TWI407088B - 調制傳遞函數值之測量方法 - Google Patents

Description

調制傳遞函數值之測量方法

本發明涉及鏡頭檢測技術領域，尤其涉及一測量鏡頭調制傳遞函數值之裝置及其測量方法。

數位相機、攝像機及手機攝像頭等成像物體之影像品質主要取決於鏡頭之成像品質，而鏡頭之成像品質監控在於鏡頭測試過程。調制傳遞函數值(Modulation Transfer Function,MTF)為一分析鏡頭之解像力與反差再現能力、綜合評價鏡頭銳度、反差及解析度之重要參數。參見文獻：A simple method for determining the modulation transfer function indigital radiography；Fujita,H.,Tsai,D-Y.,Itoh,T.,Department of Electronic & Computer Engineering,England,Gifu University；Medical imaging,IEEE transactions on；pages 34~39,Volume 11,Issue 1,March.1992。

參見圖1，其為先前鏡頭調制傳遞函數值之測量裝置100之使用狀態剖示圖。鏡頭調制傳遞函數值之測量裝置100包括設有明暗相間圖案之測試板10、限位裝置20、驅動單元30與圖 像感測器40。限位裝置20供放置待測鏡頭120用，其與驅動單元30相連。驅動單元30用於驅動待測鏡頭120於測試板10與圖像感測器40之間沿待測鏡頭120之光軸方向上下移動，以使測試板10之圖案於圖像感測器40上形成最佳圖像。之後，藉由圖像感測器40一像素感測經由待測鏡頭120成像圖案亮度之最大值與最小值計算出待測鏡頭120之調制傳遞函數值，進而判斷鏡頭120是否合格。

為提高測量精度，一般而言，測試板10具有複數圖案。惟，使用測量裝置100時，一旦測試板10圖案較多，測試板10尺寸較大，超出圖像感測器40之可感測區，圖像感測器40便無法一次對測試板10全部圖案成像，這會造成由圖像感測器40之像素所感測之圖案之成像亮度可能非實際之最大值與最小值，導致測量裝置100會產生錯誤之測量結果。若使用具有較大可感測區之圖像感測器，將會大大提高測量成本。另外，測量裝置100一次只能檢測一鏡頭，測量效率較低。

有鑑於此，提供一調制傳遞函數值之測量裝置及其測量方法，以使圖像感測器對較大尺寸之測試板之全部圖案成像，並一次性準確測量複數鏡頭之調制傳遞函數值，提高測量效率實屬必要。

以下將以實施例說明一調制傳遞函數值之測量裝置及其測量方法。

該調制傳遞函數值之測量裝置包括測試板、圖像感測器、承 載裝置與驅動裝置。該測試板具有複數明暗相間圖案。該承載裝置位於測試板及圖像感測器之間，其包括限位裝置及承載台。該限位裝置設於承載台，並與圖像感測器相對。該承載台與測試板相對。該驅動裝置用於驅動承載裝置平行於測試板移動或轉動，以調節承載裝置與測試板之相對位置，從而使圖像感測器分別感測到測試板上不同部分之圖案經由待測鏡頭成像後之圖像。

該調制傳遞函數值之測量方法包括以下步驟：將複數待測鏡頭固定於調制傳遞函數值之測量裝置之限位裝置，選定圖像感測器之一像素，利用圖像感測器感測測試板上第一測試區經由待測鏡頭成像後之圖像，記錄圖像亮度之第一亮度最大值與第一亮度最小值；藉由驅動裝置驅動承載裝置帶動待測鏡頭平行於測試板移動或轉動，利用圖像感測器感測測試板上第二測試區經由待測鏡頭成像後之圖像，記錄圖像亮度之第二亮度最大值與第二亮度最小值；比較該第一亮度最大值與第二亮度最大值及第一亮度最小值與第二亮度最小值，得出最大值及最小值，從而計算待測鏡頭之調制傳遞函數值。

