CN1880998A - 缩短光程的光学系统及镜头成像品质检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缩短光程的光学系统及镜头成像品质检测系统，通过加入一等效透镜，以缩短物与成像透镜的光程，且为满足不同位置的物透过成像透镜所成之像其大小与位置皆需固定条件下，通过调整等效透镜与成像透镜的间距，再搭配同一大小尺寸之物，即可用以仿真不同位置时需不同大小尺寸之物，因此，本发明的缩短光程的光学系统具有缩小系统长度，且可等效各种不同位置之物。

Description

缩短光程的光学系统及镜头成像品质检测系统

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别是涉及一种可缩短光程的光学系统及镜头成像品质检测系统。

背景技术

请参阅图1，所示为公知的镜头成像品质检测光学系统结构图，对于透镜的成像品质，最常用的检测方式即是利用标准化样板100作为观看之物，且此样板100透过待测透镜110而成像于一影像检测组件120，因此，在测量步骤上，必须将此样板100设置于相距此待测透镜110不同距离的位置，予以测量，但是测量条件是：不管样板100距离待测透镜110多远，每一个样板100透过待测透镜110所成像的大小皆需相同，因此，为了满足此条件，随着样板100的位置距离待测透镜110的距离越远时，样板100的尺寸也就必须变得更大，如此方可符合上述的测量条件，如图1中的100a、100b、100c三个样板100的尺寸随着距离待测透镜110越远，样板100的尺寸越来越大，如此，相当不具经济效益，而且测量所需的空间、更换样板100所需的时间与人力皆造成测量的不便，以及设备空间的庞大。相关技术如中国台湾专利公报公告号第M253795与M253796号专利，揭示一种轨道式对焦检测箱与一种用于相机镜头的对焦检测箱，皆为更换样板的结构，与调整样板结构为主，此结构皆是只能用于短距离的测量方式，若测量距离需达几米长时，此结构将变得非常庞大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种缩短光程的光学系统及镜头成像品质检测系统，解决现有技术的光学系统光程较长架构也较长，不具测量便利性与空间成本较大的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种缩短光程的光学系统，其特点在于，包含：一成像透镜；一物，具有一原对象与一等效对象，该原对象与该成像透镜间隔一原物距，且该原对象透过该成像透镜产生一原影像；及一等效透镜，置于该物与该成像透镜之间，且该等效透镜与该等效对象间隔一次物距，且该等效对象透过该成像透镜与等效透镜产生次影像，且该次影像与该原影像大小相同，进而使该等效对象取代该原对象，且使该原物距缩短为该次物距。

上述的缩短光程的光学系统，其特点在于，该等效透镜与该成像透镜间隔一物距，改变该物距，进而改变该原物距与该原对象，即代表该等效对象与该次物距等效于改变后的该原物距与该原对象。

上述的缩短光程的光学系统，其特点在于，该原物距与该次物距的关系为： $\frac{1}{S_2}-\frac{1}{S_1}=-\frac{1}{f_2}+\frac{d}{f_1{f}_2}$ 其中：S₂为该原物距，S₁为该次物距，f₂为该等效透镜的焦距，f₁为该成像透镜的焦距，d为该等效透镜与该成像透镜的间距。

为了更好的实现本发明的目的，本发明还提供了一种缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，包含：一检测板；一待测透镜，与该检测板间隔一原物距；一影像检测组件，与该待测透镜间隔一像距，且该检测板透过该待测透镜成像于该影像检测组件，使该影像检测组件产生一影像信号；一影像处理装置，连接该影像检测组件，且该影像处理装置接收该影像信号，并分析该影像信号，以评测该待测透镜的成像品质；及一等效透镜，装置于该检测板与该待测透镜之间，以缩小该检测板的尺寸，进而可等效于该检测板位于该原物距时的尺寸，且该等效透镜与该检测板间隔一次物距，而且该等效透镜与该待测透镜也间隔一间距，经由调整该次物距与该间距，使该检测板可等效未加入该等效透镜时，位于某一位置所需的该检测板的尺寸。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该检测板为一符合USAF1951标准的透镜检测图。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该待测物镜为一数字相机取像镜头。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该影像检测组件为一电荷藕合组件，该电荷藕合组件接受该检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该影像检测组件为一互补金属氧化半导体影像传感器，该互补金属氧化半导体影像传感器接受该检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

