TWI412810B

TWI412810B - 調焦系統及調焦方法

Info

Publication number: TWI412810B
Application number: TW095132397A
Authority: TW
Inventors: Hai Hung Wen; Wen Shiu Lin
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2013-10-21
Also published as: US20080055696A1; TW200813513A

Description

調焦系統及調焦方法

本發明係關於一種應用超焦距原理之鏡頭模組調焦系統，及一種應用超焦距原理之鏡頭模組調焦方法。

製造各種具有拍攝功能之攜帶型電子裝置中所需之鏡頭模組時，為了使鏡頭模組具有最大範圍之景深，於組裝時通常需要利用超焦距原理對鏡頭模組進行調焦。其過程係於組裝過程中確定鏡頭模組之超焦距，然後將鏡頭模組聚焦於超焦距處，並於製造過程中將該聚焦位置加以固定。通過此方法，即可最大限度地擴大鏡頭模組之景深範圍。經過調焦之鏡頭模組裝設於攜帶型電子裝置上用於拍攝時，無須經過一般拍攝過程所需之常規調焦操作即可具備良好之拍攝效果。

鏡頭模組製程中，習知之超焦距確定方法係將鏡頭模組安放於機台上，將一測試圖置於與待測試鏡頭模組距離盡可能遠之位置，然後假設該測試圖與鏡頭模組距離為無窮遠，以鏡頭模組拍攝該測試圖，同時通過機台測量出此時鏡頭模組之景深範圍，此時鏡頭模組與其景深範圍較近界限之距離即其超焦距。

該習知方法之缺陷主要在於簡單地將置於有限距離處之測試圖當作位於無窮遠處之拍攝目標，測量所得之景深範圍與鏡頭真正地聚焦於無窮遠處時之實際景深範圍相比，存在較大誤差；而該習知方法卻又僅通過一種測量手段確定超焦距，缺乏另一種測量手段對調焦效果加以比對，不利於及時地發現測量誤差並加以糾正。

有鑒於此，有必要提供一種可進行更加精確之調焦操作之調焦系統。

另，有必要提供一種更加精確之調焦方法。

一種調焦系統，用於對鏡頭模組進行調焦，該調焦系統包括一機台、瞄準儀及一資訊處理器，該機台包括一第一測試圖及一第二測試圖，所述第一測試圖具有一通孔，所述第二測試圖正對所述通孔，所述第一測試圖、所述瞄準儀及所述第二測試圖依次置於所述鏡頭模組之入射光路上，該資訊處理器與該機台電性連接，可控制該機台各部件協調動作並處理該機台採集之資訊；一種調焦方法，該調焦方法包括以下步驟：提供一調焦系統，用於對鏡頭模組進行調焦，該調焦系統包括一機台、瞄準儀及一資訊處理器；該機台包括一第一測試圖及一第二測試圖，所述第一測試圖具有一通孔，所述第二測試圖正對所述通孔，所述第一測試圖、所述瞄準儀及所述第二測試圖依次置於所述鏡頭模組之入射光路上，該資訊處理器與該機台電性連接，可控制該機台各部件協調動作並處理該機台採集之資訊；安裝該調焦系統；根據該攜帶式電子裝置之相關參數對鏡頭模組之理想超焦距進行初步計算，計算出理想超焦距之初步計算值；分別考察鏡頭模組對近距離及遠距離景物進行拍攝時之清晰度變化情況，並記錄調製傳遞函數；對鏡頭模組拍攝不同距離景物時之調製傳遞函數圖像加以分析，得到與鏡頭模組之距離最接近理想超焦距之最佳調焦位置。

相較於習知技術，所述調焦系統可通過瞄準儀考察極遠處之影像拍攝清晰度，於確定超焦距之過程中更易於實現將鏡頭模組聚焦於接近無窮遠處之步驟；其相應之調焦方法以兩種拍攝距離下之調製傳遞函數進行比較，有利於獲得更加理想之調焦狀態。

1‧‧‧機台

2‧‧‧資訊處理器

3‧‧‧鏡頭模組

12‧‧‧第一測試圖

121‧‧‧通孔

14‧‧‧第二測試圖

16‧‧‧瞄準儀

圖1係本發明調焦系統較佳實施例之框圖；圖2係本發明調焦方法第一較佳實施例之流程圖；圖3係本發明調焦方法第一較佳實施例中各主要部件之位置關係示意圖；圖4係本發明調焦方法第一及第二較佳實施例中對第一調製傳遞函數圖像與第二調製傳遞函數圖像進行比較之示意圖；圖5係本發明調焦方法第二較佳實施例之流程圖；圖6係本發明調焦方法第二較佳實施例中近距離模式下各主要部件之位置關係示意圖；圖7係本發明調焦方法第二較佳實施例中遠距離模式下各主要部件之位置關係示意圖。

