TWI407781B - 測試線對圖板、鏡頭光學解析量測系統及其量測方法 - Google Patents

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測試線對圖板、鏡頭光學解析量測系統及其量測方法
本發明涉及鏡頭光學解析能力量測用之測試線對圖板，以及涉及一種鏡頭光學解析量測系統及其量測方法。
相機模組，通常包括至少一鏡頭以及一與鏡頭相對設置之影像感測器，在各種用途之攝像裝置中得到廣泛之應用，相機模組內置於各種便攜式電子裝置，例如手機、攝錄機、電腦中，更得到眾多消費者之青睞。
鏡頭之光學解析能力之量測通常採用一鏡頭光學解析量測系統完成。該鏡頭光學解析量測系統之工作原理是利用數位元元影像處理方式將物理上之光學解析調製轉換函數(Modulation Transfer Function，簡稱MTF)直接計算，從而表徵鏡頭之光學解析能力。如圖5及圖6所示，一種典型之鏡頭光學解析量測系統包括一個光源裝置11、一個測試線對圖板12、一個影像感測器13、一個處理裝置14以及一個顯示器15。該測試線對圖板12具有多個測試線對圖122。光源裝置11發出之光線照亮測試線對圖板12，待測鏡頭10在合適位置可以捕捉到整個測試線對圖板12上之測試線對圖。影像感測器13接收並轉換穿過待測鏡頭10之光學影像信號成為電子影像信號。處理裝置14將電子影像信號轉換成數位元元影像信號後，計算並輸出取像區域之影像亮度分佈資料及MTF值。顯示器15用於顯示該影像亮度分佈資料及MTF值。鏡頭光學解析能力之量測過程中，通常要求與實際使用之方式一 樣，待測鏡頭10之光軸與影像感測器13之中心軸對齊，從而使量測值足夠準確。
然，由於鏡頭之光軸往往難以準確地確定，特別係隨著鏡頭之尺寸越來越小，使得鏡頭之光軸確定更加困難。現有之鏡頭光學解析量測系統及其量測方法往往沒有辨識或難以辨識待測鏡頭之光軸是否與影像感測器之中心軸重合。
有鑒於此，提供一種可方便辨識待測鏡頭之光軸是否與影像感測器之中心軸重合之鏡頭光學解析量測系統及其量測方法實為必要。
一種鏡頭光學解析量測系統，用於量測待測鏡頭之光學解析能力，其包括：一測試線對圖板，其具有一個關於整個測試線對圖板中心對稱之加粗框形圖案，以及多個位於該加粗框形圖案內之測試線對圖，所述待測鏡頭與該測試線對圖板相對；一光源，用於發出光線以照射所述測試線對圖板；一個影像感測器，用於接收所述光源發出之光線經所述測試線對圖板反射後穿透所述待測鏡頭之光學信號，並將該光學信號轉換成電信號；一處理裝置，該處理裝置與影像感測器電性連接，用於接收所述影像感測器之電信號，並將該電信號轉換成數位信號後，計算並輸出亮度分佈資料及光學解析調製轉換函數值；以及一顯示器，該顯示器與處理裝置電性連接，用於接收並顯示所述亮度分佈資料及光學解析調製轉換函數值。
一種使用上述之鏡頭光學解析量測系統之鏡頭光學解析量測方法，用於量測待測鏡頭對所述測試線對圖板之光學解析能力，其包括如下步驟：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；判斷所述測試線對圖板之加粗框形圖案是否透過待測鏡頭完全成像在所述 影像感測器上，並是否關於所述影像感測器中心對稱，若不完全成像在所述影像感測器上或不關於所述影像感測器中心對稱，則移動所述待測鏡頭，直至所述測試線對圖板之加粗框形圖案完全成像在所述影像感測器上並關於所述影像感測器中心對稱；若所述測試線對圖板之加粗框形圖案完全成像在所述影像感測器上並關於所述影像感測器中心對稱，則進行待測鏡頭對所述測試線對圖板上之測試線對圖之光學解析能力量測。
一種測試線對圖板，其具有多個測試線對圖，用於供待測鏡頭進行光學解析能力量測，其中，所述測試線對圖板還具有一個關於整個測試線對圖板中心對稱之加粗框形圖案，所述多個測試線對圖均位於該加粗框形圖案內。
與先前技術相比，所述測試線對圖板由於具有加粗框形圖案，該加粗框形圖案可以明顯地透過待測鏡頭成像在所述影像感測器上，從而可以預先利用該加粗框形圖案來辨識待測鏡頭是否移動至其光軸與所述影像感測器之中心軸重合之位置，即是否完全做好待測之準備，如此使後續之光學解析能力量測值更加準確。
200‧‧‧量測系統
20‧‧‧待測鏡頭
21‧‧‧光源裝置
22‧‧‧測試線對圖板
221‧‧‧加粗框形圖案
222,223,224‧‧‧測試線對圖
23‧‧‧影像感測器
24‧‧‧處理裝置
25‧‧‧顯示器
26‧‧‧承載盤
262‧‧‧收容孔
28‧‧‧驅動裝置
282‧‧‧Z軸驅動臂
284‧‧‧X軸驅動臂
286‧‧‧Y軸驅動臂
201‧‧‧待測鏡頭光軸
231‧‧‧影像感測器之中心軸
圖1係本發明之實施例提供之鏡頭光學解析量測系統示意圖。
圖2係圖1所示之鏡頭光學解析量測系統中測試線對圖板俯視示意圖。
圖3及圖4係圖1所示之鏡頭光學解析量測系統中，影像感測器讀到之當待測鏡頭之光軸與影像感測器之中心軸不對齊時之光學影像信號。
圖5係先前技術中鏡頭光學解析量測系統用於量測待測鏡頭光學解析能力示意圖。
圖6係圖5所示之鏡頭光學解析量測系統中測試線對圖板俯視示意圖。
下面結合附圖對本發明提供之測試線對圖板、鏡頭光學解析量測系統及其量測方法作進一步詳細說明。
請一併參閱圖1及圖2，本發明之實施例提供之鏡頭光學解析量測系統200，包括一個光源裝置21、一個測試線對圖板22、一個影像感測器23、一個處理裝置24、一個顯示器25、一個中空之承載盤26以及一個用於驅動承載盤26之驅動裝置28。
