DE102020008145A1 - Method and device for accelerated wavefront computation through a complex optical system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung. Dabei umfasst das computerimplementierte Verfahren die Schritte:- computerimplementiertes Aufstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, in das optische System einfallenden Wellenfronten unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus jeweils eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen; und- computerimplementiertes Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.The invention relates to a computer-implemented method, a computer program product and a device for simulating an optical system by means of wavefront calculation. The computer-implemented method comprises the steps:- computer-implemented setting up at least one wavefront transfer function for the optical system, with the wavefront transfer function being intended for wavefronts incident on the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus in each case assign an associated emergent wavefront; and- computer-implemented evaluation of the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Berechnung und/oder Optimierung sowie zur Herstellung eines Brillenglases.The invention relates to a method, a computer program product and a device for simulating an optical system by means of wavefront calculation. In particular, the invention relates to a method, a computer program product and a device for calculating and/or optimizing and for producing a spectacle lens.

Für die Herstellung bzw. Optimierung von Brillengläsern, insbesondere von individuellen Brillengläsern wird jedes Brillenglas so gefertigt, dass für jede gewünschte Blickrichtung oder jeden gewünschten Objektpunkt eine möglichst gute Korrektur eines Refraktionsfehlers des jeweiligen Auges des Brillenträgers erreicht wird. Im Allgemeinen gilt ein Brillenglas für eine gegebene Blickrichtung dann als vollkorrigierend, wenn die Werte für Sphäre, Zylinder und Achse der Wellenfront beim Passieren der Scheitelpunktkugel mit den Werten für Sphäre, Zylinder und Achse der Verordnung für das fehlsichtige Auge übereinstimmen. Bei der Refraktionsbestimmung für ein Auge eines Brillenträgers werden dioptrische Werte (insbesondere Sphäre, Zylinder, Achslage - also insbesondere sphäro-zylindrische Abweichungen) für eine weite (in der Regel unendliche) Entfernung und gegebenenfalls (für Mehrstärkengläser bzw. Gleitsichtgläser) eine Addition oder eine vollständige Nahrefraktion für eine nahe Entfernung (z.B. nach DIN 58208) bestimmt. Bei modernen Brillengläsern können zusätzlich auch von der Norm abweichende Objektentfernungen, die bei der Refraktionsbestimmung verwendet wurden, angegeben werden. Damit ist die Verordnung (insbesondere Sphäre, Zylinder, Achslage und gegebenenfalls Addition oder Nahrefraktion) festgelegt, die an einen Brillenglashersteller übermittelt wird. Kenntnisse über eine spezielle bzw. individuelle Anatomie des jeweiligen Auges oder die tatsächlich im Einzelfall vorliegenden Brechwerte des fehlsichtigen Auges sind dafür nicht erforderlich.For the production or optimization of spectacle lenses, in particular of individual spectacle lenses, each spectacle lens is manufactured in such a way that the best possible correction of a refractive error of the respective eye of the spectacle wearer is achieved for each desired viewing direction or each desired object point. In general, a lens is considered fully corrective for a given direction of gaze when the sphere, cylinder and axis values of the wavefront as it passes through the apex sphere agree with the sphere, cylinder and axis values of the prescription for the ametropic eye. When determining the refraction for an eye of a spectacle wearer, dioptric values (in particular sphere, cylinder, axial position - i.e. in particular sphero-cylindrical deviations) for a large (usually infinite) distance and, if necessary (for multifocal lenses or varifocal lenses) an addition or a complete Near refraction determined for a close distance (e.g. according to DIN 58208). With modern spectacle lenses, object distances that deviate from the norm and were used to determine the refraction can also be specified. This defines the prescription (in particular sphere, cylinder, axis position and, if applicable, addition or near refraction) that is sent to a spectacle lens manufacturer. Knowledge of a special or individual anatomy of the respective eye or the refractive index of the defective eye that actually exists in the individual case is not required for this.

Eine vollständige Korrektur für alle Blickrichtungen gleichzeitig ist aber im Normalfall nicht möglich. Daher werden die Brillengläser derart gefertigt, dass sie vor allem in den hauptsächlichen Nutzungsbereichen, insbesondere in den zentralen Durchblicksbereichen eine gute Korrektur von Fehlsichtigkeiten des Auges und nur geringe Abbildungsfehler bewirken, während in peripheren Bereichen größere Abbildungsfehler zugelassen werden.However, a complete correction for all viewing directions at the same time is not normally possible. The spectacle lenses are therefore manufactured in such a way that they provide good correction of ametropia in the eye and only minor aberrations, especially in the main areas of use, particularly in the central vision areas, while larger aberrations are permitted in peripheral areas.

Um ein Brillenglas derart fertigen zu können, erfolgt zunächst eine Berechnung der Brillenglasflächen bzw. zumindest einer der Brillenglasflächen derart, dass dadurch die gewünschte Verteilung der unvermeidlichen Abbildungsfehler bewirkt wird. Diese Berechnung und Optimierung erfolgt üblicherweise mittels eines iterativen Variationsverfahrens durch Minimieren einer Zielfunktion. Als Zielfunktion wird insbesondere eine Funktion F mit folgendem funktionalen Zusammenhang zur sphärischen Wirkung S, zum Betrag der zylindrischen Wirkung Z und zur Achslage des Zylinders α (auch als „SZA“-Kombination bezeichnet) berücksichtigt und minimiert: F = i = 1 m [ g i , S Δ ( S Δ , i S Δ , i , S o l l ) 2 + g i , Z Δ ( Z Δ , i Z Δ , i , S o l l ) 2 + ]

Figure DE102020008145A1_0001
In order to be able to manufacture a spectacle lens in this way, the spectacle lens surfaces or at least one of the spectacle lens surfaces are first calculated in such a way that the desired distribution of the unavoidable aberrations is brought about as a result. This calculation and optimization is usually carried out using an iterative variation method by minimizing a target function. A function F with the following functional relationship to the spherical power S, the amount of the cylindrical power Z and the axial position of the cylinder α (also referred to as the "SZA" combination) is considered and minimized as a target function: f = i = 1 m [ G i , S Δ ( S Δ , i S Δ , i , S O l l ) 2 + G i , Z Δ ( Z Δ , i Z Δ , i , S O l l ) 2 + ... ]
Figure DE102020008145A1_0001

Dabei werden in der Zielfunktion F an den Bewertungsstellen i des Brillenglases zumindest die tatsächlichen Refraktionsdefizite der sphärischen Wirkung SΔ,i und der zylindrischen Wirkung ZΔ,i sowie Sollvorgaben für die Refraktionsdefizite der sphärischen Wirkung SΔ,i,Soll und der zylindrischen Wirkung ZΔ,i,Soll berücksichtigt.At least the actual refraction deficits of the spherical power S Δ,i and the cylindrical power Z Δ,i as well as target specifications for the refraction deficits of the spherical power S Δ,i,target and the cylindrical power Z Δ,i,target taken into account.

Bereits in DE 103 13 275 wurde erkannt, dass es vorteilhaft ist, die Sollvorgaben nicht als absolute Werte der zu optimierenden Eigenschaften, sondern als deren Abweichungen von der Verordnung, also als geforderte lokale Fehlanpassung anzugeben. Als „Ist“-Werte der zu optimierenden Eigenschaften fließen in die Zielfunktion somit auch nicht absolute Werte dieser optischen Eigenschaften, sondern die Abweichungen von der Verordnung ein. Dies hat den Vorteil, dass die Sollvorgaben unabhängig von der Verordnung (insbesondere Sphv, Zylv, Achsev, Prv, Bv) sind und die Sollvorgaben nicht für jede individuelle Verordnung geändert werden müssen.Already in DE 103 13 275 it was recognized that it is advantageous not to specify the target specifications as absolute values of the properties to be optimized, but as their deviations from the regulation, i.e. as a required local mismatch. The "actual" values of the properties to be optimized are therefore not included in the target function as absolute values of these optical properties, but rather as deviations from the regulation. This has the advantage that the target specifications are independent of the prescription (in particular Sph v , Zyl v , Axis v , Pr v , B v ) and the target specifications do not have to be changed for each individual prescription.

Die jeweiligen Refraktionsdefizite an den jeweiligen Bewertungsstellen werden vorzugsweise mit Gewichtungsfaktoren gi,SΔ bzw. gi,ZΔ berücksichtigt. Dabei bilden die Sollvorgaben für die Refraktionsdefizite der sphärischen Wirkung SΔ,i,Soll und/oder der zylindrischen Wirkung ZΔ,i,Soll insbesondere zusammen mit den Gewichtungsfaktoren gi,SΔ bzw. gi,ZΔ das sogenannte Brillenglasdesign. Darüber hinaus können insbesondere auch weitere Residuen, insbesondere weitere zu optimierende Größen, wie z.B. Koma und/oder sphärische Aberration und/oder Prisma und/oder Vergrößerung und/oder anamorphotische Verzerrung, usw., berücksichtigt werden, was insbesondere durch den Ausdruck „+...“ in der oben genannten Formel für die Zielfunktion F angedeutet ist.The respective refraction deficits at the respective evaluation points are preferably taken into account with weighting factors g i,SΔ or g i,ZΔ . The target specifications for the refraction deficits of the spherical power S Δ,i,target and/or the cylindrical power Z Δ,i,target form the so-called spectacle lens design, in particular together with the weighting factors g i,SΔ or g i,ZΔ . In addition, other residues, in particular other quantities to be optimized, such as coma and/or spherical aberration and/or prism and/or magnification and/or anamorphic distortion, etc., must be taken into account, which is indicated in particular by the expression "+..." in the above formula for the objective function F.

In manchen Fällen kann es zu einer deutlichen Verbesserung insbesondere einer individuellen Anpassung eines Brillenglases beitragen, wenn bei der Optimierung des Brillenglases nicht nur Abbildungsfehler bis zur zweiten Ordnung (Sphäre, Betrag des Astigmatismus und Achslage), sondern auch höherer Ordnung (z.B. Koma, Dreiblattfehler, sphärische Aberration etc.) berücksichtigt werden.In some cases, it can contribute to a significant improvement, especially an individual adjustment of a spectacle lens, if, when optimizing the spectacle lens, not only aberrations up to the second order (sphere, amount of astigmatism and axis position), but also higher order (e.g. coma, three-leaf aberration, spherical aberration etc.) must be taken into account.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, für optische Elemente und insbesondere für Brillengläser, die durch mindestens zwei brechende, refraktive Grenzflächen begrenzt sind, die Form einer Wellenfront zu bestimmen. Dies kann beispielsweise durch numerische Berechnung einer ausreichenden Anzahl an Nachbarstrahlen erfolgen, verbunden mit einem anschließenden Fit der Wellenfront durch Zernike-Polynome. Ein anderer Ansatz beruht auf einer lokalen Wellenfrontdurchrechnung bei der Refraktion (siehe WO 2008/089999 A1 ). Hierbei wird pro Durchblickpunkt nur ein einziger Strahl berechnet (der Hauptstrahl) und begleitend die Ableitungen der Pfeilhöhen der Wellenfront nach den transversalen (zum Hauptstrahl senkrechten) Koordinaten. Diese Ableitungen können bis zu einer bestimmten Ordnung gebildet werden, wobei die zweiten Ableitungen die lokalen Krümmungseigenschaften der Wellenfront (wie z.B. Brechwert, Astigmatismus) beschreiben und die höheren Ableitungen mit den Abbildungsfehlern höherer Ordnung zusammenhängen.It is known from the prior art to determine the shape of a wave front for optical elements and in particular for spectacle lenses that are delimited by at least two refracting, refractive boundary surfaces. This can be done, for example, by numerical calculation of a sufficient number of neighboring rays, combined with a subsequent fit of the wavefront using Zernike polynomials. Another approach is based on a local wavefront calculation during refraction (see WO 2008/089999 A1 ). Only one ray is calculated for each viewing point (the main ray) and the derivations of the versine heights of the wave front according to the transversal (perpendicular to the main ray) coordinates. These derivations can be formed up to a certain order, with the second derivation describing the local curvature properties of the wave front (such as refractive index, astigmatism) and the higher derivation being related to the higher-order aberrations.

Bei einer Durchrechnung von Licht durch ein Brillenglas werden die lokalen Ableitungen der Wellenfronten an einer geeigneten Position im Strahlverlauf berechnet, um sie dort mit erwünschten Werten, die aus der Refraktion des Brillenglasträgers hervorgehen, zu vergleichen. Als solche Position, an der eine Auswertung der Wellenfronten stattfindet, kann die Scheitelpunktkugel oder beispielsweise die Hauptebene des Auges bei der entsprechenden Blickrichtung herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann zur Auswertung der Wellenfronten beispielsweise die Eintrittspupille EP, die Austrittspupille AP und/oder bevorzugt die Ebene nach der Brechung an der Rückfläche L2 der Augenlinse herangezogen werden. Dabei wird angenommen, dass eine sphärische Wellenfront vom Objektpunkt ausgeht und bis zur ersten Brillenglasfläche propagiert. Dort wird die Wellenfront gebrochen und propagiert anschließend zur zweiten Brillenglasfläche, wo sie wieder gebrochen wird. Die letzte Propagation findet dann von der zweiten Grenzfläche bis zur Scheitelpunktkugel (oder der Hauptebene des Auges) statt, wo die Wellenfront mit vorgegebenen Werten für die Korrektion der Refraktion des Auges des Brillenträgers verglichen wird.When light is calculated through a spectacle lens, the local derivatives of the wave fronts are calculated at a suitable position in the beam path in order to compare them there with desired values that result from the refraction of the spectacle lens wearer. The apex sphere or, for example, the main plane of the eye in the corresponding viewing direction can be used as such a position at which an evaluation of the wave fronts takes place. Alternatively or additionally, the entrance pupil EP, the exit pupil AP and/or preferably the plane after the refraction at the rear surface L2 of the eye lens can be used to evaluate the wave fronts. It is assumed here that a spherical wave front emanates from the object point and propagates to the first lens surface. The wavefront is refracted there and then propagates to the second lens surface, where it is refracted again. The final propagation then takes place from the second interface to the vertex sphere (or the principal plane of the eye), where the wavefront is compared to predetermined values for the correction of the refraction of the eye of the spectacle wearer.

Um diesen Vergleich auf Basis der ermittelten Refraktionsdaten des jeweiligen Auges durchzuführen, wird der Auswertung der Wellenfront an der Scheitelpunktkugel ein etabliertes Modell des fehlsichtigen Auges unterstellt, in welchem einem rechtsichtigen Grundauge eine Fehlsichtigkeit (Refraktionsdefizit) überlagert wird. Dies hat sich besonders bewährt, da hierfür weitergehende Kenntnisse über die Anatomie bzw. Optik des jeweiligen Auges (z.B. Verteilung der Brechwerte, Augenlänge, Längenametropie und/oder Brechwertametropie) nicht erforderlich sind. Ausführliche Beschreibungen dieses Modells aus Brillenglas und Refraktionsdefizit sind beispielsweise in Dr. Roland Enders „Die Optik des Auges und der Sehhilfen“, Optische Fachveröffentlichung GmbH, Heidelberg, 1995, Seiten 25 ff. und in Diepes, Blendowske „Optik und Technik der Brille“, Optische Fachveröffentlichung GmbH, Heidelberg, 2002, Seiten 47 ff. enthalten. Als bewährtes Modell wird insbesondere das darin beschriebene Korrektionsmodell nach REINER verwendet.In order to carry out this comparison on the basis of the determined refraction data of the respective eye, the evaluation of the wavefront at the apex sphere is based on an established model of the ametropia eye, in which an ametropia (refraction deficit) is superimposed on a right-sighted basic eye. This has proven to be particularly useful because it does not require further knowledge of the anatomy or optics of the respective eye (e.g. distribution of the refractive powers, eye length, ametropia of length and/or ametropia of refractive power). Detailed descriptions of this model of spectacle lenses and refractive deficit can be found, for example, in Dr. Roland Enders "The optics of the eye and visual aids", Optical Specialist Publication GmbH, Heidelberg, 1995, pages 25 ff. and in Diepes, Blendowske "Optics and Technology of Glasses", Optical Specialist Publication GmbH, Heidelberg, 2002, pages 47 ff . The REINER correction model described therein is used as a proven model.

Dabei wird als Refraktionsdefizit der Mangel oder der Überschuss an Brechwert des optischen Systems des fehlsichtigen Auges im Vergleich zu einem gleich langen rechtsichtigen Auge (Restauge) angesehen. Der Brechwert des Refraktionsdefizits ist insbesondere annähernd gleich der Fernpunktrefraktion mit negativem Vorzeichen. Für eine vollständige Korrektur der Fehlsichtigkeit bilden das Brillenglas und das Refraktionsdefizit zusammen ein Fernrohrsystem (afokales System). Das Restauge (fehlsichtiges Auge ohne eingefügtes Refraktionsdefizit) wird als rechtsichtig angenommen. Ein Brillenglas gilt damit als vollkorrigierend für die Ferne, wenn sein bildseitiger Brennpunkt mit dem Fernpunkt des fehlsichtigen Auges und damit auch mit dem objektseitigen Brennpunkt des Refraktionsdefizits zusammenfällt.The lack or excess of refractive power of the optical system of the defective eye compared to a right-sighted eye of the same length (remaining eye) is regarded as a refraction deficit. In particular, the refractive index of the refraction deficit is approximately equal to the far point refraction with a negative sign. For complete correction of the ametropia, the spectacle lens and the refraction deficit together form a telescope system (afocal system). The remaining eye (defective eye without added refraction deficit) is assumed to be right-sighted. A spectacle lens is therefore considered to be fully corrective for distance vision if its focal point on the image side coincides with the far point of the defective eye and thus also with the focal point of the refraction deficit on the object side.

In der Druckschrift DE 10 2017 007 975 A1 bzw. WO 2018/138140 A2 , sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die es erlauben, die Berechnung oder Optimierung eines Brillenglases zu verbessern, wobei das Brillenglas bereits mit einfachen Messungen individueller, optischer und Augen-anatomischer Daten sehr wirkungsvoll an die individuellen Anforderungen des Brillenträgers angepasst wird.In the pamphlet DE 10 2017 007 975 A1 or. WO 2018/138140 A2 , a method and a device are described that make it possible to improve the calculation or optimization of a spectacle lens, the spectacle lens being very effectively adapted to the individual requirements of the spectacle wearer with simple measurements of individual, optical and eye anatomical data.

Ferner kann gemäß dem Stand der Technik eine Brillenglasoptimierung dadurch ausgeführt werden, dass eine Zielfunktion minimiert wird, die die Wellenfrontaberration innerhalb eines Augenmodells beurteilt. Die Wellenfrontaberration entsteht dabei durch Vergleich einer Referenzwellenfront mit einer Wellenfront, die mittels einer Wellenfrontdurchrechnung durch die brechenden Komponenten eines Augenmodells bestimmt wird. Hierbei muss jede Wellenfront abwechselnd gebrochen und propagiert werden. Diese Vorgehensweise basiert auf den Veröffentlichungen von G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: „Derivation of the refractive equations for higher order aberrations of local wavefronts by oblique incidence“, J. Opt. Soc. Am. A 27, 218-237 (2010) und G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: „Derivation of the propagation equations for higher order aberrations of local wavefronts“, J. Opt. Soc. Am. A 28, 2442-2458 (2011), und ist insbesondere in den Patentschriften DE 10 2012 000 390 A1 , US 9,910,294 B2 , DE 10 2011 101 923 A1 und WO 2008/089999 A1 beschrieben. Auf die oben genannten Druckschriften wird hierin ausdrücklich Bezug genommen und deren Inhalt vollumfänglich in die vorliegende Beschreibung mit einbezogen.Further, according to the prior art, lens optimization can be performed by minimizing an objective function that judges wavefront aberration within an eye model. The wavefront aberration arises by comparing a reference wavefront with a wavefront that is determined by means of a wavefront calculation through the refracting components of an eye model. In this case, each wavefront must be alternately refracted and propagated. This procedure is based on the publications by G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: "Derivation of the refractive equations for higher order aberrations of local wavefronts by oblique incidence", J .Opt.Soc. At the. A 27, 218-237 (2010) and G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: "Derivation of the propagation equations for higher order aberrations of local wavefronts", J .Opt.Soc. At the. A 28, 2442-2458 (2011), and is in particular in the patent specifications DE 10 2012 000 390 A1 , US 9,910,294 B2 , DE 10 2011 101 923 A1 and WO 2008/089999 A1 described. Express reference is made herein to the publications mentioned above and their content is fully included in the present description.

Es ist auch bekannt, dass alternativ zur Wellenfrontdurchrechnung die Wellenfrontaberrationen mittels eines Strahlenbündels beurteilt werden können. Dabei muss der Verlauf jedes einzelnen Lichtstrahls des Bündels durch das Brillenglas und das Augenmodell berechnet werden, was im Vergleich zur Wellenfrontdurchrechnung höhere Rechenzeiten erfordert.It is also known that, as an alternative to calculating the wavefront, the wavefront aberrations can be assessed using a beam of rays. The course of each individual light beam of the bundle through the spectacle lens and the eye model has to be calculated, which requires longer computing times compared to the wavefront calculation.

Auch wenn nach dem Stand der Technik für die einzelnen Berechnungsschritte der Brechung und Propagation von Wellenfronten bereits leistungsfähige Verfahren zur Verfügung stehen, entstehen aufgrund der Anzahl von Brechungen und Propagationen unakzeptabel hohe Rechenzeiten, besonders wenn durch ein- und dasselbe Augenmodell immer wieder neue Wellenfronten hindurchgerechnet werden müssen. Eine mehrfache Hindurchrechnung von Wellenfronten ist z.B. im Fall einer Brillenglasoptimierung auf Grund der iterativen Schritte für die Optimierung notwendig. Des Weiteren können bei der Brillenglasoptimierung wechselnde Blickrichtungen und/oder Objektabstände auftreten, was ebenfalls eine mehrfache Hindurchrechnung von Wellenfronten erfordern kann.Even if powerful methods are already available according to the state of the art for the individual calculation steps of the refraction and propagation of wavefronts, unacceptably long calculation times arise due to the number of refractions and propagations, especially if new wavefronts are repeatedly calculated through one and the same eye model have to. A multiple calculation of wave fronts is necessary e.g. in the case of a spectacle lens optimization due to the iterative steps for the optimization. Furthermore, changing viewing directions and/or object distances can occur when optimizing the spectacle lens, which can also require multiple calculations of wave fronts.

Um ein optisches System per Simulation zu optimieren, muss der Durchgang von Licht durch das System physikalisch beschrieben werden und dann nach geeigneten Kriterien beurteilt werden. Unter einer Optimierung versteht man eine gezielte Abänderung des Systems derart, dass das hindurchgehende Licht hinsichtlich der Kriterien einem gesetzten Ziel möglichst nahekommt. Beispielhaft kann das hindurchgehende Licht durch ein skalares oder ein vektorielles elektromagnetisches Feld beschrieben werden. Weiterhin gibt es die Möglichkeit, in diesem Feld die Flächen gleicher Phase als Wellenfronten zu definieren und diese als Bewertungsgrundlage heranzuziehen.In order to optimize an optical system via simulation, the passage of light through the system must be described physically and then evaluated according to suitable criteria. Optimization means a targeted modification of the system in such a way that the light passing through comes as close as possible to a set goal with regard to the criteria. For example, the light passing through can be described by a scalar or a vectorial electromagnetic field. There is also the option of defining the areas of the same phase as wave fronts in this field and using these as a basis for evaluation.

Vernachlässigt man Interferenzeffekte aufgrund der endlichen Wellenlänge von Licht, dann kann man den Lichtdurchgang statt mit Wellenoptik auch mit geometrischer Optik beschreiben. Nach dem Stand der Technik gibt es in der geometrischen Optik Verfahren zur Durchrechnung von Strahlen (Ray-Tracing). Eine einfache Bedingung, unter der man Ray-Tracing durchführen kann, ist paraxial. Eine besonders einfache Form hierbei ist wiederum die Gaußsche Optik, bei der alle Strahlen in einem Meridian bleiben. Die Beschreibung bezieht sich dann nur auf die Optik innerhalb des einen Meridians (bei rotationssymmetrischen Systemen, bei denen jeder Meridian gleichwertig ist, kann dann das gesamte System stellvertretend in dem einen Meridian beschrieben werden). Eine allgemeinere Form, die sich für zwei unabhängige Meridiane eignet, ist die lineare Optik. Sowohl in der Gaußschen Optik als auch in der linearen Optik ist jedes System dadurch definiert, dass es eine zur Lichtausbreitung des Hauptstrahls senkrechte Eintrittsebene gibt und eine weitere dazu parallele Austrittsebene. Das optische System wird dabei dadurch charakterisiert, wie die Koordinaten und Richtungen eines austretenden Strahls von den entsprechenden Größen des eintretenden Strahls abhängen, wobei diese Abhängigkeit im paraxialen Bereich linear ist.If one neglects interference effects due to the finite wavelength of light, then one can describe the passage of light with geometric optics instead of with wave optics. According to the prior art, there are methods for calculating rays (ray tracing) in geometric optics. A simple condition to do ray tracing under is paraxial. A particularly simple form here is Gaussian optics, in which all rays remain in one meridian. The description then only refers to the optics within one meridian (in the case of rotationally symmetrical systems in which each meridian is equivalent, the entire system can then be described representatively in one meridian). A more general form suitable for two independent meridians is linear optics. Both in Gaussian optics and in linear optics, each system is defined in that there is an entrance plane perpendicular to the propagation of the main ray and another exit plane parallel to it. The optical system is characterized by how the coordinates and directions of an outgoing ray depend on the corresponding magnitudes of the incoming ray, this dependency being linear in the paraxial domain.

Alternativ zum Ray-Tracing gibt es auch eine dazu inhaltlich äquivalente Durchrechnung von Wellenfronten (Wave-Tracing), die in der geometrischen Optik als die räumlichen Flächen definiert sind, durch die jeder Strahl eines Bündels senkrecht hindurchtritt. Es gibt in der geometrischen Optik äquivalente Umformulierungen von Wellenfronten. Beispielsweise verwendet man in der Fourier-Optik nicht räumliche Flächen, sondern stattdessen Ebenen senkrecht zur Lichtausbreitung des Hauptstrahls und beschreibt als Funktion der lateralen Koordinaten dieser Ebene die OPD (Optical Path Difference), die jeden Punkt der Ebene von einem vorgegebenen Referenzpunkt trennt.As an alternative to ray tracing, there is also an equivalent calculation of wave fronts (wave tracing), which is defined in geometric optics as the spatial surfaces through which each ray of a bundle passes perpendicularly. There are equivalent reformulations of wave fronts in geometric optics. For example, Fourier optics do not use spatial surfaces, but rather planes perpendicular to the light propagation of the main ray and describe the OPD (Optical Path Difference) as a function of the lateral coordinates of this plane, which separates each point of the plane from a given reference point.

Wellenfronten oder aber die äquivalenten OPD-Funktionen können auf verschiedene Weisen beschrieben werden. Beispielsweise können diese Funktionen durch Freiformflächen, etwa mit B-Splines beschrieben werden. Für den Fall, dass ein durch eine Pupille begrenzter Ausschnitt der Wellenfront relevant ist, werden Wellenfronten durch Zusammensetzung aus hinreichend vielen Zernike-Polynomen beschrieben (siehe z.B. Born and Wolf: „Principles of Optics“, Oxford, Pergamon, 1970), die mit den entsprechenden Zernike-Koeffizienten gewichtet werden. Eine übliche lokale Beschreibung für die Umgebung eines Hauptstrahls wiederum besteht in der Taylor-Reihenentwicklung, also lokalen Ableitungen der Wellenfront nach den lateralen Koordinaten, die Gewichte darstellen, mit denen Potenzen der Koordinaten zu Wellenfront linearkombiniert werden.Wavefronts or the equivalent OPD functions can be described in different ways. For example, these functions can be described by free-form surfaces, such as with B-splines. If a section of the wavefront delimited by a pupil is relevant, wavefronts are described by combining a sufficient number of Zernike polynomials (see eg Born and Wolf: "Principles of Optics", Oxford, Pergamon, 1970), which are weighted with the corresponding Zernike coefficients. A common local description for the vicinity of a main ray consists in the Taylor series expansion, i.e. local derivatives of the wavefront according to the lateral coordinates, which represent weights with which powers of the coordinates are linearly combined to form the wavefront.

Insbesondere ist es Stand der Technik, Brillengläser zu optimieren, indem Wellenfronten per Wave-Tracing durch Brillengläser hindurch gerechnet werden und danach mit bestimmten Vorgaben verglichen werden, um eine Zielfunktion zu bewerten (siehe z.B. die WO 2008/089999 A1 ). Diese Zielfunktion kann so aufgebaut werden, dass ihre Minimierung zu einer Verbesserung des Brillenglases führt.In particular, it is state of the art to optimize spectacle lenses by calculating wave fronts through the spectacle lenses using wave tracing and then comparing them with certain specifications in order to evaluate a target function (see, for example, WO 2008/089999 A1 ). This target function can be constructed in such a way that minimizing it leads to an improvement in the spectacle lens.

In einer Ausführungsform des Standes der Technik werden für die Wellenfronten ausschließlich Wellenfrontfehler der zweiten Ordnung (LOA, Lower Order Aberration) herangezogen. In einer weiteren Ausführungsform des Standes der Technik werden sowohl Wellenfrontfehler der zweiten Ordnung (LOA) herangezogen als auch Wellenfrontfehler der dritten Ordnung oder höherer Ordnung (HOA, Higher Order Aberration). Zur Hindurchrechnung von Wellenfronten, die mit solchen HOA behaftet sind, gibt es im Stand der Technik sowohl Verfahren für die Refraktion (siehe G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: „Derivation of the refractive equations for higher order aberrations of local wavefronts by oblique incidence“, J. Opt. Soc. Am. A 27, 218-237 (2010), sowie WO 2008/089999 A1 ) als auch für die Propagation siehe (siehe G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: „Derivation of the propagation equations for higher order aberrations of local wavefronts“, J. Opt. Soc. Am. A 28, 2442-2458 (2011), sowie DE 10 2011 101 923 A1 ). Der große technische Vorteil dieser Verfahren besteht darin, dass sie auf analytischen Formeln basieren und daher nicht auf die rechenzeitintensive Numerik von Ray-Tracing-Verfahren angewiesen sind.In one embodiment of the prior art, only second-order wavefront errors (LOA, Lower Order Aberration) are used for the wavefronts. In a further embodiment of the prior art, both second-order wavefront errors (LOA) and third-order or higher order wavefront errors (HOA, Higher Order Aberration) are used. In the state of the art, there are methods for refraction (see G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: "For the calculation of wavefronts that are associated with such HOA, there are methods for refraction. Derivation of the refractive equations for higher order aberrations of local wavefronts by oblique incidence", J. Opt. Soc. Am. A 27, 218-237 (2010), as well as WO 2008/089999 A1 ) and for propagation see (see G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: "Derivation of the propagation equations for higher order aberrations of local wavefronts", J. Opt Soc Am A 28, 2442-2458 (2011), and DE 10 2011 101 923 A1 ). The great technical advantage of these methods is that they are based on analytical formulas and are therefore not dependent on the computationally time-consuming numerics of ray tracing methods.

Weiterhin offenbart der Stand der Technik Verfahren, nach denen zur Optimierung des Brillenglases Wellenfronten lediglich durch das Brillenglas selbst gerechnet werden (siehe DE 10 2011 101 923 A1 ), sowie Verfahren, nach denen Wellenfronten sowohl durch das zu optimierende Glas als auch durch ein Augenmodell hindurchgerechnet werden (siehe DE 10 2012 000 390 A1 , US 9,910,294 B2 , DE 10 2017 007 975 B4 ).Furthermore, the state of the art discloses methods according to which wave fronts are only calculated through the spectacle lens itself in order to optimize the spectacle lens (see DE 10 2011 101 923 A1 ), as well as methods according to which wavefronts are calculated both through the lens to be optimized and through an eye model (see DE 10 2012 000 390 A1 , US 9,910,294 B2 , DE 10 2017 007 975 B4 ).

Allerdings bietet der Stand der Technik bis jetzt kein Verfahren an, wie man Licht in Form einer Wellenfront inklusive der HOA analytisch durch ein komplexes optisches System hindurch allgemein berechnen kann, so dass man für solch ein System wieder auf rechenzeit-intensive Ray-Tracing-Methoden oder auf eine wiederholt angewandte Durchrechnung der Einzelkomponenten mittels Wave-Tracing, was ebenfalls rechenzeit-aufwändig ist, zurückgreifen muss.However, the state of the art does not yet offer a method for analytically calculating light in the form of a wavefront including the HOA through a complex optical system in general, so that for such a system one has to resort to ray tracing methods that require a lot of computing time or has to fall back on a repeatedly applied calculation of the individual components by means of wave tracing, which is also computationally time-consuming.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur beschleunigten Wellenfrontdurchrechnung durch ein komplexes optisches System bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Verfahren zur Berechnung und/oder Optimierung eines Brillenglases sowie zur Herstellung eines Brillenglases bereitzustellen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein diesbezügliches Computerprogrammprodukt und eine diesbezügliche Vorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.It is therefore an object of the present invention to provide a method for accelerated wavefront computation through a complex optical system. In particular, it is an object of the present invention to provide an efficient method for calculating and/or optimizing a spectacle lens and for producing a spectacle lens. In addition, it is an object of the present invention to provide a related computer program product and a related device. These objects are solved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Ein erster unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung, wobei das optische System insbesondere ein komplexes optisches System ist, dessen Wirkung über eine einzelne Brechung, eine einzelne Propagation oder eine einzelne Reflexion hinausgeht, umfassend die Schritte:

  • - computerimplementiertes Aufstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, in das optische System einfallenden Wellenfronten unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus jeweils eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen; und
  • - computerimplementiertes Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.
A first independent aspect of solving the problem relates to a computer-implemented method for simulating an optical system by means of a wavefront calculation, the optical system being in particular a complex optical system whose effect goes beyond a single refraction, a single propagation or a single reflection, comprising the Steps:
  • - Computer-implemented setting up of at least one wavefront transfer function for the optical system, the wavefront transfer function being intended to assign an associated emerging wavefront to wavefronts incident on the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus; and
  • - Computer-implemented evaluation of the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system.

Ein „komplexes optisches System“ ist im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein optisches System, dessen Wirkung auf eine beliebige Wellenfront oder alternativ auf ein beliebiges Lichtstrahlenbündel sich weder durch eine Brechung oder Reflexion an einer einzigen Fläche noch durch eine einzige Propagation zwischen zwei unterschiedlichen Ebenen beschreiben lässt. Vielmehr umfasst ein komplexes optisches System mehrere Komponenten, die beim Durchlaufen von Licht bzw. einer Welle bzw. Wellenfront zu mindestens zwei Brechungen, und/oder zu mindestens zwei Propagationen, und/oder zu mindestens einer Brechung und mindestens einer Propagation führen.A “complex optical system” in the context of this invention is in particular an optical system whose effect on any wavefront or alternatively on any light beam is not reflected either by refraction or reflection on a single surface or by a single propagation between two different levels can be described. Rather, a complex optical system comprises a plurality of components which, when light or a wave or wavefront passes through, lead to at least two refractions and/or to at least two propagations and/or to at least one refraction and at least one propagation.

Der Begriff „Aufstellen einer Funktion“ umfasst im Sinne der Erfindung ein Festlegen und/oder Definieren der Funktion. Dabei erfolgt das Aufstellen einer Funktion automatisch bzw. computerimplementiert mit Hilfe eines Prozessors bzw. Computers. Insbesondere umfasst das Aufstellen der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion ein Belegen von Koeffizienten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion. Das Aufstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion kann das Aufstellen nur einer einzigen Wellenfront-Transferfunktion oder das Aufstellen mehrerer, insbesondere zwei oder drei, Wellenfront-Transferfunktionen, umfassen. Beispielsweise kann eine Vielzahl (d.h. zwei, drei, vier, fünf, usw.) von Wellenfront-Transferfunktionen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen des optischen Systems aufgestellt werden. Dabei können unterschiedliche Konfigurationen eines optischen Systems allgemein unterschiedliche Parameter, die das optische System charakterisieren bzw. beschreiben, umfassen. Insbesondere können unterschiedliche Konfigurationen eines optischen Systems auch unterschiedliche Positionen und/oder Ausrichtungen von Komponenten des optischen Systems zueinander und/oder unterschiedliche Positionen und/oder Ausrichtungen des optischen Systems (z.B. relativ zu einem anderen optischen System) umfassen. In the context of the invention, the term “setting up a function” includes a determination and/or definition of the function. A function is set up automatically or in a computer-implemented manner with the aid of a processor or computer. In particular, establishing the at least one wavefront transfer function includes assigning coefficients to the at least one wavefront transfer function. The creation of at least one wavefront transfer function can include the creation of only a single wavefront transfer function or the creation of several, in particular two or three, wavefront transfer functions. For example, a variety (i.e., two, three, four, five, etc.) of wavefront transfer functions can be established for a variety of different optical system configurations. Different configurations of an optical system can generally include different parameters that characterize or describe the optical system. In particular, different configurations of an optical system can also include different positions and/or orientations of components of the optical system in relation to one another and/or different positions and/or orientations of the optical system (e.g. relative to another optical system).

Insbesondere können sich somit sämtliche aufgestellte Wellenfront-Transferfunktionen voneinander unterscheiden.In particular, all wavefront transfer functions that have been set up can therefore differ from one another.

Mit dem Begriff „Auswerten“ der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine einfallende Wellenfront ist insbesondere gemeint, dass die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion auf eine einfallende Wellenfront angewandt wird. Mit anderen Worten wird durch das „Auswerten“ der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion einer vorgegebenen (in das optische System) einfallenden Wellenfront eine zugehörige ausfallende bzw. auslaufende Wellenfront zugeordnet.The term “evaluating” the at least one wavefront transfer function for an incident wavefront means in particular that the at least one wavefront transfer function is applied to an incident wavefront. In other words, by “evaluating” the at least one wavefront transfer function, an associated emergent or outgoing wavefront is assigned to a predetermined incident wavefront (into the optical system).

Die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion ist ausgelegt bzw. definiert, um in das optische System einfallenden Wellenfronten unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus jeweils eine zugehörige ausfallende bzw. auslaufende Wellenfront zuzuordnen. Insbesondere ist die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt, eine Änderung von in das optische System einfallenden Wellenfronten unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung, welche einem Defocus entspricht, allgemein zu beschreiben. Insbesondere ist die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion ausgelegt und/oder definiert, um die zumindest eine einfallende Wellenfront in eine zugehörige ausfallende bzw. auslaufende Wellenfront zu überführen. Insbesondere ist die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt, jeder in das optische System einfallenden Wellenfront eine zugehörige ausfallende bzw. auslaufende Wellenfront zuzuordnen. Dabei berücksichtigt die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion auch Abbildungsfehler bzw. eine Komponente, die über einen Defocus und einen Astigmatismus (entspricht der „Ordnung“ eines Defocus), also je nach Darstellung insbesondere über eine Sphäre und einen Zylinder (inkl. Achslage), hinausgehen/hinausgeht. In einer Beschreibung der Abbildungsfehler nach Zernike (d.h. unter Verwendung von Zernike-Polynomen) und/oder in einer Beschreibung der Abbildungsfehler mit Hilfe einer Taylorentwicklung bedeutet dies insbesondere, dass die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion Abbildungsfehler mit einer Ordnung größer als zwei, d.h. Higher Order Aberrations (HOA) bzw. Abbildungsfehler höherer Ordnung, berücksichtigt. Insbesondere berücksichtigt die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion somit nicht nur Abbildungsfehler bis zur zweiten Ordnung (Sphäre, Betrag des Astigmatismus und Achslage), sondern auch Abbildungsfehler höherer Ordnung, wie z.B. sphärische Aberration, Koma, Dreiblattfehler etc.The at least one wavefront transfer function is designed or defined in order to assign an associated emergent or outgoing wavefront to wavefronts incident in the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus. In particular, the at least one wavefront transfer function is intended to generally describe a change in wavefronts incident on the optical system, taking into account aberrations, with an order greater than the order that corresponds to a defocus. In particular, the at least one wavefront transfer function is designed and/or defined in order to convert the at least one incident wavefront into an associated emergent or outgoing wavefront. In particular, the wavefront transfer function is intended to assign an associated emergent or outgoing wavefront to each wavefront incident on the optical system. The at least one wavefront transfer function also takes into account aberrations or a component that goes beyond a defocus and an astigmatism (corresponds to the "order" of a defocus), i.e. depending on the representation, in particular beyond a sphere and a cylinder (including the axis position). /goes out In a description of the aberrations according to Zernike (i.e. using Zernike polynomials) and/or in a description of the aberrations using a Taylor expansion, this means in particular that the at least one wavefront transfer function has aberrations with an order greater than two, i.e. higher order Aberrations (HOA) or higher-order aberrations are taken into account. In particular, the at least one wavefront transfer function takes into account not only aberrations up to the second order (sphere, amount of astigmatism and axial position), but also higher-order aberrations, such as spherical aberration, coma, trefoil errors, etc.

Somit betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren zur Simulation eines optischen Systems wobei ein Verfahren zur Wellenfrontdurchrechnung eingesetzt wird, das folgende Schritte umfasst:

  • - Aufstellen einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System;
  • - Auswerten der Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront;
  • - Auswerten der Wellenfront-Transferfunktion für eine zweite in das optische System einfallende Wellenfront, die von der ersten Wellenfront verschieden ist;
wobei die Wellenfront-Transferfunktion
  • - die einfallende Wellenfront in eine ausfallende Wellenfront überführt und
  • - die Änderung einfallender Wellenfronten durch das optische System allgemein beschreibt und
  • - dabei zumindest eine Komponente berücksichtigt, deren Ordnung über die Ordnung einer Defokus-Komponente hinausgeht und
  • - wobei die Wirkung des optischen Systems über den einer einzelnen Brechung, einer einzelnen Propagation oder einer einzelnen Reflexion hinausgeht.
The invention thus relates in particular to a method for simulating an optical system, using a method for calculating wavefronts, which comprises the following steps:
  • - Establishing a wavefront transfer function for the optical system;
  • - evaluating the wavefront transfer function for a first incident wavefront in the optical system;
  • - evaluating the wavefront transfer function for a second wavefront incident on the optical system, which is different from the first wavefront;
where is the wavefront transfer function
  • - converts the incoming wavefront into an outgoing wavefront and
  • - describes the change of incident wavefronts through the optical system in general and
  • - taking into account at least one component whose order goes beyond the order of a defocus component and
  • - where the action of the optical system goes beyond that of a single refraction, a single propagation, or a single reflection.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass für eine herkömmliche schrittweise Wellenfrontdurchrechnung unnötig oft immer wieder dieselben Zwischenschritte wiederholt durchlaufen werden. In allen Fällen, in denen nur die an der letzten Fläche eines optischen Systems (z.B. eines Augenmodells) ausfallende Wellenfront von Interesse ist, ist die explizite Berechnung aller Wellenfronten an den Zwischenflächen überflüssig und kann eingespart werden.According to the invention, it has been recognized that for a conventional step-by-step wavefront calculation, the same intermediate steps are run through unnecessarily often. In all cases in which only the wavefront emerging at the last surface of an optical system (e.g. an eye model) is of interest, the explicit calculation of all wavefronts at the intermediate surfaces is superfluous and can be saved.

