DE10344788B4

DE10344788B4 - Illumination assembly for measuring the optical properties of lenses and lenses

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Publication number: DE10344788B4
Application number: DE2003144788
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Riehemann; Martin Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Palme; Gunther Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Notni
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2023-09-27
Also published as: DE10344788A1

Abstract

Optikausmessvorrichtung zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Linsen oder Linsen enthaltender optischer Systeme mit mindestens einer Beleuchtungsvorrichtung, welche durch die Linsen oder das aus Linsen aufgebaute optische System abbildbar ist und mindestens einem Detektionssystem (5) zur Erfassung des durch die Linse oder durch das optische System erzeugten optischen Abbildes der Beleuchtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Beleuchtungsvorrichtungen ein selbstleuchtendes und flexibles, während des Messprozesses verformbares Display ist.Optikausmessvorrichtung for determining the optical properties of lenses or lenses containing optical systems with at least one lighting device, which through the lenses or built-up of lenses optical System is mapped and at least one detection system (5) for Detecting the optical generated by the lens or by the optical system Image of the lighting device, characterized in that at least one of the lighting devices is a self-luminous one and flexible, during the Measuring process deformable display is.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mess- und Prüfvorrichtung zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Linsen und Objektiven. Es ist notwendig, die optischen Eigenschaften zu bestimmen, um einen hohen technologischen Standard von Linsen und Objektiven zu gewährleisten und um theoretisch vorbestimmte Leistungsparameter zu verifizieren. Ein wesentliches Merkmal der Leistungsfähigkeit dieser optischen Komponenten ist z. B. die optische Übertragungsfunktion. Viele Objektive werden insbesondere hinsichtlich hoher Werte der optischen Übertragungsfunktion optimiert. Zur Überprüfung von Toleranzeinhaltungen und Produktionsgenauigkeiten werden, sowohl bei einzelnen Linsen als auch bei Linsengruppen in Form von Objektiven, Messvorrichtungen benötigt. Diese Messvorrichtungen sollten flexibel an die Anforde rungen der zu prüfenden Linsen bzw. Objektive, im folgenden auch Prüflinge genannt, adaptierbar sein. Desweiteren sind wartungsarme, kompakte und störunempfindliche Messvorrichtungen erstrebenswert. Multifunktional einsetzbare Messvorrichtungen sollten zudem die Möglichkeit eröffnen, neben der optischen Übertragungsfunktion auch weitere Kenngrößen der Prüflinge zu erfassen. Dies können z. B. Verzeichnungen oder Bildfeldwölbungen sein.The The present invention relates to a measuring and testing device for determination the optical properties of lenses and lenses. It is necessary, to determine the optical properties to a high technological Standard of lenses and lenses to ensure and theoretically verify predetermined performance parameters. An essential Feature of efficiency this optical components is z. B. the optical transfer function. Many lenses are used especially in terms of high values of optical transfer function optimized. For checking Tolerance compliance and production accuracies are both for individual lenses as well as lens groups in the form of lenses, measuring devices needed. These measuring devices should be flexible to the requirements of the to be tested Lenses or objectives, also called specimens in the following, adaptable be. Furthermore, low-maintenance, compact and störunempfindliche Measuring devices desirable. Multifunctional measuring devices should also have the opportunity open, in addition to the optical transfer function also other characteristics of specimens capture. This can z. B. distortions or field curvature.

Verfahren und Vorrichtungen zur Vermessung der optischen Eigenschaften von Linsen und Objektiven sind bereits Stand der Technik. Eine solche Vermessung ist notwendig, da eine hohe Qualität von Linsen und Objektiven heute trotz hoch entwickelter Designsoftware und hoch entwickelter Produktionstechniken nicht immer gegeben ist. Insbesondere Fertigungsfehler beeinflussen die Abbildungsqualität signifikant. Für die Charakterisierung der Abbildungsleistung von Optiken nach dem Produktionsprozess hat sich die sogenannte Modulationsübertragungsfunktion (MTF) zunehmend durchgesetzt. Diese ist Bestandteil der optischen Übertragungsfunktion. Die MTF gibt den Quotienten von Bild- zu Objektkontrast in Abhängigkeit der Ortsfrequenz bei Abbildung eines Liniengitters mit cosinusförmiger Transmission an. Die Ortsfrequenz wird in Linienpaaren pro mm (lp/mm) ausgedrückt. Aufgrund der Kontrastbestimmung eines Liniengitters vereinigt die MTF die optischen Kenngrößen Auflösung und Kontrast in einer gemeinsamen Darstellung. Ein Merkmal der MTF-Messung ist, dass sie die Prüfung optischer Systeme entsprechend der angestrebten Anwendung erlaubt. Feldpositionen, Spektralbereiche, Abbildungslängen und Objekt- sowie Bildschnittweiten können mittels einer entsprechenden MTF-Messeinrichtung simuliert werden.method and devices for measuring the optical properties of Lenses and lenses are already state of the art. Such Surveying is necessary because of a high quality of lenses and lenses today despite sophisticated design software and more sophisticated Production techniques are not always given. In particular, manufacturing defects affect the image quality significantly. For the characterization of Imaging performance of optics after the production process has changed the so-called modulation transfer function (MTF) increasingly enforced. This is part of the optical transfer function. The MTF gives the quotient of image to object contrast in dependence the spatial frequency when imaging a line grid with cosinusoidal transmission at. The spatial frequency is expressed in line pairs per mm (lp / mm). Due to the Contrast determination of a line grating combines the MTF optical Characteristics Resolution and Contrast in a common presentation. A feature of MTF measurement is that they are testing optical Systems according to the intended application allowed. Field positions, Spectral ranges, image lengths and object and image sections can be detected by means of a corresponding MTF measuring device be simulated.

