TWI468658B - 鏡頭檢測裝置及方法 - Google Patents

Description

鏡頭檢測裝置及方法

本發明係關於一種鏡頭檢測裝置及方法，尤其關於一種能夠檢測多種物距的鏡頭檢測裝置及方法。

目前，鏡頭已大量地被應用於各種行動裝置，例如手機、行動裝置或數位相機等。於製造過程中會因製程差異而改變鏡頭品質，因此，鏡頭於出廠前均需經過檢測，以確定製造完成的鏡頭符合原設計之規範。鏡頭檢測裝置舉例而言，至少包含以下種類，有限距離之逆投影光學鏡頭檢測、無窮遠距離逆投影光學鏡頭檢測、無窮遠距離正投影光學鏡頭檢測、及有限距離之正投影光學鏡頭檢測。

圖1A顯示習知用以檢測鏡頭之鏡頭檢測裝置的示意圖。鏡頭檢測裝置100a用以檢測有限距離下的鏡頭品質，其檢測方式為放置一感光元件(例如影像感測器)於待測光學鏡頭或成像系統需檢測之視場或需檢測之角度，並進行固定距離量測，以此可測量得到有限距離之鏡頭光學品質。請參見圖1A，鏡頭檢測裝置100a包含至少一影像感測器110、一待測鏡頭120、一檢測圖形投影模組130。檢測圖形投影模組130包含一光源131及一測試圖案132。光源131發出一光線穿透過測試圖案132而形成圖案化光型。此外為待測鏡頭120的不同特性，可以使用不同的測試圖案132。進行檢測時，來自光源131的光線照射至測試圖案132後，產生圖案化光型，該些圖案化光型穿透過鏡頭120再照射至影像感測器110。影像感測器110擷取一影像並傳送至主機150，再利用主機150對該被擷取到的影像進行分析，求得例如解析度、光電轉換函數(OECF；Opto-electronic conversion function)、灰階度、光學調制函數(modulation transfer function,MTF)、或光學空間頻率反應(spatial frequency responses)等等資訊。

圖1B顯示習知用以檢測鏡頭之鏡頭檢測裝置的示意圖。鏡頭檢測裝置100a用以進行檢測無窮距離下鏡頭品質，檢測方式為加裝一望遠鏡140於影像感測器110前，並將其放置於光學鏡頭或成像系統需檢測之視場或需檢測之角度，使檢測影像模擬至無窮遠成像達到一量測物距無窮遠之目的。更具體而言，請參見圖1B，鏡頭檢測裝置100b更包含至少一望遠鏡140。光源131發出一光線穿透過測試圖案132而形成圖案化光型。此外為待測鏡頭120的不同特性，可以使用不同的測試圖案132。進行檢測時，來自光源131的光線照射至測試圖案132後，產生圖案化光型，該些圖案化光型被望遠鏡140模擬至具有無窮遠成像的圖案化光型後，再穿透過鏡頭120並照射至影像感測器110。影像感測器110擷取一影像並傳送至主機150，再利用主機150對該被擷取到的影像進行分析。關於有限距離之正投影光學鏡頭檢測、及無窮遠距離正投影光學鏡頭檢測等之技術，類似於有限距離之逆投影光學鏡頭檢測、無窮遠距離逆投影光學鏡頭檢測，大致上的相異點為影像感測器110及檢測圖形投影模組130的位置相異，該些技術皆為業界所已知，以下將省略相關說明。

當以手機進行視訊或自拍時，手機之鏡頭與人物間的拍照距離通常不會超過手臂伸長之長度，其長度大約為400~600 mm之距離，但當利用手機拍撮風景，此時鏡頭與景象的拍照距離超過2公尺或是更遠，因此最佳的情況是同時以有限距離及無限距離來檢測鏡頭，來決定一鏡頭的品質。

然而，如上所述目前檢測鏡頭時，是利用鏡頭檢測裝置100a或100b，僅以有限距(finite object distance)或無窮遠(infinite object distance)來進行光學檢測，並未對多工作距離之需求作全方面考量。

