TW202232074A - 用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的量測設備與方法 - Google Patents

Abstract

用於測定遠焦光學系統（105）的調制轉換函數（MTF）的量測設備（100）配備固定裝置（110）、備光裝置（115）、攝像機（120）、至少一個另外的備光裝置（125）、至少一臺另外的攝像機（130）以及傳輸介面（135）。在準備運行狀態中，所述備光裝置（115）、所述遠焦光學系統（105）以及所述攝像機（120）同軸佈置於測定軸（162）上，或它們的量測軸與所述測定軸平行佈置，所述測定軸與所述固定平面（140）垂直。另外的備光裝置（125）、遠焦光學系統（105）以及另外的攝像機（130）同軸佈置於斜測定軸（175）上，或它們的量測軸與所述斜測定軸平行佈置，所述斜測定軸與所述測定軸（162）傾斜。分析單元（180）設計用於透過使用至少一張攝像機圖像（160）來辨識所述遠焦光學系統（105）的所述調制轉換函數（MTF）。

Description

用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的量測設備與方法

本方法涉及用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的量測設備與方法。

US 2019238830 A1說明一種用於檢測攝像機的光學檢測設備。

在此背景下，藉由本方法提出一種依據主請求項的用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的量測設備以及用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的方法。於子請求項和下文闡述中說明俱備優勢的設計細節。

藉由提出的方法實現的優勢在於可檢測遠焦光學系統的例如調制轉換函數。由此可檢測遠焦光學系統的成像品質。

用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的量測設備配備固定裝置、備光裝置、攝像機、至少一個另外的備光裝置、至少一臺另外的攝像機以及傳輸介面。固定裝置形成為在固定平面中固定遠焦光學系統。備光裝置設計用於提供光源從第一面爲固定裝置中的遠焦光學系統照明。攝像機設計用於從與第一面相對的第二面觀察固定裝置中的遠焦光學系統並生成攝像機圖像，其中在量測設備的準備運行狀態中，備光裝置、遠焦光學系統以及攝像機同軸佈置於測定軸上，或它們的量測軸與該測定軸平行佈置，該測定軸與固定平面垂直。另外的備光裝置設計用於提供另外的光源從第一面爲固定裝置中的遠焦光學系統照明。另外的攝像機設計用於從第二面觀察固定裝置中的遠焦光學系統並生成攝像機圖像；其中在量測設備的準備運行狀態中，另外的備光裝置、遠焦光學系統以及另外的攝像機同軸佈置於斜測定軸上，或它們的量測軸與該斜測定軸平行佈置，該斜測定軸與測定軸和/或固定平面傾斜。傳輸介面設計用於將攝像機圖像以及另外的攝像機圖像傳輸至分析單元，該分析單元設計用於透過使用至少攝像機圖像和/或另外的攝像機圖像來辨識遠焦光學系統的調制轉換函數。

遠焦光學系統的特徵在於，它作爲一個整體系統對於光學系統輻射出的光線無任何聚焦或漫射作用。遠焦光學系統或可爲單獨部件，例如雷射器的出射窗、智慧型手機顯示熒幕的觸覺感應式透明顯示介面或光學濾波器，或可爲多個部件組成的光學系統，例如雙側遠心攝像機鏡頭或望遠鏡。測定調制轉換函數，簡稱「MTF」，也可稱之爲調制傳遞函數，可得出對光學系統的成像品質的結論。透過使用MTF測定鏡片等折射光學系統的成像品質在目前的技術水準下已廣泛使用。這裡提出的量測設備使用在多個區域位置同時量測光學系統的成像品質的方法，其中遠焦光學系統特別有利地可作為透過使用量測設備的光學系統進行測定。量測設備的固定裝置可設計用於在固定平面以內將光學系統固定在定義的指定位置，或在固定平面以內將光學系統移動至定義的指定位置。備光裝置可設計用於提供光源作為寬帶光源，並且/亦或另外的備光裝置可設計用於提供另外的光源作為另外的寬帶光源。備光裝置和/或另外的備光裝置可包括至少一個LED燈，例如至少一個白光源LED燈。可將測定軸理解爲備光裝置經過光學系統到達攝像機的光學路徑。相應地，可將斜測定軸理解爲另外的備光裝置經過光學系統到達攝像機的光學路徑。分析單元依據實施方式可爲量測設備的元件。

量測設備也可配備至少一個第三攝像機，用於從第二面觀察固定裝置中的光學系統，該第三攝像機設計用於生成第三攝像機圖像，並且也可配備至少一個第三備光裝置，用於提供第三光源從第一面爲固定裝置中的光學系統照明，其中在量測設備的準備運行狀態中，第三備光裝置、光學系統以及第三攝像機同軸佈置於另外的斜測定軸上，或它們的量測軸與該另外的斜測定軸平行佈置，該另外的斜測定軸與測定軸和/或固定平面和/或斜測定軸傾斜。因此可有利地在多個視場角下測定遠焦光學系統的MTF，用以獲取MTF的詳細結果。量測設備也可另行配備任意數量的攝像機以及所屬的備光裝置，它們的光學系統可分別佈置於另備的不同的斜測定軸上。例如測定設備共可配置九臺攝像機以及九個攝像機所屬的備光裝置。因此可將測定軸以及八個斜測定軸用於測定光學系統的MTF。所有斜測定軸均可與測定軸相交於一個共同的交叉點，該交叉點例如可佈置於遠焦光學系統上或遠焦光學系統內。

依據實施方式，備光裝置可配備可聚焦的或不可聚焦的準直儀，該準直儀設計用於提供光源作為準直光源。因此可使光源輸出有目的地轉向，例如轉向光學系統。相應地，另外的備光裝置可配備可聚焦的或不可聚焦的準直儀，該準直儀設計用於提供另外的光源作為準直光源。準直儀還可配備成像結構，例如以分度線板的形式。分度線板可形成為例如十字線。結構/分度線板可佈置於備光裝置與光學系統之間。結構/分度線板的位置可固定不變或沿着測定軸可變。每個準直儀可配備自己的此類結構或分度線板。