为了更好的实现本发明的目的，本发明又提供了一种缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，包含：一待测透镜；一原检测板，与该待测透镜间隔一原物距，且该原检测板透过该待测透镜产生一原影像；一影像检测组件，接受该原影像，进而使该影像检测组件产生一影像信号；一影像处理装置，接收该影像信号，并分析该影像信号，以评测该待测透镜的成像品质；一等效检测板，置于该原检测板与该待测透镜之间；及一等效透镜，置于该等效检测板与该待测透镜之间，且该等效透镜与该等效检测板间隔一次物距，当该等效检测板位于该次物距时，该等效检测板透过该等效透镜与该待测透镜而产生一新影像，该新影像与该原影像大小相同。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该等效检测板为一符合USAF1951标准的透镜检测图。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该待测物镜为一数字相机取像镜头。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该影像检测组件为一电荷藕合组件，该电荷藕合组件接受该等效检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

上述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特点在于，该影像检测组件为一互补金属氧化半导体影像传感器，该互补金属氧化半导体影像传感器接受该等效检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

本发明的技术效果在于：

本发明的缩短光程的光学系统及镜头成像品质检测系统，可使原本需有很长的系统长度，透过等效透镜予以缩短。

不仅如此，本发明的缩短光程的光学系统只需增加一等效透镜与一固定的物且移动此等效透镜，即可等效不同位置之物，使得此等效透镜与此固定之物，经过成像透镜所成之像，可仿真位于不同位置之物，经过成像透镜所成之像，如此，便可仿真不同位置的物，且不管位置如何改变，其像的大小与位置皆相同。

另外，本发明的缩短光程的光学系统可运用于许多的场合中，可将此缩短光程的光学系统运用于一镜头成像品质的检测系统中，只需一个检测板即可用以等效不同的检测位置所需不同的检测板尺寸。

因此，本发明的提供的缩短光程的光学系统，可以缩小整体系统架构的长度，且可用以仿真大于几倍以上此系统长度的测量范围。本发明的光学系统中可利用既有的尺寸大小，可仿真几米长的测量距离，所以，本发明的光学系统具有小尺寸而可仿真某一测量距离，具有测量便利性与空间成本考量。

下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。

附图说明

图1显示公知镜头成像品质检测结构图；

图2显示本发明的缩短光程的光学系统结构图；

图3显示本发明的缩短光程的镜头成像品质检测结构图；

图4显示本发明的检测板示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、100a、100b、100c样板

110待测透镜

120影像检测组件

300成像透镜

310物

311原对象

313等效对象

330等效透镜

350成像面

500待测透镜

510检测板

511原检测板

513等效检测板

550影像检测组件

570影像处理装置

590等效透镜

S₂原物距

S₁次物距

S_i像距

f₁成像透镜之焦距

f₂等效透镜之焦距

f合成焦距

d间距

具体实施方式

请参阅图2，所示为本发明缩短光程的光学系统结构图，本发明为一种缩短光程的光学系统，通过加入一等效透镜330，以缩短光程，如此便可使整个光学系统体积缩小。

本发明的缩短光程的光学系统包含一成像透镜300，且有一物310置于成像透镜300的一侧，此物310包含有原对象311与等效对象313，并且此原对象311与成像透镜300之间间隔一原物距S₂，因此，此原对象311可透过成像透镜300于成像面350产生一原影像(图未显示)。

物310与成像透镜300之间再加入等效透镜330，此等效透镜330与等效对象313间隔一次物距S₁，且等效对象313亦透过成像透镜300与等效透镜330，于成像面350亦产生次影像(图未显示)，而且此次影像与原影像大小相同，因此，经由加入一等效透镜330使等效对象313可取代原对象311，并且使原物距S₂缩短为次物距S₁。

因此，本发明的缩短光程的光学系统，可使原本需距离颇长的系统结构，予以大幅缩短。

另外，等效透镜330与成像透镜300间隔一间距d，经由使成像透镜300不动，并移动等效透镜330，进而调整间距d与次物距S₁，来使本发明的缩短光程的光学系统，可等效于与成像透镜300距离某一原物距S₂的某一原对象311的大小。

接下来便来说明缩短光短的光学系统的原理，原对象311距离成像透镜300为一原物距S₂，且像距为S_i，而此成像透镜300的焦距为f₁，代入几何光学的成像公式可得：

$\frac{1}{S_2}+\frac{1}{S_i}=\frac{1}{f_1}---\left(1\right)$

现于成像透镜300与物310的原对象311之间插入一等效透镜330，此等效透镜330的焦距为f₂，且此等效透镜330与成像透镜300的间隔为间距d，而等效透镜330与物310的等效对象313之间隔为次物距S₁，代入几何光学的合成焦距公式可得合成焦距f为：