Bei der klassischen MTF-Messung wird das Bild einer Kante oder eines Spaltes, welches vom Prüfling erzeugt wird, durch eine mechanische Scanbewegung fotometrisch abgetastet. Die resultierende Kantenbildfunktion stellt die Lichtintensität in Abhängigkeit der Scanposition dar. Aus der Kantenbildfunktion kann rechnerisch die Linienbildfunktion abgeleitet werden, ein eindimensionales Intensitätsprofil des Bildes. Die MTF des optischen Systems ist die Fouriertransformierte der Linienbildfunktion.at The classic MTF measurement is the image of an edge or a Spaltes, which from the test object is generated, scanned photometrically by a mechanical scanning movement. The resulting edge image function adjusts the light intensity in dependence the scan position. From the edge image function can be calculated deriving the line image function, a one-dimensional intensity profile of the picture. The MTF of the optical system is the Fourier transform the line image function.

Die Video-MTF-Messung ermöglicht dagegen die gleichzeitige Darstellung des auszuwertenden Kanten- oder Spaltbildes als Live-Bild beispielsweise auf einem PC-Monitor sowie dessen Auswertung in Echtzeit.The Video MTF measurement possible contrast, the simultaneous display of the edge or slit image as a live image, for example, on a PC monitor and its evaluation in real time.

Mechanische Abtastbewegungen sind hierbei nicht mehr notwendig. Das Messfeld wird durch ein frei positionierbares Messfenster eingegrenzt. Eine leistungsfähige Auswertesoftware führt das Messfenster bei automatisierten Messabläufen nach. Meridionale und sagittale Daten, also Daten in der Ebene aus Objektpunkt und optischer Achse und Daten in der dazu senkrechten Ebene, welche ebenfalls die optische Achse enthält, können gleichzeitig aufgenommen werden. Hierzu wird eine entsprechend orientierte Kante durch den Prüfling und ein Messobjektiv auf ein zweidimensionales Detektorarray (Kamera) abgebildet. Die MTF kann ebenso aus einem entsprechend orientierten Spaltbild berechnet werden.mechanical Scanning movements are no longer necessary. The measuring field is limited by a freely positionable measuring window. A powerful Evaluation software leads the measuring window for automated measuring sequences. Meridional and sagittal data, ie data in the plane of object point and optical Axis and data in the vertical plane, which also the contains optical axis, can be recorded at the same time. For this purpose, a correspondingly oriented Edge through the test piece and a measuring objective on a two-dimensional detector array (camera) displayed. The MTF can also be made from an appropriately oriented Slit image can be calculated.

Die für alle vorgestellten Messsysteme notwendige Beleuchtungsbaugruppe besteht heutzutage aus einer Lampe, einer oder mehreren Kondensorlinsen und einem Testchart (dies ist ein lithographisch hergestelltes Glasdia mit einem hochpräzisen Kanten- oder Spaltbild) und ist auf einer Schrittmotorführung senkrecht zur optischen Achse montiert. Mit Hilfe dieser motorischen Verstellmöglichkeit kann das Testchart an verschiedenen Objektfeldpositionen des Prüflings positioniert werden. Die Messgenauigkeit hängt hierbei primär von der Positioniergenauigkeit des verwendeten Schrittmotors ab.The for all presented measuring systems necessary lighting assembly consists nowadays from a lamp, one or more condenser lenses and a test chart (this is a lithographically made glass slide with a high-precision edge or slit image) and is on a stepper motor guide perpendicular to the optical Axle mounted. With the help of this motorized adjustment The test chart can be positioned at different object field positions of the DUT become. The measuring accuracy hangs primary here from the positioning accuracy of the stepper motor used.

Die Nachteile der bisherigen Verfahren bestehen vor allem in

– der Verwendung eines lithographisch hergestellten Testcharts. Dieses Testchart ist unveränderlich und erlaubt somit keine Variationen der Testbedingungen der MTF-Messung (z.B. der Breite des Spaltes) und keine Prüfung anderer Kenngrößen der optischen Abbildung (z.B. der Verzeichnung).
– der Verwendung von Schrittmotoren zur mechanischen Positionierung des Testcharts an verschiedenen Objektfeldpositionen. Die Positioniergenauigkeit des Schrittmotors begrenzt hierbei wie beschrieben die Messgenauigkeit.
– der Verwendung einer komplexen Beleuchtungsbaugruppe aus Lichtquelle, Kondensoroptik, Testchart und zusätzlichen Filtern (z.B. zur Wellenlängenselektion). Durch die Komplexität bzw. durch Produktionsungenauigkeiten der Baugruppenelemente wird die Messgenauigkeit ebenfalls begrenzt.