與先前技術相比，本技術方案之調制傳遞函數值之測量裝置包括驅動裝置，使用本技術方案之調制傳遞函數值之測量裝置測量鏡頭之調制傳遞函數值時，該驅動裝置可驅動該承載裝置帶動待測鏡頭平行於測試板移動或轉動，以使測試板不同部分之每個圖案經由待測鏡頭成像後之圖像均能被圖像感測器感測到，從而準確獲得圖案圖像亮度之最大值與最小值 ，進而提高待測鏡頭之調制傳遞函數值測量精度。本技術方案之調制傳遞函數值之測量方法可一次測量複數鏡頭，有效提高了檢測效率。

20，231，331‧‧‧限位裝置

10，21，31‧‧‧測試板

22，32，40‧‧‧圖像感測器

23‧‧‧承載裝置

24‧‧‧驅動裝置

30‧‧‧驅動單元

100，200，400‧‧‧測量裝置

120，300，500‧‧‧鏡頭

211‧‧‧圖案

232，332‧‧‧承載台

241，341‧‧‧驅動器

242，342‧‧‧傳動件

2311‧‧‧第一凹槽

2312‧‧‧第二凹槽

2321‧‧‧通孔

2411‧‧‧第一驅動器

2412‧‧‧第二驅動器

2421‧‧‧第一傳動臂

2422‧‧‧第二傳動臂

2423‧‧‧第三傳動臂

2424‧‧‧第一限位孔

2425‧‧‧第二限位孔

2428‧‧‧第三限位孔

2429‧‧‧第四限位孔

2426‧‧‧第一彈性凸起物

2427‧‧‧第二彈性凸起物

圖1係先前技術之調制傳遞函數值之測量裝置之使用狀態剖示圖。

圖2係本技術方案第一實施例提供之調制傳遞函數值之測量裝置之示意圖。

圖3係圖2所示調制傳遞函數值之測量裝置之承載裝置沿Ⅲ-Ⅲ線之剖示圖。

圖4A、4B係調制傳遞函數值之測量裝置之測試板之示意圖。

圖5A、5B係圖2所示調制傳遞函數值之測量裝置之使用狀態示意圖。

圖6係圖2所示調制傳遞函數值測量裝置之使用效果圖。

圖7係本技術方案第二實施例提供之調制傳遞函數值之測量裝置之示意圖。

圖8係圖7所示之調制傳遞函數值之測量裝置之使用狀態示意圖。

請參閱圖1及圖2，本發明較佳實施例提供的距離測量系統100用於測量待測背光模組200中的光源201與光學膜片組203 之間的距離值。

下面將結合附圖及實施例對本技術方案之調制傳遞函數值之測量裝置與測量方法作進一步詳細說明。

請參閱圖2，其為本技術方案之第一實施例提供之調制傳遞函數值之測量裝置200，其包括測試板21、圖像感測器22、承載裝置23及驅動裝置24。調制傳遞函數值之測量裝置200用於測量鏡頭之調制傳遞函數值。

測試板21具有複數不同亮度之區域，為便於描述，圖2中以複數圖案211表示不同亮度之區域。為後續測量之需要，測試板21上定義有第一測試區與第二測試區。第一測試區與第二測試區均具有複數明暗相間之圖案211。例如，測試板21邊緣之圖案分別以1、2、3、4、5、6、7與8標記，如圖4A所示，則第一測試區為以1、3、5、7四個圖案為頂點圍成之矩形區域，第二測試區為以2、4、6、8四個圖案為頂點圍成之矩形區域。由此，第一測試區與第二測試區部分重疊。另外，第一測試區還可與第二測試區相互間隔，如圖4B所示，測試板21’具有複數明暗相間之圖案211’，其邊緣之圖案分別以1’、2’、3’、4’、5’、6’、7’、8’、9’與10’標記，則第一測試區為以1’、2’、8’、9’與10’五個圖案為頂點圍成之區域，第二測試區為以3’、4’、5’、6’與7’五個圖案為頂點圍成之區域，由此第一測試區與第二測試區相互間隔而不重疊。本實施例中，第一測試區與第二測試區為如圖4A所示相互重疊。測試板21與圖像感測器22 分別位於承載裝置23之相對兩側。