Die vorliegende Erfindung bricht daher mit der aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise und schlägt stattdessen ein Verfahren vor, mit dem eine einfallende Wellenfront mit einer einzigen Operation in eine ausfallende Wellenfront übergeführt werden kann. Insbesondere können entsprechende Transferfunktionen für jedes optische System aus beliebig vielen brechenden Flächen und Propagationen aufgestellt bzw. definiert werden, wenn die Parameter eines solchen komplexen Systems gegeben sind. Dabei muss das komplexe optische System, wie z.B. im Fall von einem „Gradient Index“-Objekt (GRIN-Objekt), auch gar nicht auf eine endliche Anzahl von reinen Brechungen und/oder Propagationen zurückführbar sein. Stattdessen reicht eine Spezifikation des optischen Systems durch die Strahl-Transferfunktion aus, die jedem einfallenden Strahl eindeutig einen ausfallenden Strahl zuordnet. Die Schritte zum Aufbau dieser Transferfunktion dürfen aufwändig sein, denn sie müssen nur ein einziges Mal ausgeführt werden. Entscheidend ist, dass der Rechenaufwand der Auswertung der Transferfunktion kleiner sein muss als der Rechenaufwand der Auswertung der einzelnen Teilschritte der Propagation und Brechung bei einem komplexen optischen System.The present invention therefore breaks with the procedure known from the prior art and instead proposes a method with which an incident wavefront can be converted into an emerging wavefront with a single operation. In particular, corresponding transfer functions can be set up or defined for any optical system from any number of refracting surfaces and propagations if the parameters of such a complex system are given. The complex optical system, e.g. in the case of a "gradient index" object (GRIN object), does not have to be traceable to a finite number of pure refractions and/or propagations. Instead, it is sufficient to specify the optical system using the ray transfer function, which uniquely assigns an outgoing ray to every incoming ray. The steps to build this transfer function can be cumbersome because they only need to be performed once. The decisive factor is that the computational effort involved in evaluating the transfer function must be less than the computational effort involved in evaluating the individual sub-steps of propagation and refraction in a complex optical system.

Der Stand der Technik bietet bis jetzt kein Verfahren an, wie man Licht in Form einer Wellenfront inklusive der HOA analytisch durch ein komplexes optisches System hindurch allgemein berechnen kann, so dass man für solch ein System wieder auf rechenzeit-intensive Ray-Tracing-Methoden oder auf eine zeitaufwändige wiederholte Anwendung von einer Wave-Tracing-Durchrechnung an den Einzelkomponenten zurückgreifen muss. Die vorliegende Erfindung jedoch löst nun dieses Problem mittels eines analytischen und sehr rechenzeitsparenden Verfahrens. Der technische Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass eine hohe Anzahl an verschiedenen Wellenfronten durch ein gegebenes komplexes optisches System sehr effizient durchgerechnet werden kann, indem ausgenutzt wird, dass sich das optische System selbst dabei nicht ändert und der Berechnungsschritt zum Aufstellen einer Wellenfront-Transferfunktion vorab nur ein einziges Mal ausgeführt werden muss.The state of the art does not yet offer a method for analytically calculating light in the form of a wavefront including the HOA through a complex optical system in general, so that for such a system one has to resort to computationally time-intensive ray tracing methods or has to resort to a time-consuming repeated application of a wave tracing calculation on the individual components. However, the present invention now solves this problem by means of an analytical method that saves a great deal of computing time. The technical advantage of the invention consists in particular in the fact that a large number of different wavefronts can be calculated very efficiently by a given complex optical system by exploiting the fact that the optical system itself does not change and the calculation step for setting up a wavefront transfer function only needs to be run once beforehand.

In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems, wobei das optische System ein zweites Teilsystem des optischen Gesamtsystems darstellt und das optische Gesamtsystem zusätzlich ein erstes Teilsystem umfasst. Das erste Teilsystem und/oder das zweite Teilsystem kann insbesondere im Laufe der Optimierung variiert werden. Unter „Optimierung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere die Berechnung und/oder Optimierung eines (herzustellenden) Brillenglases zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit eines Brillenträgers verstanden.In a preferred embodiment, the invention relates to a method, in particular a computer-implemented method, for optimizing an overall optical system, the optical system representing a second subsystem of the overall optical system and the overall optical system additionally comprising a first subsystem. The first subsystem and/or the second subsystem can be varied in particular in the course of the optimization. “Optimization” within the meaning of the present invention is understood in particular to mean the calculation and/or optimization of a spectacle lens (to be produced) for correcting a defective vision of a spectacle wearer.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilsystem ein Brillenglas und das zweite Teilsystem ein Modellauge.In a further preferred embodiment, the first subsystem is a spectacle lens and the second subsystem is a model eye.

Ein „Modellauge“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Datensatz mit Augenmodell-Parametern, welche ein reales Auge beschreiben. Vorzugsweise weist das Modellauge auch bereitgestellte (insbesondere gemessene) individuelle Refraktionsdaten eines Brillenträgers auf. Die Augenmodell-Parameter können z.B. zumindest teilweise auf Basis von Standard- bzw. Durchschnittswerten angenommen oder festgelegt werden. Die Augenmodell-Parameter können zumindest teilweise auch gemessen werden.A “model eye” within the meaning of the present invention is in particular a data set with eye model parameters that describe a real eye. The model eye preferably also has provided (in particular measured) individual refraction data of a spectacle wearer. For example, the eye model parameters can be assumed or specified, at least in part, on the basis of standard or average values. The eye model parameters can also be measured, at least in part.

Insbesondere kann das Verfahren ein Festlegen eines individuellen Augenmodells umfassen, welches zumindest gewisse Vorgaben über geometrische und optische Eigenschaften eines Modellauges individuell festlegt. So können in einem individuellen Augenmodell z.B. zumindest eine Form (Topographie) und/oder Wirkung der Hornhaut, insbesondere einer Hornhautvorderfläche, des Modellauges, ein Hornhaut-Linsen-Abstand dCL (dieser Abstand zwischen der Hornhaut und einer Linsenvorderfläche des Modellauges wird auch Vorderkammertiefe bezeichnet), Parameter der Linse des Modellauges, welche insbesondere die optische Wirkung der Linse des Modellauges zumindest teilweise festlegen, und ein Linsen-Netzhaut-Abstand dLR (dieser Abstand zwischen der Linse, insbesondere der Linsenrückfläche, und der Netzhaut des Modellauges wird auch als Glaskörperlänge bezeichnet) in bestimmter Weise, insbesondere derart festgelegt werden, dass das Modellauge die bereitgestellten individuellen Refraktionsdaten aufweist, d.h. dass eine im Modellauge von einem Punkt der Netzhaut des Modellauges auslaufende Wellenfront mit der für das reale Auge des Brillenträger ermittelten (z.B. gemessenen oder anderweitig ermittelten) Wellenfront (bis zu einer gewünschten Genauigkeit) übereinstimmt. Als Parameter der Linse des Modellauges (Linsenparameter) können beispielsweise entweder geometrische Parameter (Form der Linsenflächen und deren Abstand) und vorzugsweise Materialparameter (z.B. Brechungsindizes der einzelnen Komponenten des Modellauges) so vollständig festgelegt werden, dass diese eine optische Wirkung der Linse zumindest teilweise festlegen. Alternativ oder zusätzlich können für das Modellauge auch Linsenparameter festgelegt werden, die die optische Wirkung der Linse des Modellauges direkt beschreiben. Hinsichtlich der Hornhaut wird meistens die Form der Hornhautvorderfläche gemessen, alternativ oder zusätzlich kann aber auch die Wirkung der Hornhaut als Ganzes (keine Differenzierung zwischen Vorder- und Rückfläche) angegeben werden. Eventuell kann auch eine Hornhautrückfläche und/oder eine Hornhautdicke angegeben werden. Sind ferner individuelle Intraokularlinsendaten bekannt bzw. werden diese bereitgestellt, so kann das Festlegen der Parameter der Linse des Modellauges auch anhand der bereitgestellten Intraokularlinsendaten erfolgen.In particular, the method can include defining an individual eye model, which individually defines at least certain specifications regarding geometric and optical properties of a model eye. In an individual eye model, for example, at least one shape (topography) and/or effect of the cornea, in particular a front surface of the cornea, of the model eye, a corneal Lens distance d CL (this distance between the cornea and a lens front surface of the model eye is also called anterior chamber depth), parameters of the lens of the model eye, which in particular at least partially define the optical effect of the lens of the model eye, and a lens-retina distance d LR (this distance between the lens, in particular the rear surface of the lens, and the retina of the model eye is also referred to as the vitreous body length) in a specific way, in particular in such a way that the model eye has the individual refraction data provided, i.e. that a point in the model eye from a point on the retina the wavefront emerging from the model eye corresponds (up to a desired accuracy) to the wavefront determined (eg measured or otherwise determined) for the real eye of the spectacle wearer. As parameters of the lens of the model eye (lens parameters), for example, either geometric parameters (shape of the lens surfaces and their distance) and preferably material parameters (e.g. refractive indices of the individual components of the model eye) can be completely defined so that they at least partially define an optical effect of the lens. Alternatively or additionally, lens parameters can also be defined for the model eye, which directly describe the optical effect of the lens of the model eye. With regard to the cornea, the shape of the anterior surface of the cornea is usually measured, but alternatively or additionally the effect of the cornea as a whole (no differentiation between anterior and posterior surface) can also be specified. A posterior surface of the cornea and/or a corneal thickness can also be specified. Furthermore, if individual intraocular lens data are known or are provided, the parameters of the lens of the model eye can also be defined using the provided intraocular lens data.

Im einfachsten Fall eines Augenmodells wird die Refraktion des Auges durch das optische System bestehend aus der Hornhautvorderfläche, der Augenlinse und der Netzhaut bestimmt. In diesem einfachen Modell legen die Lichtbrechung an der Hornhautvorderfläche und die Brechkraft der Augenlinse (vorzugsweise einschließlich der sphärischen und astigmatischen Aberrationen und Aberrationen höherer Ordnung) zusammen mit deren Positionierung relativ zur Netzhaut die Refraktion des Modellauges fest. Dabei werden die einzelnen Größen (Parameter) des Modellauges anhand von individuellen Messwerten für das Auge des Brillenträgers und/oder anhand von Standardwerten und/oder anhand von bereitgestellten individuellen Refraktionsdaten entsprechend festgelegt. Insbesondere können manche der Parameter (z.B. die Topographie der Hornhautvorderfläche und/oder die Vorderkammertiefe und/oder zumindest eine Krümmung einer Linsenfläche, usw.) direkt als individuelle Messwerte bereitgestellt werden. Andere Werte können auch - insbesondere dann, wenn es sich um Parameter handelt, deren individuelle Messung sehr aufwendig ist - aus Werten von Standardmodellen für ein menschliches Auge übernommen werden. Insgesamt müssen aber nicht alle (geometrischen) Parameter des Modellauges aus individuellen Messungen oder aus Standardmodellen vorgegeben werden. Vielmehr können für einen oder mehrere (freie) Parameter eine individuelle Anpassung durch Berechnung unter Berücksichtigung der vorgegebenen Parameter derart vorgenommen werden, dass das dann resultierende Modellauge die bereitgestellten individuellen Refraktionsdaten aufweist. Je nach Anzahl der in den bereitgestellten individuellen Refraktionsdaten enthaltenen Parameter können entsprechend viele (freie) Parameter des Augenmodells individuell angepasst (gefittet) werden.In the simplest case of an eye model, the refraction of the eye is determined by the optical system consisting of the front surface of the cornea, the eye lens and the retina. In this simple model, the refraction of light at the anterior surface of the cornea and the power of the lens of the eye (preferably including spherical, astigmatic and higher-order aberrations) together with their positioning relative to the retina determine the refraction of the model eye. In this case, the individual variables (parameters) of the model eye are appropriately defined using individual measured values for the eye of the spectacle wearer and/or using standard values and/or using individual refraction data provided. In particular, some of the parameters (e.g. the topography of the anterior surface of the cornea and/or the depth of the anterior chamber and/or at least one curvature of a lens surface, etc.) can be provided directly as individual measured values. Other values can also be taken from values of standard models for a human eye, especially when it comes to parameters whose individual measurement is very complex. Overall, however, not all (geometric) parameters of the model eye have to be specified from individual measurements or from standard models. Rather, an individual adjustment can be made for one or more (free) parameters by calculation taking into account the specified parameters in such a way that the resulting model eye then has the individual refraction data provided. Depending on the number of parameters contained in the provided individual refraction data, a corresponding number of (free) parameters of the eye model can be individually adjusted (fitted).

Für die Berechnung bzw. Optimierung des Brillenglases können eine erste Fläche und eine zweite Fläche des Brillenglases insbesondere als Startflächen mit einer vorgegebenen (individuellen) Position relativ zum Modellauge vorgegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird nur eine der beiden Flächen optimiert. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um die Rückfläche des Brillenglases. Vorzugsweise wird dabei sowohl für die Vorderfläche als auch für die Rückfläche des Brillenglases eine entsprechende Startfläche vorgegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird während des Optimierungsverfahrens aber nur eine Fläche iterativ verändert bzw. optimiert. Die andere Fläche des Brillenglases kann zum Beispiel eine einfache sphärische oder rotationssymmetrische asphärische Fläche sein. Allerdings ist es auch möglich, beide Flächen zu optimieren.For the calculation or optimization of the spectacle lens, a first surface and a second surface of the spectacle lens can be specified in particular as starting surfaces with a specified (individual) position relative to the model eye. In a preferred embodiment, only one of the two surfaces is optimized. This is preferably the back surface of the spectacle lens. A corresponding starting surface is preferably specified for both the front surface and the rear surface of the spectacle lens. In a preferred embodiment, however, only one surface is iteratively changed or optimized during the optimization process. The other surface of the spectacle lens can be, for example, a simple spherical or rotationally symmetrical aspherical surface. However, it is also possible to optimize both surfaces.

Ausgehend von den beiden vorgegebenen Flächen kann das Verfahren zum Berechnen oder Optimieren ein Ermitteln des Verlaufs eines Hauptstrahls durch zumindest einen Durchblickspunkt (i) zumindest einer zu berechnenden oder optimierenden Fläche des Brillenglases in das Modellauge umfassen. Der Hauptstrahl beschreibt den geometrischen Strahlverlauf ausgehend von einem Objektpunkt durch die beiden Brillenglasflächen, die Hornhautvorderfläche und die Linse des Modellauges vorzugsweise bis zur Netzhaut des Modellauges.Based on the two specified surfaces, the method for calculating or optimizing can include determining the course of a principal ray through at least one visual point (i) of at least one surface of the spectacle lens to be calculated or optimized into the model eye. The principal ray describes the geometric course of the ray starting from an object point through the two spectacle lens surfaces, the front surface of the cornea and the lens of the model eye, preferably up to the retina of the model eye.

Außerdem kann das Verfahren zum Berechnen oder Optimieren ein Auswerten einer Aberration einer entlang des Hauptstrahls aus einer auf die erste Fläche des Brillenglases auftreffenden sphärischen Wellenfront resultierenden Wellenfront an einer Bewertungsfläche innerhalb des Modellauges im Vergleich zu einer in einem Punkt auf der Netzhaut des Augenmodells konvergierenden Wellenfront (Referenzlicht) umfassen. Insbesondere kann dazu eine auf die erste Fläche (Vorderfläche) des Brillenglases entlang des Hauptstrahls auftreffende, sphärische Wellenfront (wo) vorgegeben werden. Diese sphärische Wellenfront beschreibt das von einem Objektpunkt ausgehende Licht (Objektlicht). Die Krümmung der sphärischen Wellenfront beim Auftreffen auf die erste Fläche des Brillenglases entspricht dem Kehrwert des Objektabstandes. Vorzugsweise umfasst das Verfahren somit ein Vorgeben eines Objektabstandsmodells, welches jeder Blickrichtung oder jedem Durchblickspunkt der zumindest einen zu optimierenden Fläche des Brillenglases eine Objektentfernung zuordnet. Damit wird vorzugsweise die individuelle Gebrauchssituation, in der das herzustellende Brillenglas zum Einsatz kommen soll, beschrieben.In addition, the method for calculating or optimizing may include evaluating an aberration of a wavefront resulting along the chief ray from a spherical wavefront incident on the first surface of the spectacle lens at an evaluation surface within the model eye in comparison with a wavefront converging at a point on the retina of the eye model ( Reference light) include. In particular, a spherical wavefront (wo) impinging on the first surface (front surface) of the spectacle lens along the chief ray can be specified for this purpose. This spherical wave front describes the light emanating from an object point (object light). The curvature of the spherical wavefront when hitting the first surface of the lens corresponds to the reciprocal of the object distance. The method thus preferably includes specifying an object distance model, which assigns an object distance to each viewing direction or each visual point of the at least one surface of the spectacle lens to be optimized. This preferably describes the individual usage situation in which the spectacle lens to be produced is to be used.

Die auf das Brillenglas auftreffende Wellenfront wird nun an der Vorderfläche des Brillenglases vorzugsweise zum ersten Mal gebrochen. Anschießend propagiert die Wellenfront entlang des Hauptstrahls innerhalb des Brillenglases von der Vorderfläche zur Rückfläche, wo sie zum zweiten Mal gebrochen wird. Vorzugsweise propagiert die durch das Brillenglas transmittierte Wellenfront nun entlang des Hauptstrahls weiter bis zur Hornhautvorderfläche des Auges, wo sie vorzugsweise wiederum gebrochen wird. Vorzugsweise wird die Wellenfront nach einer weiteren Propagation innerhalb des Auges bis zur Augenlinse auch dort wiederum gebrochen, um schließlich vorzugsweise bis zur Netzhaut des Auges zu propagieren. Je nach optischen Eigenschaften der einzelnen optischen Elemente (Brillenglasflächen, Hornhautvorderfläche, Augenlinse) führt jeder Brechungsvorgang und jeder Propagationsvorgang auch zu einer Deformation der Wellenfront.The wavefront impinging on the spectacle lens is now preferably refracted for the first time on the front surface of the spectacle lens. The wavefront then propagates along the principal ray within the lens from the front surface to the back surface, where it is refracted a second time. The wavefront transmitted through the spectacle lens now preferably propagates further along the principal ray to the front surface of the cornea of the eye, where it is preferably refracted again. After further propagation within the eye up to the lens of the eye, the wavefront is preferably refracted there again in order to finally propagate preferably up to the retina of the eye. Depending on the optical properties of the individual optical elements (spectacle lens surfaces, front surface of the cornea, lens of the eye), each refraction process and each propagation process also leads to a deformation of the wave front.

Um eine exakte Abbildung des Objektpunktes auf einen Bildpunkt auf der Netzhaut zu erreichen, müsste die Wellenfront die Augenlinse vorzugsweise als konvergierende sphärische Wellenfront verlassen, deren Krümmung genau dem Kehrwert des Abstandes zur Netzhaut entspricht. Ein Vergleich der vom Objektpunkt auslaufenden Wellenfront mit einer (im Idealfall perfekten Abbildung) in einem Punkt auf der Netzhaut konvergierenden Wellenfront (Referenzlicht) erlaubt somit die Auswertung einer Fehlanpassung. Dieser Vergleich und damit die Auswertung der Wellenfront des Objektlichts in dem individuellen Augenmodell können dabei an unterschiedlichen Stellen entlang des Verlaufs des Hauptstrahls insbesondere zwischen der zweiten Fläche des optimierenden Brillenglases und der Netzhaut erfolgen. Insbesondere kann damit die Bewertungsfläche an unterschiedlichen Positionen, insbesondere zwischen der zweiten Fläche des Brillenglases und der Netzhaut liegen. Entsprechend weit wird die Brechung und Propagation des vom Objektpunkt auslaufenden Lichts im individuellen Augenmodell vorzugsweise für jeden Durchblickspunkt berechnet. Die Bewertungsfläche kann sich entweder auf den tatsächlichen Strahlengang beziehen oder auf einen virtuellen Strahlengang, wie er beispielsweise zur Konstruktion der Austrittspupille AP benutzt wird. Im Fall des virtuellen Strahlenganges muss das Licht nach der Brechung durch die Rückfläche der Augenlinse zurückpropagiert werden bis zu einer gewünschten Ebene (bevorzugt bis zur Ebene der AP), wobei der dabei benutzte Brechungsindex dem Medium des Glaskörpers entsprechen muss und nicht etwa der Augenlinse. Falls die Bewertungsfläche hinter der Linse bzw. nach der Brechung an der Linsenrückfläche des Modellauges vorgesehen wird, oder falls die Bewertungsfläche durch Rückpropagation entlang eines virtuellen Strahlenganges erreicht wird (wie im Fall der AP), dann kann die resultierende Wellenfront des Objektlichts vorzugsweise einfach mit einer sphärischen Wellenfront des Referenzlichts verglichen werden. Hierzu umfasst das Verfahren somit vorzugsweise ein Vorgeben einer auf die erste Fläche des Brillenglases auftreffenden sphärischen Wellenfront, ein Ermitteln einer durch die Wirkung zumindest der ersten und zweiten Fläche des Brillenglases, der Hornhautvorderfläche und der Linse des Modellauges aus der sphärischen Wellenfront resultierenden Wellenfront in dem zumindest einen Auge, und eine Auswertung der Aberration der resultierenden Wellenfront im Vergleich zu einer auf die Netzhaut konvergierenden sphärischen Wellenfront. Falls hingegen eine Bewertungsfläche innerhalb der Linse oder zwischen der Linse des Modellauges und dem zu berechnenden bzw. optimierenden Brillenglas vorgesehen sein soll, wird als Referenzlicht einfach eine umgekehrte Propagation von einem Punkt auf der Netzhaut durch die einzelnen Komponenten des Modellauges bis hin zur Bewertungsfläche simuliert, um dort einen Vergleich des Objektlichts mit dem Referenzlicht vorzunehmen.In order to achieve an exact mapping of the object point to an image point on the retina, the wavefront would have to leave the lens of the eye preferably as a converging spherical wavefront, the curvature of which corresponds exactly to the reciprocal of the distance to the retina. A comparison of the wave front emanating from the object point with a wave front (reference light) converging in a point on the retina (ideally perfect imaging) thus allows the evaluation of a mismatch. This comparison and thus the evaluation of the wavefront of the object light in the individual eye model can take place at different points along the course of the principal ray, in particular between the second surface of the optimizing spectacle lens and the retina. In particular, the evaluation surface can thus lie at different positions, in particular between the second surface of the spectacle lens and the retina. The refraction and propagation of the light emanating from the object point in the individual eye model is preferably calculated correspondingly far for each visual point. The evaluation surface can refer either to the actual beam path or to a virtual beam path, such as is used to construct the exit pupil AP. In the case of the virtual beam path, after refraction through the back surface of the eye lens, the light must be propagated back to a desired plane (preferably to the plane of the AP), whereby the refractive index used must correspond to the medium of the vitreous body and not to the eye lens. If the evaluation surface is provided behind the lens or after the refraction on the rear surface of the lens of the model eye, or if the evaluation surface is reached by back propagation along a virtual beam path (as in the case of the AP), then the resulting wavefront of the object light can preferably be simply measured with a spherical wavefront of the reference light are compared. To this end, the method preferably includes specifying a spherical wavefront impinging on the first surface of the spectacle lens, determining a wavefront resulting from the spherical wavefront due to the action of at least the first and second surfaces of the spectacle lens, the front surface of the cornea and the lens of the model eye in the at least an eye, and an aberration evaluation of the resulting wavefront compared to a spherical wavefront converging on the retina. If, on the other hand, an evaluation area is to be provided within the lens or between the lens of the model eye and the spectacle lens to be calculated or optimized, a reverse propagation from a point on the retina through the individual components of the model eye to the evaluation area is simply simulated as a reference light. to compare the object light with the reference light.

Wie allerdings bereits eingangs erwähnt, ist eine vollständige Korrektion der Refraktion des Auges gleichzeitig für alle Blickrichtungen des Auges, also für alle Durchblickspunkte der zumindest einen zu optimierenden Brillenglasfläche, im Allgemeinen nicht möglich. Je nach Blickrichtung wird somit vorzugsweise eine absichtliche Fehlanpassung des Brillenglases vorgegeben, welche je nach Anwendungssituation insbesondere in den hauptsächlich genutzten Bereichen des Brillenglases (z.B. zentrale Durchblickspunkte) gering, in den wenig genutzten Bereichen (z.B. periphere Durchblickspunkte) etwas höher sind. Diese Vorgehensweise ist dem Prinzip nach aus herkömmlichen Optimierungsverfahren bereits bekannt.However, as already mentioned at the outset, a complete correction of the refraction of the eye simultaneously for all viewing directions of the eye, ie for all visual points of the at least one spectacle lens surface to be optimized, is generally not possible. Depending on the viewing direction, an intentional mismatch of the spectacle lens is thus preferably specified, which, depending on the application situation, is particularly low in the areas of the spectacle lens that are mainly used (e.g. central visual points) and somewhat higher in the areas that are rarely used (e.g. peripheral visual points). The principle of this procedure is already known from conventional optimization methods.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront auf Basis einer vorgegebenen Testwellenfront, welche das erste Teilsystem durchläuft, ermittelt.In a further preferred embodiment, the at least one wavefront incident on the optical system is determined on the basis of a predetermined test wavefront which passes through the first subsystem.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt:

  • - Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für die zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront, wobei das optische Gesamtsystem unter Variation des ersten Teilsystems so lange bewertet wird, bis die Bewertung eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
In a further preferred embodiment, the method further comprises the step:
  • - Evaluation of the overall optical system based on the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for the at least one wavefront incident on the optical system, with the overall optical system being evaluated by varying the first subsystem until the evaluation fulfills a predetermined condition.

Unter „Bewerten“ eines Systems wird im Sinne dieser Beschreibung insbesondere ein Bewerten des Systems mit Hilfe eines Funktionals bzw. einer Zielfunktion verstanden. Insbesondere kann das Bewerten eines Systems ein Minimieren eines Funktionals bzw. einer Zielfunktion, beispielsweise mittels eines iterativen Variationsverfahrens, umfassen. Im Falle einer Brillenglasoptimierung kann als Zielfunktion z.B. die eingangs erwähnte Funktion F = i = 1 m [ g i , S Δ ( S Δ , i S Δ , i , S o l l ) 2 + g i , Z Δ ( Z Δ , i Z Δ , i , S o l l ) 2 + ]

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verwendet werden. Da das Minimieren einer Zielfunktion sowie dafür verwendete iterative Variationsverfahren dem Fachmann wohlbekannt sind, wird im Rahmen dieser Erfindung nicht näher darauf eingegangen. Die vorgegebene Bedingung für die Bewertung kann insbesondere ein vorgegebener Schwellenwert der Zielfunktion sein. Unterschreitet die Zielfunktion bei einer bestimmten Variation bzw. Konfiguration des ersten Teilsystems diesen Schwellenwert, so ist das Ziel, nämlich das Gesamtsystem zu optimieren, erreicht. Eine weitere Variation und/oder ein weiteres Bewerten ist dann nicht mehr notwendig.In the context of this description, “evaluating” a system is understood in particular to mean evaluating the system with the aid of a functional or a target function. In particular, evaluating a system can include minimizing a functional or a target function, for example by means of an iterative variation method. In the case of spectacle lens optimization, the function mentioned at the outset can be used as a target function, for example f = i = 1 m [ G i , S Δ ( S Δ , i S Δ , i , S O l l ) 2 + G i , Z Δ ( Z Δ , i Z Δ , i , S O l l ) 2 + ... ]
Figure DE102020008145A1_0002
be used. Since the minimization of a target function and iterative variation methods used for this are well known to the person skilled in the art, this will not be discussed in any more detail within the scope of this invention. The predefined condition for the evaluation can in particular be a predefined threshold value of the target function. If the target function falls below this threshold value for a specific variation or configuration of the first subsystem, then the goal, namely to optimize the overall system, has been achieved. A further variation and/or a further evaluation is then no longer necessary.

Insbesondere umfasst die Variation des ersten Teilsystems eine Änderung zumindest einer brechenden Fläche und/oder zumindest eines Abstandes zwischen brechenden Flächen des ersten Teilsystems, und/oder ein Verkippen und/oder Verschieben des ersten Teilsystems gegenüber dem zweiten Teilsystem. Für den Fall, dass das erste Teilsystem ein Brillenglas ist, kann eine Variation des ersten Teilsystems bzw. Brillenglases z.B. eine Veränderung der Form zumindest einer Brillenglasfläche (Vorder- und/oder Rückfläche) umfassen.In particular, the variation of the first subsystem includes a change in at least one refracting surface and/or at least a distance between refracting surfaces of the first subsystem, and/or a tilting and/or shifting of the first subsystem relative to the second subsystem. If the first subsystem is a spectacle lens, a variation of the first subsystem or spectacle lens can include, for example, a change in the shape of at least one spectacle lens surface (front and/or rear surface).

Insbesondere betrifft die Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform somit ein Verfahren zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems, wobei das optische System ein zweites Teilsystem des optischen Gesamtsystems darstellt und das optische Gesamtsystem zusätzlich ein erstes Teilsystem umfasst, welches im Laufe der Optimierung variiert werden kann, und
wobei die in das optische System einfallende Wellenfront durch das Durchlaufen einer Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird und das optische Gesamtsystem auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die in das optische System einfallende Wellenfront bewertet wird und bei dem das erste Teilsystem so lange variiert und das optische Gesamtsystem bewertet wird, bis die Bewertung eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
In particular, according to a preferred embodiment, the invention thus relates to a method for optimizing an overall optical system, the optical system representing a second subsystem of the overall optical system and the overall optical system additionally comprising a first subsystem, which can be varied in the course of the optimization, and
wherein the wavefront incident on the optical system is determined by passing a test wavefront through the first subsystem and the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of the wavefront transfer function for the wavefront incident on the optical system and in which the first subsystem is so varies for a long time and the overall optical system is evaluated until the evaluation satisfies a predetermined condition.

Ist das erste Teilsystem ein Brillenglas, so kann, um das Brillenglas zu optimieren, z.B. die zumindest eine zu berechnende oder optimierende Fläche des Brillenglases solange iterativ variiert werden, bis eine Aberration der resultierenden Wellenfront einer vorgegebenen Sollaberration entspricht, also insbesondere um vorgegebene Werte der Aberration von der Wellenfront des Referenzlichts (z.B. einer sphärischen Wellenfront, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Netzhaut liegt) abweicht. Die Wellenfront des Referenzlichts wird hier auch als Referenzwellenfront bezeichnet. Vorzugsweise umfasst das Verfahren dazu ein Minimieren einer Zielfunktion F, insbesondere analog zu der eingangs bereits beschriebenen Zielfunktion.If the first subsystem is a spectacle lens, in order to optimize the spectacle lens, e.g. the at least one surface of the spectacle lens to be calculated or optimized can be iteratively varied until an aberration of the resulting wavefront corresponds to a specified target aberration, i.e. in particular by specified aberration values deviates from the wavefront of the reference light (e.g. a spherical wavefront whose center of curvature lies on the retina). The wavefront of the reference light is also referred to here as the reference wavefront. For this purpose, the method preferably includes minimizing a target function F, in particular analogously to the target function already described at the outset.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront und ferner auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine zweite einfallende Wellenfront vorgenommen, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der ersten Wellenfront in einer ersten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der zweiten Wellenfront in einer zweiten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, und wobei sich die erste Position von der zweiten Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Ausrichtung unterscheidet. Mit dieser Vorgehensweise können z.B. unterschiedliche Durchblickspunkte berücksichtigt bzw. ausgewertet werden.In a further preferred embodiment, the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a first incident wavefront in the optical system and also on the basis of the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a second incident wavefront Wavefront made, wherein the first subsystem is in a first position and alignment to the second subsystem when the first wavefront strikes, wherein the first subsystem is in a second position and alignment to the second subsystem when the second wavefront strikes, and wherein the first Position differs from the second position and / or the first orientation from the second orientation. With this procedure, e.g. different visual points can be considered or evaluated.

Insbesondere kann die Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform somit ein Verfahren zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems betreffen, wobei das Bewerten des optischen Gesamtsystems neben dem Ergebnis des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die in das optische System einfallende Wellenfront das Ergebnis eines zusätzlichen Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für eine weitere einfallende Wellenfront umfasst,
wobei die in das optische System einfallende weitere Wellenfront durch das Durchlaufen der Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird, wobei sich das erste Teilsystem in einer zweiten Position und einer Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, die sich von der Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Position bzw. Ausrichtung beim Auswerten der Wellenfront-Transferfunktion für die einfallende Wellenfront unterscheidet.
In particular, according to a preferred embodiment, the invention can thus relate to a method for optimizing an overall optical system, with the evaluation of the overall optical system in addition to the result of the evaluation of the wavefront transfer function for the wavefront incident in the optical system, the result of an additional evaluation of the wavefront transfer function for a further incident wavefront,
wherein the further wavefront incident on the optical system is determined by passing the test wavefront through the first subsystem, wherein the first subsystem is in a second position and an orientation to the second subsystem which differs from the position and/or the first orientation of the second position or orientation when evaluating the wavefront transfer function for the incident wavefront.

Insbesondere betrifft die Erfindung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform somit ein Verfahren zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems, wobei das optische System ein zweites Teilsystem des optischen Gesamtsystems darstellt und das optische Gesamtsystem zusätzlich ein erstes Teilsystem umfasst, welches im Laufe der Optimierung variiert werden kann,
wobei die in das optische System einfallende erste Wellenfront durch das Durchlaufen einer Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird, wobei sich das erste Teilsystem in einer ersten Konfiguration befindet, und das optische Gesamtsystem auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die erste in das optische System einfallende Wellenfront bewertet wird, und
wobei die in das optische System einfallende zweite Wellenfront durch das Durchlaufen der Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird, wobei sich das erste Teilsystem in einer zweiten Konfiguration befindet, die auf Basis der Bewertung festgelegt wird, und das optische Gesamtsystem auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die zweite in das optische System einfallende Wellenfront bewertet wird.
In particular, according to a further preferred embodiment, the invention thus relates to a method for optimizing an overall optical system, the optical system representing a second subsystem of the overall optical system and the overall optical system additionally comprising a first subsystem which can be varied in the course of the optimization,
wherein the first wavefront incident on the optical system is determined by passing a test wavefront through the first subsystem, the first subsystem being in a first configuration, and the overall optical system based on the result of the evaluation of the wavefront transfer function for the first in the optical system incident wavefront is assessed, and
wherein the second wavefront incident on the optical system is determined by passing the test wavefront through the first subsystem, wherein the first subsystem is in a second configuration that is determined on the basis of the evaluation, and the overall optical system on the basis of the result of the evaluation of the wavefront transfer function for the second wavefront incident on the optical system.

Insbesondere können bei dem Verfahren zusätzlich weitere Variationen des ersten Teilsystems und Bewertungen des optischen Gesamtsystems durchgeführt werden, bis die Bewertung eine vorgegebene Bedingung erfüllt.In particular, additional variations of the first subsystem and assessments of the overall optical system can be carried out in the method until the assessment satisfies a predetermined condition.

Insbesondere kann die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems betreffen, wobei das optische System ein zweites Teilsystem des optischen Gesamtsystems darstellt und das optische Gesamtsystem zusätzlich ein erstes Teilsystem umfasst, welches im Laufe der Optimierung variiert werden kann, und
wobei die in das optische System einfallende erste Wellenfront durch das Durchlaufen einer Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird, wobei sich das erste Teilsystem in einer ersten Position und einer ersten Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, und
wobei die in das optische System einfallende zweite Wellenfront durch das Durchlaufen der Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird, wobei sich das erste Teilsystem in einer zweiten Position und einer zweiten Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich die erste Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Position bzw. Ausrichtung unterscheiden, und wobei
die Bewertung des optischen Gesamtsystems das Ergebnis des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die erste in das optische System einfallende Wellenfront und das Ergebnis des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die zweite in das optische System einfallende Wellenfront umfasst.
In particular, the invention can relate to a method for optimizing an overall optical system, the optical system representing a second subsystem of the overall optical system and the overall optical system additionally comprising a first subsystem, which can be varied in the course of the optimization, and
wherein the first wavefront incident on the optical system is determined by passing a test wavefront through the first subsystem, the first subsystem being in a first position and a first orientation to the second subsystem, and
wherein the second wavefront incident on the optical system is determined by passing the test wavefront through the first subsystem, wherein the first subsystem is in a second position and a second orientation to the second subsystem, wherein the first position and/or the first orientation differ from the second position or orientation, and where
the assessment of the overall optical system includes the result of evaluating the wavefront transfer function for the first wavefront incident on the optical system and the result of evaluating the wavefront transfer function for the second wavefront incident on the optical system.

Insbesondere umfasst das Bewerten des optischen Gesamtsystems ein erstes Bewerten auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront umfasst, wobei sich beim Einfallen der ersten Wellenfront in das optische System das erste Teilsystem in einer ersten Konfiguration befindet, wobei
das Bewerten des optischen Gesamtsystems ein zweites Bewerten auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine zweite in das optische System einfallende Wellenfront umfasst, wobei sich beim Einfallen der zweiten Wellenfront in das optische System das erste Teilsystem in einer zweiten Konfiguration, welche auf Basis des ersten Bewertens festgelegt wird, befindet, und wobei vorzugsweise
auf Basis des zweiten Bewertens zusätzlich eine oder mehrere weitere Variationen der Konfiguration des ersten Teilsystems vorgenommen werden und für jede dieser weiteren Konfigurationen des ersten Teilsystems das optische Gesamtsystem bewertet wird, bis die Bewertung eine vorgegebene Bedingung erfüllt, wobei
sich die unterschiedlichen Konfigurationen des ersten Teilsystems insbesondere in zumindest einer brechenden Fläche und/oder zumindest einem Abstand zwischen brechenden Flächen des ersten Teilsystems, und/oder in einer Position und/oder Ausrichtung des ersten Teilsystems gegenüber dem zweiten Teilsystem unterscheiden.
In particular, the evaluation of the overall optical system comprises a first evaluation based on the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a first wavefront incident on the optical system, with the first partial system being in a first Configuration is where
the evaluation of the overall optical system includes a second evaluation based on the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a second wavefront incident on the optical system, wherein the first partial system is in a second configuration when the second wavefront is incident on the optical system, which is determined based on the first evaluation, and preferably wherein
one or more further variations of the configuration of the first subsystem are additionally made on the basis of the second assessment and the overall optical system is evaluated for each of these further configurations of the first subsystem until the assessment satisfies a predetermined condition, wherein
the different configurations of the first subsystem differ in particular in at least one refracting surface and/or at least one distance between refracting surfaces of the first subsystem, and/or in a position and/or orientation of the first subsystem relative to the second subsystem.

Für den Fall, dass das erste Teilsystem ein Brillenglas ist, kann eine Konfiguration des ersten Teilsystems z.B. durch die Form zumindest einer Brillenglasfläche charakterisiert sein. Eine Variation des ersten Teilsystems bzw. Brillenglases kann z.B. eine Veränderung der Form zumindest einer Brillenglasfläche umfassen.If the first subsystem is a spectacle lens, a configuration of the first subsystem can be characterized, for example, by the shape of at least one spectacle lens surface. A variation of the first subsystem or spectacle lens can, for example, include a change in the shape of at least one spectacle lens surface.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens einer ersten Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront und ferner auf Basis des Ergebnisses des Auswertens einer zweiten Wellenfront-Transferfunktion für eine weitere, insbesondere zweite oder dritte, einfallende Wellenfront vorgenommen, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der ersten Wellenfront in einer ersten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der weiteren Wellenfront in einer zweiten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich die erste Position von der zweiten Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Ausrichtung unterscheidet, und wobei sich die zweite Wellenfront-Transferfunktion von der ersten Wellenfront-Transferfunktion unterscheidet.In a further preferred embodiment, the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of a first wavefront transfer function for a first wavefront incident on the optical system and also on the basis of the result of the evaluation of a second wavefront transfer function for a further, in particular second or third, incident wavefront, wherein the first subsystem is in a first position and orientation to the second subsystem when the first wavefront is incident, wherein the first subsystem is in a second position and orientation to the second subsystem when the other wavefront is incident, wherein the first position differs from the second position and/or the first orientation differs from the second orientation, and the second wavefront transfer function differs from the first wavefront transfer function.

Insbesondere ist die erste Wellenfront-Transferfunktion für eine erste Konfiguration des zweiten Teilsystems und die zweite Wellenfront-Transferfunktion für eine zweite, von der ersten Konfiguration des zweiten Teilsystems unterschiedliche Konfiguration des zweiten Teilsystems aufgestellt, wobei die erste Konfiguration des zweiten Teilsystems z.B. eine erste Akkommodation des Modellauges und die zweite Konfiguration des zweiten Teilsystems eine zweite Akkommodation des Auges bzw. Modellauges beschreibt.In particular, the first wavefront transfer function is set up for a first configuration of the second subsystem and the second wavefront transfer function for a second configuration of the second subsystem that differs from the first configuration of the second subsystem, with the first configuration of the second subsystem being, for example, a first accommodation of the Model eye and the second configuration of the second subsystem describes a second accommodation of the eye or model eye.

Insbesondere kann die Erfindung somit in einer bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zum Optimieren eines Brillenglases betreffen,
wobei die Bewertung des optischen Gesamtsystems zusätzlich zum Ergebnis des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die erste in das optische System einfallende Wellenfront und ggf. zusätzlich zum Ergebnis des Auswertens der Wellenfront-Transferfunktion für die zweite in das optische System einfallende Wellenfront das Ergebnis der Auswertung einer weiteren Wellenfront-Transferfunktion für eine dritte in das optische System einfallende Wellenfront umfasst, und
wobei die in das optische System einfallende dritte Wellenfront durch das Durchlaufen der Testwellenfront durch das erste Teilsystem ermittelt wird, wobei sich das erste Teilsystem in einer weiteren Position und einer weiteren Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich die erste Position und/oder die erste Ausrichtung von der weiteren Position bzw. Ausrichtung unterscheiden und wobei sich die weitere Wellenfront-Transferfunktion von der Wellenfront-Transferfunktion unterscheidet, weil das optisch System eine andere Konfiguration aufweist als bei der Auswertung der Wellenfrontransfer-Funktion bei der Auswertung für die erste in das optische System einfallende Wellenfront, und
wobei die Änderung der Konfiguration des optischen Systems eine Akkommodation des Auges wiedergeben kann.
In particular, in a preferred embodiment, the invention can thus relate to a method for optimizing a spectacle lens,
where the assessment of the overall optical system includes the result of the evaluation of a comprises a further wavefront transfer function for a third wavefront incident on the optical system, and
wherein the third wavefront incident on the optical system is determined by passing the test wavefront through the first subsystem, wherein the first subsystem is in a further position and a further orientation to the second subsystem, wherein the first position and/or the first orientation differ from the further position or orientation and wherein the further wavefront transfer function differs from the wavefront transfer function because the optical system has a different configuration than in the evaluation of the wavefront transfer function in the evaluation for the first incident in the optical system wavefront, and
wherein the change in configuration of the optical system may reflect accommodation of the eye.

Dies Ausführungsform, in der zwei Konfigurationen des Auges berücksichtigt werden, kann vorteilhafterweise insbesondere für die Optimierung von Gleitsichtgläsern verwendet werden.This embodiment, in which two configurations of the eye are taken into account, can advantageously be used in particular for the optimization of progressive lenses.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilsystem ein Brillenglas und das zweite Teilsystem ein Modellauge, wobei Blickbewegungen des Modellauges, die eine Veränderung der Position des Durchstoßpunktes des Hauptstrahls durch die Brillenglasflächen und/oder eine Veränderung der Einfallswinkel auf eine Brillenglasfläche bewirken, als eine Veränderung der Position und/oder der Ausrichtung des Brillenglases im Koordinatensystem des Auges beschrieben werden. Auf diese Weise können insbesondere verschiedene Durchblickspunkte durch eine Augenbewegung berücksichtigt werden.In a further preferred embodiment, the first sub-system is a spectacle lens and the second sub-system is a model eye, with eye movements of the model eye causing a change in the position of the penetration point of the main ray through the spectacle lens surfaces and/or a change in the angle of incidence on a spectacle lens surface as a change the position and/or the orientation of the spectacle lens in the coordinate system of the eye. In this way, in particular, different visual points can be taken into account by an eye movement.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das optische System ein GRIN-System oder umfasst zumindest ein GRIN-Element, wobei GRIN die Abkürzung für „Gradient Index“ bedeutet.In a further preferred embodiment, the optical system is a GRIN system or comprises at least one GRIN element, where GRIN is the abbreviation for “Gradient Index”.

