CN1673708A - 镜头光学解析量测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明有关一种镜头光学解析量测系统。包括：一光源装置、一测试线对图板、一待测镜头、一面型光传感器、一控制电路板、一计算机以及一显示器。该镜头光学解析量测系统利用光源装置产生光源，并将光源照射于测试线对图板后，穿过待测镜头而成像于面型光传感器；控制电路板读取面型光传感器的资料并传给计算机，计算机将资料显示于显示器。由于本系统利用数字影像处理方式直接将物理上的光学解析调制转换函数(Modulation Transfer Function简称MTF)直接计算量测，可避免量测误差并可与镜头设计做物理对应。

Description

镜头光学解析量测系统
技术领域
本发明关于镜头光学解析量测系统，特别是关于利用数字影像处理方式直接将物理上的光学解析调制转换函数(Modulation Trans fer Function，简称MTF)直接计算量测的镜头光学解析量测系统。
背景技术
传统镜头光学解析的检验方式是以人眼作判断。图1是传统镜头解析的检测设备构造。如图1所示，该镜头解析的检测设备10包含一光源装置11、一测试线对图板12、一待测镜头13、以及一屏幕14。该检测设备10是将测试线对图板12的特定的线对图面(Chart)经由待测镜头13投影至屏幕14之后，测试者用人眼去观察屏幕14的线对图面，并判断何种最高空间频率的线对(条/mm或1p/mm)是可被分辨的，即该镜头该成像位置的解析能力即为多少线对。
图2A为测试线对图板的测试图样的一例。如该图所示，测试图样20包含多个不同半径的圆圈，且在不同位置具有测试线对图。图2B为传统测试线对图的一个例子。图3为不同系列的测试线对图板中的测试线对图的规格。如图2B与图3所示，每个测试线对图包含a-h等7个不同宽度的线对，而每种测试线对的宽度定义如图3所示。
图4为镜头光学解析对空间频率的反应，其中横轴为单位距离的线对、纵轴为光学解析调制转换函数、虚线为人眼鉴别的能力、粗线为镜头A的光学解析调制转换函数、以及细线为镜头B的光学解析调制转换函数。因此，根据图4可看出在高空间频率下解析高者并不代表在中低频率时其解析就高。因此，此传统量测方式并无法将镜头正常使用下的空间频率(中低频)的解析作有效分析，且因利用人眼为判断工具将产生各体差异。
发明内容
本发明提出一种利用数字影像处理方式直接将物理上的光学解析调制转换函数直接计算量测的镜头光学解析量测系统。
本发明提供的镜头光学解析量测系统，用来量测一待测镜头的光学分辨率，其包括：
一光源装置，提供该镜头光学解析量测系统所需要的光源；
一测试线对图板，提供测试线对图；
一面型感应器，接收前述光源照射前述测试线对图板，并穿过前述待测镜头的光学信号，并将该光学信号转换成电信号；
一计算系统，接收前述面型感应器的电信号，并将该电信号转换为数字信号后，计算并输出亮度分布资料；以及
一显示器，接收并显示前述亮度分布资料；
其中，前述测试线对图的排列方式为中心对称分布以及垂直水平交错分布。
在本发明的上述系统中，所述测试线对图分布于整个测试线对图板。
在本发明的上述系统中，所述测试线对图包含至少一个空间频率。
在本发明的上述系统中，所述测试线对图包含两个或两个以上的空间频率。
在本发明的上述系统中，所述测试线对图具有相位差，以降低量测误差。
在本发明的上述系统中，所述计算系统还根据亮度分布资料计算光学解析调制转换函数，并输出光学解析调制转换函数至前述显示器。
附图说明
图1是传统镜头解析的检测设备构造。
图2A为测试线对图板的测试图样之一例。
图2B为传统测试线对图的一个实例。
图3为不同系列的传统测试线对图板中的测试线对图的规格。
图4为镜头光学解析对空间频率的反应座标图。
图5为本发明镜头光学解析量测系统结构示意图。
图6为本发明测试线对图板的线对实施例之一。
图7为显示器所显示的面型感应器的亮度分布。
图8为本发明测试线对图板的线对实施例之二。
图9A显示没有相位差的线对图以及其所对应的亮度信号与取样位置。
图9B显示具有相位差的线对图以及其所对应的亮度信号与取样位置。
具体实施方式
以下参考附图详细说明本发明的镜头光学解析量测系统。由于传统的量测系统是由人眼判别而衍生出一些问题，因此本发明利用面型感应器取代人眼，并利用影像处理运算将在特定空间频率下所对应的光学解析调制转换函数(MTF)直接算出。且为了避免数字化过程中在高空间频率时所产生尼奎士(Nyquist)效应以致产生量测误差，本发明还利用相位偏移方式来降低尼奎士效应。
