DE102022132453A1

DE102022132453A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling

Info

Publication number: DE102022132453A1
Application number: DE102022132453.2A
Authority: DE
Inventors: Jan-Hinrich Eggers; Aiko Ruprecht; Daniel Winters; Johannes Hinrichs
Original assignee: Trioptics GmbH
Current assignee: Trioptics GmbH
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-06-13
Also published as: TW202426879A; WO2024121216A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling (105) vorgestellt, die mindestens eine Projektionseinheit (115) zum Ausgeben von Licht (120) in Richtung des Prüflings (105), um mindestens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur durch den Prüfling (105) hindurch zu projizieren, eine optische Empfangseinheit (110) zum Empfangen von Lichtstrahlen (130) des Lichts (120), die zumindest eine Abbildung der projizierten Objektstruktur repräsentieren, eine Halterungseinheit (145), die zwischen der Projektionseinheit (115) und der optischen Empfangseinheit (110) angeordnet ist, sowie eine Recheneinheit (150) zum simultanen Auswerten eines ersten Lichtparameters, der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und eines zweiten Lichtparameters aufweist, der mindestens einen colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, von durch oder an dem Prüfling (105) transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen (130), um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung zu bestimmen, wobei die Recheneinheit (150) mit der Projektionseinheit (115), der Empfangseinheit (110) und/oder mit der Halterungseinheit (145) verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und von einem Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Die US 11029 206 B2 beschreibt ein Gerät zur Messung und Charakterisierung der Leistung von Augmented und Virtual-Reality-Wellenleiterstrukturen unter Verwendung von Glassubstraten.
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling, weiterhin eine Recheneinheit, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine Möglichkeit geschaffen werden, um Eigenschaften eines Prüflings zuverlässig bestimmen zu können. Beispielsweise kann dafür die Vorrichtung als eine Messvorrichtung verwendet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Qualität des Prüflings und somit beispielsweise eines Near-Eye-Displays (NED), wie sie beispielsweise in Verbindung mit Datenbrillen, Augmented Reality (AR) oder Virtual Reality (VR) eingesetzt werden können, verbessert werden. Beispielsweise können Bilder scharf angezeigt werden, was sich positiv auf die Gesundheit eines Endnutzers auswirken kann. Vorteilhafterweise können sowohl abbildende Colorimeter und abbildende Photometer sowie Systeme zur Messung optischer Parameter verwendet werden, um eine Farbmessung und eine Verbesserung der Systeme für die Messung optischer Parameter gleichzeitig zu erreichen.
Es wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling vorgestellt, wobei die Vorrichtung mindestens eine Projektionseinheit zum Ausgeben von Licht in Richtung des Prüflings aufweist, um mindestens eine leuchtende und zusätzlich oder alternativ beleuchtete Objektstruktur auf den Prüfling zu projizieren. Weiterhin weist die Vorrichtung eine optische Empfangseinheit zum Empfangen von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen des Lichts auf, die zumindest eine Abbildung der projizierten Objektstruktur repräsentieren. Die Empfangseinheit weist dabei eine Optikeinrichtung und einen optischen Detektor auf. Zudem weist die Vorrichtung eine Halterungseinheit zum Halten des zu prüfenden Prüflings auf, wobei die Halterungseinheit zwischen der Projektionseinheit und der optischen Empfangseinheit angeordnet ist, sowie eine Recheneinheit zum simultanen Auswerten eines ersten Lichtparameters, der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und eines zweiten Lichtparameters, der mindestens einen colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten und unter Verwendung der Empfangseinheit empfangenen Lichtstrahlen des Lichts, um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung für den Prüfling zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dabei mit der Projektionseinheit, der Empfangseinheit und zusätzlich oder alternativ mit der Halterungseinheit verbunden.
Die Vorrichtung kann beispielsweise eine Messvorrichtung für Augmented-Reality-Systeme (AR) oder Virtual-Reality-Systeme (VR) sein, die vereinfacht auch als AR/VR bezeichnet werden können, mittels der Eigenschaften des Prüflings gemessen werden können. Der Prüfling kann beispielsweise als ein Brillenglas einer Datenbrille oder eines AR/VR-Gerätes ausgeformt sein, das auch als Near-Eye-Display (NED) bezeichnet werden kann und auf oder an dem beispielsweise Bilder abgebildet werden können. Weiterhin kann der Prüfling beispielsweise auch als ein Komplettsystem ausgeformt sein, für das die Abbildungsqualität bestimmt werden kann. Dazu ist es von Vorteil, die Abbildungseigenschaften vorab zu bestimmen. Der Prüfling kann also als ein zu prüfendes optisches System, als ein Wellenleiter, als eine Kombination aus Wellenleitern oder alternativ als ein Modul ausgeformt sein, das eine Beleuchtungseinheit und einen Wellenleiter aufweisen kann. Dabei kann das Modul in der Lage sein, eine selbstleuchtende Objektstruktur zu erzeugen, die von der Empfangseinheit erfassbar sein kann. Die Objektstruktur kann vorteilhafterweise ein auf dem Prüfling abzubildendes Muster, Bild oder Symbol repräsentieren.
Die Projektionseinheit kann vorteilhafterweise eine Lichtquelle aufweisen, beispielsweise eine Licht-emittierende Diode (LED). Weiterhin kann die Projektionseinheit auf den Prüfling ausgerichtet sein, sodass das Licht durch den Prüfling transmittiert oder an ihm reflektiert werden kann. Vorteilhafterweise kann das Licht entweder direkt durch den Prüfling hindurch transmittiert werden oder an einem Eintrittspunkt in den Prüfling eintreten und beispielsweise an, einander gegenüberliegenden Flächen des Prüflings so lange reflektiert werden, bis ein Austrittspunkt des Prüflings erreicht wurde. Der Austrittspunkt kann vorteilhafterweise auf einer Linie mit der Empfangseinheit liegen, sodass die transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen von der Empfangseinheit empfangen werden können. Die Empfangseinheit kann vorteilhafterweise die Optikeinrichtung, die beispielsweise Linsen oder andere optische Elemente aufweisen kann, und den Detektor aufweisen. Der Detektor kann vorteilhafterweise ebenfalls eine Mehrzahl von Komponenten aufweisen, mittels derer die Lichtstrahlen und zusätzlich oder alternativ von ihnen transportierte Informationen erfasst werden können. Die Recheneinheit kann vorteilhafterweise als eine Steuereinheit oder ein Steuergerät ausgeformt sein, das ausgebildet ist, um diese Informationen zu verarbeiten. Die Informationen können dabei anhand der Lichtparameter transportiert und verwertet werden, die wiederum einen Rückschluss, beziehungsweise eine Berechnung der Abbildungsqualität der Abbildung ermöglichen. Um ein aussagekräftiges Ergebnis erhalten zu können, kann die Vorrichtung die Halterungseinheit aufweisen, an der der Prüfling anbringbar ist. Die Halterungseinheit kann vorteilhafterweise beweglich oder verfahrbar ausgeformt sein, sodass die Abbildungsqualität bezüglich unterschiedlicher Positionierungen des Prüflings unter Verwendung der Recheneinheit bestimmt werden kann. Die Halterungseinheit kann vorteilhafterweise als eine mehrachsige Linear-Stage ausgeformt sein, welche eine freie Positionierung des Prüflings um Raum ermöglichen kann und demnach beispielsweise entlang einer x-, y- oder z-Achse einmalig oder wiederholbar verfahren werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Detektor der Empfangseinheit eine Mehrzahl von spektralen Kanälen sowie mindestens einen Bildsensor aufweisen. Die spektralen Kanäle können dabei z. B. mithilfe einer Filtereinheit realisiert sein. Die Filtereinheit kann vorteilhafterweise als ein Filterrad mit einer Mehrzahl optischer Filter ausgeformt sein. Solche Filter können beispielsweise als eine Glas- oder Kunststoffscheibe von optischer Güte ausgeformt sein, die in den Strahlengang der Empfangseinheit eingebracht, z. B. geschwenkt, werden kann, um ein definiertes Wellenlängenspektrum im Bild erhalten zu können. Alternativ können die spektralen Kanäle über mehrere Bildsensoren mit jeweils einem Spektralfilter realisiert werden. In beiden Varianten können die Spektralfilter zusätzlich mit Neutraldichtefilter kombiniert sein, um die einfallende, optische Intensität auf dem Bildsensor gleichmäßig abzuschwächen mit dem Ziel eine mögliche Übersteuerung des Sensors zu verhindern. Der Detektor kann demnach beispielsweise als Sensoreinheit realisiert sein. Denkbar ist ferner auch, dass der Detektor der Empfangseinheit als fokussierbare Kamera realisiert ist.
