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:
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
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
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
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
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
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
Weiterhin offenbart der Stand der Technik Verfahren, nach denen zur Optimierung des Brillenglases Wellenfronten lediglich durch das Brillenglas selbst gerechnet werden (siehe
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.
- - 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;
- - 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.
- - 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;
- - 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.
- - 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
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
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
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
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
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
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.
- - 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.
- 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.
- 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
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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 und7b zeigen schematische Skizzen zur Strahl-Transferfunktion für die Brechung;7a and7b 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
- 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
- • 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
- -
- -
- - tx(x,y), ty(x,y) Funktionen zur Beschreibung einer Wellenfront durch Abhängigkeit des Richtungsparameters vom Positionsparameter
- -
- - w(x,y),
- - w'(x',y'),
- 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.
- • 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
- Im Fall eines Meridians Funktion f(x,t), die einem einfallenden Strahl mit Parametern (x, t) die Parameter (x',t') eines ausfallenden Strahls zuordnet
- • 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
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- Erfindungsgemäß ermittelte Koeffizienten, die bei einer gegebenen Strahl-Transferfunktion f(x, t) eines optischen Systems den Transfer einer Wellenfront durch das System beschreiben
- • 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
- 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
- • 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
- -
- -
- - t x (x,y), t y (x,y) Functions for describing a wavefront by dependence of the direction parameter on the position parameter
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- - w(x,y),
- - w'(x',y'),
- 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.
- • 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
- 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).
- • 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
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- 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
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
Selbst wenn das komplexe optische System nur aus einer endlichen Anzahl aus brechenden Flächen und Propagationen im homogenen Medium besteht, wie es schematisch in
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
Definiert man dann als Strahlvektor für einen Meridian
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:
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
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
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
Das Verfahren kann beispielsweise dadurch ausgeführt werden, indem die Koeffizienten
Liegen die Koeffizienten
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
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
Wiederholtes Ableiten von GI.(6) nach x und Auswertung für x = 0 führt auf
Durch Umkehrung dieser Gleichungen erhält man die Transformation H-1:
Belegung der Strahl-Transferfunktionen für eine elementare Propagation und BrechungAllocation of the ray transfer functions for an elementary propagation and refraction
Propagationpropagation
Die
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
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
Brechungrefraction
Die
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
Das Snellius'sche Brechungsgesetz besagt, dass
Sobald
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Berechnung der Funktion
Obwohl Gl.(16) nicht geschlossen nach
Eine andere Ausführungsform, deren Vorteil eine kompaktere Schreibweise ist, besteht in der Wahl eines geeigneten Ansatzes
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
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
Bevorzugt wird dieses Ziel durch Einführen der Zwischenvariablen
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
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
Die nächsthöhere Ordnung t’(2) in GI.(23) ergibt schon:
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
Allgemein sind die Lösungen t'(i) gegeben durch einen Summenansatz der Form
Die Exponenten von β sind gegeben durch
Die Koeffizienten
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
Dabei sind die in GI.(34) verwendeten Zahlen die Größe M(k) und die Partitionsordnung P(k) und definiert durch
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
In der folgenden Tabelle 4 sind die Koeffizienten
Lösungen in w-DarstellungSolutions in w-representation
Die Lösungen für die Ableitungen der Wellenfronten w'(p) erhält man durch Anwendung der Transformation H (siehe
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
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:
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
Numerisch bedeutet das für vier weitere biometrische Parameter
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun dazu benutzt werden, um die höheren Ordnungen
Einsetzen aller bekannten numerischen Werte in Tabelle 5 führt auf die Koeffizienten
Die Gleichungen (46) werden durch
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
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
Aus den Ableitungen der Strahl-Transferfunktion können nun wiederum der Vorfaktor β und die Wellenfront-Transfer-Koeffizienten
Nach GI.(4) gilt:
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
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
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.
- - 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
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
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
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
- - 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
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
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
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
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.
- - 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.
- - 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.
- 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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R129 | Divisional application from |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) |