本發明一實施例之目的在於提供一種具有檢測多個物距的鏡頭檢測裝置及方法。

依據本發明一實施例，提供一種鏡頭檢測方法，其適用一鏡頭檢測裝置用以檢測一待測鏡頭。鏡頭檢測方法包含以下步驟。檢測該待測鏡頭，並求得該待測鏡頭之一第一物距的一檢測特徵值。提供一校正資料。依據該檢測特徵值及該校正資料，計算出一第二物距的一模擬特徵值。較佳的情況是，該校正資料包含相異物距間之特徵值的關係值。

於一實施例中，鏡頭檢測方法更包含依據該檢測特徵值、該模擬特徵值以及至少一等級條件，決定該待測鏡頭的等級。較佳的情況是，鏡頭檢測方法更包含提供該至少一等級條件，並設定該至少一等級條件與該待測鏡頭之等級的一對應表。並且，該決定該待測鏡頭的等級的步驟更依據該至少一等級條件與該待測鏡頭之等級的該對應表，決定該待測鏡頭的等級。

於一實施例中，該提供一校正資料的步驟包含：利用該待測鏡頭的設計規格，以光學模擬方式來求得該校正資料。

於一實施例中，該提供一校正資料的步驟包含：以多個相異的物距，對一校正用鏡頭進行檢測，再利用該些檢測結果求得該校正資料。

於一實施例中，該第一物距為有限物距，該第二物距為無窮物距。於一實施例中，該第一物距為無窮物距，該第二物距為有限物距。

於一實施例中，該檢測特徵值為一檢測MTF值或一檢測BFL值，該模擬特徵值為一模擬MTF值或一模擬BFL值。

依據本發明一實施例，提供一種鏡頭檢測裝置用以檢測一待測鏡頭。鏡頭檢測裝置包含一主機及多個影像感測器。多個影像感測器耦接於該主機，並提供來自該待測鏡頭的一第一物距的一影像至該主機的該處理單元。主機包含一用以儲存一校正資料的儲存單元及一處理單元。且該處理單元執行以下步驟。依據該影像求得該待測鏡頭之該第一物距的一檢測特徵值。讀取該校正資料。依據該檢測特徵值及該校正資料，計算出一第二物距的一模擬特徵值。

於一實施例中，該校正資料包含相異物距間之特徵值的關係值。

於一實施例中，該校正資料為利用該待測鏡頭的設計規格，以光學模擬方式來求得的資料。

於一實施例中，該校正資料為是以多個相異的物距，對一校正用鏡頭進行檢測，再利用該些檢測結果而求得的資料。

如上所述，依本發明一實施例，在無窮遠與有限距兩種架構整合的情況下，其無論使用何種測量系統，例如無窮遠或是有限距離量測，都具有無窮遠距離規格判定與有限距離規格判定或是多種不同物距規格判定。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2顯示依本發明一實施例鏡頭檢測裝置的功能方塊圖。鏡頭檢測裝置200包含多個影像感測器210及一主機250。多個影像感測器210分別位於相異的視場，例如分別位於0F的視場(其為視場的中心)、0.7F的視場及1.0F的視場等。多個影像感測器210耦接於主機250，且用以取得相異視場的影像。主機250的處理單元251取得該些影像後利用該些影像分別求得各視場的光學特徵值，例如MTF(光學調制函數值)值、BFL(後焦長度、Back Focus Length)值、解析度、光電轉換函數、灰階度、光學調制函數、或光學空間頻率反應等。主機250包含一輸入單元253、一儲存單元252及一處理單元251。輸入單元253用以輸入至少一等級條件、校正資料或待測鏡頭120的光學規格等所需要的資料。儲存單元252儲存至少一等級條件、校正資料或待測鏡頭120的光學規格等資料。處理單元251用以求得待測鏡頭120的各種檢測光學特徵值、設計光學特徵值及模擬光學特徵值，例如檢測MTF值、設計MTF值以及模擬MTF值等。

圖3顯示依本發明一實施例鏡頭檢測方法的流程圖。如圖3所示，依本發明一實施例之鏡頭檢測方法包含以下步驟。

步驟S02：提供至少一等級條件。於一實施例中，還可以設定前述至少一等級條件與待測鏡頭120之等級的對應表(將於後述)。更具體而言，各檢測規格的條件可以設成如下表一。