另一優勢特征在於，量測設備依據實施方式配備至少一個光學濾波器，該光學濾波器設計用於改變聚焦在光學濾波器上的具有第一波長範圍的光源，用以提供從光學濾波器中輻射出的具有經過變更的第二波長範圍的光源，並且/亦或該光學濾波器設計用於改變聚焦在光學濾波器上的具有第一偏光的光源，用以提供從光學濾波器輻射出的具有經過變更的第二偏光的光源。此類光學濾波器可將光源的波長範圍或偏光調整至與應用領域匹配。例如，若光學系統爲智慧型手機顯示熒幕介面或「擴增實境」系統或「虛擬實境」系統波導器，簡稱「AR系統」或「VR系統」，則可將所謂的V-Lambda濾波器作爲光學濾波器使用。因此可在日光下將光源調整至與肉眼靈敏度分布匹配。在斜測定軸上也可佈置有相應的或其他光學濾波器。光學濾波器可佈置爲轉向式和/或旋轉式，但也亦可佈置為固定式。光學濾波器可與固定平面平行佈置，例如於攝像機與固定裝置之間，但亦或於備光裝置與固定裝置之間。另行或備選地，量測設備可配備佈置於準直儀光束路徑中的轉向式和/或旋轉式或固定式光學濾波器，用於改變或限定光源的波長範圍，或用於改變或限定光源的偏光。

量測設備可配備攝像機支架裝置，該攝像機支架裝置配備用於固定攝像機的固定單元。此類攝像機支架裝置可將例如所有攝像機共同固定在彼此固定的位置。攝像機支架裝置可形成爲球面殼層形狀作為攝像機球面殼層。攝像機球面殼層可佈置為在與測定軸垂直的X軸上和/或與測定軸垂直且與X軸垂直的Y軸上可線性移動，並且/亦或圍繞X軸和/或Y軸可傾斜。透過攝像機球面殼層之此類移動過程，可在形成爲例如波導器的光學系統中測定眼動範圍（Eyebox）。

量測設備也可配備備光支架裝置，該備光支架裝置配備用於固定備光裝置的固定單元。此類備光支架裝置可將例如所有備光裝置共同固定在彼此固定的位置。備光支架裝置可形成爲球面殼層形狀作為備光裝置球面殼層。備光裝置球面殼層可佈置為在與測定軸垂直的X軸上和/或與測定軸垂直且與X軸垂直的Y軸上可線性移動，並且/亦或圍繞X軸和/或Y軸可傾斜。透過備光裝置球面殼層之此類移動過程，可在形成爲例如波導器的光學系統中測定眼動範圍（Eyebox）。依據有利的實施方式，攝像機球面殼層與固定裝置位置固定不變，且備光裝置球面殼層可線性移動和/或可傾斜。依據備選的實施方式，備光裝置球面殼層與固定裝置位置固定不變，且攝像機球面殼層可線性移動和/或可傾斜。換言之，攝像機支架裝置可佈置為朝着備光支架裝置可傾斜或傾斜的，亦或備光支架裝置可佈置為朝着攝像機支架裝置可傾斜或傾斜的。因此，依據實施方式可在或已在備光球面殼層與攝像機球面殼層之間實現錯位。

攝像機支架裝置可佈置爲可橫向移動的，另行或備選地，備光支架裝置也可佈置爲可橫向移動的。因此可沿着X軸和/或Y軸實現橫向錯位。其中，在攝像機或準直儀或所屬圓頂的橫向錯位與固定裝置（待測件支架、托盤）的橫向錯位之間可存在差異。存在入射光瞳小於出射光瞳的待測件。此待測件例如爲AR/VR系統的波導器。因此待測件必須位於一個固定位置，以便可瞄準入射光瞳。橫向移動攝像機支架，用以掃描視場角（FOV）或眼動範圍。另外可對準直儀進行橫向錯位。

例如量測設備還可配備移動裝置，該移動裝置設計用於將固定裝置橫向移動至測定軸。例如，在應用移動裝置的情形下，固定裝置可在與測定軸垂直的X軸上和/或與測定軸垂直且與X軸垂直的Y軸上可移動，並且/亦或圍繞X軸和/或Y軸可傾斜。藉由移動裝置可將遠焦光學系統移動至攝像機與備光裝置之間的測定軸和/或斜測定軸的交叉點。可傾斜的固定裝置可在形成爲波導器的光學系統中實現視場角測定，即「Field Of View」測定。

另一優勢特徵在於，量測設備依據實施方式配備至少一個光圈用於光源和/或另外的光源。光圈可用於生成高效光瞳。為此，光圈可佈置於固定裝置、攝像機或備光裝置上。

量測設備還可配備分析單元，該分析單元設計用於透過使用攝像機圖像和/或另外的攝像機圖像來辨識調制轉換函數中的容差，並透過使用容差來確定校正值或校正矩陣，用於校正調制轉換函數以及提高光學系統的成像品質。

分析單元例如可在此設計用於辨識調制轉換函數與預設調制轉換函數之間的容差。調制轉換函數中的此類容差例如可由於形成為行動電話顯示熒幕元件的光學系統中的內部結構化設計而造成，如用於生產觸敏式行動電話顯示熒幕的電容式感測器。結構化設計可因而對行動電話顯示熒幕傳遞的圖像資訊造成消極影響，並導致成像品質下降。透過使用校正值或校正矩陣可有利地校準具有容差的調制轉換函數，因而提高成像品質。

攝像機和/或另外的攝像機可配備固定的或可調的聚焦位置。聚焦位置的調整可由此實現，即可相對於攝像機的收集光學器件將攝像機感測器在軸向方向上沿着其光學軸移動。另行或備選地，攝像機收集光學器件可具有可變焦距。

