Les méthodes de test de la qualité et des performances des lentilles
Les lentilles ont été largement utilisées dans tous les aspects de notre vie. La grande majorité des images que nous enregistrons et transmettons, qu’il s’agisse de photos ou de vidéos, sont indissociables de toutes sortes d’objectifs.
Quelle que soit l’application, la qualité d’image de l’objectif est d’une importance primordiale. Un objectif de haute qualité est indissociable d’une conception parfaite et d’un processus de fabrication précis. Une fois la conception finalisée, le processus de fabrication de la lentille doit être strictement contrôlé. Le processus de fabrication de précision de la lentille comprend le traitement optique, le traitement mécanique, l'assemblage optique et mécanique et le réglage.
Les erreurs dans le processus de fabrication de l’objectif entraîneront parfois une forte baisse des performances. Par conséquent, il est nécessaire d’effectuer un test de performance final sur la lentille fabriquée pour éliminer la lentille qui ne peut pas répondre aux exigences de qualité. Voici comment tester la qualité et les performances de l'objectif.
Lentille d'inspection visuelle
L'inspection visuelle de la qualité de l'image de la lentille est l'une des méthodes permettant de garantir la qualité de la lentille, comme le test du trou en étoile (observation de l'image en trou d'épingle), la carte de résolution (observation du diagramme de ligne périodique avec un espacement différent), et le test de projection (en utilisant l'objectif pour changer la mire de test, l'image est projetée sur l'écran) et d'autres tests.
Cependant, ces méthodes présentent un inconvénient commun : elles reposent sur le jugement subjectif de l'observateur. Même des observateurs expérimentés peuvent difficilement porter des jugements cohérents, et les normes de jugement entre les différents observateurs sont extrêmement différentes. De plus, il existe souvent des problèmes dans la corrélation entre ces tests et l'application finale, et ces résultats de tests sont difficiles à guider efficacement la conception pour étudier et résoudre les problèmes liés au processus de traitement.
Tableau des taux d'identification de l'USAF-1951
Test de la fonction de transfert de modulation (MTF)
Afin d'éviter les problèmes provoqués par ces tests subjectifs, la plupart des fabricants utilisent actuellement la méthode de test de la fonction de transfert de modulation (MTF) pour évaluer objectivement la qualité de l'objectif. MTF utilise des cibles sinusoïdales de différentes fréquences pour tester la lentille. La cible sinusoïdale est un motif périodique composé de barres noires et blanches, et le passage du noir au blanc est une courbe sinusoïdale. Le passage du noir au blanc s’appelle le contraste, qui est mesuré en pourcentage de l’intensité lumineuse. Lorsque l'objectif image ces cibles sur son plan focal, l'image est un motif sinusoïdal avec un contraste réduit.
Rapport de contraste de 100 % (MTF=1)
Rapport de contraste de 50 % (MTF=0,5)
Rapport de contraste de 10 % (MTF=0,1)
Le nombre de cycles (ou paires de lignes) par millimètre est appelé fréquence spatiale de la cible. Pour les cibles basse fréquence, l'espacement des lignes est plus grand et l'amplitude de réduction du contraste est également faible, mais à mesure que l'espacement des lignes diminue et que la fréquence spatiale augmente, le contraste de l'image diminue généralement jusqu'à zéro et les points d'imagerie dans l'image sont uniformes et gris.
La fréquence à ce moment est appelée fréquence de coupure de l'objectif (en fait, si elle est comprise du point de vue électronique, l'objectif peut être considéré comme un filtre passe-bas), MTF est défini comme le contraste d'image formé par le contraste de la lentille et de la cible exprimé sous la forme d'un rapport de fonction de fréquence spatiale.
Dans le processus de test MTF réel, la mesure utilise généralement une cible de base (telle qu'un point, une ligne ou un bord), puis utilise un système de caméra ou un détecteur à balayage pour mesurer la distribution d'intensité de l'image correspondante, et utilise la méthode de transformée de Fourier pour calculer la fonction de transfert de modulation moyenne de l'image. La figure suivante montre la fonction d'étalement de points PSF obtenue grâce aux tests et la MTF obtenue par transformée de Fourier rapide.
PSF et MTF
MTF n'est pas seulement une méthode de mesure rapide et objective pour évaluer la qualité d'imagerie des lentilles, mais peut également comparer les résultats de mesure avec les attentes de conception, réaliser un « contrôle en boucle fermée » sur la conception des lentilles et étudier les différences de performances entre la conception et la fabrication et leurs causes. .
Il convient de souligner que la FMT n’est pas une mesure unique mais dépend de la zone d’imagerie de la lentille testée, c’est-à-dire du champ de vision de la lentille. De manière générale, un objectif fonctionne mieux dans la zone centrale du champ de vision et diminue progressivement vers le bord du champ de vision. Par conséquent, les tests MTF doivent être effectués à différentes positions du champ de vision pour garantir que les performances de l’ensemble de la zone d’image sont acceptables.
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