凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及装置

摘要

本发明涉及凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置。该方法包括以下步骤：①将光源、匀光板和分划板放置在被测镜头的像方一侧；②将凹面反射镜放置在被测镜头的物方一侧；③将多个图像传感器分布于凹面反射镜的焦面上；④调整分划板与被测镜头的位置，直至分划板位于被测镜头的焦平面；⑤各个数字图像处理单元计算出不同线对密度对应的MTF值；⑥MTF数据分析仪生成被测镜头的调制传递函数曲线。该方法和装置采用多个图像传感器共用一个凹面反射镜作为光学成像镜头，可用于小视场角长焦镜头多点位的调制传递函数的测量，不仅测量速度快，而且解决了由于多个光学镜头的结构干涉导致小视场角长焦镜头无法测量的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及光电一体化领域，特别涉及一种凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置。

背景技术

长焦镜头的调制传递函数测量，目前的方法是使用同一个准直镜头摄像机在不同角度位置，用放大法测量位于被测镜头像面的图案，通过数据分析得到被测镜头的图像传感器面各个位置的调制传递函数。使用该方法的典型产品为德国Trioptics的ImageMaster Universal。使用该产品测量光学镜头时，需要移动准直镜头摄像机相对被测镜头的角度至预定位置后开始测量。当要测量的位置较多时，移动和调整的时间较长，导致测量时间长达数十分钟，无法适应批量生产的要求。

另有中国专利CN104122077A是用多个数字摄像机同时测量计算被测镜头的靶面不同位置的调制传递函数。而由于每个数字摄像机有独立的光学镜头和传感器，两个数字摄像机之间形成的最小夹角受光学镜头机械尺寸的制约。目前锐景达光电科技有限公司利用该专利研发的产品，最小的视场角只能测量28°，无法满足测量如焦距500mm的长焦镜头所需的最小视场角低至1°的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置，该方法和装置采用多个图像传感器共用一个凹面反射镜作为光学成像镜头，可用于小视场角长焦镜头多点位的调制传递函数的测量，不仅测量速度快，而且解决了由于多个光学镜头的结构干涉导致小视场角长焦镜头无法测量的问题。

本发明技术方案是这样实现的：

(一)方案一：

一种凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①将光源、匀光板和分划板放置在被测镜头的像方一侧并沿被测镜头的入射光轴方向由远及近依次布设，所述分划板上刻有多组由不同线对的子午向和弧矢向排列的黑白细线组成的鉴别率单元图案；

②将一个焦距大于被测镜头焦距的凹面反射镜放置在被测镜头的物方一侧，使得凹面反射镜与被测镜头配合形成放大光路，所述凹面反射镜的反射面朝向被测镜头且凹面反射镜的光轴与被测镜头的光轴呈设定的倾斜角度使得光线反射后不会被被测镜头的结构所遮挡；