Ferner kann die Empfangseinheit die Optikeinrichtung aufweisen, die für einen gesamten erfassbaren Feldwinkel beugungsbegrenzt sein kann. Die Optikeinrichtung kann vorteilhafterweise mindestens eine Linse, insbesondere eine Mehrzahl von Linsen aufweisen, die ausgebildet sein kann oder können, um die Lichtstrahlen zu dem Detektor leiten zu können. Die Auflösung optischer Instrumente, in diesem Fall der Optikeinrichtung kann dabei durch Beugung in Verbindung mit dem Feldwinkel begrenzt sein. Der Feldwinkel kann dazu beispielsweise eine Kenngröße für ein Sichtfeld der Empfangseinheit sein, das bedeutet mit einem Erfassungsbereich zusammenhängen.
Die Optikeinrichtung kann wechselbare Komponenten und mindestens eine einstellbare Optikaperturblende aufweisen, die ausgebildet sein kann, um geometrische Eigenschaften der in Optikeinrichtung einfallender Strahlenbündel, insbesondere deren Durchmesser, anpassen zu können. Beispielsweise kann die Optikeinrichtung in ihrer Auslegung einem Konoskop ähneln. Die einstellbare Aperturblende kann beispielsweise genutzt werden, um den Irisdurchmesser des menschlichen Auges zu simulieren. Die Optikaperturblende kann vorteilhafterweise physisch oder virtuell einstellbar sein und zusätzlich beispielsweise als eine Öffnung ausgeformt sein, durch welche die Lichtstrahlen empfangen werden können. Durch ein Einstellen der Optikaperturblende kann vorteilhafterweise bestimmt werden, wie viel Licht empfangen wird, sodass die Lichtverhältnisse stimmen können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Projektionseinheit als ein fokussierbarer oder nicht-fokussierbarer Kollimator ausgeformt sein, der insbesondere mindestens ein monochromatisch und zusätzlich oder alternativ polychromatisch beleuchtetes oder beleuchtbares Strichelement aufweisen kann. Die Empfangseinheit verfügt entsprechend über ein abbildendes Teleskop, um das vom Kollimator erzeugte Bild aus dem Unendlichen auf den Sensor abzubilden. Dabei kann ein Kollimator ausgebildet sein, um Licht mit annähernd parallelem Strahlengang aus einer divergenten Quelle erzeugen zu können. Dadurch kann das Licht vorteilhafterweise in eine bestimmte Richtung gelenkt werden. Monochromatisch kann sich beispielsweise auf eine Lichtemission in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich beziehen. Polychromatisch kann sich demnach auf vielfarbiges Licht beziehen, das eine Mischung unterschiedlicher Farben umfasst und somit spektral breitbandig sein und unterschiedliche Wellenlängen aufweisen kann. Das Strichelement kann vorteilhafterweise auch als Strichplatte oder als Reticle bezeichnet werden.
Ferner kann die Projektionseinheit das mindestens eine Strichelement mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Objektstrukturen aufweisen. Alternativ kann die Projektionseinheit einen Wechselmechanismus zum sequentiellen Einbringen unterschiedlicher Strichelemente mit unterschiedlichen Objektstrukturen in einen Strahlengang des Lichts aufweisen. Insbesondere können die Objektstrukturen großflächige Elemente, scharfe Kanten und zusätzlich oder alternativ Linien repräsentieren. Das Strichelement mit der Mehrzahl von unterschiedlichen Objektstrukturen kann beispielsweise als ein Multi-Feature-Reticle bezeichnet werden. Die Objektstrukturen können demnach beispielsweise Muster sein, die gebogene oder gerade Konturen oder Linien aufweisen. Die Objektstrukturen sind demnach unter anderem beispielsweise als Kreis, Viereck oder Kreuz realisierbar, die beispielsweise an oder von dem Prüfling angezeigt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform können die Objektstrukturen mithilfe eines selbstleuchtenden Elements erzeugt oder erzeugbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Projektionseinheit eine einstellbare Projektionsaperturblende aufweisen. Die Objektstrukturen können vorteilhafterweise als virtuelle Strukturen realisiert werden. Um sie abbilden zu können, kann die Projektionseinheit beispielsweise die Projektionsaperturblende aufweisen, die ähnlich der Optikaperturblende als Öffnung ausgeformt sein kann, durch die das Licht ausgegeben werden kann. Die Projektionsaperturblende kann vorteilhafterweise physisch oder virtuell realisiert und zusätzlich oder alternativ einstellbar sein, um den Durchmesser des Strahlenbündels, welches aus der Projektionseinheit austritt, zu begrenzen. Weiterhin kann die Projektionseinheit optional über eine zusätzliche Projektionsfeldblende verfügen, welche ihrerseits optional einstellbar ist, um den Feldwinkel der austretenden Strahlenbündel anzupassen.
Die Vorrichtung kann zudem ein bewegliches erstes Goniometer, das mit der Projektionseinheit verbunden sein kann, und ein bewegliches zweites Goniometer aufweisen, das mit der Empfangseinheit verbunden sein kann, wobei das erste und das zweite Goniometer ausgebildet sein können, um die Projektionseinheit und die Empfangseinheit unabhängig voneinander um je einen definierten Rotationspunkt in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen bewegen zu können. Insbesondere kann oder können das erste Goniometer und zusätzlich oder alternativ das zweite Goniometer relativ zum Prüfling translatorisch in mindestens drei Raumrichtungen beweglich sein. Das oder die Goniometer können beispielsweise auch als Winkelmesser bezeichnet werden, die beispielsweise einen Winkel zwischen der Projektionseinheit und der Empfangseinheit messen können. Das bedeutet, dass die Goniometer miteinander verbunden sein können und je an einem freien Ende mit der Projektionseinheit, bzw. der Empfangseinheit verbunden sein können. Dadurch können die Projektionseinheit und die Empfangseinheit vorteilhafterweise in unterschiedliche Richtungen bewegt werden, um die Abbildungsqualität des Prüflings aus unterschiedlichen Positionierungen und demnach Einstrahlungen des Lichts messen und bestimmen zu können. Vorteilhafterweise können die Goniometer geschwenkt werden.
Ferner wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling unter Verwendung einer Vorrichtung in einer zuvor genannten Variante vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Ausgebens von Licht unter Verwendung der Projektionseinheit umfasst, um mindestens eine leuchtende und zusätzlich oder alternativ beleuchtete Objektstruktur auf den Prüfling projizieren zu können. Außerdem umfasst das Verfahren einen Schritt des Empfangens von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen des Lichts unter Verwendung der Empfangseinheit, die zumindest eine Abbildung repräsentieren sowie einen Schritt des simultanen Auswertens eines ersten Lichtparameters, der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und eines zweiten Lichtparameters, der mindestens einen colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen des Lichts, um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung unter Verwendung der Recheneinheit zu bestimmen.
Durch das Verfahren kann die Abbildungsqualität des Prüflings vorteilhafterweise bestimmt werden, der beispielsweise in Verbindung mit Datenbrillen oder AR/VR-Systemen eingesetzt werden kann. Durch das Bestimmen der Abbildungsqualität kann vorteilhafterweise eine Schärfe der Abbildungen ermittelt oder überprüft werden. Im Schritt des Ausgebens kann das Licht beispielsweise für eine Zeitdauer ausgegeben werden, die vorteilhafterweise einstellbar sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Empfangens durch oder an dem Prüfling transmittierte oder reflektierte weitere Lichtstrahlen des Lichts empfangen werden, die zumindest eine weitere Abbildung repräsentieren können. Im Schritt des Auswertens können ein weiterer erster Lichtparameter, der mindestens einen weiteren optischen Lichtparameter repräsentieren kann, und ein weiterer zweiter Lichtparameter der weiteren Lichtstrahlen, der mindestens einen weiteren colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentieren kann, simultan ausgewertet werden, um eine weitere Abbildungsqualität der weiteren Abbildung bestimmen zu können. Insbesondere können die Abbildung und die weitere Abbildung je bei einer unterschiedlichen Belichtungszeit erfasst werden. Die Belichtungszeit für das Ausgeben des Lichts kann dabei für die Abbildungen beispielsweise gleich oder alternativ unterschiedlich sein.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Kombinierens der Abbildung und der weiteren Abbildung zu einem Gesamtbild nach dem Schritt des Auswertens umfassen. Vorteilhafterweise kann bei einer für die Abbildungen unterschiedlichen Belichtungszeit das Gesamtbild als ein High-Dynamic-Range-Bild (HDR), das bedeutet als ein Bild mit großen Helligkeitsunterschieden, erzeugt werden. Alternativ können die Abbildungen bei verschiedenen spektralen Einstellungen der Lichtstrahlen ein Gesamtfarbbild erzeugen unter Verwendung der Lichtparameter. Diese können lediglich optional für einzelne Bilder oder für Gesamtbilder bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren zudem einen Schritt des Ausgleichens von Abbildungsfehlern unter Verwendung von vorgegebenen Kalibrierdaten vor dem Schritt des Auswertens umfassen. Durch den Schritt des Ausgleichens können Abbildungsfehler vorteilhafterweise korrigiert werden, um die Abbildungsqualität zu verbessern, bevor die Lichtparameter zum Bestimmen der Abbildungsqualität ausgewertet werden. Die Kalibrierdaten können vorteilhafterweise auf einer Speichereinheit hinterlegt sein.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Recheneinheit, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer als Steuergerät realisierten Recheneinheit kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Recheneinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Recheneinheit kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur für eine Vorrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur für eine Vorrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur für eine Vorrichtung;
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur für eine Vorrichtung;
7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Abbildungsqualität einer Abbildung für einen Prüfling; und
8 ein Blockschaltbild einer Recheneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 ist beispielsweise als eine Messvorrichtung realisiert, die ausgeformt ist, um eine Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling 105 zu bestimmen. In oder an der Vorrichtung 100 können demnach unterschiedliche optische Systeme angeordnet werden, deren Abbildungsqualität gemessen oder bestimmt werden soll. Der Prüfling 105 ist dabei beispielsweise als ein Wellenleiter, als eine Kombination aus Wellenleitern oder als ein Modul ausgeformt, das als eine Kombination aus einer Beleuchtungseinheit und einem Wellenleiter ausgeformt ist. Das Modul ist dabei beispielsweise in der Lage, eine selbstleuchtende Objektstruktur zu erzeugen, welche von einer Empfangseinheit 110 der Vorrichtung 100 erfassbar ist.