量測設備依據另一種實施方式可配備面向第二面的結構辨識攝像機，該結構識別攝像機設計用於在固定平面上或在固定平面周圍的定義區域內辨識預定義的結構，其中分析裝置設計用於透過使用辨識出的預定義的結構來確定光學系統的橫向位置。這可在固定平面以內辨識光學系統的位置，用以例如透過使用移動裝置將光學系統移動至測定軸和/或斜測定軸的交叉點。

遠焦光學系統可形成爲單獨部件，例如雷射器的出射窗、行動電話顯示熒幕、AR系統波導器或光學濾波器。備選地，遠焦光學系統但是也可形成爲多個部件組成的光學系統，例如攝像機鏡頭或望遠鏡。

用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的方法包括提供光源步驟、提供另外的光源步驟、生成攝像機圖像步驟、生成另外的攝像機圖像步驟以及辨識步驟。在提供光源步驟中，透過使用備光裝置提供光源從第一面爲固定在固定裝置的固定平面上的光學系統照明。在提供另外的光源步驟中，透過使用另外的備光裝置提供另外的光源從第一面爲固定在固定裝置的固定平面上的光學系統照明。在生成攝像機圖像步驟中，透過使用攝像機從與第一面相對的第二面生成分度線板在固定裝置中的遠焦光學系統上的攝像機圖像，其中備光裝置、光學系統和攝像機同軸佈置於測定軸上，或它們的量測軸與該測定軸平行佈置，該測定軸與固定平面垂直。在生成另外的攝像機圖像步驟中，透過使用另外的攝像機從第二面生成另外的分度線板在固定裝置中的遠焦光學系統上的另外的攝像機圖像，其中另外的備光裝置、光學系統以及另外的攝像機同軸佈置於斜測定軸上，或它們的量測軸與該斜測定軸平行佈置，該斜測定軸與測定軸和/或固定平面傾斜。在辨識步驟中，透過使用攝像機圖像和/或另外的攝像機圖像來辨識光學系統的調制轉換函數。

在生成攝像機圖像步驟中，可生成分度線板（十字線）的攝像機圖像，該分度線板透過準直儀、遠焦系統和攝像機鏡頭成像。在生成另外的攝像機圖像步驟中，同樣也可生成另外的分度線板的另外的攝像機圖像，該另外的分度線板透過準直儀、遠焦系統和攝像機鏡頭成像。

在生成攝像機圖像和/或生成另外的攝像機圖像步驟中，可分別生成一個序列的攝像機圖像和/或一個序列的另外的攝像機圖像。例如藉由準直儀分別生成分度線板的第一張中間成像，該第一張中間成像透過遠焦光學系統（待測件）改變並隨後藉由攝像機/另外的攝像機的收集光學器件在感測器上成像。

下文對本方法的優勢實施例進行闡述，在不同附圖中說明的部件與類似部件的參考標記相同或類似，避免重複闡釋相同部件。

圖1以一種實施例圖例說明用於測定遠焦光學系統105的調制轉換函數MTF的量測設備100。

量測設備100配備固定裝置110、備光裝置115、攝像機120、至少一個另外的備光裝置125、至少一臺另外的攝像機130以及傳輸介面135。固定裝置115形成為在固定平面140中固定遠焦光學系統105。備光裝置115設計用於提供光源145從第一面150爲固定裝置110中的遠焦光學系統105照明。攝像機120設計用於從與第一面150相對的第二面155觀察固定裝置110中的遠焦光學系統105並生成攝像機圖像160，其中在量測設備100的準備運行狀態中，備光裝置115、遠焦光學系統105以及攝像機120同軸佈置於測定軸162上，或它們的量測軸與該測定軸平行佈置，該測定軸與固定平面140垂直。另外的備光裝置125設計用於提供光源165從第一面150為固定裝置110中的遠焦光學系統105照明。另外的攝像機130設計用於從第二面155觀察固定裝置110中的遠焦光學系統105並生成攝像機圖像170；其中在量測設備的準備運行狀態中，另外的備光裝置125、遠焦光學系統105以及另外的攝像機130同軸佈置於斜測定軸175上，或它們的量測軸與該斜測定軸平行佈置，該斜測定軸與測定軸162和/或固定平面140傾斜。傳輸介面135設計用於將攝像機圖像160以及另外的攝像機圖像170傳輸至分析單元180，該分析單元設計用於透過使用至少攝像機圖像160和/或另外的攝像機圖像170來辨識遠焦光學系統105的調制轉換函數MTF。

僅示例性地，遠焦光學系統105依據此實施例固定於量測設備100的固定裝置110中並因此佈置於固定平面140中。

遠焦光學系統105依據此實施例示例性地爲單獨部件，在此以例如行動電話的顯示熒幕的形式。依據備選的實施例，遠焦光學系統105形成爲其他單獨部件，例如雷射器的出射窗、AR/VR系統的波導器或光學濾波器，但亦或形成爲多個部件組成的光學系統，例如雙側遠心攝像機鏡頭或望遠鏡。這裡提出的量測設備100依據實施例設計用於在多個區域位置同時量測光學系統105的調制轉換函數MTF/成像品質。可將測定軸162理解爲備光裝置115經過光學系統105到達攝像機120的光學路徑。相應地，可將斜測定軸175理解爲另外的備光裝置125經過光學系統105到達攝像機130的光學路徑。依據實施例，分析單元180爲量測設備100的元件。

依據此實施例，備光裝置115配備可聚焦的或不可聚焦的準直儀，該準直儀設計用於提供光源作為準直光源145。相應地，另外的備光裝置125依據此實施例配備可聚焦的或不可聚焦的準直儀，該準直儀設計用於提供另外的光源作為準直光源165。準直儀在圖5詳細標識並說明。準直儀依據此實施例配備成像結構，此處例如以分度線板185的形式，該分度線板在此處僅示例性地形成爲十字線。分度線板185依據實施例佈置於備光裝置115與光學系統105之間。結構/分度線板185的位置可固定不變或沿着測定軸162/斜測定軸175可變。依據實施例，另外的備光裝置125配備自己的另外的分度線板185。