③将多个图像传感器按照被测镜头的测量要求分布于凹面反射镜的焦面上，将各个图像传感器分别与MTF数据分析仪上的各个数字图像处理单元一一对应连接；

④调整分划板与被测镜头的相对位置，直至分划板位于被测镜头的焦平面，以保证通过被测镜头产生的平行光在图像传感器上形成清晰的鉴别率单元图案的图像；

⑤各个数字图像处理单元分别选取与其相连的图像传感器上位于中心位置的一个鉴别率单元图案的图像，根据该图像计算出不同线对密度对应的MTF值；

⑥MTF数据分析仪根据每个图像传感器所在视角位置以及每个数字图像处理单元计算出的MTF值，生成被测镜头在不同视角位置上的子午向和弧矢向的调制传递函数曲线。

为了减小体积，本发明做了进一步改进：在所述凹面反射镜和图像传感器之间设置平面反射镜对光路进行折弯。

作为一种优选的方案，所述凹面反射镜的光轴经平面反射镜折弯后与被测镜头的光轴相平行。

作为一种优选的方案，所述凹面反射镜的焦距为被测镜头焦距的4～10倍。

为了能有效降低凹面反射镜的场曲等像差对测量的影响，各个所述图像传感器相对凹面反射镜的位置独立可调。

(二)方案二：

一种用于实现凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法的装置，该装置包括被测镜头以及设置于被测镜头像方一侧且沿被测镜头的入射光轴方向由远及近依次布设的光源、匀光板和分划板，所述分划板上刻有多组由不同线对的子午向和弧矢向排列的黑白细线组成的鉴别率单元图案，该装置还包括用于调整分划板相对被测镜头位置的位置调整装置、设置于被测镜头物方一侧的用于与被测镜头配合形成放大光路的凹面反射镜、多个按照被测镜头的测量要求分布于凹面反射镜的焦面上的图像传感器以及分别与各个图像传感器相连接的MTF数据分析仪，所述凹面反射镜的焦距大于被测镜头的焦距，所述凹面反射镜的反射面朝向被测镜头且凹面反射镜的光轴与被测镜头的光轴呈设定的倾斜角度，所述MTF数据分析仪上设有数量与图像传感器相匹配的数字图像处理单元，各个图像传感器分别与MTF数据分析仪上的各个数字图像处理单元一一对应连接。

为了减小体积，本发明做了进一步改进：该装置还包括设置于凹面反射镜和图像传感器之间的用来对光路进行折弯的平面反射镜。

作为一种优选的方案，所述凹面反射镜的光轴经平面反射镜折弯后与被测镜头的光轴相平行。

作为一种优选的方案，所述凹面反射镜的焦距为被测镜头焦距的4～10倍。

为了能有效降低凹面反射镜的场曲等像差对测量的影响，各个所述图像传感器相对凹面反射镜的位置独立可调。

较之现有技术而言，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置，采用多个图像传感器共用一个凹面反射镜作为光学成像镜头，可用于小视场角长焦镜头多点位的调制传递函数的测量，不仅测量速度快，而且解决了由于多个光学镜头的结构干涉导致小视场角长焦镜头无法测量的问题；

(2)本发明提供的凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置，与现有的测量长焦镜头调制传递函数的产品如ImageMaster Universal相比，由于采用多个图像传感器及数字图像处理单元的方案，可同时测量被测长焦镜头的靶面的多点位的调制传递函数，不需要位置移动的动作，从而使一次测量时间从几十分钟减小为几秒，可应用于工厂化批量生产；

(3)本发明提供的凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置，与专利CN104122077A所描述的技术相比，本发明由于多路图像传感器共用一个凹面反射镜作为光学成像镜头，无需多个光学镜头，不仅结构简单，制造成本低，而且没有多个光学镜头的结构干涉，可用于测量小视场角、长焦镜头的调制传递函数；

(4)本发明提供的凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置，由于使用了平面反射镜对光路进行折弯，减小了整个测量装置的体积，不仅占用空间小，而且制造成本低；

(5)本发明提供的凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法及用于实现该方法的装置，由于各个图像传感器相对凹面反射镜的位置独立可调，能使图像传感器尽可能地接近凹面反射镜的焦面，有效降低凹面反射镜的场曲等像差对测量的影响，使测量结果更加准确。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法的光路图；

图2是本发明用于实现凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数方法的装置的结构示意图；

图3是图像传感器几种分布方式的示意图；

图4是本发明其中一种鉴别率单元图案的示意图。

图中符号说明：1、光源，2、匀光板，3、分划板，4、被测镜头，5、凹面反射镜，6、图像传感器，7、MTF数据分析仪，71、数字图像处理单元，8、平面反射镜。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：

(一)具体实施方式一：

如图1-4所示，为本发明提供的一种凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法，该方法包括以下步骤：

①将光源1、匀光板2和分划板3放置在被测镜头4的像方一侧并沿被测镜头4的入射光轴方向由远及近依次布设，所述分划板3上刻有多组由不同线对的子午向和弧矢向排列的黑白细线组成的鉴别率单元图案；

②将一个焦距大于被测镜头4焦距的凹面反射镜5放置在被测镜头4的物方一侧，使得凹面反射镜5与被测镜头4配合形成放大光路，所述凹面反射镜5的反射面朝向被测镜头4且凹面反射镜5的光轴与被测镜头4的光轴呈设定的倾斜角度；这里所说的“设定的倾斜角度”是指光线能进入凹面反射镜5且反射光线又不会被被测镜头4的结构所遮挡的所有角度。