Die Vorrichtung 100 weist demnach mindestens eine Projektionseinheit 115 zum Ausgeben von Licht 120 in Richtung des Prüflings 105 auf, um mindestens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur auf den Prüfling 105 zu projizieren. Die Projektionseinheit 115 weist lediglich optional eine Beleuchtungseinheit, das bedeutet eine Lichtquelle 125 auf, die das Licht 120 erzeugt. Die zuvor erwähnte optische Empfangseinheit 110 ist dabei ebenfalls Teil der Vorrichtung 100. Die Empfangseinheit 110 ist ausgebildet, um durch oder an dem Prüfling 105 transmittierte oder reflektierte Lichtstrahlen 130 des Lichts 120 zu empfangen. Die Lichtstrahlen 130 repräsentieren dabei die zumindest eine Abbildung der projizierten Objektstruktur. Weiterhin weist die Empfangseinheit 110 eine Optikeinrichtung 135 und einen Detektor 140 auf. Der Detektor 140 weist beispielsweise eine Mehrzahl von spektralen Kanälen 141, einen Bildsensor 142 und mindestens eine Filtereinheit 143, beispielsweise ein Filterrad mit Farbfiltern (z. B. V(Lambda) Filter) sowie einem zusätzlich optionalen Neutraldichtefilter (ND) auf. Die Optikeinrichtung 135 ist beispielsweise für einen gesamten erfassbaren Feldwinkel beugungsbegrenzt. Ferner weist die Optikeinrichtung 135 wechselbare Komponenten und mindestens eine physisch oder virtuell einstellbare Optikaperturblende 144 auf, die ausgebildet ist, um den Durchmesser der in die Optikeinrichtung einfallender Strahlenbündel anzupassen. Weiterhin kann die Optikeinrichtung beispielsweise in ihrer Auslegung einem Konoskop entsprechen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Projektionseinheit 115 als auch die Empfangseinheit 110 beweglich und insbesondere schwenkbar angeordnet. Weiterhin sind sie gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer gemeinsamen Linie liegend angeordnet, die hier beispielsweise einem Strahlengang des Lichts 120 und der Lichtstrahlen 130 entspricht. Der Prüfling 105 ist dabei zwischen der Projektionseinheit 115 und der Empfangseinheit 110 angeordnet. Genauer gesagt weist die Vorrichtung 110 eine Halterungseinheit 145 auf, die ausgeformt ist, um den Prüfling 105 zu halten. Auch die Halterungseinheit 145 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beweglich ausgeformt, um den Prüfling 105 in x-, y- und z-Richtung eines Koordinatensystems zu bewegen. Beispielsweise weist die Vorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein bewegliches erstes Goniometer 146 auf, das auch als Winkelmesser bezeichnet wird und das mit der Projektionseinheit 115 verbunden ist, sowie ein bewegliches zweites Goniometer 147, das mit der Empfangseinheit 110 verbunden ist. Das erste Goniometer 146 und das zweite Goniometer 147 sind dabei beispielsweise ausgebildet, um die Projektionseinheit 115 und die Empfangseinheit 110 unabhängig voneinander um je einen definierten Rotationspunkt in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen zu bewegen. Insbesondere ist oder sind das erste Goniometer 146 und/oder das zweite Goniometer 147 relativ zum Prüfling 105 translatorisch in mindestens drei Raumrichtungen beweglich oder verfahrbar.
Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Recheneinheit 150 auf, die ausgebildet ist, um einen ersten Lichtparameter, der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und einen zweiten Lichtparameter, der mindestens einen colorimetrischen oder photmetrischen Lichtparameter repräsentiert, der durch oder an dem Prüfling 105 transmittierten oder reflektierten und unter Verwendung der Empfangseinheit 110 empfangenen Lichtstrahlen 130 des Lichts 120 simultan auszuwerten, um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung für den Prüfling 105 zu bestimmen. Die Recheneinheit 150 ist dabei mit der Projektionseinheit 115, der Empfangseinheit 110 und/oder mit der Halterungseinheit 145 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Prüfling 105 (der hier aus einem AR-Modul besteht oder dieses umfasst) zusätzlich einen Waveguide mit einer weiteren Projektionseinheit 155 auf, die ebenfalls mit der Recheneinheit 150 verbunden ist. Die Projektionseinheit 115 und die weitere Projektionseinheit 155 sind dabei versetzt zueinander angeordnet oder anordenbar. Die Projektionseinheit 115 ist dabei beispielsweise derart angeordnet, dass das Licht 120 geradlinig durch den Prüfling 105 transmittiert wird. Die weitere Projektionseinheit 155 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass beispielsweise weiteres Licht 160 an einem Eintrittspunkt 165, der auch als Eintrittspupille des Prüflings 105 bezeichnet wird, in diesen eintritt, und an Flächen des Prüflings 105 reflektiert wird, bis sie auf einen Austrittspunkt 170, der auch als Austrittspupille des Prüflings 105 bezeichnet wird, treffen. Am Austrittspunkt 170 treten die Lichtstrahlen 130 und/oder reflektierte weitere Lichtstrahlen 171 des weiteren Lichts 160 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus, die dann von der Empfangseinheit 110 empfangen werden. Auch die weitere Projektionseinheit 155 weist eine weitere Lichtquelle 175 zum Ausgeben des weiteren Lichts 160 auf.
In anderen Worten ausgedrückt wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein System und in 7 dann ein Verfahren zur simultanen Messung einer Gesamt-Modulationstransferfunktion (MTF), Farb-MTF und colorimetrischen oder photometrischen Parametern vorgestellt. Die Vorrichtung 100 wird somit als ein All-in-One-System realisiert, das einem Kunden beispielsweise für Near-Eye-Display-Systeme (NED), beispielsweise im AR/VR-Bereich, eine Messung aller wesentlichen Lichtparameter, das bedeutet einer optischen und farbmetrischen Qualität dieser Systeme, mit einer Messvorrichtung ermöglicht.
Der in dieser Beschreibung allgemein vorgestellte Ansatz bezieht sich demnach auf ein Verfahren und eine Vorrichtung 100 zur simultanen Messung von optischen Parametern, wie beispielsweise MTF, und colorimetrischen oder photometrischen Parametern für Komponenten und Modulen von NED-Systemen. Die Vorrichtung 100 weist dazu lediglich beispielhaft einen hier in Verbindung mit der Empfangseinheit 110 beschriebenen Sensor auf, vor dem mindestens ein Filterrad angeordnet ist. Das Filterrad umfasst Filter, die einzeln oder in Kombination die einfallenden Lichtstrahlen 130 in seiner Gesamtmenge und spektral, beispielsweise mit der Gewichtung der Farbwahrnehmung des menschlichen Auges filtern. Weiterhin beinhaltet die Empfangseinheit 110 ein als Optikeinrichtung 135 beschriebenes optisches System, das vor dem Filterrad angebracht ist und das als erstes Element auf einer Prüflingsseite eine physische Apertur 144 besitzt, deren Durchmesser durch Austausch oder durch eine irgendgeartete Verstellung manuell oder automatisch veränderbar ist. Wesentliche Eigenschaft der Optikeinrichtung 135 ist ihre Auslegung für einen gesamten erfassbaren Feldwinkel als beugungsbegrenzt. Die Optikeinrichtung 135 kann dabei sowohl ein geringes FOV als auch ein FOV entsprechend eines Konoskops aufweisen.