Vorzugsweise werden sowohl die einfallenden als auch die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront jeweils durch Koeffizienten zu Basiselementen eines (gemeinsamen) Basissystems dargestellt. Dabei ordnet die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion den einfallenden Wellenfronten die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront vorzugsweise derart zu, dass sie für ein (insbesondere für jedes) in der Darstellung einer ausfallenden Wellenfront vertretene Basiselement den Koeffizienten der ausfallenden Wellenfront zu diesem Basiselement zumindest in Abhängigkeit vom Koeffizienten der zugehörigen einfallenden Wellenfront zum selben Basiselement ermittelt.Both the incident wavefront and the respectively associated emerging wavefront are preferably represented by coefficients for the basis elements of a (common) basis system. The at least one wavefront transfer function assigns the incident wavefronts to the respective emerging wavefront, preferably in such a way that for one (in particular for each) basic element represented in the representation of an emerging wavefront, it calculates the coefficient of the emerging wavefront for this basic element at least as a function of the coefficient of the associated incident wavefront to the same base element is determined.

Besonders bevorzugt werden dabei die Basiselemente nach zumindest einem Ordnungsparameter klassifiziert und die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion ordnet den einfallenden Wellenfronten die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront insbesondere derart zu, dass sie für ein (insbesondere jedes) in der Darstellung einer ausfallenden Wellenfront vertretene Basiselement den Koeffizienten zu diesem in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselement zumindest in Abhängigkeit derjenigen Koeffizienten der zugehörigen einfallenden Wellenfront zu denjenigen Basiselementen ermittelt, deren Wert des Ordnungsparameters dem Wert des Ordnungsparameters des jeweiligen in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselements entspricht.The basic elements are particularly preferably classified according to at least one order parameter and the at least one wavefront transfer function assigns the incident wavefronts to the respective emerging wavefront, in particular in such a way that they assign the coefficients for one (in particular each) basic element represented in the representation of an emerging wavefront this base element represented in the representation of the emerging wavefront is determined at least as a function of those coefficients of the associated incident wavefront for those base elements whose value of the order parameter corresponds to the value of the order parameter of the respective base element represented in the representation of the emerging wavefront.

Darüber hinaus ist es insbesondere bevorzugt, wenn die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion den einfallenden Wellenfronten die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront derart zuordnet, dass sie für ein (insbesondere jedes) in der Darstellung einer ausfallenden Wellenfront vertretene Basiselement den Koeffizienten zu diesem in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselement in Abhängigkeit von Koeffizienten der zugehörigen einfallenden Wellenfront zu einer Mehrzahl (insbesondere aller) derjenigen Basiselemente ermittelt, deren Wert des Ordnungsparameters kleiner oder gleich dem Wert des Ordnungsparameters des jeweiligen in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselements ist. Insbesondere können hierbei Koeffizienten der zugehörigen einfallenden Wellenfront zu einer Mehrzahl von Basiselementen mit unterschiedlichen Werten ihrer Ordnungsparameter berücksichtigt werden.In addition, it is particularly preferred if the at least one wavefront transfer function assigns the respective emerging wavefront to the incident wavefronts in such a way that, for one (in particular each) basic element represented in the representation of an emerging wavefront, it calculates the coefficient for this in the representation of the emerging wavefront represented basic element depending on coefficients of the associated incident wavefront determined for a plurality (in particular all) of those basic elements whose value of the order parameter is less than or equal to the value of the order parameter of the respective represented in the representation of the emerging wavefront basic element. In particular, coefficients of the associated incident wave front can be taken into account for a plurality of base elements with different values of their order parameters.

Insbesondere kann sowohl jede einfallende als auch die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront bezüglich eines Basissystems dargestellt werden, wobei Basiselemente jeder einfallenden Wellenfront nach zumindest einem Ordnungsparameter klassifiziert werden, und wobei die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion für einen vorgegebenen Wert eines ersten Ordnungsparameters dadurch gegeben ist, dass sie für jede in das optische System einfallende Wellenfront zumindest eines der Basiselemente, deren Ordnungsparameter kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, in jeweils ein zugehöriges Basiselement der zugehörigen ausfallenden Wellenfront überführt, deren Ordnung kleiner als der vorgegebene Wert ist. Insbesondere werden die Basiselemente für jeden Wert des ersten Ordnungsparameters zusätzlich nach zumindest einem zweiten Ordnungsparameter klassifiziert, dessen Wertebereich vom Wert des ersten Ordnungsparameters abhängt.In particular, each incident wavefront as well as the respectively associated emerging wavefront can be represented with reference to a basic system, with basic elements of each incident wavefront being classified according to at least one order parameter, and with the at least one wavefront transfer function for a predetermined value of a first order parameter being given in that for each wave front incident on the optical system, it converts at least one of the basic elements whose order parameter is less than or equal to the specified value into an associated basic element of the associated emerging wave front whose order is less than the specified value. In particular, the base elements for each value of the first order parameter are additionally classified according to at least one second order parameter, the value range of which depends on the value of the first order parameter.

Insbesondere werden in einer bevorzugten Ausführungsform sowohl jede einfallende als auch die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront jeweils durch Koeffizienten, welche zu Basiselementen eines Basissystems zugehörig sind, dargestellt, wobei die Basiselemente nach zumindest einem Ordnungsparameter klassifiziert werden, und wobei die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion dadurch gegeben ist, dass sie für jede in das optische System einfallende Wellenfront zumindest einen Koeffizienten, welcher einem Basiselement mit einem Ordnungsparameter kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert zugeordnet ist, in einen zu demselben Basiselement zugehörigen Koeffizienten der ausfallenden Wellenfront überführt. Insbesondere können hierzu zumindest die Koeffizienten zu Basiselementen der einfallenden Wellenfront, deren Ordnungsparameter kleiner oder gleich als der vorgegebene Wert sind, berücksichtigt werden. Mit anderen Worten können zumindest die Koeffizienten zu Basiselementen der einfallenden Wellenfront, deren Ordnungsparameter kleiner oder gleich als der vorgegebene Wert sind, in einen Koeffizienten der ausfallenden Wellenfront, dessen Ordnungsparameter kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, überführt werden.In particular, in a preferred embodiment, both each incident wavefront and the respective associated emerging wavefront are represented by coefficients that are associated with the basic elements of a basic system, the basic elements being classified according to at least one order parameter, and the at least one wavefront transfer function being given thereby is that, for each wave front incident on the optical system, it converts at least one coefficient, which is assigned to a base element with an order parameter less than or equal to a predetermined value, into a coefficient of the emerging wave front, which is associated with the same base element. In particular, at least the coefficients for base elements of the incident wavefront whose order parameters are less than or equal to the specified value can be taken into account for this purpose. In other words, at least the coefficients for basic elements of the incident wavefront whose order parameters are less than or equal to the specified value can be converted into a coefficient of the outgoing wavefront whose order parameter is less than or equal to the specified value.

Insbesondere kann die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion dadurch gegeben sein, dass sie für jede in das optische System einfallende Wellenfront zumindest die Koeffizienten zu den Basiselementen, deren Ordnungsparameter kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert sind, in einen Koeffizienten zu dem Basiselement der zugehörigen ausfallenden Wellenfront, dessen Ordnungsparameter gleich dem vorgegebenen Wert ist, überführt werden. Dabei können auch die Koeffizienten von Basiselementen der einfallenden Wellenfront, deren Ordnungsparameter größer als der vorgegebene Wert ist, berücksichtigt werden.In particular, the at least one wavefront transfer function can be given in that, for each wavefront incident on the optical system, it converts at least the coefficients for the base elements whose order parameters are less than or equal to a predetermined value into a coefficient for the base element of the associated emerging wavefront, whose order parameter is equal to the specified value. In this case, the coefficients of base elements of the incident wavefront whose order parameter is greater than the specified value can also be taken into account.

Bei einer geeigneten Wahl des Basissystems können Mischterme unterschiedlicher Ordnung vorteilhafterweise vernachlässigt werden, so dass jeweils ein zu einem Basiselement einer bestimmten Ordnung zugehöriger Koeffizient der einfallenden Wellenfront in einen zu demselben Basiselement zugehörigen Koeffizienten der ausfallenden Wellenfront überführt werden kann.With a suitable choice of the base system, mixing terms of different orders can advantageously be neglected, so that a coefficient of the incident wavefront associated with a base element of a specific order can be converted into a coefficient of the emerging wavefront associated with the same base element.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ordnungsparameter ein erster Ordnungsparameter, wobei die Basiselemente des Basissystems zusätzlich nach zumindest einem zweiten Ordnungsparameter klassifiziert werden, dessen Wertebereich vom Wert des ersten Ordnungsparameters abhängt.In a further preferred embodiment, the order parameter is a first order parameter, with the basis elements of the basis system also being classified according to at least one second order parameter, the value range of which depends on the value of the first order parameter.

Die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion kann z.B. für eine vorgegebene Ordnung p dadurch gegeben sein, dass sie zumindest eine der Aberrationen E2, E3, ..., Ep der ersten p Ordnungen jeder in das optische System einfallenden Wellenfront in jeweils eine der Aberrationen E'2, E'3, ..., E'p der ersten p Ordnungen der ausfallenden Wellenfront überführt. Alternativ können Aberrationen auch in drei Dimensionen verwendet werden, wobei in diesem Fall die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion für jede vorgegebene Ordnung p dadurch gegeben ist, dass sie für 2 ≤ qx + qy ≤ p die Aberrationen E q x , q y

Figure DE102020008145A1_0003
der ersten p Ordnungen jeder in das optische System einfallenden zweidimensionalen Wellenfront in zumindest eine der Aberrationen E ' n x , n y
Figure DE102020008145A1_0004
der ersten p Ordnungen der ausfallenden zweidimensionalen Wellenfront überführt, wobei
2 n x + n y p sowie q x , q y 0 und n x , n y 0
Figure DE102020008145A1_0005
gilt.The at least one wavefront transfer function can be given, for example, for a given order p by converting at least one of the aberrations E 2 , E 3 , ..., E p of the first p orders of each wavefront incident on the optical system into one of the Aberrations E' 2 , E' 3 , ..., E' p of the first p orders of the emerging wave front are transferred. Alternatively, aberrations can also be used in three dimensions, in which case the at least one wavefront transfer function for each given order p is given by the fact that for 2 ≤ q x + q y ≤ p the aberrations E q x , q y
Figure DE102020008145A1_0003
of the first p orders of each two-dimensional wavefront incident on the optical system into at least one of the aberrations E ' n x , n y
Figure DE102020008145A1_0004
of the first p orders of the emerging two-dimensional wavefront, where
2 n x + n y p such as q x , q y 0 and n x , n y 0
Figure DE102020008145A1_0005
is applicable.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (zweidimensionaler Fall) ist somit das Basissystem eine Zerlegung nach Aberrationen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Aberrationen definiert oder festgelegt), wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Aberrationen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Aberration Ep der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Aberration E'p der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.In a further preferred embodiment (two-dimensional case), the basic system is therefore a decomposition according to aberrations (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to aberrations), the order parameter being an order p of the aberrations, the to the basic elements of the basic system associated coefficients are given in that a p-th order coefficient of the incident wavefront is an incident wavefront aberration E p and a p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is an aberration E' p of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (dreidimensionaler Fall) ist das Basissystem eine Zerlegung nach Aberrationen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Aberrationen definiert oder festgelegt), wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Aberrationen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Aberrationen Epx,py der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Aberrationen E'px,py der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.In a further preferred embodiment (three-dimensional case), the basic system is a decomposition according to aberrations (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to aberrations), the first order parameter being the sum p of orders p x and p y of the aberrations, where the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that p-th order coefficients of the incident wavefront are aberrations E px,py of the incident wavefront and that coefficients p- th order of the associated emergent wavefront are aberrations E' px,py of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion die Form E ' p = β r ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , , k p 1 b ¯ p k β Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 , p = 2,3,4,

Figure DE102020008145A1_0006
auf, wobei die Indizes des Tupels k = (k1,k2,...,kp-1) über den Bereich P(k*) ≤ p - 2 und 0 ≤ k1 ≤ 2(p - P(k*) - 2) + δP(k*),0 laufen, wobei P ( k * ) = j = 1 p 2 j k j + 1 ,
Figure DE102020008145A1_0007
P(k*) und wobei r ¯ 1 0 ( p 1 ) = p δ ( p 1 ) ,1
Figure DE102020008145A1_0008
und Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) = ( p 3 ) + δ ( p 1 ) ,1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0009
gelten, und wobei β = (-BE2 + A)-1 als Funktion der zumindest einen einfallenden Wellenfront und des optischen Systems gegeben ist, und wobei A, B und die Wellenfront-TransferKoeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0010
als Funktion der Komponenten des optischen Systems gegeben sind.In a further preferred embodiment, the at least one wavefront transfer function has the form E ' p = β right ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , ... , k p 1 b ¯ p k β Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 , p = 2,3,4, ...
Figure DE102020008145A1_0006
where the indices of the tuple k = (k 1 ,k 2 ,...,k p-1 ) over the range P(k*) ≤ p - 2 and 0 ≤ k 1 ≤ 2(p - P(k *) - 2) + δ P(k*),0 , where P ( k * ) = j = 1 p 2 j k j + 1 ,
Figure DE102020008145A1_0007
P(k*) and where right ¯ 1 0 ( p 1 ) = p δ ( p 1 ) ,1
Figure DE102020008145A1_0008
and Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) = ( p 3 ) + δ ( p 1 ) ,1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0009
and where β = (-BE 2 + A) -1 is given as a function of the at least one incident wavefront and the optical system, and where A, B and the wavefront transfer coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0010
are given as a function of the components of the optical system.

Die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion kann für jede vorgegebene Ordnung p auch dadurch gegeben sein, dass sie die Taylor-Ableitungen w(2), w(3), ..., w(p) der ersten p Ordnungen jeder in das optische System einfallenden Wellenfront in zumindest eine der Taylor-Ableitungen w'(2), w’(3), ..., w’(p) der ersten p Ordnungen der ausfallenden Wellenfront überführt. Alternativ können Taylor-Ableitungen auch in drei Dimensionen verwendet werden, wobei in diesem Fall die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion für jede vorgegebene Ordnung p dadurch gegeben ist, dass sie für 2 ≤ qx + qy ≤ p die Taylor-Ableitungen w ( q x , q y )

Figure DE102020008145A1_0011
der ersten p Ordnungen jeder in das optische System einfallenden zweidimensionalen Wellenfront in zumindest eine der Taylor-Ableitungen w ' ( n x , n y )
Figure DE102020008145A1_0012
der ersten p Ordnungen der ausfallenden zweidimensionalen Wellenfront überführt, wobei 2 n x + n y p sowie q x , q y 0 und n x , n y 0
Figure DE102020008145A1_0013
gilt.The at least one wavefront transfer function can also be given for each given order p by introducing the Taylor derivatives w (2) , w (3) , . . . , w (p) of the first p orders of each into the optical system incident wavefront into at least one of the Taylor derivatives w' (2) , w' (3) , ..., w' (p) of the first p orders of the emerging wavefront. Alternatively, Taylor derivatives can also be used in three dimensions, in which case the at least one wavefront transfer function for each given order p is given by the fact that it is the Taylor derivatives for 2≦ qx + qy ≦p w ( q x , q y )
Figure DE102020008145A1_0011
of the first p orders of each two-dimensional wavefront incident on the optical system into at least one of the Taylor derivatives w ' ( n x , n y )
Figure DE102020008145A1_0012
of the first p orders of the emerging two-dimensional wavefront, where 2 n x + n y p such as q x , q y 0 and n x , n y 0
Figure DE102020008145A1_0013
is applicable.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (zweidimensionaler Fall) ist somit das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen definiert oder festgelegt), wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w(p) der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w'(p) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist. Bei den Taylor-Ableitungen kann es sich um Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen oder um Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD (OPD = Optical Path Difference) handeln.In a further preferred embodiment (two-dimensional case), the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to Taylor derivatives), the order parameter being an order p of the Taylor derivatives, where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that a p-th order coefficient of the incident wavefront is a Taylor derivative w (p) of the incident wavefront and that the p-th order coefficient of the associated emerging wavefront is a Taylor derivative w' (p) of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2. In the Taylor derivations These can be Taylor derivations of the wavefront arrow heights or Taylor derivations of the wavefront OPD (OPD = Optical Path Difference).

Das Basissystem ist somit in einer bevorzugten Ausführungsform (zweidimensionaler Fall) eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w(p) der Pfeilhöhe der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w'(p) der Pfeilhöhe der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist. Dabei bedeutet die Bezeichnung w(p) die Taylor-Ableitung der Ordnung p der Funktion w der einfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle 0. Entsprechend bedeutet w(p) die Taylor-Ableitung der Ordnung p der Funktion w' der ausfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle 0.In a preferred embodiment (two-dimensional case), the basic system is therefore a decomposition according to Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, the order parameter being an order p of the Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, the coefficients associated with the basic elements of the basic system being given by this are that a p-th order coefficient of the incident wavefront is a Taylor derivative w (p) of the versine of the incident wavefront and that the p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is a Taylor derivative w' (p) of the versine of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2. The designation w (p) means the Taylor derivation of order p of the function w of the incident wavefront, preferably at point 0. Accordingly, w (p) means the Taylor derivation of order p of the function w' of the emerging wavefront, preferably at the position 0.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform (zweidimensionaler Fall) ist das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen einer Wellenfront-OPD (optical path difference), wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung OPD(p) der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung OPD'(p) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist. Dabei bedeutet die Bezeichnung OPD(p) die Taylor-Ableitung der Ordnung p der Funktion OPD der einfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle 0. Entsprechend bedeutet OPD'(p) die Taylor-Ableitung der Ordnung p der Funktion OPD' der ausfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle 0.In an alternative preferred embodiment (two-dimensional case), the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives of a wavefront OPD (optical path difference), where the order parameter is an order p of the Taylor derivatives of the wavefront OPD, where the basic elements of the coefficients associated with the base system are given in that a p-th order coefficient of the incident wavefront is a Taylor derivative OPD (p) of the incident wavefront and that the p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is a Taylor derivative OPD' (p) of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2. The designation OPD (p) means the Taylor derivative of order p of the function OPD of the incident wave front, preferably at point 0. Accordingly, OPD' (p) means the Taylor derivative of order p of the function OPD' of the emerging wave front, preferably at position 0.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (dreidimensionaler Fall) ist das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen definiert oder festgelegt), wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w(px,py) der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w'(px,py) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind. Auch hier kann es sich bei den Taylor-Ableitungen um Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen oder um Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD handeln.In a further preferred embodiment (three-dimensional case), the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to Taylor derivatives), the first order parameter being the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives, where the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by p-th order coefficients of the incident wavefront Taylor derivatives w (px,py ) of the incident wavefront and that the p-th order coefficients of the associated outgoing wavefront are Taylor derivatives w' (px,py) of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0. Here, too, the Taylor derivations can be Taylor derivations of the wavefront arrow heights or Taylor derivations of the wavefront OPD.

Das Basissystem ist somit in einer bevorzugten Ausführungsform (dreidimensionaler Fall) eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w(px,py) der Pfeilhöhe der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w'(px,py) der Pfeilhöhe der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind. Dabei bedeutet die Bezeichnung w(px,py) die Taylor-Ableitung der Ordnung p = px + py der Funktion w(x,y) der einfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle x = 0, y = 0. Entsprechend bedeutet w'(px,py) die Taylor-Ableitung der Ordnung p = px + py der Funktion w'(x',y') der ausfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle x' = 0, y' = 0. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform (dreidimensionaler Fall) ist das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen einer Wellenfront-OPD ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen OPD(px,py) der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen OPD'(px,py) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind. Dabei bedeutet die Bezeichnung OPD(px,py) die Taylor-Ableitung der Ordnung p = px + py der Funktion OPD der einfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle x = 0, y = 0. Entsprechend bedeutet OPD'(px,py) die Taylor-Ableitung der Ordnung p = px + py der Funktion OPD' der ausfallenden Wellenfront, bevorzugt an der Stelle x' = 0, y' = 0.The basic system is thus in a preferred embodiment (three-dimensional case) a decomposition according to Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, where the first order parameter is the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, where the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by the p-th order coefficients of the incident wavefront being Taylor derivatives w (px,py) of the versine of the incident wavefront and that the p-th order coefficients of the associated emergent wavefront are Taylor derivatives w' (px,py) of the versine of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0. The designation w (px,py) means the Taylor derivative of the order p=px+py of the function w( x , y ) of the incident wavefront, preferably at the point x=0, y=0. Accordingly, w means ' (px,py) the Taylor derivative of the order p = p x + p y of the function w'(x',y') of the emerging wave front, preferably at the point x' = 0, y' = 0. In a In an alternative preferred embodiment (three-dimensional case), the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives of a wavefront OPD, the first order parameter being the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives of the wavefront OPD, the second order parameter being is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that p-th order coefficients of the incident wavefront are Taylor derivatives OPD (px,py) of the incident wavefront and that the coefficients p -th order of the associated emerging wave nfront are Taylor derivatives OPD' (px,py) of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0. The designation OPD (px,py) means the Taylor derivative of the order p = p x + p y of the function OPD of the incident wave front, preferably at the point x = 0, y = 0. Accordingly, OPD' (px,py ) the Taylor derivative of the order p = p x + p y of the function OPD' of the emerging wave front, preferably at the point x' = 0, y' = 0.

Die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion kann für jede vorgegebene Ordnung p auch dadurch gegeben sein, dass sie die Ableitungen t(1), t(2), ..., t(i) der ersten i = p - 1 Ordnungen einer Richtungsfunktion t(x) jeder in das optische System einfallenden Wellenfront in zumindest eine der Ableitungen t'(1), t'(2), ..., t'(i) derersten i = p - 1 Ordnungen einer Richtungsfunktion der ausfallenden Wellenfront überführt. Alternativ können lokale Richtungen der Wellenfront auch in drei Dimensionen verwendet werden, wobei in diesem Fall die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion für jede vorgegebene Ordnung i = p - 1 dadurch gegeben ist, dass sie für 2 ≤ jx +jy ≤ i die Taylor-Ableitungen tx (jx,jy), ty (jx,jy) der ersten i = p - 1 Ordnungen jeder in das optische System einfallenden zweidimensionalen Wellenfront in zumindest eine der Ableitungen t ' x ( n x , n y ) , t ' y ( n x , n y )

Figure DE102020008145A1_0014
der ersten i = p - 1 Ordnungen der ausfallenden zweidimensionalen Wellenfront überführt, wobei 1 ≤ nx + ny ≤ i sowie jx,jy ≥ 0 und nx,ny ≥ 0 gilt.The at least one wavefront transfer function can also be given for each given order p by taking the derivatives t (1), t (2), . . . , t (i) of the first i=p-1 orders of a direction function t (x) converts each wavefront incident into the optical system into at least one of the derivatives t' (1) , t' (2) , ..., t' (i) of the first i = p - 1 orders of a directional function of the emerging wavefront. Alternatively, local directions of the wavefront can also be used in three dimensions, in which case the at least one wavefront transfer function for each given order i = p - 1 is given by the fact that for 2 ≤ j x + j y ≤ i the Taylor -derivatives t x (jx,jy) , t y (jx,jy) of the first i = p - 1 orders of each two-dimensional wavefront incident in the optical system in at least one of the derivatives t ' x ( n x , n y ) , t ' y ( n x , n y )
Figure DE102020008145A1_0014
of the first i = p - 1 orders of the emerging two-dimensional wavefront, where 1 ≤ n x + n y ≤ i as well as j x ,j y ≥ 0 and n x ,n y ≥ 0.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (zweidimensionaler Fall) ist somit das Basissystem eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen definiert oder festgelegt), wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung i der Ableitungen der Richtungsfunktionen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient i-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Ableitung t(i) einer Richtungsfunktion t(x) der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient i-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Ableitung t(i) einer Richtungsfunktion t'(x') der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei i ≥ 1 ist.In a further preferred embodiment (two-dimensional case), the basic system is a decomposition according to derivatives of directional functions (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to derivatives of directional functions), the order parameter being an order i of the derivatives of the directional functions, where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that an i-th order coefficient of the incident wavefront is a derivative t (i) of a directional function t(x) of the incident wavefront and that an i-th order coefficient of the associated emerging wavefront is a derivative t (i) of a directional function t'(x') of the associated outgoing wavefront, and where i ≥ 1.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (dreidimensionaler Fall) ist das Basissystem eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen definiert oder festgelegt), wobei der erste Ordnungsparameter die Summe i von Ordnungen ix und iy der Ableitungen der Richtungsfunktionen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen ix und iy ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten i-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Ableitungen tx (ix,iy), ty (ix,iy) von Richtungsfunktionen tx(x,y), ty(x,y) der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten i-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Ableitungen t'x (ix,iy), t'y (ix,iy) von Richtungsfunktionen t'x(x',y'), t'y(x',y') der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei i ≥ 1 und ix ≥ 0 und iy ≥ 0 gilt.In a further preferred embodiment (three-dimensional case), the basic system is a decomposition according to derivatives of directional functions (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to derivatives of directional functions), the first order parameter being the sum i of orders i x and i y of the derivatives of the directional functions, with the second order parameter being one of the orders i x and i y , with the coefficients associated with the basis elements of the basis system being given by the fact that the i-th order coefficients of the incident wavefront are derivatives t x (ix,iy) , t y (ix,iy) of directional functions t x (x,y), t y (x,y) of the incident wavefront and that coefficients i-th order of the associated emerging wavefront are derivatives t' x (ix,iy) , t' y (ix,iy) of directional functions t' x (x',y'), t' y (x',y') of the associated emergent wavefront, and where i ≥ 1 and i x ≥ 0 and i y ≥ 0 applies.

Ferner können Zernike-Polynome in zwei Dimensionen verwendet werden. Dabei kann die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion für jede vorgegebene Ordnung p dadurch gegeben sein, dass sie die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3, ..., Zp der ersten p Ordnungen jeder in das optische System einfallenden Wellenfront in zumindest einen der Zernike-Koeffizienten Z'2, Z'3, ..., Z'p der ersten p Ordnungen der ausfallenden Wellenfront überführt, wobei sich die Zernike Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen. Alternativ können Zernike-Polynome in drei Dimensionen verwendet werden, wobei in diesem Fall die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion für jede vorgegebene Ordnung p dadurch gegeben ist, dass sie für 2 ≤ q ≤ p die Zernike-Koeffizienten Z q r

Figure DE102020008145A1_0015
der ersten p radialen Ordnungen jeder in das optische System einfallenden zweidimensionalen Wellenfront in zumindest einen der Zernike- Koeffizienten Z n i m
Figure DE102020008145A1_0016
der ersten p radialen Ordnungen der ausfallenden zweidimensionalen Wellenfront überführt, wobei 2 ≤ n ≤ p, und wobei n und q die radialen Ordnungen sowie m und r die in Schritten von 2 variierenden azimutalen Ordnungen sind, wobei -q ≤ r ≤ q und -n ≤ m ≤ n ist, wobei sich die Zernike Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.Furthermore, Zernike polynomials can be used in two dimensions. The at least one wavefront transfer function for each given order p can be given by converting the Zernike coefficients Z 2 , Z 3 , ..., Z p of the first p orders of each wavefront incident on the optical system into at least one of the Zernike coefficients Z′ 2 , Z′ 3 , . Alternatively, Zernike polynomials can be used in three dimensions, in which case the at least one wavefront transfer function for any given order p is given by the Zernike coefficients for 2≦q≦p Z q right
Figure DE102020008145A1_0015
of the first p radial orders of any two-dimensional wavefront incident on the optical system into at least one of the Zernike coefficients Z n i m
Figure DE102020008145A1_0016
of the first p radial orders of the outgoing two-dimensional wavefront, where 2 ≤ n ≤ p, and where n and q are the radial orders and m and r are the azimuthal orders varying in steps of 2, where -q ≤ r ≤ q and -n ≤ m ≤ n, where the Zernike coefficients relate in particular to a fixed pupil.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (zweidimensionaler Fall) ist somit das Basissystem eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen definiert oder festgelegt), wobei der Ordnungsparameter eine radiale Ordnung n der Zernike-Polynome ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient n-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront ein Zernike-Koeffizient Zn der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient n-ter Ordnung der ausfallenden Wellenfront ein Zernike-Koeffizient Z'n der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, wobei n ≥ 2 ist, und wobei sich die Zernike-Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.In a further preferred embodiment (two-dimensional case), the basic system is a decomposition according to Zernike polynomials (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to Zernike polynomials), the order parameter being a radial order n of the Zernike polynomials, where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that an nth-order coefficient of the incident wavefront is a Zernike coefficient Z n of the incident wavefront and that an nth-order coefficient of the outgoing wavefront is a Zernike coefficient Z' n of the associated emergent wavefront, where n ≥ 2, and in particular where the Zernike coefficients relate to a fixed pupil.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (dreidimensionaler Fall) ist das Basissystem eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen (bzw. wird das Basissystem durch eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen definiert oder festgelegt), wobei der erste Ordnungsparameter eine radiale Ordnung n der Zernike-Polynome ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine azimutale Ordnung m der Zernike-Polynome ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten n-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Zernike-Koeffizienten Zn m der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten n-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Zernike-Koeffizienten Z'n m der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, wobei n ≥ 2 und -n ≤ m ≤ n gilt, wobei m für gerade n gerade ist, wobei m für ungerade n ungerade ist, und wobei sich die Zernike-Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.In a further preferred embodiment (three-dimensional case), the basic system is a decomposition according to Zernike polynomials (or the basic system is defined or specified by a decomposition according to Zernike polynomials), the first order parameter being a radial order n of the Zernike polynomials, where the second order parameter is an azimuthal order m of the Zernike polynomials, where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by the fact that nth-order coefficients of the incident wavefront are Zernike coefficients Z n m of the incident wavefront and that nth-order coefficients of the associated emerging wavefront are Zernike coefficients Z' n m der where n ≥ 2 and -n ≤ m ≤ n, where m is even for even n, m is odd for n odd, and in particular where the Zernike coefficients relate to a fixed pupil.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Computerprogrammprodukt, welches maschinenlesbaren Programmcode umfasst, der, wenn er geladen wird auf einem Computer, zur Ausführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Insbesondere ist unter einem Computerprogrammprodukt ein auf einem Datenträger gespeichertes Programm zu verstehen. Insbesondere ist der Programmcode auf einem Datenträger gespeichert. Mit anderen Worten umfasst das Computerprogrammprodukt computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren durchführt. Das Computerprogrammprodukt kann insbesondere ein durch einen Computer lesbares Speichermedium umfassen, welches einen Code darauf gespeichert aufweist, wobei der Code, wenn er durch einen Prozessor ausgeführt wird, bewirkt, dass der Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren implementiert. Insbesondere kann das Computerprogrammprodukt auch ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm umfassen oder sein, wobei das Computerprogramm ausgelegt ist, wenn geladen und ausgeführt auf einem Computer, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Insbesondere bietet die Erfindung ein Computerprogrammerzeugnis, insbesondere in Form eines Speichermediums oder eines Datenstroms, welches Programmcode enthält, der ausgelegt ist, wenn geladen und ausgeführt auf einem Computer, ein erfindungsgemäßes Verfahren, insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform, durchzuführen.A further independent aspect for solving the problem relates to a computer program product which comprises machine-readable program code which, when it is loaded on a computer, is suitable for executing the method according to the invention described above. In particular, a computer program product is a program stored on a data carrier. In particular, the program code is stored on a data carrier. In other words, the computer program product comprises computer-readable instructions which, when loaded into a memory of a computer and executed by the computer, cause the computer to perform an inventive method as described above. In particular, the computer program product may comprise a computer-readable storage medium having code stored thereon, which code, when executed by a processor, causes the processor to implement a method according to the invention. In particular, the computer program product can also include or be a storage medium with a computer program stored thereon, the computer program being designed to carry out a method according to the invention when loaded and executed on a computer. In particular, the invention offers a computer program product, in particular in the form of a storage medium or a data stream, which contains program code which, when loaded and executed on a computer, is designed to carry out a method according to the invention, in particular in a preferred embodiment.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Vorrichtung zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung, wobei das optische System insbesondere ein komplexes optisches System ist, dessen Wirkung über eine einzelne Brechung, einer einzelnen Propagation oder einer einzelnen Reflexion hinausgeht, umfassend:

  • - ein Modellierungsmodul zum Bereitstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, jeder in das optische System einfallenden Wellenfront unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen;
  • - ein Auswertemodul zum Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.
Another independent aspect for solving the problem relates to a device for simulating an optical system by means of a wavefront calculation, the optical system being in particular a complex optical system whose effect goes beyond a single refraction, a single propagation or a single reflection, comprising:
  • - a modeling module for providing at least one wavefront transfer function for the optical system, wherein the wavefront transfer function is intended to assign an associated emerging wavefront to each wavefront incident in the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus;
  • - An evaluation module for evaluating the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system.

Das Modellierungsmodul kann eine Schnittstelle und eine Speichereinrichtung umfassen, womit die Wellenfront-Transferfunktion bereitgestellt und gespeichert werden kann. Unter einem Bereitstellen der Wellenfront-Transferfunktion wird insbesondere ein Aufstellen der Wellenfront-Transferfunktion verstanden. Dabei wird die Wellenfront-Transferfunktion automatisch bzw. computerimplementiert bereitgestellt bzw. aufgestellt. Entsprechend kann das Modellierungsmodul eine Recheneinheit bzw. einen Prozessor umfassen, mit der bzw. dem die Wellenfront-Transferfunktion (automatisiert) bereitgestellt bzw. aufgestellt werden kann Insbesondere umfasst die Vorrichtung ferner eine Datenschnittstelle zum Erfassen von Daten des optischen Systems bzw. Gesamtsystems, ein Bewertungsmodul zum Bewerten des optischen Gesamtsystems, und/oder ein Optimierungsmodul zum Optimieren des ersten Teilsystems.The modeling module can comprise an interface and a storage device with which the wavefront transfer function can be provided and stored. Providing the wavefront transfer function is understood to mean in particular setting up the wavefront transfer function. In this case, the wavefront transfer function is provided or set up automatically or in a computer-implemented manner. Accordingly, the modeling module can include a computing unit or a processor with which the wavefront transfer function can be provided or set up (automatically). In particular, the device also includes a data interface for acquiring data of the optical system or overall system, an evaluation module for evaluating the overall optical system, and/or an optimization module for optimizing the first subsystem.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Brillenglases umfassend die Schritte:

  • Berechnen oder Optimieren eines Brillenglases unter Verwendung eines oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens; und
  • Bereitstellen von Fertigungsdaten des so berechneten oder optimierten Brillenglases, und/oder Fertigen des so berechneten oder optimierten Brillenglases.
In a further aspect, the invention relates to a method for producing a spectacle lens, comprising the steps:
  • Calculating or optimizing a spectacle lens using a method according to the invention described above; and
  • Providing production data for the spectacle lens calculated or optimized in this way, and/or manufacturing the spectacle lens calculated or optimized in this way.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Brillenglases umfassend:

  • Berechnungs- oder Optimierungsmittel, welche ausgelegt sind, das Brillenglas unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu berechnen oder zu optimieren; und
  • Bearbeitungsmittel, welche ausgelegt sind, das Brillenglas fertig zu bearbeiten.
In a further aspect, the invention relates to a device for producing a spectacle lens comprising:
  • Calculation or optimization means which are designed to calculate or optimize the spectacle lens using a method according to the invention; and
  • Processing means designed to finish the spectacle lens.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellten Brillenglases in einer vorgegebenen durchschnittlichen oder individuellen Gebrauchsstellung des Brillenglases vor den Augen eines bestimmten Brillenträgers zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit des Brillenträgers.In a further aspect, the invention relates to the use of a spectacle lens manufactured according to the manufacturing method according to the invention in a predetermined average or individual usage position of the spectacle lens in front of the eyes of a specific spectacle wearer to correct ametropia of the spectacle wearer.

Für die oben genannten weiteren unabhängigen Aspekte und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts. Insbesondere gelten für einen unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung und für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen auch die vor- und nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen unabhängigen Aspekte.The statements made above or below regarding the embodiments of the first aspect also apply to the above-mentioned further independent aspects and in particular to preferred embodiments in this regard. In particular, the statements made above and below regarding the embodiments of the respective other independent aspects also apply to an independent aspect of the present invention and to related preferred embodiments.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereitstellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen, sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.In the following, individual embodiments for solving the problem are described by way of example with reference to the figures. Some of the individual embodiments described have features that are not absolutely necessary to implement the claimed subject matter, but which provide desired properties in certain applications. Thus, embodiments that do not have all the features of the embodiments described below are also to be regarded as being disclosed as falling under the technical teaching described. Furthermore, in order to avoid unnecessary repetition, certain features are only mentioned in relation to individual embodiments described below. It is pointed out that the individual embodiments should therefore not only be considered individually, but should also be viewed as a whole. Based on this synopsis, the person skilled in the art will recognize that individual embodiments can also be modified by incorporating individual or multiple features of other embodiments. It is pointed out that a systematic combination of the individual embodiments with individual or multiple features that are described in relation to other embodiments can be desirable and useful and should therefore be considered and should also be regarded as covered by the description.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt eine schematische Skizze für ein beispielhaftes optisches System; 1 shows a schematic sketch for an exemplary optical system;
  • 2 zeigt eine schematische Skizze zur Spezifikation eines optischen Systems mittels einer Strahl-Transferfunktion; 2 shows a schematic sketch for the specification of an optical system using a beam transfer function;
  • 3 zeigt eine schematische Skizze zur Transformation zwischen Wellenfronten w(x),w'(x') in der w-Darstellung und den Funktionen t(x),t'(x) in der t-Darstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 shows a schematic sketch for the transformation between wavefronts w(x),w'(x') in the w-representation and the functions t(x),t'(x) in the t-representation according to an embodiment of the present invention;
  • 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Taylorreihen-Basis in einem Meridian; 4 Figure 12 shows a schematic flow diagram according to an embodiment of the present invention based on a Taylor series in a meridian;
  • 5 zeigt eine schematische Skizze zum Zusammenhang zwischen der OPD τ(x) und der Richtung eines t(x) Strahls, der senkrecht auf einer Wellenfront w(x) steht; 5 shows a schematic sketch of the relationship between the OPD τ(x) and the direction of a t(x) ray which is perpendicular to a wavefront w(x);
  • 6 zeigt eine schematische Skizze zur Strahl-Transferfunktion für die Propagation; 6 shows a schematic sketch of the ray transfer function for propagation;
  • 7a und 7b zeigen schematische Skizzen zur Strahl-Transferfunktion für die Brechung; 7a and 7b show schematic sketches of the ray transfer function for refraction;
  • 8 zeigt eine schematische Skizze eines Young-Diagramms zum Tupel k = (1,0,2); 8th shows a schematic sketch of a Young diagram for the tuple k = (1,0,2);
  • 9 zeigt eine schematische Skizze eines modifizierten Gullstrand-Emsley-Auges (mGE-Auge) zur Illustration eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 9 Figure 12 shows a schematic sketch of a modified Gullstrand-Emsley eye (mGE eye) to illustrate an embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Im Kontext dieser Erfindung werden folgende Begriffe wie folgt verwendet (sofern nichts anderes angegeben, beschrieben in einem Meridian):

  • • Strahl
    • Infinitesimales Lichtbündel, beschrieben als Gerade, Halbgerade oder Strecke im Raum, die bevorzugt anhand von Durchstoßpunkten durch Ebenen und Richtungsparameter beschrieben werden. Im Falle eines Meridians wird ein Strahl beschrieben durch
      • - x Positionsparameter eines Strahls
      • - t Richtungsparameter eines Strahls
      • - (x, t) Parameter eines einfallenden Strahls
      • - (x',t') Parameter eines ausfallenden Strahls
    • Im Falle von zwei Meridianen wird ein Strahl beschrieben durch
      • - x, y Positionsparameter eines Strahls
      • - tx,ty Richtungsparameter eines Strahls
      • - (x,y, tx,ty) Parameter eines einfallenden Strahls
      • - (x',y', t'x, t'y) Parameter eines ausfallenden Strahls
  • • Wellenfront
    • Im Fall eines Meridians ist eine Wellenfront eine Kurve in dem betrachteten Meridian, die senkrecht auf Strahlen steht. Der Einfachheit halber wird eine Kurve dabei auch als Fläche bezeichnet.
      • - w(x) Funktion zur Beschreibung einer Wellenfront als Fläche
      • - w(p) Ableitung der Ordnung p der Funktion w(x), bevorzugt an der Stelle x = 0
      • - Ep = nw(p) Aberration der Ordnung p der Wellenfront w(x), wobei n der Brechungsindex ist
      • - t(x) Funktion zur Beschreibung einer Wellenfront durch Abhängigkeit des Richtungsparameters vom Positionsparameter
      • - t(i) Ableitung der Ordnung i der Funktion t(x), bevorzugt an der Stelle x = 0
      • - w(x), w(p), Ep, t(x), t(i) Größen zur Beschreibung der einfallenden Wellenfront
      • - w'(x'), w'(p) , E'p, t'(x'), t(i) Größen zur Beschreibung der ausfallenden Wellenfront
    • Im Fall von zwei Meridianen ist eine Wellenfront eine Fläche im Raum, die senkrecht auf Strahlen steht
      • - w(x,y) Funktion zur Beschreibung einer Wellenfront als Fläche
      • - w ( p x , p y )
        Figure DE102020008145A1_0017
        Ableitung der Ordnung p = px + py der Funktion w(x,y), bevorzugt an der Stelle x = 0, y = 0
      • - E p x , p y = n w ( p x , p y )
        Figure DE102020008145A1_0018
        Aberration der Ordnung p = px + py der Wellenfront w(x,y), wobei n der Brechungsindex ist
      • - tx(x,y), ty(x,y) Funktionen zur Beschreibung einer Wellenfront durch Abhängigkeit des Richtungsparameters vom Positionsparameter
      • - t x ( i x , i y ) , t x ( i x , i y )
        Figure DE102020008145A1_0019
        Ableitung der Ordnung i = ix + iy der Funktionen tx(x,y), ty(x,y), bevorzugt an der Stelle x = 0, y = 0
      • - w(x,y), w ( p x , p y ) , E p x , p y ,
        Figure DE102020008145A1_0020
        tx(x,y), ty(x,y) t x ( i x , i y ) , t y ( i x , i y )
        Figure DE102020008145A1_0021
        Größen zur Beschreibung der einfallenden Wellenfront
      • - w'(x',y'), w ' ( p x , p y ) , E ' p x , p y ,
        Figure DE102020008145A1_0022
        t’x(x'y'), t'y(x',y'), t ' x ( i x , i y ) , t ' y ( i x , i y )
        Figure DE102020008145A1_0023
        Größen zur Beschreibung der ausfallenden Wellenfront
  • • Strahl-Transferfunktion
    • Im Fall eines Meridians Funktion f(x,t), die einem einfallenden Strahl mit Parametern (x, t) die Parameter (x',t') eines ausfallenden Strahls zuordnet
      • - fprop(x,t) Strahl-Transferfunktion für die reine Propagation
      • - fref(x,t) Strahl-Transferfunktion für die reine Refraktion
    • Im Fall von zwei Meridianen Funktion f(x,y,tx,ty), die einem einfallenden Strahl mit Parametern (x,y,tx,ty) die Parameter (x',y',t'x,t'y) eines ausfallenden Strahls zuordnet
      • - fprop(x,y,tx,ty) Strahl-Transferfunktion für die reine Propagation
      • - fref(x,y, tx,ty) Strahl-Transferfunktion für die reine Refraktion
  • • Wellenfront-Transferfunktion
    • Erfindungsgemäß ermittelte Funktion, die bei einer gegebenen Strahl-Transferfunktion f(x,t) bzw. f(x,y,tx,ty) einer einfallenden Wellenfront eine ausfallende Wellenfront zuordnet
  • • Wellenfront-Transferkoeffizienten
    • Erfindungsgemäß ermittelte Koeffizienten, die bei einer gegebenen Strahl-Transferfunktion f(x, t) eines optischen Systems den Transfer einer Wellenfront durch das System beschreiben
      • - b ¯ p k
        Figure DE102020008145A1_0024
        Koeffizient zur Bestimmung der Ableitung t'(i) der Ordnung i einer ausfallenden Wellenfront, der die Abhängigkeit von den Ableitungen t(1), ..., t(i) der Funktion einer einfallenden Wellenfront beschreibt, wobei sich das Tupel k = (k1,k2,...,ki) auf den Beitrag des Produkts ( t ( 1 ) ) k 1 ( t ( 2 ) ) k 2 ( t ( i ) ) k i
        Figure DE102020008145A1_0025
        bezieht;
      • - b ¯ p k
        Figure DE102020008145A1_0026
        Koeffizient zur Bestimmung der Ableitung w'(p) bzw. der Aberration E'p der Ordnung p einer ausfallenden Wellenfront, der die Abhängigkeit von den Ableitungen w(2), ..., w(p) bzw. von den Aberrationen E2, ..., Ep einer einfallenden Wellenfront beschreibt, wobei sich das Tupel k = (k1,k2,..., kp-1) auf den Beitrag des Produkts ( w ( 2 ) ) k 1 ( w ( 3 ) ) k 2 ( w ( p ) ) k p 1
        Figure DE102020008145A1_0027
        bzw. E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1
        Figure DE102020008145A1_0028
        bezieht.
In the context of this invention, the following terms are used as follows (unless otherwise specified, described in a meridian):
  • • Beam
    • Infinitesimal light beam, described as a straight line, half-line or line in space, which are preferably described using points of intersection through planes and directional parameters. In the case of a meridian, a ray is described by
      • - x position parameters of a ray
      • - t directional parameters of a ray
      • - (x, t) parameters of an incident ray
      • - (x',t') parameters of an emergent ray
    • In the case of two meridians, a ray is described by
      • - x, y position parameters of a ray
      • - t x ,t y direction parameters of a ray
      • - (x,y,t x ,t y ) parameters of an incident ray
      • - (x',y', t' x , t' y ) parameters of an emergent ray
  • • Wavefront
    • In the case of a meridian, a wavefront is a curve in the meridian under consideration that is perpendicular to rays. For the sake of simplicity, a curve is also referred to as a surface.
      • - w(x) Function for describing a wavefront as a surface
      • - w (p) Derivative of order p of the function w(x), preferably at the point x = 0
      • - E p = nw (p) p -order aberration of the wavefront w(x), where n is the refractive index
      • - t(x) function for describing a wavefront by depending on the direction parameter from the position parameter
      • - t (i) Derivative of order i of the function t(x), preferably at the point x = 0
      • - w(x), w (p) , E p , t(x), t (i) quantities describing the incident wave front
      • - w'(x'), w' (p) , E' p , t'(x'), t (i) quantities for describing the emerging wavefront
    • In the case of two meridians, a wavefront is an area in space perpendicular to rays
      • - w(x,y) Function for describing a wave front as a surface
      • - w ( p x , p y )
        Figure DE102020008145A1_0017
        Derivation of the order p = p x + p y of the function w(x,y), preferably at the point x = 0, y = 0
      • - E p x , p y = n w ( p x , p y )
        Figure DE102020008145A1_0018
        Aberration of order p = p x + p y of the wavefront w(x,y), where n is the refractive index
      • - t x (x,y), t y (x,y) Functions for describing a wavefront by dependence of the direction parameter on the position parameter
      • - t x ( i x , i y ) , t x ( i x , i y )
        Figure DE102020008145A1_0019
        Derivation of the order i = i x + i y of the functions t x (x,y), ty(x,y), preferably at the point x = 0, y = 0
      • - w(x,y), w ( p x , p y ) , E p x , p y ,
        Figure DE102020008145A1_0020
        t x (x,y), t y (x,y) t x ( i x , i y ) , t y ( i x , i y )
        Figure DE102020008145A1_0021
        Quantities describing the incident wave front
      • - w'(x',y'), w ' ( p x , p y ) , E ' p x , p y ,
        Figure DE102020008145A1_0022
        t' x (x'y'), t' y (x',y'), t ' x ( i x , i y ) , t ' y ( i x , i y )
        Figure DE102020008145A1_0023
        Quantities to describe the emerging wavefront
  • • Ray transfer function
    • In the case of a meridian, function f(x,t) which assigns the parameters (x',t') of an exiting ray to an incoming ray with parameters (x,t).
      • - f prop (x,t) ray transfer function for pure propagation
      • - f ref (x,t) ray transfer function for pure refraction
    • In the case of two meridians function f(x,y,t x ,t y ) corresponding to an incident ray with parameters (x,y,t x ,t y ) the parameters (x',y',t' x ,t ' y ) of an emerging beam
      • - f prop (x,y,t x ,t y ) ray transfer function for pure propagation
      • - f ref (x,y,t x ,t y ) ray transfer function for pure refraction
  • • Wavefront transfer function
    • Function determined according to the invention which, given a beam transfer function f(x,t) or f(x,y,t x ,t y ), assigns an emerging wave front to an incident wave front
  • • Wavefront transfer coefficients
    • Coefficients determined according to the invention, which describe the transfer of a wave front through the system for a given beam transfer function f(x, t) of an optical system
      • - b ¯ p k
        Figure DE102020008145A1_0024
        Coefficient for determining the derivative t' (i) of order i of an outgoing wavefront, which describes the dependence on the derivatives t (1) , ..., t (i) of the function of an incident wavefront, where the tuple k = ( k 1 ,k 2 ,...,k i ) on the contribution of the product ( t ( 1 ) ) k 1 ( t ( 2 ) ) k 2 ( t ( i ) ) k i
        Figure DE102020008145A1_0025
        relates;
      • - b ¯ p k
        Figure DE102020008145A1_0026
        Coefficient for determining the derivative w' (p) or the aberration E' p of order p of an emerging wave front, which is the dependence on the derivatives w (2) , ..., w (p) or on the aberrations E 2 , ..., E p describes an incident wave front, where the tuple k = (k 1 ,k 2 ,..., k p-1 ) refers to the contribution of the product ( w ( 2 ) ) k 1 ( w ( 3 ) ) k 2 ( w ( p ) ) k p 1
        Figure DE102020008145A1_0027
        or. E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1
        Figure DE102020008145A1_0028
        relates.

