用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头及检测方法

1.本发明属于成像质量检测技术领域，尤其涉及用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头及检测方法。

背景技术：

2.光学镜头，作为摄像机的最前端组件，扮演着重要的角。当前智能手机、安防视频监控、自动驾驶、机器视觉、新兴消费类电子等领域保持市场增长的同时，对于光学成像质量、实际应用场景等综合需求也在不断提升，推动着光学镜头行业产品检测技术不断革新。
3.镜头工厂生产线的镜头成像质量评价方法包含：投影解像、实拍分辨率板、mtf检测等。投影解像和实拍检测由于成本低、操作简单仍然是当前普遍使用的方法，但是检测结果依赖检测员的主观判别，标准很难确定，存在误判。和投影解像和实拍检测相比，调制传递函数(mtf)检测不仅能够全面、定量地反映光学系统的衍射和像差所引起的综合效应，而且能够反映光学系统所能分辨的极限空间分辨率以及在可分辨的空间频率的范围内所有频率物像之间的对比度，是目前公认的充分反映系统实际成像质量的评价指标。mtf检测作为镜头检测最有信服力的检测设备，将逐渐替代传统的投影解像和实拍检测。
4.对比专利cn104122077a、cn212646048u、cn208751828u辅助成像镜头采用定焦距镜头，本发明辅助成像镜头采用变焦镜头，可以根据待辅助成像镜头的焦距，调整变焦辅助成像镜头，保证不同焦距下测量精度。
5.(1)设备辅助成像镜头均采用定焦镜头，目标分划板经过待测镜头和辅助成像镜头成像后倍率采用辅助成像镜头和待测镜头的焦距比值，由于每一路辅助成像镜头和待测镜头焦距有1～5％的差异，所以现有方案因为倍率采用固定值和实际测量的倍率有误差，导致引入计算误差。本发明通过对相机获取的目标分划板的图案像大小和目标分划板图案实际大小的比值计算实际放大倍率，提高调制传递函数的测量精度。
6.(2)现有方案辅助成像镜头是固定焦距，在同一目标分划板下，不能同时满足短焦小型镜头焦距2mm到长焦小型镜头焦距12mm的精确测量，因为采用固定焦距的辅助成像镜头，短焦镜头的放大倍率较高，当切换到测量焦距较长的镜头时候，放大倍率较小，目标分划板的图像变小，噪声变大，测量误差变大。本发明在同一分划板状态下，采用变焦辅助成像镜头，当测量短焦距的镜头时，采用辅助成像镜头的广角端；当测量长焦镜头时，辅助成像镜头调至长焦端；这样可以保证测量短焦和长焦镜头的条件下目标分划板成像倍率相近，提高检测准确度。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于本发明测量镜头调制传递函数(mtf)采用逆投影光路的方法，通过稳定的卤素灯作为光源，均匀照明分划板；目标分划板位于待测镜头的焦平面上，经过待测镜头后产生不同的视场角度，经过待测镜头投影一次成像；可以满足采用5～9路检测
相机二次成像，通过对相机采集图像后进行处理和计算得到镜头的调制传递函数。
8.旨在解决所述背景技术中存在的问题。为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：
9.用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，包括从前往后依次设置的照明光源模块、目标分划板、待测镜头模组、辅助成像镜头和工业相机，所述目标分划板位于待测镜头的焦平面上，所述辅助成像镜头为变焦镜头；
10.所述辅助成像镜头包括从光阑平面到最后像面依次设有焦距为正的固定组g1，焦距为正的变倍组g2,焦距为正的补偿组g3，固定组g1包括焦距为正的第一透镜l1、焦距为正第二透镜l2、焦距为正第三透镜l3、焦距为正第四透镜l4、焦距为负第五透镜l5，变倍组g2包括焦距为负第六透镜l6、焦距为正第七透镜l7、焦距为正第八透镜l8，补偿组g3包括焦距为正第九透镜l9、焦距为负第十透镜l10、焦距为正第十一透镜l11。
11.进一步的，所述第一透镜l1至第十一透镜l11均为球面玻璃透镜。
12.进一步的，光阑距离第一透镜l1外表面距离为60mm；
13.所述第一透镜l1朝向光阑的前表面的曲率半径为87.69451mm，对应厚度为2.832108mm；该第一透镜l1朝向像面的后表面的曲率半径为-203.9047mm，对应厚度为0.6285804mm；
