獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法，所述獲取透鏡最佳成像焦距的方法包括：首先，利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得在該N個不同位置處的調(diào)制傳遞參數(shù)MTF值，N為大于或等于3的整數(shù)；然后，在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示MTF值的二維坐標(biāo)系中，將所述N個不同位置處的MTF值，根據(jù)最小二乘法擬合為二次拋物線；最后，通過求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，能夠有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中由于測試位置和數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重造成測試資源浪費(fèi)以及測試生產(chǎn)效率低下的問題。
【專利說明】獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MTF測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，可穿戴類產(chǎn)品的發(fā)展日新月異，成為拉動消費(fèi)類電子產(chǎn)品增長的一個重要增長點。頭戴類顯示設(shè)備是可穿戴類電子產(chǎn)品的一個重要組成部分，發(fā)展也是尤其迅速的。頭戴顯示類設(shè)備使用的高分辨率的液晶LCD屏，通過光學(xué)透鏡的放大，給用戶帶來無以倫比的視覺體驗。
[0003]但是，光學(xué)透鏡的生產(chǎn)工藝和精度，決定了每個光學(xué)透鏡都有微小的差異，從而導(dǎo)致光學(xué)透鏡的最佳成像焦距也都有微小的差異，因此，在光學(xué)透鏡的組裝過程中，需要通過調(diào)整墊片的厚度來補(bǔ)償每個光學(xué)透鏡的微小差異，使每個光學(xué)透鏡都能達(dá)到最佳的成像效果O
[0004]調(diào)制傳遞參數(shù)(Modulat1n Transfer Funct1n,簡稱MTF)是光學(xué)成像系統(tǒng)的重要指標(biāo)。成像系統(tǒng)MTF的高低直接反映了成像質(zhì)量的好壞。理論上，MTF值越高，圖像質(zhì)量越好。現(xiàn)有技術(shù)中的枚舉法，在光學(xué)透鏡的誤差精度范圍內(nèi)，通過以墊片厚度的精度規(guī)格作為單步移動的距離，逐個位置測量MTF值，MTF值最大的位置，就是最佳成像焦距，從而計算出光學(xué)透鏡組裝過程中墊片的厚度。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)，至少存在如下缺陷:
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中的枚舉法為了獲取光學(xué)透鏡的最佳成像焦距，通過以墊片厚度的精度規(guī)格作為單步移動的距離，逐個位置測量MTF值，在MTF值測量過程中，可能導(dǎo)入由于測試環(huán)境、相機(jī)成像不穩(wěn)定性、測試工裝的移動導(dǎo)致的微小誤差，從而可能造成在最佳成像焦距位置上，測量的MTF值小于左右兩側(cè)位置的MTF值，導(dǎo)致雙波峰的情況發(fā)生，進(jìn)而影響最終的計算結(jié)果；
[0007]枚舉法還需結(jié)合光學(xué)透鏡的誤差精度和墊片厚度的精度規(guī)格來計算，由于移動的步數(shù)過多，導(dǎo)致最佳焦距的測量時間過長，測試位置和數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重，造成測試資源的浪費(fèi)，使得測試和生產(chǎn)效率低下。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明提供的獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于測試位置和數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重造成測試資源浪費(fèi)以及測試和生產(chǎn)效率低下的問題。
[0009]一方面，本發(fā)明實施例提供了獲取透鏡最佳成像焦距的方法，該方法包括:
[0010]利用工業(yè)相機(jī)透過待測量透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得在該N個不同位置處的N個調(diào)制傳遞參數(shù)MTF值；其中N為大于或等于3的整數(shù)；
[0011]在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示透鏡在該靶圖位置處對應(yīng)的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線；