In einer sehr allgemeinen Form ist ein optisches System bereits dann vollständig spezifiziert, wenn es eine Vorschrift gibt, die zu jedem einfallenden Strahl eindeutig einen ausfallenden Strahl definiert (diese Vorschrift heißt Strahl-Transferfunktion). Alle weiteren Einzelheiten des optischen Systems sind dann zur Spezifikation des optischen Verhaltens irrelevant, so dass das System auch als „Black Box“ aufgefasst werden kann. Fällt nun begleitend zu einem Hauptstrahl eine Wellenfront auf ein solches System ein, dann kann die ausfallende Wellenfront nach dem Stand der Technik inklusive ihrer HOA nur dadurch bestimmt werden, indem man ein ausreichend gewähltes Bündel von Nachbarstrahlen aufwändig mittels Ray-Tracing durchrechnet und auf der ausfallenden Seite wieder eine Wellenfront daraus numerisch bestimmt, beispielsweise durch ein Fit-Verfahren.In a very general form, an optical system is already fully specified if there is a rule that clearly defines an outgoing ray for every incident ray (this rule is called the ray transfer function). All other details of the optical system are then irrelevant to the specification of the optical behavior, so that the system can also be understood as a "black box". If a wavefront is incident on such a system alongside a main ray, then the emerging wavefront, including its HOA, can only be determined according to the prior art by using ray tracing to calculate a sufficiently selected bundle of neighboring rays and on the emerging one Page again determines a wavefront from it numerically, for example by a fit method.

Eine schrittweise analytische Durchrechnung von Fläche zu Fläche mittels der Verfahren aus WO 2008 089 999A1 und DE 10 2011 101 923 A1 löst die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht, denn nicht jedes optische System muss tatsächlich aus Einzelkomponenten bestehen, die sich durch brechende Flächen oder Propagationen in einem homogenen Medium beschreiben lassen. Beispielsweise besitzt ein GRIN-System (Gradient Index System) außer der Eingangs- und der Ausgangsfläche überhaupt keine internen brechenden Flächen und erreicht seine Wirkung durch die Inhomogenität des Materials. Auch ein solches GRIN-System besitzt ein wohldefiniertes Verhalten hinsichtlich der Abbildung von Strahlen, aber die Wellenfrontdurchrechnung kann nicht mit einem in der WO 2008 089 999 A1 und DE 10 2011 101 923 A1 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.A step-by-step analytical calculation from area to area using the methods WO 2008 089 999A1 and DE 10 2011 101 923 A1 does not solve the task of the present invention, because not every optical system actually has to consist of individual components that can be described by refracting surfaces or propagations in a homogeneous medium. For example, a GRIN system (Gradient Index System) has no internal refracting surfaces at all apart from the input and output surfaces and achieves its effect through the inhomogeneity of the material. Such a GRIN system also has a well-defined behavior with regard to the imaging of rays, but the wavefront calculation cannot be done with one in the WO 2008 089 999 A1 and DE 10 2011 101 923 A1 described procedures are carried out.

Selbst wenn das komplexe optische System nur aus einer endlichen Anzahl aus brechenden Flächen und Propagationen im homogenen Medium besteht, wie es schematisch in 1 dargestellt ist, liefern die Verfahren aus WO 2008 089 999 A1 und DE 10 2011 101 923 A1 zwar ein Ergebnis, aber nur zum Preis einer sehr hohen Rechenzeit. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine hohe Anzahl an Grenzflächen vorliegt oder wenn ein optisches System sehr häufig immer wieder mit verschiedenen Wellenfronten durchgerechnet werden soll.Even if the complex optical system consists only of a finite number of refracting surfaces and propagations in the homogeneous medium, as is shown schematically in 1 shown, deliver the procedures WO 2008 089 999 A1 and DE 10 2011 101 923 A1 a result, but only at the price of a very high computing time. This applies in particular when there is a large number of interfaces or when an optical system is to be repeatedly calculated with different wave fronts.

Zwar könnte es naheliegend erscheinen, eine Hintereinanderausführung der bestehenden Verfahren aus dem Stand der Technik durch gegenseitiges Einsetzen der analytischen Formeln zu einem analytischen Verfahren zu kombinieren, jedoch wäre dabei die Anzahl der entstehenden Terme so hoch, dass es völlig aussichtslos erscheint, diese wieder so geeignet zusammenzufassen, dass ein Rechenzeitvorteil entsteht. Auch dieses Problem wird jedoch durch die vorliegende Erfindung gelöst, indem sie auf die Ausführung der überflüssigen Zwischenschritte verzichtet und eine Vorschrift zum Wellenfront-Transfer aufstellt, die von vornherein direkt auf der Strahl-Transferfunktion basiert.Although it might seem obvious to combine a sequential execution of the existing methods from the prior art by mutually inserting the analytical formulas into one analytical method, the number of terms produced would be so high that it would seem completely hopeless that they would be so suitable again to summarize that there is a computing time advantage. However, this problem is also solved by the present invention by eliminating the needless intermediate steps and providing a wavefront transfer rule that is directly based on the ray transfer function a priori.

Die 2 zeigt schematisch ein optisches System zur Definition der Strahl-Transferfunktion. In der linearen Optik ist es gebräuchlich, ein System per definitionem durch eine Eintrittsebene und eine Austrittsebene zu begrenzen. Allgemeiner kann man ein optisches System auch durch zwei nicht parallele Ebenen oder durch zwei beliebige Flächen begrenzen. Wesentlich an der Spezifikation ist aber, dass es (zunächst im Falle eines einzelnen Meridians) auf der einfallenden Fläche eine Koordinate x sowie auf der ausfallenden Fläche eine Koordinate x' gibt, die zur Beschreibung der Durchstoßpunkte des Strahls dienen. Weiterhin muss eine eindeutige Möglichkeit existieren, die Richtung eines einfallenden Strahls gegen die Eintrittsfläche festzulegen (etwa durch einen Winkel α), sowie die Richtung des ausfallenden Strahls gegen die Austrittsfläche zu definieren (etwa durch einen Winkel a'). Im Falle von zwei Meridianen muss es entsprechend auf der einfallenden Seite zwei Koordinaten x, y und zwei Winkel αx, αy geben, sowie auf der ausfallenden Seite Koordinaten x', y' und zwei Winkel α'x, α'y.the 2 shows schematically an optical system for defining the beam transfer function. In linear optics, it is common to define a system by having an entrance plane and an exit plane limit level. More generally, an optical system can also be delimited by two non-parallel planes or by any two surfaces. What is essential about the specification, however, is that there is (initially in the case of a single meridian) a coordinate x on the incident surface and a coordinate x' on the emergent surface, which serve to describe the penetration points of the ray. Furthermore, there must be a clear way of defining the direction of an incident ray towards the entrance surface (e.g. through an angle α), and to define the direction of the emerging ray towards the exit surface (e.g. through an angle a'). In the case of two meridians, there must be two coordinates x, y and two angles α x , α y on the incoming side, and coordinates x', y' and two angles α' x , α' y on the outgoing side.

Definiert man dann als Strahlvektor für einen Meridian ρ : = ( x t ) : = ( x n t a n α ) ρ ' : = ( x ' t ' ) : = ( x ' n ' t a n α ' )

Figure DE102020008145A1_0029
dann ist das optische System eindeutig spezifiziert, wenn eine Strahl-Transferfunktion f: R2 ↦ R2 mit den Komponenten fx, ft gegeben ist, die p nach p' überführt: ρ ' = f ( ρ ) ( x ' t ' ) = ( f x ( x , t ) f t ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0030
Is then defined as a ray vector for a meridian ρ : = ( x t ) : = ( x n t a n a ) ρ ' : = ( x ' t ' ) : = ( x ' n ' t a n a ' )
Figure DE102020008145A1_0029
then the optical system is uniquely specified if a ray transfer function f: R 2 ↦ R 2 with the components f x , f t is given, which converts p to p': ρ ' = f ( ρ ) ( x ' t ' ) = ( f x ( x , t ) f t ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0030

In zwei Meridianen ist das optische System eindeutig spezifiziert, wenn es eine entsprechende Strahl-Transferfunktion f:R4 ↦ R4 gibt.In two meridians, the optical system is uniquely specified if there is a corresponding ray transfer function f:R 4 ↦ R 4 .

Es ist sowohl in der Gauß'schen Optik (f: R2 ↦ R2) als auch in der linearen Optik (f: R4 ↦ R4) Stand der Technik, dass die Wirkung eines mit f beschriebenen Systems durch eine Systemmatrix T beschrieben wird: ρ ' = T ρ , ( x ' t ' ) = ( A B C D ) ( x y )

Figure DE102020008145A1_0031
wobei die 2x2 Systemmatrix (auch Transferenz genannt), definiert ist durch T = J a c ( f ) = ( x ' / x x ' / t t ' / x t ' / t ) = ( f x ( 1,0 ) f x ( 0,1 ) f t ( 1,0 ) f t ( 0,1 ) ) = : ( A B C D ) ,
Figure DE102020008145A1_0032
wobei Jac die Jacobi Matrix bezeichnet, wobei die Einträge A, B, C, D Konstanten sind, die das optische System charakterisieren, und wobei die Notation f m = f ( m x , m t ) = m f = ( m x / x m x m t / t m t ) f
Figure DE102020008145A1_0033
verwendet wird. Weiter ist im Stand der Technik bekannt, dass in einem Meridian eine Wellenfront mit Krümmung k und Vergenz S = nk, die in das System eintritt, beim Austritt zu einer Wellenfront mit Vergenz S' = n'k' führt, wobei die ausfallende Vergenz durch S ' = C D S A B S
Figure DE102020008145A1_0034
gegeben ist.It is state of the art both in Gaussian optics (f: R 2 ↦R 2 ) and in linear optics (f: R 4 ↦R 4 ) that the effect of a system described with f is described by a system matrix T becomes: ρ ' = T ρ , ( x ' t ' ) = ( A B C D ) ( x y )
Figure DE102020008145A1_0031
where the 2x2 system matrix (also called transference) is defined by T = J a c ( f ) = ( x ' / x x ' / t t ' / x t ' / t ) = ( f x ( 1.0 ) f x ( 0.1 ) f t ( 1.0 ) f t ( 0.1 ) ) = : ( A B C D ) ,
Figure DE102020008145A1_0032
where Jac denotes the Jacobi matrix, where the entries A, B, C, D are constants characterizing the optical system, and where the notation f m = f ( m x , m t ) = m f = ( m x / x m x m t / t m t ) f
Figure DE102020008145A1_0033
is used. It is also known in the prior art that, in a meridian, a wavefront with curvature k and vergence S=nk entering the system results in a wavefront with vergence S'=n'k' when exiting, with the exiting vergence passing through S ' = C D S A B S
Figure DE102020008145A1_0034
given is.

Im Fall von zwei Meridianen kann ein entsprechender Zusammenhang angegeben werden, siehe Qiang L, Shaomin W, Alda J, Bernabeu E: „Transformation of nonsymmetric Gaussian beam into symmetric one by means of tensor ABCD law“, Optic - International Journal for Light and Electron Optics (OPTIK) 85(2): 67-72 (1990). Weiterhin kann das System auch nichtlineare Komponenten, wie z.B. eine prismatische Wirkung besitzen.In the case of two meridians, a corresponding connection can be given, see Qiang L, Shaomin W, Alda J, Bernabeu E: "Transformation of nonsymmetric Gaussian beam into symmetric one by means of tensor ABCD law", Optic - International Journal for Light and Electron Optics (OPTIK) 85(2): 67-72 (1990). Furthermore, the system can also have non-linear components, such as a prismatic effect.

Die Beschreibung in GI.(3) zur Behandlung von Strahlen mittels einer Matrix T kann man als Beschreibung für die erste Ordnung auffassen, die Beschreibung in GI.(5) zur Behandlung der Vergenzen von Wellenfronten als Beschreibung für die zweite Ordnung. Andererseits gibt es im Stand der Technik keine verfügbare Beschreibung zur Behandlung von Wellenfronteigenschaften höherer Ordnung (HOA) wie z.B. Koma oder sphärische Aberration, wenn nur die Strahl-Transferfunktion f gegeben ist. An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung an.The description in Eq.(3) for treating rays by means of a matrix T can be understood as a first-order description, the description in Eq.(5) for treating the vergences of wavefronts as a second-order description. On the other hand, there is no available disclosure in the prior art for dealing with higher order wavefront (HOA) features such as coma or spherical aberration given only the ray transfer function f. This is where the present invention comes in.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass zu einer Wellenfront w(x) eine Funktion t(x) gehört, die durch eine eindeutige und umkehrbare Transformation H aus w(x) hervorgeht. Die fixe Input-Größe t, die ursprünglich für die lineare Optik entwickelt worden war, wird erfindungsgemäß so uminterpretiert, dass sie auch zur nichtlinearen Beschreibung von Wellenfronten eingesetzt werden kann, indem man eine Abhängigkeit t(x) zulässt. Variiert man x, erhält man dann auf der ausfallenden Seite nach GI.(2) zwei Funktionen x'(x) und t'(x), die implizit einen Zusammenhang t'(x') definieren. Diese Funktion t'(x') entspricht eindeutig einer ausfallenden Wellenfront w'(x'), die man durch Anwenden der zu H inversen Transformation H-1 erhält. Dieser Zusammenhang ist in der 3 schematisch dargestellt.According to the invention, it has been recognized that a wavefront w(x) has a function t(x) which results from w(x) by a unique and reversible transformation H. The fixed input variable t, which was originally developed for linear optics, is reinterpreted according to the invention in such a way that it can also be used for the nonlinear description of wavefronts by allowing a dependency t(x). If you vary x, you then get two functions x'(x) and t'(x) on the failing side according to Eq.(2), which implicitly define a relationship t'(x'). This function t'(x') clearly corresponds to an emergent wavefront w'(x'), which is obtained by applying the inverse transformation H -1 to H. This connection is in the 3 shown schematically.

Wellenfronten können beispielsweise als symbolische Funktionen dargestellt werden oder als Freiformflächen. Weiterhin können Wellenfronten nach Basissystemen entwickelt werden, wobei die Ordnung bei der Abzählung nach der Basissysteme als Ordnungsparameter fungieren kann. Ordnungsparameter können bevorzugt so eingesetzt werden, dass Beiträge in ihrer numerischen Größenordnung mit zunehmendem Ordnungsparameter abnehmen, so dass Beiträge bis zu einem bestimmten Wert des Ordnungsparameters berücksichtigt werden und für noch höhere Werte des Ordnungsparameters vernachlässigt werden. Ähnlich kann bei Vorhandensein mehrerer Ordnungsparameter vorgegangen werden.Wave fronts can, for example, be represented as symbolic functions or as free-form surfaces. Furthermore, wavefronts can be developed according to basis systems, where the order can function as an order parameter when counting according to the basis systems. Order parameters can preferably be used in such a way that contributions decrease in their numerical magnitude as the order parameter increases, so that contributions are taken into account up to a certain value of the order parameter and are neglected for even higher values of the order parameter. A similar procedure can be followed if several order parameters are present.

Bevorzugt werden Wellenfronten durch Zernike-Polynome dargestellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Wellenfronten durch Taylorreihen dargestellt, d.h. sie werden durch ihre lokalen Ableitungen an einer Referenzposition charakterisiert, die bevorzugt bei x = 0 liegt. In dieser Ausführungsform ist der Ordnungsparameter die Ordnung p der Ableitung w'(p)(x'), die bestimmt werden soll, in zwei Meridianen die Summe p = px + py der Ordnungen der Ableitung w ' ( p x , p y ) ( x ' , y ' ) .

Figure DE102020008145A1_0035
Wavefronts are preferably represented by Zernike polynomials. In a particularly preferred embodiment of the invention, wavefronts are represented by Taylor series, ie they are characterized by their local derivatives at a reference position, which is preferably at x=0. In this embodiment, the order parameter is the order p of the derivative w' (p) ( x ') to be determined, in two meridians the sum p=px+ py of the orders of the derivative w ' ( p x , p y ) ( x ' , y ' ) .
Figure DE102020008145A1_0035

In einer bestimmten Ausführungsform werden (in einem Meridian) optische Systeme betrachtet, die parallele Ein- und Austrittsebenen aufweisen und deren Strahl-Transferfunktion f(x,t) die Eigenschaft f(0,0) = 0 besitzt. Bevorzugt trifft auf ein solches System ein Strahl an der Stelle x = 0 mit Richtung t = 0 auf, der wegen f(0,0) = 0 das System auch wieder mit x' = 0 und t' = 0 verlässt. Nach einem weiteren Merkmal der Ausführungsform findet das grundsätzliche Vorgehen anhand einer Taylorreihe für die Wellenfronten dadurch statt, vorzugsweise ausgewertet an der Stelle x = 0. Automatisch haben dann ein- und ausfallende Wellenfronten, die senkrecht auf den Strahlen stehen müssen, verschwindende erste Ableitungen w(1)(0) = 0 und w'(1)(0) = 0.In a specific embodiment, optical systems are considered (in a meridian) which have parallel entry and exit planes and whose ray transfer function f(x,t) has the property f(0,0)=0. A ray preferably impinges on such a system at the point x=0 with direction t=0, which because of f(0,0)=0 also leaves the system again with x′=0 and t′=0. According to a further feature of the embodiment, the basic procedure takes place using a Taylor series for the wave fronts, preferably evaluated at the point x=0. The incoming and outgoing wave fronts, which must be perpendicular to the rays, then automatically have vanishing first derivatives w ( 1) (0) = 0 and w' (1) (0) = 0.

Die 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Taylorreihen-Basis in einem Meridian. In dieser Ausführungsform muss nach Festlegung einer Ordnung p auch die Strahl-Transferfunktion f(x,t) in Form aller ihrer partiellen Ableitungen fx (1,0)(0,0), fx (0,1)(0,0), ft (1,0)(0,0), ft (0'1)(0,0), fx (2,0)(0,0),... bis hin zur Ordnung (p - 1) vorliegen. Liegen diese vor, dann kann im nächsten Schritt direkt das Verfahren zur Bestimmung der Wellenfront-Transferfunktion, bevorzugt zur Belegung von Wellenfront-Transferkoeffizienten für die Wellenfrontdurchrechnung durchgeführt werden (siehe 4). Liegen die Ableitungen der Strahl-Transferfunktion jedoch nicht vor, dann müssen diese zuvor bestimmt werden. Falls das optische System aus einer Abfolge von brechenden Flächen besteht, deren Zwischenräume aus homogenen Medien bestehen, dann können die Ableitungen von f(x,t) aus der Form und Lage der Flächen und den Brechungsindizes bestimmt werden. Bevorzugt stehen auch alle Flächen senkrecht auf dem Strahl zu x = 0 , dann können die Ableitungen von f(x,t) aus den Ableitungen der Flächen und aus deren Abständen bestimmt werden. Liegen jedoch keine Zwischenflächen vor (z.B. bei einem GRIN-Material), dann müssen die Ableitungen von f(x,t) anderweitig bestimmt werden, beispielsweise durch Messung oder durch Simulation.the 4 12 shows a schematic flow diagram according to an embodiment of the present invention based on a Taylor series in a meridian. In this embodiment, after defining an order p, the ray transfer function f(x,t) in the form of all its partial derivatives f x (1,0) (0,0), f x (0,1) (0,0 ), f t (1,0) (0,0), f t (0'1) (0,0), f x (2,0) (0,0),... up to order (p - 1) are present. If these are available, then in the next step the method for determining the wavefront transfer function can be carried out directly, preferably for assigning wavefront transfer coefficients for the wavefront calculation (see 4 ). However, if the derivatives of the ray transfer function are not available, they must be determined beforehand. If the optical system consists of a succession of refracting surfaces interspersed with homogeneous media, then the derivatives of f(x,t) can be determined from the shape and location of the surfaces and the refractive indices. All surfaces are preferably also perpendicular to the ray at x = 0, then the derivatives of f(x,t) can be determined from the derivatives of the surfaces and from their distances. However, if there are no interfaces (eg in the case of a GRIN material), then the derivatives of f(x,t) must be determined in some other way, for example by measurement or by simulation.

Das Verfahren kann beispielsweise dadurch ausgeführt werden, indem die Koeffizienten c ¯ i k

Figure DE102020008145A1_0036
zur Durchrechnung in der t-Darstellung aus den Ableitungen von f(x,t) bis zur Ordnung i = p - 1 bestimmt werden. Dies kann numerisch oder bevorzugt symbolisch erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch werden aus den Koeffizienten c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0037
mit Hilfe der Transformation H zuerst die Koeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0038
zur Wellenfront-Durchrechnung in der w-Darstellung bis zur Ordnung p direkt aus den Koeffizienten c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0039
und aus den Ableitungen von f(x,t) bestimmt, wobei dieser Schritt wieder numerisch oder bevorzugt symbolisch durchgeführt werden kann.The method can be carried out, for example, by using the coefficients c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0036
can be determined for calculation in the t representation from the derivatives of f(x,t) up to the order i = p - 1. This can be done numerically or preferably symbolically. In a preferred embodiment, however, the coefficients become c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0037
with the help of the transformation H first the coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0038
for wavefront calculation in the w representation up to order p directly from the coefficients c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0039
and from the derivatives determined by f(x,t), this step again being able to be carried out numerically or, preferably, symbolically.

Liegen die Koeffizienten b ¯ p k

Figure DE102020008145A1_0040
bis zur Ordnung p einmal vor, dann kann die Wellenfrontdurchrechnung von Wellenfronten bis zur Ordnung p mit beliebig vielen Wellenfronten wiederholt werden.lie the coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0040
up to order p once, then the wavefront calculation of wavefronts up to order p can be repeated with any number of wavefronts.

Für eine Wellenfrontdurchrechnung bei umgekehrter Lichtrichtung kann alternativ aus der Strahl-Transferfunktion f die Umkehrfunktion gebildet werden und dann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Koeffizienten c ¯ i k

Figure DE102020008145A1_0041
oder von Koeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0042
verwendet werden, oder die bereits bis zu einer Ordnung p ermittelte Wellenfront-Transferfunktion kann bei gegebenen Koeffizienten direkt invertiert werden, um die Ableitungen der einfallenden Wellenfront durch die Ableitungen der ausfallenden Wellenfront zu bestimmen.For a wavefront calculation with reverse light direction, the inverse function can alternatively be formed from the beam transfer function f and then the method according to the invention for determining coefficients c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0041
or by coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0042
can be used, or the wavefront transfer function already determined up to an order p can be directly inverted for given coefficients in order to determine the derivatives of the incident wavefront through the derivatives of the outgoing wavefront.

Ausführungsform für die Transformation HEmbodiment for the transformation H

Jeder Zusammenhang zwischen einer Wellenfront w(x) und einer Funktion t(x) ist eine Transformation. Eine Transformation kann symbolisch oder numerisch beschrieben werden. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, die Funktion t(x) auch in eine Taylorreihe zu entwickeln und die Ableitungen t(i)(x) durch Ableitungen w(p)(x) auszudrücken, bevorzugt für x = 0.Every connection between a wavefront w(x) and a function t(x) is a transformation. A transformation can be described symbolically or numerically. A preferred embodiment consists in expanding the function t(x) also in a Taylor series and expressing the derivatives t (i) (x) by derivatives w (p) (x), preferably for x = 0.

Die Aufgabe, die Beschreibung einer räumlichen Fläche durch w(x) in eine Funktion t(x) zu überführen, die auf eine Ebene bezogen ist, wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst. Anders als im Stand der Technik, in dem die OPD auch Anlass zu einer Funktion τ(x) gibt, die einen definierten Zusammenhang zur Wellenfront w(x) besitzt, bezeichnet t(x) eine Richtung und keine OPD. Deshalb muss hier zuerst ein Zusammenhang zwischen τ(x) und τ(x) hergestellt werden.The task of converting the description of a spatial area by w(x) into a function t(x), which is related to a plane, is solved according to the invention as follows. Unlike in the prior art, in which the OPD also gives rise to a function τ(x) that has a defined relationship to the wavefront w(x), t(x) designates a direction and not an OPD. Therefore, a connection between τ(x) and τ(x) must first be established here.

In der 5 ist eine Wellenfront zusammen mit ihrer Referenz-Ebene gezeigt, die beide von einem Nachbarstrahl mit Richtung t durchstoßen werden. Der Tangens des Richtungswinkels a, der per Definition durch tan α = t/n gegeben ist, ist andererseits gleich dem Seitenverhältnis des in 5 gezeigten rechtwinkligen Dreiecks. Setzt man die Länge der Hypotenuse gleich 1, dann ist die Länge der Gegenkathete zu a durch τx/n gegeben (proportional zur Ableitung der OPD). Dies ergibt die Gleichung t a n α = : t ( x ) n = τ x ( x ) / n 1 ( τ x ( x ) / n ) 2

Figure DE102020008145A1_0043
In the 5 a wavefront is shown together with its reference plane, both of which are pierced by a neighboring ray with direction t. The tangent of the direction angle a, given by definition by tan α = t/n, on the other hand, is equal to the aspect ratio of in 5 shown right triangle. If one sets the length of the hypotenuse equal to 1, then the length of the opposite side of a is given by τ x /n (proportional to the derivative of the OPD). This gives the equation t a n a = : t ( x ) n = τ x ( x ) / n 1 ( τ x ( x ) / n ) 2
Figure DE102020008145A1_0043

Wiederholtes Ableiten von GI.(6) nach x und Auswertung für x = 0 führt auf t ( 1 ) = τ ( 2 ) t ( 2 ) = τ ( 3 ) t ( 3 ) = τ ( 4 ) 3 τ ( 2 ) 3 / n 2 t ( 4 ) = τ ( 5 ) 18 τ ( 2 ) 2 τ ( 3 ) / n 2

Figure DE102020008145A1_0044
und Substitution der Ableitungen τ(2), τ(3), τ(4), ... durch die Ausdrücke aus GI.(B6) in „Appendix B“ der Veröffentlichung von G. Esser, W. Becken, W. Müller, P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: „Derivation of the refractive equations for higher order aberrations of local wavefronts by oblique incidence“, J. Opt. Soc. Am. A 27, 218-237 (2010), ergibt für die Transformation H: t ( 1 ) = n w ( 2 ) t ( 2 ) = n w ( 3 ) t ( 3 ) = n ( w ( 4 ) 6 w ( 2 ) 3 ) 3 ( n w ( 2 ) ) 3 / n 2 = n ( w ( 4 ) 3 w ( 2 ) 3 ) t ( 4 ) = n ( w ( 5 ) 40 w ( 2 ) 2 w ( 3 ) ) 18 ( n w ( 2 ) ) 2 ( n w ( 3 ) ) / n 2 = n ( w ( 5 ) 22 w ( 2 ) 2 w ( 3 ) )
Figure DE102020008145A1_0045
Repeated derivation of eq.(6) with respect to x and evaluation for x = 0 performs t ( 1 ) = τ ( 2 ) t ( 2 ) = τ ( 3 ) t ( 3 ) = τ ( 4 ) 3 τ ( 2 ) 3 / n 2 t ( 4 ) = τ ( 5 ) 18 τ ( 2 ) 2 τ ( 3 ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0044
and substitution of the derivatives τ (2) , τ (3) , τ (4) , ... by the expressions from Eq.(B6) in "Appendix B" of the publication by G. Esser, W. Becken, W. Müller , P. Baumbach, J. Arasa, D. Uttenweiler: "Derivation of the refractive equations for higher order aberrations of local wavefronts by oblique incidence", J. Opt. Soc. At the. A 27, 218-237 (2010), gives for the transformation H: t ( 1 ) = n w ( 2 ) t ( 2 ) = n w ( 3 ) t ( 3 ) = n ( w ( 4 ) 6 w ( 2 ) 3 ) 3 ( n w ( 2 ) ) 3 / n 2 = n ( w ( 4 ) 3 w ( 2 ) 3 ) t ( 4 ) = n ( w ( 5 ) 40 w ( 2 ) 2 w ( 3 ) ) 18 ( n w ( 2 ) ) 2 ( n w ( 3 ) ) / n 2 = n ( w ( 5 ) 22 w ( 2 ) 2 w ( 3 ) )
Figure DE102020008145A1_0045

Durch Umkehrung dieser Gleichungen erhält man die Transformation H-1: w ( 2 ) = t ( 1 ) / n w ( 3 ) = t ( 2 ) / n w ( 4 ) = ( t ( 3 ) + 3 t ( 1 ) 3 / n 2 ) / n w ( 5 ) = ( t ( 4 ) + 22 t ( 1 ) 2 t ( 2 ) / n 2 ) / n

Figure DE102020008145A1_0046
By reversing these equations, one obtains the transformation H -1 : w ( 2 ) = t ( 1 ) / n w ( 3 ) = t ( 2 ) / n w ( 4 ) = ( t ( 3 ) + 3 t ( 1 ) 3 / n 2 ) / n w ( 5 ) = ( t ( 4 ) + 22 t ( 1 ) 2 t ( 2 ) / n 2 ) / n
Figure DE102020008145A1_0046

Belegung der Strahl-Transferfunktionen für eine elementare Propagation und BrechungAllocation of the ray transfer functions for an elementary propagation and refraction

Propagationpropagation

Die 6 zeigt eine schematische Skizze zur Strahl-Transferfunktion für die Propagation. Ein Strahl, der von einer Eintrittsebene zu einer Austrittsebene im Abstand d = τ/n propagiert, wobei τ die OPD ist, die das Licht bei senkrechtem Einfall zurücklegen würde, tritt dort versetzt aus. Die Strahl-Transferfunktion ist daher ziemlich einfach, weil sich die Richtung nicht ändert und daher t' = t ist. Die Ortskomponente erfüllt (x' - x)/(τ/n) = tan α = t/n, so dass x' = x + tτ/n2 ist. Die Strahl-Transferfunktion lautet damit ( x ' t ' ) = f p r o p ( x , t ) = ( x + t τ / n 2 t ) ,

Figure DE102020008145A1_0047
the 6 shows a schematic sketch of the ray transfer function for propagation. A ray propagating from an entrance plane to an exit plane at a distance d = τ/n, where τ is the OPD that the light would travel at normal incidence, exits there offset. The ray transfer function is therefore quite simple because the direction does not change and therefore t' = t. The position component satisfies (x' - x)/(τ/n) = tan α = t/n, so that x' = x + tτ/n 2 . The ray transfer function is then ( x ' t ' ) = f p right O p ( x , t ) = ( x + t τ / n 2 t ) ,
Figure DE102020008145A1_0047

Die Strahl-Transferfunktion fprop (x,t) für die Propagation in GI.(10) hängt bemerkenswerterweise sowohl von x als auch t nur linear ab. Daher sind die Ableitungen f p r o p ( n x , n t ) ( x , t )

Figure DE102020008145A1_0048
von fprop(x,t) sehr einfach und verschwinden für alle höheren Ordnungen nx + nt ≥ 2, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1: Ableitungen der Strahl-Transferfunktion fprop(x,t) an der Stelle (x, t) = (0,0) Wellenfrontordnung Abl.-Ord. n x + n t x Ord. n x t Ord. n t f x p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0049
f t p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0050
1 0 0 -0 0 0 2 1 1 0 1 0 2 1 0 1 τ/n 2 1 Alle höheren Ordnungen verschwinden
Remarkably, the ray transfer function f prop (x,t) for the propagation in Eq. (10) depends only linearly on both x and t. Hence the derivatives f p right O p ( n x , n t ) ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0048
of f prop (x,t) very simply and vanish for all higher orders n x + nt ≥ 2, as shown in Table 1 below. Table 1: Derivatives of the ray transfer function f prop (x,t) at the point (x,t) = (0,0) wavefront order Ord. n x + n t x order n x t order n t f x p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0049
f t p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0050
1 0 0 -0 0 0 2 1 1 0 1 0 2 1 0 1 τ/ n 2 1 All higher orders disappear

Im speziellen Fall eines verschwindenden Propagationsabstandes τ = 0 muss die Strahl-Transferfunktion fprop(x,t) die Identität sein mit Jacobi-Matrix Jac fprop = 1. Der einzige Eintrag, durch den sich die Ableitungen von diesem trivialen Fall unterscheiden, ist f x p r o p ( 0,1 ) = τ / n 2 .

Figure DE102020008145A1_0051
In the special case of a vanishing propagation distance τ = 0, the ray transfer function f prop (x,t) must be the identity with Jacobi matrix Jac f prop = 1. The only entry by which the derivatives differ from this trivial case is f x p right O p ( 0.1 ) = τ / n 2 .
Figure DE102020008145A1_0051

Brechungrefraction

Die 7 zeigt eine schematische Skizze zur Strahl-Transferfunktion für die Propagation. Die Brechung ist deutlich schwieriger zu behandeln, und eine Strahl-Transferfunktion fref(x, t) für Brechung in geschlossener Form als Funktion der Eigenschaften der brechenden Fläche anzugeben, ist i.a. nicht möglich. Dies liegt daran, dass der Durchstoßpunkt eines Nachbarstrahls durch eine willkürliche Fläche nur iterativ bestimmt werden kann. Obwohl es für Wellenfronten mittels einer Transformation H eine Möglichkeit gibt, die räumliche Fläche w(x) in eine Eigenschaft τ(x) zu überführen, kommt hinzu, dass es keine entsprechende Transformation für die brechende Fläche an sich gibt, ohne die vorhandene Parallaxe falsch zu behandeln. Die Brechung muss also weiterhin an einem Punkt im Raum stattfinden, der i.a. außerhalb der Eintrittsebene liegt.the 7 shows a schematic sketch of the ray transfer function for propagation. Refraction is much more difficult to deal with, and it is generally not possible to give a ray transfer function f ref (x,t) for closed-form refraction as a function of the properties of the refracting surface. This is because the point at which a neighboring ray pierces an arbitrary surface can only be determined iteratively. Although there is a possibility for wavefronts to transform the spatial surface w(x) into a property τ(x) by means of a transformation H, there is also no corresponding transformation for the refracting surface itself without the existing parallax wrong to treat. The refraction must therefore continue to take place at a point in space that is generally outside the entry plane.

Da für eine reine Brechung keine Propagation stattfindet, ist die Austrittsebene identisch mit der Eintrittsebene. Die erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe lautet also: wenn ein Nachbarstrahl (x, t) gegeben ist, der an der Eintrittsebene in Richtung einer brechenden Fläche startet, welche Parameter (x', t') als Funktion von (x, t) entsprechen dann dem gebrochenen Strahl, bezogen auf dieselbe Ebene?Since there is no propagation for pure refraction, the exit plane is identical to the entry plane. The problem to be solved according to the invention is therefore: given a neighboring ray (x, t) which starts at the entrance plane in the direction of a refracting surface, which parameters (x', t') as a function of (x, t) then correspond to refracted ray related to the same plane?

Der bevorzugte Anwendungsbereich des Verfahrens betrifft Situationen, in denen der Strahl (x, t) einen eindeutigen Schnittpunkt mit der Fläche besitzt. Dieser Schnittpunkt wird mit ( x ¯ , z ( x ¯ ) )

Figure DE102020008145A1_0052
bezeichnet, wobei die Durchstoßkoordinate durch die eindeutige Funktion x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0053
gegeben sei. Der Richtungstangens der Flächennormale sei mit t ¯
Figure DE102020008145A1_0054
bezeichnet (siehe 7). Er ist durch das Negative der ersten Ableitung der Fläche gegeben, t ¯ = z ¯ ( 1 ) ,
Figure DE102020008145A1_0055
die ebenfalls eine Funktion von x ¯
Figure DE102020008145A1_0056
ist und somit auch eine Funktion t ¯ ( x , t ) = t ¯ ( x ¯ ( x , t ) ) .
Figure DE102020008145A1_0057
Die Richtungen t des einfallenden Strahls und t ¯
Figure DE102020008145A1_0058
der Fläche geben entsprechend dem Snellius'schen Brechungsgesetz Anlass zu einer Richtung t' des gebrochenen Strahls, und die rückwärtige Verlängerung des gebrochenen Strahls schneidet die Eintrittsebene an der eindeutigen Position x' (siehe 7).The preferred area of application of the method concerns situations in which the ray (x,t) has a unique point of intersection with the surface. This intersection becomes with ( x ¯ , e.g ( x ¯ ) )
Figure DE102020008145A1_0052
denoted, where the puncture coordinate is given by the unique function x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0053
given. The direction tangent of the surface normal is with t ¯
Figure DE102020008145A1_0054
denoted (see 7 ). It is given by the negative of the first derivative of the area, t ¯ = e.g ¯ ( 1 ) ,
Figure DE102020008145A1_0055
which is also a function of x ¯
Figure DE102020008145A1_0056
is and therefore also a function t ¯ ( x , t ) = t ¯ ( x ¯ ( x , t ) ) .
Figure DE102020008145A1_0057
The directions t of the incident ray and t ¯
Figure DE102020008145A1_0058
of the surface give rise to a direction t' of the refracted ray according to Snell's law of refraction, and the backward extension of the refracted ray intersects the entrance plane at the unique position x' (see 7 ).

Das Snellius'sche Brechungsgesetz besagt, dass n ' s i n ( a r c t a n ( t ' / n ' ) a r c t ¯ a n t ) = n s i n ( a r c t a n ( t / n ) a r c t ¯ a n t ) t ' n ' t ¯ 1 + ( t ' / n ' ) 2 = t n t ¯ 1 + ( t / n ) 2

Figure DE102020008145A1_0059
ist, was nach Auflösen nach t' ergibt t ' ( x , t ) = n ' b n w z ¯ ( 1 ) w + b n z ¯ ( 1 )
Figure DE102020008145A1_0060
wobei w = n ' 2 n 2 b 2 , b = t + n z ¯ ( 1 ) n 2 + t 2 1 + z ¯ ( 1 ) 2
Figure DE102020008145A1_0061
ist, und z ¯ ( 1 )
Figure DE102020008145A1_0062
an der Position x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0063
ausgewertet wird.Snell's law of refraction states that n ' s i n ( a right c t a n ( t ' / n ' ) a right c t ¯ a n t ) = n s i n ( a right c t a n ( t / n ) a right c t ¯ a n t ) t ' n ' t ¯ 1 + ( t ' / n ' ) 2 = t n t ¯ 1 + ( t / n ) 2
Figure DE102020008145A1_0059
is, which results after solving for t' t ' ( x , t ) = n ' b n w e.g ¯ ( 1 ) w + b n e.g ¯ ( 1 )
Figure DE102020008145A1_0060
whereby w = n ' 2 n 2 b 2 , b = t + n e.g ¯ ( 1 ) n 2 + t 2 1 + e.g ¯ ( 1 ) 2
Figure DE102020008145A1_0061
is and e.g ¯ ( 1 )
Figure DE102020008145A1_0062
at the position x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0063
is evaluated.