14.所述第二透镜l2朝向光阑的后表面的曲率半径为64.16919mm，对应厚度为2.017173mm；所述第二透镜l2朝向像面的后表面的曲率半径为109.6605mm，对应厚度为63.30954mm；
15.所述第三透镜l3朝向光阑的前表面的曲率半径为12.40921mm，对应厚度为3.939929mm；第三透镜l3朝向像面的后表面的曲率半径为43.5736mm，对应厚度为0.1499998mm；
16.所述第四透镜l4朝向光阑的前表面的曲率半径为21.47891mm，对应厚度为4.63782mm；第四透镜l4朝向像面的后表面的曲率半径为-159.7238，对应厚度为0.6337268mm；
17.所述第五透镜朝l5向光阑的前表面的曲率半径为-23.96578mm，对应厚度为1.527544mm；第五透镜l5朝向像面的后表面的曲率半径为6.918796mm，对应厚度为d1；
18.所述第六透镜l6朝向光阑的前表面的曲率半径为-7.278391mm，对应厚度为1.348691mm；第六透镜l6朝向像面的后表面的曲率半径为41.02333mm，对应厚度为0.5640478mm；
19.所述第七透镜l7朝向光阑的前表面的曲率半径为-19.78244mm，对应厚度为6.365929mm；第七透镜l7朝向像面的后表面的曲率半径为-11.64792mm，对应厚度为0.16186mm；
20.所述第八透镜l8朝向光阑的前表面的曲率半径为73.36289mm，对应厚度为2.55951mm；第八透镜l8朝向像面的后表面的曲率半径为-18.95979mm，对应厚度为d2；
21.所述第九透镜l9朝向光阑的前表面的曲率半径为28.32224mm，对应厚度为2.577541mm；第九透镜l9朝向像面的后表面的曲率半径为-89.00366mm，对应厚度为8.466959mm；
22.所述第十透镜l10朝向光阑的前表面的曲率半径为18.74417mm，对应厚度为
1.208539mm；
23.所述第十一透镜l11朝向光阑的前表面的曲率半径为7.477879mm，对应厚度为7.786348mm；第十一透镜l11朝向像面的后表面的曲率半径为-43.33258mm，对应厚度为d3。
24.进一步的，所述辅助成像镜头焦距范围25mm～60mm。
25.进一步的，所述辅助成像镜头为短焦距时，对应有：d1＝15.21mm，d2＝13.31mm，d3＝10.45mm。
26.进一步的，所述辅助成像镜头为中焦距时，对应有：d1＝5.67mm，d2＝16.96mm，d3＝16.34mm。
27.进一步的，所述辅助成像镜头为长焦距时，对应有：d1＝2.91mm，d2＝15.37mm，d3＝20.692mm。
28.用于小型镜头调制传递函数检测方法，包括以下步骤：
29.s1：将目标分划板划分为多个检测图案，每一个图案对应一路辅助成像镜头，图案中心倾斜十字线作为调制传递函数测量的图像roi区域，图案的周边的矩形用于放大倍率的辅助测量；
30.s2：经过待测镜头投影一次成像后产生不同的视场角度，根据不同的视场角度调整辅助成像镜头的焦距；
31.s3：然后采用5～9路检测相机二次成像，同步实时采集目标分划板成像图像信号；
32.s4：通过计算机处理单元，首先计算每一路相机的放大倍率，然后通过上述获取的roi的图像信息，完成光学镜头调制传递函数的定量计算。
33.本发明的有益效果：
34.在同一目标分划板状态下，采用辅助成像镜头采用变焦镜头，可以根据待测镜头的焦距调节辅助成像镜头的焦距。当测量短焦距的镜头时，采用辅助成像镜头的广角端；当测量长焦镜头时，辅助成像镜头调至长焦端；保证在短焦和长焦镜头的条件下目标分划板成像倍率相近，同时可以检可以实现倍率的测量，提高镜头调制传递函数的检测精度。
35.本发明采用的变焦辅助成像镜头，焦距范围25mm～60mm，变焦镜头有一次中间实像面，可以有效的减小镜头的口径，同时满足各个焦段工作下有较长的入瞳距离，可以保证多路检测相机的安装空间，和待测镜头配合使用不产生光线遮拦。辅助成像镜头光学性能较好，对待测镜头的调制函数测量影响小。
附图说明
36.图1为本发明实施例提供的短焦镜头测量示意图；
37.图2为本发明实施例提供的辅助成像变焦镜头光学广角端示意图；
38.图3为本发明实施例提供的中等焦镜头测量示意图；
39.图4为本发明实施例提供的辅助成像变焦镜头中等焦距端示意图；
40.图5为本发明实施例提供的长焦镜头测量示意图；
41.图6为本发明实施例提供的辅助成像变焦镜头长焦距端示意图；