上表中，一共包含有九個條件，其中「0F MTF>0.7」是指視場為0F(亦即視場中心)的MTF值大於0.7。「0.7F MTF>0.6」是指視場為0.7F的MTF值大於0.6。「1.0F MTF>0.6」是指視場為1F的MTF值大於0.6。其他各欄之用語可依上述內容類推。應了解的是，條件的種類及數量不是本發明所限定者，可以依需求增加或減少條件的種類及數量。

步驟S04：檢測一待測鏡頭120，並求得該待測鏡頭120之於一第一物距下的一檢測特徵值，例如檢測MTF值或檢測BFL值。

步驟S06：提供一校正資料，其中該校正資料包含相異物距間之光學特徵值的關係值。於一實施例中，可以利用待測鏡頭120的原始設計規格，以光學模擬方式來求得該校正資料。於另一實施例中，亦可以從所製得的多個鏡頭中選擇一鏡頭，作為校正用鏡頭，同時對該校正用鏡頭進行各種物距、各種視場等的檢測，再將該些檢測結果整理成校正資料，此時校正資料可以預先儲存於中儲存單元252。

步驟S08：依據檢測特徵值及校正資料，以內插或外插等方式，計算出第二物距下的一模擬特徵值，例如模擬MTF值或模擬BFL值，且第一物距相異於第二物距。較佳的情況是，第一物距為有限物距而第二物距為無限物距；或者第一物距為無限物距而第二物距為有限物距。此外，當待測鏡頭120為手機、行動裝置等的鏡頭時，由於使用者最常使用待測鏡頭120來拍撮近距離的影像，因此更佳的情況是第一物距為有限物距。此外，步驟S08是利用處理單元251來執行的，且可以使用一處理器並配合目前已知或者將來發展的光學軟體，例如光學測試軟體、光學模擬軟體或統計歸納分析整理軟體等，來實現處理單元251。

步驟S10：依據檢測特徵值、模擬特徵值以及前述至少一等級條件，決定待測鏡頭120的等級。

於習知技術中，若要同時得知待測鏡頭120之有限距或無窮遠的光學特性時，需要分別利用鏡頭檢測裝置100a或100b進行二次以上的檢測程序。相對於此，依本發明一實施例，僅需以第一物距來實際地檢測待測鏡頭120，再以模擬的方式來求得第二物距的待測鏡頭120的光學特徵值，即可得知待測鏡頭120在有限物距及無限物距的光學特性。

以下以MTF值及BFL值為示例，更具體的說明本發明一實施例之鏡頭檢測方法。圖4顯示在視場中心0F之MTF與BFL的曲線圖。其中曲線Cin為無限物距(infinite)的校正用曲線，曲線C100有限物距100mm的校正用曲線。本發明不限定曲線Cin及曲線C100的取得方式，一實施例中，可以利用待測鏡頭120的原始光學規格及光學模擬軟體來求得曲線Cin及曲線C100，如此可以節省檢測校正用鏡頭時所需花費的時間。較佳的情況是更推導出多個相異視場及多個相異物距下的多個MTF與BFL的曲線。待測鏡頭120的光學規格是設計者依據產品的光學需求所設計而得，利用該些光學規格可以計算或模擬出理想狀態下待測鏡頭120的光學特徵值，例如MTF值與BFL值。於另一實施例中，亦可以分別利用鏡頭檢測裝置100a及100b對一校正用鏡頭進行檢測，並利用檢測結果來求得曲線Cin及曲線C100，如此能夠考量到製程的差異性，並取得較精準的實際檢測值。

並利用曲線Cin及曲線C100求與兩曲線之峰值間的相關性。於圖4僅顯示在視場0F時之物距無窮遠及物距100mm的MTF及BFL的曲線。於本實施例中，如圖4所示，是求得曲線Cin及曲線C100之峰值在橫軸(BFL值)間的差值Db；以及在縱軸(MTF值)間的差值。在其他視場例如0.7F及1.0F及其他物距例如400mm的MTF及BFL的曲線，亦可以參照上述方式及圖4，來求得各自對應的差值。最後，再將該些相關性儲存於表二中，形成一包含相異物距間之光學特徵值的差值的校正表，用以為作校正資料。

