201013172 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種鏡頭檢測裝置，尤其是指—種可適 用於進行多種鏡頭檢測之測試圖案可變式鏡頭測 【先前技術】 -般的光學鏡頭的兩端稱為物端及像端，物端即鄰近 於-攝影或照相標的物的一端，而像端則是鄰近於一攝影 機或照相機之一端。 ❹ 目前業界所使用的光學鏡·m方式主要分為正投影 及逆投影兩種方式，正投影測試方式是將一預定的測試圖 案置放於-待測鏡頭之物端，透過該待測鏡頭的成像並由 位於該待測鏡頭之像端的取像單元來摘取該測試圖案之影 像，藉由榻取之影像判斷該待測鏡頭之性能。而逆投影方 式則是將一測試圖案製作成遮罩（mask)，利用平行光管 (—)將_試圖案經過該待測鏡頭之像端投射在牆 ❹壁或布幕上，然後觀察該測試圖案在牆壁或布幕上的成像 品質來分析該待測鏡頭之性能。 正投影的優點是，其系統架構大致與一般的影像系統 相同，但缺點是該測試圖案往往須是一特定形狀\無法更 換為任意之測試圖案以進行多種鏡頭檢測，且檢測性能會 受限於攝影機或照相機之解析度。而逆投影的優點是該測 試圖案透過遠距離投影後可清楚分辨成像品質，不會受限 於攝影機或照相機的解析度，缺點是其系統架構與一般影 像系統不一致，要分析鏡頭性能必須透過遠距離投影於牆 3 201013172 壁或布幕來進行觀察，導致整體系統體積較為龐大。 因此，對於進行鏡頭檢測的使用者來說，實在有必要 提供-種既可提供多_意之賴圖案且無須以遠距離 投影方式來分析鏡頭性能之鏡頭檢測裝置。 【發明内容】 本發明之目的係在於提供一種測試圖案可變式鏡頭測 式裝置’可適用對—待測鏡頭進行多種檢測，以縮短待測 鏡頭測試所花費之時間。 為了達成上述目的，本發明提供一種測試圖案可變式 鏡頭測裝置’供對—待測鏡頭進行多種測試，該測試圖 案可變式鏡頭測試裝置主要包含一框架、一顯示單元、一 ❹ 取像單元α及-控制單元。該框架供該待測鏡頭固定於 其 /顯示單元固定於該框架上，並位於該待測鏡頭之 4用乂朝4待測鏡頭提供多種分別對應於各該種測試 之別試圖# 4取像單元固定於該框架上，並位於該待測
鏡頭相反於該顯示單元之另—側，用於操取該測試圖案通 過該待測鏡頭後的影像。該控制單元用以控制該顯示單元 提供該測試圏案，並控制該取像單元#貞取影像。 本發明藉由將該顯示單元、待測鏡頭，以及該取像單 70以上述方式進行架設，便可提供多種任意之測試圖案， 且無須以遠距離投影方式來分析鏡頭㈣。 、 【實施方式】 請參閱第一囷及第二 頭測試裝置’用以供對一 囷’本發明之測試圖案可 待測鏡頭1進行多種測試 變式鏡 ，該些 4 201013172 測試包含有效焦長（effective focus length, E. F. L.)測試、 銳利度（Sharpness)測試、景深（focus depth)測試、對比度 (contrast)測試、光學傳遞函數（Modulation Transformation Function, MTF)測試、扭曲及畸變（distortion)測試、鏡頭場 曲（field curvature)及像散（astigmatism)測試、亮度分佈 (light distribution)測試、色像差（chromatic aberration) 測試，以及色澤（color)測試。 該測試圖案可變式鏡頭測試裝置主要包含一框架10、 ❿ 一顯示單元3、一取像單元4、一微動平台5，以及一控 制單元6。 