光电信息技术实验一一研究创新实验 光学镜头系统中常在最后加入一片R-cufilte©r,而在液晶投影机投影显示系统之光学引擎 中，UVRe之光行进路线为垂直入射，量其0度入射之穿透率即可 2-33镜头检测 量测镜头穿透率时，如图3-4，入射光源经过分光镜，第一道光束是参考光，第二道 光束是量测光，两光束射进积分球，经过运算，得到图35镜头的穿透率量测分布图表。 T%量測 100% 80% 60% 40% +T%量測 20% 0% 380 480 580 680 780 图35镜头穿透率量测，横轴为波长，纵轴为百分比 24焦距仪(OPTICAL BANCH) 用途为量测光学组件焦距的仪器设备 2-4.I节点NODAL POINTS) 光线以某个日角入射至系统，若以相同角度从系统射出，入射和出射光线与光轴的 交点称之为第一节点N和第二节点N',不偏折光线节点为一对角放大率为+1的共轭 点。虽然光线不产生偏折但会有相当程度的位移，其效果就如同经过一平行平板玻璃一 样，光线轨迹和光轴的焦点称为系统的光学中心，这是一个只与曲率半径及透镜厚度有 关的点，也是唯一不会随入射光波波长而改变位置的光点。 2-4.2应用原理 1.利用节点特性进行量测焦距。 2.远处物点之光线通过节点后出射光方向不变。 3.光通过节点出射角与入射角相同。 4.系统旋转而成像位置不变。 5.对于空气中之系统其节点与主点重合 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 15 光学镜头系统中常在最后加入一片 IR-cufilter，而在液晶投影机投影显示系统之光学引擎 中，UV-IR filte 之光行进路线为垂直入射，量其 0 度入射之穿透率即可。 2-3.3 镜头检测 量测镜头穿透率时，如图 3-4，入射光源经过分光镜，第一道光束是参考光，第二道 光束是量测光，两光束射进积分球，经过运算，得到图 3-5 镜头的穿透率量测分布图表。 图 3-5 镜头穿透率量测，横轴为波长，纵轴为百分比 2-4 焦距仪（OPTICAL BANCH） 用途为量测光学组件焦距的仪器设备。 2-4.1 节点(NODAL POINTS) 一光线以某个 θ 角入射至系统，若以相同角度从系统射出，入射和出射光线与光轴的 交点称之为第一节点 N 和第二节点 N '，不偏折光线节点为一对角放大率为+1 的共轭 点。虽然光线不产生偏折但会有相当程度的位移，其效果就如同经过一平行平板玻璃一 样，光线轨迹和光轴的焦点称为系统的光学中心，这是一个只与曲率半径及透镜厚度有 关的点，也是唯一不会随入射光波波长而改变位置的光点。 2-4.2 应用原理 1. 利用节点特性进行量测焦距。 2. 远处物点之光线通过节点后出射光方向不变。 3. 光通过节点出射角与入射角相同。 4. 系统旋转而成像位置不变。 5. 对于空气中之系统其节点与主点重合
光电信息技术实验一一研究创新实验 2-4.3焦距仪量测 9 12 6 图3-6焦距仪架构 找出节点，以节点为转动轴，转动承载台，找出成像不变位置。量测焦距。如图3-6 其组成组件如下：1焦距仪光源、2.标准靶、3.准直透镜4.夹持环、5.待测镜头、6.（可旋转 式)节点量测工作台、7.工作台行程、8显微镜目镜、9.光学尺。 (一)效焦距(EFL)量测：a先找出待测镜头的焦点，移动#7工作台行程，并且观察 #8显微镜目镜，即可找到焦点。b.再度移动#7工作台行程，并且旋转#6节点量测工作 台，从#8显微镜目镜观察成像点，如像点会跟者旋转，重复寻找，直到成像点不会跟着 #6节点量测工作台旋转为止。©此时找到的成像点即为测试镜头的主光点位置，光学尺上 的数值即为EFL。 (二)后焦距(BL)量测：a先找出待测镜头的焦点，移动#7工作台行程，并且观察 #8显微镜目镜，即可找到焦点，此时纪录光学尺上的数值。b在待测镜头的最后一片镜片 作记号，然后再度移动#7工作台行程，观察#8显微镜目镜，直到清晰的看到记号点，再 纪录光学尺上的数值。c将b的数值减掉a的数值即为待测镜头的B.FL。 2-5投影解像力仪(Resolution Power Test Projector) 用途作为镜头解像力及成像质量检查。5.1成像范围数字相机镜头测试解像力的成 像范围，约为0.F-0.8F之间。