TWI407245B - 鏡頭長度量測系統及量測方法 - Google Patents

Description

鏡頭長度量測系統及量測方法

本發明涉及一種鏡頭長度量測系統及量測方法，特別係涉及一種用於伸縮式相機鏡頭之鏡頭長度量測系統及量測方法。

隨著科學技術之不斷進步，電子產品不斷地朝著輕薄短小及多功能之方向發展，而電子產品中，如數位相機(Digital Still Camera)、電腦相機(PC Camere)、網路相機(Network Camera)、行動電話(Moblle Telephone)等已具備取像裝置(相機鏡頭)外，甚至個人數位助理(PDA)等裝置也有加上相機鏡頭之需求。為了攜帶方便及符合人性化之需求，相機鏡頭不僅需要具有良好之成像品質，同時也需要有較小之體積，相機鏡頭輕薄短小和高性能、高品質之設計要求成為發展之趨勢。

在照相機領域中，由於伸縮式相機鏡頭相比潛望式相機鏡頭而言具有成像效果更好之優點，逐漸成為大多數數碼相機都採用之鏡頭結構。該伸縮式相機鏡頭在拍攝時，鏡頭伸出機體外，調焦時可以看到明顯之鏡頭運動，一感光元件位於鏡頭末端，與鏡頭成一直線。由於該伸縮式相機鏡頭對焦時鏡頭伸出機體外，鏡頭全長(鏡頭第一個光學面到影像感測器表面之距離)變長，且該伸縮式相機鏡頭在最近對焦距離拍攝時鏡頭最長，容易造成相機之厚度較大。故，通常還 需要量測該伸縮式相機鏡頭在最近對焦距離拍攝時鏡頭之長度是否在一定範圍內。否則，不易滿足電子產品力求輕薄短小之需求，相對也限制了該相機鏡頭之應用性，無法應用在具有體積限制之電子產品上。

有鑒於此，有必要提供一種測量伸縮式相機鏡頭長度之鏡頭長度量測系統及量測方法。

一種鏡頭長度量測系統，用於量測一伸縮式鏡頭之長度，該鏡頭長度量測系統包括：一鏡座，用以收容該鏡頭於其內部；一測試線對圖板，其具有多個測試線對圖，所述鏡頭與所述測試線對圖板相對；一光源，用於發出光線以照射所述測試線對圖板；一影像感測器，收容於鏡座內部，用於接收所述光源發出之光線穿透所述測試線對圖板所產生之光學影像訊號，並將該光學影像訊號轉換成電訊號；與該影像感測器電性連接之一處理器及一監視器，該處理器用於接收所述影像感測器產生之電訊號，並將該電訊號轉換成數位訊號，根據所述數位訊號計算並輸出輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值，該監視器用於顯示該輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值；該鏡頭長度量測系統還包括一測距儀，該測距儀分別測得其相對於影像感測器之距離與其相對於鏡頭之距離，並將所測得之高度相減，從而求得該伸縮式鏡頭之長度。

一種鏡頭長度量測方法，用來量測一伸縮式鏡頭之長 度，其包括如下步驟：調整鏡座之位置，使所述影像感測器之中心軸與所述測試線對圖板之中心軸對齊；利用測距儀發射鐳射訊號至影像感測器之表面並接收該影像感測器反射回來之鐳射訊號，測得該測距儀相對於影像感測器之距離；調整鏡頭相對於鏡座做伸縮移動並對焦；利用測距儀發射鐳射訊號至鏡頭之頂面並接收該頂面反射回來之鐳射訊號，測得該測距儀相對於鏡頭之頂面所在之距離；最後計算所測得之測距儀與影像感測器之間之距離與該測距儀與鏡頭之頂面之間之距離差。

與習知技術相比，上述鏡頭長度量測系統及方法可測得該伸縮式相機鏡頭之長度，通過採用鐳射測距原理使用精度較高之測距儀可得到較精確測量值，方法簡單。

圖1及圖2所示為本發明鏡頭長度量測系統100之一實施例，該鏡頭長度量測系統100包括一待測相機10、一測試線對圖板20、一光源裝置21、一測距儀30及一電腦40。

