Los métodos para probar la calidad y el rendimiento de las lentes
Las lentes se han utilizado ampliamente en todos los aspectos de nuestras vidas. La gran mayoría de las imágenes que grabamos y transmitimos, ya sean fotografías o vídeos, son inseparables de todo tipo de lentes.
Independientemente de la aplicación, la calidad de imagen de la lente es de suma importancia. Una lente de alta calidad es inseparable de un diseño perfecto y un proceso de fabricación preciso. Una vez finalizado el diseño, se debe controlar estrictamente el proceso de fabricación de la lente. El proceso de fabricación de precisión de la lente incluye procesamiento óptico, procesamiento mecánico, ensamblaje óptico y mecánico y ajuste.
Los errores en el proceso de fabricación de la lente en ocasiones provocarán una fuerte caída en el rendimiento. Por lo tanto, es necesario realizar una prueba de rendimiento final en la lente fabricada para eliminar la lente que no puede cumplir con los requisitos de calidad. A continuación se explica cómo probar la calidad y el rendimiento de la lente.
Lente de inspección visual
La inspección visual de la calidad de la imagen de la lente es uno de los métodos para garantizar la calidad de la lente, como la prueba del orificio del punto de estrella (observando la imagen del orificio), el mapa de resolución (observando el diagrama de líneas periódicas con diferentes espacios), y la prueba de proyección (usando la lente para cambiar el gráfico de prueba La imagen se proyecta en la pantalla) y otras pruebas.
Sin embargo, tienen un defecto común: dependen del juicio subjetivo del observador. Incluso los observadores experimentados difícilmente pueden emitir juicios consistentes, y los estándares de juicio entre diferentes observadores son extremadamente diferentes. Además, a menudo hay algunos problemas en la correlación entre estas pruebas y la aplicación final, y es difícil que los resultados de estas pruebas guíen eficazmente el diseño para investigar y resolver los problemas en el proceso de procesamiento.
Tablero de tasas de identificación USAF-1951
Prueba de función de transferencia de modulación (MTF)
Para evitar los problemas causados por estas pruebas subjetivas, la mayoría de los fabricantes utilizan actualmente el método de prueba de la función de transferencia de modulación (MTF) para evaluar objetivamente la calidad de la lente. MTF utiliza objetivos sinusoidales de diferentes frecuencias para probar la lente. El objetivo del seno es un patrón periódico compuesto de barras blancas y negras, y el cambio de negro a blanco es una curva sinusoidal. El cambio de negro a blanco se llama contraste y se mide como porcentaje de la intensidad de la luz. Cuando la lente visualiza estos objetivos en su plano focal, la imagen es un patrón sinusoidal con contraste reducido.
100% de relación de contraste (MTF=1)
Relación de contraste del 50% (MTF=0,5)
Relación de contraste del 10% (MTF=0,1)
El número de ciclos (o pares de líneas) por milímetro se denomina frecuencia espacial del objetivo. Para objetivos de baja frecuencia, el espacio entre líneas es mayor y la amplitud de reducción del contraste también es pequeña, pero a medida que el espacio entre líneas disminuye y la frecuencia espacial aumenta, el contraste en la imagen generalmente disminuye a cero y los puntos de imagen en la imagen son uniformes y grises.
La frecuencia en este momento se llama frecuencia de corte de la lente (de hecho, si se entiende desde el punto de vista electrónico, la lente puede considerarse como un filtro de paso bajo), MTF se define como el contraste de imagen formado por la lente y el contraste objetivo expresado como una relación de función de frecuencia espacial.
En el proceso de prueba MTF real, la medición generalmente utiliza un objetivo básico (como un punto, una línea o un borde) y luego usa un sistema de cámara o un detector de escaneo para medir la distribución de intensidad de la imagen correspondiente y usar el método de transformada de Fourier para calcular la función de transferencia de modulación promedio de la imagen. La siguiente figura muestra la función de dispersión de puntos PSF obtenida mediante pruebas y la MTF obtenida mediante la transformada rápida de Fourier.
PSF y MTF
MTF no es sólo un método de medición rápido y objetivo para evaluar la calidad de las imágenes de lentes, sino que también puede comparar los resultados de la medición con las expectativas de diseño, lograr un "control de circuito cerrado" en el diseño de lentes y estudiar las diferencias de rendimiento entre el diseño y la fabricación y sus causas. .
Cabe señalar que MTF no es una métrica única, sino que depende del área de imagen de la lente bajo prueba, es decir, el campo de visión de la lente. En términos generales, una lente funciona mejor en el área central del campo de visión y disminuye gradualmente hacia el borde del campo de visión. Por lo tanto, las pruebas de MTF deben realizarse en posiciones de campo de visión diferentes para garantizar que el rendimiento de toda el área de la imagen sea aceptable.
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