像高(MAGE HⅢGHT)X0.7F=采用进位法=直径y(偶 数或奇数)，hart检测之外围成像范围。 偶数规格：中心、y4、v6、v8、v10。奇数规 格：中心、v3、v5、V7、9. 三 100 125160 图3-7标靶(CHART) 例如数字像机镜头的半像高为4.255800，量测解像力时外围范围为：4.255800×2×0.7 =5.95812-v6 则投影解像力的范围及规格为中心≥160lp/mm,v6≥100lp/mm,见图3-7 同时CHART又分为Sagittal&Tangential两个方向，lp/mm的实际意义如下： 160lp/mm=320line/mm,0.003125mm/Mine,每线条的宽度为0.003125mm. 100lp/mm=200 line/mm,0.005mm/Mine,每线条的宽度为0.005mm。 检验标准为可分辨出3条线，投影解像力仪的距离为物像距>50xEFL,例如EF.L =7.509829mm,则50xE.FL=75.49145mm, -般建议600mm-1000mm。 散州电子大学是学物理安教学示中心光电息技实验
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 16 2-4.3 焦距仪量测 图 3-6 焦距仪架构 找出节点，以节点为转动轴，转动承载台，找出成像不变位置。 量测焦距。如图 3-6 其组成组件如下：1.焦距仪光源、2.标准靶、3.准直透镜 4.夹持环、5.待测镜头、6.(可旋转 式)节点量测工作台、7. 工作台行程、8.显微镜目镜、9.光学尺。 （一）效焦距(EFL)量测：a.先找出待测镜头的焦点，移动＃7 工作台行程，并且观察 ＃8 显微镜目镜，即可找到焦点。b.再度移动＃7 工作台行程，并且旋转＃6 节点量测工作 台，从＃8 显微镜目镜观察成像点，如像点会跟着旋转，重复寻找，直到成像点不会跟着 ＃6 节点量测工作台旋转为止。c.此时找到的成像点即为测试镜头的主光点位置，光学尺上 的数值即为 E.F.L。 （二）后焦距(BFL) 量测：a.先找出待测镜头的焦点，移动＃7 工作台行程，并且观察 ＃8 显微镜目镜，即可找到焦点，此时纪录光学尺上的数值。b.在待测镜头的最后一片镜片 作记号，然后再度移动＃7 工作台行程，观察＃8 显微镜目镜，直到清晰的看到记号点，再 纪录光学尺上的数值。c.将 b 的数值减掉 a 的数值即为待测镜头的 B.F.L。 2-5 投影解像力仪（Resolution Power Test Projector） 用途作为镜头解像力及成像质量检查。 -5.1 成像范围 数字相机镜头测试解像力的成 像范围，约为 0.7F~0.8F 之间。像高（IMAGE HIGHT）X0.7F≒采用进位法＝直径 ψ（偶 数或奇数），hart 检测之外围成像范围。 偶数规格:中心、ψ4、ψ6、ψ8、ψ10.。 奇数规 格:中心、ψ3、ψ5、ψ7、ψ9.。 图 3-7 标靶（CHART） 例如数字像机镜头的半像高为 4.255800，量测解像力时外围范围为：4.255800×2×0.7F ＝5.95812=ψ6 则投影解像力的范围及规格为中心≧160lp/mm，ψ6≧100lp/mm，见图 3-7， 同时 CHART 又分为 Sagittal＆Tangential 两个方向，lp/mm 的实际意义如下： 160lp/mm＝320line/mm，0.003125mm/line，每线条的宽度为 0.003125mm。 100lp/mm＝200line /mm，0.005mm/line，每线条的宽度为 0.005mm。 检验标准为可分辨出 3 条线，投影解像力仪的距离为物像距＞50xE.F.L，例如 E.F.L ＝7.509829mm，则 50xE.FL＝75.49145mm，一般建议 600mm~1000mm