The disadvantages of the previous methods exist mainly in

- the use of a lithographically produced test chart. This test chart is invariable and thus does not allow variations of the test conditions of the MTF measurement (eg the width of the gap) and no testing of other characteristics of the optical image (eg the distortion).
The use of stepper motors for mechanical positioning of the test chart at different object field positions. The positioning accuracy of the stepping motor limits the measuring accuracy as described.
- The use of a complex lighting assembly of light source, condenser optics, test chart and additional filters (eg for Wel lenlängenselektion). Due to the complexity or production inaccuracies of the assembly elements, the measurement accuracy is also limited.

Die DE 101 54 125 A1 beschreibt ein Abbildungssystem, bei dem abhängig von der Prüfungsaufgabe das Objektmuster durch elektronische Ansteuerung der Mustererzeugungsvorrichtung verändert werden kann, im Sinne von z.B. einer Verschiebung oder Verdrehung des Objektmusters. Das verwendete Display selbst ist eine starre Vorrichtung, die keinerlei Veränderung der räumlichen Lage einzelner Pixel zueinander erlaubt. In der Vorrichtung zur Beurteilung der Güte eines Messfeldes oder eines Linsensystems gemäß der DE 201 11 617 U1 wird ein Testbild auf einem starren selbstleuchtenden Abbildungssystem, beispielsweise einem Monitor, erzeugt. Die einzelnen selbstleuchtenden Elemente bzw. Pixel sind während des Messprozesses nicht hinsichtlich ihrer relativen räumlichen Anordnung zueinander veränderbar und die Beleuchtungsvorrichtung ist kein selbstleuchtendenes und flexibles, während des Messprozesses verformbares Display.The DE 101 54 125 A1 describes an imaging system in which, depending on the examination task, the object pattern can be changed by electronic control of the pattern generation device, in the sense of eg a displacement or rotation of the object pattern. The display used itself is a rigid device that does not allow any change in the spatial position of individual pixels to each other. In the device for evaluating the quality of a measuring field or a lens system according to the DE 201 11 617 U1 For example, a test image is generated on a rigid self-luminous imaging system, such as a monitor. The individual self-illuminating elements or pixels are not changeable relative to one another during the measuring process with regard to their relative spatial arrangement, and the lighting device is not a self-luminous and flexible display which can be deformed during the measuring process.

Die DE 34 39 578 A1 und die DE 198 23 844 C1 befassen sich mit nicht-selbstleuchtenden, d.h. mit jeweils einer separaten Lampe beleuchtbaren, starren und nicht-variablen Teststrukturen.The DE 34 39 578 A1 and the DE 198 23 844 C1 deal with non-self-illuminating, ie each with a separate lamp illuminable, rigid and non-variable test structures.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mess- und Prüfvorrichtung zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Linsen und Objektiven zur Verfügung zu stellen, die ohne Zuhilfenahme eines Testcharts, von Schrittmotoren und von komplexen Elementen für die Beleuchtungsbaugruppe beliebige Lichtstrukturen generiert und durch den Prüfling auf einen Empfänger abbildet. Die Beleuchtungsbaugruppe einer derartigen Mess- und Prüfvorrichtung ist dann sehr kompakt und störunempfindlich und durch die Variabilität in der Erzeugung verschiedenster Lichtmuster ist es möglich, verschiedenste Kenngrößen der Abbildungseigenschaften von Linsen und Objektiven zu überprüfen.task It is the object of the present invention to provide a measuring and testing device for the determination the optical properties of lenses and lenses available without the help of a test chart, from stepper motors and of complex elements for the lighting assembly generates any light structures and through the examinee a receiver maps. The lighting assembly of such a measuring and testing device is then very compact and immune to interference and by the variability It is possible to produce a wide variety of different types of light patterns Characteristics of the Check imaging properties of lenses and lenses.

Diese Aufgabe wird durch die Mess- und Prüfvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Mess- und Prüfverfahren gemäß Patentanspruch 26 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Mess- und Prüfapparatur sowie des beschriebenen Verfahrens sowie Verwendungen werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.These The object is achieved by the measuring and testing device according to claim 1 and a measuring and test method according to claim 26 solved. Advantageous developments of the measuring and test apparatus according to the invention as well as the method described and uses are in the respective dependent claims described.