於一實施例中亦可以利用數學演算法，將表二中的資料轉換成校正函數，用以作為校正資料。校正表或校正函數可以預先儲存於儲存單元252。

再請參照圖4，於步驟S04中，利用鏡頭檢測裝置100b，測得待測鏡頭120之視場0F及物距無窮遠時的曲線Lin，求得待測鏡頭120之視場0F及物距無窮遠時的MTF值及BFL值。於步驟S08中，再依據表二的校正表及待測鏡頭120之視場0F及物距無窮遠時的MTF值及BFL值，以內插或外插等方式，計算出視場0F及物距100的模擬MTF值及模擬BFL值，亦即曲線L100的峰值。如此，即可僅實際地檢測一種物距的光學特徵值，同時得到多種物距的光學特徵值，減少檢測所需的時間。

於步驟S10中，還可以依據產品的不同，設定前述至少一等級條件與待測鏡頭120之等級的對應表。特別是以多個物距的MTF值來決定待測鏡頭120之等級的情況下，可以使用表一中條件1~9中之二個以上的條件，以及該些條件的聯集或交集，當作判定待測鏡頭120之等級的標準。例如當檢測MTF值及模擬MTF值皆符合條件1~9時，將待測鏡頭120之等級設為A。當檢測MTF值及模擬MTF值皆符合條件1~9中的6個時，將待測鏡頭120之等級設為B。以此類推，即可製得等級條件與待測鏡頭120之等級的對應表。

於一實施例，還可以用來決定待測鏡頭120的應用產品，例如若檢測MTF值及模擬MTF值皆符合條件1~3時，代表該待測鏡頭120適合用於照撮遠距離的相片。若檢測MTF值及模擬MTF值皆符合條件7~9時，代表該待測鏡頭120適合用於照撮近距離的相片，例如可以適用於手機或行動裝置等產品。

綜上所述，依據本發明一實施例之鏡頭檢測裝置，無論量測結構為正投影或者逆投影，可以在有限距測量機台10a測量完有限距結果後，利用本發明一實施例的檢測方法，根據實際檢測的光學特徵值(檢測特徵值)或模擬出的理想的光學特徵值，以內插或外插法，計算出不同物距的模擬的光學特徵值(模擬特徵值)。再依據檢測特徵值、模擬特徵值以及前述至少一等級條件，對待測鏡頭120進行分類。

依據本發明一實施例，能夠整合有限距離檢測及無限距離檢測的兩種架構，形成具有複數功能的測量架構。於一實施例中，更附加一判定模式的功能(步驟S10)。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100a．．．鏡頭檢測裝置

100b．．．鏡頭檢測裝置

110．．．影像感測器

120．．．鏡頭

130．．．檢測圖形投影模組

131．．．光源

132．．．測試圖案

140．．．望遠鏡

150．．．主機

200．．．鏡頭檢測裝置

210．．．多個影像感測器

250．．．主機

251．．．處理單元

252．．．儲存單元

253．．．輸入單元

圖1A顯示習知用以檢測鏡頭之鏡頭檢測裝置的示意圖。

圖1B顯示習知用以檢測鏡頭之鏡頭檢測裝置的示意圖。

圖2顯示依本發明一實施例鏡頭檢測裝置的功能方塊圖。

圖3顯示依本發明一實施例鏡頭檢測方法的流程圖。

圖4顯示在視場中心0F之MTF與BFL的曲線圖。

Claims (15)