光电信息技术实验一一研究创新实验 2-5.2机台架设 场地：暗房 (因为光线会干扰解像力的判断)。 设备：1投影解像力仪如图38 2.标准镜头、3.测试标靶、4.反射镜、5.卷尺、6.白纸、7.投影holder。 鏡頭 投 影 屏 登源透鏡穕靶 幕 50xE.F.L.約600-1000m 图3-8待测镜头使用投影解像力仪测试解像力 量测作业步骤 L.将待测镜头放入投影holder。. 2.旋转焦距调整器，将中心影像调到最清楚。 3.检测中心影像是否符合规格，并检测周围影像是否符合规格。 4如中心影像无法符合规格，则判定镜头解像不良 5.如周围影像未符合规格， 再次旋转焦距调整器，使影像符合规格，但是中心影像不可 因此偏离规格外，用肉眼鉴别屏幕上条纹的清晰程度，由中心往外层看S&T之解像 J。 6.如中心与周围影像无法同时符合规格，也判定镜头解像不良。 7.若中心与周围影像同时符合规格，则判定镜头为解像良品。 8.镜头解像若为良品，则需看后焦表移动之距离，一般范围在后焦设计值之0.2mm,在 范围内为良品，否则为后焦不良品。 2-6MTF检测机 测试镜头空间频率，由光电转换成MTF的测量仪。 2-6.1光学传递函数(MTF)检测 光学组件与系统在许多领域中被广泛使用，在这些使用光学的系统中，光学成像 的好坏对系统整体的质量与可靠性往往造成重大的影响。因此对于所使用的光学系统 或次系统，寻求一符合实际测试条件可定量地(quantitatively)评估其性能的方法益形重 航州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技，术实验室
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 17 2-5.2 机台架设 场地：暗房（因为光线会干扰解像力的判断）。 设备：1.投影解像力仪如图 3-8、 2. 标准镜头、 3.测试标靶、 4.反射镜、 5.卷尺、 6.白纸、 7.投影 holder。 图 3-8 待测镜头使用投影解像力仪测试解像力 量测作业步骤 1. 将待测镜头放入投影 holder。 2. 旋转焦距调整器，将中心影像调到最清楚。 3. 检测中心影像是否符合规格，并检测周围影像是否符合规格。 4. 如中心影像无法符合规格，则判定镜头解像不良。 5. 如周围影像未符合规格，再次旋转焦距调整器，使影像符合规格，但是中心影像不可 因此偏离规格外，用肉眼鉴别屏幕上条纹的清晰程度，由中心往外层看 S＆T 之解像 力。 6. 如中心与周围影像无法同时符合规格，也判定镜头解像不良。 7. 若中心与周围影像同时符合规格，则判定镜头为解像良品。 8. 镜头解像若为良品，则需看后焦表移动之距离，一般范围在后焦设计值之±0.2mm，在 范围内为良品，否则为后焦不良品。 2-6 MTF 检测机 测试镜头空间频率，由光电转换成 MTF 的测量仪。 2-6.1 光学传递函数(MTF)检测 光学组件与系统在许多领域中被广泛使用，在这些使用光学的系统中，光学成像 的好坏对系统整体的质量与可靠性往往造成重大的影响。因此对于所使用的光学系统 或次系统，寻求一符合实际测试条件可定量地(quantitatively)评估其性能的方法益形重 要
光电信息技术实验一一研究创新实验 MTF(Modulation Transfer Function)检测可以提供光学系统整体影像质量或对比度之 定量分析，且拜科技进步之赐， 近年来已经发展出可靠方便操作的自动化量测仪器 以及量测标准的建立。MTF检测技术已经成为国际公认评估光学组件质量与光学系 统性能的标准。 2-6.2检测仪器 1,仪器原理：光学系统的MTF为该待测系统线扩散函数的傅利叶转换，因此量测 MT下直接的方法就是利用MT下检测机测量待测系统的线扩散函数，然后计算其傅利叶 转换，即可获得MTF曲线。MTF检测机是由灯管照明的CHART光线经过待侧镜头 成像，置于焦平面的线性CCD则用以量测像的强度分布，亦即线扩散函数 3.MTF计算：代表线扩散函数的强度分怖讯号由CCD以电子方式扫描后，经由模 拟/数字讯号转换器输入计算机由软件进一步运算处理。 CHART CCD 图3-9MTF检测系统 2-6.3检测实务 LAT镜头自动检验机(Lens Automatic Tester)也就是MTP检测机较为普遍的一种 类型，如图3-9,1.镜头自动检验机用来量测扫描仪镜头的检验仪器。2量测镜头所需的 data:a.扫描仪参数如分辨率、扫描物宽。b.物像距(TT)。c.后焦距。d.放大倍率。 