Eine erfindungsgemäße Mess- und Prüfvorrichtung weist die folgenden Bestandteile auf: eine selbstleuchtende Anzeigevorrichtung hinreichender Lichtstärke als Beleuchtungsbaugruppe, im Folgenden auch Mikrodisplay oder einfach Display genannt, sowie eine Vorrichtung zur Detektion des durch den Prüfling generierten Abbildes der Anzeigevorrichtung. Das Display weist hierbei mindestens zwei einzelne, selbstleuchtende Mikrodisplay- bzw. Displayelemente, auch Pixel genannt, auf. Das Display ist erfindungsgemäß als flexibles, während des Messprozesses verformbares Display ausgestaltet. Die Mikrodisplayelemente weisen vorteilhafterweise eine Kantenlänge im Bereich von 4 bis 400 Mikrometern, insbesondere im Bereich von 4 bis 20 Mikrometern und vorzugsweise von 15 Mikrometern auf. Bei den Elementen handelt es sich beispielsweise vorteilhafterweise um organische Leuchtdioden. In einer vorteilhaften Ausführung weist das Display ein zweidimensionales Array von in einer Ebene angeordneten Pixeln auf. Die einzelnen Displayelemente werden zur Generierung beliebiger Lichtstrukturen eingesetzt. Da derartige Displays bzw. ihre Elektrodenstruktur mit photolithographischen Techniken hergestellt werden, besitzen die einzelnen Dis playelemente eine sehr gute intrinsische Maßverkörperung. Durch Verwendung dergestaltiger Displayelemente können somit beliebige Teststrukturen praktisch verzerrungsfrei erzeugt werden. Zudem ist das Display auf einem flexiblen Trägermaterial hergestellt, somit ist seine Form variabel gestaltet. Die Displays können auf vorteilhafte Art und Weise die in der Mess- und Prüftechnik bisher eingesetzten, von hinten mit einer Kondensoroptik beleuchteten Testcharts bzw. transmittive oder reflektive Mikrodisplays ersetzen. Diese Displays erfordern ebenfalls eine komplexe Beleuchtungsbaugruppe aus Lichtquelle, Homogenisator und Kondensoroptik. Das selbstleuchtende Display wird so angeordnet, dass es bzw. seine einzelnen Display- bzw. Anzeigeelemente über den Prüfling, beispielsweise die Linse oder das Objektiv, in dessen Bildebene abgebildet wird. Die zu prüfenden Linsen können hierbei beispielsweise freie Durchmesser im Bereich von 2 bis 110 mm und Brennweiten im Bereich von 3 bis 90 mm aufweisen. Die Ansteuerung jedes Displayelements erfolgt hierbei unabhängig vom Nachbarelement über direkte oder indirekte, d.h. aus einem Pufferspeicher resultierende, Rechnersteuerung. Durch die freie Ansteuerung der einzelnen Displayelemente wird ein gewünschtes Testmuster, im Fall der MTF das Muster einer Kante oder eines Spaltes, erzeugt. Die Bildebene des Prüflings wird dann mittels des Detektionssystems abgetastet. Als Detektionssystem kann hier beispielsweise ein ein- oder zweidimensional abrasternder Detektor, ein aus in einer Richtung angeordneten Einzelelementen bestehender Zeilendetektor, oder ein zweidimensionales Flächendetektorarray, also eine zweidimensionale Anordnung einzelner Detektorelemente, eingesetzt werden. Ein solches Detektionssystem kann mit oder ohne eine zusätzliche Abbildungsoptik verwendet werden. Die Aufzeichnung der Messwerte durch das Detektionssystem, also die Messung der In tensitätsverteilung des Testmusters in der Bildebene, erfolgt dabei synchronisiert mit der Ansteuerung des Displayarrays. Mit Hilfe der aufgezeichneten Messwerte werden die gewünschten optischen Abbildungseigenschaften des Prüflings, beispielsweise die Modulationstransferfunktion, die Phasentransferfunktion, die optische Verzeichnung oder asphärische Abweichungen bestimmt.A measuring and testing device according to the invention has the following components: a self-luminous display device of sufficient luminous intensity as illumination assembly, also referred to below as microdisplay or simply display, as well as a device for detecting the image of the display device generated by the test object. In this case, the display has at least two individual, self-illuminating microdisplay or display elements, also called pixels. The display is designed according to the invention as a flexible, deformable during the measurement process display. The microdisplay elements advantageously have an edge length in the range of 4 to 400 micrometers, in particular in the range of 4 to 20 micrometers and preferably of 15 micrometers. For example, the elements are advantageously organic light-emitting diodes. In an advantageous embodiment, the display has a two-dimensional array of pixels arranged in a plane. The individual display elements are used to generate any desired light structures. Since such displays or their electrode structure are produced by photolithographic techniques, the individual display elements have a very good intrinsic material measure. By using the shaped display elements thus arbitrary test structures can be generated virtually distortion-free. In addition, the display is made on a flexible substrate, so its shape is variable. The displays can advantageously replace the test charts or transmittive or reflective microdisplays used to date in measurement and test technology, which are illuminated from behind with a condenser optic. These displays also require a complex illumination assembly of light source, homogenizer, and condenser optics. The self-luminous display is arranged so that it or its individual display or display elements on the DUT, such as the lens or the lens, is imaged in the image plane. The lenses to be tested can have, for example, free diameters in the range from 2 to 110 mm and focal lengths in the range from 3 to 90 mm. The control of each display element takes place here independently of the neighboring element via direct or indirect, ie resulting from a buffer memory, computer control. The free activation of the individual display elements generates a desired test pattern, in the case of MTF the pattern of an edge or a gap. The image plane of the device under test is then scanned by means of the detection system. The detection system used here can be, for example, a one-or two-dimensionally scanning detector, a line detector consisting of individual elements arranged in one direction, or a two-dimensional area detector array, ie a two-dimensional arrangement of individual detector elements. Such a detection system can be used with or without additional imaging optics. The record of Measured values by the detection system, that is to say the measurement of the intensity distribution of the test pattern in the image plane, are synchronized with the control of the display array. With the aid of the recorded measured values, the desired optical imaging properties of the test object, for example the modulation transfer function, the phase transfer function, the optical distortion or aspheric deviations are determined.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Mess- und Prüfvorrichtung wird die selbstleuchtende Anzeigevorrichtung direkt durch den Prüfling in dessen Bildebene abgebildet und die Bildebene direkt mit dem Detektionssystem betrachtet. Hierzu wird der Prüfling zwischen der selbstleuchtenden Anzeigevorrichtung und dem Detektionssystem angeordnet.In a first advantageous embodiment of the measuring and testing device The self-luminous display device is directly through the DUT in the Image plane and the image plane directly with the detection system considered. For this purpose, the candidate between the self-luminous display device and the detection system arranged.