依據實施例，量測設備100配備至少一個光學濾波器，該光學濾波器設計用於改變聚焦在光學濾波器上的具有第一波長範圍的光源145，用以提供從光學濾波器中輻射出的具有經過變更的第二波長範圍的光源145，並且/亦或該光學濾波器設計用於改變聚焦在光學濾波器上的具有第一偏光的光源145，用以提供從光學濾波器輻射出的具有經過變更的第二偏光的光源145。此類光學濾波器可將光源的波長範圍或偏光調整至與應用領域匹配。在斜測定軸175上依據實施例也佈置有相應的或其他光學濾波器。光學濾波器依據實施例佈置爲轉向式和/或旋轉式，但亦或佈置為固定式。光學濾波器依據實施例與固定平面140平行佈置，例如於攝像機120與固定裝置110之間，但亦或依據其他實施例於備光裝置115與固定裝置110之間。另行或備選地，量測設備100依據實施例配備佈置於備光裝置115的準直儀的光束路徑中的轉向式和/或旋轉式或固定式光學濾波器，用於改變或限定光源145的波長範圍，或用於改變或限定光源145的偏光。另行或備選地，量測設備100依據實施例配備佈置於另外的備光裝置125的準直儀的光束路徑中的轉向式和/或旋轉式或固定式光學濾波器，用於改變或限定另外的光源165的波長範圍，或用於改變或限定另外的光源165的偏光。

量測設備100依據實施例還配備移動裝置190，該移動裝置設計用於將固定裝置110橫向移動至測定軸162。在應用移動裝置190的情形下，固定裝置110在與測定軸162垂直的X軸上和/或與測定軸162垂直且與X軸垂直的Y軸上可移動，並且/亦或圍繞X軸和/或Y軸可傾斜。透過移動裝置190，光學系統105依據實施例在固定平面140以內可移動至攝像機120與備光裝置115之間的測定軸162，並且/亦或移動至測定軸162與斜測定軸175之交叉點。

量測設備100依據此實施例配備至少一個光圈192用於光源145和/或另外的光源165。光圈192依據此實施例設計用於生成高效光瞳。為此，此光圈192依據此實施例佈置於固定裝置110上，或依據備選的實施例佈置於攝像機120和/或另外的攝像機130或備光裝置115和/或另外的備光裝置125上或內。

量測設備100依據此實施例還配備分析單元180，該分析單元設計用於透過使用攝像機圖像160和/或另外的攝像機圖像170來辨識調制轉換函數MTF中的容差，並透過使用容差來確定校正值或校正矩陣，用於校正調制轉換函數MTF以及提高光學系統105的成像品質。調制轉換函數MTF中的此類容差例如由於形成為行動電話顯示熒幕的遠焦光學系統105中的內部結構化設計195而造成，如用於生產觸敏式行動電話顯示熒幕的電容式感測器。結構化設計195可因而對行動電話顯示熒幕傳遞的圖像資訊造成消極影響，並導致成像品質下降。透過使用校正值或校正矩陣可有利地校準具有容差的調制轉換函數，因而可提高成像品質。分析單元180例如在此設計用於辨識調制轉換函數MTF與預設調制轉換函數之間的容差。

攝像機120和/或另外的攝像機130依據不同的實施例或配備固定的聚焦位置，或配備可調的聚焦位置。依據此實施例，攝像機120和/或另外的攝像機130配備可調的聚焦位置，其中圖像感測器相對於攝像機的收集光學器件沿着其光學軸可移動，並且/亦或在此形成爲焦距可變的伸縮式鏡頭攝像機的形式。

量測設備100依據此實施例還配備面向第二面155的結構辨識攝像機197，該結構辨識攝像機設計用於在固定平面140上或在固定平面140周圍的定義區域內辨識預定義的結構，其中分析裝置180設計用於透過使用辨識出的預定義的結構來確定光學系統105的橫向位置。依據實施例，移動裝置190設計用於透過使用光學系統105的橫向位置將光學系統105移動至測定軸162，並且/亦或移動至測定軸162與斜測定軸175之交叉點。

圖2以一種實施例透視說明量測設備100。其中，此量測設備可爲圖1中所述的量測設備100，二者的區別在於，量測設備100依據此實施例配備至少一臺第三攝像機200、至少一個第三備光裝置205、配有固定單元215用於固定攝像機120、130和200的攝像機支架裝置210和/或配有固定單元225用於固定備光裝置115、125和205的備光支架裝置220。

第三攝像機200設計用於從第二面觀察固定裝置110中的遠焦光學系統105並生成攝像機圖像。第三備光裝置205設計用於提供第三光源從第一面爲固定裝置110中的光學系統105照明，其中在量測設備100的準備運行狀態中，第三備光裝置205、光學系統105以及第三攝像機200同軸佈置於另外的斜測定軸上，或它們的量測軸與該另外的斜測定軸平行佈置，該另外的斜測定軸與測定軸和/或固定平面和/或斜測定軸傾斜。量測設備100依據實施例另行配備任意數量的攝像機以及所屬的備光裝置，它們的光學系統105分別佈置於另備的不同的斜測定軸上。依據此處所示之實施例，量測設備100共配置九臺攝像機120、130、200以及九個攝像機120、130、200所屬的備光裝置115、125、205。因此可將測定軸以及八個斜測定軸用於測定光學系統105的MTF。所有斜測定軸依據此實施例均與測定軸相交於一個共同的交叉點，該交叉點例如佈置於光學系統105上或光學系統內。