应用实例： 光电厂要生产分辨率600dpi的扫描仪，适用扫描A4文件，线性CCD Pixel size是 5.25μ，物像距250mm。 光学厂设计并制造出扫描仪镜头，TT=250mm,M=0.123826,F/N=6.5。 检测程： L.CHART的选用a.量测的频率：物面通常使用半频，600dpi/2=300dpi,选用300dpi 的CHART,高场线条Hi=00O A4(297x210mm)文件， 选用m一低颜ov036mm，l72.b物宽， =190mm 2.架设机台的输入参数：a standard Ip/mm 1/(Hi*M*2) 1/0.09*0.123826*2)=44.871p/mm。b.物宽=doc+Total=197.2mm。c.像宽=物宽× 放大率=(doc+Total)×M=197.2×0.123826-=24.42mm。d.后焦(B.F.L)=23.69mm 3.测试步骤：a镜头量测EF.L,「详见3-4焦距仪」。b.放置正确测试标板(CHART) )至CHART距离) d放置正确治具及镜组 ,e.校准镜红 量测的光源RGB or白光。b 量测的位置 :0(中心)，0.7ield 0.9fild).cMTF:R.GB的S&T方向各十点位置。d.M(放大率)值：实测的 CCD Pixel数×4u/像宽。e.I值：为目前量测的像宽值与标准的像宽值的比值卫 散州电子大学理学物实教学示中心光电息技实器
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 18 MTF(Modulation Transfer Function)检测可以提供光学系统整体影像质量或对比度之 定量分析，且拜科技进步之赐，近年来已经发展出可靠方便操作的自动化量测仪器， 以及量测标准的建立。MTF 检测技术已经成为国际公认评估光学组件质量与光学系 统性能的标准。 2-6.2 检测仪器 1 .仪器原理：光学系统的 MTF 为该待测系统线扩散函数的傅利叶转换，因此量测 MTF 直接的方法就是利用 MTF 检测机测量待测系统的线扩散函数，然后计算其傅利叶 转换，即可获得 MTF 曲线。 MTF 检测机是由灯管照明的 CHART 光线经过待侧镜头 成像，置于焦平面的线性 CCD 则用以量测像的强度分布，亦即线扩散函数。 3. MTF 计算：代表线扩散函数的强度分怖讯号由 CCD 以电子方式扫描后，经由模 拟/数字讯号转换器输入计算机由软件进一步运算处理。 图 3-9MTF 检测系统 2-6.3 检测实务 LAT 镜头自动检验机(Lens Automatic Tester)也就是 MTF 检测机较为普遍的一种 类型，如图 3-9，1.镜头自动检验机用来量测扫描仪镜头的检验仪器。2.量测镜头所需的 data：a. 扫描仪参数如分辨率、扫描物宽。b.物像距（TT）。c.后焦距。d.放大倍率。 应用实例： 光电厂要生产分辨率 600dpi 的扫描仪，适用扫描 A4 文件，线性 CCD Pixel size 是 5.25μ，物像距 250mm。 光学厂设计并制造出扫描仪镜头，TT＝250mm，M＝0.123826，F/N=6.5。 检测程序： 1. CHART 的选用 a.量测的频率：物面通常使用半频，600dpi/2＝300dpi， 选用 300dpi 的 CHART ，高频线条 Hi＝0.09mm，低频 Low＝0.36mm，Total＝7.2。b.物宽： A4（297x210mm）文件，选用 doc＝190mm。 2. 架设机台的输入参数： a . standard lp/mm ＝ 1/(Hi*M*2) ， 1/(0.09*0.123826*2)≒44.87lp/mm。b.物宽＝doc＋Total＝197.2mm。c.像宽＝物宽× 放大率＝（doc＋Total）×M＝197.2×0.123826=24.42mm。d.后焦（B.F.L）＝23.69mm。 3. 测试步骤：a.镜头量测 E.F.L，『详见 3-4 焦距仪』。b.放置正确测试标板（CHART）。 c.设定物像距（CCD 至 CHART 距离）。d.放置正确治具及镜组。e.校准镜组。 4. 测试说明：a. 量测的光源:R.G.B or 白光。b. 量测的位置:0(中心),±0.7(field), ±0.9(field)。c.MTF：R.G.B 的 S&T 方向各十点位置。d.M（放大率）值：实测的 CCD Pixel 数 ×4μ/像宽。e.I 值：为目前量测的像宽值与标准的像宽值的比值[I