圖像感測器22用於感測測試板21之複數圖案211經由待測鏡頭成像後於圖像感測器22上形成之圖像。圖像感測器22可為電荷耦合圖像感測器或互補金屬氧化物半導體圖像感測器。由於測試板21尺寸較大，超出了圖像感測器22可感測範圍，圖像感測器22並不能一次感測測試板21全部圖案。本實施例中，圖像感測器22一次只能感測到以1、3、5、7四個圖案為頂點圍成之第一測試區，或者以2、4、6、8四個圖案為頂點圍成之第二測試區。

請一併參閱圖2及圖3，承載裝置23包括限位裝置231與承載台232。

限位裝置231用於固定待測鏡頭。該限位裝置231呈圓形，其一表面設有複數第一凹槽2311，其另一表面設有複數與第一凹槽2311連通之第二凹槽2312。該第一凹槽2311形狀及尺寸與待測鏡頭形狀及尺寸相適配，該第二凹槽2312尺寸略小於第一凹槽2311尺寸，即略小於待測鏡頭尺寸，由此形成貫通限位裝置231相對二表面之階梯狀通孔結構。第一凹槽2311與第二凹槽2312相互配合固定待測鏡頭。限位裝置231設於承載台232，其與圖像感測器22位於承載台232同一側，且與圖像感測器22相對設置。

承載台232開設有貫通其相對二表面之通孔2321。該通孔2321尺寸略小於限位裝置231尺寸，且所有第一凹槽2311於 限位裝置231中之位置均對應于通孔2321於限位裝置231垂直投影之區域內。如此設置可使成像光線不受阻擋地通過第二凹槽2312與通孔2321，使待測鏡頭對測試板210之全部圖案成像。作為一種變更，承載台232之相對二表面亦可開設複數與第二凹槽2312形狀及尺寸適配之通孔，以使成像光線不受阻擋地穿過該通孔，從而使待測鏡頭實現一次對測試板21上之全部圖案成像。

驅動裝置24用於驅動承載台232，以便於其帶動限位裝置231平行於測試板21運動。驅動裝置24可為本領域常用驅動裝置。本實施例中，驅動裝置24包括驅動器241與傳動件242。

驅動器241包括第一驅動器2411與第二驅動器2412。傳動件242包括第一傳動臂2421、第二傳動臂2422與第三傳動臂2423。第一驅動器2411可為壓電元件或電機，其用於驅動傳動件242之第二傳動臂2422水平移動。第二驅動器2412為一馬達，用於驅動傳動件242之第三傳動臂2423轉動。第二傳動臂2422與第三傳動臂2423分別設有第一彈性凸起物2426與第二彈性凸起物2427。第一傳動臂2421沿徑向開設有形狀及尺寸與第二傳動臂2422徑向截面形狀及尺寸匹配之第一限位孔2424、與第三傳動臂2423徑向截面形狀及尺寸適配之第二限位孔2425、分別與第一彈性凸起物2426與第二彈性凸起物2427適配之第三限位孔2428及第四限位孔2429。第三限位孔2428與第一限位孔2424相互貫通構成一十字孔，用於配合固定第二傳動臂2422於第一傳動臂2421。第四限位孔2429與第 二限位孔2425相互貫通構成另一十字孔，用於配合固定第三傳動臂2423於第一傳動臂2421。第一傳動臂2421水平設置，其一端與承載台232成一體，其另一端可選擇性地連接于水平設置之第二傳動臂2422或垂直水平方向設置之第三傳動臂2423。第二傳動臂2422與第一驅動器2411相接，其可於第一驅動器2411之動下水平移動。第三傳動臂2423與第二驅動器2412相連，其可於第二驅動器2412之動下轉動。