42.图7为本发明实施例提供的目标分划板图；
43.图8为本发明实施例提供的目标分划板局部图；
44.图9为本发明实施例提供的辅助成像变焦镜头示意图。
45.其中，图中各附图标记：
46.111、照明光源模块；222、目标分划板；333、待测镜头模组；444、辅助成像镜头；555、工业相机。
具体实施方式
47.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
48.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式，本文所使用的术语“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“前端”、“后端”以及类似的表达是参考附图的位置关系。
49.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
50.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
51.如图1～9所示，本发明实施例提供了用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，包括从前往后依次设置的照明光源模块111、目标分划板222、待测镜头模组333、辅助成像镜头444和工业相机555，目标分划板222位于待测镜头的焦平面上，辅助成像镜头444为变焦镜头；
52.辅助成像镜头444包括从光阑平面到最后像面依次设有焦距为正的固定组g1，焦距为正的变倍组g2,焦距为正的补偿组g3，固定组g1包括焦距为正的第一透镜l1、焦距为正第二透镜l2、焦距为正第三透镜l3、焦距为正第四透镜l4、焦距为负第五透镜l5，变倍组g2包括焦距为负第六透镜l6、焦距为正第七透镜l7、焦距为正第八透镜l8，补偿组g3包括焦距为正第九透镜l9、焦距为负第十透镜l10、焦距为正第十一透镜l11。
53.进一步的，第一透镜l1至第十一透镜l11均为球面玻璃透镜。
54.进一步的，光阑距离第一透镜l1外表面距离为60mm；
55.第一透镜l1朝向光阑的前表面的曲率半径为87.69451mm，对应厚度为2.832108mm；该第一透镜l1朝向像面的后表面的曲率半径为-203.9047mm，对应厚度为0.6285804mm；
56.第二透镜l2朝向光阑的后表面的曲率半径为64.16919mm，对应厚度为2.017173mm；第二透镜l2朝向像面的后表面的曲率半径为109.6605mm，对应厚度为63.30954mm；
57.第三透镜l3朝向光阑的前表面的曲率半径为12.40921mm，对应厚度为3.939929mm；第三透镜l3朝向像面的后表面的曲率半径为43.5736mm，对应厚度为
0.1499998mm；
58.第四透镜l4朝向光阑的前表面的曲率半径为21.47891mm，对应厚度为4.63782mm；第四透镜l4朝向像面的后表面的曲率半径为-159.7238，对应厚度为0.6337268mm；
59.第五透镜朝l5向光阑的前表面的曲率半径为-23.96578mm，对应厚度为1.527544mm；第五透镜l5朝向像面的后表面的曲率半径为6.918796mm，对应厚度为d1；
60.第六透镜l6朝向光阑的前表面的曲率半径为-7.278391mm，对应厚度为1.348691mm；第六透镜l6朝向像面的后表面的曲率半径为41.02333mm，对应厚度为0.5640478mm；
61.第七透镜l7朝向光阑的前表面的曲率半径为-19.78244mm，对应厚度为6.365929mm；第七透镜l7朝向像面的后表面的曲率半径为-11.64792mm，对应厚度为0.16186mm；
62.第八透镜l8朝向光阑的前表面的曲率半径为73.36289mm，对应厚度为2.55951mm；第八透镜l8朝向像面的后表面的曲率半径为-18.95979mm，对应厚度为d2；
63.第九透镜l9朝向光阑的前表面的曲率半径为28.32224mm，对应厚度为2.577541mm；第九透镜l9朝向像面的后表面的曲率半径为-89.00366mm，对应厚度为8.466959mm；
64.第十透镜l10朝向光阑的前表面的曲率半径为18.74417mm，对应厚度为1.208539mm；
65.第十一透镜l11朝向光阑的前表面的曲率半径为7.477879mm，对应厚度为7.786348mm；第十一透镜l11朝向像面的后表面的曲率半径为-43.33258mm，对应厚度为d3。