Für die Messung von colorimetrischen bzw. photometrischen und optischen Parametern, wie bzw. MTF, wird für die Messung ein Ziel eingesetzt, das sich dadurch auszeichnet, dass als eine solche Objektstruktur sowohl großflächige homogene Elemente als auch scharfe Kanten oder Linien vorhanden sind. Neben einem Ziel, das beide der Merkmale aufweist, sind auch verschiedene Ziele mit jeweils einem Merkmal einsetzbar. Das Ziel ist dabei lediglich optional durch ein selbstleuchtendes Anzeigeelement erzeugbar und projizierbar, das Teil des Prüflings 105 ist, oder durch einen Zielprojektor, der das Ziel durch den Prüfling 105 hindurch projiziert. Bei Zielen mit nur einem Merkmal erfolgt die Projektion dieser beispielsweise sequentiell im Prozess. Eine beispielsweise optionale weitere Projektionseinheit 155 weist beispielsweise eine weitere Lichtquelle 175 auf, die entweder verschiedene einzelne Wellenlängen oder polychromatisches Licht unterschiedlicher spektraler Breite erzeugen kann. Die Projektionseinheit 155 ist in diesem Ausführungsbeispiel Teil des Prüflings 105 und kann z. B. als ein LCD oder LCOS-Element realisiert sein. Die Projektionseinheit 115 weist eine auch als Austrittsapertur bezeichnete Projektionsaperturblende 180 auf, die extern auf der zum Prüfling 105 gewandten Seite liegt. Weiterhin weist die Projektionseinheit 115 eine homogen ausgeleuchtete Zielschablone 182 auf. Die Projektionseinheit 115 kann der weiteren Projektionseinheit 155 technisch ähnlich ausgestaltet sein. Das Licht 120, 160 wird zu einer Eintrittspupille des Prüflings 105 geleitet. Die Projektionsaperturblende 180 ist dabei physisch oder virtuell realisierbar.
Zur Messung von optischen und colorimetrischen bzw. photometrischen Parametern erfolgt die Projektion eines beschriebenen Ziels durch den Prüfling 105 lediglich beispielhaft mittels des Zielprojektors oder durch die Projektion mittels des Prüflings 105 selbst. Die Erfassung erfolgt durch eine Aufnahme mittels des beschriebenen Systems durch sequentielle Bildaufnahme bei jeweils unterschiedlicher Filterung durch das Filterrad. Dabei kann die Bildaufnahme pro Filterstellung ein Bild oder eine Vielzahl von Bildern auch bei unterschiedlichen Belichtungszeiten beinhalten. Zur Messung optischer und colorimetrischer Parameter werden die aufgenommenen Daten an die Recheneinheit 150 weitergeleitet und verarbeitet. Die Verarbeitung beinhaltet beispielsweise nicht ausschließlich eine Kombination von Bildern unterschiedlicher Belichtungszeit zu so genannten High-Dynamic-Range-Bildern, eine Kombination von Bildern unterschiedlicher Farbgewichtung zu Farbbildern und/oder eine Korrektur von Verzeichnungen in Einzel- und Gesamtbildern. Die Verarbeitung beinhaltet weiterhin optional eine Korrektur der erfassten Daten durch Kalibrierdatensätze und eine Berechnung von optischen und colorimetrischen Parametern. Dabei werden die colorimetrischen Parameter lediglich beispielhaft mittels großflächiger Strukturen ermittelt, während parallel die optischen Parameter, wie beispielsweise MTF, anhand von Kanten und Linien, ermittelt werden.
Weiterhin weist die Vorrichtung 100 mindestens ein Goniometer 146, 147 auf, genauer gesagt sind die Projektionseinheit 115 und die Empfangseinheit 110 jeweils auf einem Goniometer 146, 147 anordenbar, welches eine unabhängige zweiachsige Rotation beider Elemente um jeweilige Rotationspunkte ermöglicht. Die Rotationspunkte der jeweiligen Systeme liegen dabei beispielsweise an einem Ort jeweiliger Blenden z. B. des Prüflings oder der Projektions- bzw. Empfangseinheit, wobei jede andere Position ebenfalls realisierbar ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verfügen beide Goniometer 146, 147 über die Möglichkeit, mindestens in X und Y- Richtung, ggf. zusätzlich in Z-Richtung manuell oder automatisch einmalig oder wiederkehrend verfahren zu werden. Aufgabe der Goniometer 146, 147 ist dabei eine unabhängige Positionierung der Empfangseinheit 110 sowie der Projektionseinheit 115 relativ zum Prüfling 105, sodass mindestens eine Optikaperturblende 144 der Empfangseinheit 110 an einem definierten Messort und unter definiertem Winkel zum Prüfling 105 einstellbar ist. Bei Bedarf ist auch eine Austrittspupille des Zielprojektes relativ zur Eintrittspupille entsprechend der Definition in Ort und Winkel ausrichtbar. Des Weiteren ist der Prüfling 105 mittels der Halterungseinheit 145 mindestens in X, Y innerhalb einer Ebene verfahrbar. Abhängig von der Empfangseinheit 110 ist die Messung eines Prüflings 105 demnach durch eine Einstellung der Positionierungssysteme oder durch eine sequentielle Positionierung, Aufnahme und Messung an verschieden Orten und Winkeln realisierbar. Die Orte des Systems und eines ggf. notwendigen Zielprojektors liegen dabei beispielsweise entweder auf gegenüberliegenden Seiten des Prüflings 105 oder alternativ auf der gleichen Seite des Prüflings 105. Prüflinge 105 sind als einzelne oder eine Kombination von Waveguides oder lichtleitenden Elementen, Module bestehend aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Komponenten oder Gesamtsysteme ausgeformt.
Das bedeutet, dass die Vorrichtung 100 sowie ein zugehöriges Verfahren vorgestellt wird, mit welchen es möglich ist, eine simultane Messung von optischen Abbildungsparametern sowie colorimetrischen und photometrischen Parametern bei optischen Komponenten bzw. Modulen von Near-Eye-Displays (NEDs) durchzuführen. Unter dem Begriff NED werden im Kontext solche Geräte verstanden, welche beispielsweise von einem Benutzer in Form einer Brille getragen werden und welche in der Lage sind, entweder virtuelle Bilder in das Blickfeld des Benutzers zu projizieren, wie beispielsweise mittels Augmented, Mixed oder Extended Reality, oder eine virtuelle Umgebung zu erzeugen, was als Virtual Reality bezeichnet wird.
Unter optischen Abbildungs- oder Lichtparametern werden derartige Größen verstanden, welche die Abbildungsqualität eines optischen Systems charakterisieren, wie beispielsweise die MTF oder der Grad an Verzeichnung sowie der Hauptstrahlwinkel. Unter colorimetrischen und photometrischen Lichtparametern werden derartige Größen verstanden, welche die Farbwahrnehmung durch ein optisches System charakterisieren, wie beispielsweise den transmittierten Farbanteil oder die Farbdarstellung in einem Farbraum. Unter photometrischen Parametern werden Größen verstanden, die eine Aussage über die Abstrahlcharakteristik bzw. die transmittierte oder reflektierte Lichtmenge des Prüflings zulassen. Dazu zählen z. B. der transmittierte Lichtstrom oder die Lichtstärke. Für die konkrete Definition der genannten und/oder weiterer Parameter sei an dieser Stelle auf die Normreihen IEC 63145 sowie ISO 9241 verwiesen.
Der beschriebene Ansatz ermöglicht eine simultane Messung der genannten Parameter, was beispielsweise sowohl auf einzelne Komponenten von NEDs wie auch vormontierte Module oder auch Komplettsysteme anwendbar ist.
Hier ist anders ausgedrückt ein erstes, in der 1 näher dargestelltes und beschriebenes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 dargestellt sowie deren Funktionsweise schematisch erläutert. Als zu prüfende oder zu messende Vorrichtung 100 (Device under Test - DUT) ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Baugruppe eines NED gezeigt. Diese besteht aus einer internen Projektionseinheit 155, welche ein beleuchtetes LCD-Element und beispielsweise einen Wellenleiter umfasst, der ausgebildet ist, um das von der internen Projektionseinheit 155 erzeugte Bild in einer geeigneten Art und Weise einem Betrachter bereitzustellen. Die Vorrichtung 100 ist in einer mechanischen Halterung, wie beispielsweise einer mehrachsigen Linear-Stage, befestigt, welche eine freie Positionierung des Prüflings 105 im Raum ermöglicht. Genauer gesagt ist der Prüfling 105 mithilfe der Stage entlang einer x-, y-, sowie z-Achse eines Koordinatensystems einmalig oder auch wiederholbar verfahrbar. Gemäß dem in der 2 dargestellten und entsprechend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Projektionseinheit 115 als ein Kollimator realisiert. Dieser verfügt beispielsweise über eine feste oder variable Fokussierung. Die Projektionseinheit 115 umfasst allgemein die Lichtquelle 125, eine als Strichplatte oder als Reticle bezeichnetes Strichelement 182, auf welcher ein strukturiertes Objektmuster aufgebracht ist, sowie ein optisches System 184, wie etwa eine Linse, welches über eine reelle oder virtuelle Austrittsapertur 180 verfügt. Das Strichelement 182 ist vorzugsweise mit einer Streuscheibe verknüpft, um eine homogene Ausleuchtung des Objektmusters sicherzustellen. Das Strichelement 182 kann bei einer Auslegung der Projektionseinheit 115 als fokussierbarer Kollimator beispielsweise mithilfe eines Linearencoders relativ zur Optik des Kollimators verfahren werden, um verschiedene Objektdistanzen zu simulieren.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet das strukturierte Objektmuster in einer vorteilhaften Weise sowohl großflächige, homogene Elemente, wie auch scharfe Kanten oder Linien. Beide Strukturarten können sich auf dem Strichelement 182 befinden, welches somit als ein sogenanntes Multi-Feature Reticle realisiert oder realisierbar ist. Alternativ kann ein mechanischer Wechselmechanismus vorhanden sein, durch welchen verschiedene Strichelemente 182 mit unterschiedlichen Strukturen in den Strahlengang der Projektionseinheit 115 eingebracht werden. Alternativ sind Linienstrukturen für beide Teilmessungen verwendbar. In diesem Fall wird in der colorimetrischen und photometrischen Auswertung ein Korrekturfaktor verwendet, durch den der begrenzte Flächenanteil der leuchtenden Struktur berücksichtigt wird. Bei Verwendung beispielsweise eines Doppelkreuzes oder eines Rings wird optional auch die optische Vergrößerung messtechnisch ermittelt und in der Berechnung individuell berücksichtigt. Beispiele für zu projizierende Objektstrukturen sind in den 3 bis 6 dargestellt.