③将多个图像传感器6按照被测镜头4的测量要求分布于凹面反射镜5的焦面上，将各个图像传感器6分别与MTF数据分析仪7上的各个数字图像处理单元71一一对应连接；

④调整分划板3与被测镜头4的相对位置，直至分划板3位于被测镜头4的焦平面，以保证通过被测镜头4产生的平行光在图像传感器6上形成清晰的鉴别率单元图案的图像；

⑤各个数字图像处理单元71分别选取与其相连的图像传感器6上位于中心位置的一个鉴别率单元图案的图像，根据该图像计算出不同线对密度对应的MTF值；

⑥MTF数据分析仪7根据每个图像传感器6所在视角位置以及每个数字图像处理单元71计算出的MTF值，生成被测镜头4在不同视角位置上的子午向和弧矢向的调制传递函数曲线。

为了减小体积，本发明做了进一步改进：在所述凹面反射镜5和图像传感器6之间设置平面反射镜8对光路进行折弯。

作为一种优选的方案，所述凹面反射镜5的光轴经平面反射镜8折弯后与被测镜头4的光轴相平行。当然凹面反射镜5的光轴和被测镜头4的光轴也可以不平行，也可以为其它角度，只是整个装置的体积会比较大，不会影响测量结果。

所述凹面反射镜5的焦距须大于被测镜头4焦距的几倍，以保证凹面反射镜5的像差对测量影响不大；凹面反射镜5的焦距须小于被测镜头4焦距的几十倍，使得图像传感器6得到的图案足够MTF测量所需。作为一种优选的方案，所述凹面反射镜5的焦距为被测镜头4焦距的4～10倍。

为了能有效降低凹面反射镜的场曲等像差对测量的影响，各个所述图像传感器6相对凹面反射镜5的位置独立可调。当凹面反射镜5的焦面为曲面时，可调整各个图像传感器6，使图像传感器6尽可能地接近凹面反射镜5的焦面。

(二)具体实施方式二：

如图1-4所示，为本发明提供的一种用于实现凹面镜成像测量长焦镜头调制传递函数的方法的装置，该装置包括被测镜头4以及设置于被测镜头4像方一侧且沿被测镜头4的入射光轴方向由远及近依次布设的光源1、匀光板2和分划板3，所述分划板3上刻有多组由不同线对的子午向和弧矢向排列的黑白细线组成的鉴别率单元图案，该装置还包括用于调整分划板3相对被测镜头4位置的位置调整装置、设置于被测镜头物方一侧的用于与被测镜头4配合形成放大光路的凹面反射镜5、多个按照被测镜头4的测量要求分布于凹面反射镜5的焦面上的图像传感器6以及分别与各个图像传感器6相连接的MTF数据分析仪7，所述凹面反射镜5的焦距大于被测镜头4的焦距，所述凹面反射镜5的反射面朝向被测镜头4且凹面反射镜5的光轴与被测镜头4的光轴呈设定的倾斜角度，所述MTF数据分析仪7上设有数量与图像传感器6相匹配的数字图像处理单元71，各个图像传感器6分别与MTF数据分析仪7上的各个数字图像处理单元71一一对应连接。所述位置调整装置可以是手动的或自动的，可以是机械的或电动的等等。这里所说的“设定的倾斜角度”是指光线能进入凹面反射镜5且反射光线又不会被被测镜头4的结构所遮挡的所有角度。如图3所示，为图像传感器6几种分布方式的示意图。如图4所示，为本发明其中一种鉴别率单元图案的示意图。

为了减小体积，本发明做了进一步改进：该装置还包括设置于凹面反射镜5和图像传感器6之间的用来对光路进行折弯的平面反射镜8。

作为一种优选的方案，所述凹面反射镜5的光轴经平面反射镜8折弯后与被测镜头4的光轴相平行。当然凹面反射镜5的光轴和被测镜头4的光轴也可以不平行，也可以为其它角度，只是整个装置的体积会比较大，不会影响测量结果。

所述凹面反射镜5的焦距须大于被测镜头4焦距的几倍，以保证凹面反射镜5的像差对测量影响不大；凹面反射镜5的焦距须小于被测镜头4焦距的几十倍，使得图像传感器6得到的图案足够MTF测量所需。作为一种优选的方案，所述凹面反射镜5的焦距为被测镜头4焦距的4～10倍。

为了能有效降低凹面反射镜的场曲等像差对测量的影响，各个所述图像传感器6相对凹面反射镜5的位置独立可调。可以通过增加手动或自动的调整装置来实现凹面反射镜5位置的独立可调。当凹面反射镜5的焦面为曲面时，可调整各个图像传感器6，使图像传感器6尽可能地接近凹面反射镜5的焦面。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。