光电信息技术实验一一研究创新实验 5泉设时的作洗学常落有罗 5. 正事项 方面若在光学系统中放入折射率n为厚度d之玻璃 一块3mm玻璃板，而玻 璃厚度通常只有1.90mm,故玻璃厚度大约减少1.10mm,故TT减少 1.1/3-0.363mm.b.B.F.L修正：BF.L为最后一片镜片至成像点的距离即最后镜面至 CCD感应面的距离在相关设定有二：b.l:Adapter to CCD:motor移动到最顶端 后，Adapter底端toCCD感应面的距离，此值随每一台LAT机台不同而有不同， 在同一机台中无论测试的镜头为何皆相同。b2:Lens to Adapter:Adapter底 端到最后一片镜面之距离。其值等于镜头最后一片镜面到Barrel底端的距离加上 Holder的高度。镜头最后一片镜面到Barrel底端的距离可由Layout图中算出。 测试如图3-10 R 0122401224012240122 SMTI 127 L 036 NG3BKE:2374020 D0F:0.3610.36 23200 2340023.600 23800 24.00 -0.SF -0.TF Cntr +0.TF +0.SF -0.SF -0.7F cntr 0.7F 0.SF 0sf0.7ft+07f+0, 50 5740 57 m 68717575 836774 100 201 图3-1OMTF测试 3、镜头光学分析 镜头组装完成，尚需要测试解像力及成像质量的好坏，不同的光学系统应用不同的 镜头，所以也有不同的解像检测方式，依普遍性来讲，目前有下列几种： 1数位像机镜头：通常使用投影解像力仪，特殊情况也可用MT下机检测。 2扫描仪镜头：使用MT下机检测。 3.液晶投影机镜头：使用投影光机检测解像，与数字像机镜头的差别在于投影光源 及chat的不同。 31解像力与成像品质 光学镜头从设计、制程到组装完成，需经过整个team的努力，如果解像力及成像质 量不好的，话，就浪费庞大的人力及物力，所以一般解像不良的镜头可以根据实测的不 航州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 19 ＝（M 量测－M 规格*100﹪）]。 5. 架设时的修正事项：a.TT 方面:若在光学系统中放入折射率 n 为厚度 d 之玻璃， 则光程须再增加(n-1)*d/n，在光学 Layout 图中，常常有一块 3mm 玻璃板，而玻 璃厚度通常只有 1.90mm ，故玻璃厚度大约减少 1.10mm ， 故 TT 减 少 1.1/3=0.363mm。b.B.F.L 修正: B.F.L 为最后一片镜片至成像点的距离即最后镜面至 CCD 感应面的距离在相关设定有二：b.1：Adapter to CCD：motor 移动到最顶端 后，Adapter 底端 to CCD 感应面的距离，此值随每一台 LAT 机台不同而有不同， 在同一机台中无论测试的镜头为何皆相同。b.2：Lens to Adapter：Adapter 底 端到最后一片镜面之距离。其值等于镜头最后一 片镜面到 Barrel 底端的距离加上 Holder 的高度。镜头最后一片镜面 到 Barrel 底端的距离可由 Layout 图中算出。 测试如图 3-10。 图 3-10MTF 测试 3、镜头光学分析 镜头组装完成，尚需要测试解像力及成像质量的好坏，不同的光学系统应用不同的 镜头，所以也有不同的解像检测方式，依普遍性来讲，目前有下列几种： 1.数位像机镜头：通常使用投影解像力仪，特殊情况也可用 MTF 机检测。 2.扫描仪镜头：使用 MTF 机检测。 3.液晶投影机镜头：使用投影光机检测解像，与数字像机镜头的差别在于投影光源 及 chart 的不同。 3-1 解像力与成像品质 光学镜头从设计、制程到组装完成，需经过整个 team 的努力，如果解像力及成像质 量不好的，话，就浪费庞大的人力及物力，所以一般解像不良的镜头可以根据实测的不