Beispielsweise ist die Lichtquelle 125 der Projektionseinheit 115 polychromatisch, wobei ein geeigneter Mechanismus vorhanden sein kann, welcher es ermöglicht, die spektrale Bandbreite zu begrenzen oder einzustellen. Die Lichtquelle 125 ist beispielsweise als einzelne, polychromatische LED mit entsprechender spektraler Filterung realisiert oder als Kombination mehrerer, monochromatischer Strahlquellen. Alternativ kann die Projektionseinheit auch so ausgelegt sein, dass diese ihrerseits über ein selbstleuchtendes Element, wie beispielsweise ein Display, eine virtuelle Objektstruktur erzeugt.
Die Vorrichtung 100 weist zudem die optische Empfangseinheit 110 auf, welche auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Projektionseinheit 115 angeordnet ist. Für den Fall, dass der Prüfling 105 in Reflexion gemessen wird, sind die Projektionseinheit 115 sowie Empfangseinheit 110 auf derselben Seite anordenbar. In den hier dargestellten 1 ist die Messung beispielhaft in Transmission gezeigt. Der Ansatz funktioniert aber gleichermaßen für eine Messung in Reflexion.
Die Empfangseinheit 110 weist ihrerseits aus einem als Optikeinrichtung 135 beschriebenen optischen System sowie einem Bildsensor, welcher als ein multispektraler Detektor 140, das bedeutet als ein Detektor mit mehreren, spektralen Kanälen realisiert werden kann. Andere Ausprägungsform sind monochromatische Detektoren mit Filtereinheiten oder separate Kanäle für spektrometrische Auswertungen. Anders ausgedrückt, ist die spektrale Empfindlichkeit des Bildsensors veränderbar. Der Bildsensor ist somit in der Lage, einfallende Lichtstrahlen spektral zu gewichten und/oder zu filtern. Beispielsweise ist dadurch die spektrale Empfindlichkeit des Sensors an die des menschlichen Auges anpassbar. In einem Ausführungsbeispiel ist ein derartiger Detektor 140 mithilfe einer Kombination aus mindestens einem Filterrad mit V(Lambda)-Filter sowie mit zusätzlichem ND-Filter realisierbar. Vor dem Detektor 140 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Optikeinrichtung 135 angeordnet, welches derart ausgelegt ist, dass es für seinen gesamten erfassbaren Blickwinkelbereich (FOV) eine beugungsbegrenzte Abbildung erzeugt. Weiterhin verfügt die Optikeinrichtung 135 über eine oder mehrere austauschbare Komponenten, sodass es möglich ist, das FOV der Optikeinrichtung 135 an verschiedene Messvorgaben anzupassen. Bei einem maximal eingestellten FOV entspricht die Auslegung des optischen Systems beispielsweise der eines Konoskops, wobei das erste optische Element stets eine einstellbare Optikaperturblende 144 ist, wie dies in der 1 bzw. der 2 dargestellt ist. Diese ist bevorzugt als physische Blende, alternativ aber auch als virtuelle Pupille realisiert.
Sowohl die Projektionseinheit 115 als auch die Empfangseinheit 110 entsprechend dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind weiterhin je an einem Goniometer 146, 147 befestigt, welche unabhängig voneinander, einmalig oder wiederholbar, geschwenkt bzw. lateral verfahren werden können. Die Achsen, um welche die Projektions- und Empfangseinheit schwenkbar sind, verlaufen beispielsweise näherungsweise parallel zur respektiven optischen Achse und/oder schneiden die jeweilige Eintritts- bzw. Austrittspupille zentral. Zur Realisierung eines lateralen Versatzes, kann jedes Goniometer 146, 147 weiterhin ebenfalls mit einer mehrachsigen Linear-Stage mechanisch verbunden sein. Das Schwenken und/oder Verfahren der Projektionseinheit 115 ist erforderlich, um den Prüfling 105 an verschiedenen Positionen und/oder unter verschiedenen Objektwinkeln zu beleuchten bzw. das Objektmuster an verschiedenen Positionen oder unter verschiedenen Objektwinkeln bereitzustellen. Ein Anwendungsfall ist beispielhaft in der nachfolgenden 2 dargestellt.
Anders ausgedrückt und/oder zusammengefasst wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Vorrichtung 100 zur Messung der Abbildungsqualität optischer Systeme bzw. Module von NED-Systemen vorgestellt, wobei die Vorrichtung 100 über die Projektionseinheit 115, eine auch als mechanische Aufnahme für das zu prüfende optische System bzw. Modul oder den Prüfling 105 bezeichnete Halterungseinheit 145, welche translatorisch in drei Raumrichtungen verfahrbar ist, die optische Empfangseinheit 110 sowie die Recheneinheit 150 verfügt. Die Vorrichtung 100 ist dabei in der Lage, optische sowie photometrische bzw. colorimetrische Messparameter des zu prüfenden optischen Systems bzw. Moduls 105 simultan zu bestimmen, wobei die optische Empfangseinheit 110 aus einem optischen Abbildungssystem, das zuvor als Optikeinrichtung 135 beschrieben wurde, sowie einem optischen Detektor 140 mit einer Mehrzahl an spektralen Kanälen 141 besteht. Der optische Detektor 140 ist beispielsweise über eine Kombination eines Bildsensors 142 mit mindestens einem Filterelement 143, beispielsweise ein vorgeschaltetes Filterrad mit V(Lambda) Filter sowie einem optionalen, weiteren ND-Filter, realisierbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verfügt die optische Empfangseinheit 110 über ein optisches System 135, welches für den gesamten, erfassbaren Feldwinkel beugungsbegrenzt ist. Das optische System, das bedeutet die Optikeinrichtung 135 der Empfangseinheit 100 weist zudem optional wechselbare Komponenten sowie mindestens eine physische oder virtuelle einstellbare Optikaperturblende 144 auf, sodass es möglich ist, den Durchmesser der einfallenden Strahlenbündel zu begrenzen, um z. B. die Ausdehnung der menschlichen Iris zu simulieren. Das optische System 135 kann weiterhin in seiner Auslegung einem Konoskop entsprechen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Projektionseinheit 115 lediglich optional als fokussierbarer oder nicht-fokussierbarer Kollimator mit einem mono- und/oder polychromatisch beleuchteten Strichelement 182 (Reticle) realisiert und verfügt ebenfalls über eine physische oder virtuelle Aperturblende, die zuvor als Austrittsapertur 180 beschrieben wurde. Die Aperturblende kann optional einstellbar sein, um den Durchmesser der auf den Prüfling auftreffenden Strahlenbündel zu begrenzen. Weiterhin kann die Projektionseinheit 115 eine einstellbare Feldblende 181 enthalten, welche ebenfalls physisch oder virtuell realisiert sein kann. Diese dient zur Anpassung der Feldwinkel der austretenden Strahlenbündel. Ein solche Anpassung kann bei manchen Prüflingen erforderlich sein, um den Einkoppelwinkel in einen zu prüfenden Wellenleiter genau anzupassen. Das Strichelement 182 beinhaltet weiterhin optional unterschiedliche Objektstrukturen (Multi-Feature Reticle) oder ist derart ausgebildet, dass mithilfe eines Wechselmechanismus Strichplatten mit unterschiedlichen Objektstrukturen sequenziell in den Strahlengang der Projektionseinheit 115 eingebracht werden können. Die Objektstrukturen sind dabei beispielsweise als großflächige Elemente als auch als scharfe Kanten bzw. Linien realisierbar, die als virtuelle Strukturen mithilfe eines selbstleuchtenden Elementes erzeugt werden. Das bedeutet anders ausgedrückt, dass die Projektionseinheit 115 das mindestens eine Strichelement 182 mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Objektstrukturen oder einen Wechselmechanismus zum sequentiellen Einbringen unterschiedlicher Strichelemente, beispielsweise Strichplatten, mit unterschiedlichen Objektstrukturen in einen Strahlengang des Lichts 120 aufweist, insbesondere wobei die Objektstrukturen großflächige Elemente, scharfe Kanten und/oder Linien, die beispielsweise gebogen oder gerade sind, repräsentieren. Die Objektstrukturen sind dabei als virtuelle Strukturen mithilfe eines selbstleuchtenden Elements erzeugt oder erzeugbar. Zusätzlich oder alternativ weist die Projektionseinheit 115 eine physische oder virtuelle Projektionsaperturblende 180 sowie eine optionale, physische oder virtuelle, Projektionsfeldblende 181 auf.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Projektionseinheit 115 ausgeformt, um den Prüfling 105 in Reflexion oder Transmission zu beleuchten. Dazu ist die Projektionseinheit 115 beispielsweise an dem ersten Goniometer 146 angeordnet und die Empfangseinheit 110 an dem zweiten Goniometer. Dadurch sind beide Einheiten 110, 115 um jeweils einen definierten Rotationspunkt in mindestens zwei Richtungen schwenkbar. Jedes der Goniometer 146, 147 ist demnach relativ zum zu prüfenden Prüfling 105 translatorisch in drei Raumrichtungen bewegbar. Für das Funktionieren der Vorrichtung sind die Goniometer nicht zwingen erforderlich. In einem solchen Fall wäre die Empfangseinheit als Konoskop realisiert und die Projektionseinheit würde eine einstellbare Apertur- sowie Feldblende verfügen, um den Durchmesser und die Feldwinkel der Lichtstrahlen an den Prüfling anzupassen. Insgesamt ist der Prüfling beispielsweise als ein Wellenleiter, eine Kombination aus Wellenleitern oder ein Modul ausgeformt, welches aus einer Kombination von Beleuchtungseinheit und Wellenleiter besteht, wobei das Modul in der Lage ist, eine selbstleuchtende Objektstruktur zu erzeugen, welche von der Empfangseinheit 110 der Vorrichtung 100 erfassbar ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 ähnelt der in 1 beschriebenen Vorrichtung 100. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die hier dargestellte Vorrichtung 100 neben der Empfangseinheit 110, der Recheneinheit 150 und der den Prüfling 105 haltenden Halterungseinheit 145 wiederum die Projektionseinheit 115 auf. Der hier dargestellte Prüfling verfügt über kein eigenständiges, aktives Beleuchtungs- bzw. Projektionselement 155. Das Licht 120 tritt gemäß diesem Ausführungsbeispiel über den Eintrittspunkt 165 in den Prüfling 105 ein und wird so lange an den Flächen des Prüflings 105 reflektiert, bis es den Austrittspunkt 170 erreicht und die Lichtstrahlen 130 an die Empfangseinheit 110 ausgegeben werden. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Projektionseinheit 115 als ein fokussierbarer oder nicht-fokussierbarer Kollimator realisiert, der insbesondere mindestens ein monochromatisch und/oder polychromatisch beleuchtetes oder beleuchtbares Strichelement 182 (Reticle) aufweist. Denkbar ist ferner auch, dass der (Bild-) Sensor 142 entsprechend fokussierbar ist. Ein Kollimator ist zur Erzeugung von Licht mit annähernd parallelem Strahlengang aus einer divergenten Quelle ausgeformt. Diese Kollimation dient häufig dazu, dem Licht eine bestimmte Richtung zu geben.