該框架10用以提供該待測鏡頭1、該顯示單元3、該 取像單元4、該微動平台5固定於其上。詳細來說，該框 架10主要包含一系統固定架7，以及一由連接於該系統固 定架7上之鏡頭固定架2。 該系統固定架7是一鋁擠形之框架，具有一螢幕固定 φ 部71、一與該螢幕固定部71連接之鏡架固定部72，以及一 與該鏡架固定部72連接之取像單元固定部73。 該鏡頭固定架2設於該框架10之鏡架固定部72上，用 於固定該待測鏡頭1 ，並具有微調鏡頭位置之功能。 該顯示單元3固定於該框架10之螢幕固定部71上，並 位於該待測鏡頭1之一側，用以朝該待測鏡頭1提供多種 分別對應於各該種測試之測試圖案。該顯示單元3可為一 控制單元螢幕、一監視器螢幕，或一背投影螢幕。 該取像單元4固定於該框架10之取像單元固定部73 5 201013172 上，並位於該待測鏡頭1相反於該顯示單元3之另一侧， 用於擷取該測試圖案通過該待測鏡頭丨後的影像。該取像 單元4亦可為一攝影機或照相機，而該取像單元4之感光 兀件（圖未示）可為一 CCD感測器、一眶感測器，戋一 軟片等。 ▲該微動平台5設置於該框架10之取像單元固定部巧與 該取像單元4之間，用於調整該取像單元4之位置，藉以 調整該待測鏡頭i相對於該取像單元4之位置，以使該顯 不單元3提供之測試圖案可經由該待測鏡頭i而順利成像 在取像單元4的感光元件（圖未示）上。 此外，本發明之測試圖案可變式鏡頭測試裝置更包含 一控制單元6，分別電連接該顯示單元3、該取像單元 4 ’以及該微動平台5，用於控制該顯示單元3提供該測 試圖案、並用以控制該取像單元4擁取影像，以及用以控 制該微動平台5帶動該取像單元4相對該待測鏡頭^移 瘳動。在本實施例中，該控制單元6為一個人電腦，實施實 施時則不以此限。 實際使用時，該顯示單元3與該待測鏡頭1之間的相 對距離是固定的，而該待測鏡頭j與該取像單元4之間的 相對距離則可由該微動平台5依據該等測試圖案經由 測鏡頭1的成像位置而進行調整。透過該微動平台5調整 該取像單元4相對於該待測鏡頭！的距離、橫向偏移、縱 向偏移、俯仰度，以及偏擺度’使該待測鏡頭2之成像面 位於該取像單疋4之感光元件的表面上。並利用該控制單 201013172 儿6控制該顯示單元3顯示對應於各種測試的該測試圖 案，經過該待測鏡頭1將該測試圖案成像在該取像單元4 士’並=過該控制單元6控制該取像單it 4擁取影像並進 灯影像分析，可分析出該待測鏡頭】之光學傳遞函數、畸 變、亮度分佈、色差等光學性能。 洋細來說，應用上述本發明測試圖案可變式鏡頭測試 裝置之的鏡碩測試流程如第三圖所示。該鏡頭測試流程首 先需進仃-項影像對心步驟，然後，視實際需求，分別接 m像斜〜、步驟進行各項鏡頭性能檢測，該等鏡頭性能 檢測包含有一有效焦長測試、一銳利度測試、一景深測 试、-對比度測試光學傳遞函數測試、—扭曲及崎變 測試一場曲及像散測試、—亮度分佈測試、—色像差測 «•式以及色澤測試等項目。上述測試項目可以依據使用 者之需要料全料行，亦可以僅進行其巾-項目或部份 項目之測試。 首先-兒明該影像對心步驟，本發明之影像對心步 驟’與傳統不同地，如第四圖所示，係由該顯示單元3顯 不一位於其中心的對心圖案，透過該取像單元4擷取該對 心圖案經過該待測鏡頭1之影像後’計算出該對心圖案與 該取像單元4之感光元件中心的偏心量，利用該偏心量來 補正該顯示單元3之測試圖案相對於該待測鏡頭1之位 置，即完成對心步驟。 (一）有效焦長測試 °亥顯示單元3、該待測鏡頭1 ’以及該取像單元4的 201013172 相對位置是固定的’其相對距離可透過三次元量床等習知 常見的量測裝置量得。此外，如第四圖所示，該顯示單元 3 所顯示的一有效焦長測試圖案大小為已知，透過該取 像單7L 4擷取之該有效焦長測試圖案的影像後，即可依據 a亥相對距離，由該控制單元6以既定之光學公式計算求出 該待測鏡頭1之有效焦長。 (二）銳利度測試