Sobald x ¯ ( x , t )

Figure DE102020008145A1_0064
und t'(x, t) bekannt sind, kann aus 7 geometrisch direkt abgelesen werden, dass x ' ( x , t ) = x ¯ ( x , t ) t ' ( x , t ) n ' z ¯ ( x ¯ ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0065
sein muss. Die Strahl-Transferfunktion für Brechung lautet damit ( x ' t ' ) = f r e f ( x , t ) = ( x ¯ ( x , t ) t ' ( x , t ) z ¯ ( x ¯ ( x , t ) ) / n ' t ' ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0066
As soon x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0064
and t'(x, t) are known 7 can be read off geometrically directly that x ' ( x , t ) = x ¯ ( x , t ) t ' ( x , t ) n ' e.g ¯ ( x ¯ ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0065
have to be. The ray transfer function for refraction is then ( x ' t ' ) = f right e f ( x , t ) = ( x ¯ ( x , t ) t ' ( x , t ) e.g ¯ ( x ¯ ( x , t ) ) / n ' t ' ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0066

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Berechnung der Funktion x ¯ ( x , t )

Figure DE102020008145A1_0067
zur Verfügung gestellt. Die Richtung des einfallenden Strahls erfüllt die Beziehung tan α = t/n und daher t n = x ¯ ( x , t ) x z ¯ ( x ¯ ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0068
According to the invention, a method for calculating the function x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0067
made available. The direction of the incident ray satisfies the relationship tan α = t/n and therefore t n = x ¯ ( x , t ) x e.g ¯ ( x ¯ ( x , t ) )
Figure DE102020008145A1_0068

Obwohl Gl.(16) nicht geschlossen nach x ¯ ( x , t )

Figure DE102020008145A1_0069
aufgelöst werden kann, kann man die partiellen Ableitungen bezüglich (x, t) von GI.(16) aufstellen und diese sukzessive für die Ableitungen x ¯ ( 1,0 ) x ¯ ( 0,1 ) , x ¯ ( 2,0 ) , x ¯ ( 1,1 ) , x ¯ ( 0,2 ) , x ¯ ( 3,0 ) ,
Figure DE102020008145A1_0070
etc. an der Position (x, t) = (0,0) lösen.Although Eq.(16) is not closed according to x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0069
can be solved, one can set up the partial derivatives with respect to (x, t) from Eq. (16) and these successively for the derivatives x ¯ ( 1.0 ) x ¯ ( 0.1 ) , x ¯ ( 2.0 ) , x ¯ ( 1.1 ) , x ¯ ( 0.2 ) , x ¯ ( 3.0 ) ,
Figure DE102020008145A1_0070
etc. at the position (x,t) = (0,0).

Eine andere Ausführungsform, deren Vorteil eine kompaktere Schreibweise ist, besteht in der Wahl eines geeigneten Ansatzes x ¯ A n s a t z ( x , t )

Figure DE102020008145A1_0071
und der Einführung der Funktion x ¯ ( x , t ) = x ¯ A n s a t z ( x , t ) + δ x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0072
in GI.(16). Die Funktion x ¯ A n s a t z ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0073
wird als konsistente Lösung von GI.(16) in der Ordnung k bezeichnet, und k wird als Konsistenzordnung der Funktion x ¯ A n s a t z ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0074
bezeichnet, wenn (k + 1) die niedrigste Ordnung ist, für die eine der Ableitungen δ x ¯ ( 1,0 ) δ x ¯ ( 0,1 ) , δ x ¯ ( 2,0 ) , δ x ¯ ( 1,1 ) , δ x ¯ ( 0,2 ) , δ x ¯ ( 3,0 ) ,
Figure DE102020008145A1_0075
etc. nicht verschwindet. Die folgende Tabelle 2 zeigt die verschiedenen Ausführungsformen der Funktion x ¯ A n s a t z ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0076
und ihre Ordnungskonsistenz. Tabelle 2: x ¯ A n s a t z ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0077
Ordnungskonsistenz
x 2 x + t / n z ¯ ( x )
Figure DE102020008145A1_0078
4
x + t / n z ¯ ( x + t / n z ¯ ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0079
6
x + t / n z ¯ ( x ) 1 t / n z ¯ ( 1 ) ( x )
Figure DE102020008145A1_0080
6
Another embodiment, the advantage of which is a more compact notation, consists in choosing an appropriate approach x ¯ A n s a t e.g ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0071
and the introduction of the function x ¯ ( x , t ) = x ¯ A n s a t e.g ( x , t ) + δ x ¯ ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0072
in Eq.(16). The function x ¯ A n s a t e.g ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0073
is called the consistent solution of eq.(16) in order k, and k is called the order of consistency of the function x ¯ A n s a t e.g ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0074
denotes when (k+1) is the lowest order for one of the derivatives δ x ¯ ( 1.0 ) δ x ¯ ( 0.1 ) , δ x ¯ ( 2.0 ) , δ x ¯ ( 1.1 ) , δ x ¯ ( 0.2 ) , δ x ¯ ( 3.0 ) ,
Figure DE102020008145A1_0075
etc. does not disappear. Table 2 below shows the different embodiments of the function x ¯ A n s a t e.g ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0076
and their order consistency. Table 2: x ¯ A n s a t e.g ( x , t )
Figure DE102020008145A1_0077
order consistency
x 2 x + t / n e.g ¯ ( x )
Figure DE102020008145A1_0078
4
x + t / n e.g ¯ ( x + t / n e.g ¯ ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0079
6
x + t / n e.g ¯ ( x ) 1 t / n e.g ¯ ( 1 ) ( x )
Figure DE102020008145A1_0080
6

Analog zu Tabelle 1 sind in der folgenden Tabelle 3 die Ableitungen der Strahl-Transferfunktion fref(x,t) für die Brechung gezeigt. Im Gegensatz zum Fall von fprop(x,t) bricht die Tabelle für fref(x,t) i.a. bei keiner endlichen Ordnung ab. Außer für f x r e f ( 1,0 ) = 1

Figure DE102020008145A1_0081
und f t r e f ( 0,1 ) = 1
Figure DE102020008145A1_0082
= 1 sind alle Einträge in Tabelle 3 proportional zu (n - n'). Das ist zu erwarten, weil sich fref(x,t) für n' = n auf die Identität reduzieren muss mit Jacobi-Matrix Jac fref = 1. Tabelle 3: Ableitungen der Strahl-Transferfunktion fref (x,t) an der Stelle (x, t) = (0,0) Ordnung der Wellen front Abl.-Ord. n x + n t x Ord. n x t Ord. n t f x r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0083
f t r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0084
1 0 0 0 0 0 2 1 1 0 1 ( n n ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0085
2 1 0 1 0 1 3 2 2 0 0 ( n n ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0086
3 2 1 1 0 0 3 2 0 2 0 0 4 3 3 0 ( n n ) × 3 / n z ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0087
( n ' n ) ( z ¯ ( 4 ) + 3 n / n ' 2 ( n n ' ) z ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0088
4 3 2 1 ( n n ) / ( n n ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0089
( n ' n ) / ( n n ' 2 ) ( 3 n 2 n n ' + n ' 2 ) z ¯ ( 2 ) 2 )
Figure DE102020008145A1_0090
4 3 1 2 0 ( n n ) / ( n n 2 ) ( 3 n + n ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0091
4 3 0 3 0 ( n n ) × 3 / ( n 2 n 2 ) ( n + n )
Figure DE102020008145A1_0092
Analogously to Table 1, Table 3 below shows the derivations of the ray transfer function f ref (x,t) for refraction. In contrast to the case of f prop (x,t), the table for f ref (x,t) does not generally break off at any finite order. Except for f x right e f ( 1.0 ) = 1
Figure DE102020008145A1_0081
and f t right e f ( 0.1 ) = 1
Figure DE102020008145A1_0082
= 1, all entries in Table 3 are proportional to (n - n'). This is to be expected because f ref (x,t) for n' = n must reduce to the identity with Jacobian matrix Jac f ref = 1. Table 3: Derivatives of the ray transfer function f ref (x,t) an the place (x, t) = (0,0) order of the waves front Ord. n x + n t x order n x t order n t f x right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0083
f t right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0084
1 0 0 0 0 0 2 1 1 0 1 ( n n ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0085
2 1 0 1 0 1 3 2 2 0 0 ( n n ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0086
3 2 1 1 0 0 3 2 0 2 0 0 4 3 3 0 ( n n ) × 3 / n e.g ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0087
( n ' n ) ( e.g ¯ ( 4 ) + 3 n / n ' 2 ( n n ' ) e.g ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0088
4 3 2 1 ( n n ) / ( n n ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0089
( n ' n ) / ( n n ' 2 ) ( 3 n 2 n n ' + n ' 2 ) e.g ¯ ( 2 ) 2 )
Figure DE102020008145A1_0090
4 3 1 2 0 ( n n ) / ( n n 2 ) ( 3 n + n ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0091
4 3 0 3 0 ( n n ) × 3 / ( n 2 n 2 ) ( n + n )
Figure DE102020008145A1_0092

Eigentliche Durchrechnung durch das optische SystemActual calculation by the optical system

Das eigentliche Ziel besteht darin, für das ausfallende Licht eine Funktion t'(x') zu finden, die für eine gegebene Funktion t(x) die Gleichung f ( x , t ( x ) ) = ( f x ( x , t ( x ) ) f t ( x , t ( x ) ) ) = ( x ' ( x ) t ' ( x ' ( x ) ) )

Figure DE102020008145A1_0093
erfüllt.The real goal is to find a function t'(x') for the emitted light that, for a given function t(x), satisfies the equation f ( x , t ( x ) ) = ( f x ( x , t ( x ) ) f t ( x , t ( x ) ) ) = ( x ' ( x ) t ' ( x ' ( x ) ) )
Figure DE102020008145A1_0093
Fulfills.

Bevorzugt wird dieses Ziel durch Einführen der Zwischenvariablen u ( x ) : = x ' ( x ) v ( x ) : = t ' ( x ' ( x ) )

Figure DE102020008145A1_0094
erreicht, mit denen GI.(18) die Form ( u ( x ) v ( x ) ) = f ( x , t ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0095
annimmt. Eine Kombination der beiden Gleichungen (19) und (20) ergibt v ( x ) = t ' ( u ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0096
was den Startpunkt des Verfahrens darstellt. Das Grundprinzip besteht im wiederholten Ableiten von GI.(21) v ( 1 ) = u ( 1 ) t ' ( 1 ) v ( 2 ) = ( u ( 1 ) ) 2 t ' ( 2 ) + u ( 2 ) t ' ( 1 ) v ( 3 ) = ( u ( 1 ) ) 3 t ' ( 3 ) + 3 u ( 1 ) u ( 2 ) t ' ( 2 ) + u ( 3 ) t ' ( 1 )
Figure DE102020008145A1_0097
worin aus Gründen der besseren Lesbarkeit das Argument '(0)’ weggelassen ist. Der erste Schritt zum Erreichen des Ziels besteht darin, GI.(22) nacheinander nach den gesuchten Ableitungen t’(1), t’(2), t(3) .... aufzulösen und damit durch die Ableitungen von u und v auszudrücken: t ' ( 1 ) = v ( 1 ) u ( 1 ) t ' ( 2 ) = u ( 1 ) v ( 2 ) u ( 2 ) v ( 1 ) ( u ( 1 ) ) 3 t ' ( 3 ) = u ( 1 ) v ( 3 ) u ( 3 ) v ( 1 ) ( u ( 1 ) ) 4 3 u ( 2 ) u ( 1 ) v ( 2 ) u ( 2 ) v ( 1 ) ( u ( 1 ) ) 5
Figure DE102020008145A1_0098
This goal is favored by introducing the intermediate variables and ( x ) : = x ' ( x ) v ( x ) : = t ' ( x ' ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0094
reached, with which eq. (18) the form ( and ( x ) v ( x ) ) = f ( x , t ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0095
assumes A combination of the two equations (19) and (20) gives v ( x ) = t ' ( and ( x ) )
Figure DE102020008145A1_0096
which is the starting point of the process. The basic principle consists in the repeated derivation of eq.(21) v ( 1 ) = and ( 1 ) t ' ( 1 ) v ( 2 ) = ( and ( 1 ) ) 2 t ' ( 2 ) + and ( 2 ) t ' ( 1 ) v ( 3 ) = ( and ( 1 ) ) 3 t ' ( 3 ) + 3 and ( 1 ) and ( 2 ) t ' ( 2 ) + and ( 3 ) t ' ( 1 )
Figure DE102020008145A1_0097
where the argument '(0)' is omitted for better readability. The first step to reach the goal is to solve eq.(22) for the required derivatives t' (1) , t' (2) , t (3) .... and thus by the derivatives of u and v to express: t ' ( 1 ) = v ( 1 ) and ( 1 ) t ' ( 2 ) = and ( 1 ) v ( 2 ) and ( 2 ) v ( 1 ) ( and ( 1 ) ) 3 t ' ( 3 ) = and ( 1 ) v ( 3 ) and ( 3 ) v ( 1 ) ( and ( 1 ) ) 4 3 and ( 2 ) and ( 1 ) v ( 2 ) and ( 2 ) v ( 1 ) ( and ( 1 ) ) 5
Figure DE102020008145A1_0098

Der zweite Schritt besteht darin, die Ableitungen von u und v durch Ableitungen der Funktion t(x) (einfallendes Licht) und Ableitungen von f(x, t) (Eigenschaften des optischen Systems) auszudrücken. Ableiten von GI.(20) führt für u(i) auf u ( 1 ) = f x ( 0,1 ) t ( 1 ) + f x ( 1,0 ) u ( 2 ) = f x ( 1,0 ) t ( 2 ) + f x ( 2,0 ) + 2 f x ( 1,1 ) t ( 1 ) + f x ( 0,2 ) t ( 1 ) 2 u ( 3 ) = f x ( 0,1 ) t ( 3 ) + f x ( 3,0 ) + 3 ( f x ( 2,1 ) + f x ( 1,2 ) t ( 1 ) ) t ( 1 ) + 3 ( f x ( 1,1 ) + f x ( 0,2 ) t ( 1 ) ) t ( 2 ) + f x ( 0,3 ) t ( 1 ) 3 v ( 1 ) = u ( 1 ) ( f x f t ) v ( 2 ) = u ( 2 ) ( f x f t ) v ( 3 ) = u ( 3 ) ( f x f t )

Figure DE102020008145A1_0099
wobei erneut die Argumente ‚(0)‘ und ‚(0,0)‘ fortgelassen sind. Ein vorläufiges Ergebnis für t'(i), ausgedrückt durch t(i), wird dann dadurch erhalten, dass man Gl.(24) in Gl.(23) einsetzt.The second step is to express the derivatives of u and v in terms of derivatives of the function t(x) (incident light) and derivatives of f(x, t) (properties of the optical system). Deriving from eq.(20) lists for u (i) . and ( 1 ) = f x ( 0.1 ) t ( 1 ) + f x ( 1.0 ) and ( 2 ) = f x ( 1.0 ) t ( 2 ) + f x ( 2.0 ) + 2 f x ( 1.1 ) t ( 1 ) + f x ( 0.2 ) t ( 1 ) 2 and ( 3 ) = f x ( 0.1 ) t ( 3 ) + f x ( 3.0 ) + 3 ( f x ( 2.1 ) + f x ( 1.2 ) t ( 1 ) ) t ( 1 ) + 3 ( f x ( 1.1 ) + f x ( 0.2 ) t ( 1 ) ) t ( 2 ) + f x ( 0.3 ) t ( 1 ) 3 v ( 1 ) = and ( 1 ) ( f x f t ) v ( 2 ) = and ( 2 ) ( f x f t ) v ( 3 ) = and ( 3 ) ( f x f t )
Figure DE102020008145A1_0099
where again the arguments '(0)' and '(0,0)' are omitted. A preliminary result for t' (i) expressed by t (i) is then obtained by substituting Eq.(24) into Eq.(23).

Lösungen in t-DarstellungSolutions in t-representation

Setzt man Gl.(24) in Gl.(23) für t'(i) ein, dann entstehen mit zunehmender Ordnung i rasch sehr viele ähnliche Terme mit Mischtermen aus Potenzen von Ableitungen t(i), deren Auswertung beim Einsetzen numerischer Werte für t(i) viel Rechenzeit erfordert. Daher ist die Aufgabe, eine rechenzeitsparende Methode aufzustellen, die mit vielen verschiedenen Wellenfronten wiederholt ausgewertet werden kann, durch schlichtes Einsetzen von GI.(24) in GI.(23) noch nicht gelöst. Erfindungsgemäß ist vielmehr erkannt worden, dass die symbolischen Ausdrücke, die die Abhängigkeit der Lösung t'(i) von den Ableitungen t(i) beschreibt, vor dem Einsetzen numerischer Werte so sortiert und zusammengefasst werden muss, dass nur die minimale Anzahl an Mischtermen aus Potenzen von Ableitungen t(i) numerisch ausgewertet werden muss.If one inserts Eq. (24) into Eq. (23) for t' (i) , then with increasing order i, very many similar terms with mixed terms from powers of derivatives t (i) quickly arise, whose evaluation when inserting numerical values for t (i) requires a lot of computation time. Therefore, the task of setting up a computing-time-saving method that can be repeatedly evaluated with many different wavefronts is not yet solved by simply inserting eq.(24) into eq.(23). Rather, it has been recognized according to the invention that the symbolic expressions that describe the dependency of the solution t' (i) on the derivatives t (i) must be sorted and combined before inserting numerical values in such a way that only the minimum number of mixed terms are powers of derivatives t (i) must be evaluated numerically.

Die Ordnung i = 1 ergibt noch direkt einen Bruch t ' ( 1 ) = f t ( 0,1 ) t ( 1 ) + f t ( 1,0 ) f x ( 0,1 ) t ( 1 ) + f x ( 1,0 ) = D t ( 1 ) + C B t ( 1 ) + A = : β ( D t ( 1 ) + C )

Figure DE102020008145A1_0100
wobei man der Kürze halber die Abkürzung 1 β : = u ( 1 ) = f x ( 0,1 ) t ( 1 ) + f x ( 1,0 ) = B t ( 1 ) + A
Figure DE102020008145A1_0101
benutzen kann.The order i = 1 directly results in a fraction t ' ( 1 ) = f t ( 0.1 ) t ( 1 ) + f t ( 1.0 ) f x ( 0.1 ) t ( 1 ) + f x ( 1.0 ) = D t ( 1 ) + C B t ( 1 ) + A = : β ( D t ( 1 ) + C )
Figure DE102020008145A1_0100
using the abbreviation for brevity 1 β : = and ( 1 ) = f x ( 0.1 ) t ( 1 ) + f x ( 1.0 ) = B t ( 1 ) + A
Figure DE102020008145A1_0101
can use.

Die nächsthöhere Ordnung t’(2) in GI.(23) ergibt schon: t ' ( 2 ) = β 3 ( u ( 1 ) v ( 2 ) u ( 2 ) v ( 1 ) ) = β 3 [ ( B t ( 1 ) + A ) ( D t ( 2 ) + f t ( 2,0 ) + 2 f t ( 1,1 ) t ( 1 ) + f t ( 0,2 ) t ( 1 ) 2 ) ( D t ( 1 ) + C ) ( B t ( 2 ) + f x ( 2,0 ) + 2 f x ( 1,1 ) t ( 1 ) + f x ( 0,2 ) t ( 1 ) 2 ) ] = β 3 [ ( A D B C ) t ( 2 ) + ( B D D B ) t ( 1 ) t ( 2 ) + ( A f t ( 2,0 ) C f x ( 2,0 ) ) + ( B f t ( 2,0 ) + 2 A f t ( 1,1 ) D f x ( 2,0 ) 2 C f x ( 1,1 ) ) t ( 1 ) + ( A f t ( 0,2 ) + 2 B f t ( 1,1 ) C f x ( 0,2 ) 2 D f x ( 1,1 ) ) t ( 1 ) 2 + ( B f t ( 0,2 ) D f x ( 0,2 ) ) t ( 1 ) 3 ] = β 3 [ t ( 2 ) + ( A f t ( 2,0 ) C f x ( 2,0 ) ) + ( B f t ( 2,0 ) + 2 A f t ( 1,1 ) D f x ( 2,0 ) 2 C f x ( 1,1 ) ) t ( 1 ) + ( A f t ( 0,2 ) + 2 B f t ( 1,1 ) C f x ( 0,2 ) 2 D f x ( 1,1 ) ) t ( 1 ) 2 + ( B f t ( 0,2 ) D f x ( 0,2 ) ) t ( 1 ) 3 ]

Figure DE102020008145A1_0102
d.h. also z.B. vier Beiträge zur Potenz t ( 1 ) 2
Figure DE102020008145A1_0103
die sich ausklammern lässt, und deren Vorfaktoren sich zum Vorfaktor ( A f t ( 0,2 ) + 2 B f t ( 1,1 ) C f x ( 0,2 ) 2 D f x ( 1,1 ) )
Figure DE102020008145A1_0104
zusammenfassen lassen.The next higher order t' (2) in eq. (23) results in: t ' ( 2 ) = β 3 ( and ( 1 ) v ( 2 ) and ( 2 ) v ( 1 ) ) = β 3 [ ( B t ( 1 ) + A ) ( D t ( 2 ) + f t ( 2.0 ) + 2 f t ( 1.1 ) t ( 1 ) + f t ( 0.2 ) t ( 1 ) 2 ) ( D t ( 1 ) + C ) ( B t ( 2 ) + f x ( 2.0 ) + 2 f x ( 1.1 ) t ( 1 ) + f x ( 0.2 ) t ( 1 ) 2 ) ] = β 3 [ ( A D B C ) t ( 2 ) + ( B D D B ) t ( 1 ) t ( 2 ) + ( A f t ( 2.0 ) C f x ( 2.0 ) ) + ( B f t ( 2.0 ) + 2 A f t ( 1.1 ) D f x ( 2.0 ) 2 C f x ( 1.1 ) ) t ( 1 ) + ( A f t ( 0.2 ) + 2 B f t ( 1.1 ) C f x ( 0.2 ) 2 D f x ( 1.1 ) ) t ( 1 ) 2 + ( B f t ( 0.2 ) D f x ( 0.2 ) ) t ( 1 ) 3 ] = β 3 [ t ( 2 ) + ( A f t ( 2.0 ) C f x ( 2.0 ) ) + ( B f t ( 2.0 ) + 2 A f t ( 1.1 ) D f x ( 2.0 ) 2 C f x ( 1.1 ) ) t ( 1 ) + ( A f t ( 0.2 ) + 2 B f t ( 1.1 ) C f x ( 0.2 ) 2 D f x ( 1.1 ) ) t ( 1 ) 2 + ( B f t ( 0.2 ) D f x ( 0.2 ) ) t ( 1 ) 3 ]
Figure DE102020008145A1_0102
ie, for example, four contributions to the power t ( 1 ) 2
Figure DE102020008145A1_0103
which can be excluded, and whose pre-factors become the pre-factor ( A f t ( 0.2 ) + 2 B f t ( 1.1 ) C f x ( 0.2 ) 2 D f x ( 1.1 ) )
Figure DE102020008145A1_0104
summarize.

Erfindungsgemäß kann die Methode angewendet werden unabhängig vom Wert der Determinante det T = AD - BC. Bevorzugt nutzt die Erfindung aus, dass optische Systeme symplektisch sind und det T = AD - BC = 1 erfüllen.According to the invention, the method can be used regardless of the value of the determinant det T=AD-BC. The invention preferably makes use of the fact that optical systems are symplectic and satisfy det T=AD−BC=1.

Fortgesetztes Einsetzen und Zusammenfassen führt auf Lösungen der Struktur t ' ( 1 ) = β [ c ¯ 1,1 t ( 1 ) + c ¯ 1,0 ] t ' ( 2 ) = β 3 [ t ( 2 ) + c ¯ 2,0 + c ¯ 2,1 t ( 1 ) + c ¯ 2,2 t ( 1 ) 2 + c ¯ 2,3 t ( 1 ) 3 ] t ' ( 3 ) = β 4 [ t ( 3 ) + β ( ( c ¯ 3,0 + c ¯ 3,1 t ( 1 ) + c ¯ 3,2 t ( 1 ) 2 + c ¯ 3,3 t ( 1 ) 3 + c ¯ 3,4 t ( 1 ) 4 + c ¯ 3,5 t ( 1 ) 5 ) + ( c ¯ 3,01 + c ¯ 3,11 t ( 1 ) + c ¯ 3,21 t ( 1 ) 2 ) t ( 2 ) + c ¯ 3,02 t ( 2 ) 2 ) ] t ' ( 4 ) = β 5 [ t ( 4 ) + β 2 ( ( c ¯ 4,0 + c ¯ 4,1 t ( 1 ) + + c ¯ 4,7 t ( 1 ) 7 ) + ( c ¯ 4,01 + c ¯ 4,11 t ( 1 ) + + c ¯ 4,41 t ( 1 ) 4 ) t ( 2 ) + ( c ¯ 4,02 + c ¯ 4,12 t ( 1 ) + c ¯ 4,22 t ( 1 ) 2 ) t ( 2 ) 2 + c ¯ 4,03 t ( 2 ) 3 ) + β ( ( c ¯ 4,001 + c ¯ 4,101 t ( 1 ) + c ¯ 4,201 t ( 1 ) 2 ) t ( 3 ) + c ¯ 4,011 t ( 2 ) t ( 3 ) ) ] t ' ( 5 ) = β 6 [ t ( 5 ) + ]

Figure DE102020008145A1_0105
Continued insertion and summarization leads to solutions of the structure t ' ( 1 ) = β [ c ¯ 1.1 t ( 1 ) + c ¯ 1.0 ] t ' ( 2 ) = β 3 [ t ( 2 ) + c ¯ 2.0 + c ¯ 2.1 t ( 1 ) + c ¯ 2.2 t ( 1 ) 2 + c ¯ 2.3 t ( 1 ) 3 ] t ' ( 3 ) = β 4 [ t ( 3 ) + β ( ( c ¯ 3.0 + c ¯ 3.1 t ( 1 ) + c ¯ 3.2 t ( 1 ) 2 + c ¯ 3.3 t ( 1 ) 3 + c ¯ 3.4 t ( 1 ) 4 + c ¯ 3.5 t ( 1 ) 5 ) + ( c ¯ 3.01 + c ¯ 3:11 t ( 1 ) + c ¯ 3:21 t ( 1 ) 2 ) t ( 2 ) + c ¯ 3.02 t ( 2 ) 2 ) ] t ' ( 4 ) = β 5 [ t ( 4 ) + β 2 ( ( c ¯ 4.0 + c ¯ 4.1 t ( 1 ) + ... + c ¯ 4.7 t ( 1 ) 7 ) + ( c ¯ 4.01 + c ¯ 4:11 t ( 1 ) + ... + c ¯ 4.41 t ( 1 ) 4 ) t ( 2 ) + ( c ¯ 4.02 + c ¯ 4:12 t ( 1 ) + c ¯ 4.22 t ( 1 ) 2 ) t ( 2 ) 2 + c ¯ 4.03 t ( 2 ) 3 ) + β ( ( c ¯ 4.001 + c ¯ 4.101 t ( 1 ) + c ¯ 4.201 t ( 1 ) 2 ) t ( 3 ) + c ¯ 4.011 t ( 2 ) t ( 3 ) ) ] t ' ( 5 ) = β 6 [ t ( 5 ) + ... ]
Figure DE102020008145A1_0105

Allgemein sind die Lösungen t'(i) gegeben durch einen Summenansatz der Form t ' ( i ) = β r ¯ 1 0 ( i ) k 1 , k 2 , , k i c ¯ i k β Δ r ¯ 1 ( i , k * ) t ( 1 ) k 1 t ( 2 ) k 2 t ( i ) k i = β r ¯ 1 0 ( i ) [ t ( i ) + k 1 , k 2 , , k i 1 c ¯ i k β Δ r ¯ 1 ( i , k * ) t ( 1 ) k 1 t ( 2 ) k 2 t ( i 1 ) k i 1 ] , i = 1,2,3,

Figure DE102020008145A1_0106
mit Koeffizienten cik gegeben, wobei die untere Zeile nur im symplektischen Fall gilt, und wobei k = (k1, k2,..., ki) ein Tupel k N 0 i
Figure DE102020008145A1_0107
aus Exponenten ist; k* = (k2,..., ki) ist ein Tupel, das aus k durch Fortlassen des ersten Elements entsteht, k** = (k3,..., ki) entsteht aus k durch Fortlassen der ersten beiden Elemente.In general, the solutions t' (i) are given by a sum approach of the form t ' ( i ) = β right ¯ 1 0 ( i ) k 1 , k 2 , ... , k i c ¯ i k β Δ right ¯ 1 ( i , k * ) t ( 1 ) k 1 t ( 2 ) k 2 t ( i ) k i = β right ¯ 1 0 ( i ) [ t ( i ) + k 1 , k 2 , ... , k i 1 c ¯ i k β Δ right ¯ 1 ( i , k * ) t ( 1 ) k 1 t ( 2 ) k 2 t ( i 1 ) k i 1 ] , i = 1,2,3, ...
Figure DE102020008145A1_0106
given with coefficients c ik , where the bottom row only applies in the symplectic case, and where k = (k 1 , k 2 ,..., k i ) a tuple k N 0 i
Figure DE102020008145A1_0107
is from exponents; k* = (k 2 ,..., k i ) is a tuple obtained from k by omitting the first element, k** = (k 3 ,..., k i ) arises from k by omitting the first both elements.

Die Exponenten von β sind gegeben durch r ¯ 1 0 ( i ) = ( i + 1 ) δ i 1 Δ r ¯ 1 ( i , k * ) = ( i 2 ) + δ i 1 P ( k * * )

Figure DE102020008145A1_0108
The exponents of β are given by right ¯ 1 0 ( i ) = ( i + 1 ) δ i 1 Δ right ¯ 1 ( i , k * ) = ( i 2 ) + δ i 1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0108

Die Koeffizienten c ¯ i k

Figure DE102020008145A1_0109
sind in Tabelle 4 angegeben. Zur besseren Lesbarkeit kann eine Kurzschreibweise benutzt werden T A C ( n x , n t ) : = A f t ( n x , n t ) C f x ( n x , n t ) T B D ( n x , n t ) : = B f t ( n x , n t ) D f x ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0110
sowie eine Symmetrie-Transformation X, die jede Ableitung f x ( n x , n t ) , f t ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0111
durch X ( f x ( n x , n t ) )
Figure DE102020008145A1_0112
bzw. X ( f t ( n x , n t ) )
Figure DE102020008145A1_0113
ersetzt und in einer Vertauschung der Ordnungen nx, nt sowie einem Vorzeichen besteht: X ( f x ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t f x ( n t , n x ) X ( f t ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t + 1 f t ( n t , n x )
Figure DE102020008145A1_0114
Gl. (32) impliziert direkt X(A) = -B, X(B) = -A, X(C) = D, X(D) = C, und für die Ausdrücke in GI. (31) X ( T A C ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t T B D ( n t , n x ) X ( T B D ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t T A C ( n t , n x )
Figure DE102020008145A1_0115
The coefficients c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0109
are given in Table 4. Abbreviated notation can be used for better legibility T A C ( n x , n t ) : = A f t ( n x , n t ) C f x ( n x , n t ) T B D ( n x , n t ) : = B f t ( n x , n t ) D f x ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0110
as well as a symmetry transformation X, which every derivative f x ( n x , n t ) , f t ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0111
through X ( f x ( n x , n t ) )
Figure DE102020008145A1_0112
or. X ( f t ( n x , n t ) )
Figure DE102020008145A1_0113
replaced and consists in an exchange of the orders n x , n t and a sign: X ( f x ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t f x ( n t , n x ) X ( f t ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t + 1 f t ( n t , n x )
Figure DE102020008145A1_0114
Eq. (32) directly implies X(A) = -B, X(B) = -A, X(C) = D, X(D) = C, and for the expressions in eq. (31) X ( T A C ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t T B D ( n t , n x ) X ( T B D ( n x , n t ) ) = ( 1 ) n x + n t T A C ( n t , n x )
Figure DE102020008145A1_0115

Die Summation in GI.(29) ist so aufgebaut, dass das Tupel k* über einen Bereich k* ∈ P(i - 1) läuft, der nur von der Ordnung i abhängt, wobei die Menge P definiert ist durch P ( p ) : = { k N 0 p | P ( k ) p } = q = 1 p P ( q ) w o b e i P ( p ) : = { k N 0 p | P ( k ) = p } = m = 1 p P ( p , m ) w o b e i P ( p , m ) : = { k N 0 p | P ( k ) = p M ( k ) = m } ,

Figure DE102020008145A1_0116
The summation in Eq.(29) is constructed in such a way that the tuple k* runs over a region k* ∈ P (i - 1) which depends only on the order i, where the set P is defined by P ( p ) : = { k N 0 p | P ( k ) p } = q = 1 p P ( q ) w O b e i P ( p ) : = { k N 0 p | P ( k ) = p } = m = 1 p P ( p , m ) w O b e i P ( p , m ) : = { k N 0 p | P ( k ) = p M ( k ) = m } ,
Figure DE102020008145A1_0116

Dabei sind die in GI.(34) verwendeten Zahlen die Größe M(k) und die Partitionsordnung P(k) und definiert durch M ( k ) : = v = 1 p k v = k 1 + k 2 + + k p P ( k ) : = v = 1 p v k v = k 1 + 2 k 2 + + p k p

Figure DE102020008145A1_0117
The numbers used in Eq.(34) are the size M(k) and the partition order P(k) and are defined by M ( k ) : = v = 1 p k v = k 1 + k 2 + ... + k p P ( k ) : = v = 1 p v k v = k 1 + 2 k 2 + ... + p k p
Figure DE102020008145A1_0117

Der Index k1 läuft dabei über den Bereich 0 ≤ k1 ≤ 2(i - P(k*) - 1) + δP(k*),0, der von der Ordnung i und k*abhängt.The index k 1 runs over the range 0 ≤ k 1 ≤ 2(i - P(k*) - 1) + δ P(k*),0 , which depends on the order i and k*.

Ein Tupel kann alternativ zur Darstellung durch Angabe von Zahlen auch graphisch dargestellt werden, vorzugsweise mit Hilfe von Young-Diagrammen (siehe 7). Eine besonders bevorzugte Form dieser Darstellung besteht darin, für ein gegebenes Tupel k das Diagramm so zu wählen, dass die Anzahl der Kästchen gleich P(k) ist. Ist imax der Index (also die Ordnung) des höchsten nichtverschwindenden Eintrags von k, dann enthält das Young-Diagramm, wie in der 8 dargestellt, an seiner linken Seite ein Rechteck aus imax Zeilen und k i m a x

Figure DE102020008145A1_0118
Spalten. Alle weiteren Spalten des Diagramms werden von rechts hinzugefügt, als nächstes ein Rechteck aus (imax -1) Zeilen und k i m a x 1
Figure DE102020008145A1_0119
Spalten, und das Diagramm endet an seiner rechten Seite mit einem Rechteck aus einer Zeile und k1 Spalten.As an alternative to displaying numbers, a tuple can also be displayed graphically, preferably using Young diagrams (see Fig 7 ). A particularly preferred form of this representation consists in choosing the diagram for a given tuple k in such a way that the number of boxes chen equals P(k). If i max is the index (i.e. the order) of the highest non-zero entry of k, then the Young diagram, as in the 8th shown, on its left side a rectangle of i max rows and k i m a x
Figure DE102020008145A1_0118
Columns. All further columns of the diagram are added from the right, next a rectangle of (i max -1) rows and k i m a x 1
Figure DE102020008145A1_0119
columns, and the diagram ends on its right side with a rectangle of 1 row and k 1 columns.