Im in der 1 dargestellten Fall wird in anderen Worten ausgedrückt mithilfe der Vorrichtung 100 die Abbildungsqualität des Prüflings 105, beispielsweise eines einzelnen Waveguides, gemessen. Dabei wird die Projektionseinheit 115 derart positioniert, dass das Objektmuster in die Eintrittspupille 165 projiziert wird. Das Objektmuster kann auch in andere Bereiche eines Wellenleiters eines NED-Moduls projiziert werden. So simuliert beispielsweise bei einem Modul für eine AR-Brille die Projektionseinheit 115 ein reales Objekt aus der Umgebung eines Benutzers. In diesem Anwendungsfall erzeugt die Belichtungseinheit des NED-Moduls ebenfalls lediglich optional ein selbstleuchtendes strukturiertes Objektmuster, welches zusätzlich oder alternativ zum Objektmuster der Projektionseinheit 115, von der Empfangseinheit 110 erfasst wird. Ein Schwenken der Empfangseinheit 110 ist dabei beispielsweise erforderlich, um eine Abbildung des Objektmusters unter verschiedenen Feldwinkeln aufzunehmen. Anders gesagt wird auf diese Weise eine axiale sowie außeraxiale Abbildungsqualität ermittelt. Durch ein laterales Verfahren der Empfangseinheit 110 werden die optischen sowie photometrischen bzw. colorimetrischen Parameter des zu messenden optischen Systems bzw. des NED-Moduls an unterschiedlichen Positionen innerhalb einer Eye-Box bestimmt.
Die Vorrichtung 100 verfügt weiterhin über die Recheneinheit 150, mit deren Hilfe sowohl die Projektionseinheit 115 wie auch die Empfangseinheit 110 elektronisch gesteuert werden. Die Recheneinheit 150 ist beispielsweise ausgebildet, um die Projektionseinheit 115 anzusteuern, um verschiedene Objektmuster in den Strahlengang einzubringen, falls ein entsprechender Reticle-Wechselmechanismus verwendet wird. Dabei werden großflächige Strukturen für die Bestimmung colorimetrischer oder photometrischer Parameter verwendet sowie Strukturen mit scharfen Linien bzw. Kanten für die Bestimmung von optischen Abbildungsparametern.
Die Recheneinheit 150 verarbeitet Bilder, welche vom Sensor der Empfangseinheit 110 aufgezeichnet werden und berechnet aus den aufgezeichneten Bildern die gewünschten optischen sowie colorimetrischen oder photometrischen Abbildungsparameter des zu messenden Prüflings 105. Die Recheneinheit 150 steuert den Bildsensor beispielsweise derart an, dass dieser für jeden der zu Verfügung stehenden spektralen Kanäle, in sequenzieller Folge Bilder der durch den Prüfling 105 projizierte Objektstruktur aufzeichnet. Dabei ist weiterhin die Belichtungszeit des Sensors variierbar. Bei einer beispielhaften Verwendung eines Filterrades bedeutet die Änderung eines spektralen Kanals eine Änderung dessen Filterstellung. Für jede Filterstellung werden beispielsweise sowohl eines als auch mehrere Bilder aufgezeichnet und an die Recheneinheit 150 weitergeleitet.
Die optischen bzw. colorimetrischen oder photometrischen Parameter werden dabei beispielsweise für jedes einzelne der aufgezeichneten Bilder oder aber auch für eine beliebige Kombination aus Einzelbildern ermittelt. So sind beispielsweise sequenziell aufgezeichnete Bilder mit jeweils einer anderen Belichtungszeit zu einem oder mehreren High-Dynamic-Range (HDR) Bildern kombinierbar. Alternativ werden sequenziell aufgezeichnete Bilder mit jeweils einer anderen spektralen Gewichtung zu einem oder mehreren Farbbildern kombiniert. Bei der Untersuchung von NED-Komplettsystemen oder -Modulen ist die Recheneinheit 150 auch zusätzlich oder alternativ mit dem Prüfling 105 verbunden. In einem solchen Fall wird die Projektionseinheit 115, beziehungsweise die hier nicht dargestellte weitere Projektionseinheit des Prüflings 105 angesteuert, damit diese eine selbstleuchtende Objektstruktur anzeigt. Ein Beispiel für eine derartige, selbstleuchtende Objektstruktur wäre ein Fadenkreuzmuster oder ein Ring, welche lediglich beispielhaft von einem LCD bzw. LED-Display angezeigt werden. Die Recheneinheit 150 verfügt weiterhin lediglich optional über Kalibrierdaten für die Messvorrichtung, welche im Vorfeld der Messung eingelesen wurden, mit deren Hilfe Abbildungsfehler, wie beispielsweise ein Grad an Verzeichnung, von in der Projektionseinheit 115 bzw. Empfangseinheit 110 verwendeten Optiken aus den späteren Messdaten herausgerechnet werden können.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur 300 für eine Vorrichtung, wie sie beispielhaft in mindestens einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Die Objektstruktur 300 ist beispielsweise als eine solche ausgeformt, die verwendet wird, um eine Abbildungsqualität eines Prüflings zu bestimmen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Objektstruktur 300 einen dunklen Bereich 305 und einen hellen Bereich 310 auf, die scharfkantig voneinander getrennt sind. Die Objektstruktur 300 ist dabei als ein Kreuz ausgeformt. Die Objektstruktur 300 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine mehreckige Kontur auf.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur 300 für eine Vorrichtung, wie sie beispielhaft in mindestens einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Die Objektstruktur 300 ist beispielsweise als eine solche ausgeformt, die verwendet wird, um eine Abbildungsqualität eines Prüflings zu bestimmen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Objektstruktur 300 einen dunklen Bereich 305 und einen hellen Bereich 310 auf, die scharfkantig voneinander getrennt sind. Die Objektstruktur 300 ist dabei als ein Kreis, insbesondere als ein Ring ausgeformt, sodass die Objektstruktur 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen weiteren dunklen Bereich 400 aufweist. Die Objektstruktur 300 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine mehreckige Kontur auf.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur 300 für eine Vorrichtung, wie sie beispielhaft in mindestens einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Die Objektstruktur 300 ist beispielsweise als eine solche ausgeformt, die verwendet wird, um eine Abbildungsqualität eines Prüflings zu bestimmen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Objektstruktur 300 einen dunklen Bereich 305 und einen hellen Bereich 310 auf, die scharfkantig voneinander getrennt sind. Die Objektstruktur 300 ist dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Quadrat ausgeformt. Die Objektstruktur 300 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine mehreckige Kontur auf.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Objektstruktur 300 für eine Vorrichtung, wie sie beispielhaft in mindestens einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Die Objektstruktur 300 ist beispielsweise als eine solche ausgeformt, die verwendet wird, um eine Abbildungsqualität eines Prüflings zu bestimmen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Objektstruktur 300 einen dunklen Bereich 305 und einen hellen Bereich 310 auf, die scharfkantig voneinander getrennt sind. Zusätzlich weist die Objektstruktur 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel den weiteren dunklen Bereich 400 sowie einen weiteren hellen Bereich 600 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils die hellen Bereiche 310, 600 sowie die dunklen Bereiche 305, 400 diagonal zueinander angeordnet, sodass sich alle Bereiche 305, 310, 400, 600 in einem gemeinsamen Mittelpunkt 605 der Objektstruktur 300 treffen. Die Objektstruktur 300 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine runde Kontur auf.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Bestimmen einer Abbildungsqualität einer Abbildung für einen Prüfling. Das Verfahren 700 ist beispielsweise von einer Recheneinheit für eine Vorrichtung durchführbar, wie sie in einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Die Recheneinheit ist beispielsweise als ein Steuergerät ausgeformt.