使用驅動裝置24時，可將第二傳動臂2422未與第一驅動器2411相連之一端插入第一傳動臂242之第一限位孔2424，並使第一彈性凸起物2426穿設於第三限位孔2428，從而實現將第一傳動臂2421套接於第二傳動臂2422，使得第二傳動臂2422於第一驅動器2411作用下作水平移動時，帶動第一傳動臂2421水平移動，從而帶動承載台232及限位裝置231平行於測試板21移動。或者將第三傳動臂2423未與第二驅動器2412相連之一端插入第一傳動臂2421之第二限位孔2425，並使第二彈性凸起物2427穿設於第四限位孔2429，從而實現將第一傳動臂2421與第三傳動臂2423套接成一體，以使第三傳動臂2423於第二驅動器2412之作用下轉動時，帶動承載台232平行於測試板21轉動。當然根據具體需要，承載台232與限位裝置231先平行於測試板21移動再平行於測試板21轉動。由此，第一驅動器2411、第二驅動器2412與傳動件242配合使用，從而調節承載台232與測試板21之相對位置，以使圖像感測器22能感測到測試板21不同部分之每個圖案211經由待 測鏡頭成像後之圖像。

使用調制傳遞函數值測量裝置200時，需將複數待測鏡頭分別對應固定於限位裝置231之第一凹槽2311。然後通過驅動裝置24之驅動器241驅動傳動件242調節承載台232相對於測試板21之位置，使待測鏡頭一次能對測試板21全部圖案成像，圖像感測器22分別感測到測試板21第一測試區與第二測試區中每圖案經由待測鏡頭成像後之圖案，即可實現待測鏡頭之調制傳遞函數值進行測量。

本實施例之調制傳遞函數值之測量裝置200可一次性測量複數待測鏡頭之調制傳遞函數值。現以複數待測鏡頭中之一待測鏡頭300為例，對調制傳遞函數值之測量裝置200測量鏡頭調制傳遞函數值之方法進行詳細說明。該方法主要包括以下步驟：步驟一，將待測鏡頭300固定於限位裝置231，利用圖像感測器22感測測試板21之第一測試區經由待測鏡頭300成像後之圖像，記錄圖像亮度之第一亮度最大值與第一亮度最小值。

具體地，於測試過程中，第一最大亮度值與第一最小亮度值之選定按以下方式進行。

選定圖像感測器22之一像素，該選定之像素感測第一測試區之亮度值，得出第一亮度最大值與第一亮度最小值，並加以記錄。

若每三個連續圖案中，中間位置之圖案之亮度值大於其前後 位置之圖案之亮度值，則該中間位置之圖案之亮度值為所選定像素所感測之圖像之第一亮度最大值；若中間位置之圖案之亮度值小於其前後位置之圖案之亮度值，則該中間位置之圖案之亮度值為所選定像素所感測之圖像之第一亮度最小值。

步驟二，通過驅動裝置24，調節承載裝置23與測試板21之相對位置，利用圖像感測器22感測測試板21之第二測試區經由待測鏡頭300成像後之圖像，並得出圖像亮度之第二亮度最大值與第二亮度最小值。

承載裝置23相對於測試板21之位置可藉由驅動裝置24之驅動器241驅動傳動件242，從而帶動承載台232及待測鏡頭300運動來調節。該運動為承載台232平行於測試板21之移動或轉動，但應能使圖像感測器220感測到第二測試區經由待測鏡頭300成像後之圖像。具體地，當第一圖案與第二圖案重疊時，如圖5A所示，應連接第三傳動臂2423與第一傳動臂2421，啟動第二驅動器2412，使承載台232及待測鏡頭300平行於測試板21轉動，然後如圖5B所示，斷開第三傳動臂2423與第一傳動臂2421之連接，然後連接第二傳動臂2422與第一傳動臂2411，再啟動第一驅動器2411，使承載台232、限位裝置231及待測鏡頭300平行於測試板21移動。當第一圖案與第二圖案相間隔時，使承載台232、限位裝置231及待測鏡頭300於第一驅動器2411驅動下平行於測試板21移動即可。本實施例中，由於第一測試區與第二測試區部分重疊，因此，應使 承載台232及待測鏡頭300於第二驅動器2412驅動下，先平行於測試板21轉動一定角度，然後於第一驅動器2411驅動下再進行平移，使得圖像感測器22能感測到第二測試區經由待測鏡頭300成像後之圖像，其效果圖見圖6。