[0012]求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
[0013]進(jìn)一步地，所述利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得在該N個不同位置處的N個調(diào)制傳遞參數(shù)MTF值，包括:
[0014]將待測量透鏡放置并固定在工業(yè)相機(jī)和靶圖之間，并將該靶圖點亮；
[0015]將工業(yè)相機(jī)的中心、靶圖的中心和待測量透鏡的中心,調(diào)整并固定所述工業(yè)相機(jī)和所述待測量光學(xué)透鏡之間的距離，該固定距離是通過所述工業(yè)相機(jī)鏡頭參數(shù)計算得到的理論值；調(diào)整到同一水平軸上，并調(diào)整驅(qū)動靶圖移動的精度，達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)。
[0016]驅(qū)動靶圖按照設(shè)定的步長移動，將靶圖移動到下一個位置，并利用工業(yè)相機(jī)對各個位置處的靶圖進(jìn)行拍攝，獲得并保存靶圖在各個位置處的圖片數(shù)據(jù)，根據(jù)各個位置處的圖片數(shù)據(jù)計算待測量透鏡在各個位置處相應(yīng)的MTF值。
[0017]優(yōu)選的，所述N取6-8中的整數(shù)。
[0018]優(yōu)選的，所述N個不同位置均勻分布在所述透鏡的已知成像范圍內(nèi)。
[0019]另一方面，本發(fā)明實施例提供了獲取透鏡最佳成像焦距的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括測試工裝和處理器，所述測試工裝包括:工業(yè)相機(jī)和靶圖；
[0020]所述工業(yè)相機(jī)，用于透過所述透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)；其中N為大于或等于3的整數(shù)；
[0021]所述處理器，用于根據(jù)所述工業(yè)相機(jī)拍攝的N個圖片數(shù)據(jù)，獲得在所述N個不同位置處的N個MTF值；用于在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線；以及用于求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
[0022]進(jìn)一步地，所述測試工裝包括用于使靶圖按照設(shè)定的步長移動的電機(jī)；所述處理器包括:驅(qū)動單元、存儲單元、MTF獲取單元和最佳成像焦距獲取單元；
[0023]所述驅(qū)動單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的策略控制電機(jī)，使電機(jī)驅(qū)動靶圖按照設(shè)定的步長移動；
[0024]所述存儲單元，用于存儲工業(yè)相機(jī)透過所述透鏡拍攝靶圖得到的圖片數(shù)據(jù)；
[0025]所述MTF獲取單元，用于根據(jù)存儲單元中的圖片數(shù)據(jù)，獲得所述透鏡在所述N個不同位置處相應(yīng)的MTF值；
[0026]所述最佳成像焦距獲取單元，用于在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線，并求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
[0027]再一方面，本發(fā)明實施例提供了組裝透鏡的方法，用于將所述透鏡組裝在包含顯示屏的顯示類電子設(shè)備中，該方法包括:
[0028]根據(jù)所述獲取透鏡最佳成像焦距的方法測得所述透鏡的最佳成像焦距；
[0029]根據(jù)所述透鏡的最佳成像焦距調(diào)整所述透鏡和顯示屏之間的距離。
[0030]進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述透鏡的最佳成像焦距調(diào)整所述透鏡和顯示屏之間的距離包括:
[0031]根據(jù)透鏡的最佳成像焦距選擇合適厚度的墊片，使用該厚度的墊片將透鏡和顯示屏之間的距離調(diào)整為所述透鏡的最佳成像焦距對應(yīng)的距離。
[0032]本發(fā)明實施例的有益效果是:本發(fā)明公開的獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法，通過利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖得到的圖片數(shù)據(jù)，獲得靶圖在至少3個不同位置處的MTF值，根據(jù)所述至少3個不同位置處的MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線，求解所述二次拋物線的對稱軸，得到該透鏡的最佳成像焦距，從而避免了在峰值位置由于測量誤差而導(dǎo)致的雙波峰現(xiàn)象，以及單個數(shù)據(jù)誤差的有害影響，有效地提高了最后獲得的透鏡最佳成像焦距的精度。
