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2011年7月14日 (木)

一眼デジカメを使ってレンズのMTFを計測する

某社の高性能な工業用レンズを入手したので、MTF計測してます。

従来であれば、いきなりイメージスキャナに組み込んで評価するのですが、昨日1日かけて、簡単にレンズ単体でのMTF測定ができるシステムを作ってみました。

1)1軸ステージ(20万円くらい。株式会社アイエイアイ DS-SA4シリーズ)
2)一眼デジタルカメラ(CANON EOS 20Da)
3)ナイフエッジ。
 矩形Crパターンを蒸着したガラス(いつものnanoDigitizerオプション用のガラス)
4)インバータ式蛍光灯(オーム社の中央に拡大レンズ付きドーナツ状のが便利)

SFR.exeはもちろん無償で入手できる。

ってことで、1軸ステージだってマイクロメータ付きのシグマの手動ステージでも良いから、一眼デジカメ(レンズ交換式でセンサが剥き出しになるカメラ)持っている方であれば、ナイフエッジのみで、お手持ちのレンズのMTFのグラフを作れます。
ナイフエッジも、OLFAのカッターの替え刃が矩形Crパターン蒸着ガラスと比較してどの程度の光学分解能評価まで耐えられるかをいずれ評価してみる予定だ。

■センササイズの推定
CANON EOS 20Da
http://cweb.canon.jp/e-support/qa/1055/app/servlet/qadoc?qa=042795
より、
3504 ×2336画素
820万画素
撮像画面サイズ 22.5x15.0mm
これは総画素数のサイズだろうから、
総画素850万画素
sqrt(850/820)=1.019倍して
3571x 2380画素と推定。
よって、6.3μmが1画素のサイズ。
このセンサに何も細工されてなきゃ、RAWデータを使えば、
像側で、79.37 Cycle/mmまで計測できる。

しかし、ベイヤー配列なセンサで、かつローパスフィルタなんぞが入っているだろうだから、安全見て倍として、
12.6μmまでを計測する。
像側で、39.68Cycle/mm まで計測可能。

今、x3拡大レンズを評価している。
物体側で、
6.3μmにて、240 Cycle/mm → 2.1 μm
12.6μmにて、120 Cycle/mm → 4.2 μm
までの光学分解能を評価可能。

■計測
一眼デジカメ載せた1軸ステージを0.2mmピッチで移動させて、パシャと写真撮影。つまり、像側のデフォーカス評価。
CFメモリカードを抜いて、JPEG画像(とりあえず。いずれRAWでやろうかと。)を開いて、SFR.exeにかける。csv 出力して、エクセルを駆使。んで。
グラフ化。
※ホントは、JPEGは、EXIFなので、sRGBだから、ガンマがかかっている
sRGBのLUTでガンマ1.0に戻してからSFRすべきだけど、おおまかなMTFの形は取れるからまずはこれで行く。

■結果

http://imeasure.cocolog-nifty.com/photos/fig/sfr_result.jpg

横軸:1マスが0.1mm。像側のデフォーカスなので注意。

縦軸:SFRの計算結果。MTFに相当。

大きな山が物体側で、100 Cycle/mm RGB3本。

小さな山がおなじく物体側で、150 Cycle/mm RGB3本。

結構、いいレンズだね。

次は、レンズを光軸から垂直に移動させて再度同じ事やる。
像高側にどの程度性能が確保されているかを見る。
なんせイメージスキャナのラインセンサは、80mm以上もある。
片側像高 40mmカバーするレンズがほしい。

■追記 2011.7.25

ラインセンサ(DALSA ピラニアカラー)を使った計測結果

レンズ倍率 x4.4

センサピッチ 10μm (物体側 2.27μmまで意味あり)

http://imeasure.cocolog-nifty.com/photos/fig/sfr_x4_defocus_obj1.jpg

物体側のデフォーカス、1目盛20μm、グラフ横軸全域で0.2mm

SFR(=MTF)

上が100 Cycle/mm

下が150 Cycle/mm

グラフの色は、それぞれの色チャンネルに該当。

デジカメで得たMTFは、RGBmixしてたけど、こちらはきちんと分かれている。

これは、要するに色収差だ。

物体側で、0.02mmの色収差(色毎の最適焦点位置ズレ)がある。

でもまあ、150Cycle/mmでMTF = 0.3 なので、3.3μmレンズって言えるかな。

7620 ppiレンズだ。

■資料:
フランジバック CANON EOS シリーズのフランジバックは44mm

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