WO2023186801A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen systems - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen systems Download PDF

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WO2023186801A1
WO2023186801A1 PCT/EP2023/057833 EP2023057833W WO2023186801A1 WO 2023186801 A1 WO2023186801 A1 WO 2023186801A1 EP 2023057833 W EP2023057833 W EP 2023057833W WO 2023186801 A1 WO2023186801 A1 WO 2023186801A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical system
optical
wavefront
subapertures
determining
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/057833
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Aiko Ruprecht
Benjamin Stauss
Patrik Erichsen
Daniel Winters
Lasse SCHROEDTER
Original Assignee
Trioptics Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trioptics Gmbh filed Critical Trioptics Gmbh
Publication of WO2023186801A1 publication Critical patent/WO2023186801A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for determining an imaging quality of an optical system to be tested according to the preamble of the independent claims.
  • the image quality within an eye box i.e. within the range of movement of an eye, is an important quality parameter.
  • the eye box can be understood as a three-dimensional volume in which the pivot point of the eye must be located so that it is able to fully perceive a displayed image solely through eye movements or rotation.
  • US 10 277 893 B1 describes a camera system that is arranged behind a VR headset to be tested.
  • a measuring task is solved by a mechanical method of a measuring device, such as a camera, which is arranged behind the exit pupil of the test object.
  • the camera system is used to mechanically simulate a user's eye movements.
  • the approach presented here presents a simple and time-efficient way to determine the image quality of an optical system to be tested without using, for example, a scanning process or a mechanical grid. Instead, a plurality of measurement parameters can advantageously be obtained from a single measurement, which also means, for example, a low susceptibility to errors can be achieved.
  • a method for determining an imaging quality of an optical system to be tested comprising a step of detecting an optical wavefront profile in a measuring plane behind an exit pupil of the optical system, a step of dividing or segmenting the measuring plane into a plurality of subapertures, a step of determining an optical partial wavefront profile for each subaperture of a plurality of subapertures of the measurement plane using the wavefront profile, a step of determining an optical partial image quality for each of the subapertures using the determined optical partial wavefront profiles, thereby providing a statement about the distribution of the imaging quality over the can be taken across the entire measurement level.
  • the optical system to be tested can be implemented, for example, as data glasses, as an optic of data glasses, or as a spectacle lens, which can or can be implemented in conjunction with an ARA/R device that is usually worn close to the human eye.
  • the method can advantageously measure and check the imaging quality of the optical system to be tested within an eye box. For example, corresponding measurement results can be used to check or improve the optical system.
  • the optical wavefront profile can represent a profile of the optical wavefront in the measurement plane or an image of optical waves on the measurement plane.
  • the optical waves can propagate from the exit coil of the optical system in the direction of the measuring plane.
  • the wavefront profile can depend on a structure of the optical system to be tested, which can, for example, influence a beam path from the optical system to be tested.
  • the imaging quality of the optical system to be tested can therefore be deduced from a characteristic of the wavefront profile.
  • the imaging quality can relate to at least one parameter of an optical transfer function of the optical system to be tested.
  • the subapertures can, for example, be designed as segment areas of the measuring plane, which together can form the measuring plane or a section of the measuring plane located within the eye box. There is the possibility that the subapertures partially overlap, since, particularly in optical systems for ARA/R applications, the usually large exit pupil is generated by a multiplication of the usually small entrance pupil.
  • the partial wavefront profiles together i.e. viewed as a whole, can form the recorded wavefront profile of the measuring plane.
  • the partial wavefront profiles of the Subapertures can be determined by segmenting the wavefront profile.
  • the subapertures can, for example, have dimensions of less than 10 mm 2 .
  • the subapertures can be rectangular, circular or square.
  • the subapertures can be the same size.
  • the dimensions of the subapertures can be on the order of a human eye pupil.
  • the partial imaging qualities can relate to at least one parameter of an optical transfer function of a section of the optical system to be tested that can be assigned to the respective subapertures.
  • the method can be used to determine the imaging quality at every position of the eye pupil within the eye box using a so-called one-shot measurement, whereby the time required for the measurement can be significantly reduced.
  • the imaging qualities of the subapertures within the measurement plane can be used to make a statement about how the imaging quality parameter is distributed across the measurement plane.