In der folgenden Tabelle 4 sind die Koeffizienten c ¯ i k

Figure DE102020008145A1_0120
für allgemeine optische Systeme angegeben sowie für eine einfache Propagation über eine Distanz d = τ/n sowie für eine Propagation durch eine Einzelfläche mit Flächenableitungen z ¯ ( 2 ) , z ¯ ( 3 ) , z ¯ ( 4 ) , ...
Figure DE102020008145A1_0121
zwischen zwei Medien mit Brechungsindizes n und n'. Tabelle 4: Ord Indizes Vorfaktor Term Koeffizient c ¯ i k c ¯ i , ( k 1 , k * )
Figure DE102020008145A1_0122
i k i k*. β Δ r ¯ 1
Figure DE102020008145A1_0123
Term Symbol Allgemeiner Fall einfache Propagation, Distanz τ/n Brechung an Einzelfläche (β=1)
1 0 0 1 1 c ¯ 1,0
Figure DE102020008145A1_0124
C 0 ( n ' n ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0125
1 1 0 1 t (1) c ¯ 1,1
Figure DE102020008145A1_0126
X ( c ¯ 1,1 ) = D
Figure DE102020008145A1_0127
1 1
2 0 0 1 1 c ¯ 2,0
Figure DE102020008145A1_0128
T A C ( 2,0 )
Figure DE102020008145A1_0129
0 ( n ' n ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0130
2 1 0 1 t (1) c ¯ 2,1
Figure DE102020008145A1_0131
2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 )
Figure DE102020008145A1_0132
0 0
2 2 0 1 (t (1))2 c ¯ 2,2
Figure DE102020008145A1_0133
X ( c ¯ 2,1 ) = T A C ( 2,0 ) + 2 T B D ( 1,1 )
Figure DE102020008145A1_0134
0 0
2 3 0 1 (t (1))3 c ¯ 2,3
Figure DE102020008145A1_0135
X ( c ¯ 2,0 ) = T B D ( 0,2 )
Figure DE102020008145A1_0136
0 0
2 0 1 1 t (2) c ¯ 2,01
Figure DE102020008145A1_0137
1 1 1
3 0 0 β 1 c ¯ 3,0
Figure DE102020008145A1_0138
3 T A C ( 2,0 ) f x ( 2,0 ) + A T A C ( 3,0 )
Figure DE102020008145A1_0139
0 ( n ' n ) ( z ¯ ( 4 ) + 3 ( n 2 / n ' 2 1 ) z ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0140
3 1 0 β t (1) c ¯ 3,1
Figure DE102020008145A1_0141
6 T A C ( 2,0 ) f x ( 1,1 ) 3 ( T B D ( 2,0 ) + 2 T A C ( 1,1 ) ) f x ( 2,0 ) + 3 A T A C ( 2,1 ) + B T A C ( 3,0 ) + A T B D ( 3,0 )
Figure DE102020008145A1_0142
0 3 ( n n ) ( n + 3 n ) / n 2 z ¯ ( 2 ) 3
Figure DE102020008145A1_0143
3 2 0 β (t (1))2 c ¯ 3,2
Figure DE102020008145A1_0144
3 A ( T A C ( 1,2 ) + T B D ( 2,1 ) ) + B ( 3 T A C ( 2,1 ) + T B D ( 3,0 ) ) 3 T A C ( 2,0 ) f x ( 0,2 ) 6 ( 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) f x ( 1,1 ) 3 ( T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) ) f x ( 2,0 )
Figure DE102020008145A1_0145
0 3 ( n n ) ( 2 n + 3 n ) / ( n n 2 ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0146
3 3 0 β (t (1))3 c ¯ 3,3
Figure DE102020008145A1_0147
X ( c ¯ 3,2 )
Figure DE102020008145A1_0148
0 3 ( n n ) ( n + n ) / ( n 2 n 2 )
Figure DE102020008145A1_0149
3 4 0 β (t (1))4 c ¯ 3,4
Figure DE102020008145A1_0150
X ( c ¯ 3,1 )
Figure DE102020008145A1_0151
)
0 0
3 5 0 β (t (1))5 c ¯ 3,5
Figure DE102020008145A1_0152
X ( c ¯ 3,0 )
Figure DE102020008145A1_0153
0 0
3 0 1 β t (2) c ¯ 3,01
Figure DE102020008145A1_0154
3 ( B T A C ( 2,0 ) A T A C ( 1,1 ) + ƒ x ( 2,0 ) )
Figure DE102020008145A1_0155
0 0
3 1 1 β t (1)t(2) c ¯ 3,11
Figure DE102020008145A1_0156
3 ( B T B D ( 2,0 ) A T A C ( 0,2 ) + 3 ƒ x ( 1,1 ) )
Figure DE102020008145A1_0157
0 0
3 2 1 β (t (1))2 t (2) c ¯ 3,21
Figure DE102020008145A1_0158
X ( c ¯ 3,01 )
Figure DE102020008145A1_0159
0 0
3 0 2 β (t (2))2 c ¯ 3,02
Figure DE102020008145A1_0160
-3B -3τ/n 2 0
3 0 01 β t (3) c ¯ 3,001
Figure DE102020008145A1_0161
1 1 1
4 0 0 β 2 1 c ¯ 4,0
Figure DE102020008145A1_0162
15 T A C ( 2,0 ) ( f x ( 2,0 ) ) 2 + A ( A T A C ( 4,0 ) 6 T A C ( 3,0 ) f x ( 2,0 ) 4 T A C ( 2,0 ) f x ( 3,0 ) )
Figure DE102020008145A1_0163
0 ( n ' n ) ( z ¯ ( 5 ) + 2 ( n n ' ) / n ' 2 × ( 9 n + 11 n ' ) z ¯ ( 2 ) 2 z ¯ ( 3 ) )
Figure DE102020008145A1_0164
4 1 0 β 2 t (1) c ¯ 4,1
Figure DE102020008145A1_0165
2 ( 9 A T A C ( 2,1 ) + 5 B T A C ( 3,0 ) + A T B D ( 3,0 ) ) f x ( 2,0 ) + 15 ( 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) ( f x ( 2,0 ) ) 2 12 ( A T A C ( 3,0 ) 5 T A C ( 2,0 ) f x ( 2,0 ) ) f x ( 1,1 ) + A ( 4 A T A C ( 3,1 ) + 2 B T A C ( 4,0 ) + A T B D ( 4,0 ) 12 T A C ( 2,0 ) f x ( 2,1 ) 8 ( T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) f x ( 3,0 ) ) f x ( 1,1 )
Figure DE102020008145A1_0166
0 2 ( n ' n ) ( 7 n ' + 18 n ) / n ' 2 z ¯ ( 2 ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0167
4 2 0 β 2 (t (1))2 c ¯ 4,2
Figure DE102020008145A1_0168
A 2 ( 6 T A C ( 2,2 ) + 4 T B D ( 3,1 ) ) + 2 A B ( 4 T A C ( 3,1 ) + T B D ( 4,0 ) ) + 60 T A C ( 2,0 ) ( f x ( 1,1 ) ) 2 6 ( A T A C ( 3,0 ) 5 T A C ( 2,0 ) f x ( 2,0 ) ) + B 2 T A C ( 4,0 ) + 4 ( 9 A T A C ( 2,1 ) B T A C ( 3,0 ) 5 A T B D ( 3,0 ) + 15 ( 2 T A C ( 2,1 ) + T B D ( 2,0 ) f x ( 2,0 ) ) ) f x ( 1,1 ) 12 A T A C ( 2,0 ) f x ( 1,2 ) + 3 ( ( 2 A ( 3 T A C ( 1,2 ) + 5 T B D ( 2,1 ) ) + 2 B ( T A C ( 2,1 ) + T B D ( 3,0 ) ) 5 ( T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) ) f x ( 2,0 ) ) f x ( 2,0 ) + 8 ( A T A C ( 1,1 ) + B T A C ( 2,0 ) ) f x ( 2,1 ) ) 4 ( A T A C ( 0,2 ) + B ( 4 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) ) f x ( 3,0 )
Figure DE102020008145A1_0169
0 2 ( n n ) ( 5 n + 9 n ) / ( n n 2 ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0170
4 3 0 β 2 (t (1))3 c ¯ 4,3
Figure DE102020008145A1_0171
A 2 ( 4 T A C ( 1,3 ) + 6 T B D ( 2,2 ) ) + 4 A B ( 3 T A C ( 2,2 ) + 2 T B D ( 3,1 ) ) + B 2 ( 4 T A C ( 3,1 ) + T B D ( 4,0 ) ) A T A C ( 2,0 ) f x ( 0,3 ) + 2 ( 5 B T A C ( 3,0 ) A ( 9 T A C ( 2,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) + 30 T A C ( 2,0 ) f x ( 1,1 ) + 15 ( 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) f x ( 2,0 ) ) f x ( 0,2 ) + 3 ( 20 ( 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) ( f x ( 1,1 ) ) 2 8 ( A T A C ( 1,1 ) + B T A C ( 2,0 ) ) f x ( 1,2 ) + ( 2 ( A T A C ( 0,3 ) + B T A C ( 1,2 ) + 5 A T B D ( 1,2 ) + 3 B T B D ( 2,1 ) ) + 5 T B D ( 0,2 ) f x ( 2,0 ) ) f x ( 2,0 ) 4 ( 3 A T A C ( 1,2 ) + B T A C ( 2,1 ) + 5 A T B D ( 2,1 ) + B T B D ( 3,0 ) 5 ( T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) ) f x ( 2,0 ) ) f x ( 1,1 ) 4 ( A T A C ( 0,2 ) + 4 B T A C ( 1,1 ) + B T B D ( 2,0 ) ) f x ( 2,1 ) ) 8 ( A T A C ( 0,2 ) + B T B D ( 1,1 ) ) f x ( 3,0 )
Figure DE102020008145A1_0172
0 0
4 4 0 β 2 (t (l))4 c ¯ 4,4
Figure DE102020008145A1_0173
X ( c ¯ 4,3 )
Figure DE102020008145A1_0174
0 0
4 5 0 β 2 t (1)5 c ¯ 4,5
Figure DE102020008145A1_0175
X ( c ¯ 4,2 )
Figure DE102020008145A1_0176
0 0
4 6 0 β 2 (t (1))6 c ¯ 4,6
Figure DE102020008145A1_0177
X ( c ¯ 4,1 )
Figure DE102020008145A1_0178
0 0
4 7 0 β 2 (t (1))7 c ¯ 4,7
Figure DE102020008145A1_0179
X ( c ¯ 4,0 )
Figure DE102020008145A1_0180
0 0
4 0 1 β 2 t (2) c ¯ 4,01
Figure DE102020008145A1_0181
6 A 2 T A C ( 2,1 ) 12 A T A C ( 2,0 ) f x ( 1,1 ) + 30 B T A C ( 2,0 ) f x ( 2,0 ) 18 A T A C ( 1,1 ) f X ( 2,0 ) + 15 ( f X ( 2,0 ) ) 2 6 A B T A C ( 3,0 ) + 4 A f x ( 3,0 )
Figure DE102020008145A1_0182
0 6 ( n ' n ) ( 2 n ' + 3 n ) / n ' 2 z ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0183
4 1 1 β 2 t (1) t (2) c ¯ 4,11
Figure DE102020008145A1_0184
60 A T A C ( 1,1 ) f x ( 1,1 ) + 12 A 2 T A C ( 1,2 ) f x ( 1,1 ) + 30 B T B D ( 2,0 ) f x ( 2,0 ) 10 B 2 T A C ( 3,0 ) 2 A B T B D ( 3,0 ) 18 A T A C ( 0,2 ) f x ( 2,0 ) 12 A T A C ( 2,0 ) f x ( 0,2 ) + 24 B T A C ( 1,1 ) f x ( 2,0 ) + 36 B T A C ( 2,0 ) f x ( 1,1 ) + 90 f x ( 2,0 ) f x ( 1,1 ) 18 A f x ( 21,1 )
Figure DE102020008145A1_0185
0 6 ( n ' n ) ( 5 n + 6 n ) / ( n n 2 ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0186
4 2 1 β 2 (t (1))2 t (2) c ¯ 4,21
Figure DE102020008145A1_0187
6 ( A 2 T A C ( 0,3 ) 3 B 2 T A C ( 2,1 ) B 2 T B D ( 3,0 ) 7 A T A C ( 1,1 ) ƒ x ( 0,2 ) 8 A T A C ( 0,2 ) ƒ x ( 1,1 ) + 3 A 2 T B D ( 1,2 ) + 8 B T B D ( 2,0 ) ƒ x ( 1,1 ) + 7 B T B D ( 1,1 ) ƒ x ( 2,0 ) + 20 ( ƒ x ( 1,1 ) ) 2 A ƒ x ( 1,2 ) + A B ( ƒ x ( 0,2 ) ƒ t ( 2,0 ) ƒ x ( 2,0 ) ƒ t ( 0,2 ) ) + 10 ƒ x ( 2,0 ) ƒ x ( 0,2 ) B ƒ x ( 2,1 ) )
Figure DE102020008145A1_0188
0 18 ( n ' n ) ( n + n ) / ( n 2 n 2 )
Figure DE102020008145A1_0189
4 3 1 β 2 (t (1))3 t (2) c ¯ 4,31
Figure DE102020008145A1_0190
X ( c ¯ 4,11 )
Figure DE102020008145A1_0191
0 0
4 4 1 β 2 (t (1))4 t (2) c ¯ 4,41
Figure DE102020008145A1_0192
X ( c ¯ 4,01 )
Figure DE102020008145A1_0193
0 0
4 0 2 β 2 t (2))2 c ¯ 4,02
Figure DE102020008145A1_0194
3 ( A 2 T A C ( 0,2 ) 6 A B T A C ( 1,1 ) + 5 B 2 T A C ( 2,0 ) 4 A f x ( 1,1 ) + 10 B f x ( 2,0 ) )
Figure DE102020008145A1_0195
0 0
4 1 2 β 2 t (1)(t (2))2 c ¯ 4,12
Figure DE102020008145A1_0196
3 ( A B ( 3 T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) ) + 5 B 2 T A C ( 2,0 ) 5 A f x ( 0,2 ) + 20 B f x ( 1,1 ) )
Figure DE102020008145A1_0197
0 0
4 2 2 β 2 (t (1))2(t (2))2 c ¯ 4,22
Figure DE102020008145A1_0198
6 B ( 2 A T B D ( 0,2 ) + 2 B T B D ( 1,1 ) + 3 f X ( 0,2 ) )
Figure DE102020008145A1_0199
0 0
4 0 01 β t (3) c ¯ 4,001
Figure DE102020008145A1_0200
2 ( 2 A T A C ( 1,1 ) 2 B T A C ( 2,0 ) 3 f x ( 2,0 ) )
Figure DE102020008145A1_0201
0 0
4 1 01 β t (1) t (3) c ¯ 4,101
Figure DE102020008145A1_0202
4 ( A T A C ( 0,2 ) B T B D ( 0,2 ) 4 f x ( 1,1 ) )
Figure DE102020008145A1_0203
0 0
4 2 01 β (t (1))2 t (3) c ¯ 4,201
Figure DE102020008145A1_0204
X ( c ¯ 4,001 )
Figure DE102020008145A1_0205
0 0
4 0 3 β 2 (t (2))3 c ¯ 4,03
Figure DE102020008145A1_0206
15B 2 15τ2/n 4 0
4 0 11 β t (2) t (3) c ¯ 4,011
Figure DE102020008145A1_0207
-10B -10τ/n 2 0
4 0 001 1 t (4) c ¯ 4,0001
Figure DE102020008145A1_0208
1 1 1
5 0 0 β 3 1 c ¯ 5,0
Figure DE102020008145A1_0209
... 0 ( n ' n ) × ( z ¯ ( 6 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) 5 + ( ) z ¯ ( 2 ) 2 z ¯ ( 4 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) z ¯ ( 3 ) 2 )
Figure DE102020008145A1_0210
5 0 0 1 1 c ¯ 5,00001
Figure DE102020008145A1_0211
1 1 1
6 0 0 β 4 1 c ¯ 6,0
Figure DE102020008145A1_0212
0 ( n ' n ) × ( z ¯ ( 7 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) 4 z ¯ ( 3 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) 2 z ¯ ( 5 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) z ¯ ( 3 ) z ¯ ( 4 ) + ( ) z ¯ ( 3 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0213
In Table 4 below are the coefficients c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0120
given for general optical systems and for a simple propagation over a distance d = τ/n as well as for a propagation through a single surface with surface derivatives e.g ¯ ( 2 ) , e.g ¯ ( 3 ) , e.g ¯ ( 4 ) , ...
Figure DE102020008145A1_0121
between two media with refractive indices n and n'. Table 4: ord indices prefactor term coefficient c ¯ i k c ¯ i , ( k 1 , k * )
Figure DE102020008145A1_0122
i k i k *. β Δ right ¯ 1
Figure DE102020008145A1_0123
term symbol general case simple propagation, distance τ / n Refraction at single plane (β=1)
1 0 0 1 1 c ¯ 1.0
Figure DE102020008145A1_0124
C 0 ( n ' n ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0125
1 1 0 1 t (1) c ¯ 1.1
Figure DE102020008145A1_0126
X ( c ¯ 1.1 ) = D
Figure DE102020008145A1_0127
1 1
2 0 0 1 1 c ¯ 2.0
Figure DE102020008145A1_0128
T A C ( 2.0 )
Figure DE102020008145A1_0129
0 ( n ' n ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0130
2 1 0 1 t (1) c ¯ 2.1
Figure DE102020008145A1_0131
2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 )
Figure DE102020008145A1_0132
0 0
2 2 0 1 ( t (1) ) 2 c ¯ 2.2
Figure DE102020008145A1_0133
X ( c ¯ 2.1 ) = T A C ( 2.0 ) + 2 T B D ( 1.1 )
Figure DE102020008145A1_0134
0 0
2 3 0 1 ( t (1) ) 3 c ¯ 2.3
Figure DE102020008145A1_0135
X ( c ¯ 2.0 ) = T B D ( 0.2 )
Figure DE102020008145A1_0136
0 0
2 0 1 1 t (2) c ¯ 2.01
Figure DE102020008145A1_0137
1 1 1
3 0 0 β 1 c ¯ 3.0
Figure DE102020008145A1_0138
3 T A C ( 2.0 ) f x ( 2.0 ) + A T A C ( 3.0 )
Figure DE102020008145A1_0139
0 ( n ' n ) ( e.g ¯ ( 4 ) + 3 ( n 2 / n ' 2 1 ) e.g ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0140
3 1 0 β t (1) c ¯ 3.1
Figure DE102020008145A1_0141
6 T A C ( 2.0 ) f x ( 1.1 ) 3 ( T B D ( 2.0 ) + 2 T A C ( 1.1 ) ) f x ( 2.0 ) + 3 A T A C ( 2.1 ) + B T A C ( 3.0 ) + A T B D ( 3.0 )
Figure DE102020008145A1_0142
0 3 ( n n ) ( n + 3 n ) / n 2 e.g ¯ ( 2 ) 3
Figure DE102020008145A1_0143
3 2 0 β ( t (1) ) 2 c ¯ 3.2
Figure DE102020008145A1_0144
3 A ( T A C ( 1.2 ) + T B D ( 2.1 ) ) + B ( 3 T A C ( 2.1 ) + T B D ( 3.0 ) ) 3 T A C ( 2.0 ) f x ( 0.2 ) 6 ( 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) f x ( 1.1 ) 3 ( T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) ) f x ( 2.0 )
Figure DE102020008145A1_0145
0 3 ( n n ) ( 2 n + 3 n ) / ( n n 2 ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0146
3 3 0 β ( t (1) ) 3 c ¯ 3.3
Figure DE102020008145A1_0147
X ( c ¯ 3.2 )
Figure DE102020008145A1_0148
0 3 ( n n ) ( n + n ) / ( n 2 n 2 )
Figure DE102020008145A1_0149
3 4 0 β ( t (1) ) 4 c ¯ 3.4
Figure DE102020008145A1_0150
X ( c ¯ 3.1 )
Figure DE102020008145A1_0151
)
0 0
3 5 0 β ( t (1) ) 5 c ¯ 3.5
Figure DE102020008145A1_0152
X ( c ¯ 3.0 )
Figure DE102020008145A1_0153
0 0
3 0 1 β t (2) c ¯ 3.01
Figure DE102020008145A1_0154
3 ( B T A C ( 2.0 ) A T A C ( 1.1 ) + ƒ x ( 2.0 ) )
Figure DE102020008145A1_0155
0 0
3 1 1 β t (1) t (2) c ¯ 3:11
Figure DE102020008145A1_0156
3 ( B T B D ( 2.0 ) A T A C ( 0.2 ) + 3 ƒ x ( 1.1 ) )
Figure DE102020008145A1_0157
0 0
3 2 1 β ( t (1) ) 2t ( 2 ) c ¯ 3:21
Figure DE102020008145A1_0158
X ( c ¯ 3.01 )
Figure DE102020008145A1_0159
0 0
3 0 2 β ( t (2) ) 2 c ¯ 3.02
Figure DE102020008145A1_0160
-3 B -3τ/ n 2 0
3 0 01 β t (3) c ¯ 3.001
Figure DE102020008145A1_0161
1 1 1
4 0 0 β 2 1 c ¯ 4.0
Figure DE102020008145A1_0162
15 T A C ( 2.0 ) ( f x ( 2.0 ) ) 2 + A ( A T A C ( 4.0 ) 6 T A C ( 3.0 ) f x ( 2.0 ) 4 T A C ( 2.0 ) f x ( 3.0 ) )
Figure DE102020008145A1_0163
0 ( n ' n ) ( e.g ¯ ( 5 ) + 2 ( n n ' ) / n ' 2 × ( 9 n + 11 n ' ) e.g ¯ ( 2 ) 2 e.g ¯ ( 3 ) )
Figure DE102020008145A1_0164
4 1 0 β 2 t (1) c ¯ 4.1
Figure DE102020008145A1_0165
2 ( 9 A T A C ( 2.1 ) + 5 B T A C ( 3.0 ) + A T B D ( 3.0 ) ) f x ( 2.0 ) + 15 ( 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) ( f x ( 2.0 ) ) 2 12 ( A T A C ( 3.0 ) 5 T A C ( 2.0 ) f x ( 2.0 ) ) f x ( 1.1 ) + A ( 4 A T A C ( 3.1 ) + 2 B T A C ( 4.0 ) + A T B D ( 4.0 ) 12 T A C ( 2.0 ) f x ( 2.1 ) 8th ( T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) f x ( 3.0 ) ) f x ( 1.1 )
Figure DE102020008145A1_0166
0 2 ( n ' n ) ( 7 n ' + 18 n ) / n ' 2 e.g ¯ ( 2 ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0167
4 2 0 β 2 ( t (1) ) 2 c ¯ 4.2
Figure DE102020008145A1_0168
A 2 ( 6 T A C ( 2.2 ) + 4 T B D ( 3.1 ) ) + 2 A B ( 4 T A C ( 3.1 ) + T B D ( 4.0 ) ) + 60 T A C ( 2.0 ) ( f x ( 1.1 ) ) 2 6 ( A T A C ( 3.0 ) 5 T A C ( 2.0 ) f x ( 2.0 ) ) + B 2 T A C ( 4.0 ) + 4 ( 9 A T A C ( 2.1 ) B T A C ( 3.0 ) 5 A T B D ( 3.0 ) + 15 ( 2 T A C ( 2.1 ) + T B D ( 2.0 ) f x ( 2.0 ) ) ) f x ( 1.1 ) 12 A T A C ( 2.0 ) f x ( 1.2 ) + 3 ( ( 2 A ( 3 T A C ( 1.2 ) + 5 T B D ( 2.1 ) ) + 2 B ( T A C ( 2.1 ) + T B D ( 3.0 ) ) 5 ( T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) ) f x ( 2.0 ) ) f x ( 2.0 ) + 8th ( A T A C ( 1.1 ) + B T A C ( 2.0 ) ) f x ( 2.1 ) ) 4 ( A T A C ( 0.2 ) + B ( 4 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) ) f x ( 3.0 )
Figure DE102020008145A1_0169
0 2 ( n n ) ( 5 n + 9 n ) / ( n n 2 ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0170
4 3 0 β 2 ( t (1) ) 3 c ¯ 4.3
Figure DE102020008145A1_0171
A 2 ( 4 T A C ( 1.3 ) + 6 T B D ( 2.2 ) ) + 4 A B ( 3 T A C ( 2.2 ) + 2 T B D ( 3.1 ) ) + B 2 ( 4 T A C ( 3.1 ) + T B D ( 4.0 ) ) A T A C ( 2.0 ) f x ( 0.3 ) + 2 ( 5 B T A C ( 3.0 ) A ( 9 T A C ( 2.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) + 30 T A C ( 2.0 ) f x ( 1.1 ) + 15 ( 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) f x ( 2.0 ) ) f x ( 0.2 ) + 3 ( 20 ( 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) ( f x ( 1.1 ) ) 2 8th ( A T A C ( 1.1 ) + B T A C ( 2.0 ) ) f x ( 1.2 ) + ( 2 ( A T A C ( 0.3 ) + B T A C ( 1.2 ) + 5 A T B D ( 1.2 ) + 3 B T B D ( 2.1 ) ) + 5 T B D ( 0.2 ) f x ( 2.0 ) ) f x ( 2.0 ) 4 ( 3 A T A C ( 1.2 ) + B T A C ( 2.1 ) + 5 A T B D ( 2.1 ) + B T B D ( 3.0 ) 5 ( T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) ) f x ( 2.0 ) ) f x ( 1.1 ) 4 ( A T A C ( 0.2 ) + 4 B T A C ( 1.1 ) + B T B D ( 2.0 ) ) f x ( 2.1 ) ) 8th ( A T A C ( 0.2 ) + B T B D ( 1.1 ) ) f x ( 3.0 )
Figure DE102020008145A1_0172
0 0
4 4 0 β 2 ( t (l) ) 4 c ¯ 4.4
Figure DE102020008145A1_0173
X ( c ¯ 4.3 )
Figure DE102020008145A1_0174
0 0
4 5 0 β 2 t (1)5 c ¯ 4.5
Figure DE102020008145A1_0175
X ( c ¯ 4.2 )
Figure DE102020008145A1_0176
0 0
4 6 0 β 2 ( t (1) ) 6 c ¯ 4.6
Figure DE102020008145A1_0177
X ( c ¯ 4.1 )
Figure DE102020008145A1_0178
0 0
4 7 0 β 2 ( t (1) ) 7 c ¯ 4.7
Figure DE102020008145A1_0179
X ( c ¯ 4.0 )
Figure DE102020008145A1_0180
0 0
4 0 1 β 2 t (2) c ¯ 4.01
Figure DE102020008145A1_0181
6 A 2 T A C ( 2.1 ) 12 A T A C ( 2.0 ) f x ( 1.1 ) + 30 B T A C ( 2.0 ) f x ( 2.0 ) 18 A T A C ( 1.1 ) f X ( 2.0 ) + 15 ( f X ( 2.0 ) ) 2 6 A B T A C ( 3.0 ) + 4 A f x ( 3.0 )
Figure DE102020008145A1_0182
0 6 ( n ' n ) ( 2 n ' + 3 n ) / n ' 2 e.g ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0183
4 1 1 β 2 t (1) t (2) c ¯ 4:11
Figure DE102020008145A1_0184
60 A T A C ( 1.1 ) f x ( 1.1 ) + 12 A 2 T A C ( 1.2 ) f x ( 1.1 ) + 30 B T B D ( 2.0 ) f x ( 2.0 ) 10 B 2 T A C ( 3.0 ) 2 A B T B D ( 3.0 ) 18 A T A C ( 0.2 ) f x ( 2.0 ) 12 A T A C ( 2.0 ) f x ( 0.2 ) + 24 B T A C ( 1.1 ) f x ( 2.0 ) + 36 B T A C ( 2.0 ) f x ( 1.1 ) + 90 f x ( 2.0 ) f x ( 1.1 ) 18 A f x ( 21:1 )
Figure DE102020008145A1_0185
0 6 ( n ' n ) ( 5 n + 6 n ) / ( n n 2 ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0186
4 2 1 β 2 ( t (1) ) 2t ( 2 ) c ¯ 4:21
Figure DE102020008145A1_0187
6 ( A 2 T A C ( 0.3 ) 3 B 2 T A C ( 2.1 ) B 2 T B D ( 3.0 ) 7 A T A C ( 1.1 ) ƒ x ( 0.2 ) 8th A T A C ( 0.2 ) ƒ x ( 1.1 ) + 3 A 2 T B D ( 1.2 ) + 8th B T B D ( 2.0 ) ƒ x ( 1.1 ) + 7 B T B D ( 1.1 ) ƒ x ( 2.0 ) + 20 ( ƒ x ( 1.1 ) ) 2 A ƒ x ( 1.2 ) + A B ( ƒ x ( 0.2 ) ƒ t ( 2.0 ) ƒ x ( 2.0 ) ƒ t ( 0.2 ) ) + 10 ƒ x ( 2.0 ) ƒ x ( 0.2 ) B ƒ x ( 2.1 ) )
Figure DE102020008145A1_0188
0 18 ( n ' n ) ( n + n ) / ( n 2 n 2 )
Figure DE102020008145A1_0189
4 3 1 β 2 ( t (1) ) 3t ( 2 ) c ¯ 4:31
Figure DE102020008145A1_0190
X ( c ¯ 4:11 )
Figure DE102020008145A1_0191
0 0
4 4 1 β 2 ( t (1) ) 4t ( 2) c ¯ 4.41
Figure DE102020008145A1_0192
X ( c ¯ 4.01 )
Figure DE102020008145A1_0193
0 0
4 0 2 β 2 t (2) ) 2 c ¯ 4.02
Figure DE102020008145A1_0194
3 ( A 2 T A C ( 0.2 ) 6 A B T A C ( 1.1 ) + 5 B 2 T A C ( 2.0 ) 4 A f x ( 1.1 ) + 10 B f x ( 2.0 ) )
Figure DE102020008145A1_0195
0 0
4 1 2 β 2 t (1) ( t (2) ) 2 c ¯ 4:12
Figure DE102020008145A1_0196
3 ( A B ( 3 T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) ) + 5 B 2 T A C ( 2.0 ) 5 A f x ( 0.2 ) + 20 B f x ( 1.1 ) )
Figure DE102020008145A1_0197
0 0
4 2 2 β 2 ( t (1) ) 2 ( t (2) ) 2 c ¯ 4.22
Figure DE102020008145A1_0198
6 B ( 2 A T B D ( 0.2 ) + 2 B T B D ( 1.1 ) + 3 f X ( 0.2 ) )
Figure DE102020008145A1_0199
0 0
4 0 01 β t (3) c ¯ 4.001
Figure DE102020008145A1_0200
2 ( 2 A T A C ( 1.1 ) 2 B T A C ( 2.0 ) 3 f x ( 2.0 ) )
Figure DE102020008145A1_0201
0 0
4 1 01 β t (1) t (3) c ¯ 4.101
Figure DE102020008145A1_0202
4 ( A T A C ( 0.2 ) B T B D ( 0.2 ) 4 f x ( 1.1 ) )
Figure DE102020008145A1_0203
0 0
4 2 01 β ( t (1) ) 2t ( 3 ) c ¯ 4.201
Figure DE102020008145A1_0204
X ( c ¯ 4.001 )
Figure DE102020008145A1_0205
0 0
4 0 3 β 2 ( t (2) ) 3 c ¯ 4.03
Figure DE102020008145A1_0206
15 B 2 15τ2 / n4 0
4 0 11 β t (2) t (3) c ¯ 4.011
Figure DE102020008145A1_0207
-10B -10τ/ n 2 0
4 0 001 1 t (4) c ¯ 4.0001
Figure DE102020008145A1_0208
1 1 1
5 0 0 β 3 1 c ¯ 5.0
Figure DE102020008145A1_0209
... 0 ( n ' n ) × ( e.g ¯ ( 6 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) 5 + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) 2 e.g ¯ ( 4 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) e.g ¯ ( 3 ) 2 )
Figure DE102020008145A1_0210
5 0 0 1 1 c ¯ 5.00001
Figure DE102020008145A1_0211
1 1 1
6 0 0 β 4 1 c ¯ 6.0
Figure DE102020008145A1_0212
0 ( n ' n ) × ( e.g ¯ ( 7 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) 4 e.g ¯ ( 3 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) 2 e.g ¯ ( 5 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) e.g ¯ ( 3 ) e.g ¯ ( 4 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 3 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0213

Lösungen in w-DarstellungSolutions in w-representation

Die Lösungen für die Ableitungen der Wellenfronten w'(p) erhält man durch Anwendung der Transformation H (siehe 3), um die Ableitungen w’'(2), w'(3), w’(4), ... der ausfallenden Wellenfront als Funktion der Ableitungen w(2), w(3), w(4), ...der einfallenden Wellenfront zu beschreiben. Zu diesem Zweck kann man GI.(9) auf w'(p), t'(i) statt auf w(p), t(i) anwenden und erhält
w ' ( 2 ) = t ' ( 1 ) / n ' , w ' ( 3 ) = t ' ( 2 ) / n ' , w ' ( 4 ) = ( t ' ( 3 ) + 3 t ' ( 1 ) 3 / n ' 2 ) / n ' , .

Figure DE102020008145A1_0214
The solutions for the derivatives of the wave fronts w' (p) are obtained by applying the transformation H (see 3 ) . _ _ _ _ ..to describe the incident wave front. For this purpose one can apply Eq. (9) to w' (p) , t' (i) instead of to w (p) , t (i) and obtains
w ' ( 2 ) = t ' ( 1 ) / n ' , w ' ( 3 ) = t ' ( 2 ) / n ' , w ' ( 4 ) = ( t ' ( 3 ) + 3 t ' ( 1 ) 3 / n ' 2 ) / n ' , ... .
Figure DE102020008145A1_0214

Danach kann man alle Ableitungen t'(i) auf der rechten Seite dieser Gleichungen durch die Lösungen der t-Darstellung aus GI.(28),(29) substituieren und so durch die Ableitungen t(k) ausdrücken. Schließlich wendet man dann die inverse Transformation H-1 an, indem man alle Ableitungen t(k) durch entsprechende Funktionen von Ableitungen w(k) gemäß GI.(8) ersetzt.Then one can substitute all derivatives t' (i) on the right-hand side of these equations by the solutions of the t-representation from Eq.(28),(29) and thus express them by the derivatives t (k) . Finally, the inverse transformation H -1 is then applied by replacing all derivatives t (k) by corresponding functions of derivatives w (k) according to Eq. (8).

Das Ergebnis löst noch nicht die Aufgabe optimal kurzer Rechenzeit bei der Auswertung, weil aufgrund der Transformationen H, H-1 Mischterme entstehen, die vielfach vorkommen. Erfindungsgemäß kann man diese aber wieder zusammenfassen in der Form E ' 2 = β [ b ¯ 2,1 E 2 + b ¯ 2,0 ] E ' 3 = β 3 [ E 3 + b ¯ 3,0 + b ¯ 3,1 E 2 + b ¯ 3,2 E 2 2 + b ¯ 3,3 E 2 3 ] E 4 ' = β 4 [ E 4 + β ( ( b ¯ 4,0 + b ¯ 4,1 E 2 + b ¯ 4,2 E 2 2 + b ¯ 4,3 E 2 3 + b ¯ 4,4 E 2 4 + b ¯ 4,5 E 2 5 ) + ( b ¯ 4,01 + b ¯ 4,11 E 2 + b ¯ 4,21 E 2 2 ) E 3 + b ¯ 4,02 E 3 2 ) ] E ' 5 = β 5 [ E 5 + β 2 ( ( b ¯ 5,0 + b ¯ 5,1 E 2 + + b ¯ 5,7 E 2 7 ) + ( b ¯ 5,01 + b ¯ 5,11 E 2 + + b ¯ 5,41 E 2 4 ) E 3 + ( b ¯ 5,02 + b ¯ 5,12 E 2 + b ¯ 5,22 E 2 2 ) E 3 2 + b ¯ 5,03 E 3 3 ) + β ( ( b ¯ 5,001 + b ¯ 5,101 E 2 + b ¯ 5,201 E 2 2 ) E 3 + b ¯ 5,011 E 3 E 4 ) ] E ' 6 = β 6 [ E 6 + ]

Figure DE102020008145A1_0215
wobei β = ( B E 2 + A ) 1
Figure DE102020008145A1_0216
ist, und wobei zur einfacheren Interpretation mit ophthalmischen Größen die Notation E'p = n'w’(p), Ep = nw(p) verwendet wurde (per Definition gehört die niedrigste nichtverschwindende Ordnung, die der Krümmung entspricht, zur Ordnung p = 2 in der w-Darstellung, aber zu i = 1 in der t-Darstellung). Ein Vergleich von GI.(36) mit GI.(28) zeigt, dass die Lösungen E'p für p = i + 1 genau die gleiche Struktur aufweise wie die Lösungen t'(i). Tatsächlich lassen sich die Gln.(36) durch einen Summenansatz zusammenfassen: E ' p = β r ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , , k p 1 b ¯ p k β Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 = β r ¯ 1 0 ( p 1 ) [ E p + k 1 , k 2 , , k p 2 b ¯ p k β Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p 1 k p 2 ] , p = 2,3,4,
Figure DE102020008145A1_0217
wobei die untere Zeile wieder nur im symplektischen Fall gilt. Die Koeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0218
entstehen durch die Koeffizienten c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0219
als Ergebnis der Transformationen H, H-1 und lassen sich auf diese zurückführen, wie in der folgenden Tabelle 5 gezeigt ist. Tabelle 5: Ord Indizes Vorfaktor Aberrationen Koeffizient b ¯ p k b ¯ p , ( k 1 , k * )
Figure DE102020008145A1_0220
p k 1 k * β Δ r ¯ 1
Figure DE102020008145A1_0221
Term Symbol Allgemeiner Fall Einfache Propagation, Distanz τ/n Brechung an Einzelfläche (β = 1)
2 0 0 1 1 b ¯ 2,0
Figure DE102020008145A1_0222
-C 0 ( n n ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0223
2 1 0 1 E 2 b ¯ 2,1
Figure DE102020008145A1_0224
D 1 1
3 0 0 1 1 b ¯ 3,0
Figure DE102020008145A1_0225
c ¯ 2,0 = T A C ( 2,0 )
Figure DE102020008145A1_0226
0 ( n n ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0227
3 1 0 1 E 2 b ¯ 3,1
Figure DE102020008145A1_0228
+ c ¯ 2,1 = 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 )
Figure DE102020008145A1_0229
0 0
3 2 0 1 E 2 2
Figure DE102020008145A1_0230
b ¯ 3,2
Figure DE102020008145A1_0231
c ¯ 2,2 = X ( c ¯ 2,1 ) = ( T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) )
Figure DE102020008145A1_0232
0 0
3 3 0 1 E 2 3
Figure DE102020008145A1_0233
b ¯ 3,3
Figure DE102020008145A1_0234
+ c ¯ 2,3 = X ( c ¯ 2,0 ) = T B D ( 0,2 )
Figure DE102020008145A1_0235
0 0
3 0 1 1 E 3 b ¯ 3,01
Figure DE102020008145A1_0236
1 1 1
4 0 0 β 1 b ¯ 4,0
Figure DE102020008145A1_0237
c ¯ 3,0 3 A 2 C 3 / n 2
Figure DE102020008145A1_0238
0 ( n ' n ) ( z ¯ ( 4 ) 6 n ( n ' n ) / n ' 2 z ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0239
4 1 0 β E 2 b ¯ 4,1
Figure DE102020008145A1_0240
+ c ¯ 3,1 3 A C 2 ( 2 B C + 3 A D ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0241
0 6 ( n n ) ( n 3 n ) / n 2 z ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0242
4 2 0 β E 2 2
Figure DE102020008145A1_0243
b ¯ 4,2
Figure DE102020008145A1_0244
c ¯ 3,2 3 C ( B 2 C 2 + 6 A B C D + 3 A 2 D 2 ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0245
0 6 ( n n ) ( n + 3 n ) / ( n n 2 ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0246
4 3 0 β E 2 3
Figure DE102020008145A1_0247
b ¯ 4,3
Figure DE102020008145A1_0248
+ c ¯ 3,3 3 A / n 2 + 3 D ( 3 B 2 C 2 + 6 A B C D + A 2 D 2 ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0249
0 6 ( n n ) ( n + n ) / ( n 2 n 2 )
Figure DE102020008145A1_0250
4 4 0 β E 2 4
Figure DE102020008145A1_0251
b ¯ 4,4
Figure DE102020008145A1_0252
c ¯ 3,4 + 3 B / n 2 + 3 B D 2 ( 3 B C + 2 A D ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0253
-3τ /n 4 0
4 5 0 β E 2 5
Figure DE102020008145A1_0254
b ¯ 4,5
Figure DE102020008145A1_0255
+ c ¯ 3,5 + 3 B 2 D 3 / N 2
Figure DE102020008145A1_0256
2/n 6 0
4 0 1 β E 3 b ¯ 4,01
Figure DE102020008145A1_0257
+ c ¯ 3,01
Figure DE102020008145A1_0258
0 0
4 1 1 β E 2 E 3 b ¯ 4,11
Figure DE102020008145A1_0259
c ¯ 3,11
Figure DE102020008145A1_0260
0 0
4 2 1 β E 2 2 E 3
Figure DE102020008145A1_0261
b ¯ 4,21
Figure DE102020008145A1_0262
+ c ¯ 3,21
Figure DE102020008145A1_0263
0 0
4 0 2 β E 3 2
Figure DE102020008145A1_0264
b ¯ 4,02
Figure DE102020008145A1_0265
c ¯ 3,02 = 3 B
Figure DE102020008145A1_0266
3τ/n 2 0
4 0 01 β E 4 b ¯ 4,001
Figure DE102020008145A1_0267
1 1 1
5 0 0 β 2 1 b ¯ 5,0
Figure DE102020008145A1_0268
c ¯ 4,0 22 A 2 C 2 T A C ( 2,0 ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0269
0 ( n ' n ) ( z ¯ ( 5 ) 40 n × ( n ' n ) / n ' 2 z ¯ ( 2 ) 2 z ¯ ( 3 ) )
Figure DE102020008145A1_0270
5 1 0 β 2 E 2 b ¯ 5,1
Figure DE102020008145A1_0271
+ c ¯ 4,1 + 22 A C ( 2 ( A D + B C ) T A C ( 2,0 ) + A C ( 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0272
0 10 ( n ' n ) ( 3 n ' 8 n ) / n ' 2 z ¯ ( 2 ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0273
5 2 0 β 2 E 2 2
Figure DE102020008145A1_0274
b ¯ 5,2
Figure DE102020008145A1_0275
c ¯ 4,2 22 ( ( A 2 D 2 + 6 A B C D + B 2 C 2 ) T A C ( 2,0 ) + A C × ( 4 ( A D + B C ) T A C ( 1,1 ) + A C ( T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) ) B C T B D ( 2,0 ) 2 D f x ( 2,0 ) ) ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0276
0 10 ( n ' n ) ( n ' + 4 n ) / ( n n 2 ) z ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0277
5 3 0 β 2 E 2 3
Figure DE102020008145A1_0278
b ¯ 5,3
Figure DE102020008145A1_0279
c ¯ 4,3 22 ( 2 A B D 2 T A C ( 2,0 ) + A C × ( 2 B C ( T A C ( 0,2 ) + 2 T B D ( 1,1 ) ) + A ( 2 D T A C ( 0,2 ) + C T B D ( 0,2 ) ) ) + ( A 2 D 2 + 6 A B C D + B 2 C 2 ) ( 2 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) ) / n ' 2 + 6 A ( 2 B T A C ( 2,0 ) 2 A T A C ( 1,1 ) + 3 f x ( 2,0 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0280
0 0
5 4 0 β 2 E 2 4
Figure DE102020008145A1_0281
b ¯ 5,4
Figure DE102020008145A1_0282
c ¯ 4,4
Figure DE102020008145A1_0283
0 0
+ 6 ( 4 B 2 T A C ( 2,0 ) 2 A 2 ( T A C ( 0,2 ) + T B D ( 1,1 ) ) + 6 A f x ( 1,1 ) + B f x ( 2,0 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0284
5 5 0 β 2 E 2 5
Figure DE102020008145A1_0285
b ¯ 5,5
Figure DE102020008145A1_0286
+ c ¯ 4,5 + 22 ( ( A 2 D 2 + 6 A B C D + B 2 C 2 ) T B D ( 0,2 ) + B D × ( B D ( 6 T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) + 2 A D T A C ( 0,2 ) + 4 B C T B D ( 1,1 ) + 2 ( C f x ( 0,2 ) 2 D B f x ( 1,1 ) ) ) ) + 6 ( 4 A 2 T B D ( 0,2 ) 2 B 2 ( T A C ( 1,1 ) + T B D ( 2,0 ) ) A f x ( 0,2 ) 6 B f x ( 1,1 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0287
0 0
5 6 0 β 2 E 2 6
Figure DE102020008145A1_0288
b ¯ 5,6
Figure DE102020008145A1_0289
c ¯ 4,6 22 B D ( B ( 3 D T A C ( 0,2 ) + 2 D T B D ( 1,1 ) + 2 C T B D ( 0,2 ) ) 2 D f x ( 0,2 ) ) + 6 B ( 2 B T B D ( 1,1 ) 2 A T B D ( 0,2 ) ) + 3 f x ( 0,2 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0290
0 0
5 7 0 β 2 E 2 7
Figure DE102020008145A1_0291
b ¯ 5,7
Figure DE102020008145A1_0292
+ c ¯ 4,7 + 22 B 2 D 2 T B D ( 0,2 ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0293
0 0
5 0 1 β 2 E 3 b ¯ 5,01
Figure DE102020008145A1_0294
+ c ¯ 4,11 + 22 A 2 C 2 / n 2
Figure DE102020008145A1_0295
0 10 ( n ' n ) ( n ' 4 n ) / ( n n ' 2 ) z ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0296
5 1 1 β 2 E 2 E 3 b ¯ 5,11
Figure DE102020008145A1_0297
c ¯ 4,11 44 A C ( A D + B C ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0298
0 10 ( n ' n ) ( 3 n ' + 8 n ) / ( n n ' 2 ) z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0299
5 2 1 β 2 E 2 2 E 3
Figure DE102020008145A1_0300
b ¯ 5,21
Figure DE102020008145A1_0301
+ c ¯ 4,21 + 22 ( ( A 2 D 2 + 4 A B C D + B 2 C 2 ) / n 2 A 2 / n 2 )
Figure DE102020008145A1_0302
0 40 ( n ' n ) ( n ' + n ) / ( n 2 n ' 2 )
Figure DE102020008145A1_0303
5 3 1 β 2 E 2 3 E 3
Figure DE102020008145A1_0304
b ¯ 5,31
Figure DE102020008145A1_0305
c ¯ 4,31 + 2 B ( 22 D ( A D + B C ) / n 2 + 7 A / n 2 )
Figure DE102020008145A1_0306
0 0
5 4 1 β 2 E 2 4 E 3
Figure DE102020008145A1_0307
b ¯ 5,41
Figure DE102020008145A1_0308
+ c ¯ 4,41 + 2 B 2 ( 11 D 2 / n 2 + 4 / n 2 )
Figure DE102020008145A1_0309
0 0
5 0 2 β 2 E 3 2
Figure DE102020008145A1_0310
b ¯ 5,02
Figure DE102020008145A1_0311
c ¯ 4,02
Figure DE102020008145A1_0312
0 0
5 1 2 β 2 E 2 E 3 2
Figure DE102020008145A1_0313
b ¯ 5,12
Figure DE102020008145A1_0314
+ c ¯ 4,12
Figure DE102020008145A1_0315
0 0
5 2 2 β 2 E 2 2 E 3 2
Figure DE102020008145A1_0316
2 3
b ¯ 5,22
Figure DE102020008145A1_0317
c ¯ 4,22
Figure DE102020008145A1_0318
0 0
5 0 01 β E 4 b ¯ 5,001
Figure DE102020008145A1_0319
+ c ¯ 4,001
Figure DE102020008145A1_0320
0 0
5 1 01 β E 2 E 4 b ¯ 5,101
Figure DE102020008145A1_0321
c ¯ 4,101
Figure DE102020008145A1_0322
0 0
5 2 01 β E 2 2 E 4
Figure DE102020008145A1_0323
b ¯ 5,201
Figure DE102020008145A1_0324
c ¯ 4,201
Figure DE102020008145A1_0325
0 0
5 0 3 β 2 E 3 3
Figure DE102020008145A1_0326
b ¯ 5,03
Figure DE102020008145A1_0327
15B 2 15τ2 /n 4 0
5 0 11 β E 3 E 4 b ¯ 5,011
Figure DE102020008145A1_0328
-10B -10τ /n 2 0
5 0 001 1 E 5 b ¯ 5,0001
Figure DE102020008145A1_0329
1 1 1
6 0 0 β 3 1 b ¯ 6,0
Figure DE102020008145A1_0330
... 0 ( n ' n ) × ( z ¯ ( 6 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) 5 + ( ) z ¯ ( 2 ) 2 z ¯ ( 4 ) + ( ) z ¯ ( 2 ) z ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0331
6 0 0 1 1 b ¯ 6,00001
Figure DE102020008145A1_0332
1 1 1
7 0 0 β 4 1 b ¯ 7,0
Figure DE102020008145A1_0333
0 ...
The result does not yet solve the task of optimally short computing time for the evaluation, because due to the transformations H, H-1 Mixed terms arise that occur multiple times. According to the invention, however, these can be combined again in the form E ' 2 = β [ b ¯ 2.1 E 2 + b ¯ 2.0 ] E ' 3 = β 3 [ E 3 + b ¯ 3.0 + b ¯ 3.1 E 2 + b ¯ 3.2 E 2 2 + b ¯ 3.3 E 2 3 ] E 4 ' = β 4 [ E 4 + β ( ( b ¯ 4.0 + b ¯ 4.1 E 2 + b ¯ 4.2 E 2 2 + b ¯ 4.3 E 2 3 + b ¯ 4.4 E 2 4 + b ¯ 4.5 E 2 5 ) + ( b ¯ 4.01 + b ¯ 4:11 E 2 + b ¯ 4:21 E 2 2 ) E 3 + b ¯ 4.02 E 3 2 ) ] E ' 5 = β 5 [ E 5 + β 2 ( ( b ¯ 5.0 + b ¯ 5.1 E 2 + ... + b ¯ 5.7 E 2 7 ) + ( b ¯ 5.01 + b ¯ 5:11 E 2 + ... + b ¯ 5.41 E 2 4 ) E 3 + ( b ¯ 5.02 + b ¯ 5.12 E 2 + b ¯ 5.22 E 2 2 ) E 3 2 + b ¯ 5.03 E 3 3 ) + β ( ( b ¯ 5.001 + b ¯ 5.101 E 2 + b ¯ 5.201 E 2 2 ) E 3 + b ¯ 5.011 E 3 E 4 ) ] E ' 6 = β 6 [ E 6 + ... ]
Figure DE102020008145A1_0215
whereby β = ( B E 2 + A ) 1
Figure DE102020008145A1_0216
and where, for easier interpretation with ophthalmic quantities, the notation E'p = n'w'(p), Ep = nw(p) was used (by definition, the lowest nonzero order corresponding to curvature belongs to order p = 2 in w-representation, but to i = 1 in t-representation). A comparison of eq.(36) with eq.(28) shows that the solutions E'p for p = i + 1 has exactly the same structure as the solutions t'(i). In fact, equations (36) can be summed up using a summation approach: E ' p = β right ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , ... , k p 1 b ¯ p k β Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 ... E p k p 1 = β right ¯ 1 0 ( p 1 ) [ E p + k 1 , k 2 , ... , k p 2 b ¯ p k β Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 ... E p 1 k p 2 ] , p = 2,3,4, ...
Figure DE102020008145A1_0217
where the bottom line is again only valid in the symplectic case. The coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0218
arise from the coefficients c ¯ i k
Figure DE102020008145A1_0219
as a result of the transformations H, H-1 and can be traced back to them as shown in Table 5 below. Table 5: ord indices prefactor aberrations coefficient b ¯ p k b ¯ p , ( k 1 , k * )
Figure DE102020008145A1_0220
p k 1 k * β Δ right ¯ 1
Figure DE102020008145A1_0221
term symbol general case Simple propagation, distance τ/ n Refraction at a single surface (β = 1)
2 0 0 1 1 b ¯ 2.0
Figure DE102020008145A1_0222
-C 0 ( n n ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0223
2 1 0 1 E 2 b ¯ 2.1
Figure DE102020008145A1_0224
D 1 1
3 0 0 1 1 b ¯ 3.0
Figure DE102020008145A1_0225
c ¯ 2.0 = T A C ( 2.0 )
Figure DE102020008145A1_0226
0 ( n n ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0227
3 1 0 1 E 2 b ¯ 3.1
Figure DE102020008145A1_0228
+ c ¯ 2.1 = 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 )
Figure DE102020008145A1_0229
0 0
3 2 0 1 E 2 2
Figure DE102020008145A1_0230
b ¯ 3.2
Figure DE102020008145A1_0231
c ¯ 2.2 = X ( c ¯ 2.1 ) = ( T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) )
Figure DE102020008145A1_0232
0 0
3 3 0 1 E 2 3
Figure DE102020008145A1_0233
b ¯ 3.3
Figure DE102020008145A1_0234
+ c ¯ 2.3 = X ( c ¯ 2.0 ) = T B D ( 0.2 )
Figure DE102020008145A1_0235
0 0
3 0 1 1 E 3 b ¯ 3.01
Figure DE102020008145A1_0236
1 1 1
4 0 0 β 1 b ¯ 4.0
Figure DE102020008145A1_0237
c ¯ 3.0 3 A 2 C 3 / n 2
Figure DE102020008145A1_0238
0 ( n ' n ) ( e.g ¯ ( 4 ) 6 n ( n ' n ) / n ' 2 e.g ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0239
4 1 0 β E 2 b ¯ 4.1
Figure DE102020008145A1_0240
+ c ¯ 3.1 3 A C 2 ( 2 B C + 3 A D ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0241
0 6 ( n n ) ( n 3 n ) / n 2 e.g ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0242
4 2 0 β E 2 2
Figure DE102020008145A1_0243
b ¯ 4.2
Figure DE102020008145A1_0244
c ¯ 3.2 3 C ( B 2 C 2 + 6 A B C D + 3 A 2 D 2 ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0245
0 6 ( n n ) ( n + 3 n ) / ( n n 2 ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0246
4 3 0 β E 2 3
Figure DE102020008145A1_0247
b ¯ 4.3
Figure DE102020008145A1_0248
+ c ¯ 3.3 3 A / n 2 + 3 D ( 3 B 2 C 2 + 6 A B C D + A 2 D 2 ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0249
0 6 ( n n ) ( n + n ) / ( n 2 n 2 )
Figure DE102020008145A1_0250
4 4 0 β E 2 4
Figure DE102020008145A1_0251
b ¯ 4.4
Figure DE102020008145A1_0252
c ¯ 3.4 + 3 B / n 2 + 3 B D 2 ( 3 B C + 2 A D ) / N 2
Figure DE102020008145A1_0253
-3τ / n 4 0
4 5 0 β E 2 5
Figure DE102020008145A1_0254
b ¯ 4.5
Figure DE102020008145A1_0255
+ c ¯ 3.5 + 3 B 2 D 3 / N 2
Figure DE102020008145A1_0256
3τ2 / n6 0
4 0 1 β E 3 b ¯ 4.01
Figure DE102020008145A1_0257
+ c ¯ 3.01
Figure DE102020008145A1_0258
0 0
4 1 1 β E2 E3 _ _ b ¯ 4:11
Figure DE102020008145A1_0259
c ¯ 3:11
Figure DE102020008145A1_0260
0 0
4 2 1 β E 2 2 E 3
Figure DE102020008145A1_0261
b ¯ 4:21
Figure DE102020008145A1_0262
+ c ¯ 3:21
Figure DE102020008145A1_0263
0 0
4 0 2 β E 3 2
Figure DE102020008145A1_0264
b ¯ 4.02
Figure DE102020008145A1_0265
c ¯ 3.02 = 3 B
Figure DE102020008145A1_0266
3τ/ n 2 0
4 0 01 β E 4 b ¯ 4.001
Figure DE102020008145A1_0267
1 1 1
5 0 0 β 2 1 b ¯ 5.0
Figure DE102020008145A1_0268
c ¯ 4.0 22 A 2 C 2 T A C ( 2.0 ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0269
0 ( n ' n ) ( e.g ¯ ( 5 ) 40 n × ( n ' n ) / n ' 2 e.g ¯ ( 2 ) 2 e.g ¯ ( 3 ) )
Figure DE102020008145A1_0270
5 1 0 β 2 E 2 b ¯ 5.1
Figure DE102020008145A1_0271
+ c ¯ 4.1 + 22 A C ( 2 ( A D + B C ) T A C ( 2.0 ) + A C ( 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0272
0 10 ( n ' n ) ( 3 n ' 8th n ) / n ' 2 e.g ¯ ( 2 ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0273
5 2 0 β 2 E 2 2
Figure DE102020008145A1_0274
b ¯ 5.2
Figure DE102020008145A1_0275
c ¯ 4.2 22 ( ( A 2 D 2 + 6 A B C D + B 2 C 2 ) T A C ( 2.0 ) + A C × ( 4 ( A D + B C ) T A C ( 1.1 ) + A C ( T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) ) B C T B D ( 2.0 ) 2 D f x ( 2.0 ) ) ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0276
0 10 ( n ' n ) ( n ' + 4 n ) / ( n n 2 ) e.g ¯ ( 3 )
Figure DE102020008145A1_0277
5 3 0 β 2 E 2 3
Figure DE102020008145A1_0278
b ¯ 5.3
Figure DE102020008145A1_0279
c ¯ 4.3 22 ( 2 A B D 2 T A C ( 2.0 ) + A C × ( 2 B C ( T A C ( 0.2 ) + 2 T B D ( 1.1 ) ) + A ( 2 D T A C ( 0.2 ) + C T B D ( 0.2 ) ) ) + ( A 2 D 2 + 6 A B C D + B 2 C 2 ) ( 2 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) ) / n ' 2 + 6 A ( 2 B T A C ( 2.0 ) 2 A T A C ( 1.1 ) + 3 f x ( 2.0 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0280
0 0
5 4 0 β 2 E 2 4
Figure DE102020008145A1_0281
b ¯ 5.4
Figure DE102020008145A1_0282
c ¯ 4.4
Figure DE102020008145A1_0283
0 0
+ 6 ( 4 B 2 T A C ( 2.0 ) 2 A 2 ( T A C ( 0.2 ) + T B D ( 1.1 ) ) + 6 A f x ( 1.1 ) + B f x ( 2.0 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0284
5 5 0 β 2 E 2 5
Figure DE102020008145A1_0285
b ¯ 5.5
Figure DE102020008145A1_0286
+ c ¯ 4.5 + 22 ( ( A 2 D 2 + 6 A B C D + B 2 C 2 ) T B D ( 0.2 ) + B D × ( B D ( 6 T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) + 2 A D T A C ( 0.2 ) + 4 B C T B D ( 1.1 ) + 2 ( C f x ( 0.2 ) 2 D B f x ( 1.1 ) ) ) ) + 6 ( 4 A 2 T B D ( 0.2 ) 2 B 2 ( T A C ( 1.1 ) + T B D ( 2.0 ) ) A f x ( 0.2 ) 6 B f x ( 1.1 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0287
0 0
5 6 0 β 2 E 2 6
Figure DE102020008145A1_0288
b ¯ 5.6
Figure DE102020008145A1_0289
c ¯ 4.6 22 B D ( B ( 3 D T A C ( 0.2 ) + 2 D T B D ( 1.1 ) + 2 C T B D ( 0.2 ) ) 2 D f x ( 0.2 ) ) + 6 B ( 2 B T B D ( 1.1 ) 2 A T B D ( 0.2 ) ) + 3 f x ( 0.2 ) ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0290
0 0
5 7 0 β 2 E 2 7
Figure DE102020008145A1_0291
b ¯ 5.7
Figure DE102020008145A1_0292
+ c ¯ 4.7 + 22 B 2 D 2 T B D ( 0.2 ) / n ' 2
Figure DE102020008145A1_0293
0 0
5 0 1 β 2 E 3 b ¯ 5.01
Figure DE102020008145A1_0294
+ c ¯ 4:11 + 22 A 2 C 2 / n 2
Figure DE102020008145A1_0295
0 10 ( n ' n ) ( n ' 4 n ) / ( n n ' 2 ) e.g ¯ ( 2 ) 2
Figure DE102020008145A1_0296
5 1 1 β 2 E2 E3 _ _ b ¯ 5:11
Figure DE102020008145A1_0297
c ¯ 4:11 44 A C ( A D + B C ) / n 2
Figure DE102020008145A1_0298
0 10 ( n ' n ) ( 3 n ' + 8th n ) / ( n n ' 2 ) e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0299
5 2 1 β 2 E 2 2 E 3
Figure DE102020008145A1_0300
b ¯ 5.21
Figure DE102020008145A1_0301
+ c ¯ 4:21 + 22 ( ( A 2 D 2 + 4 A B C D + B 2 C 2 ) / n 2 A 2 / n 2 )
Figure DE102020008145A1_0302
0 40 ( n ' n ) ( n ' + n ) / ( n 2 n ' 2 )
Figure DE102020008145A1_0303
5 3 1 β 2 E 2 3 E 3
Figure DE102020008145A1_0304
b ¯ 5.31
Figure DE102020008145A1_0305
c ¯ 4:31 + 2 B ( 22 D ( A D + B C ) / n 2 + 7 A / n 2 )
Figure DE102020008145A1_0306
0 0
5 4 1 β 2 E 2 4 E 3
Figure DE102020008145A1_0307
b ¯ 5.41
Figure DE102020008145A1_0308
+ c ¯ 4.41 + 2 B 2 ( 11 D 2 / n 2 + 4 / n 2 )
Figure DE102020008145A1_0309
0 0
5 0 2 β 2 E 3 2
Figure DE102020008145A1_0310
b ¯ 5.02
Figure DE102020008145A1_0311
c ¯ 4.02
Figure DE102020008145A1_0312
0 0
5 1 2 β 2 E 2 E 3 2
Figure DE102020008145A1_0313
b ¯ 5.12
Figure DE102020008145A1_0314
+ c ¯ 4:12
Figure DE102020008145A1_0315
0 0
5 2 2 β 2 E 2 2 E 3 2
Figure DE102020008145A1_0316
2 3
b ¯ 5.22
Figure DE102020008145A1_0317
c ¯ 4.22
Figure DE102020008145A1_0318
0 0
5 0 01 β E 4 b ¯ 5.001
Figure DE102020008145A1_0319
+ c ¯ 4.001
Figure DE102020008145A1_0320
0 0
5 1 01 β E2 E4 _ _ b ¯ 5.101
Figure DE102020008145A1_0321
c ¯ 4.101
Figure DE102020008145A1_0322
0 0
5 2 01 β E 2 2 E 4
Figure DE102020008145A1_0323
b ¯ 5.201
Figure DE102020008145A1_0324
c ¯ 4.201
Figure DE102020008145A1_0325
0 0
5 0 3 β 2 E 3 3
Figure DE102020008145A1_0326
b ¯ 5.03
Figure DE102020008145A1_0327
15 B 2 15τ2 / n4 0
5 0 11 β E3 E4 _ _ b ¯ 5.011
Figure DE102020008145A1_0328
-10B -10τ / n 2 0
5 0 001 1 E 5 b ¯ 5.0001
Figure DE102020008145A1_0329
1 1 1
6 0 0 β 3 1 b ¯ 6.0
Figure DE102020008145A1_0330
... 0 ( n ' n ) × ( e.g ¯ ( 6 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) 5 + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) 2 e.g ¯ ( 4 ) + ( ... ) e.g ¯ ( 2 ) e.g ¯ ( 2 ) 3 )
Figure DE102020008145A1_0331
6 0 0 1 1 b ¯ 6.00001
Figure DE102020008145A1_0332
1 1 1
7 0 0 β 4 1 b ¯ 7.0
Figure DE102020008145A1_0333
0 ...

