CN205538161U - 一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置。装置包括主框架、一维调焦电机、镜头托盘、电机控制器、伞状架、图像收集单元、LED光源及计算机，主框架用于支撑二维运动平台与狭缝靶标，一维调焦电机带动狭缝靶标在竖直方向上移动，镜头托盘受二维运动平台带动而在水平方向移动，其上用于放置待测镜头，电机控制器控制一维调焦电机及二维运动平台的运动，伞状架间隔设置在镜头托盘的上方，图像收集单元径向设置在伞状架上，计算机对探测器获取的图像进行处理，得到待测镜头的调制传递函数。本实用新型装置可用来测量视场角大的镜头，解决了目前有限共轭光学系统、刃边法测量光学镜头误差大、稳定性差等问题。

Description

一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置

技术领域

本实用新型涉及一种调制传递函数的测量装置，尤其是涉及一种基于狭缝靶标的无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置。

背景技术

调制传递函数(MTF)是光学镜头的一个准确、客观并且定量的像质评价指标，被公认为是当前光学镜头最有效、最全面的成像质量评价方式。如果把物体看作是由各种频率的频谱组成，MTF则反映了光学系统对物体不同频率成分的传递能力。一般来说，高频部分反映物体的细节传递能力，中频部分反映物体的层次传递情况，而低频部分则反映物体的轮廓传递情况。目前光学镜头生产厂测量光学镜头MTF的主要方法是逆投影目视法。该方法的原理是：将刻有鉴别率图案的分划板放置于待测镜头的像方焦平面外并靠近像方焦平面的位置上，辅助照明光源均匀照射在分划板上。分别调整分划板和待测镜头的位置，即可将分划板图案的放大图像成像在距离待测镜头物方焦平面数百毫米到数米远的屏幕(墙壁)上。操作人员通过目测成像在屏幕(墙壁)上的分划板图案上不同线对的线条数，进而得到MTF曲线。该方法的优点：1、设备成本低；2、操作简单易学。该方法的缺点：1、目测方式，依赖操作员的判定经验，误差比较大；2、无法记录具体的MTF数值，无法给出全频段的MTF；3、测试劳动强度大，操作员易疲劳；4、整体效率比较低。

专利CN104122077A采用的是对比度法测量特定频率的MTF。把刻有多种不同线对密度的鉴别率板置于待测镜头的焦面位置，鉴别率板上的刻线经过待测镜头成像到数字摄像机中，然后通过分析鉴别率板上不同线对密度的对比度，得出某些特定频率的MTF值，该方案一次只能测试一个镜头。

专利CN101813558 A描述了一种采用刃边法测量光学镜头的MTF的方法。刀口靶标相对于图像采集单元倾斜一定的角度，实现过采样技术，提高采样率。通过分析数值摄像机拍摄到的刀口倾斜图像，得到全频率的MTF值。

目测方法精度低、速度慢；对比度法无法提供全频率的MTF值，只能提供某些特定频率的MTF值，测试结果不全面；刀口法由于要对边缘扩散函数进行微分计算得到线扩散函数，故抗噪能力差，测试结果不准确，也不稳定。而且，以上这几种常用的方法，均无法满足于大规模的光学镜头生产所需的在线连续检测的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于狭缝靶标的无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，本实用新型装置可用于测量焦距范围为1-12mm的光学镜头的调制传输函数，解决了背景技术中光学镜头调制传递函数测试过程中误差大、速度慢、稳定性差等问题。该实用新型不仅具有强的抗干扰能力、能提供全频段内的MTF、测量准确、操作简便、测量速度快，而且测量装置体积小、占用空间少、不需暗室，可以满足光学镜头大批量生产的在线检测要求，易于推广应用。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，包括：