66.[0067][0068]
表1辅助成像变焦镜头参数数据
[0069]
在本具体实施例中，辅助成像镜头焦距范围25mm～60mm。
[0070]
在本具体实施例中，辅助成像镜头为短焦距(25mm)时，对应有：d1＝15.21mm，d2＝13.31mm，d3＝10.45mm。
[0071]
在本具体实施例中，辅助成像镜头为中焦距(45mm)时，对应有：d1＝5.67mm，d2＝16.96mm，d3＝16.34mm。
[0072]
在本具体实施例中，辅助成像镜头为长焦距(60mm)时，对应有：d1＝2.91mm，d2＝15.37mm，d3＝20.692mm。
[0073][0074]
表2辅助成像变焦镜头移动组份间隔
[0075]
用于小型镜头调制传递函数检测方法，包括以下步骤：
[0076]
s1：将目标分划板划分为多个检测图案，每一个图案对应一路辅助成像镜头，图案
中心倾斜十字线作为调制传递函数测量的图像roi区域，图案的周边的矩形用于放大倍率的辅助测量；
[0077]
s2：经过待测镜头投影一次成像后产生不同的视场角度，根据不同的视场角度调整辅助成像镜头的焦距；
[0078]
s3：然后采用5～9路检测相机二次成像，同步实时采集目标分划板成像图像信号；
[0079]
s4：通过计算机处理单元，首先计算每一路相机的放大倍率，然后通过上述获取的roi的图像信息，完成光学镜头调制传递函数的定量计算。
[0080]
本发明采用的变焦镜头焦距范围为25mm～60mm,可以满足小型镜头2mm～12mm焦距范围镜头的测量。
[0081]
如图1-2所示，当待测镜头镜头焦距较小，视场角较大时，通常大于100
°
，辅助成像镜头可以调至广角端。
[0082]
如图3-4所示，当待测镜头镜头焦距中等焦距，视场角50
°
～100
°
，辅助成像镜头调至中焦端状态。
[0083]
如图5-6所示，当待测镜头镜头焦距较长，视场角20
°
～50
°
，辅助成像镜头可以调至长焦端。
[0084]
在同一目标分划板状态下，采用辅助成像镜头采用变焦镜头，可以根据待测镜头的焦距调节辅助成像镜头的焦距。当测量短焦距的镜头时，采用辅助成像镜头的广角端；当测量长焦镜头时，辅助成像镜头调至长焦端；保证在短焦和长焦镜头的条件下目标分划板成像倍率相近，同时可以检可以实现倍率的测量，提高镜头调制传递函数的检测精度。
[0085]
本发明采用的变焦辅助成像镜头，焦距范围25mm～60mm，变焦镜头有一次中间实像面，可以有效的减小镜头的口径，同时满足各个焦段工作下有较长的入瞳距离，可以保证多路检测相机的安装空间，和待测镜头配合使用不产生光线遮拦。辅助成像镜头光学性能较好，对待测镜头的调制函数测量影响小。
[0086]
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

技术特征：

1.用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：包括从前往后依次设置的照明光源模块、目标分划板、待测镜头模组、辅助成像镜头和工业相机，所述目标分划板位于待测镜头的焦平面上，所述辅助成像镜头为变焦镜头；所述辅助成像镜头包括从光阑平面到最后像面依次设有焦距为正的固定组g1，焦距为正的变倍组g2,焦距为正的补偿组g3，固定组g1包括焦距为正的第一透镜l1、焦距为正第二透镜l2、焦距为正第三透镜l3、焦距为正第四透镜l4、焦距为负第五透镜l5，变倍组g2包括焦距为负第六透镜l6、焦距为正第七透镜l7、焦距为正第八透镜l8，补偿组g3包括焦距为正第九透镜l9、焦距为负第十透镜l10、焦距为正第十一透镜l11。2.根据权利要求1所述的用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：光阑距离第一透镜l1外表面距离为60mm；所述第一透镜l1朝向光阑的前表面的曲率半径为87.69451mm，对应厚度为2.832108mm；该第一透镜l1朝向像面的后表面的曲率半径为-203.9047mm，对应厚度为0.6285804mm；所述第二透镜l2朝向光阑的后表面的曲率半径为64.16919mm，对应厚度为2.017173mm；所述第二透镜l2朝向像面的后表面的曲率半径为109.6605mm，对应厚度为63.30954mm；所述第三透镜l3朝向光阑的前表面的曲率半径为12.40921mm，对应厚度