[0033]此外，在優(yōu)選方案中，通過獲得6-8中任一整數(shù)個不同位置處的MTF值，擬合二次拋物線求解透鏡的最佳成像焦距，從而減少了需要保存的數(shù)據(jù)和圖像，節(jié)省了測試設(shè)備的投入，提高了測試和生產(chǎn)的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種獲取透鏡最佳成像焦距的方法流程圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種獲取透鏡最佳成像焦距的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種獲取透鏡最佳成像焦距的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為使用枚舉法獲取光學(xué)透鏡成像范圍內(nèi)的多個不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)示意圖；
[0038]圖5_a為一種使用本發(fā)明提供的獲得透鏡最佳成像焦距的方法獲得不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)示意圖；
[0039]圖5_b為另一種使用本發(fā)明提供的獲得透鏡最佳成像焦距的方法獲得不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)示意圖；
[0040]圖6-a為將圖5-a中獲得的不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)根據(jù)最小二乘法擬合二次拋物線的示意圖；
[0041]圖6-b為將圖5-b中獲得的不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)根據(jù)最小二乘法擬合二次拋物線的示意圖；
[0042]圖7為采用本發(fā)明提供的獲取透鏡最佳成像焦距的方法得到多組數(shù)據(jù)的峰值計算結(jié)果的正態(tài)分布示意圖。
【具體實施方式】
[0043]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0044]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種獲取透鏡最佳成像焦距的方法，該方法包括:
[0045]S100，利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得在該N個不同位置處的N個調(diào)制傳遞參數(shù)MTF值；其中N為大于或等于3的整數(shù)。
[0046]具體的，包括如下步驟:
[0047]步驟1，將待測量透鏡放置并固定在工業(yè)相機(jī)和靶圖之間，并將該靶圖點亮。
[0048]需要說明的是，所述工業(yè)相機(jī)和所述待測量光學(xué)透鏡之間的距離固定，該固定距離是通過所述工業(yè)相機(jī)鏡頭參數(shù)計算得到的理論值。
[0049]步驟2，將工業(yè)相機(jī)的中心、靶圖的中心和待測量透鏡的中心，調(diào)整到同一水平軸上，并調(diào)整驅(qū)動靶圖移動的精度，達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)。
[0050]步驟3，利用工業(yè)相機(jī)拍攝當(dāng)前位置處的靶圖并保存，根據(jù)工業(yè)相機(jī)獲得的當(dāng)前位置處的靶圖的圖片數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前位置處的待測量透鏡的MTF值。
[0051]步驟4，利用預(yù)設(shè)的策略控制靶圖移動，使靶圖按照設(shè)定的步長移動到下一個位置，重復(fù)步驟3和步驟4，直到移動到最后一個位置。
[0052]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)的策略為預(yù)設(shè)的測試程序。
[0053]需要說明的是，成像范圍內(nèi)的最小刻度單位是墊片厚度的精度規(guī)格，靶圖一次移動一個或者多個最小刻度單位。
[0054]S101，在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線。
[0055]具體的，所述二次拋物線可表示為f (X) = ax2+bx+c,其中，a, b, c的值通過最小二乘法獲得。
[0056]S102，求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
[0057]具體的，所述二次拋物線的對稱軸可表述為X = 。
La
[0058]優(yōu)選的，所述N取6-8中的整數(shù)。
[0059]優(yōu)選的，所述N個不同位置均勻分布在所述透鏡的已知成像范圍內(nèi)。