主框架：用于支撑二维运动平台与狭缝靶标；

一维调焦电机：连接在狭缝靶标的下方，带动狭缝靶标在竖直方向上移动；

镜头托盘：设置在二维运动平台上，受二维运动平台带动而在水平方向移动，其上用于放置待测镜头；

电机控制器：与一维调焦电机及二维运动平台连接，控制一维调焦电机及二维运动平台的运动；

伞状架：间隔设置在镜头托盘的上方；

图像收集单元：径向设置在伞状架上，由相连的探测器与望远镜组成；

LED光源：发出的光源通过导光光纤传递到狭缝靶标内，具有狭缝信息的信号光平行入射至待测镜头，从待测镜头出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜焦成像在探测器探测面上，探测器将带有狭缝信息的图像传递给计算机；

计算机：对探测器获取的图像进行处理，得到待测镜头的调制传递函数。

本实用新型中，所述的狭缝靶标包括一支撑架，该支撑架的中间为透光的通孔，在通孔的上方设置有扩散板，扩散板上放置具有狭缝信息的狭缝本体，在支撑架的上端设置保护盖，在支撑架的下侧设置用于定位在主框架上的定位柱。

保护盖用于保护狭缝本体不被其他异物所碰触，狭缝本体采用带有狭缝的玻璃，用于狭缝图像，扩散板用于对入射光进行匀光处理，为狭缝提供均匀照明。支撑架用于支撑狭缝本体。

所述的定位柱设有三个，所述的主框架上设有与狭缝靶标的定位柱相匹配的定位槽，所述的定位柱的端面为球面，所述的定位槽为V型槽，所述的定位柱与定位槽之间具有一定的磁吸力，通过定位柱与定位槽的共同作用来定位狭缝靶标。所述的定位柱的高度可调，进而可以调节扩散板或狭缝本体的水平度，从而可以调整狭缝靶标与待测镜头的光轴垂直。

本实用新型中，所述的镜头托盘上设置有多个测量孔，每个测量孔内用于放置单独的待测镜头，所述的测量孔与镜头托盘的下表面相贯通；所述的镜头托盘下表面设置有用于定位在二维运动平台上的定位柱，在二维运动平台上也设有与镜头托盘的定位柱相匹配的定位槽，镜头托盘的定位柱端面为球面，二维运动平台上的定位槽为V型槽。镜头托盘的定位柱的高度可调，进而可以调节镜头托盘的水平度。镜头托盘的定位柱与二维运动平台上的定位槽之间具有一定的磁吸力。

所述的二维运动平台用于带动镜头托盘在水平面上沿两个垂直方向移动，移动的目的有两个，一是用于切换镜头托盘上的待测镜头，另一个目的是用于待测镜头在测试过程中的对中操作，对中是指待测镜头光轴与望远镜、狭缝靶标、探测器中心一致。

本实用新型中，所述的图像收集单元设置多个，均沿伞状架的径向设置，所述的图像收集单元可在伞状架的径向方向滑动。

所述的望远镜为图像收集单元的前置光学聚集部分。从待测镜头出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜聚焦成像在探测器探测面上，便于探测器获取相关信息。测量不同焦距的待测镜头，该望远镜的焦距可能不同。

所述的探测器为图像收集单元中的光电转换部件，采用CCD或CMOS感光片。包含狭缝靶标信息的光信号，通过待测镜头和望远镜，入射到探测器上，就可以采集到包含狭缝像亮度分布或灰度分布的狭缝图像。

所述的伞状架，是以中间位置上镜头托盘上待测镜头主点为中心的圆形机械件，用于安装探测器和望远镜和的组合体。图像采集单元可以在伞状架径向方向上进行滑动，以测试待测镜头的不同视场的MTF。不同的狭缝靶标、不同的待测镜头、不同的测量视场，都可以通过调整图像采集单元在伞状架上的位置，使狭缝清晰成像在探测器上。

为了实现在线连续检测的功能，本实用新型中使用电机控制器精确控制一维调焦电机和二维运动平台；并将探测器获取的狭缝图像通过数据采集卡传输至计算机，在计算机内实现图像的去噪以及MTF的计算；最终通过特定的软件系统实现整个基于狭缝的无限共轭光路光学镜头调制传递函数测试仪的整体程序化控制。