Das Verfahren 700 umfasst demnach einen Schritt 705 des Ausgebens von Licht unter Verwendung der Projektionseinheit beispielsweise für eine einstellbare Zeitdauer, um mindestens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur auf den Prüfling zu projizieren. Ferner umfasst das Verfahren 700 einen Schritt 710 des Empfangens von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen des Lichts unter Verwendung der Empfangseinheit, die zumindest eine Abbildung repräsentieren, sowie einen Schritt 715 des simultanen Auswertens eines ersten Lichtparameters und eines zweiten Lichtparameters von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen des Lichts. Der erste Lichtparameter repräsentiert dabei mindestens einen optischen Lichtparameter und der zweite Lichtparameter mindestens einen colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter, um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung simultan unter Verwendung der Recheneinheit zu bestimmen. Lediglich optional werden im Schritt 710 des Empfangens durch oder an dem Prüfling transmittierte oder reflektierte weitere Lichtstrahlen des Lichts empfangen, die zumindest eine weitere Abbildung repräsentieren. Das bedeutet, dass dabei im Schritt 715 des Auswertens ein weiterer erster Lichtparameter, der mindestens einen weiteren optischen Lichtparameter repräsentiert, und ein weiterer zweiter Lichtparameter, der mindestens einen weiteren colorimetrischen Lichtparameter repräsentiert, der weiteren Lichtstrahlen simultan ausgewertet werden, um eine weitere Abbildungsqualität der weiteren Abbildung zu bestimmen. Insbesondere wurden dazu die Abbildung und die weitere Abbildung je bei einer unterschiedlichen Belichtungszeit erfasst.
Zusätzlich, aber optional umfasst das Verfahren 700 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt 720 des Ausgleichens und somit Korrigierens von Abbildungsfehlern, wie beispielsweise eine Verzeichnung, unter Verwendung von vorgegebenen Kalibrierdaten vor dem Schritt 715 des Auswertens und/oder einen Schritt 725 des Kombinierens der Abbildung und der weiteren Abbildung zu einem Gesamtbild nach dem Schritt 715 des Auswertens. Dies erfolgt beispielsweise bei einer unterschiedlichen Belichtungszeit zu Gesamt-HDR-Bild, oder bei verschiedenen, spektralen Einstellungen zu einem Gesamtfarbbild. Dabei werden beispielsweise Parameter für einzelne Bilder oder für Gesamtbilder bestimmt.
In anderen Worten ausgedrückt wird das Verfahren 700 zur Messung der Abbildungsqualität optischer Systeme bzw. Module von NED-Systemen beschrieben, wobei im Schritt 705 des Ausgebens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur projiziert wird, welche durch das zu prüfende optische System bzw. Modul transmittiert oder von diesem reflektiert wird. Im Schritt 710 des Empfangens eine oder mehrere Abbildungen der transmittierten bzw. reflektierten Objektstruktur durch die Empfangseinheit bei verschiedenen, spektralen Einstellungen des Detektors empfangen werden. Im Schritt 715 des Auswertens werden demnach einer oder mehrere optische sowie colorimetrische bzw. photometrische Parameter des zu prüfenden optischen Systems bzw. Moduls aus der einen oder mehrerer Abbildungen mithilfe der Recheneinheit simultan bestimmt. Lediglich optional ist eine Belichtungszeit des Detektors einstellbar, wobei mehrere Bilder, welche jeweils bei einer unterschiedlichen Belichtungszeit erfasst wurden, mithilfe der Recheneinheit zu einem Gesamt-HDR-Bild kombinierbar sind. Ferner werden im Schritt 725 des Kombinierens solche Bilder, welche bei verschiedenen, spektralen Einstellungen erfasst wurden, mithilfe der Recheneinheit zu einem Gesamtbild kombiniert, wobei die optischen sowie colorimetrischen bzw. photometrischen Parameter lediglich optional für jedes einzelne Bild und/oder für kombinierte Gesamtbilder bestimmbar sind.
8 zeigt ein Blockschaltbild einer Recheneinheit 150 gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, wie sie beispielsweise in mindestens einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Die Recheneinheit 150 ist demnach beispielsweise ausgebildet, um ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling anzusteuern und/oder durchzuführen, wie es beispielsweise in 7 beschrieben wurde. Die Recheneinheit 150 weist demnach eine Ausgabeeinheit 800, eine Einleseeinheit 805 sowie eine Auswerteeinheit 810 auf. Lediglich optional weist die Recheneinheit 150 zusätzlich eine Ausgleichseinheit 815 und/oder eine Kombiniereinheit 820 auf.
Die Ausgabeeinheit 800 ist dabei ausgebildet, um ein Ausgeben von Licht unter Verwendung der Projektionseinheit zu bewirken, um mindestens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur auf den Prüfling zu projizieren. Die Einleseeinheit 805 ist beispielsweise ausgebildet, um von der Empfangseinheit der Vorrichtung empfangene Lichtstrahlen des Lichts, die durch oder an dem Prüfling transmittiert oder reflektiert wurden, das bedeutet beispielsweise einen ersten Lichtparameter 825 und einen zweiten Lichtparameter 830 der Lichtstrahlen einzulesen. Die Auswerteeinheit 810 ist ausgebildet, um den ersten Lichtparameter 825, der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und den zweiten Lichtparameter 830, der mindestens einen colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, von durch oder an dem Prüfling transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen des Lichts simultan auszuwerten, um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung simultan zu bestimmen. Lediglich optional ist die Empfangseinheit 805 ferner ausgebildet, um von der Empfangseinheit der Vorrichtung empfangene weitere Lichtstrahlen weiteren Lichts, die durch oder an dem Prüfling transmittiert oder reflektiert wurden, das bedeutet beispielsweise einen weiteren ersten Lichtparameter 831, der mindestens einen weiteren optischen Lichtparameter repräsentiert, und einen weiteren zweiten Lichtparameter 832, der mindestens einen weiteren colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, der weiteren Lichtstrahlen einzulesen. Folglich ist die Auswerteeinheit 810 ausgebildet, um den weiteren ersten Lichtparameter 831 und den weiteren zweiten Lichtparameter 832 der weiteren Lichtstrahlen simultan auszuwerten, um eine weitere Abbildungsqualität der weiteren Abbildung zu bestimmen, insbesondere wobei die Abbildung und die weitere Abbildung je bei einer unterschiedlichen Belichtungszeit erfasst wurden.
Die Ausgleichseinheit 815 ist ferner optional ausgebildet, um ein Ausgleichen oder Korrigieren von Abbildungsfehlern unter Verwendung von vorgegebenen Kalibrierdaten 835 zu bewirken. Die Kombiniereinheit 820 ist beispielsweise ausgebildet, um die Abbildung und eine lediglich optionale weitere Abbildung zu kombinieren, um ein Gesamtbild zu erhalten.