所述光源裝置21可以為一個LED裝置，用於發出光線以照射所述測試線對圖板22。
所述測試線對圖板22具有一個加粗框形圖案221，該加粗框形圖案221位於整個測試線對圖板22邊緣，呈矩形形狀，且關於整個測試線對圖板22中心對稱。該加粗框形圖案221寬度L可以在0.5毫米至2釐米之間。該加粗框形圖案221最好呈黑色，以利於成像辨識。該加粗框形圖案221以內之面板部分設置有一個位於中間位置之第一區域A，四個位於邊角位置之第二區域B，以及四個夾設於兩兩第二區域B之間之且關於第一區域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內包含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準交錯排列。
所述影像感測器23可以為電荷耦合器件(Charge Coupled Device，簡稱CCD)或互補金屬氧化物半導體電晶體(Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor，簡稱CMOS)。所述影像感測器23可將接收到之光學影像信號轉換成電子影像信號。
所述處理裝置24與所述影像感測器23電性連接。所述處理裝置24內具有一個模擬/數位轉換單元以及一個影像亮度分佈與MTF計算軟體。模擬/數位轉換單元可將接收到之模擬信號轉換成為數位信號。影像亮度分佈與MTF計算軟體則執行影像亮度分佈計算，並可以根據以下之公式進行MTF值計算：MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)
其中，Imax係所述影像感測器23所接收到之對所述測試線對圖板22含有測試線對圖之某一被測區域之最大影像亮度值；Imin係所述影像感測器23所接收到之對所述測試線對圖板22含有測試線對圖之某一被測區域之最小影像亮度值。各個測試線對圖中之黑色線條呈現較小影像亮度值，白色線條呈現較大影像亮度值。
所述承載盤26等間距開設有多個貫通其中之收容孔262，用於收容各個待測鏡頭。所述驅動裝置28包括一個Z軸驅動臂282，一個X軸驅動臂284及一個Y軸驅動臂286，各個驅動臂均由一控制器(圖未示)控制，用於分別驅動所述承載盤26沿圖示之Z軸方向、X軸方向及Y軸方向移動。
所述鏡頭光學解析量測系統200對每一個待測鏡頭之光學解析能力之量測可以依照如下步驟進行：
先使所述影像感測器23之中心軸與所述測試線對圖板22之中心軸對齊。在這一步驟中，由於影像感測器23及測試線對圖板22均為面板形狀，因此可以使用幾何方式確定出影像感測器23及測試線對圖板22之中心軸。
當各個待測鏡頭20容置在所述承載盤26之各個收容孔262中時，首先利用所述驅動裝置28驅動所述承載盤26，使第一個待測鏡頭20移動到與所述測 試線對圖板22相對，並且透過該待測鏡頭20可以觀測到整個測試線對圖板22之位置。然後判斷所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221是否透過該待測鏡頭20完全成像在所述影像感測器23上，並是否關於所述影像感測器23之中心對稱，藉此辨識該待測鏡頭20是否移動至其光軸與所述影像感測器23之中心軸重合之位置。影像感測器23所接收到之影像信號可以通過顯示器25來顯示，即看加粗框形圖案221之圖像是否完全在顯示器25上顯示或是否關於顯示器25之中心對稱。
如圖3所示，所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221沒有完全成像在所述影像感測器23上，即所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221一部分成像在所述影像感測器23之外部區域，此時可以說明待測鏡頭20之光軸201偏離所述影像感測器23之中心軸231較多。此時，可以利用驅動裝置28之X軸驅動臂284驅動承載盤26沿X軸正向方向，即向右移動一些，從而使待測鏡頭20之光軸201向所述影像感測器23之中心軸231靠近。
另外，即使所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221完全成像在所述影像感測器23上，也需要進一步判斷所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221是否關於所述影像感測器23中心對稱。如圖4所示，所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221在所述影像感測器23上之影像並不關於所述影像感測器23中心對稱，說明待測鏡頭20之光軸201與所述影像感測器23之中心軸231仍然不重合。此時，仍然需要利用驅動裝置28調整承載盤26之位置，直至使待測鏡頭20之光軸201與所述影像感測器23之中心軸231重合。
當判斷所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221完全成像在所述影像感測器23上，並關於所述影像感測器23中心對稱時，則可進行下一步驟之待測鏡頭20對所述測試線對圖板22之光學解析能力量測。
所述待測鏡頭20可以選取整個測試線對圖板22之所有測試線對圖作為光學 解析能力量測區域，即同時量測包含多種空間頻率之測試線對圖。所述處理裝置24在處理影像亮度值時，可以去除所述加粗框形圖案221之影像，即只對測試線對圖進行量測計算。