本实用新型的工作原理为：LED光源点亮后，经过导光光纤，导入到带有扩散板的狭缝靶标中。光经过扩散板扩散匀光处理后，均匀照亮狭缝。具有狭缝信息的信号光平行入射至待测镜头，之后入射到视场角比较小的望远镜头中(水平方向视场角小于15°)。平行光经过望远镜的会聚，成像在探测器上。这样，探测器上就有经过待测镜头和望远镜的狭缝像。计算机对该狭缝像进行滤波除燥处理，得到线扩散函数，对该线扩散函数进行傅里叶变换，从而得到该副图像中的狭缝像的MTF值，即为待测镜头的MTF数值，并可生成待测镜头在不同视角位置上的子午向和弧矢向的MTF曲线。借助计算机控制实现狭缝靶标位置的精确调整以及镜头托盘的有序切换，利用计算机软件系统实现MTF测试程序化，完成多个待测镜头的MTF曲线的连续在线测试。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型提供的检测装置可用于测量广角镜头、鱼眼镜头、电视系统、光导纤维等视场角大的光学系统的MTF，解决了目前有限共轭光学系统测量上述光学系统MTF误差大、稳定性差的问题；

2、本实用新型提供的基于狭缝的无限共轭光路MTF检测装置不仅测量准确，而且操作简便、测量速度快，每次可以连续测试多个待测镜头，可以满足光学镜头大批量生产的在线检测要求；

3、本实用新型提供的检测装置不仅可以简单、快速地测量出待测镜头的清晰度，而且体积小、占用空间少、不需暗室、性能可靠、制造成本低、易于推广应用；

4、本实用新型提供的检测装置设有伞状架安装部件，可以快速地定位望远镜和探测器联合组件的角度，通过一位调焦电机可以进行升降调整，可以使探测器的光轴快速地对准待测镜头的前主点，进一步提高了测量速度，方便用户操作。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为狭缝靶标的结构示意图；

图3为狭缝靶标上定位柱与定位槽之间装配示意图；

图4为镜头托盘的俯视结构示意图；

图5为镜头托盘的侧视结构示意图；

图6为镜头托盘与待测镜头装配结构示意图；

图7为实施例1中使用的狭缝本体上狭缝结构与狭缝像。

图中标号：1为LED光源，2为狭缝靶标，21为保护盖，22为狭缝本体，23为扩散板，24为支撑架，25为定位柱，3为一维调焦电机，4为镜头托盘，41为测量孔，42为定位柱，5为二维运动平台，6为数据采集卡，7为望远镜，8为探测器，9为伞状架，10为待测镜头，11为电机控制器，12为计算机，13为主框架，131为定位槽，14为导光光纤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，如图1所示，包括主框架13、一维调焦电机3、镜头托盘4、电机控制器11、伞状架9、LED光源1及计算机12，主框架13用于支撑二维运动平台5与狭缝靶标2；一维调焦电机3连接在狭缝靶标2的下方，带动狭缝靶标2在竖直方向上移动；镜头托盘4设置在二维运动平台5上，受二维运动平台5带动而在水平方向移动，其上用于放置待测镜头10；电机控制器11与一维调焦电机3及二维运动平台5连接，控制一维调焦电机3及二维运动平台5的运动；伞状架9间隔设置在镜头托盘4的上方；图像收集单元径向设置在伞状架9上，由相连的探测器8与望远镜7组成；LED光源1发出的光源通过导光光纤14传递到狭缝靶标2内，具有狭缝信息的信号光平行入射至待测镜头10，从待测镜头10出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜7焦成像在探测器8探测面上，探测器8将带有狭缝信息的图像传递给计算机12；计算机12对探测器8获取的图像进行处理，得到待测镜头10的调制传递函数。