$\frac{1}{f}=\frac{1}{f_1}+\frac{1}{f_2}-\frac{d}{f_1{f}_2}---\left(2\right)$

另外，加入等效透镜330后，物310的等效对象313亦代入几何光学的成像公式中，且其所成的像距S_i与未加入等效透镜330的像距S_i须相同，因此，可得：

$\frac{1}{S_1}+\frac{1}{S_i}=\frac{1}{f}=\frac{1}{f_1}+\frac{1}{f_2}-\frac{d}{f_1{f}_2}---\left(3\right)$

由第(1)式减去第(3)式可得：

$\frac{1}{S_2}-\frac{1}{S_1}=-\frac{1}{f_2}+\frac{d}{f_1{f}_2}---\left(4\right)$

由上式中可知原物距S₂与次物距S₁的关系可由成像透镜300的焦距f₁与等效透镜330的焦距f₂，以及间距d可求出。

若我们欲将位于原物距S₂为2米的物310的原对象311原本只经由成像透镜300而成像于成像面350上，现在我们加入等效透镜330后，使物310的等效对象313位于次物距S₁位于1米，且此物310的等效对象313经由等效透镜330与成像透镜300而成像于成像面350上，若此成像透镜300的焦距f₁为6mm，且间距d亦设定为12mm时，将上述数值代入第(4)式，则此等效透镜330的焦距f₂经由计算而得焦距f₂为-2000mm，此负号代表等效透镜330为一凹透镜，其焦距为-2米，因此，加入了等效透镜330后，使原本物310的原对象311位于原物距S₂，可缩短为次物距S₁，且物310由等效对象313取代，以缩小系统的长度与物310的尺寸。

接下来我们将成像透镜300的焦距f₁与等效透镜330的焦距f₂代入合成焦距公式，可得合成焦距f为：

$\frac{1}{f}=\frac{1}{6}+\frac{1}{-2000}-\frac{12}{\left(6\right)(-2000)}=\frac{1}{6}+\frac{1}{1000}=\frac{1}{6}$

所以合成焦距f与成像透镜300之焦距f₁相当接近，因此，对于加入等效透镜330搭配位于次物距S₁的物310的等效对象313，同样具有与原物距S₂的原对象311相同的成像位置与大小。

另外，本发明的缩小光程的光学系统，经由调整间距d情况下，可等效于位在不同原物距S₂的物310，同样可由第(4)式中求得，第(4)式中我们已知成像透镜300的焦距f₁与等效透镜330的焦距f₂，且次物距S₁皆已知，所以只剩下原物距S₂与间距d为变量，将上述值代入第(4)式中，可得：

$\frac{1}{S_2}-\frac{1}{1000}=-\frac{1}{-2000}(1-\frac{d}{6})$

经由整理后可得：

$d=\frac{18S_2-12000}{S_2}---\left(5\right)$

当我们欲等效的原物距S₂为已知时，通过第(5)式即可求出间距d，因此，欲等效某一原物距S₂代入第(5)式中，即可知调整间距d为计算的数值时，便是等效某一原物距S₂的值。

请参阅图3所示为本发明的一种缩短光程的镜头成像品质检测系统结构图，其是运用先前所描述的缩短光程的光学系统，以测量一待测透镜500的成像品质，首先位于待测透镜500的一侧设有一检测板510，此检测板510设有一原检检测板511与一等效检检测板513，且此原检检测板511与待测透镜500相距一原物距S₂，且于待测透镜500另一侧设有一影像检测组件550，且此影像检测组件550与待测透镜500间隔一像距S_i，因此，原检检测板511透过待测透镜500成像于影像检测组件550，使影像检测组件550产生一影像信号，并且借由影像处理装置570予以接收此影像信号，经由影像处理装置570分析此影像信号，用以评测此待测透镜500的成像品质。

另外，再利用一等效透镜590设置于检测板510与待测透镜500之间，使得我们可利用固定尺寸的检测板510(即等效检测板513)用以等效某一距离的检测板510(即原检测板511)的尺寸，以取代不同的检测板510位置，为满足检测板510位于不同位置时，经由待测透镜500皆产生相同大小且位置不变的影像，使得检测板510位于不同位置时，所需检测板510的尺寸亦有变化，而本发明的缩小光程的镜头成像品质检测系统只利用一固定尺寸的检测板510(即等效检测板513)与等效透镜590可仿真各种不同位置且不同尺寸的检测板510，如此可大大地减小所需检测板510的使用量，并且，也不必随着检测板510位置距离待测透镜500越远，所需的检测板510尺寸必须越大。

一般标准的镜头成像品质的检测板510，皆是利用美国空军于1951年开发出来，军用代号为MIL-STD-150A的型式，主要适用于侦照设备的检测，后来变为民用镜头与显微镜的测试标准，如第4图，借着USAF1951透镜检测图(USAF 1951 Lens Test Chart)可用以测视此透镜的成像品质。