所述測試線對圖板22由於具有加粗框形圖案221，該加粗框形圖案221可以明顯地透過待測鏡頭20成像在所述影像感測器23上，從而可以預先利用該加粗框形圖案221來辨識待測鏡頭20是否移動至其光軸與所述影像感測器23之中心軸重合之位置，即是否完全做好待測之準備，如此使後續之光學解析能力量測值更加準確。所述驅動裝置28之各個驅動臂可以有助於自動移動待測鏡頭20至其光軸與影像感測器23之中心軸重合之位置。
可以理解的是，所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221並不一定位於整個測試線對圖板22之邊緣，其可以位於邊緣以內，各個測試線對圖位於該加粗框形圖案221以內即可。所述測試線對圖板22之加粗框形圖案221還可以為其他規則形狀，例如正方形、圓形。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，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方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰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。
22‧‧‧測試線對圖板
221‧‧‧加粗框形圖案
222,223,224‧‧‧測試線對圖

Claims (10)

  1. 一種鏡頭光學解析量測系統，用於量測待測鏡頭之光學解析能力，其包括：一測試線對圖板，其具有多個測試線對圖，所述待測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；一個影像感測器，用於接收所述光源發出之光線經所述測試線對圖板反射後穿透所述待測鏡頭之光學信號，並將該光學信號轉換成電信號；一處理裝置，所述處理裝置與影像感測器電性連接，用於接收所述影像感測器之電信號，並將該電信號轉換成數位信號後，計算並輸出亮度分佈資料及光學解析調製轉換函數值；以及一顯示器，所述顯示器與處理裝置電性連接，用於接收並顯示所述亮度分佈資料及光學解析調製轉換函數值；其特徵在於，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加粗框形圖案，所述多個測試線對圖均位於該加粗框形圖案內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭光學解析量測系統，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準交錯排列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭光學解析量測系統，其中，所述測試線對圖板之加粗框形圖案為規則之幾何形狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭光學解析量測系統，其中，所述測試線對圖板之加粗框形圖案位於整個測試線對圖板之邊緣。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之鏡頭光學解析量測系統，其中，進一步包括 一承載盤及一用於驅動該承載盤移動之驅動裝置，該承載盤等間距開設有多個貫通其中之收容孔，各個待測鏡頭容置在該各個收容孔中。
  6. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之鏡頭光學解析量測系統之鏡頭光學解析量測方法，用於量測待測鏡頭對所述測試線對圖板之光學解析能力，其包括如下步驟：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；判斷所述測試線對圖板之加粗框形圖案是否透過待測鏡頭完全成像在所述影像感測器上，並是否關於所述影像感測器中心對稱，若不完全成像在所述影像感測器上或不關於所述影像感測器中心對稱，則移動所述待測鏡頭，直至所述測試線對圖板之加粗框形圖案完全成像在所述影像感測器上並關於所述影像感測器中心對稱；若所述測試線對圖板之加粗框形圖案完全成像在所述影像感測器上並關於所述影像感測器中心對稱，則進行待測鏡頭對所述測試線對圖板上之測試線對圖之光學解析能力量測。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭光學解析量測方法，其中，所述待測鏡頭容置在一中空之承載盤中，該承載盤由一驅動裝置控制進行移動。
  8. 一種測試線對圖板，其具有多個測試線對圖，用於供待測鏡頭進行光學解析能力量測，其特徵在於，所述測試線對圖板具有一個關於整個測試線對圖板之中心對稱之加粗框形圖案，所述多個測試線對圖均位於該加粗框形圖案內。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之測試線對圖板，其中，所述測試線對圖板之加粗框形圖案為規則之幾何形狀。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之測試線對圖板，其中，所述測試線對圖板之加粗框形圖案位於整個測試線對圖板之邊緣。
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