^首先將該待測鏡頭1之成像面落於該取像單元4的感 光π件上時，使該待測鏡頭丨之銳利度值為最高。如第五 圖所示，於該顯示單元3中央提供一黑色銳利度測試圖 案，利用該取像單元4擷取該黑色銳利度測試圖案之影 像，並且取一通過該影像中央之橫向線進行灰階測試，如 第六圖（a) 、（b)、（c)之灰階位置圖所示，橫軸為位 置，縱軸為灰階值。假設該待測鏡頭丨是完美的，則所繪 出的灰階值變化圖會如第六圖（a)所示，圖案邊界處之灰 階值變化斜率幾近無窮大。一般而言，實際的灰階值變化 圖分佈會如第六圖（b)所示，在圖案邊界處灰階值變化斜 率會成連續變化情形。假若該待測鏡頭1本身之成像品質 不佳’則灰階值變化圖則大致如第六囷（c)所示。藉由將 該圖案邊界處之相鄰兩個晝素的灰階值相減，並取絕對值 則可得到銳利度。 (三）景深測試 將該待測鏡頭1與該取像單元4調整為對焦狀態，使 該待測鏡頭1之的銳利度是極大值。由於任何―待測鏡頭 8 201013172 $有利Γ:景深因此在該待測鏡頭1固定不動的情況 "微動平台5移動該取像單元4朝向或遠離該待 '(同於第2維持—由該顯示單元3提供之景深測試圖案 β 目之81冑）的銳利度值接近於其最大值的情況 獲取該待測鏡頭i之景祕。當銳利度急速下降a;， 二二：取，單疋4已超過景深範圍而呈離焦狀態。透過該 控制卓疋6記錄該微動平台5位置及銳利度值的變化，可
該待測鏡頭1相對該取像單元4保持對焦狀態之移 範圍，此移動範圍即為該待測鏡頭1的景深。 (四）對比度測試 同樣在4 4測鏡頭1之的銳利度是極大值下進行本 試。對比度的計算公式為： ㈣㈣—最暗圖案灰階值）/(最亮圖案 火1¾值+最暗囷案灰階值）。 2行本對比度測試時，由該顯示單元3顯示同於第六囷的 :十比度K囫案’接著將該取像單元4所操取的影像之 最暗與最亮的囷案的灰階值讀出，並帶人上述公式以求得 (五）光學傳遞函數測試 h同樣在該待測鏡頭1之的銳利度是極大值下進行本測 5式。光學傳遞函數測試的單位為「線/單位長度」，其代 ^的涵義為在單位長度内，該取像單元4 _取的影像中 &分辨的線條數。所能分辨的線條數越高代表該待測鏡頭 1的光學傳遞函數越高。通常光學傳遞函數測試會測試該 9 201013172 待測鏡頭1在不同視場角的及軸向的光學傳遞函數，如第 七圖所示，在該待測鏡頭丨正中央顯示具有縱向及橫向測 試條紋之一光學傳遞函數測試圖案，該光學傳遞函數測試 圖案更具有位於其他周圍區域之縱向及橫向測試條紋，以 測，該待測鏡頭！在不同視場角下的解析能力。透過該取 像單元4梅取之影像模糊程度，即可以分析該待测鏡頭^ 之光學傳遞函數。 (六） 扭曲及畸變測試 ⑩ 自想朗之成像畫面會是等比例放大或縮小的畫面， 但是設計不良或加工組裝的待測鏡頭，其成像畫面則會產 生不良的扭曲及畸變。通常上述扭曲及崎變在該待測鏡頭 1的外圍處會比較明顯，測試的過程會直接由該顯示單元 3顯示-方格狀之扭曲及畸變測試圖案，如第八圖所示， 透過該取像單元4擷取影像，即可檢驗該待測鏡頭i之成 像疋否有畸變。