In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die erfindungsgemäße Mess- und Prüfvorrichtung analog zur ersten beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungsform aufgebaut, jedoch wird die Bildebene des Prüflings vom Detektionssystem durch eine Abbildungsoptik hindurch betrachtet. Die Abbildungsoptik wird hierzu zwischen der Bildebene des Prüflings und dem Detektionssystem angeordnet.In According to a second advantageous embodiment, the measuring device according to the invention is and tester analogous to the first described advantageous embodiment constructed, however, the image plane of the specimen by the detection system through looking through an imaging optics. The imaging optics will for this purpose between the image plane of the specimen and the detection system arranged.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die erfindungsgemäße Mess- und Prüfvorrichtung eine Vorrichtung zur Abbildung der selbstleuchtenden Anzeigevorrichtung in das Unendliche auf. Diese Vorrichtung kann beispielsweise ein Teleskop sein. Die Vorrichtung wird zwischen der Anzeigevorrichtung und dem Prüfling angeordnet. Der Prüfling seinerseits bildet dieses aus dem Unendlichen kommende Bild in seine Bildebene ab. Die Bildebene des Prüflings wird direkt mit einem Detektionssystem betrachtet.In In a further advantageous embodiment, the measuring device according to the invention comprises and tester a device for imaging the self-luminous display device into the infinite. This device may for example be a telescope be. The device is connected between the display device and the examinee arranged. The examinee In turn, this image, coming from the infinite, forms its own Image plane off. The image plane of the specimen is directly with a Considered detection system.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die erfindungsgemäße Mess- und Prüfvorrichtung analog zur eben beschriebenen Ausgestaltungsform eine Vorrichtung zur Abbildung der Anzeigevorrichtung durch den Prüfling hindurch auf, die Bildebene des Prüflings wird jedoch von dem Detektionssystem durch eine Abbildungsoptik hindurch betrachtet. Hierzu wird diese Abbildungsoptik zwischen der Bildebene des Prüflings und dem Detektionssystem angeordnet.In In a further advantageous embodiment, the measuring device according to the invention comprises and tester analogous to the embodiment just described, a device for imaging the display device through the test piece on, the picture plane of the test object however, is detected by the detection system by imaging optics looked through. For this purpose, this imaging optics is between the image plane of the specimen and the detection system.

Die vorstehend beschriebene Mess- und Prüfvorrichtung für Linsen und Objektive zeichnet sich im Vergleich zu den bisher bekannten Vorrichtungen durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus:

– Durch die freie Adressierbarkeit jedes einzelnen selbstleuchtenden Displayelements mit intrinsischer Maßverkörperung ist die Erzeugung beliebiger Testmuster in hoher Genauigkeit möglich. Somit können die verschiedensten optischen Kenngrößen von Linsen und Objektiven, wie beispielsweise die Modulationstransferfunktion, wie Verzerrungen und Verzeichnungen bestimmt werden.
– Der Einsatz von Displayelementen unterschiedlicher Farben ermöglicht die gezielte Verwendung definierter Wellenlänge zur Vermessung der optischen Parameter.
– Durch die Verwendung des flexiblen Displays ist durch gezielte Verformung des Displays eine in situ Wellenfrontadaption während des Messprozesses möglich, womit komplexe Messaufgaben, wie beispielsweise die Asphärenprüfung, gelöst werden. Mit Hilfe der Wellenfrontadaption sind optische Weglängendifferenzen bzw. optische Gangunterschiede ausgleichbar.
– Die Beleuchtungsbaugruppe der Messvorrichtung be steht nur noch aus einem einzigen Bauelement, der selbstleuchtenden Anzeigevorrichtung, und ist somit sehr stabil, störunempfindlich und kompakt.
– Durch die Verwendung großflächiger Displays ist eine Vermessung der MTF an verschiedenen Objektfeldpositionen des Prüflings möglich, ohne dass eine mechanische Verschiebung der Beleuchtungsbaugruppe erforderlich ist. Dies führt zu einem Geschwindigkeits- und Genauigkeitsgewinn, sowie zu erhöhter Störsicherheit der Messvorrichtung.
– Die bei den bisher bekannten Beleuchtungsbaugruppen auftretende Erwärmung der Maßverkörperung durch intensive Lichtquellen und die damit verbundene Verfälschung der Messwerte entfällt.
– Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden selbstleuchtenden Displays weisen eine lange Lebensdauer und einen niedrigen Energiebedarf auf, dies führt zu niedrigen Betriebskosten.