請參閱圖1及圖3，本發明調焦系統之較佳實施例包括一機台1及一資訊處理器2，用於對鏡頭模組3進行調焦，待調焦之鏡頭模組3可安裝於機台1上。

機台1包括一第一測試圖12、一第二測試圖14及一瞄準儀16，該第一測試圖12、一第二測試圖14及瞄準儀16均可裝設於機台1上，亦可分別從機台1上移除。第一測試圖11上開設有一通孔121。資訊處理器2為電腦或單片機等資訊處理裝置，該資訊處理器2與機台1電性連接，可控制機台1各部件協調動作並處理機台1採集之資訊。

請參閱圖2，本發明調焦方法之較佳實施例係使用上述調焦系統較佳實施例對待調焦之鏡頭模組3進行調焦之方法。該方法之原理係通過對該鏡頭模組3相關參數之調節，將該鏡頭模組3聚焦於與其距離為理想超焦距H之位置T，從而使該鏡頭模組3獲得最大景深範圍。通過此方法，將調焦完畢之鏡頭模組3之結構加以固定後裝入攜帶型電子裝置，使用時無須再度調焦即可得到最佳拍攝效果。該調焦方法之第一較佳實施例包括以下步驟：

(1)安裝調焦系統(步驟S1)。

提供一上述之調焦系統，將機台1與資訊處理器2連接後，開啟機台1與資訊處理器2之電源，並令第二測試圖14正對第一測試圖12之通孔121，瞄準儀16置於第一測試圖12與第二測試圖14之間。

(2)根據相關參數對待調焦之鏡頭模組3之理想超焦距H進行初步計算，得出H之初步計算值H₀(步驟S2)。

將待調焦之鏡頭模組3安裝於機台1上，並根據鏡頭模組3之焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c等參數初步計算理想超焦距H。焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c均可與製造時加以設定，其中彌散圈直徑c多設為1/20mm、1/30mm或1/40mm等定值。常用之計算公式為：H₀=f+f²/(cF)

由於大多數情況f遠小於f²/(cF)，因此一般計算公式可以簡化記作：H₀=f²/(cF)；將鏡頭模組3安裝於機台1上之後，機台1採集鏡頭模組3之焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c等參數並傳輸至資訊處理器2。資訊處理器2計算出理想超焦距H之初步計算值H₀，並可加以顯示。

(3)分別考察鏡頭模組3對近距離及遠距離景物進行拍攝時之清晰度變化情況，記錄調製傳遞函數(Modulation Transfer Frequency,MTF)(步驟S3)。

將鏡頭模組3聚焦於與其距離為H₀之位置T₀，並將第一測試圖12、瞄準儀16及第二測試圖14依次置於鏡頭模組3之入射光路上。其中第一測試圖12放置於與鏡頭模組3距離為H₀/2之位置，瞄準儀16放置於第一測試圖12與第二測試圖14之間，第二測試圖14放置於與鏡頭模組3距離盡可能遠之位置且正對第一測試圖12之通孔121。此時鏡頭模組3直接攝入第一測試圖12之影像，同時亦通過第一測試圖12之通孔121及瞄準儀16攝入第二測試圖14之影像。

通過資訊處理器2控制機台1調節鏡頭模組3之鏡筒(圖未標)往復旋轉，進一步調節鏡頭模組3之聚焦位置，此時通過資訊處理器2即可考察鏡頭模組3攝入影像清晰度之變化情況。資訊處理器2以第一調製傳遞函數記錄鏡頭模組3攝入之第一測試圖12之影像清晰度變化情況，同時以第二調製傳遞函數記錄鏡頭模組3通過通孔121及瞄準儀16攝入之第二測試圖14之影像清晰度變化情況，並繪製出第一調製傳遞函數及第二調製傳遞函數之圖像。

(4)對鏡頭模組3拍攝不同距離景物時之調製傳遞函數圖像加以分析，得到與鏡頭模組3之距離最接近理想超焦距H之最佳調焦位置T(步驟S4)。

根據超焦距之原理，當鏡頭模組3聚焦於與其距離為理想超焦距H之最佳調焦位置T時，其景深範圍應為H/2至無窮遠處。因此，當鏡頭模組3之聚焦位置調節至T時具有最大景深範圍，其攝入之第一測試圖12與第二測試圖14之影像均應具有較佳清晰度。