該待測相機10包括一鏡座12、一影像感測器14及一鏡頭16。該鏡頭16包括一鏡筒160及收容於該鏡筒160內之一鏡片組162。該鏡座12之內部形成圓柱形之收容空間120，鏡座12之頂端之內表面上形成有複數內螺紋。該鏡筒160為中空之圓柱狀殼體，其頂端水平向內延伸形成一環形之頂壁161。鏡筒160之外表面形成複數可與鏡座12上之內螺紋相互匹配之外螺紋。該影像感測器14設於鏡座12之收 容空間120之底部，鏡頭16通過鏡筒160上之外螺紋與鏡座12上之內螺紋相互螺合連接，鏡頭16收容於該收容空間120內正對影像感測器14且位於該影像感測器14之上方。該影像感測器14用於接收光線穿透所述測試線對圖板20所產生之光學影像訊號，並將該光學影像訊號轉換成電訊號，鏡頭16根據該電訊號相對於鏡座12做伸縮移動。

該測試線對圖板20設於待測相機10之上方並間隔一定距離。該測試線對圖板20與待測相機10之間間隔之距離與待測相機10之最近對焦距離大致相同。本實施例中，待測相機之最近對焦距離大致為0.6米。如圖3所示，該測試線對圖板20上具有一個矩形之框體221，該框體221位於整個測試線對圖板20之邊緣，且關於整個測試線對圖板20之中心對稱。該框體221呈黑色，寬度L可以在0.5毫米至2釐米之間，以利於成像辨識。該框體221以內之面板部分設置有一個位於中央位置之第一區域A，四個位於邊角位置之第二區域B，以及四個夾設於兩兩相鄰之第二區域B之間且關於第一區域A對稱之第三區域C。第一區域A內對稱分佈有四個次區域a，且每個次區域a內包含有四個第一空間頻率(單位：線對/毫米)之測試線對圖222。每個第二區域B內對稱分佈有四個次區域b，且每個次區域b包含有一個第二空間頻率之測試線對圖223。每個第三區域C內對稱分佈有兩個次區域c，且每個次區域c內包括有四個第三空間頻率之測試線對圖224。各個測試線對圖之一個線對由黑色線條和白色線條排列組成。各個區域內之多個測試線對圖之間 垂直水平交錯排列。

所述光源裝置21為一個LED裝置，用於發出光線以照射所述測試線對圖板20。

該測距儀30設於待測相機10與測試線對圖板20之間。測距儀30包括一個鐳射訊號發射和接收裝置32。該測距儀30通過鐳射訊號發射和接收裝置32向一目標面發射鐳射訊號和接收目標面反射回來之鐳射訊號來測量測距儀30與目標面之間之距離。本實施例中，該測距儀30在不同狀態下之目標面分別為待測相機10中影像感測器14之表面，以及鏡頭16對焦伸出鏡座12外時鏡筒160之頂面，即該鏡筒160之頂壁161之上表面。

該電腦40與所述影像感測器16電性連接。電腦40內具有一個處理器42及一個監視器44。該處理器42內具有一個類比/數位轉換單元以及一個影像輝度分佈與光學解析調製轉換函數(Modulation Transfer Function，MTF)計算軟體。該類比/數位轉換單元可將接收到之類比訊號轉換成數位訊號。該影像輝度分佈與MTF計算軟體則執行影像輝度分佈計算，並可以根據以下公式進行MTF值計算： MTF＝(I_max －I_min )/(I_max ＋I_min )

其中，Imax是影像感測器14所接收到之對所述測試線對圖板20含有測試線對圖之某一被測區域之最大影像輝度值，即測試線對圖中白色線條所呈現之影像輝度值；I_min 是所述影像感測器14所接收到之對所述測試線對圖板20含有測試線對圖之某一區域之最小影像輝度值，即測試線對圖中 黑色線條所呈現之影像輝度值。

該監視器44用於顯示影像感測器14所接收到之光學影像訊號，使得測試線對圖板20上框體221之圖像完全在監視器44上顯示並關於監視器44對稱，並即時顯示該影像輝度分佈與MTF計算軟體計算出之MTF值。