[0060]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種獲取透鏡最佳成像焦距的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括測試工裝10和處理器20。
[0061]圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種獲取透鏡最佳成像焦距的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括上述測試工裝10和處理器20，所述測試工裝10包括:工業(yè)相機(jī)11和靶圖12 ；
[0062]所述工業(yè)相機(jī)11，用于透過所述透鏡拍攝靶圖12在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)；其中N為大于或等于3的整數(shù)。
[0063]優(yōu)選的，所述測試工裝10還包括:
[0064]電機(jī)13，用于使靶圖12按照設(shè)定的步長移動。
[0065]所述處理器20，用于根據(jù)所述工業(yè)相機(jī)11拍攝的N個圖片數(shù)據(jù)，獲得所述透鏡在所述N個不同位置處的MTF值；用于在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線；以及用于求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
[0066]具體的，所述處理器20包括:驅(qū)動單元21、存儲單元22、MTF獲取單元23和最佳成像焦距獲取單元24 ；
[0067]所述驅(qū)動單元21，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的策略控制電機(jī)13，使電機(jī)13驅(qū)動靶圖12按照設(shè)定的步長移動；
[0068]所述存儲單元22，用于存儲工業(yè)相機(jī)11透過所述透鏡拍攝靶圖12得到的圖片數(shù)據(jù)；
[0069]所述MTF獲取單元23，用于根據(jù)存儲單元22中的圖片數(shù)據(jù)，獲得所述透鏡在所述N個不同位置處相應(yīng)的MTF值；
[0070]所述最佳成像焦距獲取單元24，用于在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，將所述MTF獲取單元23中的N個不同位置處相應(yīng)的MTF值，根據(jù)最小二乘法擬合二次拋物線，并求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
[0071]優(yōu)選的，所述處理器20中的N取6-8中的整數(shù)。
[0072]優(yōu)選的，所述處理器20中N個不同位置均勻分布在所述透鏡的已知成像范圍內(nèi)。
[0073]本發(fā)明實施例還提供了組裝透鏡的方法，該方法包括:
[0074]根據(jù)所述獲取透鏡最佳成像焦距的方法獲得所述透鏡的最佳成像焦距。
[0075]根據(jù)所述透鏡的最佳成像焦距調(diào)整所述透鏡和顯示屏之間的距離。
[0076]具體的，根據(jù)透鏡的最佳成像焦距選擇合適厚度的墊片，使用該厚度的墊片將透鏡和顯示屏之間的距離調(diào)整為所述透鏡的最佳成像焦距對應(yīng)的距離。
[0077]為更清楚說明本發(fā)明提供的技術(shù)方案，以下結(jié)合一種具體的應(yīng)用場景，對本發(fā)明提供的技術(shù)方案有益效果進(jìn)行詳細(xì)闡述。本應(yīng)用場景下，假設(shè)待測量光學(xué)透鏡的成像范圍為0.60mm-1.60mm,塾片精度規(guī)格為0.05mm。
[0078]若采用現(xiàn)有技術(shù)中的枚舉法，獲得該光學(xué)透鏡的最佳成像焦距，則采用下述步驟:
[0079]步驟1，將待測量透鏡放置并固定在工業(yè)相機(jī)和靶圖之間，并將該靶圖點亮；
[0080]步驟2，將工業(yè)相機(jī)的中心、待測量透鏡的中心以及靶圖的中心，調(diào)整到同一水平軸上，調(diào)整并固定工業(yè)相機(jī)和測量光學(xué)透鏡之間的距離，該距離是通過所述工業(yè)相機(jī)鏡頭參數(shù)計算得到的理論值；調(diào)整電機(jī)精度，達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)，利用電機(jī)驅(qū)動靶圖，使靶圖初始位置位于該待測量光學(xué)透鏡成像范圍的最小值0.60mm處；
[0081]步驟3，利用工業(yè)相機(jī)拍攝當(dāng)前位置處的靶圖，根據(jù)工業(yè)相機(jī)獲得的當(dāng)前位置處的靶圖的圖片數(shù)據(jù)，計算所述待測量光學(xué)透鏡在當(dāng)前位置處的MTF值；
[0082]步驟4，利用預(yù)設(shè)的策略控制電機(jī)，通過該電機(jī)使靶圖按照設(shè)定的步長0.05mm移動到下一個位置，重復(fù)步驟3和步驟4,直到移動到最后一個位置1.60_。