1. 一種鏡頭檢測方法，適用一鏡頭檢測裝置用以檢測一待測鏡頭，包含：利用該鏡頭檢測裝置的多個影像感測器取得該待測鏡頭的一第一物距的一影像，並依據該影像求得該待測鏡頭之該第一物距的一檢測特徵值；提供一包含相異物距間之特徵值的關係值的校正資料，其包含：取得該第一物距的特徵值的校正用曲線；取得該第二物距的特徵值的校正用曲線；求得該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線間的關係值，以形成該校正資料；利用該鏡頭檢測裝置的一處理單元並依據該第一物距的該檢測特徵值及該校正資料，計算出該第二物距的一模擬特徵值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭檢測方法，其中該求得該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線間的關係值的步驟，包含：求得該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線之峰值在橫軸間的差值；以及 求得該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線之峰值在縱軸間的差值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭檢測方法，更包含：依據該檢測特徵值、該模擬特徵值以及至少一等級條件，決定該待測鏡頭的等級。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭檢測方法，更包含：提供該至少一等級條件，並設定該至少一等級條件與該待測鏡頭之等級的一對應表，其中該決定該待測鏡頭的等級的步驟更依據該至少一等級條件與該待測鏡頭之等級的該對應表，決定該待測鏡頭的等級。
5. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭檢測方法，其中，該取得該第一物距的特徵值的校正用曲線的步驟包含：利用該待測鏡頭的設計規格，以光學模擬方式來求得該第一物距的特徵值的校正用曲線，且該取得該第二物距的特徵值的校正用曲線的步驟包含：利用該待測鏡頭的設計規格，以光學模擬方式來求得該第二物距的特徵值的校正用曲線。
6. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭檢測方法，其中，該取得該第一物距的特徵值的校正用曲線的步驟包含：利用該鏡頭檢測裝置的該些影像感測器取得一校正用 鏡頭的該第一物距的一影像，並依據該校正用鏡頭的該第一物距的該影像求得該校正用鏡頭之該第一物距的特徵值的校正用曲線，且該取得該第二物距的特徵值的校正用曲線的步驟包含：利用該鏡頭檢測裝置的該些影像感測器取得該校正用鏡頭的該第二物距的一影像，並依據該校正用鏡頭的該第二物距的該影像求得該校正用鏡頭之該第二物距的特徵值的校正用曲線。
7. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭檢測方法，其中該第一物距為有限物距，該第二物距為無窮物距。
8. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭檢測方法，其中該第一物距為無窮物距，該第二物距為有限物距。
9. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭檢測方法，其中該檢測特徵值為一檢測MTF值或一檢測BFL值，該模擬特徵值為一模擬MTF值或一模擬BFL值。
10. 一種鏡頭檢測裝置，用以檢測一待測鏡頭，包含：一主機包含：一儲存單元，用以儲存一包含相異物距間之特徵值的關係值的校正資料，其中該校正資料包含該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線間的關係值；及 一處理單元；以及多個影像感測器，耦接於該主機，並提供來自該待測鏡頭的一第一物距的一影像至該主機的該處理單元，其中該處理單元執行以下步驟：依據該影像求得該待測鏡頭之該第一物距的一檢測特徵值；讀取該校正資料；及依據該檢測特徵值及該校正資料，計算出一第二物距的一模擬特徵值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之鏡頭檢測裝置，其中該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線間的關係值包含：該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線之峰值在橫軸間的差值；以及該第一物距的特徵值的校正用曲線及該第二物距的特徵值的校正用曲線之峰值在縱軸間的差值。
12. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭檢測裝置，其中該第一物距的特徵值的校正用曲線以及該第二物距的特徵值的校正用曲線皆為利用該待測鏡頭的設計規格，以光學模擬方式來求得的資料。
13. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭檢測裝置，其中， 該第一物距的特徵值的校正用曲線是利用該鏡頭檢測裝置的該些影像感測器取得一校正用鏡頭的該第一物距的一影像，並依據該校正用鏡頭的該第一物距的該影像加以求得，而且該第二物距的特徵值的校正用曲線是利用該鏡頭檢測裝置的該些影像感測器取得一校正用鏡頭的該第二物距的一影像，並依據該校正用鏡頭的該第二物距的該影像加以求得。
14. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭檢測裝置，其中該檢測特徵值為一檢測MTF值或一檢測BFL值，該模擬特徵值為一模擬MTF值或一模擬BFL值。
15. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭檢測方法，其中該第一物距為有限物距，該第二物距為無窮物距。