記錄圖像感測器22之該選定像素所感測之第二測試區之亮度值，按上述第一最大亮度值與第一最小亮度值相同之確定方法，確定出第二亮度最大值與第二亮度最小值。

步驟三，比較第一亮度最大值與第二亮度最大值，及第一亮度最小值與第二亮度最小值，得出亮度之最大值及最小值，從而計算待測鏡頭300之調制傳遞函數值。

根據第一亮度最大值與第二亮度最大值及第一亮度最小值與第二亮度最小值比較後得到亮度最大值及最小值，由公式MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)計算待測鏡頭300之調制傳遞函數。其中，Imax為圖像感測器22之選定像素所感測圖案之亮度之最大值，Imin為圖像感測器22之像素所感測圖案之亮度之最小值。

待圖像感測器22藉由待測鏡頭300對全部圖案211成像後，按前述方法運行第一驅器2411與第二驅動器2412，使承載台232及待測鏡頭300平行於測試板21移動或轉動，使另一待測鏡頭300剛好能一次對測試板21全部圖案成像，然後按前述測量調制傳遞函數值之方法對另一待測鏡頭300進行測量。

參見圖7，其為本技術方案第二實施例提供之調制傳遞函數 值之測量裝置400之示意圖。與測量裝置200不同之處在於，測量裝置400之傳動件342設置於承載台332中心軸線，限位裝置331設有複數與限位裝置231之階梯狀通孔相同之通孔。所有階梯狀通孔位於以傳動件342為中心之圓周，用以容納待測鏡頭。

使用測量裝置400時，如圖8所示，調節待測鏡頭500與圖像感測器32及測試板31之相對位置關係，使待測鏡頭500能一次對測試板31之全部圖像成像，且使其位於圖像感測器32之可感測區。運行驅動器341，使傳動件342轉動，從而使得承載台332及限位裝置331繞傳動件342轉動。同時，轉動置於限位裝置331每階梯狀通孔內之待測鏡頭500。這樣一來，藉由待測鏡頭500轉動，圖像感測器32能分別感測到測試板上不同部分之圖案經由待測鏡頭成像後之圖像。待測鏡頭500之轉動可通過設置行星齒輪實現，即將傳動件342與行星齒輪相接，使驅動器341驅動傳動件342，傳動件342帶動行星齒輪運轉。

可理解地，測試板之圖案可為一包括複數間隔排佈之明暗條紋之陣列，亦可為二該條紋陣列，且二條紋陣列之明暗條紋排佈方向相交。

作為一變更，還可設置與圖像感測器相連之驅動器，使圖像感測器沿待測鏡頭光軸方向移動，以獲取圖案經由待測鏡頭之圖案之最佳圖像。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

400‧‧‧測量裝置

332‧‧‧承載台

331‧‧‧限位裝置

342‧‧‧傳動件

Claims (3)

1. 一種調制傳遞函數值之測量方法，其包括以下步驟：將複數待測鏡頭固定於調制傳遞函數值之測量裝置之承載裝置，選定圖像感測器之一像素，利用圖像感測器感測測試板之第一測試區經由待測鏡頭成像後之圖像，記錄圖像亮度之第一亮度最大值與第一亮度最小值；藉由驅動裝置驅動承載裝置帶動待測鏡頭平行於測試板移動或轉動，利用圖像感測器感測測試板之第二測試區經由待測鏡頭成像後之圖像，記錄所述圖像之亮度之第二亮度最大值與第二亮度最小值；比較第一亮度最大值與第二亮度最大值及第一亮度最小值與第二亮度最小值，得出最大值及最小值，從而計算待測鏡頭之調制傳遞函數值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調制傳遞函數值之測量方法，其中，該第一測試區與第二測試區重疊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之調制傳遞函數值之測量方法，其中，該第一測試區與第二測試區間隔。