为3.939929mm；第三透镜l3朝向像面的后表面的曲率半径为43.5736mm，对应厚度为0.1499998mm；所述第四透镜l4朝向光阑的前表面的曲率半径为21.47891mm，对应厚度为4.63782mm；第四透镜l4朝向像面的后表面的曲率半径为-159.7238，对应厚度为0.6337268mm；所述第五透镜朝l5向光阑的前表面的曲率半径为-23.96578mm，对应厚度为1.527544mm；第五透镜l5朝向像面的后表面的曲率半径为6.918796mm，对应厚度为d1；所述第六透镜l6朝向光阑的前表面的曲率半径为-7.278391mm，对应厚度为1.348691mm；第六透镜l6朝向像面的后表面的曲率半径为41.02333mm，对应厚度为0.5640478mm；所述第七透镜l7朝向光阑的前表面的曲率半径为-19.78244mm，对应厚度为6.365929mm；第七透镜l7朝向像面的后表面的曲率半径为-11.64792mm，对应厚度为0.16186mm；所述第八透镜l8朝向光阑的前表面的曲率半径为73.36289mm，对应厚度为2.55951mm；第八透镜l8朝向像面的后表面的曲率半径为-18.95979mm，对应厚度为d2；所述第九透镜l9朝向光阑的前表面的曲率半径为28.32224mm，对应厚度为2.577541mm；第九透镜l9朝向像面的后表面的曲率半径为-89.00366mm，对应厚度为8.466959mm；所述第十透镜l10朝向光阑的前表面的曲率半径为18.74417mm，对应厚度为1.208539mm；所述第十一透镜l11朝向光阑的前表面的曲率半径为7.477879mm，对应厚度为7.786348mm；第十一透镜l11朝向像面的后表面的曲率半径为-43.33258mm，对应厚度为d3。3.根据权利要求2所述的用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：所
述第一透镜l1至第十一透镜l11均为球面玻璃透镜。4.根据权利要求2所述的用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：所述辅助成像镜头焦距范围25mm～60mm。5.根据权利要求4所述的用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：所述辅助成像镜头为短焦距时，对应有：d1＝15.21mm，d2＝13.31mm，d3＝10.45mm。6.根据权利要求4所述的用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：所述辅助成像镜头为中焦距时，对应有：d1＝5.67mm，d2＝16.96mm，d3＝16.34mm。7.根据权利要求4所述的用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头，其特征在于：所述辅助成像镜头为长焦距时，对应有：d1＝2.91mm，d2＝15.37mm，d3＝20.692mm。8.根据权利要求1-7任意一项所述的用于小型镜头调制传递函数检测方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：将目标分划板划分为多个检测图案，每一个图案对应一路辅助成像镜头，图案中心倾斜十字线作为调制传递函数测量的图像roi区域，图案的周边的矩形用于放大倍率的辅助测量；s2：经过待测镜头投影一次成像后产生不同的视场角度，根据不同的视场角度调整辅助成像镜头的焦距；s3：然后采用5～9路检测相机二次成像，同步实时采集目标分划板成像图像信号；s4：通过计算机处理单元，首先计算每一路相机的放大倍率，然后通过上述获取的roi的图像信息，完成光学镜头调制传递函数的定量计算。

技术总结

本发明公开了用于小型镜头调制传递函数检测的变焦镜头及检测方法，包括从前往后依次设置的照明光源模块、目标分划板、待测镜头模组、辅助成像镜头和工业相机，所述目标分划板位于待测镜头的焦平面上，所述辅助成像镜头为变焦镜头。本发明采用的变焦辅助成像镜头，焦距范围25mm～60mm，变焦镜头有一次中间实像面，可以有效的减小镜头的口径，同时满足各个焦段工作下有较长的入瞳距离，可以保证多路检测相机的安装空间，和待测镜头配合使用不产生光线遮拦。辅助成像镜头光学性能较好，对待测镜头的调制函数测量影响小。镜头的调制函数测量影响小。镜头的调制函数测量影响小。