所述鏡頭長度量測系統100測量待測相機10之鏡頭16長度之方法如下所述：首先將待測相機10固定在測試線對圖板20之下方，如圖1所示，此時，鏡座12內未裝設鏡頭16，影像感測器14收容於鏡座12之底部，通過鏡座12與測試線對圖板20相對，並使所述影像感測器14之中心軸與所述測試線對圖板20之中心軸對齊。由於影像感測器14及測試線對圖板20均為面板形狀，故可以使用幾何方式確定出影像感測器14及測試線對圖板20之中心軸。

測距儀30通過鐳射訊號發射和接收裝置32發射鐳射訊號到影像感測器14之表面上，並接受該影像感測器14反射回來之鐳射訊號，從而測得該測距儀30與影像感測器14之間之距離H。

然後，將鏡頭16裝入鏡座12內，如圖2所示，使得鏡頭16之光軸與所述影像感測器14之中心軸對齊。當測試線對圖板20之框體221之圖像完全在監視器44上顯示，並關於監視器44之中心對稱時，即可以判斷該待測相機10之鏡頭16之光軸已與影像感測器14之中心軸對齊。調整鏡頭16相對於鏡座12伸縮之高度，使得監視器44中所顯示之MTF 值達到最高值，此時，待測相機10成像達到最清晰，鏡頭16位於對焦位置。

測距儀30再次通過鐳射訊號發射和接收裝置32發射鐳射訊號到鏡筒160之頂壁161之上表面上，並接受該頂壁161反射回來之鐳射訊號，從而測得該測距儀30與鏡筒之頂壁161之間之距離h。

最後，將所測得之測距儀30與與影像感測器14之間之距離H減去該測距儀30與該鏡筒之頂壁161之間之距離h，得到該待測相機10之鏡頭16之最大鏡頭全長。

本實施例中，該鏡頭長度量測系統100測量鏡頭16長度時，是將該測試線對圖板20置於該待測相機10之最近對焦距離處，測量該待測相機10對測試線對圖板20成像對焦後鏡頭16之長度。該待測相機10可以選取整個測試線對圖板20之所有測試線對圖作為獲得MTF值之量測區域，即同時量測包含多種空間頻率之測試線對圖，通過對不同相位差之取樣訊號進行分析，可輸出較正確之MTF值，即獲得較準確之對焦位置。該測量方法簡單，且利用鐳射測距原理使用精度較高之測距儀30可得到較精確測量值。

綜上所述，本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧待測相機

100‧‧‧鏡頭長度量測系統

120‧‧‧收容空間

14‧‧‧影像感測器

16‧‧‧鏡頭

160‧‧‧鏡筒

161‧‧‧頂壁

162‧‧‧鏡片組

20‧‧‧測試線對圖板

21‧‧‧光源裝置

221‧‧‧框體

222、223、224‧‧‧測試線對圖

30‧‧‧測距儀

32‧‧‧鐳射讯号發射和接收裝置

40‧‧‧電腦

42‧‧‧處理器

44‧‧‧監視器

A‧‧‧第一區域

B‧‧‧第二區域

C‧‧‧第三區域

a、b、c‧‧‧次區域

L‧‧‧寬度

H、h‧‧‧距離

圖1為本發明之實施例提供之鏡頭長度量測系統用於測量一待測相機之鏡頭長度之第一步驟之示意圖。

圖2為圖1所示鏡頭長度量測系統用於測量該待測相機之鏡頭長度之第二步驟之示意圖。

圖3為圖1所示鏡頭長度量測系統中測試線對圖板之俯視圖。

10‧‧‧待測相機

100‧‧‧鏡頭長度量測系統

12‧‧‧鏡座

14‧‧‧影像感測器

16‧‧‧鏡頭

160‧‧‧鏡筒

161‧‧‧頂壁

162‧‧‧鏡片組

20‧‧‧測試線對圖板

21‧‧‧光源裝置

30‧‧‧測距儀

32‧‧‧鐳射訊號發射和接收裝置

40‧‧‧電腦

42‧‧‧處理器

44‧‧‧監視器

h‧‧‧距離

Claims (11)