[0083]圖4為使用枚舉法獲得的不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)示意圖，從圖4中可以看出:
[0084]該組數(shù)據(jù)包括21個不同位置處的MTF值，該組數(shù)據(jù)中沒有明顯的異常，無雙波峰現(xiàn)象，屬于比較理想的測試數(shù)據(jù)；按照枚舉法來分析該組測試數(shù)據(jù)，MTF峰值的位置在
1.1Omm處；而1.05mm-l.20mm處的MTF值非常接近，尤其是1.1Omm和1.15mm處的MTF值差別極小。
[0085]因此，在無法避免各種系統(tǒng)誤差的前提下，使用枚舉法來測量最佳成像焦距是比較困難的。
[0086]若采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，獲得該光學(xué)透鏡的最佳成像焦距，則采用下述步驟:
[0087]第一種情況,獲取分散分布在所述光學(xué)透鏡成像范圍0.60mm-1.60mm內(nèi)的6個不同位置:
[0088]步驟1，將待測量透鏡放置并固定在工業(yè)相機(jī)和靶圖之間，并將該靶圖點亮；
[0089]步驟2，將工業(yè)相機(jī)的中心、待測量透鏡的中心以及靶圖的中心，調(diào)整到同一水平軸上，調(diào)整并固定工業(yè)相機(jī)和測量光學(xué)透鏡之間的距離，該距離是通過所述工業(yè)相機(jī)鏡頭參數(shù)計算得到的理論值；調(diào)整電機(jī)精度，達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)，利用電機(jī)驅(qū)動靶圖，使靶圖初始位置位于該待測量光學(xué)透鏡成像范圍的最小值0.60mm處；
[0090]步驟3，利用工業(yè)相機(jī)拍攝當(dāng)前位置處的靶圖，根據(jù)工業(yè)相機(jī)獲得的當(dāng)前位置處的靶圖的圖片數(shù)據(jù)，計算所述待測量光學(xué)透鏡在當(dāng)前位置處的MTF值；
[0091]步驟4，利用預(yù)設(shè)的策略控制電機(jī)，通過該電機(jī)使靶圖按照設(shè)定的步長0.20mm移動到下一個位置，重復(fù)步驟3和步驟4,直到移動到最后一個位置1.60_。
[0092]需要說明的是，獲取分散分布在所述光學(xué)透鏡成像范圍0.60mm-1.60mm內(nèi)的6個不同位置時，并不局限于本情況下選擇的靶圖初始位置和移動步長，只要獲取的不同位置分散分布在所述透鏡的成像范圍內(nèi)即可。
[0093]第二種情況，獲取集中分布在所述光學(xué)透鏡成像范圍0.60mm-1.60mm內(nèi)的6個不同位置:
[0094]步驟1，將待測量透鏡放置并固定在工業(yè)相機(jī)和靶圖之間，并將該靶圖點亮；
[0095]步驟2，將工業(yè)相機(jī)的中心、待測量透鏡的中心以及靶圖的中心，調(diào)整到同一水平軸上，調(diào)整并固定工業(yè)相機(jī)和測量光學(xué)透鏡之間的距離，該距離是通過所述工業(yè)相機(jī)鏡頭參數(shù)計算得到的理論值；調(diào)整電機(jī)精度，達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)，利用電機(jī)驅(qū)動靶圖，使靶圖初始位置位于該待測量光學(xué)透鏡成像范圍的0.95mm處；
[0096]步驟3，利用工業(yè)相機(jī)拍攝當(dāng)前位置處的靶圖，根據(jù)工業(yè)相機(jī)獲得的當(dāng)前位置處的靶圖的圖片數(shù)據(jù)，計算所述待測量光學(xué)透鏡在當(dāng)前位置處的MTF值；
[0097]步驟4，利用預(yù)設(shè)的策略控制電機(jī)，通過該電機(jī)使靶圖按照設(shè)定的步長0.05mm移動到下一個位置，重復(fù)步驟3和步驟4，直到移動到最后一個位置。
[0098]需要說明的是，獲取集中分布在所述光學(xué)透鏡成像范圍0.60mm-1.60mm內(nèi)的6個不同位置時，并不局限于本情況下選擇的靶圖初始位置和移動步長，只要獲取的不同位置集中分布在所述透鏡的成像范圍內(nèi)即可。
[0099]圖5_a與圖5_b為使用本發(fā)明提供的獲取透鏡最佳成像焦距的方法獲得不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)示意圖，圖6-a與圖6-b為將不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)根據(jù)最小二乘法擬合二次拋物線的示意圖；其中，用X軸表示該光學(xué)透鏡的成像距離，單位為mm，Y軸表示所述待測量光學(xué)透鏡在不同位置的MTF值，可以看出，圖6-a中用來擬合拋物線的點更加均勻，以0.20_為單位均勻分布在整個測量量程內(nèi)，而圖5-b中用來擬合拋物線的點以0.05mm為單位集中分布在測量量程的0.95mm-l.20mm范圍內(nèi)；