The measuring and testing device for lenses and objectives described above is characterized by a number of significant advantages in comparison with the previously known devices:

- Due to the free addressability of each self-luminous display element with intrinsic material measure the generation of any test pattern in high accuracy is possible. Thus, a variety of optical characteristics of lenses and lenses, such as the modulation transfer function, such as distortions and distortions can be determined.
- The use of display elements of different colors allows the targeted use of defined wavelength for measuring the optical parameters.
- Through the use of the flexible display is an intentional deformation of the display an in-situ wavefront adaptation possible during the measurement process, which complex measurement tasks, such as the aspherical examination, are solved. With the help of wavefront adaptation, optical path length differences or optical path differences can be compensated.
- The lighting assembly of the measuring device be available only from a single device, the self-luminous display device, and thus is very stable, noise immunity and compact.
- By using large-scale displays, a measurement of the MTF at different object field positions of the DUT is possible, without a mechanical displacement of the lighting assembly is required. This leads to a speed and accuracy gain, as well as increased immunity to interference of the measuring device.
- The occurring in the previously known lighting assemblies heating of the measuring scale by intense light sources and the associated falsification of the measured values is eliminated.
The self-luminous displays used according to the invention have a long service life and a low energy requirement, which leads to low operating costs.

Erfindungsgemäße Mess- und Prüfvorrichtungen für den Einsatz in der Linsen- und Objektivprüfung können wie in einem der nachfolgenden Beispiele beschrieben ausgeführt sein oder verwendet werden. In den zu den nachfolgenden Beispielen zugehörigen Figuren werden für dieselben oder sich entsprechende Bestandteile bzw. Bauelemente dieselben oder entsprechende Bezugszeichen verwendet.Inventive measurement and testing devices for the Use in the lens and lens inspection can as in one of the following Examples are described be or be used. In the examples below associated Figures are for the same or corresponding components or components the same or corresponding reference numerals used.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Bildebene des Prüflings direkt mit einem Detektorsystem betrachtet wird. 1 shows a device according to the invention, in which the image plane of the specimen is viewed directly with a detector system.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Bildebene des Prüflings von einem Detektorsystem durch eine entspre chende Abbildungsoptik hindurch betrachtet wird. 2 shows a device according to the invention, in which the image plane of the specimen is viewed by a detector system through a corre sponding imaging optics.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Beleuchtungsbaugruppe durch ein Teleskop und den Prüfling abgebildet wird und die Bildebene des Prüflings direkt mit einem Detektorsystem betrachtet wird. 3 shows a Vorrich invention in which the illumination assembly is imaged by a telescope and the specimen and the image plane of the specimen is viewed directly with a detector system.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung analog zu 3, bei der die Bildebene des Prüflings von dem Detektorsystem durch eine entsprechende Abbildungsoptik hindurch betrachtet wird. 4 shows a device according to the invention analogous to 3 in which the image plane of the device under test is viewed by the detector system through a corresponding imaging optics.

1 zeigt ein Optikprüfgerät mit einer selbstleuchtenden Anzeigevorrichtung als Beleuchtungsbaugruppe. Links in der Abbildung ist ein flexibles Display 1 mit einer Vielzahl einzelner Displayelemente 1a gezeichnet. Dieses erzeugt einen Lichtstrahl, dessen Hauptstrahlen mit 7a und 7b bezeichnet sind. Der Prüfling ist so angeordnet, dass er das Display 1 in die Bildebene 3 abbildet. Weiter im Strahlengang neben dem Prüfling 2 befindet sich ein Detektionssystem 5 zur Abtastung der Bildebene 3 des Prüflings 2. Mit Hilfe der freien Adressierbarkeit jedes Displayelements 1a auf der Displayfläche 1 werden beliebige Lichtmuster generiert und direkt durch den Prüfling 2 in dessen Bildebene 3 abgebildet. Das Detektionssystem 5, eine zweidimensionale Anordnung einzelner Detektorelemente bzw. ein Flächendetektorsystem, tastet diese Bildebene ab. 1 shows an optical tester with a self-luminous display device as a lighting assembly. On the left in the picture is a flexible display 1 with a variety of individual display elements 1a drawn. This produces a beam of light, whose main rays with 7a and 7b are designated. The test object is arranged so that it displays 1 into the picture plane 3 maps. Continue in the beam path next to the test object 2 there is a detection system 5 for scanning the image plane 3 of the test piece 2 , With the help of the free addressability of each display element 1a on the display surface 1 Any light patterns are generated and directly through the test object 2 in its picture plane 3 displayed. The detection system 5 , A two-dimensional arrangement of individual detector elements or a surface detector system, scans this image plane.