如图2、图3所示，狭缝靶标2包括一支撑架24，该支撑架24的中间为透光的通孔，在通孔的上方设置有扩散板23，扩散板23上放置具有狭缝信息的狭缝本体22，在支撑架24的上端设置保护盖21，在支撑架24的下侧设置用于定位在主框架13上的定位柱25。保护盖21用于保护狭缝本体22不被其他异物所碰触，狭缝本体22采用带有狭缝的玻璃，用于狭缝图像，扩散板23用于对入射光进行匀光处理，为狭缝提供均匀照明。支撑架24用于支撑狭缝本体22。定位柱25设有三个，主框架13上设有与狭缝靶标2的定位柱25相匹配的定位槽131，定位柱25的端面为球面，定位槽131为V型槽，定位柱25与定位槽131之间具有一定的磁吸力，通过定位柱25与定位槽131的共同作用来定位狭缝靶标2。定位柱25的高度可调，进而可以调节扩散板23或狭缝本体22的水平度，从而可以调整狭缝靶标2与待测镜头10的光轴垂直。

如图4、5、6所示，镜头托盘4上设置有多个测量孔41，每个测量孔41内用于放置单独的待测镜头10，测量孔41与镜头托盘4的下表面相贯通；镜头托盘4下表面设置有用于定位在二维运动平台5上的定位柱42，在二维运动平台5上也设有与镜头托盘4的定位柱42相匹配的定位槽，镜头托盘4的定位柱42端面为球面，二维运动平台5上的定位槽为V型槽。镜头托盘4的定位柱42的高度可调，进而可以调节镜头托盘4的水平度。镜头托盘4的定位柱42与二维运动平台5上的定位槽之间具有一定的磁吸力。

二维运动平台5用于带动镜头托盘4在水平面上沿两个垂直方向移动，移动的目的有两个，一是用于切换镜头托盘4上的待测镜头10，另一个目的是用于待测镜头10在测试过程中的对中操作，对中是指待测镜头10光轴与望远镜7、狭缝靶标2、探测器8中心一致。

图像收集单元设置多个，均沿伞状架9的径向设置，图像收集单元可在伞状架9的径向方向滑动。

望远镜7为图像收集单元的前置光学聚集部分。从待测镜头10出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜7聚焦成像在探测器8探测面上，便于探测器8获取相关信息。测量不同焦距的待测镜头10，该望远镜7的焦距可能不同。

探测器8为图像收集单元中的光电转换部件，采用CCD或CMOS感光片。包含狭缝靶标2信息的光信号，通过待测镜头10和望远镜7，入射到探测器8上，就可以采集到包含狭缝像亮度分布或灰度分布的狭缝图像。

伞状架9，是以中间位置上镜头托盘4上待测镜头10主点为中心的圆形机械件，用于安装探测器8和望远镜7和的组合体。图像采集单元可以在伞状架9径向方向上进行滑动，以测试待测镜头10的不同视场的MTF。不同的狭缝靶标2、不同的待测镜头10、不同的测量视场，都可以通过调整图像采集单元在伞状架9上的位置，使狭缝清晰成像在探测器8上。

为了实现在线连续检测的功能，本实用新型中使用电机控制器11精确控制一维调焦电机3和二维运动平台5；并将探测器8获取的狭缝图像通过数据采集卡6传输至计算机12，在计算机12内实现图像的去噪以及MTF的计算；最终通过特定的软件系统实现整个基于狭缝的无限共轭光路光学镜头调制传递函数测试仪的整体程序化控制。

基于上述装置进行无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的方法，包括以下步骤：

a、安装狭缝靶标2：将狭缝靶标2放置于主框架13的中部；

b、放置二维运动平台5与镜头托盘4：将二维运动平台5设置在主框架13上，把放置有待测镜头10的镜头托盘4放置在二维运动平台5上；

c、将LED光源1通过导光光纤14与狭缝靶标2连接，点亮LED光源1，为装置提供照明；

d、寻找最佳焦面：调节一维调焦电机3，直至中心视场的狭缝像清晰，该位置就是待测镜头10的最佳焦面附近的位置；并在这个位置的基础上，设定一维调焦电机3移动范围，以便通过一维调焦电机3对每颗待测镜头10进行调焦；