攝像機支架裝置210依據此實施例形成爲球面殼層形狀作爲攝像機球面殼層。攝像機球面殼層依據實施例在與測定軸垂直的X軸上和/或與測定軸垂直且與X軸垂直的Y軸上可線性移動，並且/亦或圍繞X軸和/或Y軸可傾斜。備光支架裝置220依據此實施例形成爲球面殼層形狀作爲備光裝置球面殼層。備光裝置球面殼層依據實施例在與測定軸垂直的X軸上和/或與測定軸垂直且與X軸垂直的Y軸上可線性移動，並且/亦或圍繞X軸和/或Y軸可傾斜。依據備選的實施例，攝像機球面殼層與固定裝置110形成為位置固定不變的，且備光裝置球面殼層形成為可線性移動和/或可傾斜的。依據備選的實施方式，備光裝置球面殼層與固定裝置110形成為位置固定不變的，且攝像機球面殼層形成為可線性移動和/或可傾斜的。

攝像機支架裝置210、備光支架裝置220以及固定裝置110依據此實施例固定於工作臺上，此處示例性地以平板車230的形式。

圖1和2以結構化的顯示熒幕爲例，說明用於遠焦光學系統105的量測設備100之量測原理與結構。爲保證圖示直觀清晰，未標識出測定軸軸外的光束路徑。圖2說明組裝完成後的量測設備之技術實現情況。量測設備100與常見量測系統相同，可在多個區域位置同時測定光學元件（以下稱之爲「待測件」）的成像品質，其中需測定的待測件與常見的量測系統存在差異，此待測件爲遠焦光學系統105。在應用情形中，待測件的底部藉由準直光源進行照明。透過準直儀生成此準直光源，該準直光源在準直光源側包含成像結構，例如十字線，也稱之爲「Reticle」。圖2說明十字線位置固定不變的準直儀。例如各使用一個白光源LED燈作爲備光裝置115、125、205的光源。依據不同的應用情況，可設想使用其他光源。依據實施例另行應用光學濾波器，用以將波長範圍調整至與應用情況匹配。因此，在例如測定智慧型手機顯示熒幕或AR/VR系統波導器時使用適光眼濾波器，用以在日光下將光源145波長範圍調整至與肉眼靈敏度分布匹配。另行或備選地，依據實施例在準直儀的光束路徑中佈置有固定式或旋轉式偏光濾波器。濾波器的應用例如在量測與波長有關的成像品質（MTF）時也是重要的。

爲了在多個不同區域位置同時測定待測件，準直儀以圓頂形式佈置於備光支架裝置220上，攝像機120、130、200也以圓頂形式佈置於攝像機支架裝置210上。此圓頂在圖6、7、8和9中詳細標識出。在此處所示之量測設備100的準備運行狀態中，兩個圓頂結構位於待測件下方或上方。圖2說明組裝完成後的量測設備100。每個圓頂均由一個球面殼層組成，支架裝置固定於該球面殼層表面。此支架裝置用於在支架裝置側固定攝像機120、130、200或準直儀。其中，攝像機120、130、200和準直儀如此安裝，即它們的光學軸相交於一個交叉點。其中，攝像機120或備光裝置115的準直儀安裝在圓頂的正中間。此軸向攝像機120或此軸向準直儀如此調整位置，即它們的光學軸垂直於待測件平面上（上文稱之爲固定平面）。其中，攝像機120、130、200或準直儀的所有光學軸的交叉點位於軸向攝像機120或軸向準直儀的光學軸上。在組裝完成後的量測設備100中，圓頂結構相對而置。依據實施例，曲率中心點均重合一致，或依據其他實施例，曲率中心點相互錯位佈置。若待測光學部件/系統105在光束路徑中產生平行錯位，則可須要曲率中心點相互錯位佈置。例如適用於量測平面波導器或稜鏡系統的情況。另行在攝像機120、130、200的光束路徑中生成高效光瞳。這依據實施例透過靠近待測件的光圈來實現，詳見圖1或圖3。依據備選的實施例，獨立光圈佈置於每個準直儀或每臺攝像機120、130、200前側。

待測件本身固定於適用支架上，即位於上方與下方圓頂之間的固定裝置110。支架可在X方向與Y方向上移動，以便可在不同位置測定待測件。支架依據實施例設計用於固定多個依次測定的待測件。此外，依據實施例，在待測件上方或下方佈置有光學濾波器，用於改變經過待測件的光束波長和/或偏光。濾波器的尺寸依據實施例在必要情況下可調。這表現為備選的實施，適用於不配備相應濾波器應用準直儀的情況。

上方圓頂的支撐杆依據實施例配備另外的攝像機，如圖1所述的結構辨識攝像機的形式，用以確定待測件的橫向位置（x位置、y位置）。爲確定橫向位置，此結構辨識攝像機依據實施例設計用於辨識待測件平面上的已知結構，或另行辨識與待測件以定義間距佈置的且例如位於待測件支架上的結構。

這裡提出的量測設備100的重要應用領域爲測定智慧型手機顯示熒幕。顯示熒幕的特徵在於其配有內部結構化設計，該內部結構化設計例如實現顯示熒幕的觸敏操作。圖1和3說明此類結構化熒幕的截圖。此類集成內置的結構對顯示熒幕傳遞的圖像資訊造成消極影響。這裡提出的量測設備100依據實施例還配備分析單元，該分析單元可檢測由於結構化設計而導致的成像品質下降，並在此數值基礎上計算出校正因數或校正矩陣。計算出的校正因數或校正矩陣繼續用於圖像處理，用以校正藉由攝像機120、130、200透過顯示熒幕拍攝的圖像。正確的應用情形爲藉由智慧型手機的前置攝像頭進行圖像拍攝。

這裡提出的量測設備100的另一個重要應用領域在於測定波導器，特別是應用於VR/AR系統磁頭組的波導器。在VR/AR應用的光學系統中，測定所謂「眼動範圍」的區域具有重要性。此區域一般可定義爲眼睛瞳孔必須位於其中的體積，用以滿足圖像感知的個別定義標準。此類標準可例如為，在眼動範圍的區域內完全顯示磁頭組生成的圖像。爲了透過這裡建議的量測設備100在眼動範圍以內的不同位置測定相應波導器，量測設備在相應的變體中如此設計，即待測件與可選的下方或上方圓頂固定不變，而另一個圓頂可改變其橫向位置。