  • the method described here can also be applied to other optical systems close to the eye, outside the field of application of virtual or augmented reality.
  • An example of such systems would be bifocal contact lenses or progressive lenses.
  • Such optics have the property that the exit aperture is divided into different zones, whereby each zone can be assigned a different refractive power. This means that even in such optical systems close to the eyes, a distribution of the imaging quality can be determined using the method described here.
  • the subapertures, which can be assigned to the zones of different refractive power, can have different dimensions and do not have to be evenly distributed over the measuring plane.
  • a bifocal contact lens is disclosed in US20210382323 A1.
  • the lens described in this document has a zone for distance vision, which is located in the upper lens area, and a zone for near vision, which is located in the lower lens area.
  • the lens largely has an outer ring structure for stabilization while the eye is moved.
  • the use of the near and far range of the contact lens is achieved by offsetting the contact lens relative to the eye pupil. According to one embodiment, this can be reproduced using different positions of subapertures.
  • the wavefront profile in the measurement plane can be detected using a wavefront sensor.
  • the Wavefront sensor can, for example, be implemented as part of a testing device with which the method can be carried out.
  • the wavefront sensor can detect light rays guided through the optical system to be tested and make the detected light rays available for evaluation.
  • the wavefront sensor can be implemented, for example, as a known Shack-Hartmann sensor.
  • a division rule used in the dividing step to divide the measurement plane into the plurality of subapertures can be predefined for the measurement plane.
  • the dividing step allows the imaging quality to be easily determined at different positions within the eye box, with the individual partial apertures being able to partially overlap.
  • the method can include a step of defining a measurement volume before the step of detecting, wherein the measurement plane can represent a cross-sectional area of the measurement volume.
  • a size of the measuring volume can correspond to a size of an eye box used.
  • the method may further comprise a step of determining a further optical partial image quality for each further subaperture of a plurality of further subapertures of a further measurement plane behind the exit pupil of the optical system.
  • the image quality can also be determined using the other partial image qualities.
  • the measuring plane and the further measuring plane can be linearly spaced apart along an optical axis of the optical system to be tested.
  • the optical system to be tested can have a plurality of measuring planes, the distances from which can, for example, be uniform.
  • the further partial image qualities can be determined with a single measurement.
  • the further measurement level can be composed of a plurality of further subapertures, i.e. subsurfaces.
  • each of the further subapertures can be formed as a segment of the further measurement plane.
  • the further wavefront profile can be composed of the plurality of further partial wavefront profiles of the further subapertures.
  • the method can include a step of detecting a further optical wavefront profile in the further measuring plane and a step of determining a further partial optical wavefront profile for each further subaperture of the plurality of further subapertures of the further measuring plane using the further wavefront profile.
  • the further wavefront profile can also be detected using a wavefront sensor.
  • the at least one further wavefront profile can be calculated in the further measuring plane using the wavefront profile of the measuring plane.
  • a further optical partial wavefront profile can be determined for each further subaperture of the plurality of further subapertures of the further measurement plane using the further wavefront profile. This means that the further wavefront profile can be derived from existing data regarding the wavefront profile.
  • the further wavefront profile in the second measurement plane can be calculated using a known ray tracing algorithm.
  • the ray tracing algorithm which can also be referred to as a ray tracing algorithm, can represent an algorithm based on the emission of rays for calculating their course, through which a spatial course of the light rays from a specific point in space can be determined.
  • the algorithm can advantageously be implemented in advance, so that it can, for example, use previously recorded and additionally or alternatively determined data regarding the optical system to be tested to calculate the further wavefront profile.
  • the calculation step can be carried out on the mathematical basis of wave-optical models.
  • a size of the plurality of subapertures may differ from a size of the plurality of further subapertures. This means that, for example, the dimensions of the subapertures and the other subapertures can differ. Furthermore, the measurement level and additionally or alternatively the further measurement level can be divided between several evaluation iterations.
  • a device for determining an imaging quality of an optical system to be tested having a recording device for recording the optical system to be tested, a further optical system for detecting an optical wavefront profile in a measuring plane behind an exit pupil of the optical system to be tested and a Evaluation device for dividing the measuring plane into a plurality of subapertures, for determining an optical partial wavefront profile for each subaperture of a plurality of subapertures of the measuring plane using the wavefront profile, and for determining an optical partial image quality for each of the subapertures using the determined optical partial wavefront profiles.