待测透镜500为一数字相机取像镜头，亦可为不同的取像镜头或其它成像镜头。

其中系统的影像检测组件550最常为电荷藕合组件(CCD)或是互补金属氧化半导体影像传感器(CMOS image sensor)，此电荷藕合组件或互补金属氧化半导体影像传感器接受光线会产生电流，且依不同波长检测出不同的电流，因此可呈现彩色效果，所以当检测板510透过等效透镜590与待测透镜500而成像于影像检测组件550时，进而产生影像信号。

因此，经由本发明的缩短光程的镜头成像品质检测系统一方面只用单一检测板(即等效检测板513)即可等效位于各种不同位置的检测板(即原检测板511)，故本发明的缩短光程的镜头成像品质检测系统除了只用单一检测板外，通过等效透镜用以缩短光程，以达到等效不同位置的检测板，另一方面，当移动等效透镜时，便可用来调整所须仿真的某一位置的检测板，其调整关系式为前文所说明的第(4)式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。

Claims (13)

1、一种缩短光程的光学系统，其特征在于，包含：

一成像透镜；

一物，具有一原对象与一等效对象，该原对象与该成像透镜间隔一原物距，且该原对象透过该成像透镜产生一原影像；及

一等效透镜，置于该物与该成像透镜之间，且该等效透镜与该等效对象间隔一次物距，且该等效对象透过该成像透镜与等效透镜产生次影像，且该次影像与该原影像大小相同，进而使该等效对象取代该原对象，且使该原物距缩短为该次物距。

2、根据权利要求1所述的缩短光程的光学系统，其特征在于，该等效透镜与该成像透镜间隔一物距，改变该物距，进而改变该原物距与该原对象，即代表该等效对象与该次物距等效于改变后的该原物距与该原对象。

3、根据权利要求1所述的缩短光程的光学系统，其特征在于，该原物距与该次物距的关系为：

$\frac{1}{S_2}-\frac{1}{S_1}=-\frac{1}{f_2}+\frac{d}{f_1{f}_2}$

其中：S₂为该原物距，

S₁为该次物距，

f₂为该等效透镜的焦距，

f₁为该成像透镜的焦距，

d为该等效透镜与该成像透镜的间距。

4、一种缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，包含：

一检测板；

一待测透镜，与该检测板间隔一原物距；

一影像检测组件，与该待测透镜间隔一像距，且该检测板透过该待测透镜成像于该影像检测组件，使该影像检测组件产生一影像信号；

一影像处理装置，连接该影像检测组件，且该影像处理装置接收该影像信号，并分析该影像信号，以评测该待测透镜的成像品质；及

一等效透镜，装置于该检测板与该待测透镜之间，以缩小该检测板的尺寸，进而可等效于该检测板位于该原物距时的尺寸，且该等效透镜与该检测板间隔一次物距，而且该等效透镜与该待测透镜也间隔一间距，经由调整该次物距与该间距，使该检测板可等效未加入该等效透镜时，位于某一位置所需的该检测板的尺寸。

5、根据权利要求4所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该检测板为一符合USAF1951标准的透镜检测图。

6、根据权利要求4所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该待测物镜为一数字相机取像镜头。

7、根据权利要求4所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该影像检测组件为一电荷藕合组件，该电荷藕合组件接受该检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

8、根据权利要求4所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该影像检测组件为一互补金属氧化半导体影像传感器，该互补金属氧化半导体影像传感器接受该检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

9、一种缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，包含：

一待测透镜；

一原检测板，与该待测透镜间隔一原物距，且该原检测板透过该待测透镜产生一原影像；

一影像检测组件，接受该原影像，进而使该影像检测组件产生一影像信号；

一影像处理装置，接收该影像信号，并分析该影像信号，以评测该待测透镜的成像品质；

一等效检测板，置于该原检测板与该待测透镜之间；及

一等效透镜，置于该等效检测板与该待测透镜之间，且该等效透镜与该等效检测板间隔一次物距，当该等效检测板位于该次物距时，该等效检测板透过该等效透镜与该待测透镜而产生一新影像，该新影像与该原影像大小相同。

10、根据权利要求9所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该等效检测板为一符合USAF1951标准的透镜检测图。

11、根据权利要求9所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该待测物镜为一数字相机取像镜头。

12、根据权利要求9所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该影像检测组件为一电荷藕合组件，该电荷藕合组件接受该等效检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

13、根据权利要求9所述的缩短光程的镜头成像品质检测系统，其特征在于，该影像检测组件为一互补金属氧化半导体影像传感器，该互补金属氧化半导体影像传感器接受该等效检测板透过该等效透镜与该待测透镜所成之像，而产生该影像信号。

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