另一個重要的AR/VR系統光學器件量測參數爲視場角或Field of View（FOV）。其中必要的是，待測件平面與攝像機120、130、200或準直儀光學軸之間的角度可變，以便使得待測件平面與軸向攝像機120/軸向準直儀之間的角度相差90°。這依據不同實施例由此實現，即要麼待測件支架是圍繞x軸或y軸可傾斜的，要麼備選地上方或下方圓頂是可傾斜的。

依據實施例，這裡提出的用於測定遠焦光學系統105的調制轉換函數MTF的量測設備100之主要特徵在於以下元件： -       待測件支架形式的固定裝置110，該待測件支架依據實施例能夠將需檢測的遠焦光學系統105移動至定義的固定位置； -       多臺攝像機120、130，這些攝像機以例如固定結構的方式如此佈置於待測件上方，即攝像機120、130的圖像平面分佈於球面殼層表面上，並且攝像機120、130的光學軸至少近似相交於一個交叉點，以及，此外攝像機120中的一臺攝像機如此佈置於球面殼層表面的正中間，即該一臺攝像機120的光學軸可垂直於待測件平面上，並且，此外所有攝像機120、130的光學軸的交叉點位於該一臺攝像機120的光學軸上； -       多個例如配有準直儀的備光裝置115、125，這些備光裝置以例如固定結構的方式如此佈置於待測件下方，即準直儀的鏡頭平面分佈於球面殼層表面上並且準直儀的光學軸至少近似相交於一個交叉點，以及，此外準直儀中的一個如此佈置於球面殼層表面的正中間，即該一個準直儀的光學軸垂直於待測件平面上，並且，此外所有準直儀光學軸的交叉點位於該一個準直儀的光學軸上；以及 -       控制單元形式的分析單元，用於分析藉由攝像機120、130拍攝的攝像機圖像。

這裡提出的量測設備100的任意組合的其他選配元件或特性爲： -       攝像機120、130或配備固定的聚焦位置，或配備可調的聚焦位置； -       每個準直儀/備光裝置115、125、205均配備寬帶光源，並且/亦或，此外固定式或旋轉式以及轉向式光學濾波器佈置於準直儀/備光裝置115、125、205的光束路徑以內，並且/亦或光學濾波器用於限定或改變光源生成的光線145波長範圍和/或偏光； -       在每個準直儀/備光裝置115、125、205的光束路徑中設有分度線板（十字線），透過光源爲該分度線板提供照明，並且該分度線板的位置沿著光學軸在準直儀/備光裝置115、125、205的光束路徑中或固定不變，或可變； -       在與待測件平面平行的平面上佈置有固定式或旋轉式以及轉向式光學濾波器，用於影響經過待測件的光束的波長和/或偏光； -       在至少一個經過待測件的光束中生成一個高效的光瞳，該光瞳以至少一個物理孔徑的形式實現； -       待測件支架與固定式攝像機結構形式的攝像機支架裝置210固定連接，該固定式攝像機結構位於待測件支架上方，並且固定式準直儀結構形式的備光支架裝置220可相對於待測件支架改變其橫向位置，該固定式準直儀結構位於待測件支架下方； -       待測件支架與固定式準直儀結構固定連接，該固定式準直儀結構位於待測件支架下方，並且固定式攝像機結構相對於待測件支架可改變其橫向位置，該固定式攝像機結構位於待測件支架上方； -       可在固定式攝像機結構以內和/或固定式準直儀結構以內改變待測件平面與攝像機120、130光學軸之間的角度； -       至少一臺結構辨識攝像機佈置於待測件上方，並且用於辨識待測件平面中的或與待測件平面有定義間距的已知結構，並且，此外控制單元如此設計，即藉由至少一臺結構辨識攝像機辨識出的圖像來確定待測件的橫向位置； -       此外控制單元如此設計，即能夠確定由於待測件中的結構而導致的成像品質下降，並且此外計算出校正因數或校正矩陣，藉由該參數以計算方式消除圖像處理中出現的先前確定的成像品質下降。

圖3以一種實施例圖例說明量測設備100。其中，該量測設備可爲圖1或2所述的量測設備100。

圖3說明量測設備100的軸向光束路徑。所屬的軸向攝像機圖像詳見圖4。依據實施例，使用例如感測器位置軸向可變和/或焦距可調的攝像機120作爲成像系統。備選地，可使用十字線可移動的準直儀和固定可調的攝像機120，但也亦可使用可聚焦的準直儀以及聚焦位置可調的攝像機120。

圖4以一種實施例圖例說明量測設備100的攝像機圖像160。其中，此圖像可爲圖3中所說明的量測設備100的攝像機120的攝像機圖像160，也可稱之爲軸向攝像機圖像。

圖5以一種實施例圖例說明量測設備的準直儀500的側截圖。其中，該量測設備可爲圖1至4所述的量測設備100。圖示直觀說明可聚焦的準直儀500的一般功能原理。

圖6以一種實施例說明量測設備的備光支架裝置220的透視圖。其中，該裝置可爲圖2所述的備光支架裝置220。備光支架裝置220也可稱之爲準直儀圓頂。標識出截圖線A-A。

圖7以一種實施例說明量測設備的備光支架裝置220的側截圖。標識出截圖線A-A。因此該裝置可爲圖6中所述的備光支架裝置220，在該備光支架裝置中固定圖5中所述的準直儀。

圖8以一種實施例說明量測設備的攝像機支架裝置210的透視圖。其中，該裝置可爲圖2所述的攝像機支架裝置210。攝像機支架裝置210也可稱之爲伸縮圓頂。標識出另一條截圖線A-A。