图5是本发明的镜头光学解析量测系统。如图5所示，本发明镜头光学解析量测系统50包含一光源装置(light source)51、一测试线对图板(testingchart)52、一待测镜头(lens)53、一面型感应器(area photo sensor)54、一计算机系统56、以及一显示器57。本发明的镜头光学解析量测系统50利用光源装置51提供光源，该光源照射于测试线对图板52。而穿过测试线对图板52的光线经由待测镜头53而投射于面型感应器54。面型感应器54将所接收到的光线转换成电信号后，传给计算系统56。面型感应器54的电信号为亮度值。计算系统56将面型感应器54的电信号转换为对应的数字信号后，计算其亮度分布与MTF，并将亮度分布与MTF资料传送至显示器57。而所谓计算系统56可以是一般的计算机。该计算系统56具有一模拟/数字转换单元，藉以将面型感应器54的电信号转换为对应的数字信号。而且，该计算系统56具有一亮度分布与MTF计算软件，藉以计算亮度分布与MTF。
图6为本发明测试线对图板的线对实施例之一。该测试线对图布满垂直及水平线对，主要原因是镜头垂直及水平分辨率不一定同步(像差造成)，且此设计安排可让使用者任意选择其所想要得知的成像位置所对应的光学解析MTF。传统的测试线对图板的线对图是分布于特定的区域，但本发明的测试线对图板则布满线对图，且所包含的线对图具有不同线对密度。而且，线对可以形成相位差，亦即一部分线对可偏移一预设距离。
图7为显示器所显示的面型感应器的亮度分布的一个例子。当检测设备50利用待测镜头53将测试线对图板52的测试线对图成像于面型感应器54后，利用计算系统56接收并处理面型感应器54上像素之间的亮度分布，以及利用计算系统56的计算机影像处理运算将MTF或亮度分布图实时显示在显示器57上。其中，MTF的计算方法一般是采用式(1)来计算。
Modulation＝(Max-Min)/(Max+Min)    …(1)
其中，Max为所量测区域的亮度最大值，而Min为所量测区域的亮度最小值。至于所谓的量测区域是包含线对图的区域，其范围由使用者自行设定。
图8为本发明测试线对图板的线对实施例之二。图8的线对图在不同位置形成不同线对数量的线对图，藉以在同一个测试线对图板上同时包含两种频率。当然，测试线对图板还可以包含两种以上的频率。由于测试线对图板包含两种以上的频率，可同时测试不同频率的MTF。
在镜头成像的空间频率等于面型感应器54的像素空间频率的一半及一半以上时，即容易因取样位置的不同而得到不同的MTF值。亦即，在相对高频时容易因为尼奎士效应产生量测误差。因此本发明在原线对图内制造相位差以降低量测误差。图9A显示没有相位差的线对图以及其所对应的亮度信号与取样位置。图9B显示具有相位差的线对图以及其所对应的亮度信号与取样位置。而所谓在原线对图内制造相位差的方式，是将原有线对拆成四区块，且让区块间两两差1/4线宽，若将原有线对拆成二区块，则让区块间差1/2线宽。
如图9A所示，当镜头成像的空间频率等于面型感应器54的像素空间频率之一半时，则面型感应器54于每个镜头成像的空间频率的信号中只能取样到两点，所取样到的信号可能是实心方块处的信号，亦即MTF为0，或是空心方块处的信号，亦即MTF为1，所以会有较大的误差。图9A的矩形区域96为取样区域。但如图9B所示，由于线对图具有相位差，因此面型感应器54于每个镜头成像的空间频率的信号中可取样到八点，取样点包含了两个实心方块、两个实心三角、两个空心方块、以及两个空心三角。所以，只要利用软件对于不同相位差的取样信号进行分析，即可输出较正确的MTF值。图9B的矩形区域97为取样区域。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围的内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1、一种镜头光学解析量测系统，用来量测一待测镜头的光学分辨率，其特征在于包括：
一光源装置，提供该镜头光学解析量测系统所需要的光源；
一测试线对图板，提供测试线对图；
一面型感应器，接收前述光源照射前述测试线对图板，并穿过前述待测镜头的光学信号，并将该光学信号转换成电信号；
一计算系统，接收前述面型感应器的电信号，并将该电信号转换为数字信号后，计算并输出亮度分布资料；以及
一显示器，接收并显示前述亮度分布资料；
其中，前述测试线对图的排列方式为中心对称分布以及垂直水平交错分布。
2、如权利要求1所述的镜头光学解析量测系统，其特征在于：所述测试线对图分布于整个测试线对图板。
3、如权利要求2所述的镜头光学解析量测系统，其特征在于：所述测试线对图包含至少一个空间频率。
4、如权利要求2所述的镜头光学解析量测系统，其特征在于：所述测试线对图包含两个或两个以上的空间频率。
5、如权利要求2所述的镜头光学解析量测系统，其特征在于：所述测试线对图具有相位差，以降低量测误差。
6、如权利要求1所述的镜头光学解析量测系统，其特征在于：所述计算系统还根据亮度分布资料计算光学解析调制转换函数，并输出该光学解析调制转换函数至所述显示器。
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