[0100]圖6-a中擬合的二次拋物線的方程為:f (X) = -30.994x2+69.845x+l.475，對稱軸
69.845 ,
份置為X =--— 1.127 ;
U 且刀 2 X (-30.994)
[0101]根據(jù)所述對稱軸位置，得到該光學(xué)透鏡的最佳成像焦距為1.127mm處。
[0102]圖6-b中擬合的二次拋物線的方程為f (X) = -36.457x2+81.662x+4.756，對稱軸
81.662 , ιηΑ
位置為X =--= 1.120 ；
U 且力 2 X (-36.457)
[0103]根據(jù)所述對稱軸位置，得到該光學(xué)透鏡的最佳成像焦距為1.120mm處。
[0104]其中，圖6_a與圖6_b中，空心點表不圖4中所述待測量光學(xué)透鏡在21個不同位置處的MTF原始測量數(shù)據(jù)，上方帶箭頭的點表示用來進(jìn)行擬合二次拋物線的點，第一豎線表示在21個空心點中MTF值最大對應(yīng)的位置x = l.127，第二豎線為二次拋物線峰值對應(yīng)的位置X = 1.120。
[0105]對比圖6-a與圖6-b，可以得到:
[0106]通過根據(jù)最小二乘法擬合二次拋物線得到的在所述光學(xué)透鏡的成像范圍0.60mm-l.60mm內(nèi)的MTF值和圖4中的MTF原始測量數(shù)據(jù)非常的接近，尤其是在峰值附近，在使用本發(fā)明提供的技術(shù)方案獲取光學(xué)透鏡的最佳成像焦距，選取不同位置處的MTF值來擬合二次拋物線，求解得到的最佳焦距相差1.127-1.120 = 0.007mm，滿足0.05mm精度要求；
[0107]圖6-b中用來擬合二次拋物線的數(shù)據(jù)，每一步的移動距離為0.05mm，測量的范圍小，在峰值偏差大的情況下，可能會出現(xiàn)測量值全部位于峰值一側(cè)的情況；而圖6-a中用來擬合二次拋物線的數(shù)據(jù)，每一步的移動距離為0.20mm，適應(yīng)的范圍更寬；
[0108]由于測量不同位置MTF值的過程，不可避免的會引入誤差，對擬合的結(jié)果造成影響，圖6-b中整體的擬合效果比圖6-a中擬合效果差，因此，用來擬合二次拋物線方程的點，分布越分散，擬合的結(jié)果誤差越小，計算的最佳焦距也就越加準(zhǔn)確。
[0109]通過圖6_a，可以得到:
[0110]相對于圖4中MTF測量數(shù)據(jù)每一步移動0.05mm，使用本技術(shù)方案的方法，每一步移動距離增大到0.20mm，可以更加有效的降低測試工裝的移動而導(dǎo)入的誤差，使最終得到的最佳成像焦距更加準(zhǔn)確；
[0111]相對于圖4中利用枚舉法需要測試21個MTF測量數(shù)據(jù)，本技術(shù)方案的方法只需要測試6個MTF測量數(shù)據(jù)，從而可以節(jié)省測試時間和存儲空間，顯著的提高測試效率和生產(chǎn)效率，有效的降低生產(chǎn)成本。
[0112]圖7為采用本發(fā)明提供的獲取透鏡最佳成像焦距的方法得到多組數(shù)據(jù)的峰值計算結(jié)果的正態(tài)分布示意圖，從圖中的統(tǒng)計結(jié)果可以得到:
[0113]通過擬合二次拋物線計算得到的峰值，標(biāo)準(zhǔn)差小于原始數(shù)據(jù)峰值的標(biāo)準(zhǔn)差，穩(wěn)定性優(yōu)于原始數(shù)據(jù)；
[0114]通過擬合二次拋物線計算得到的峰值與原始數(shù)據(jù)峰值的差為0.00967，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于
0.05的精度要求。
[0115]綜上所述，本發(fā)明公開的獲取透鏡最佳成像焦距的方法、系統(tǒng)和組裝透鏡的方法，通過利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖得到的圖片數(shù)據(jù)，獲得靶圖在至少3個不同位置處的MTF值，根據(jù)所述至少3個不同位置處的MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線，求解所述二次拋物線的對稱軸，得到該透鏡的最佳成像焦距，從而避免了在峰值位置由于測量誤差而導(dǎo)致的雙波峰現(xiàn)象，以及單個數(shù)據(jù)誤差的有害影響，有效地提高了最后獲得的透鏡最佳成像焦距的精度。此外，在優(yōu)選方案中，通過獲得6-8任一整數(shù)個不同位置處的MTF值，擬合二次拋物線求解透鏡的最佳成像焦距，減少了需要保存的數(shù)據(jù)和圖像，從而節(jié)省了測試設(shè)備的投入，提高了測試和生產(chǎn)的效率。