若該待測鏡頭j有明顯的崎變或扭曲，則 ❹擷取的影像大致如第九圖般扭曲般的影像。 (七） 場曲及像散測試 理想鏡頭之成像畫面的中央部分及外侧部分均呈對焦 狀態，但是設計不良的鏡頭之成像畫面可能在中央部分呈 對焦狀態時，外側部分卻無法呈現對焦狀態，此現象稱為 場曲或像散。場曲及像散測試過程中直接由該顯示單元3 顯不同於第人圖所示之方格狀之鏡頭場曲及像散測試圖 案，透過該取像單元4_取影像，即可判斷鏡頭成像是否 有場曲及像散。 201013172 (八） 免度分佈測試 當均勻的平面光進入理想鏡頭後，成像面上的成像之 光強度分佈應為均勻分佈。但是，實際鏡頭之成像面的正 中:與最外圍的光強度並非完全一致。若中心與外圍兩者 之亮度相差太大，則會明顯影響成像品質。亮度分佈測試 項目將由該顯示單元3顯示一為全營幕白色畫面之亮度分 佈測試圖案’如第十圖所示，假若該待測鏡頭1的亮度分 佈不均勻，則該取像單元4所棟取的影像，可能出現如第 十-圖般灰階分佈不均的影像。測試結果可依使用者定義 灰階範圍及層數，繪製出類似地圖等高線圖之亮度分 高線圖。 (九） 色像差測試 理想的鏡頭會完美的將鏡頭所看到的畫面以色彩不失 真的方式成像在該取像單元4的感光元件上。但是，實際 鏡頭若沒有經過減少色像差之設計，當彩色晝面透過鏡 參所成的像則會有明顯的色像差。這是因為彩色的光是由許 多不同波長的光所構成，不同波長的光在相同介質下會有 不同的折射係數。故彩色晝面在經過沒有修正色像差的鏡 頭就會產生色像差的現象。如圖第十二圖所示，本項測 試由該顯示單元3顯示一包含多種顏色之彩色影像或照片 的色像差測試圖案，並經由該取像單元4擷取影像，進行 該待測鏡頭1的色像差分析。 (十）色澤測試 色澤測試主要用於測試該待測鏡頭〗成像後的色澤與 201013172 原始影像的差異^由於色澤的 色澤測試前，該顯示單元因此在進行 該取像單元4則以、炻彡-，_a 冱過顯不色澤的校正，且 該顯示單元3會提澤之:正。實際測試時， 著透過該取像單元4擷取該色澤澤測試圖案’接 1之影像並分析該影像，二案經過該待測鏡頭 澤與原始影像色澤之差異。 以待測鏡頭1的成像色 ❹太二：述者僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定 本發月之實施範圍。凡依本發明申請專利範圍所作之等效 變化與修飾，皆仍屬本發明專利所涵蓋範圍之内。 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明之測試圖案可變式鏡頭測試裝置之示音 圖； 第二圖為本發明之測試囷案可變式鏡頭測試裝置之侧視 φ 圖； 第三圖為應用本發明之測試圖案可變式鏡頭測試装置之鏡 頭測試流程圖； 第四圖為取像單元對心圖案； 第五圖為對比度及銳利度測試圖案； 第六圖（a) 、（b) 、（c)為灰階值分佈示意圖； 第七圖為光學傳遞函數測試圖案； 第八圖為扭曲及畸變測試圖案； 第九圖為鏡頭實際扭曲及畸變測試圖案之成像示意圖； 12 201013172 第十圖為鏡頭亮度分佈測試圖案； 以及 第十一圖為鏡頭實際亮度測試圖案之成像示意圖 第十二圖色像差測試圖案。 【主要元件符號說明】 1待測鏡頭 2鏡頭固定架 3顯示單元 4取像單元 5微動平台 6控制單元 7系統固定架 71螢幕固定部 ❹ 72鏡架固定部 73取像單元固定部 10框架
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