1. 一種鏡頭長度量測系統，用於量測一伸縮式鏡頭之長度，其包括：一鏡座，用以收容該鏡頭於其內部；一測試線對圖板，其具有多個測試線對圖，所述鏡頭與所述測試線對圖板相對；一光源，用於發出光線以照射所述測試線對圖板；一影像感測器，收容於鏡座內部，用於接收所述光源發出之光線穿透所述測試線對圖板所產生之光學影像訊號，並將該光學影像訊號轉換成電訊號；與該影像感測器電性連接之一處理器及一監視器，該處理器用於接收所述影像感測器產生之電訊號，並將該電訊號轉換成數位訊號，根據所述數位訊號計算並輸出輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值，該監視器用於顯示該輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值；其改良在於：該鏡頭長度量測系統還包括一測距儀，該測距儀分別測得其相對於影像感測器之距離與其相對於鏡頭之距離，並將所測得之距離相減，從而求得該伸縮式鏡頭之長度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭長度量測系統，其中所述測試線對圖板與鏡頭之間之距離與鏡頭之最近對焦距離大致相等，對焦時，鏡頭相對於鏡座做伸縮運動而凸伸出鏡座外。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭長度量測系統，其中所述測距儀包括一個鐳射訊號發射和接收裝置，該鐳射訊號發射和接收裝置發射鐳射訊號至影像感測器之表面上並接收該影 像感測器反射回來之鐳射訊號，從而測得測距儀相對於影響感測器之距離，該鐳射訊號發射和接收裝置再次發射鐳射訊號至鏡頭之頂面上並接收該頂面反射回來之鐳射訊號，從而測得測距儀相對於該鏡頭之距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭長度量測系統，其中所述影像感測器之中心軸與所述測試線對圖板之中心軸對齊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭長度量測系統，其中所述測試線對圖板具有一個關於整個測試線對圖板中心對稱之框體，該框體內設有多個測試線對圖。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭長度量測系統，其中所述多個測試線對圖包含兩種以上之空間頻率，且各個測試線對圖之間垂直水平交錯排列。
7. 一種使用上述申請專利範圍第1項所述之鏡頭長度量測系統之鏡頭長度量測方法，用來量測一伸縮式鏡頭之長度，其包括如下步驟：調整鏡座之位置，使所述影像感測器之中心軸與所述測試線對圖板之中心軸對齊；利用測距儀發射鐳射訊號至影像感測器之表面並接收該影像感測器反射回來之鐳射訊號，測得該測距儀相對於影像感測器之距離；調整鏡頭相對於鏡座做伸縮移動並對焦；利用測距儀發射鐳射訊號至鏡頭之頂面並接收該頂面反射回來之鐳射訊號，測得該測距儀相對於鏡頭之頂面之距離；最後計算所測得之測距儀與影像感測器之間之距離與該測 距儀與鏡頭之頂面之間之距離差。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭長度量測方法，其中首先不裝入鏡頭於鏡座內，測量該測距儀相對於影像感測器之距離後，再將鏡頭裝入鏡座內。
9. 如申請專利範圍第8項所述之鏡頭長度量測方法，其中所述測試線對圖板具有一個關於整個測試線對圖板中心對稱之框體，該鏡頭裝入鏡座後，鏡頭之光軸與影像感測器之中心軸對齊，即該測試線對圖板之框體之圖像完全在監視器上顯示並關於監視器之中心軸對稱。
10. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭長度量測方法，其中所述測試線對圖板與鏡頭之間之距離與鏡頭之最近對焦距離大致相等，對焦時，該監視器中所顯示之輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值最大，鏡頭相對於鏡座做伸縮運動而凸伸出鏡座外。
11. 如申請專利範圍第10項所述之鏡頭長度量測方法，其中所述測試線對圖板上設有多個具有不同空間頻率之測試線對圖，該處理器選取整個測試線對圖板上所有之測試線對圖作為獲得輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值之量測區域，對不同相位差之取樣訊號進行分析後，輸出對應之輝度分佈資料及光學解析調製轉換函數值。