e、图像采集单元位置调节：调整伞状架9上的边缘视场的图像采集单元的位置，使边缘视场的狭缝像位于探测器8中心；旋转探测器8，使狭缝像端正的位于图像中呈水平竖直状态；

f、拍摄狭缝图像：启动探测器8获取相应视场内的狭缝图像；并利用数据采集卡6传输至计算机12；

g、MTF计算：计算机12根据每个探测器8所获取的狭缝图像，去噪处理之后计算出相应线扩散函数，再对该线扩散函数进行傅里叶变换，从而得到该副图像中的狭缝像的MTF值，即为待测镜头10的MTF值，并生成待测镜头10在不同视角位置上的子午向和弧矢向的MTF曲线；

h、连续在线测试待测镜头10的MTF：借助电机控制器11精确控制一维调焦电机3和二维运动平台5；利用计算机12整机软件系统实现MTF测试程序化，完成多个待测镜头10的MTF曲线的连续在线测试。

其中，采用狭缝标靶2作为测试系统的物方景物，获取稳定的像方图像信息。

其中，一维调焦电机3带动狭缝靶标2在待测镜头10的像面附近进行移动，在此过程中，采集狭缝图像的探测器8每隔固定的时间拍摄一张图片，然后计算机12分析这些在不同像面位置采集到的狭缝像，进而获得该待测镜头10的Throughfocus值，并能找到该待测镜头10的最佳像面位置。

LED光源1的开启与关闭以及照度调节由计算机12通过程序控制完成。

如图7所示，左边的为狭缝结构，右边的为狭缝经过待测镜头10后所成的像。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，其特征在于，包括：

主框架(13)：用于支撑二维运动平台(5)与狭缝靶标(2)；

一维调焦电机(3)：连接在狭缝靶标(2)的下方，带动狭缝靶标(2)在竖直方向上移动；

镜头托盘(4)：设置在二维运动平台(5)上，受二维运动平台(5)带动而在水平方向移动，其上用于放置待测镜头(10)；

电机控制器(11)：与一维调焦电机(3)及二维运动平台(5)连接，控制一维调焦电机(3)及二维运动平台(5)的运动；

伞状架(9)：间隔设置在镜头托盘(4)的上方；

图像收集单元：径向设置在伞状架(9)上，由相连的探测器(8)与望远镜(7)组成；

LED光源(1)：发出的光源通过导光光纤(14)传递到狭缝靶标(2)内，具有狭缝信息的信号光平行入射至待测镜头(10)，从待测镜头(10)出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜(7)焦成像在探测器(8)探测面上，探测器(8)将带有狭缝信息的图像传递给计算机(12)；

计算机(12)：对探测器(8)获取的图像进行处理，得到待测镜头(10)的调制传递函数。

2.根据权利要求1所述的一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，其特征在于，所述的狭缝靶标(2)包括一支撑架(24)，该支撑架(24)的中间为透光的通孔，在通孔的上方设置有扩散板(23)，扩散板(23)上放置具有狭缝信息的狭缝本体(22)，在支撑架(24)的上端设置保护盖(21)，在支撑架(24)的下侧设置用于定位在主框架(13)上的定位柱(25)。

3.根据权利要求1所述的一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，其特征在于，所述的镜头托盘(4)上设置有多个测量孔(41)，每个测量孔(41)内用于放置单独的待测镜头(10)，所述的测量孔(41)与镜头托盘(4)的下表面相贯通。

4.根据权利要求1所述的一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，其特征在于，所述的二维运动平台(5)用于带动镜头托盘(4)在水平面上沿两个垂直方向移动。

5.根据权利要求1所述的一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，其特征在于，所述的图像收集单元设置多个，均沿伞状架(9)的径向设置，所述的图像收集单元可在伞状架(9)的径向方向滑动。

6.根据权利要求1所述的一种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，其特征在于，所述的探测器(8)为图像收集单元中的光电转换部件，采用CCD或CMOS感光片。