請參閱圖4，資訊處理器2根據相關記錄將第一調製傳遞函數曲線與第二調製傳遞函數曲線相比較，分析第一調製傳遞函數與第二調製傳遞函數均滿足鏡頭模組3之性能要求時自變量(即調焦過程中鏡頭模組3被調節之參數)所在之區間，一般情況下當第一調製傳遞函數與第二調製傳遞函數之因變量均大於50%時，即可視為清晰度滿足要求。根據上述原理，可於第一調製傳遞函數與第二調製傳遞函數之因變量均大於50%之區間內選擇第一調製傳遞函數圖像與第二調製傳遞函數圖像之交點作為對應最佳調焦狀態之最佳調節點，資訊處理器2根據該最佳調節點處所對應之自變量數值確定相關調節參數之數值，根據相關調節參數即可將鏡頭模組調整至最佳調焦狀態。

如前所述，本實施例中係通過旋轉鏡頭模組3之鏡筒對鏡頭模組3進行調焦，因此以鏡頭模組3中鏡筒之旋轉圈數作為調製傳遞函數之自變量。可以看出，第一調製傳遞函數圖像曲線與第二調製傳遞函數圖像曲線於最佳調焦區間內之交點對應之鏡筒旋轉圈數即為最佳之調焦狀態，此處第一調製傳遞函數與第二調製傳遞函數均較為理想，可得到最佳之拍攝效果。

請一併參閱圖5、圖6及圖7，本發明調焦方法之第二較佳實施例係另一種使用上述調焦系統較佳實施例對鏡頭模組3進行調焦之方法。該調焦方法之第二較佳實施例包括以下步驟：

(1)安裝調焦系統(步驟S1’)。

提供一上述之調焦系統，將機台1與資訊處理器2連接後，開啟機台1與資訊處理器2之電源。

(2)根據相關參數對待調焦之鏡頭模組3之理想超焦距H進行初步計算，得出H之初步計算值H₀(步驟S2’)。

該步驟與上述調焦方法第一實施例中步驟S2完全相同，不再贅述。

(3)於近距離調焦模式下計算理想超焦距H之近距離修正值H₁(步驟S3’) 。

通過資訊處理器2控制機台1對鏡頭模組3進行調焦，將鏡頭模組3聚焦於與其距離為H₀之位置T₀，然後將第一測試圖12放置於鏡頭模組3之入射光路上與鏡頭模組3距離為H₀/2之位置並連續移動，使用該鏡頭模組3拍攝該第一測試圖12之影像，並通過資訊處理器2考察所攝入影像清晰度之變化情況。根據超焦距之原理，當第一測試圖12從較遠處移動至與鏡頭模組3之距離小於某個數值之位置時，攝入影像之清晰度將會顯著降低；當第一測試圖12從較近處移動至與鏡頭模組3之距離大於該數值之位置時，攝入影像之清晰度則顯著提高。資訊處理器2於考察攝入影像清晰度之同時對此數值加以記錄，此數值即鏡頭模組3之前景深d₁。

由於拍攝模組11聚焦於與其距離為理想超焦距H之位置T時前景深d₁=H/2，根據此關係，通過該前景深d₁即可計算出理想超焦距H之近距離修正值H₁。

(4)記錄鏡頭模組3於近距離調焦模式下之調製傳遞函數(Modulation Transfer Frequency,MTF)(步驟S4’)。

請一併參閱圖3，將鏡頭模組3聚焦至與其距離為上述近距離修正值H₁之第一測試點T₁，將第一測試圖12置於鏡頭模組3入射光路上與鏡頭模組3距離為H₁/2處，再次使用鏡頭模組3拍攝第一測試圖12，同時通過與上述調焦方法第一實施例相似之旋轉鏡筒之手段於該第一測試點T₁前後連續地往復調節鏡頭模組3之聚焦位置。調節之過程中，鏡頭模組3被調節參數之變化過程及調製傳遞函數之變化過程均被資訊處理器2所記錄，並以第一調製傳遞函數圖像表達近距離調焦模式下之調製傳遞函數與被調節參數對應變化之關係。