2 zeigt eine Messvorrichtung analog zu 1, jedoch mit einer zusätzlichen Abbildungsoptik 4. Für die in diesem Beispiel verwendeten Bauteile sind konkrete Komponenten konkreter Hersteller angegeben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Komponenten anderer Hersteller an ihre Stelle treten können. Die Abbildungsoptik 4 ist einem Mikroskopobjektiv Planapochromat 20x/0,40 ∞/0,17-A (Carl-Zeiss Jena). Analog zu 1 sind die selbstleuchtende Anzeigevorrichtung 1, ein SVGA+ Rev 2 High Brightness Monochrome Yellow OLED Display (eMagin Corporation, Hopewell Junction, NY, USA), deren einzelne Displayelemente 1a, der Prüfling 2, ein c-mount Objektiv Tevidon 1,8/16 (Carl Zeiss Jena), dessen Bildebene 3, sowie die beiden Hauptstrahlen 7a und 7b gezeichnet. Weiter im Strahlengang neben der Bildebene 3 befindet sich eine weitere Abbildungsoptik 4, sowie neben der Abbildungsoptik das Detektionssystem 5, eine Pulnix TM-6CN Kamera. Die Bildebene 3 wird von dem Detektionssystem 5 durch die Abbildungsoptik 4 hindurch betrachtet. Dies ist in der Figur durch die Darstellung der beiden Hauptstrahlen 7c und 7d skizziert. 2 shows a measuring device analogous to 1 , but with an additional imaging optics 4 , For the components used in this example concrete components of specific manufacturers are given. However, it goes without saying that components of other manufacturers can also take their place within the scope of the device according to the invention. The imaging optics 4 is a microscope objective Planapochromat 20x / 0.40 ∞ / 0.17-A (Carl Zeiss Jena). Analogous to 1 are the self-luminous display device 1, an SVGA + Rev 2 High Brightness Monochrome Yellow OLED display (eMagin Corporation, Hopewell Junction, NY, USA), their individual display elements 1a , the test object 2 , a c-mount lens Tevidon 1.8 / 16 (Carl Zeiss Jena), whose image plane 3 , as well as the two main rays 7a and 7b drawn. Next in the beam path next to the image plane 3 there is another imaging optics 4 , and in addition to the imaging optics, the detection system 5 , a Pulnix TM-6CN camera. The picture plane 3 is from the detection system 5 through the imaging optics 4 looked through. This is in the figure by the representation of the two main rays 7c and 7d outlined.

3 zeigt eine Messvorrichtung gemäß 1, jedoch mit einem Teleskop 6 als weiterem Bauelement. In 3 ist zwischen dem flexiblen Display 1 bzw. den Displayelementen 1a und dem Prüfling 2 ein Teleskop 6 angeordnet. Die selbstleuchtende Anzeigevorrichtung wird hier durch das Teleskop 6 und durch den Prüfling 2 in die Bildebene 3 des Prüflings abgebildet. Dies ist in der Figur durch zwei von einem Displayelement 1a zum Rand der das Teleskop 6 darstellenden Ellipse gehenden Randstrahlen 8a und 8b skizziert. Die Bildebene 3 wird direkt mit einem Flächendetektor 5 betrachtet. 3 shows a measuring device according to 1 but with a telescope 6 as a further component. In 3 is between the flexible display 1 or the display elements 1a and the examinee 2 a telescope 6 arranged. The self-luminous display device is here by the telescope 6 and by the examinee 2 into the picture plane 3 of the test object. This is in the figure by two of a display element 1a to the edge of the telescope 6 performing ellipse walking edge rays 8a and 8b outlined. The picture plane 3 is directly with a surface detector 5 considered.

4 zeigt eine Messvorrichtung gemäß 3, je doch mit einer zusätzlichen Abbildungsoptik 4. Zusätzlich zum Flächendetektor 5 ist in 4 zwischen der Bildebene 3 des Prüflings und dem Flächendetektor 5 eine zusätzliche Optik 4 angeordnet, die die Bildebene 3 des Prüflings 2 auf den Flächendetektor 5 abbildet. Dies ist durch die beiden Hauptstrahlen 7c und 7d des in der Bildebene 3 liegenden Abbildes des Displays dargestellt. 4 shows a measuring device according to 3 , but each with an additional imaging optics 4 , In addition to the area detector 5 is in 4 between the picture plane 3 of the test object and the area detector 5 an additional look 4 arranged the image plane 3 of the test piece 2 on the area detector 5 maps. This is through the two main rays 7c and 7d in the picture plane 3 lying image of the display.

Claims

Optical measuring device for determining the optical properties of lenses or lenses containing optical systems with at least one illumination device, which is imaged by the lenses or the optical system constructed from lenses and at least one detection system ( 5 ) for detecting the optical image of the lighting device generated by the lens or by the optical system, characterized in that at least one of the lighting devices is a self-luminous and flexible, deformable during the measuring process display.

Device according to the preceding claim, characterized in that the flexible display at least one display device ( 1 ) contains or consists of a spatial arrangement of at least two self-illuminating display elements ( 1a ) for imaging through the lens or through the optical system constructed from the lenses.

Device according to the preceding claim, characterized in that for at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) their relative spatial arrangement is mutually actively and / or passively changeable and / or that at least two of the self-illuminating display elements ( 1a ) are arranged on flexible carrier material.

Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the display device ( 1 ) a two-dimensional array of self-luminous display elements ( 1a ) arranged in a plane.

Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the spatial arrangement of more than four self-illuminating display elements ( 1a ) formed surface to each other a spherical or aspherical or cylind has a concave or convex curvature.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one test object consisting of at least one lens ( 2 ) is arranged in or on the device or integrated in it, for measuring its optical properties.

Device according to the preceding claim, characterized in that at least one test object has at least one aspherical surface.

Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the angle between an axis of the lighting device and an axis of the specimen ( 2 ) is variable.

Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the angle between an axis of the specimen ( 2 ) and an axis of the detection system ( 5 ) is variable.

Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the display device ( 1 ) is arranged so that its optical image in the image plane ( 3 ) of the test piece ( 2 ) is displayed.

Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that on or in the device at least one evaluation device for determining optical imaging properties of the specimen ( 2 ) with the aid of the detection system ( 5 ) is arranged or integrated.

Device according to one of claims 2 to 11, characterized in that at least one additional optics ( 4 ) is integrated in the device or arranged on it, for imaging the optical image of the display device ( 1 ) to the detection system ( 5 ).

Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that in the beam path after the display device ( 1 ) an imaging device ( 6 ) is arranged to image the display device ( 1 ) through the test piece ( 2 ) in its image plane ( 3 ).

Device according to the preceding claim, characterized in that the imaging device ( 6 ) for imaging the display device through the test object ( 2 ) in its image plane ( 3 ) contains or consists of a telescope.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one optical filter in the device integrated or arranged on her.

Device according to the preceding claim, characterized in that at least one of the filters between the display device ( 1 ) and on the light path of the display device ( 1 ) to the test item ( 2 ) is arranged next following optically active device of the device.

Device according to one of claims 2 to 16, characterized in that at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) are independently controllable.

Device according to the preceding claim, characterized in that a computer control is integrated in the device or arranged on it, for the control of at least two of the self-luminous display elements ( 1a ).

Device according to the preceding claim, characterized characterized in that the computer control at least one buffer memory having.

Device according to one of claims 2 to 19, characterized in that by means of the display device ( 1 ) Any luminous structures can be generated.

Device according to one of claims 2 to 20, characterized in that at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) have different luminous colors or that their radiated light spectrum is distinguishable.

Device according to one of claims 2 to 21, characterized in that at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) contain or consist of organic light-emitting diodes.

Device according to one of claims 2 to 22, characterized in that at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) have an edge length in the range of 4 to 400 microns, especially in the range of 4 to 20 microns, and preferably 15 microns.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the detection systems ( 5 ) has at least one one-dimensionally scanning detector and / or at least one two-dimensionally scanning detector and / or at least one arranged in a dimension individual detector elements or consisting of line detector and / or at least one arranged in two dimensions individual detector elements containing or consisting of surface detector.

Device according to the preceding claim, characterized in that at least one of the detection systems ( 5 ) contains or consists of a CCD camera and / or a CMOS camera.

Optical measuring method for determining at least one optical property of a lens or of an optical system constructed from lenses as the test object ( 2 ), wherein a display device ( 1 ) through the test piece ( 2 ) which is displayed by the test object ( 2 ) generated optical image of the display device ( 1 ) is detected and with the aid of the detected image, the optical properties of the specimen are determined and wherein by the test specimen ( 2 ) illustrated display device ( 1 ) itself lights up by a spatial arrangement of at least two self-illuminating display elements ( 1a ), characterized in that a flexible, deformable during the measuring process display the self-luminous display device ( 1 ) or consists of it, wherein during the measuring process wavefronts of the self-illuminating display elements ( 1a ) modulated and / or adapted by the relative spatial arrangement of at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) is changed to each other.

Method according to the preceding claim, characterized in that one of the devices according to one of claims 1 to 25 is used.

Method according to one of claims 26 or 27, characterized in that geometric properties of the self-luminous display elements ( 1a ) or its image can be used as an intrinsic material measure.

Method according to one of claims 26 to 28, characterized in that any luminous structures are generated, with the aid of the self-luminous display elements ( 1a ).

Method according to the preceding claim, characterized that as a luminous structure gaps, edges, cross hairs, circular rings, Resolution test structures, USAF 1951 Test Patterns, Siemens Stars, Ronchi Lattices and / or Composite Structures can be generated from the named forms.

Method according to one of claims 26 to 30, characterized in that at least two of the self-luminous display elements ( 1a ) are controlled independently of each other.

Method according to one of claims 26 to 31, characterized that at least two different illumination spectra are used for display be and / or that light of different wavelengths for the detection process is being used.

Method according to one of Claims 26 to 32, characterized in that the modulation transfer function of the device under test ( 2 ) at at least one object field position of the test object ( 2 ) is determined.

Method according to one of claims 26 to 33, characterized in that the intensity distribution of the optical image of the self-luminous display elements ( 1a ) is detected in synchronism with changes to this in the optical image.

Method according to one of claims 26 to 34, characterized in that the intensity distribution of the optical image of the self-luminous display elements ( 1a ) in the image plane of the test piece ( 2 ) and / or detected outside this plane.

Method according to one of claims 26 to 35, characterized in that the optical image of the self-luminous display elements ( 1a ) by at least one imaging optics ( 4 ) and the intensity distribution in the image behind the imaging optics ( 4 ) is detected.

Method according to one of claims 26 to 36, characterized in that the at least two self-luminous display elements by an imaging optics ( 6 ) and the examinee ( 2 ) are mapped together.

Use of a method according to one of claims 26 to 37 for determining optical imaging properties or characteristics of the optical imaging properties of the test object ( 2 ).

Use according to the preceding claim for determining the modulation transfer function and / or the phase transfer function and / or spherical aberration and / or astigmatism and / or field curvature and / or distortion and / or coma and / or chromatic aberration and / or optical resolution and / or the shape of one or more optical surfaces and / or the spatial position of at least two lenses and / or the position of their optical axes to each other and / or field positions and / or image lengths and / or of object intersections and / or of Image sections and / or focal lengths and / or image scales of the test specimen ( 2 ).