Ausführungsbeispielexample

Ein einfaches Ausführungsbeispiel ist der Lichtdurchgang durch einen Meridian eines Augenmodells von Bennett und Rabbetts, d.h. ein modifiziertes Gullstrand-Emsley-Auge (mGE-Auge) ist, das an biometrischen Studien angepasst ist (siehe R. Rabetts: „Bennett & Rabbetts' Clinical Visual Optics“, Butterworth Heinemann Elsevier Health Sciences, 2007, ISBN: 9780750688741). Der Augapfel enthält eine Cornea mit Brechkraft SC, sowie eine Augenlinse mit Brechkräften L1 und L2 an Vorder- bzw. Rückfläche. Die Krümmungsradien der Cornea und der beiden Linsenflächen sind rC, r1 bzw. r2. Der Abstand zwischen Cornea und Linsenvorderfläche ist durch die Vorderkammertiefe dCL gegeben, die Linsendicke ist durch dL gegeben, und die Glaskörpertiefe durch dLR. Die Brechungsindizes der Kammerflüssigkeit ist nCL, der der Augenlinse nL, und der des Glaskörpers nLR. Nach dem Stand der Technik sind folgende Werte für die biometrischen Parameter gebräuchlich: d C L = 3.6 m m , d L = 3.7 m m , d L R = 16.7859082 m m , r C = 7.8 m m , r 1 = 11.0 m m , r 2 = 6.47515 m m , n C L = 1.336 n L = 1.422 n L R = 1.336 z ¯ L 1 ( 2 ) = 1 / r C = 128.2051282 m 1 , S C = ( n C L 1 ) z ¯ C ( 2 ) = 43.076923 d p t z ¯ L 1 ( 2 ) = 1 / r 1 = 90.9090909 m 1 , L 1 = ( n L n C L ) z ¯ L 1 ( 2 ) = 7.81818181 d p t z ¯ L 2 ( 2 ) = 1 / r 2 = 154.436576 m 1 , L 2 = ( n L R n L ) z ¯ L 2 ( 2 ) = 13.28154560 d p t

Figure DE102020008145A1_0334
A simple example is the passage of light through a meridian of a Bennett and Rabbetts eye model, ie a modified Gullstrand-Emsley eye (mGE eye) adapted for biometric studies (see R. Rabetts: “Bennett &Rabbetts' Clinical Visual Optics”, Butterworth Heinemann Elsevier Health Sciences, 2007, ISBN: 9780750688741). The eyeball contains a cornea with refractive power S C and an eye lens with refractive powers L 1 and L 2 on the anterior and posterior surfaces, respectively. The radii of curvature of the cornea and the two lens surfaces are r C , r 1 and r 2 , respectively. The distance between the cornea and the anterior surface of the lens is given by the anterior chamber depth d CL , the lens thickness is given by d L , and the vitreous body depth by d LR . The refractive index of the aqueous humor is n CL , that of the eye lens n L , and that of the vitreous body n LR . According to the state of the art, the following values are customary for the biometric parameters: i.e C L = 3.6 m m , i.e L = 3.7 m m , i.e L R = 16.7859082 m m , right C = 7.8 m m , right 1 = 11.0 m m , right 2 = 6.47515 m m , n C L = 1,336 n L = 1,422 n L R = 1,336 e.g ¯ L 1 ( 2 ) = 1 / right C = 128.2051282 m 1 , S C = ( n C L 1 ) e.g ¯ C ( 2 ) = 43.076923 i.e p t e.g ¯ L 1 ( 2 ) = 1 / right 1 = 90.9090909 m 1 , L 1 = ( n L n C L ) e.g ¯ L 1 ( 2 ) = 7.81818181 i.e p t e.g ¯ L 2 ( 2 ) = 1 / right 2 = 154.436576 m 1 , L 2 = ( n L R n L ) e.g ¯ L 2 ( 2 ) = 13.28154560 i.e p t
Figure DE102020008145A1_0334

In GI.(39) rührt keiner der Werte mit mehr als drei Nachkommastellen aus einer direkten Messung her, sondern aus Konsistenzbetrachtungen, mit denen das Modell exakt emmetrop ist, d.h. eine ebene Wellenfront muss auf eine Kugelwelle abgebildet werden, die genau auf der Retina konvergiert.In eq. (39) none of the values with more than three decimal places come from a direct measurement, but from consistency considerations, with which the model is exactly emmetropic, i.e. a plane wave front must be mapped onto a spherical wave that converges exactly on the retina .

Da sowohl das Gullstrand-Emsley-Auge als auch das Bennett-Rabbetts-Auge nach dem Stand der Technik paraxial und daher nur bis zu Wellenfront-Aberrationen zweiter Ordnung spezifiziert ist, eignen sich diese Modelle nicht unmittelbar als Ausführungsbeispiel für die Durchrechnung von Aberrationen höherer Ordnung, solange man hier keine geeignete Spezifikation für die HOA ergänzt. Für den Zweck des vorliegenden Ausführungsbeispiels soll die Eigenschaft des emmetropen Auges auch für HOA beibehalten werden. Bevorzugt sind die beiden Linsenflächen auch einschließlich der HOA exakte Kugelflächen, wohingegen die HOA der Cornea dann so gewählt werden müssen, dass das Auge die obige Emmetropieforderung erfüllt.Since both the Gullstrand-Emsley eye and the Bennett-Rabbetts eye are paraxial according to the prior art and are therefore only specified up to second-order wavefront aberrations, these models are not directly suitable as exemplary embodiments for calculating higher-order aberrations , as long as no suitable specification for the HOA is added here. For the purpose of the present embodiment, the characteristic of the emmetropic eye should also be retained for HOA. The two lens surfaces, including the HOA, are preferably exact spherical surfaces, whereas the HOA of the cornea must then be selected in such a way that the eye meets the above emmetropia requirement.

Für jede Kugelfläche verschwinden die ungeraden Ableitungen der Funktion z ¯ ( x ) ,

Figure DE102020008145A1_0335
wohingegen die geraden Ableitungen durch die Krümmung z ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0336
eindeutig bestimmt sind in Form von z ¯ ( 4 ) = 3 ( z ¯ ( 2 ) ) 3 , z ¯ ( 6 ) = 45 ( z ¯ ( 2 ) ) 5
Figure DE102020008145A1_0337
For every spherical surface, the odd derivatives of the function vanish e.g ¯ ( x ) ,
Figure DE102020008145A1_0335
whereas the straight derivatives through the curvature e.g ¯ ( 2 )
Figure DE102020008145A1_0336
are uniquely determined in the form of e.g ¯ ( 4 ) = 3 ( e.g ¯ ( 2 ) ) 3 , e.g ¯ ( 6 ) = 45 ( e.g ¯ ( 2 ) ) 5
Figure DE102020008145A1_0337

Numerisch bedeutet das für vier weitere biometrische Parameter z ¯ L 1 ( 4 ) = 2.253944 × 10 6 m 3 , z ¯ L 1 ( 6 ) = 2.794145 × 10 11 m 5 z ¯ L 2 ( 4 ) = 1.105024 × 10 7 m 3 , z ¯ L 2 ( 6 ) = 3.953332 × 10 12 m 5

Figure DE102020008145A1_0338
Numerically, this means for four additional biometric parameters e.g ¯ L 1 ( 4 ) = 2.253944 × 10 6 m 3 , e.g ¯ L 1 ( 6 ) = 2.794145 × 10 11 m 5 e.g ¯ L 2 ( 4 ) = 1.105024 × 10 7 m 3 , e.g ¯ L 2 ( 6 ) = 3.953332 × 10 12 m 5
Figure DE102020008145A1_0338

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun dazu benutzt werden, um die höheren Ordnungen z ¯ C ( 4 ) , z ¯ C ( 6 )

Figure DE102020008145A1_0339
der Cornea so zu wählen, dass die Wellenfront, die nach der Brechung an der Linsen-Rückfläche entsteht, genau auf die Retina konvergiert, also genau eine Kugelwelle mit Radius dLR ist. Das Kriterium ist, dass eine einfallende ebene Welle (w(k) = 0) auf die ausfallenden Ableitungen w ( 4 ) = 3 ( w ( 2 ) ) 3 , w ( 6 ) = 45 ( w ( 2 ) ) 5
Figure DE102020008145A1_0340
führt, analog zu GI.(40). Eine besonders bevorzugte Alternative zu Ableitungen w'(p) als Beschreibung von Wellenfronten sind Aberrationen E'p = n'w'(p), also im Fall der Kugelwelle E ' 4 / n ' = 3 ( E ' 2 / n ' ) 3 , E ' 6 / n ' = 45 ( E ' 2 / n ' ) 5 E ' 4 = 3 n L R 2 E ' 2 3 , E ' 6 = 45 n L R 4 E ' 2 5
Figure DE102020008145A1_0341
wobei n' = nLR. Andererseits ergeben sich die Aberrationen E'2, E'4, E'6 durch Gl.(38) und GI. (36) in Abhängigkeit des optischen Systems, und eine einfallende ebene Welle bedeutet, dass die Aberrationen Ep = 0 für alle Ordnungen p sind. Für jede Ordnung p trägt also nur der niedrigste Koeffizient b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0342
für k = 0 bei: E ' 2 = β b ¯ 2,0 , E ' 4 = β 4 β b ¯ 4,0 , E ' 6 = β 6 β 3 b ¯ 6,0
Figure DE102020008145A1_0343
wobei b ¯ 2,0 = C
Figure DE102020008145A1_0344
aus Tabelle 5 ist, und wobei weiter b ¯ 4,0
Figure DE102020008145A1_0345
eine Funktion des zu ermittelnden Parameters z ¯ C ( 4 )
Figure DE102020008145A1_0346
ist, und wobei b ¯ 4,0
Figure DE102020008145A1_0347
eine Funktion der beiden zu ermittelnden Parameter z ¯ C ( 4 ) , z ¯ C ( 6 )
Figure DE102020008145A1_0348
ist. Durch Einsetzen von GI.(44) in GI.(43) ergibt sich die Forderung b ¯ 4,0 = 3 ( β n L R ) 2 b ¯ 2,0 3 , b ¯ 6,0 = 45 ( β n L R ) 4 b ¯ 2,0 5
Figure DE102020008145A1_0349
The method according to the invention can now be used to order the higher orders e.g ¯ C ( 4 ) , e.g ¯ C ( 6 )
Figure DE102020008145A1_0339
of the cornea in such a way that the wave front, which occurs after the refraction on the rear surface of the lens, converges exactly on the retina, i.e. it is exactly a spherical wave with radius d LR . The criterion is that an incident plane wave (w (k) = 0) impacts the outgoing derivatives w ( 4 ) = 3 ( w ( 2 ) ) 3 , w ( 6 ) = 45 ( w ( 2 ) ) 5
Figure DE102020008145A1_0340
leads, analogous to eq.(40). A particularly preferred alternative to derivations w' (p) as a description of wavefronts are aberrations E'p=n'w' (p) , ie in the case of the spherical wave E ' 4 / n ' = 3 ( E ' 2 / n ' ) 3 , E ' 6 / n ' = 45 ( E ' 2 / n ' ) 5 E ' 4 = 3 n L R 2 E ' 2 3 , E ' 6 = 45 n L R 4 E ' 2 5
Figure DE102020008145A1_0341
where n' = n LR . On the other hand, the aberrations E' 2 , E' 4 , E' 6 result from Eq. (38) and Eq. (36) depending on the optical system, and an incident plane wave means that the aberrations are E p = 0 for all orders p. For each order p, only the lowest coefficient carries b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0342
for k = 0 at: E ' 2 = β b ¯ 2.0 , E ' 4 = β 4 β b ¯ 4.0 , E ' 6 = β 6 β 3 b ¯ 6.0
Figure DE102020008145A1_0343
whereby b ¯ 2.0 = C
Figure DE102020008145A1_0344
from Table 5, and where further b ¯ 4.0
Figure DE102020008145A1_0345
a function of the parameter to be determined e.g ¯ C ( 4 )
Figure DE102020008145A1_0346
is, and where b ¯ 4.0
Figure DE102020008145A1_0347
a function of the two parameters to be determined e.g ¯ C ( 4 ) , e.g ¯ C ( 6 )
Figure DE102020008145A1_0348
is. Inserting eq.(44) into eq.(43) results in the requirement b ¯ 4.0 = 3 ( β n L R ) 2 b ¯ 2.0 3 , b ¯ 6.0 = 45 ( β n L R ) 4 b ¯ 2.0 5
Figure DE102020008145A1_0349

Einsetzen aller bekannten numerischen Werte in Tabelle 5 führt auf die Koeffizienten b ¯ 4,0 ( z ¯ 2 ( 4 ) ) = 2.11526 × 10 5 m 3 + 0.253296 z ¯ C ( 4 ) b ¯ 6,0 ( z ¯ C ( 4 ) , z ¯ C ( 6 ) ) = 2.204136 × 10 11 m 5 3.36879 × 10 4 m 2 z ¯ C ( 4 ) + 3.36306 m ( z ¯ C ( 4 ) ) 2 + 0.143949 z ¯ C ( 6 )

Figure DE102020008145A1_0350
wobei sich β für E2 = 0 nach GI.(37) auf β = A-1 reduziert, und die Werte für A und C mit Hilfe von GI.(49) ermittelt werden.Substituting all known numerical values in Table 5 leads to the coefficients b ¯ 4.0 ( e.g ¯ 2 ( 4 ) ) = 2.11526 × 10 5 m 3 + 0.253296 e.g ¯ C ( 4 ) b ¯ 6.0 ( e.g ¯ C ( 4 ) , e.g ¯ C ( 6 ) ) = 2.204136 × 10 11 m 5 3.36879 × 10 4 m 2 e.g ¯ C ( 4 ) + 3.36306 m ( e.g ¯ C ( 4 ) ) 2 + 0.143949 e.g ¯ C ( 6 )
Figure DE102020008145A1_0350
where β for E 2 = 0 is reduced to β = A -1 according to eq.(37), and the values for A and C are determined using eq.(49).

Die Gleichungen (46) werden durch z ¯ C ( 4 ) = 2.05536 × 10 4 m 3 , z ¯ C ( 6 ) = 1.51137 × 10 12 m 5

Figure DE102020008145A1_0351
gelöst, so dass zusammen mit GI.(41) und Gl. (39) alle biometrischen Parameters 6ter Ordnung des mGE-Auges ermittelt sind. Die Art, wie GI.(47) zustande kommt, zeigt die technischen Vorteile der Erfindung auf. Auch wenn dasselbe Ergebnis auch durch wiederholte Anwendung des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens erhalten werden kann, ist der Weg über die Koeffizienten b ¯ 4,0 , b ¯ 6,0
Figure DE102020008145A1_0352
direkter und eignet sich, die Abhängigkeit von den Parametern z ¯ C ( 4 ) , z ¯ C ( 6 )
Figure DE102020008145A1_0353
darzustellen, während der Einfluss aller anderen Brechungen und Propagationen zu diesem Moment schon zusammengefasst und vor-ausgewertet ist.Equations (46) are given by e.g ¯ C ( 4 ) = 2.05536 × 10 4 m 3 , e.g ¯ C ( 6 ) = 1.51137 × 10 12 m 5
Figure DE102020008145A1_0351
solved, so that together with Eq.(41) and Eq. (39) all biometric parameters of the 6th order of the mGE eye are determined. The way eq.(47) comes about shows the technical advantages of the invention. Even if the same result can also be obtained by repeated application of the method known from the prior art, the way is via the coefficients b ¯ 4.0 , b ¯ 6.0
Figure DE102020008145A1_0352
more direct and suitable, the dependence on the parameters e.g ¯ C ( 4 ) , e.g ¯ C ( 6 )
Figure DE102020008145A1_0353
to represent, while the influence of all other refractions and propagations is already summarized and pre-evaluated at this moment.

Auf Basis der Parameterwerte können alle Ableitungen der beteiligten Strahl-Transferfunktionen bis zur Ordnung p = 6 zusammengefasst werden. In der folgenden Tabelle 6 sind alle Ableitungen der Strahl-Transferfunktionen der brechenden Komponenten des mGE-Auges gezeigt, in Tabelle 7 diejenigen für die Propagationen, und in Tabelle 8 die des gesamten mGE-Auges. Die Ableitungen der Strahl-Transferfunktionen fC,ref, fL1,ref , fL2,ref der Brechungen können anhand von Tabelle 3 durch Einsetzen bestimmt werden, die der Strahl-Transferfunktionen fe,prop, fdCL,prop, fdL,prop der Propagationen anhand von Tabelle 1. Da das mGE-Auges symmetrisch ist, verschwinden diese Ableitungen für ungerade Ordnungen p (d.h. für gerade Werte der Summe nx + nt der Ordnungen der Ableitungen), so dass die Tabellen 6, 7 und 8 nur Einträge für gerade Ordnungen aufweisen. Tabelle 6: Ableitungen der Strahl-Transfer-Funktionen fC,ref , fL1,ref, fL2,ref der Brechungen der Komponenten des Auges Ordnung Cornea S C Vorderfläche Linse L 1 Rückfläche Linse L 2 p n x n t f x C , r e f ( n x , n t )

Figure DE102020008145A1_0354
f t C , r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0355
f x L 1, r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0356
f t L 1, r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0357
f x L 2, r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0358
f t L 2, r e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0359
2 1 0 1 -43.0769 dpt 1 -7.81818 dpt 1 -13.2815 dpt 2 0 1 0 1 0 1 0 1 4 3 0 12401.2 m-2 4.067615*105 m-3 1499.46 m-2 -1.82825*105 m-3 -4605.89 m-2 -1.01543*106 m-3 4 2 1 32.2432 m-1 -10671.29 m-2 4.11528 m-1 -1440.95 m-2 6.99105 m-1 4809.53 m-2 4 1 2 0 -104.645 m-1 0 -15.7145 m-1 0 -29.3143 m-1 4 0 3 0 -1.31923 0 -0.197152 0 0.197152 6 5 0 -3.93649*108 m-4 4.80357*1011 m-5 1.78842*108 m-4 -2.14040*1010 m-5 -1.72307*109 m-4 -3.88671*1011 m-5 6 4 1 1.24986*107 m-3 6.19886*108 m-4 1.06288*106 m-3 -1.70212*108 m-4 5.83689*106 m-3 1.82661*109 m-4 6 3 2 5.49284*104 m-2 -8.19587*106 m-3 4694.07 m-2 -1.25104*106 m-3 -14721.4 m-2 -8.08185*106 m-3 6 2 3 126.595 m-1 -5.87327*104 m-2 12.604 m-1 -8231.94 m-2 22.7901 m-1 33476.3 m-2 6 1 4 0 98.8023 m-1 0 -36.5481 m-1 0 -117.301 m-1 6 0 5 0 8.70184 0 0.194345 0 0.194345 Tabelle 7: Ableitungen der Strahl-Transfer-Funktionen fe,prop, fdCL,prop, tdL,prop der Propagationen der Komponenten des Auges Ordnung Hornhautscheitelabstand e Vorderkammertiefe d CL Linsendicke d L p n x n t f x e , p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0360
f t e , p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0361
f x d C L , p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0362
f t d C L , p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0363
f x d L , p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0364
f t d L , p r o p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0365
2 1 0 1 0 1 0 1 0 2 0 1 0.013 m 1 2.69461* 10-3 m 1 2.60197*10-3 m 1 Alle höheren Ordnungen verschwinden
Based on the parameter values, all derivatives of the involved beam transfer functions can be combined up to order p = 6. In the following Table 6 all derivatives of the ray transfer functions of the refractive components of the mGE eye are shown, in Table 7 those for the propagations, and in Table 8 those of the whole mGE eye. The derivatives of the ray transfer functions f C,ref , f L1,ref , f L2,ref of the refractions can be determined from Table 3 by substituting those of the ray transfer functions f e,prop , f dCL,prop , f dL, prop of the propagations given Table 1. Since the mGE eye is symmetric, these derivatives vanish for odd orders p (i.e. for even values of the sum n x + n t of the orders of the derivatives), so Tables 6, 7 and 8 only have entries for even orders. Table 6: Derivatives of the ray transfer functions f C,ref , f L1,ref , f L2,ref of the refractions of the components of the eye Order Cornea S C Front surface lens L 1 Back surface lens L 2 p nx _ n.t _ f x C , right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0354
f t C , right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0355
f x L 1, right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0356
f t L 1, right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0357
f x L 2, right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0358
f t L 2, right e f ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0359
2 1 0 1 -43.0769D 1 -7.81818 dpt 1 -13.2815 dpt 2 0 1 0 1 0 1 0 1 4 3 0 12401.2 m -2 4.067615* 105m - 3 1499.46m -2 -1.82825* 105m - 3 -4605.89 m -2 -1.01543*10 6m - 3 4 2 1 32.2432m -1 -10671.29 m -2 4.11528m -1 -1440.95 m -2 6.99105m -1 4809.53m -2 4 1 2 0 -104,645m -1 0 -15.7145m -1 0 -29.3143m -1 4 0 3 0 -1.31923 0 -0.197152 0 0.197152 6 5 0 -3.93649* 108m - 4 4.80357 *10 11m -5 1.78842* 108m - 4 -2.14040 *10 10m -5 -1.72307 *10 9m -4 -3.88671 *10 11m -5 6 4 1 1.24986* 107m - 3 6.19886* 108m - 4 1.06288*10 6m - 3 -1.70212* 108m - 4 5.83689*10 6m - 3 1.82661 *109m- 4 6 3 2 5.49284* 104m - 2 -8.19587* 106m - 3 4694.07m -2 -1.25104*10 6m - 3 -14721.4 m -2 -8.08185* 106m - 3 6 2 3 126,595m -1 -5.87327* 104m - 2 12,604m -1 -8231.94m -2 22.7901m -1 33476.3 m -2 6 1 4 0 98.8023 m -1 0 -36.5481m -1 0 -117,301m -1 6 0 5 0 8.70184 0 0.194345 0 0.194345
Table 7: Derivatives of the ray transfer functions f e,prop , f dCL,prop , t dL,prop of the propagations of the components of the eye Order corneal vertex distance e Anterior chamber depth d CL Lens thickness d L p nx _ n.t _ f x e , p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0360
f t e , p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0361
f x i.e C L , p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0362
f t i.e C L , p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0363
f x i.e L , p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0364
f t i.e L , p right O p ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0365
2 1 0 1 0 1 0 1 0 2 0 1 0.013m 1 2.69461* 10 -3 m 1 2.60197*10 -3m 1 All higher orders disappear

Die Ableitungen der komponentenweisen Strahl-Transferfunktionen fC,ref, fL1,ref, fL2,ref, fe,prop fdCL,prop, fdL,prop innerhalb des mGE-Auges sind der Ausgangspunkt, um die totale Strahl-Transferfunktion fmGE des gesamten mGE-Auges zu ermitteln. Da fmGE als Verkettung f m G E ( ρ ) = f L 2, r e f ( f d L , p r o p ( f L 1, r e f ( f d C L , p r o p ( f C , r e f ( ρ ) ) ) ) ) ,

Figure DE102020008145A1_0366
definiert ist, können alle Ableitungen von fmGE bis zur Ordnung p = 6 mit Hilfe der Kettenregel aus den Ableitungen der komponentenweisen Strahl-Transferfunktionen bestimmt werden. Tabelle 8: Ableitungen der Strahl-Transfer-Funktionen fmGE des modifizierten Gullstrand-Emsley-Auges Ordnung mod. Gullstrand-Emsley-Auge mGE p n x n t f x m G E ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0367
f t m G E ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0368
2 1 0 0.753858 -60.00001 dpt 2 0 1 5.24176*10-3 m 0.909314 4 3 0 12221.93 m-2 -9.72751*105 m-3 4 2 1 -32.6185 m-1 -10883.5 m-2 4 1 2 -0.595797 -110.553 m-1 4 0 3 -7.82984*10-3 m -1.56287 6 5 0 7.24284*108 m-4 -5.76462*1010 m-5 6 4 1 1.20722*107 m-3 -3.549999*108 m-4 6 3 2 10955.5*104 m-2 -8.559098*106 m-3 6 2 3 -88.57369 m-1 -4.62591*104 m-2 6 1 4 1.407511 271.8149 m-1 6 0 5 0.056790 m 11.548181
The derivatives of the component-wise beam transfer functions f C,ref , f L1,ref , f L2,ref , f e,prop f dCL,prop , f dL,prop inside the mGE eye are the starting point to calculate the total beam transfer function f to determine mGE of the entire mGE eye. Since f mGE as concatenation f m G E ( ρ ) = f L 2, right e f ( f i.e L , p right O p ( f L 1, right e f ( f i.e C L , p right O p ( f C , right e f ( ρ ) ) ) ) ) ,
Figure DE102020008145A1_0366
is defined, all derivatives of f mGE up to order p = 6 can be determined using the chain rule from the derivatives of the component-wise beam transfer functions. Table 8: Derivatives of the ray transfer functions f mGE of the modified Gullstrand-Emsley eye Order model Gullstrand-Emsley eye mGE p nx _ n.t _ f x m G E ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0367
f t m G E ( n x , n t )
Figure DE102020008145A1_0368
2 1 0 0.753858 -60.00001 dpt 2 0 1 5.24176*10 -3m 0.909314 4 3 0 12221.93 m -2 -9.72751* 105m - 3 4 2 1 -32.6185m -1 -10883.5 m -2 4 1 2 -0.595797 -110,553m -1 4 0 3 -7.82984*10 -3 m -1.56287 6 5 0 7.24284* 108m - 4 -5.76462*10 10m -5 6 4 1 1.20722 *10 7m -3 -3.549999* 108m - 4 6 3 2 10955.5* 104m - 2 -8.559098*10 6m - 3 6 2 3 -88.57369 m -1 -4.62591 *10 4m -2 6 1 4 1.407511 271.8149m -1 6 0 5 0.056790 m 11.548181

Aus den Ableitungen der Strahl-Transferfunktion können nun wiederum der Vorfaktor β und die Wellenfront-Transfer-Koeffizienten b ¯ p k

Figure DE102020008145A1_0369
des mGE-Auges bestimmt werden, die zur Auswertung der Wellenfrontdurchrechnung in GI.(38),(36) erforderlich sind.The prefactor β and the wavefront transfer coefficients can now be derived from the derivatives of the beam transfer function b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0369
of the mGE eye, which are required for the evaluation of the wavefront calculation in Eq.(38),(36).

Nach GI.(4) gilt: T = ( A B C D ) = ( 0.753858 0.00524176 m 60.00001 d p t 0.909314 )

Figure DE102020008145A1_0370
According to Eq.(4) the following applies: T = ( A B C D ) = ( 0.753858 0.00524176 m 60.00001 i.e p t 0.909314 )
Figure DE102020008145A1_0370

Außerdem ist der Vorfaktor β nach GI.(26) spezifisch für die einfallende Wellenfront t(1) = -w(2) = -nE2 = E2, wobei GI.(8) und die Definition Ep = nw(p) ausgenutzt werden können sowie die Tatsache, dass der Brechungsindex im Raum vor dem Auge durch n = 1 gegeben ist. Der Vorfaktor β kann dann nach GI.(37) mit Hilfe von aus GI.(49) aus E2 bestimmt werden.In addition, the prefactor β according to eq.(26) is specific for the incident wavefront t (1) = -w (2) = -nE 2 = E 2 , where eq.(8) and the definition E p = nw (p) can be exploited and the fact that the refractive index in the space in front of the eye is given by n=1. The prefactor β can then be determined from E 2 according to Eq.(37) with the help of Eq.(49).

Die Bestimmung der Wellenfront-Transfer-Koeffizienten b ¯ p k

Figure DE102020008145A1_0371
kann schließlich durch Einsetzen der numerischen Werte der Ableitungen der Strahl-Transferfunktion aus Tabelle 8 in Tabelle 5 durchgeführt werden. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 9: Wellenfront-Transfer-Koeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0372
für das modifizierte Gullstrand-Emsley-Auge
Indizes Wellenfront-Ordnung p k* k 1 2 3 4 5 6 (0) 0 60.0000 dpt 0 2.06320*105 m-3 0 3.54733*109 m-5 1 0.909314 0 -28692.2 m-2 0 2.16457*109 m-4 2 0 597.737 m-1 0 -7.52551*106 m-3 3 0 -6.69794 0 -1.03962*106 m-2 4 2.26513*10-2m 0 23021.1 m-1 5 2.91006*10-5m2 0 -237.259 6 0 1 .70495 m 7 0 -0.009055 m2 8 2.21606*10-5 m3 9 2.38306*10-9 m4 (1) 0 1 0 -46287.1 m-2 0 1 0 655.057 m-1 0 2 0 -10.7069 0 3 -0.0343949 m 0 4 6.44793*10-4 m2 0 5 0 6 0 (2) 0 0.0157253 m 0 -2547.464 m-1 1 0 16.42902 2 0 -0.607000 m 3 0.00119945 m2 4 -98305.4 m4 (0,1) 0 1 0 1216.102 m5 1 0 -17.7499 m6 2 0 -0.0983983 m7 3 0.00136332 m8 4 -98305.4 m4 (3) 0 4.12141*10-4 m2 0 1 0 2 0 (1,1) 0 0.0524176 m 0 1 0 2 0 (0,0,1) 0 1 0 1 0 2 0 (4) 0 1.51224*10-5 m3 (2,1) 0 0.00288499 m2 (0,2) 0 0.0524176 m (1,0,1) 0 0.0786265 m (0,0,0,1) 0 1
The determination of the wavefront transfer coefficient b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0371
can finally be performed by substituting in Table 5 the numerical values of the derivatives of the ray transfer function from Table 8. The result is shown in Table 9 below. Table 9: Wavefront Transfer Coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0372
for the modified Gullstrand-Emsley eye
indices Wavefront Order p k * k 1 2 3 4 5 6 (0) 0 60,0000 dpt 0 2.06320* 105m - 3 0 3.54733* 109m - 5 1 0.909314 0 -28692.2 m -2 0 2.16457 *109m- 4 2 0 597,737m -1 0 -7.52551*10 6m - 3 3 0 -6.69794 0 -1.03962* 106m - 2 4 2.26513*10 -2m 0 23021.1m -1 5 2.91006 * 10-5m2 0 -237,259 6 0 1 .70495 m 7 0 -0.009055m2 8th 2.21606 * 10-5m3 9 2.38306*10 -9m 4 (1) 0 1 0 -46287.1 m -2 0 1 0 655,057m -1 0 2 0 -10.7069 0 3 -0.0343949 m 0 4 6.44793* 10 -4m2 0 5 0 6 0 (2) 0 0.0157253 m 0 -2547.464m -1 1 0 16.42902 2 0 -0.607000m 3 0.00119945m2 4 -98305.4 m 4 (0.1) 0 1 0 1216.102m 5 1 0 -17.7499m 6 2 0 -0.0983983m 7 3 0.00136332m 8 4 -98305.4 m 4 (3) 0 4.12141 * 10-4m2 0 1 0 2 0 (1.1) 0 0.0524176 m 0 1 0 2 0 (0,0,1) 0 1 0 1 0 2 0 (4) 0 1.51224 * 10-5m3 (2.1) 0 0.00288499m2 (0.2) 0 0.0524176 m (1,0,1) 0 0.0786265 m (0,0,0,1) 0 1

Das eigentliche Ziel, nämlich die wiederholte Durchrechnung verschiedener Wellenfronten durch das mGE-Auge, kann nun auf Basis der Werte aus GI.(49) und aus Tabelle 9 erreicht werden.The actual goal, namely the repeated calculation of different wavefronts by the mGE eye, can now be achieved on the basis of the values from Eq. (49) and from Table 9.