(5)於遠距離調焦模式下計算理想超焦距H之遠距離修正值H₂(步驟S5’) 。

再次將鏡頭模組3聚焦於T₀位置，然後將第二測試圖16放置於鏡頭模組3之入射光路上且與鏡頭模組3距離盡可能遠之位置，並將瞄準儀16置於鏡頭模組3與第二測試圖16之間。然後通過旋轉鏡筒之手段進一步調節鏡頭模組3之聚焦位置，令該鏡頭模組3通過瞄準儀16拍攝該第二測試圖14，此時通過資訊處理器2即可考察鏡頭模組3攝入影像清晰度之變化情況。由於鏡頭模組3聚焦於與其距離為理想超焦距H之位置T時後景深d₂=∞，因此鏡頭模組3聚焦之位置越接近T，則極遠處影像採擷之清晰度越高。當鏡頭模組3通過瞄準儀16所拍攝之第二測試圖14清晰度達到最佳時，資訊處理器2通過機台1測得此時理想超焦距H之遠距離修正值H₂。

(6)記錄鏡頭模組3於遠距離調焦模式下之調製傳遞函數(步驟S6’)。

請一併參閱圖3，將鏡頭模組3聚焦至與該鏡頭模組1距離為上述遠距離修正值H₂之第二測試點T₂，將第二測試圖14仍置於鏡頭模組3入射光路上與鏡頭模組3距離近可能遠處，再次使用鏡頭模組3通過瞄準儀16拍攝第二測試圖14，同時通過旋轉鏡筒之手段於該第二測試點T₂前後連續地往復調節鏡頭模組3之聚焦位置。調節之過程中，鏡頭模組3被調節參數之變化過程及調製傳遞函數之變化過程均被資訊處理器2所記錄，並以第二調製傳遞函數圖像表達遠距離調焦模式下之調製傳遞函數與被調節參數對應變化之關係。

(7)比較兩種模式下之調製傳遞函數均較理想之調焦區間，得到最佳之調焦狀態(步驟S7’)。

該步驟與上述調焦方法第一實施例中步驟S4完全相同，不再贅述。

可以理解，為便於操作，本發明調焦方法之第一及第二較佳實施例第一調製傳遞函數圖像、第二調製傳遞函數圖像及通過分析調製傳遞函數所得最佳調焦狀態下之相關調節參數均可由資訊處理器2根據需要加以顯示。另，本發明調焦方法第二較佳實施例中亦可先計算理想超焦距H之遠距離模式修正值H₂及記錄鏡頭模組1之第二調製傳遞函數，即該實施例可將上述各步驟之執行順序改變為S1’、S2’、S5’、S6’、S3’、S4’、S7’。

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例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於、援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