圖9以一種實施例說明量測設備的攝像機支架裝置210的側截圖。標識出截圖線A-A。因此該裝置可爲圖8中所述的攝像機支架裝置210，在該攝像機支架裝置中固定攝像機。

圖10以一種實施例說明用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的方法1000的流程示意圖。其中，該系統可爲上述任一附圖中所述的遠焦光學系統。可透過上述任一附圖中所述的量測設備啓動或運行方法1000。

方法1000包含提供光源步驟1005、提供另外的光源步驟1010、生成攝像機圖像步驟1015、生成另外的攝像機圖像步驟1020以及辨識步驟1025。在提供光源步驟1005中，透過使用備光裝置提供光源從第一面爲固定在固定裝置的固定平面上的遠焦光學系統照明。在提供另外的光源步驟1010中，透過使用另外的備光裝置提供另外的光源從第一面爲固定在固定裝置的固定平面上的遠焦光學系統照明。在生成攝像機圖像步驟1015中，透過使用攝像機從與第一面相對的第二面生成分度線板在固定裝置中的遠焦光學系統上的攝像機圖像，其中備光裝置、遠焦光學系統和攝像機同軸佈置在測定軸上，或它們的量測軸與該測量軸平行佈置，該量測軸與固定平面垂直。在生成另外的攝像機圖像步驟1020中，透過使用另外的攝像機從第二面生成另外的分度線板在固定裝置中的遠焦光學系統上的另外的攝像機圖像，其中另外的備光裝置、遠焦光學系統以及另外的攝像機同軸佈置於斜測定軸上，或它們的量測軸與該斜測定軸平行佈置，該斜測定軸與測定軸和/或固定平面傾斜。在辨識步驟1025中，透過使用攝像機圖像和/或另外的攝像機圖像來辨識或計算遠焦光學系統的調制轉換函數。亦可選擇在此步驟過程中另行計算校正因數或校正矩陣。

依據實施例，提供光源步驟1005與提供另外的光源步驟1010同步進行。依據實施例，生成攝像機圖像步驟1015與生成另外的攝像機圖像步驟1020同步進行。

在生成攝像機圖像步驟1015中，可生成分度線板（十字線）的攝像機圖像，該分度線板透過準直儀、遠焦系統和攝像機鏡頭成像。在生成另外的攝像機圖像步驟1020中，同樣也可生成另外的分度線板的另外的攝像機圖像，該另外的分度線板透過準直儀、遠焦系統和攝像機鏡頭成像。

在生成攝像機圖像步驟1015和/或生成另外的攝像機圖像步驟1020中，可分別生成一個序列的攝像機圖像和/或一個序列的另外的攝像機圖像。例如藉由準直儀分別生成分度線板的第一張中間成像，該第一張中間成像透過遠焦光學系統（待測件）改變並隨後藉由攝像機/另外的攝像機的收集光學器件在感測器上成像。

100:量測設備 105:遠焦光學系統 110:固定裝置 115:備光裝置 120:攝像機 125:備光裝置 130:攝像機 135:傳輸介面 140:固定平面 145:光源 150:第一面 155:第二面 160:攝像機圖像 162:測定軸 165:光源 170:攝像機圖像 175:斜測定軸 180:分析單元 185:分度線板 190:移動裝置 192:光圈 195:結構化設計 197:結構辨識攝像機 200:攝像機 205:備光裝置 210:攝像機支架裝置 215:固定單元 220:備光支架裝置 225:固定單元 230:平板車 500:準直儀 1000:用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的方法 1005:提供光源步驟 1010:提供另外的光源步驟 1015:生成攝像機圖像步驟 1020:生成另外的攝像機圖像步驟 1025:辨識步驟

下面藉由隨供的圖式對本方法進行示例性地詳細闡釋。圖式說明： [圖1]以一種實施例圖例說明用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的量測設備； [圖2]以一種實施例透視說明量測設備； [圖3]以一種實施例圖例說明量測設備； [圖4]以一種實施例圖例說明量測設備的攝像機圖像； [圖5]以一種實施例圖例說明量測設備的準直儀的側截圖； [圖6]以一種實施例說明量測設備的攝像機支架裝置的透視圖； [圖7]以一種實施例說明量測設備的攝像機支架裝置的側截圖； [圖8]以一種實施例說明量測設備的備光支架裝置的透視圖； [圖9]以一種實施例圖例說明量測設備的備光支架裝置的側截圖；並且 [圖10]以一種實施例說明用於測定遠焦光學系統的調制轉換函數的方法的流程示意圖。

100:量測設備

105:遠焦光學系統

110:固定裝置

115:備光裝置

120:攝像機

125:備光裝置

130:攝像機

135:傳輸介面

140:固定平面

145:光源

150:第一面

155:第二面

160:攝像機圖像

162:測定軸

165:光源

170:攝像機圖像

175:斜測定軸

180:分析單元

185:分度線板

190:移動裝置

192:光圈

195:結構化設計

197:結構辨識攝像機

Claims (15)