Die Ergebnisse für E'p sind für die Ordnungen p ≤ 6 in der folgenden Tabelle 10 gezeigt. In der ersten Spalte stehen die Ergebnisse für eine ebene einfallende Wellenfront, die nach Konstruktion des emmetropen mGE-Auges auf eine Kugelwelle abgebildet wird. Die zweite und die dritte Spalte beziehen sich auf eine einfallende Wellenfront aus 40 cm Entfernung, wobei die dritte Spalte einer exakten Kugelwelle entspricht und die zweite Spalte der Näherung zweiter Ordnung an diese Kugelwelle. Die vierte Spalte schließlich zeigt einer willkürlich gewählten Wellenfront, deren HOA nur beispielhaft gewählt sind. Tabelle 10: Aberrationen E'2, E'3, E'4, E'5, E'6 der ausfallenden Wellenfront nach der Wellenfront-Durchrechnung von verschiedenen Wellenfronten mit Aberrationen E2, E3, E4, E5, E6 durch das modifizierte Gullstrand-Emsley-Auge Aberrationen und Vorfaktor ebene Wellenfront Wellenfront aus 40 cm Entfernung willkürliche Wellenfront mit HOA Wellenfront 2.Ordnung (Parabel) Kugelwelle Input E 2 0 -2.5 dpt -2.5 dpt -2.5 dpt E 3 0 0 0 -1.0*103 m-2 E 4 0 0 -46.875 m-3 7.0*105 m-3 E 5 0 0 0 -2.0*108 m-4 E 6 0 0 -4.39453*103 m-5 5.0*1010 m-5 Output β 1.32651 1.26348 1.26348 1.26348 E'2 79.5906 dpt 75.4005 dpt 75.4005 dpt 75.4005 dpt E'3 0 0 0 -1.50974*103 m-2 E'4 8.47409*105 m-3 1.05563*106 m-3 1.05551*106 m-3 2.98485*106 m-3 E'5 0 0 0 -8.09790*108 m-4 E'6 4.51123*1010 m-5 - 1.88462*1010 m-5 - 1.88111*1010 m-5 3.31012*1011 m-5 The results for E' p are shown for orders p ≤ 6 in Table 10 below. The first column shows the results for a plane incident wavefront, which is mapped onto a spherical wave after the construction of the emmetropic mGE eye. The second and third columns refer to an incident wavefront at a distance of 40 cm, with the third column corresponding to an exact spherical wave and the second column to the second-order approximation to this spherical wave. Finally, the fourth column shows an arbitrarily chosen wavefront whose HOA is only chosen as an example. Table 10: Aberrations E' 2 , E' 3 , E' 4 , E' 5 , E' 6 of the emerging wavefront after the wavefront calculation of different wavefronts with aberrations E 2 , E 3 , E 4 , E 5 , E 6 through the modified Gullstrand-Emsley eye aberrations and prefactor plane wavefront Wavefront from a distance of 40 cm arbitrary wavefront with HOA 2nd order wavefront (parabola) ball wave input E 2 0 -2.5 dpt -2.5 dpt -2.5 dpt E 3 0 0 0 -1.0* 103m - 2 E 4 0 0 -46,875m -3 7.0* 105m- 3 E 5 0 0 0 -2.0* 108m - 4 E 6 0 0 -4.39453*10 3m -5 5.0*10 10m -5 output β 1.32651 1.26348 1.26348 1.26348 E'2 _ 79.5906 dpt 75.4005 dpt 75.4005 dpt 75.4005 dpt E'3 _ 0 0 0 -1.50974* 103m - 2 E'4 _ 8.47409* 105m - 3 1.05563*10 6m - 3 1.05551*10 6m - 3 2.98485* 106m - 3 E'5 _ 0 0 0 -8.09790* 108m - 4 E'6 _ 4.51123 *10 10m -5 - 1.88462 *10 10m -5 - 1.88111 *10 10m -5 3.31012 *10 11m -5

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt zur Optimierung von Brillengläsern eingesetzt werden, wobei dann statt des mGE-Auges die tatsächlichen biometrischen Parameter des individuellen Auges zu verwenden sind, und die Input-Wellenfront für die Durchrechnung bevorzugt eine Wellenfront zweiter Ordnung ist, die aus dem zu optimierenden Brillenglas stammt. Das Brillenglas ist dabei so zu bestimmen, dass die Output-Wellenfront in Bezug auf eine Metrik der Kugelwelle möglichst nahekommt, die auf die Retina konvergiert.The method according to the invention can preferably be used to optimize spectacle lenses, in which case the actual biometric parameters of the individual eye are to be used instead of the mGE eye, and the input wavefront for the calculation is preferably a second-order wavefront, which is from the to be optimized glasses come from. The spectacle lens is to be determined in such a way that the output wave front comes as close as possible in relation to a metric of the spherical wave, which converges on the retina.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die folgenden Punkte:In particular, the invention relates to the following points:

Punkt 1: Verfahren zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung, wobei das optische System ein komplexes optisches System ist, dessen Wirkung über eine einzelne Brechung, eine einzelne Propagation oder eine einzelne Reflexion hinausgeht, umfassend die Schritte:

  • - Aufstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, in das optische System einfallenden Wellenfronten unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus jeweils eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen; und
  • - Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.
Item 1: Method for simulating an optical system by means of a wavefront calculation, the optical system being a complex optical system whose effect goes beyond a single refraction, a single propagation or a single reflection, comprising the steps:
  • - Setting up at least one wavefront transfer function for the optical system, the wavefront transfer function being intended to assign an associated emerging wavefront to wavefronts incident on the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus; and
  • - Evaluation of the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system.

Punkt 2: Verfahren nach Punkt 1, wobei das Verfahren ein Verfahren zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems ist, wobei das optische System ein zweites Teilsystem des optischen Gesamtsystems darstellt und das optische Gesamtsystem zusätzlich ein erstes Teilsystem umfasst, wobei insbesondere das erste Teilsystem und/oder das zweite Teilsystem im Laufe der Optimierung variiert werden kann.Point 2: Method according to point 1, wherein the method is a method for optimizing an overall optical system, wherein the optical system represents a second subsystem of the overall optical system and the overall optical system additionally comprises a first subsystem, in particular the first subsystem and/or the second subsystem can be varied in the course of optimization.

Punkt 3: Verfahren nach Punkt 2, wobei das erste Teilsystem ein Brillenglas und das zweite Teilsystem ein Modellauge (10) ist.Point 3: Method according to point 2, the first sub-system being a spectacle lens and the second sub-system being a model eye (10).

Punkt 4: Verfahren nach Punkt 2 oder 3, wobei
die zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront auf Basis einer vorgegebenen Testwellenfront, welche das erste Teilsystem durchläuft, ermittelt wird.
Point 4: Procedure according to point 2 or 3, where
the at least one wavefront incident on the optical system is determined on the basis of a predetermined test wavefront which passes through the first subsystem.

Punkt 5: Verfahren nach einem der Punkte 2 bis 4, ferner umfassend den Schritt:

  • - Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für die zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront, wobei das optische Gesamtsystem unter Variation des ersten Teilsystems so lange bewertet wird, bis die Bewertung eine vorgegebene Bedingung erfüllt, wobei

die Variation des ersten Teilsystems insbesondere eine Änderung zumindest einer brechenden Fläche und/oder zumindest eines Abstandes zwischen brechenden Flächen des ersten Teilsystems, und/oder ein Verkippen und/oder Verschieben des ersten Teilsystems gegenüber dem zweiten Teilsystem umfasst.Point 5: Method according to one of points 2 to 4, further comprising the step:
  • - Evaluation of the overall optical system based on the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for the at least one wavefront incident on the optical system, the overall optical system being evaluated while varying the first subsystem until the evaluation fulfills a predetermined condition, whereby

the variation of the first sub-system comprises in particular a change in at least one refracting surface and/or at least one distance between refracting surfaces of the first sub-system, and/or a tilting and/or shifting of the first sub-system in relation to the second sub-system.

Punkt 6: Verfahren nach Punkt 5, wobei
das Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront und ferner auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine zweite einfallende Wellenfront vorgenommen wird, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der ersten Wellenfront in einer ersten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der zweiten Wellenfront in einer zweiten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, und wobei sich die erste Position von der zweiten Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Ausrichtung unterscheidet.
Point 6: Procedure according to point 5, where
the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a first wavefront incident on the optical system and also on the basis of the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a second incident wavefront, with the first subsystem is in a first position and orientation to the second subsystem when the first wavefront is incident, the first subsystem being in a second position and orientation to the second subsystem when the second wavefront is incident, and the first position is different from the second position and/or differs the first orientation from the second orientation.

Punkt 7: Verfahren nach einem der Punkte 5 bis 6, wobei
das Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens einer ersten Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront und ferner auf Basis des Ergebnisses des Auswertens einer zweiten Wellenfront-Transferfunktion für eine weitere einfallende Wellenfront vorgenommen wird, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der ersten Wellenfront in einer ersten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der weiteren Wellenfront in einer zweiten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich die erste Position von der zweiten Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Ausrichtung unterscheidet, und wobei sich die zweite Wellenfront-Transferfunktion von der ersten Wellenfront-Transferfunktion unterscheidet.
Point 7: Method according to one of points 5 to 6, wherein
the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of a first wavefront transfer function for a first wavefront incident on the optical system and also on the basis of the result of the evaluation of a second wavefront transfer function for a further incident wavefront, the first subsystem is in a first position and orientation to the second subsystem when the first wavefront is incident, the first subsystem being in a second position and orientation to the second subsystem when the other wavefront is incident, the first position being different from the second position and/or the first orientation differs from the second orientation, and wherein the second wavefront transfer function differs from the first wavefront transfer function.

Punkt 8: Verfahren nach einem der Punkte 2 bis 7, wobei
das erste Teilsystem ein Brillenglas und das zweite Teilsystem ein Modellauge ist, und wobei Blickbewegungen des Modellauges, die eine Veränderung der Position des Durchstoßpunktes des Hauptstrahls durch die Brillenglasflächen und/oder eine Veränderung der Einfallswinkel auf eine Brillenglasfläche bewirken, als eine Veränderung der Position und/oder der Ausrichtung des Brillenglases im Koordinatensystem des Auges beschrieben werden.
Point 8: Method according to one of points 2 to 7, wherein
the first sub-system is a spectacle lens and the second sub-system is a model eye, and where visual movements of the model eye that cause a change in the position of the point where the main ray penetrates the spectacle lens surfaces and/or a change in the angle of incidence on a spectacle lens surface are considered a change in position and/ or the alignment of the spectacle lens in the coordinate system of the eye.

Punkt 9: Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei das optische System ein GRIN-System ist oder zumindest ein GRIN-Element umfasst.Item 9: Method according to one of the preceding items, wherein the optical system is a GRIN system or comprises at least one GRIN element.

Punkt 10: Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion die Form E ' p = β r ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , k p 1 b ¯ p k β Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 , p = 2,3,4,

Figure DE102020008145A1_0373
aufweist und wobei die Indizes des Tupels k = (k1,k2,...,kp-1) über den Bereich P(k*) ≤ p - 2 und 0 ≤ k1 ≤ 2(p - P(k*) - 2) + δP(k*),0 laufen, wobei P ( k * ) = j = 1 p 2 j k j + 1 ,
Figure DE102020008145A1_0374
und wobei r ¯ 1 0 ( p 1 ) = p δ ( p 1 ) ,1
Figure DE102020008145A1_0375
und Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) = ( p 3 ) + δ ( p 1 ) ,1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0376
gelten, und wobei β = (~BE2 + A)-1 als Funktion der zumindest einen einfallenden Wellenfront und des optischen Systems gegeben ist, und wobei A,B und die Wellenfront-Transfer-Koeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0377
als Funktion der Komponenten des optischen Systems gegeben sind.Item 10: Method according to one of the preceding items, wherein the at least one wavefront transfer function has the form E ' p = β right ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , ... k p 1 b ¯ p k β Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 , p = 2,3,4, ...
Figure DE102020008145A1_0373
and where the indices of the tuple k = (k 1 ,k 2 ,...,k p-1 ) over the range P(k*) ≤ p - 2 and 0 ≤ k 1 ≤ 2(p - P(k *) - 2) + δ P(k*),0 , where P ( k * ) = j = 1 p 2 j k j + 1 ,
Figure DE102020008145A1_0374
and where right ¯ 1 0 ( p 1 ) = p δ ( p 1 ) ,1
Figure DE102020008145A1_0375
and Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) = ( p 3 ) + δ ( p 1 ) ,1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0376
apply, and where β = (~BE 2 + A) -1 is given as a function of the at least one incident wavefront and the optical system, and where A,B and the wavefront transfer coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0377
are given as a function of the components of the optical system.

Punkt 11: Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei sowohl die einfallenden als auch die ausfallenden Wellenfronten jeweils durch Koeffizienten zu Basiselementen eines Basissystems dargestellt werden, dessen Basiselemente nach zumindest einem Ordnungsparameter klassifiziert werden, und wobei die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion dadurch gegeben ist, dass sie den in das optische System einfallenden Wellenfronten die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront derart zuordnet, dass sie für ein in der Darstellung einer ausfallenden Wellenfront vertretenes Basiselement den Koeffizienten zu diesem in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselement in Abhängigkeit von Koeffizienten der zugehörigen einfallenden Wellenfront zu einer Mehrzahl derjenigen Basiselemente ermittelt, deren Wert des Ordnungsparameters kleiner oder gleich dem Wert des Ordnungsparameters des jeweiligen in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselements ist.Point 11: Method according to one of the preceding points, in which both the incident and the emerging wavefronts are each represented by coefficients for the basis elements of a basis system, the basis elements of which are classified according to at least one order parameter, and the at least one wavefront transfer function is given by that it assigns the respective emerging wavefront to the wavefronts incident in the optical system in such a way that for a basic element represented in the representation of an emerging wavefront, it assigns the coefficients for this basic element represented in the representation of the emerging wavefront as a function of coefficients of the associated incident wavefront a plurality of those base elements are determined whose value of the order parameter is less than or equal to the value of the order parameter of the respective base element represented in the representation of the emerging wave front .

Punkt 12: Verfahren nach Punkt 11, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Aberrationen ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Aberrationen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Aberration Ep der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Aberration E'p der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.Point 12: Method according to point 11, wherein the basic system is a decomposition according to aberrations, the order parameter being an order p of the aberrations, the coefficients associated with the basic elements of the basic system being given by a p-th order coefficient of the incident wavefront is an aberration E p of the incident wavefront and that a p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is an aberration E' p of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2.

Punkt 13: Verfahren nach Punkt 11 oder 12, wobei der Ordnungsparameter ein erster Ordnungsparameter ist, und wobei die Basiselemente des Basissystems zusätzlich nach zumindest einem zweiten Ordnungsparameter klassifiziert werden, dessen Wertebereich vom Wert des ersten Ordnungsparameters abhängt.Item 13: Method according to item 11 or 12, wherein the order parameter is a first order parameter, and wherein the basic elements of the basic system are additionally classified according to at least one second order parameter, the value range of which depends on the value of the first order parameter.

Punkt 14: Verfahren nach einem der Punkte 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen von Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w(p) der Pfeilhöhe der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w'(p) der Pfeilhöhe der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.Item 14: Method according to any one of items 11 to 13, wherein the basis system is a decomposition according to Taylor derivatives of wavefront arrow heights, the order parameter being an order p of the Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, where the to the basis elements of the basis system associated coefficients are given in that a p-th order coefficient of the incident wavefront is a Taylor derivative w (p) of the sagittal height of the incident wavefront and that the p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is a Taylor derivative w' (p ) is the versine of the associated emerging wavefront, and where p ≥ 2.

Punkt 15: Verfahren nach einem der Punkte 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen einer Wellenfront-OPD ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung OPD(p) der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung OPD'(p) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.Point 15: Method according to one of points 11 to 13, wherein the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives of a wavefront OPD, wherein the order parameter is an order p of the Taylor derivatives of the wavefront OPD, where the to the basic elements of the basic system associated coefficients are given in that a p-th order coefficient of the incident wavefront is a Taylor derivative OPD (p) of the incident wavefront and that the p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is a Taylor derivative OPD' (p) of associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2.

Punkt 16: Verfahren nach einem der Punkte 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung i der Ableitungen der Richtungsfunktionen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient i-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Ableitung t(i) einer Richtungsfunktion t(x) der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient i-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Ableitung t'(i) einer Richtungsfunktion t'(x') der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei i ≥ 1 ist.Point 16: Method according to one of points 11 to 13, wherein the basic system is a decomposition according to derivatives of directional functions, the order parameter being an order i of the derivatives of the directional functions, the coefficients associated with the basic elements of the basic system being given in that a ith order coefficient of the incident wavefront is a derivative t (i) of a directional function t(x) of the incident wavefront and that an ith order coefficient of the associated outgoing wavefront is a derivative t' (i) of a directional function t'(x' ) of the associated outgoing wavefront, and where i ≥ 1.

Punkt 17: Verfahren nach einem der Punkte 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen ist, wobei der Ordnungsparameter eine radiale Ordnung n der Zernike-Polynome ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient n-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront ein Zernike-Koeffizient Zn der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient n-ter Ordnung der ausfallenden Wellenfront ein Zernike-Koeffizient Z'n der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, wobei n ≥ 2 ist, und wobei sich die Zernike-Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.Point 17: Method according to one of points 11 to 13, the basic system being a decomposition according to Zernike polynomials, the order parameter being a radial order n of the Zernike polynomials, the coefficients associated with the basic elements of the basic system being given in that an nth order coefficient of the incident wavefront is a Zernike coefficient Z n of the incident wavefront and that an nth order coefficient of the outgoing wavefront is a Zernike coefficient Z' n of the associated outgoing wavefront, where n ≥ 2, and in particular, the Zernike coefficients relate to a fixed pupil.

Punkt 18: Verfahren nach Punkt 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Aberrationen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Aberrationen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Aberrationen Epx,py der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Aberrationen E'px,py der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.Item 18: Method according to Item 13, wherein the basic system is a decomposition according to aberrations, the first order parameter being the sum p of orders p x and p y of the aberrations, the second order parameter being one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that p-th order coefficients of the incident wavefront are aberrations E px,py of the incident wavefront and that p-th order coefficients of the associated emerging wavefront are aberrations E' px,py of the associated emerging are wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0.

Punkt 19: Verfahren nach Punkt 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen von Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w(px,py) der Pfeilhöhe der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w'(px,py) der Pfeilhöhe der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.Item 19: Method according to item 13, wherein the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives of wavefront arrow heights, the first order parameter being the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by the p-th order coefficients of the incident wavefront being Taylor derivatives w (px,py) of the versine of the incident wavefront and that the p-th order coefficients of the associated emergent wavefront are Taylor derivatives w' (px,py) of the versine of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0.

Punkt 20: Verfahren nach Punkt 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen einer Wellenfront-OPD ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen OPD(px,py) der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen OPD'(px,py) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.Point 20: Method according to point 13, wherein the basic system is a decomposition according to Taylor derivatives of a wavefront OPD, the first order parameter being the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives of the wavefront OPD, the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that p-th order coefficients of the incident wavefront are Taylor derivatives OPD (px,py) of the incident wavefront and that the coefficients p-th order of the associated emergent wavefront are Taylor derivatives OPD' (px,py) of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0.

Punkt 21: Verfahren nach Punkt 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe i von Ordnungen ix und iy der Ableitungen der Richtungsfunktionen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen ix und iy ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten i-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Ableitungen tx (ix,iy), ty (ix,iy) von Richtungsfunktionen tx(x,y), ty(x,y) der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten i-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Ableitungen t'x (ix,iy), t'y (ix,iy) der Richtungsfunktionen t'x(x',y'), t'y(x',y') der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei i ≥ 1 und ix ≥ 0 und iy ≥ 0 gilt.Point 21: Method according to point 13, wherein the basic system is a decomposition according to derivatives of directional functions, the first order parameter being the sum i of orders i x and i y of the derivatives of the directional functions, the second order parameter being one of the orders i x and i y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by the fact that coefficients of the ith order of the incident wave front are derivatives t x (ix,iy) , t y (ix,iy) of directional functions t x (x,y) , t y (x,y) of the incident wavefront and that i-th order coefficients of the associated emerging wavefront are derivatives t' x (ix,iy) , t' y (ix,iy) of the directional functions t' x (x', y'), t' y (x',y') of the associated emergent wavefront, and where i ≥ 1 and i x ≥ 0 and i y ≥ 0.

Punkt 22: Verfahren nach Punkt 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen ist, wobei der erste Ordnungsparameter eine radiale Ordnung n der Zernike-Polynome ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine azimutale Ordnung m der Zernike-Polynome ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten n-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Zernike-Koeffizienten Zn m der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten n-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Zernike-Koeffizienten Z`n m der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, wobei n ≥ 2 und -n ≤ m ≤ n gilt, wobei m für gerade n gerade ist und für ungerade n ungerade ist, und wobei sich die Zernike-Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.Point 22: Method according to point 13, wherein the basic system is a decomposition according to Zernike polynomials, the first order parameter being a radial order n of the Zernike polynomials, the second order parameter being an azimuthal order m of the Zernike polynomials, the to The coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by the fact that nth-order coefficients of the incident wavefront are Zernike coefficients Z n m of the incident wavefront and that nth-order coefficients of the associated emerging wavefront are Zernike coefficients Z` n m of the associated emerging are wavefront, where n ≥ 2 and -n ≤ m ≤ n, where m is even for even n and odd for n odd, and in particular where the Zernike coefficients relate to a fixed pupil.

Punkt 23: Computerprogrammprodukt umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein Verfahren gemäß einem der Punkte 1 bis 22 durchführt.Item 23: Computer program product comprising computer-readable instructions which, when loaded into a memory of a computer and executed by the computer, cause the computer to perform a method according to any one of items 1 to 22.

Punkt 24: Vorrichtung zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung, wobei das optische System ein komplexes optisches System ist, dessen Wirkung über eine einzelne Brechung, einer einzelnen Propagation oder einer einzelnen Reflexion hinausgeht, umfassend:

  • - ein Modellierungsmodul zum Bereitstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, jeder in das optische System einfallenden Wellenfront unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen;
  • - ein Auswertemodul zum Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.
Item 24: Device for simulating an optical system by means of a wavefront calculation, the optical system being a complex optical system whose effect goes beyond a single refraction, a single propagation or a single reflection, comprising:
  • - a modeling module for providing at least one wavefront transfer function for the optical system, wherein the wavefront transfer function is intended to assign an associated emerging wavefront to each wavefront incident in the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus;
  • - An evaluation module for evaluating the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system.

Punkt 25: Verfahren zum Herstellen eines Brillenglases umfassend:

  • - Berechnen oder Optimieren eines Brillenglases unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Punkte 1 bis 22; und
  • - Bereitstellen von Fertigungsdaten des so berechneten oder optimierten Brillenglases, und/oder Fertigen des so berechneten oder optimierten Brillenglases.
Item 25: Method for manufacturing a spectacle lens comprising:
  • - Calculating or optimizing a spectacle lens using a method according to one of points 1 to 22; and
  • - Providing production data of the spectacle lens calculated or optimized in this way, and/or manufacturing the spectacle lens calculated or optimized in this way.

Punkt 26: Vorrichtung zum Herstellen eines Brillenglases umfassend:

  • Berechnungs- oder Optimierungsmittel, welche ausgelegt sind, das Brillenglas unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Punkte 1 bis 22 zu berechnen oder zu optimieren; und
  • Bearbeitungsmittel, welche ausgelegt sind, das Brillenglas fertig zu bearbeiten.
Item 26: Device for manufacturing a spectacle lens comprising:
  • Calculation or optimization means, which are designed to calculate or optimize the spectacle lens using a method according to one of points 1 to 22; and
  • Processing means designed to finish the spectacle lens.

Punkt 27: Verwendung eines nach dem Herstellungsverfahren gemäß Punkt 25 hergestellten Brillenglases in einer vorgegebenen durchschnittlichen oder individuellen Gebrauchsstellung des Brillenglases vor den Augen eines bestimmten Brillenträgers zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit des Brillenträgers.Point 27: Use of a spectacle lens manufactured according to the manufacturing method according to point 25 in a predetermined average or individual usage position of the spectacle lens in front of the eyes of a specific spectacle wearer to correct a defective vision of the spectacle wearer.

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Claims (24)

Computerimplementiertes Verfahren zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung, wobei das optische System ein komplexes optisches System ist, dessen Wirkung über eine einzelne Brechung, eine einzelne Propagation oder eine einzelne Reflexion hinausgeht, umfassend die Schritte: - computerimplementiertes Aufstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, in das optische System einfallenden Wellenfronten unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus jeweils eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen; und - computerimplementiertes Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.Computer-implemented method for simulating an optical system by means of a wavefront calculation, the optical system being a complex optical system whose effect goes beyond a single refraction, a single propagation or a single reflection, comprising the steps: - Computer-implemented setting up of at least one wavefront transfer function for the optical system, the wavefront transfer function being intended to assign an associated emerging wavefront to wavefronts incident on the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus; and - Computer-implemented evaluation of the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ein Verfahren zur Optimierung eines optischen Gesamtsystems ist, wobei das optische System ein zweites Teilsystem des optischen Gesamtsystems darstellt und das optische Gesamtsystem zusätzlich ein erstes Teilsystem umfasst, wobei insbesondere das erste Teilsystem und/oder das zweite Teilsystem im Laufe der Optimierung variiert werden kann.procedure after claim 1 , wherein the method is a method for optimizing an overall optical system, wherein the optical system represents a second sub-system of the overall optical system and the overall optical system additionally comprises a first sub-system, with the first sub-system and/or the second sub-system in particular varying in the course of the optimization can be. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste Teilsystem ein Brillenglas und das zweite Teilsystem ein Modellauge (10) ist.procedure after claim 2 , wherein the first subsystem is a spectacle lens and the second subsystem is a model eye (10). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront auf Basis einer vorgegebenen Testwellenfront, welche das erste Teilsystem durchläuft, ermittelt wird.procedure after claim 2 or 3 , wherein the at least one wavefront incident on the optical system is determined on the basis of a predetermined test wavefront, which passes through the first subsystem. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner umfassend den Schritt: - Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für die zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront, wobei das optische Gesamtsystem unter Variation des ersten Teilsystems so lange bewertet wird, bis die Bewertung eine vorgegebene Bedingung erfüllt, wobei die Variation des ersten Teilsystems insbesondere eine Änderung zumindest einer brechenden Fläche und/oder zumindest eines Abstandes zwischen brechenden Flächen des ersten Teilsystems, und/oder ein Verkippen und/oder Verschieben des ersten Teilsystems gegenüber dem zweiten Teilsystem umfasst.Procedure according to one of claims 2 until 4 , further comprising the step of: - evaluating the overall optical system based on the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for the at least one wavefront incident on the optical system, wherein the overall optical system is evaluated while varying the first subsystem until the Assessment satisfies a predetermined condition, with the variation of the first subsystem including, in particular, a change in at least one refracting surface and/or at least one distance between refracting surfaces of the first subsystem, and/or a tilting and/or shifting of the first subsystem relative to the second subsystem. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront und ferner auf Basis des Ergebnisses des Auswertens der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für eine zweite einfallende Wellenfront vorgenommen wird, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der ersten Wellenfront in einer ersten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der zweiten Wellenfront in einer zweiten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, und wobei sich die erste Position von der zweiten Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Ausrichtung unterscheidet.procedure after claim 5 , wherein the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a first incident wavefront in the optical system and also on the basis of the result of the evaluation of the at least one wavefront transfer function for a second incident wavefront, wherein the first subsystem is in a first position and orientation to the second subsystem when the first wavefront is incident, wherein the first subsystem is in a second position and orientation to the second subsystem when the second wavefront is incident, and wherein the first position is different from the second position and/or the first orientation differs from the second orientation. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das Bewerten des optischen Gesamtsystems auf Basis des Ergebnisses des Auswertens einer ersten Wellenfront-Transferfunktion für eine erste in das optische System einfallende Wellenfront und ferner auf Basis des Ergebnisses des Auswertens einer zweiten Wellenfront-Transferfunktion für eine weitere einfallende Wellenfront vorgenommen wird, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der ersten Wellenfront in einer ersten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich das erste Teilsystem beim Einfallen der weiteren Wellenfront in einer zweiten Position und Ausrichtung zum zweiten Teilsystem befindet, wobei sich die erste Position von der zweiten Position und/oder die erste Ausrichtung von der zweiten Ausrichtung unterscheidet, und wobei sich die zweite Wellenfront-Transferfunktion von der ersten Wellenfront-Transferfunktion unterscheidet.Procedure according to one of Claims 5 until 6 , wherein the overall optical system is evaluated on the basis of the result of the evaluation of a first wavefront transfer function for a first wavefront incident on the optical system and also on the basis of the result of the evaluation of a second wavefront transfer function for a further incident wavefront, with the first subsystem is in a first position and orientation to the second subsystem when the first wavefront is incident, the first subsystem being in a second position and orientation to the second subsystem when the other wavefront is incident, the first position being different from the second position and /or the first orientation differs from the second orientation, and wherein the second wavefront transfer function differs from the first wavefront transfer function. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das erste Teilsystem ein Brillenglas und das zweite Teilsystem ein Modellauge ist, und wobei Blickbewegungen des Modellauges, die eine Veränderung der Position des Durchstoßpunktes des Hauptstrahls durch die Brillenglasflächen und/oder eine Veränderung der Einfallswinkel auf eine Brillenglasfläche bewirken, als eine Veränderung der Position und/oder der Ausrichtung des Brillenglases im Koordinatensystem des Auges beschrieben werden.Procedure according to one of claims 2 until 7 , wherein the first sub-system is a spectacle lens and the second sub-system is a model eye, and wherein eye movements of the model eye, which cause a change in the position of the penetration point of the main ray through the spectacle lens surfaces and/or a change in the angle of incidence on a spectacle lens surface, as a change in position and/or the alignment of the spectacle lens in the coordinate system of the eye. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das optische System ein GRIN-System ist oder zumindest ein GRIN-Element umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the optical system is a GRIN system or comprises at least one GRIN element. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion die Form E ' p = β r ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , k p 1 b ¯ p k β Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 , p = 2,3,4,
Figure DE102020008145A1_0378
aufweist und wobei die Indizes des Tupels k = (k1,k2,...,kp-1) über den Bereich P(k*) ≤ p - 2 und 0 ≤ k1 ≤ 2(p - P(k*) - 2) + δP(k*),0 laufen, wobei P ( k * ) = j = 1 p 2 j k j + 1 ,
Figure DE102020008145A1_0379
und wobei r ¯ 1 0 ( p 1 ) = p δ ( p 1 ) ,1
Figure DE102020008145A1_0380
und Δ r ¯ 1 ( p 1, k * ) = ( p 3 ) + δ ( p 1 ) ,1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0381
gelten, und wobei β = (-BF2 + A)-1 als Funktion der zumindest einen einfallenden Wellenfront und des optischen Systems gegeben ist, und wobei A, B und die Wellenfront-Transfer-Koeffizienten b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0382
als Funktion der Komponenten des optischen Systems gegeben sind.
A method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one wavefront transfer function is the form E ' p = β right ¯ 1 0 ( p 1 ) k 1 , k 2 , ... k p 1 b ¯ p k β Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) E 2 k 1 E 3 k 2 E p k p 1 , p = 2,3,4, ...
Figure DE102020008145A1_0378
and where the indices of the tuple k = (k 1 ,k 2 ,...,k p-1 ) over the range P(k*) ≤ p - 2 and 0 ≤ k 1 ≤ 2(p - P(k *) - 2) + δ P(k*),0 , where P ( k * ) = j = 1 p 2 j k j + 1 ,
Figure DE102020008145A1_0379
and where right ¯ 1 0 ( p 1 ) = p δ ( p 1 ) ,1
Figure DE102020008145A1_0380
and Δ right ¯ 1 ( p 1, k * ) = ( p 3 ) + δ ( p 1 ) ,1 P ( k * * )
Figure DE102020008145A1_0381
apply, and where β = (-BF 2 + A) -1 is given as a function of the at least one incident wavefront and the optical system, and where A, B and the wavefront transfer coefficients b ¯ p k
Figure DE102020008145A1_0382
are given as a function of the components of the optical system.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sowohl die einfallenden als auch die ausfallenden Wellenfronten jeweils durch Koeffizienten zu Basiselementen eines Basissystems dargestellt werden, dessen Basiselemente nach zumindest einem Ordnungsparameter klassifiziert werden, und wobei die zumindest eine Wellenfront-Transferfunktion dadurch gegeben ist, dass sie den in das optische System einfallenden Wellenfronten die jeweils zugehörige ausfallende Wellenfront derart zuordnet, dass sie für ein in der Darstellung einer ausfallenden Wellenfront vertretenes Basiselement den Koeffizienten zu diesem in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselement in Abhängigkeit von Koeffizienten der zugehörigen einfallenden Wellenfront zu einer Mehrzahl derjenigen Basiselemente ermittelt, deren Wert des Ordnungsparameters kleiner oder gleich dem Wert des Ordnungsparameters des jeweiligen in der Darstellung der ausfallenden Wellenfront vertretenen Basiselements ist.Method according to one of the preceding claims, wherein both the incident and the emerging wavefronts are each represented by coefficients for the basis elements of a basis system, the basis elements of which are classified according to at least one order parameter, and the at least one wavefront transfer function is given in that they assigns the respective emerging wavefront to the wavefronts incident in the optical system in such a way that, for a basic element represented in the representation of an emerging wavefront, it converts the coefficients for this basic element represented in the representation of the emerging wavefront as a function of coefficients of the associated incident wavefront to a plurality of those Basic elements are determined whose value of the order parameter is less than or equal to the value of the order parameter of the respective basic element represented in the representation of the emerging wavefront. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Aberrationen ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Aberrationen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Aberration Ep der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Aberration E'p der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.procedure after claim 11 , where the basis system is a decomposition according to aberrations, where the order parameter is an order p of the aberrations, the coefficients associated with the basis elements of the basis system being given in that a p-th order coefficient of the incident wavefront has an aberration E p of the incident wavefront and that a p-th order coefficient of the associated outgoing wavefront is an aberration E' p of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Ordnungsparameter ein erster Ordnungsparameter ist, und wobei die Basiselemente des Basissystems zusätzlich nach zumindest einem zweiten Ordnungsparameter klassifiziert werden, dessen Wertebereich vom Wert des ersten Ordnungsparameters abhängt.procedure after claim 11 or 12 , where the order parameter is a first order parameter, and where the basis elements of the basis system are additionally classified according to at least one second order parameter, the value range of which depends on the value of the first order parameter. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen von Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w(p) der Pfeilhöhe der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung w'(p) der Pfeilhöhe der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.Procedure according to one of Claims 11 until 13 , where the basis system is a decomposition according to Taylor derivatives of wavefront arrow heights, where the order parameter is an order p of the Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, the coefficients associated with the basis elements of the basis system being given by a coefficient p- th order of the incident wavefront is a Taylor derivative w (p) of the versine of the incident wavefront and that the pth order coefficient of the associated outgoing wavefront is a Taylor derivative w' (p) of the versine of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen einer Wellenfront-OPD ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung p der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung OPD(p) der einfallenden Wellenfront ist und dass der Koeffizient p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Taylor-Ableitung OPD'(p) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei p ≥ 2 ist.Procedure according to one of Claims 11 until 13 , where the basis system is a decomposition according to Taylor derivatives of a wavefront OPD, with the order parameter being an order p of the Taylor derivatives of the wavefront OPD, with the coefficients associated with the basis elements of the basis system being given in that a coefficient p- th order of the incident wavefront is a Taylor derivative OPD (p) of the incident wavefront and that the pth order coefficient of the associated outgoing wavefront is a Taylor derivative OPD' (p) of the associated outgoing wavefront, and where p ≥ 2 . Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen ist, wobei der Ordnungsparameter eine Ordnung i der Ableitungen der Richtungsfunktionen ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient i-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront eine Ableitung t(i) einer Richtungsfunktion t(x) der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient i-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront eine Ableitung t'(i) einer Richtungsfunktion t`(x`) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, und wobei i ≥ 1 ist.Procedure according to one of Claims 11 until 13 , where the basis system is a decomposition into derivatives of directional functions, where the order parameter is an order i of the derivatives of the is directional functions, where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that an i-th order coefficient of the incident wavefront is a derivative t (i) of a directional function t(x) of the incident wavefront and that an i-th order coefficient of the associated emerging wavefront is a derivative t' (i) of a directional function t`(x`) of the associated emerging wavefront, and where i ≥ 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen ist, wobei der Ordnungsparameter eine radiale Ordnung n der Zernike-Polynome ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass ein Koeffizient n-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront ein Zernike-Koeffizient Zn der einfallenden Wellenfront ist und dass ein Koeffizient n-ter Ordnung der ausfallenden Wellenfront ein Zernike-Koeffizient Z'n der zugehörigen ausfallenden Wellenfront ist, wobei n ≥ 2 ist, und wobei sich die Zernike-Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.Procedure according to one of Claims 11 until 13 , where the basis system is a decomposition according to Zernike polynomials, where the order parameter is a radial order n of the Zernike polynomials, the coefficients associated with the basis elements of the basis system being given by an nth-order coefficient of the incident wavefront being a Zernike - Coefficient Z n of the incident wavefront and that an nth order coefficient of the outgoing wavefront is a Zernike coefficient Z' n of the associated outgoing wavefront, where n ≥ 2, and the Zernike coefficients relate in particular to a fixed pupil relate. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Aberrationen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Aberrationen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Aberrationen Epx,py der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Aberrationen E'px,py der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.procedure after Claim 13 , where the basis system is a decomposition according to aberrations, where the first order parameter is the sum p of orders p x and p y of the aberrations, where the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the associated to the basis elements of the basis system coefficients are given in that p-th order coefficients of the incident wavefront are aberrations E px,py of the incident wavefront and that p-th order coefficients of the associated emergent wavefront are aberrations E' px,py of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen von Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-Pfeilhöhen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w(px,py) der Pfeilhöhe der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen w'(px,py) der Pfeilhöhe der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.procedure after Claim 13 , where the basis system is a decomposition into Taylor derivatives of wavefront arrow heights, where the first order parameter is the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives of the wavefront arrow heights, where the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given by the p-th order coefficients of the incident wavefront being Taylor derivatives w (px,py) of the versine of the incident wavefront and the p-th order coefficients of the associated emergent wavefront are Taylor derivatives w' (px,py) of the versine of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Taylor-Ableitungen einer Wellenfront-OPD ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe p von Ordnungen px und py der Taylor-Ableitungen der Wellenfront-OPD ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen px und py ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten p-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen OPD(px,py) der einfallenden Wellenfront sind und dass die Koeffizienten p-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Taylor-Ableitungen OPD'(px,py) der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei p ≥ 2 und px ≥ 0 und py ≥ 0 sind.procedure after Claim 13 , where the basis system is a Taylor derivative decomposition of a wavefront OPD, where the first order parameter is the sum p of orders p x and p y of the Taylor derivatives of the wavefront OPD, where the second order parameter is one of the orders p x and p y , where the coefficients associated with the basis elements of the basis system are given in that p-th order coefficients of the incident wavefront are Taylor derivatives OPD (px,py) of the incident wavefront and that the p-th order coefficients of the associated exiting Wavefront are Taylor derivatives OPD' (px,py) of the associated emergent wavefront, and where p ≥ 2 and p x ≥ 0 and p y ≥ 0. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Ableitungen von Richtungsfunktionen ist, wobei der erste Ordnungsparameter die Summe i von Ordnungen ix und iy der Ableitungen der Richtungsfunktionen ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine der Ordnungen ix und iy ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten i-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Ableitungen tx (ix,iy), ty (ix,iy) von Richtungsfunktionen tx(x,y), ty(x,y) der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten i-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Ableitungen t'x (ix,iy), t'y (ix,iy) der Richtungsfunktionen t'x(x',y'), t'y(x',y') der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, und wobei i ≥ 1 und ix ≥ 0 und iy ≥ 0 gilt.procedure after Claim 13 , where the basis system is a decomposition by derivatives of directional functions, where the first order parameter is the sum i of orders i x and i y of the derivatives of the directional functions, where the second order parameter is one of the orders i x and i y , where the to the Coefficients associated with basis elements of the basis system are given by the fact that coefficients of the i-th order of the incident wavefront are derivatives t x (ix,iy) , t y (ix,iy) of directional functions t x (x,y), t y (x,y ) of the incident wavefront and that i-th order coefficients of the associated emerging wavefront are derivatives t' x (ix,iy) , t' y (ix,iy) of the directional functions t' x (x',y'), t' y (x',y') of the associated outgoing wavefront, and where i ≥ 1 and i x ≥ 0 and i y ≥ 0. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Basissystem eine Zerlegung nach Zernike-Polynomen ist, wobei der erste Ordnungsparameter eine radiale Ordnung n der Zernike-Polynome ist, wobei der zweite Ordnungsparameter eine azimutale Ordnung m der Zernike-Polynome ist, wobei die zu den Basiselementen des Basissystems zugehörigen Koeffizienten dadurch gegeben sind, dass Koeffizienten n-ter Ordnung der einfallenden Wellenfront Zernike-Koeffizienten Zn m der einfallenden Wellenfront sind und dass Koeffizienten n-ter Ordnung der zugehörigen ausfallenden Wellenfront Zernike-Koeffizienten Z'n m der zugehörigen ausfallenden Wellenfront sind, wobei n ≥ 2 und -n ≤ m ≤ n gilt, wobei m für gerade n gerade ist und für ungerade n ungerade ist, und wobei sich die Zernike-Koeffizienten insbesondere auf eine festgelegte Pupille beziehen.procedure after Claim 13 , where the basis system is a decomposition according to Zernike polynomials, where the first order parameter is a radial order n of the Zernike polynomials, where the second order parameter is an azimuthal order m of the Zernike polynomials, the coefficients associated with the basis elements of the basis system thereby are given that nth-order coefficients of the incident wavefront are Zernike coefficients Z n m of the incident wavefront and that nth-order coefficients of the associated emergent wavefront are Zernike coefficients Z' n m of the associated emergent wavefront, where n ≥ 2 and -n ≤ m ≤ n, where m is even for even n and odd for odd n, and in particular where the Zernike coefficients relate to a fixed pupil. Computerprogrammprodukt umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 durchführt.A computer program product comprising computer-readable instructions which, when loaded into a memory of a computer and executed by the computer, cause the computer to carry out a method according to any one of Claims 1 until 22 performs. Vorrichtung zur Simulation eines optischen Systems mittels einer Wellenfrontdurchrechnung, wobei das optische System ein komplexes optisches System ist, dessen Wirkung über eine einzelne Brechung, einer einzelnen Propagation oder einer einzelnen Reflexion hinausgeht, umfassend: - ein Modellierungsmodul zum computerimplementierten Bereitstellen zumindest einer Wellenfront-Transferfunktion für das optische System, wobei die Wellenfront-Transferfunktion dafür bestimmt ist, jeder in das optische System einfallenden Wellenfront unter Berücksichtigung von Abbildungsfehlern mit einer Ordnung größer als die Ordnung eines Defocus eine zugehörige ausfallende Wellenfront zuzuordnen; - ein Auswertemodul zum computerimplementierten Auswerten der zumindest einen Wellenfront-Transferfunktion für zumindest eine in das optische System einfallende Wellenfront.Device for simulating an optical system by means of a wavefront calculation, the optical system being a complex optical system whose effect goes beyond a single refraction, a single propagation or a single reflection, comprising: - A modeling module for the computer-implemented provision of at least one wavefront transfer function for the optical system, the wavefront transfer function being intended to assign an associated emerging wavefront to each incident wavefront in the optical system, taking into account aberrations with an order greater than the order of a defocus ; - An evaluation module for the computer-implemented evaluation of the at least one wavefront transfer function for at least one wavefront incident on the optical system.
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