3‧‧‧鏡頭模組

12‧‧‧第一測試圖

121‧‧‧通孔

14‧‧‧第二測試圖

16‧‧‧瞄準儀

Claims

一種調焦系統，用於對鏡頭模組進行調焦，其包括：一機台，該機台包括一第一測試圖及一第二測試圖，所述第一測試圖具有一通孔，所述第二測試圖正對所述通孔；一瞄準儀，所述第一測試圖、所述瞄準儀及所述第二測試圖依次置於所述鏡頭模組之入射光路上；以及一資訊處理器，該資訊處理器與該機台電性連接，可控制該機台各部件協調動作並處理該機台採集之資訊。
一種調焦方法，該方法包括以下步驟：提供一調焦系統，用於對鏡頭模組進行調焦，該調焦系統包括一機台、瞄準儀及一資訊處理器；該機台包括一第一測試圖及一第二測試圖，所述第一測試圖具有一通孔，所述第二測試圖正對所述通孔，所述第一測試圖、所述瞄準儀及所述第二測試圖依次置於所述鏡頭模組之入射光路上，該資訊處理器與該機台電性連接，可控制該機台各部件協調動作並處理該機台採集之資訊；安裝該調焦系統；根據該攜帶式電子裝置之相關參數對鏡頭模組之理想超焦距進行初步計算，計算出理想超焦距之初步計算值；分別考察鏡頭模組對近距離及遠距離景物進行拍攝時之清晰度變化情況，並記錄調製傳遞函數；對鏡頭模組拍攝不同距離景物時之調製傳遞函數圖像加以分析，得到與鏡頭模組之距離最接近理想超焦距之最佳調焦位置。
如申請專利範圍第2項所述之調焦方法，其中所述理想超焦距H之初步計算值H₀係根據所述鏡頭模組之焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c計算得出，計算公式為H₀=f+f²/(cF)。
如申請專利範圍第2項所述之調焦方法，其中所述理想超焦距H之初步計算值H₀係根據所述鏡頭模組之焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c計算得出，計算公式為H₀=f²/(cF)。
如申請專利範圍第3項或第4項所述之調焦方法，其中所述鏡頭模組拍攝之近距離景物係放置於與該鏡頭模組距離為H₀/2之位置之所述第一測試圖，鏡頭模組拍攝之遠距離景物係放置於與該鏡頭模組距離盡可能遠之位置之所述第二測試圖。
如申請專利範圍第2項所述之調焦方法，其中所述資訊處理器以第一調製傳遞函數記錄所述鏡頭模組攝入之所述第一測試圖之影像清晰度變化情況，以第二調製傳遞函數記錄鏡頭模組攝入之所述第二測試圖之影像清晰度變化情況。
如申請專利範圍第6項所述之調焦方法，其中所述第一調製傳遞函數圖像與所述第二調製傳遞函數圖像於第一調製傳遞函數與第二調製傳遞函數之因變量均大於50%之區間內之交點為對應最佳調焦狀態之最佳調節點。
如申請專利範圍第10項所述之調焦方法，其中所述第一調製傳遞函數及第二調製傳遞函數之自變量均係所述鏡頭模組中鏡筒之旋轉圈數。
一種調焦方法，該方法包括以下步驟：提供一調焦系統，用於對鏡頭模組進行調焦，該調焦系統包括一機台、瞄準儀及一資訊處理器；該機台包括一第一測試圖及一第二測試圖，所述第一測試圖具有一通孔，所述第二測試圖正對所述通孔，所述第一測試圖、所述瞄準儀及所述第二測試圖依次置於所述鏡頭模組之入射光路上，該資訊處理器與該機台電性連接，可控制該機台各部件協調動作並處理該機台採集之資訊；安裝該調焦系統；根據該攜帶式電子裝置之相關參數對鏡頭模組之理想超焦距進行初步計算，計算出理想超焦距之初步計算值；以上述理想超焦距之初步計算值為基礎，以兩種調焦模式分別對鏡頭模組進行調節，分別考察兩種調焦模式下之調焦效果，並分別計算兩種調焦模式下理想超焦距之修正值；根據理想超焦距之兩個修正值分別對鏡頭模組進行進一步調節，於調節過程中對鏡頭模組於兩種調焦模式下之調製傳遞函數進行計算及記錄；對鏡頭模組於兩種調焦模式下之調製傳遞函數進行比較，得出兩種調焦模式下之調製傳遞函數均滿足要求時自變量所在之區間，進一步得到較理想之調焦狀態。
如申請專利範圍第9項所述之調焦方法，其中所述理想超焦距H之初步計算值H₀係根據所述鏡頭模組之焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c計算得出，計算公式為H₀=f+f²/(cF)。
如申請專利範圍第9項所述之調焦方法，其中所述理想超焦距H之初步計算值H₀係根據所述鏡頭模組之焦距f、光圈系數F及彌散圈直徑c計算得出，計算公式為H₀=f²/(cF)。
如申請專利範圍第9項所述之調焦方法，其中所述兩種調焦模式係近距離調焦模式及遠距離調焦模式。
如申請專利範圍第12項所述之調焦方法，其中所述鏡頭模組於所述近距離調焦模式下拍攝所述第一測試圖，鏡頭模組於所述遠距離調焦模式下通過所述瞄準儀拍攝所述第二測試圖。
如申請專利範圍第12項所述之調焦方法，其中所述近距離調焦模式下之理想超焦距修正值係通過實驗測得前景深，再由前景深與超焦距之關係計算得出之理想超焦距修正值。
如申請專利範圍第12項所述之調焦方法，其中所述遠距離調焦模式下之理想超焦距修正值係通過考察極遠處影像採擷之清晰度得出，當極遠處所採擷之影像清晰度達到最佳時，測得此時理想超焦距之遠距離修正值。
如申請專利範圍第9項所述之調焦方法，其中所述資訊處理器以第一調製傳遞函數記錄所述鏡頭模組攝入之所述第一測試圖之影像清晰度變化情況，以第二調製傳遞函數記錄鏡頭模組攝入之所述第二測試圖之影像清晰度變化情況。
如申請專利範圍第16項所述之調焦方法，其中所述第一調製傳遞函數圖像與所述第二調製傳遞函數圖像於第一調製傳遞函數與第二調製傳遞函數之因變量均大於50%之區間內之交點為對應最佳調焦狀態之最佳調節點。
如申請專利範圍第16項所述之調焦方法，其中所述第一調製傳遞函數及第二調製傳遞函數之自變量均係所述鏡頭模組中鏡筒之旋轉圈數。