[0116]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.獲取透鏡最佳成像焦距的方法，其特征在于，所述方法包括: 利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得在該N個不同位置處的N個調(diào)制傳遞參數(shù)MTF值；其中N為大于或等于3的整數(shù)； 在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示透鏡在該靶圖位置處對應(yīng)的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線； 求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用工業(yè)相機(jī)透過透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的圖片，進(jìn)而獲得在該N個不同位置處的N個調(diào)制傳遞參數(shù)MTF值，包括: 將待測量透鏡放置并固定在工業(yè)相機(jī)和靶圖之間，并將該靶圖點亮； 將工業(yè)相機(jī)的中心、靶圖的中心和待測量透鏡的中心，調(diào)整到同一水平軸上，并調(diào)整驅(qū)動靶圖移動的精度，達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)； 驅(qū)動靶圖按照設(shè)定的步長移動，將靶圖移動到下一個位置，并利用工業(yè)相機(jī)對各個位置處的靶圖進(jìn)行拍攝，獲得并保存靶圖在各個位置處的圖片數(shù)據(jù)，根據(jù)各個位置處的圖片數(shù)據(jù)計算待測量透鏡在各個位置處相應(yīng)的MTF值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述N取6-8中的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述N個不同位置均勻分布在所述透鏡的已知成像范圍內(nèi)。
5.獲取透鏡最佳成像焦距的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括測試工裝和處理器，所述測試工裝包括:工業(yè)相機(jī)和靶圖； 所述工業(yè)相機(jī)，用于透過透鏡拍攝靶圖在N個不同位置處的N個圖片數(shù)據(jù)；其中N為大于或等于3的整數(shù)； 所述處理器，用于根據(jù)所述工業(yè)相機(jī)拍攝的N個圖片數(shù)據(jù)，獲得在所述N個不同位置處的N個MTF值；用于在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線；以及用于求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測試工裝進(jìn)一步包括用于使靶圖按照設(shè)定的步長移動的電機(jī)；所述處理器包括:驅(qū)動單元、存儲單元、MTF獲取單元和最佳成像焦距獲取單元； 所述驅(qū)動單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的策略控制電機(jī)，使電機(jī)驅(qū)動靶圖按照設(shè)定的步長移動； 所述存儲單元，用于存儲工業(yè)相機(jī)透過所述透鏡拍攝靶圖得到的圖片數(shù)據(jù)； 所述MTF獲取單元，用于根據(jù)存儲單元中的圖片數(shù)據(jù)，獲得所述透鏡在所述N個不同位置處相應(yīng)的MTF值； 所述最佳成像焦距獲取單元，用于在橫軸表示靶圖的位置，縱軸表示所述透鏡在該靶圖位置處的MTF值的二維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述N個MTF值，利用最小二乘法擬合二次拋物線，并求解所述二次拋物線的對稱軸，根據(jù)該對稱軸的位置得到所述透鏡的最佳成像焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器中的N取6-8中的整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器中的N個不同位置均勻分布在所述透鏡的已知成像范圍內(nèi)。
9.組裝透鏡的方法，用于將所述透鏡組裝在包含顯示屏的顯示類電子設(shè)備中，其特征在于，該方法包括: 根據(jù)如權(quán)利要求1-4中任一項所述的獲取透鏡最佳成像焦距的方法測得所述透鏡的最佳成像焦距； 根據(jù)所述透鏡的最佳成像焦距調(diào)整所述透鏡和顯示屏之間的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述透鏡的最佳成像焦距調(diào)整所述透鏡和顯示屏之間的距離包括: 根據(jù)透鏡的最佳成像焦距選擇合適厚度的墊片，使用該厚度的墊片將透鏡和顯示屏之間的距離調(diào)整為所述透鏡的最佳成像焦距對應(yīng)的距離。
【文檔編號】G01B11/02GK104180971SQ201410355527
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】徐建軍, 牛錫亮, 陳興儀, 王仲樓 申請人:青島歌爾聲學(xué)科技有限公司
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