1. 一種用於測定遠焦光學系統（105）的調制轉換函數（MTF）的量測設備（100），其中所述量測設備（100）具有以下特徵： 固定裝置（110），用於將所述遠焦光學系統（105）固定在固定平面（140）上； 備光裝置（115），用於提供光源（145）從第一面（150）爲所述固定裝置（110）中的所述遠焦光學系統（105）照明； 攝像機（120），用於從與所述第一面（150）相對的第二面（155）觀察所述固定裝置（110）中的所述遠焦光學系統（105）並生成攝像機圖像（160），其中在所述量測設備（100）的準備運行狀態中，所述備光裝置（115）、所述遠焦光學系統（105）以及所述攝像機（120）同軸佈置於測定軸（162）上，或它們的量測軸與所述測定軸平行佈置，所述測定軸與所述固定平面（140）垂直； 至少一個另外的備光裝置（125），用於提供另外的光源（165）從所述第一面（150）爲所述固定裝置（110）中的所述遠焦光學系統（105）照明； 至少一臺另外的攝像機（130），用於從所述第二面（155）觀察所述固定裝置（110）中的所述遠焦光學系統（105）並生成另外的攝像機圖像（170）；其中在所述準備運行狀態中，所述另外的備光裝置（125）、所述遠焦光學系統（105）以及所述另外的攝像機（130）同軸佈置於斜測定軸（175）上，或它們的量測軸與所述斜測定軸平行佈置，所述斜測定軸與所述測定軸（162）和/或所述固定平面（140）傾斜；以及 傳輸介面（135），用於將所述攝像機圖像（160）以及所述另外的攝像機圖像（170）傳輸至分析單元（180），所述分析單元設計用於透過使用至少所述攝像機圖像（160）和/或所述另外的攝像機圖像（170）來辨識所述遠焦光學系統（105）的所述調制轉換函數（MTF）。
2. 如請求項1所述之量測設備（100），在所述量測設備中，所述備光裝置（115）配備可聚焦的或不可聚焦的準直儀（500），所述準直儀設計用於提供所述光源（145）作為準直光源。
3. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備至少一臺第三攝像機（200），用於從所述第二面（155）觀察所述固定裝置（110）中的所述光學系統（105），用於生成第三攝像機圖像，並且配備至少一個第三備光裝置（205），用於提供第三光源從所述第一面（150）爲所述固定裝置（110）中的所述光學系統（105）照明，其中在所述量測設備（100）的所述準備運行狀態中，所述第三備光裝置（205）、所述光學系統（105）以及所述第三攝像機（200）同軸佈置於另外的斜測定軸上，或它們的量測軸與所述另外的斜測定軸平行佈置，所述另外的斜測定軸與所述測定軸（162）和/或所述固定平面（140）和/或所述斜測定軸（175）傾斜。
4. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備至少一個光學濾波器，所述光學濾波器設計用於改變聚焦在所述光學濾波器上的具有第一波長範圍的所述光源（145），用以提供從所述光學濾波器中輻射出的具有經過變更的第二波長範圍的所述光源（145），並且/亦或設計用於改變聚焦在所述光學濾波器上的具有第一偏光的所述光源（145），用以提供從所述光學濾波器輻射出的具有經過變更的第二偏光的所述光源（145）。
5. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備攝像機支架裝置（210），所述攝像機支架裝置配備用於固定所述攝像機（120, 130, 200）的固定單元（215）。
6. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備備光支架裝置（220），所述備光支架裝置配備用於固定所述備光裝置（115, 125, 205）的固定單元（225）。
7. 如請求項5所述之量測設備（100），在所述量測設備中，所述攝像機支架裝置（210）佈置為朝着所述備光支架裝置（220）可傾斜或傾斜的，亦或所述備光支架裝置（220）可佈置為朝着所述攝像機支架裝置（210）可傾斜或傾斜的。
8. 如請求項5所述之量測設備（100），在所述量測設備中，所述攝像機支架裝置（210）和/或所述備光支架裝置（220）佈置爲可橫向移動的。
9. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備移動裝置（190），所述移動裝置設計用於將所述固定裝置（110）橫向移動至所述測定軸（162）。
10. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備至少一個光圈（192）用於所述光源（145）和/或所述另外的光源（165）。
11. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備所述分析單元（180），所述分析單元設計用於透過使用所述攝像機圖像（160）和/或所述另外的攝像機圖像（170）來辨識所述調制轉換函數（MTF）中的容差，並透過使用所述容差來確定校正值或校正矩陣，用於校正所述調制轉換函數（MTF）以及提高所述光學系統（105）的成像品質。
12. 如請求項1或2所述之量測設備（100），在所述量測設備中，所述攝像機（120）和/或所述另外的攝像機（130）配有固定的或可調的聚焦位置。
13. 如請求項1或2所述之量測設備（100），所述量測設備配備面向所述第二面（155）的結構辨識攝像機（197），所述結構辨識攝像機設計用於在所述固定平面（140）上或在所述固定平面（140）周圍的定義區域內辨識預定義的結構，其中所述分析裝置設計用於透過使用辨識出的預定義的結構來確定所述光學系統（105）的橫向位置。
14. 如請求項1或2所述之量測設備（100），在所述量測設備中，所述光學系統（105）形成爲出射窗、顯示熒幕、波導器、光學濾波器、攝像機鏡頭或望遠鏡。
15. 一種用於測定遠焦光學系統（105）的調制轉換函數（MTF）的方法（1000），其中所述方法（1000）包括以下步驟： 透過使用備光裝置（115）提供（1005）光源（145）從第一面（150）爲固定在固定裝置（110）中的固定平面（140）上的所述遠焦光學系統（105）照明； 透過使用另外的備光裝置（125）提供（1010）另外的光源（165）從所述第一面（150）爲固定在所述固定裝置（110）中的所述固定平面（140）上的所述遠焦光學系統（105）照明； 透過使用攝像機（120）從與所述第一面（150）相對的第二面（155）生成（1015）分度線板（185）在所述固定裝置（110）中的所述遠焦光學系統（105）上的攝像機圖像（160），其中所述備光裝置（115）、所述遠焦光學系統（105）以及所述攝像機（120）同軸佈置於測定軸（162）上，或它們的量測軸與所述測定軸平行佈置，所述測定軸與所述固定平面（140）垂直； 透過使用另外的攝像機（130）從所述第二面（155）生成（1020）另外的分度線板（185）在所述固定裝置（110）中的所述遠焦光學系統（105）上的另外的攝像機圖像（170），其中所述另外的備光裝置（125）、所述遠焦光學系統（105）以及所述另外的攝像機（130）同軸佈置於斜測定軸（175）上，或它們的量測軸與所述斜測定軸平行佈置，所述斜測定軸與所述測定軸（162）和/或所述固定平面（140）傾斜；並且 透過使用所述攝像機圖像（160）和/或所述另外的攝像機圖像（170）來辨識（1025）或計算所述遠焦光學系統（105）的所述調制轉換函數（MTF）。

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