Zusammenfassend ist zur Art der zu Prüfenden optischen Systeme anzumerken ist, dass die vorgesehen Anwendung der zur patentierenden Vorrichtung Module für AR/VR-Systeme sind. Konkret kann es sich dabei um einzelne Wellenleiter handeln oder aber über Wellenleiter mit eigenem Projektor (z. B. für AR-Brillen). Das Messsystem verfügt seinerseits nur beispielswiese über eine Projektionsvorrichtung und eine Empfangsvorrichtung. Beide können zum Beispiel schwenk- bzw. verfahrbar sein. Speziell ist die zweite Projektionseinheit nicht allgemeiner Bestandteil des Messsystems. Sie liegt nur dann vor, wenn ein NED-Modul gemessen wird, wie dies beispielsweise in der 1 beschrieben ist. Im Fall des nach 1 ausgebauten Systems wäre dies ein Anwendungsbeispiel, dass man sich messtechnisch anschaut, wie gut der Wellenleiter die vom NED-Projektor (z. B. bei einer AR-Brille) generierten Bilder übertragt im Vergleich zur Darstellung der realen Umgebung.
Zu der Gegenüberstellung eines Spektralfilters versus ND-Filters wäre anzumerken, dass bei der Empfangseinheit beispielsweise zwischen zwei Arten von Filtern unterschieden werden sollte. Spektralfilter sorgen dafür, dass ein gewünschter Wellenlängenbereich, insbesondere für die colorimetrischen Messungen, eingestellt werden kann. Beispiele sind V(Lambda) Filter zur Anpassung an die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges oder Beyer-Pattern (gewichtete Verteilung von RGB-Filtern) bei CCD-Kameras. ND-Filter reduzieren die Lichtintensität, unabhängig vom Spektrum. Beide Arten von Filtern können in der Praxis zum Einsatz kommen.
Zur Anpassung von Feldwinkeln und Strahlquerschnitten wäre anzumerken, dass auf der Empfangsseite beispielsweise keine Anpassung des Feldwinkels der Lichtstrahlen notwendig ist. Hier wird eine Optik mit geeignetem FOV ausgewählt, z. B. ein Konoskop für große Feldwinkel. Eine Anpassung des Strahlquerschnitts ist jedoch hilfreich, z. B. wenn die Iris des menschlichen Auges simuliert werden soll, daher auch die einstellbare Aperturblende 144. Auf der Projektionsseite kann es erforderlich sein sowohl den Strahlquerschnitt als auch dessen Feldwinkel anzupassen. Daher auch die vorgeschlagene Feldblende 181 in 1. (Die Abbildung der Feldblende ist eine Luke.) Die Anpassung des Strahlquerschnitts ist hilfreich, damit der Prüfling nicht überstrahlt wird und gegebenenfalls störende Effekte, wie z. B. Streulicht erhalten werden können. Der Feldwinkel sollte anpassbar sein, um einen gewünschten Einkoppelwinkel in den Wellenleiter zu erhalten, da hier nicht notwendigerweise jede mögliche Totalreflexion gewünscht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 11029206 B2 [0002]

Claims

Vorrichtung (100) zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling (105), wobei die Vorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: - mindestens eine Projektionseinheit (115) zum Ausgeben von Licht (120) in Richtung des Prüflings (105), um mindestens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur (300) auf den Prüfling (105) zu projizieren; - optische Empfangseinheit (110) zum Empfangen von durch oder an dem Prüfling (105) transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen (130) des Lichts (120), die zumindest eine Abbildung der projizierten Objektstruktur (300) repräsentieren, wobei die Empfangseinheit (110) eine Optikeinrichtung (135) und einen optischen Detektor (140) aufweist; - eine Halterungseinheit (145) zum Halten des zu prüfenden Prüflings (105), wobei die Halterungseinheit (145) zwischen der Projektionseinheit (115) und der optischen Empfangseinheit (110) angeordnet ist; und - eine Recheneinheit (150) zum simultanen Auswerten eines ersten Lichtparameters (825), der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und eines zweiten Lichtparameters (830), der mindestens einen colorimetrischen und/oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, von durch oder an dem Prüfling (105) transmittierten oder reflektierten und unter Verwendung der Empfangseinheit (110) empfangenen Lichtstrahlen (130) des Lichts (120), um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung für den Prüfling (105) zu bestimmen, wobei die Recheneinheit (150) mit der Projektionseinheit (115), der Empfangseinheit (110) und/oder mit der Halterungseinheit (145) verbunden ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Detektor (140) der Empfangseinheit (110) eine Mehrzahl von spektralen Kanälen (141), sowie mindestens einen Bildsensor (142) aufweist, insbesondere wobei der Detektor (140) der Empfangseinheit als fokussierbare Kamera realisiert ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Empfangseinheit (110) die Optikeinrichtung (135) aufweist, die für einen gesamten erfassbaren Feldwinkel beugungsbegrenzt ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Optikeinrichtung (135) wechselbare Komponenten und mindestens eine einstellbare Optikaperturblende (144) aufweist, die ausgebildet ist, um geometrische Eigenschaften der in die Optikeinrichtung (135) einfallenden Strahlenbündel anzupassen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Projektionseinheit (115) als ein fokussierbarer oder nicht-fokussierbarer Kollimator ausgeformt ist, der insbesondere mindestens ein monochromatisch und/oder polychromatisch beleuchtetes oder beleuchtbares Strichelement (182) aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Projektionseinheit (115) das mindestens eine Strichelement (182) mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Objektstrukturen (300) aufweist, oder wobei die Projektionseinheit (115) einen Wechselmechanismus zum sequentiellen Einbringen unterschiedlicher Strichelemente (182) mit unterschiedlichen Objektstrukturen (300) in einen Strahlengang des Lichts (120) aufweist, insbesondere wobei die Objektstrukturen (300) großflächige Elemente, scharfe Kanten und/oder Linien repräsentieren.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Objektstrukturen (300) mithilfe eines selbstleuchtenden Elements erzeugt oder erzeugbar sind, und/oder wobei die Projektionseinheit (115) eine Projektionsaperturblende (180) und/oder eine Projektionsfeldblende (181) aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem beweglichen ersten Goniometer (146), das mit der Projektionseinheit (115) verbunden ist, und mit einem beweglichen zweiten Goniometer (147), das mit der Empfangseinheit (110) verbunden ist, wobei das erste und das zweite Goniometer (146, 147) ausgebildet sind, um die Projektionseinheit (115) und die Empfangseinheit (110) unabhängig voneinander um je einen definierten Rotationspunkt in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen zu bewegen, insbesondere wobei das erste Goniometer (146) und/oder das zweite Goniometer (147) relativ zum Prüfling (105) translatorisch in mindestens drei Raumrichtungen beweglich ist oder sind.
Verfahren (700) zum Bestimmen einer Abbildungsqualität zumindest einer Abbildung für einen Prüfling (105) unter Verwendung einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (700) die folgenden Schritte umfasst: - Ausgeben (705) von Licht (120) unter Verwendung der Projektionseinheit (115), um mindestens eine leuchtende und/oder beleuchtete Objektstruktur (300) in Richtung des Prüflings (105) zu projizieren; - Empfangen (710) von durch oder an dem Prüfling (105) transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen (130) des Lichts (120) unter Verwendung der Empfangseinheit (110), die zumindest eine Abbildung repräsentieren; und - Simultanes Auswerten (715) eines ersten Lichtparameters (825), der mindestens einen optischen Lichtparameter repräsentiert, und eines zweiten Lichtparameters (830), der mindestens einen colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, von durch oder an dem Prüfling (105) transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen (130) des Lichts (120), um die Abbildungsqualität der zumindest einen Abbildung simultan unter Verwendung der Recheneinheit (150) zu bestimmen.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 9, wobei im Schritt (710) des Empfangens durch oder an dem Prüfling (105) transmittierte oder reflektierte weitere Lichtstrahlen (171) weiteren Lichts (160) empfangen werden, die zumindest eine weitere Abbildung repräsentieren, wobei im Schritt (715) des Auswertens ein weiterer erster Lichtparameter (831), der mindestens einen weiteren optischen Lichtparameter repräsentiert, und ein weiterer zweiter Lichtparameter (832), der mindestens einen weiteren colorimetrischen oder photometrischen Lichtparameter repräsentiert, der weiteren Lichtstrahlen (171) simultan ausgewertet werden, um eine weitere Abbildungsqualität der weiteren Abbildung zu bestimmen, insbesondere wobei die Abbildung und die weitere Abbildung je bei einer unterschiedlichen Belichtungszeit erfasst wurden.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 10, mit einem Schritt (725) des Kombinierens der Abbildung und der weiteren Abbildung zu einem Gesamtbild nach dem Schritt (715) des Auswertens.
Verfahren (700) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, mit einem Schritt (720) des Ausgleichens von Abbildungsfehlern unter Verwendung von vorgegebenen Kalibrierdaten (835) vor dem Schritt (715) des Auswertens.
Recheneinheit (150) für eine Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Recheneinheit (150) ausgebildet ist, um Schritte (705, 710, 715, 720, 725) eines Verfahrens (700) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 in entsprechenden Einheiten (800, 805, 810, 820) anzusteuern und/oder durchzuführen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (705, 710, 715, 720, 725) des Verfahrens (700) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.