解决了物面位置各单元图像过于接近而无法直接放置多个图像传感器的问题。

其工作原理和过程如下：由于部分类型的待测镜头，如内窥镜头、扫码镜头等，具有工作距短,导致在超短小物面距离的位置没有足够的空间容纳多个图像传感器。所以需要再增加中继物镜6，分划板4在物面5位置所成的中间像再经中继物镜6成像于图像传感器7。通过增加中继物镜6，扩展了在线式镜头调制传递函数检测仪的量程。

尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。

Claims (5)

1.一种超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，包括照明光源(2)、匀化板(3)、分划板(4)、多个中继物镜(6)、以及位于各中继物镜像方的图像传感器(7)，各中继物镜(6)按照待测镜头(1)的测量要求分布于待测镜头(1)的检测位置的物方一侧,各中继物镜(6)的光轴均对准位于检测位置的待测镜头(1)的物方主点,且各中继物镜(6)与待测镜头(1)光轴的夹角均小于或等于待测镜头(1)最大视场角的一半，所述照明光源(2)、匀化板(3)、分划板(4)位于待测镜头(1)的检测位置的像方一侧并沿待测镜头(1)的光轴方向由远及近依次布设,所述分划板(4)上设有多个检测用的图案单元，并保证有完整的检测用图像单元成像于各图像传感器(7),待测镜头(1)将位于像方的分划板的图像单元投影成实像到物面(5)所示的位置，实像上位于相应的中继物镜(6)光轴附近的图像单元经由中继物镜(6)成像于图像传感器(7)；所述图像传感器(7)与能接收图像传感器(7)传递的图像信息并根据接收到的图像信息计算出待测镜头(1)调制传递函数的处理器连接。

2.根据权利要求1所述的超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其特征在于：所述物面(5)为平面或以位于检测位置的待测镜头(1)的物方主点为中心的球冠面。

3.根据权利要求1所述的超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其特征在于：中继物镜的数值孔径NA1>>待测镜头的数值孔径NA2。

4.根据权利要求1所述的超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其特征在于：所述中继物镜(6)可更换设置，且β2≤1，其中β2为中继物镜放大率。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的超短物距光学镜头的调制传递函数的测量装置，其特征在于：所述分划板(4)相对待测镜头(1)的检测位置沿光轴方向可调设置，所述中继物镜(6)和图像传感器(7)相对待测镜头(1)的位置固定设置。

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