  • the device can, for example, be implemented as a measuring device, which can be used, for example, in connection with the production or testing of optical systems, such as data glasses or generally systems for the ARA/R area.
  • the receiving device can be implemented, for example, as a holder, such as a gripping arm or holding arm, or simply as a receiving area.
  • the further optical system can be implemented, for example, as a sensor unit, for example a wavefront sensor.
  • the evaluation device can also be referred to as a computing unit, which can be connected to the further optical system.
  • the device can advantageously be designed to carry out an image quality characterization of, for example, AR/VR headsets, components of such headsets or ophthalmic instruments as an optical measurement technique.
  • the approach described thus enables a quick, virtual evaluation of the image quality for several measurement positions and different apertures within an eye box, for example for ARA/R measurement technology and generally for measurement technology for eye optical systems, such as binoculars, glasses or corrective lenses.
  • a characterization of so-called near-eye displays is also possible.
  • the imaging quality can be determined for different positions of the eye pupil within the eye box.
  • the device can advantageously be designed to carry out this using one-shot measurement with only one measurement in the range between 1 and 3 seconds. This can advantageously reduce the complexity of the device and thus save costs.
  • the device can have a light source for illuminating the optical system to be tested when the optical system to be tested is picked up by the recording device.
  • the light source can be, for example a light-emitting diode (LED) or, for example, as a laser light source.
  • the light source is designed to emit light and thereby illuminate the optical system to be tested.
  • the light source can be followed by an additional optical system for collimating the light beams emanating from the light source.
  • the optical system for collimating the light beams emanating from the light source can advantageously be implemented as a projector unit, which can, for example, comprise at least one optical lens.
  • the further optical system can be pivotable at an angle to an optical axis of the optical system to be tested. Due to the pivotability, the further optical system can advantageously be pivoted in such a way that one or more partial image qualities can be determined in at least one off-axis field angle position.
  • the further optical system for detecting the optical wavefront profile can have a telescope and a Shack-Hartmann sensor.
  • the telescope and the Shack-Hartmann sensor can advantageously be surrounded by a common housing and can be referred to as components of the further optical system.
  • the components can, for example, be arranged fixedly, that is, fixed to one another, so that objects are imaged on the sensor at a fixed distance from the housing.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for determining an imaging quality of an optical system to be tested
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for determining an imaging quality of an optical system to be tested
  • 3 shows a diagrammatic representation of an exemplary embodiment of a section of a measuring plane with a three-dimensional wavefront profile
  • 4 shows a diagrammatic representation of an exemplary embodiment of a three-dimensional representation of a partial wavefront profile
  • Fig. 5 is a flowchart of an exemplary embodiment of a method for
  • Fig. 6 is a flowchart of an exemplary embodiment of a method for
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an operating arrangement of an optical system to be tested according to an exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows a representation of a measuring plane according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 100 for determining an imaging quality of an optical system 102 to be tested.
  • the device 100 can also be referred to, for example, as a measuring device or testing device.
  • the optical system 102 is implemented, for example, as a lens, as a waveguide or as another element that is used, for example, in conjunction with data glasses or in the field of augmented reality (AR) or virtual reality (VR) as ARA/R glasses.
  • the device 100 has a recording device 104 for recording the optical system 102 to be tested.
  • the shape of the receiving device 104 is shown here merely as an example.
  • the recording device 104 can be implemented, for example, as a gripping arm or holding arm, which optionally also holds the optical system 102 on at least one system edge.
  • the device 100 also has a further optical system 106 for detecting an optical wavefront profile 107 in a measuring plane behind an exit pupil of the optical system 102 to be tested.
  • the further optical system 106 can also be referred to as a sensor device, for example, since according to this exemplary embodiment it is a wavefront sensor or Shack-Hartmann sensor executed sensor unit 108.
  • the optical system 106 according to this exemplary embodiment includes a telescope 110.
  • the device 100 also has an evaluation device 112 connected to the further optical system 106, which is designed to generate an optical partial wavefront profile for each subaperture of a plurality of subapertures of the measuring plane using the Wavefront profile 107 to determine, further to determine an optical partial image quality for each of the subapertures using the determined optical partial wavefront profiles and thereby make a statement about the spatial distribution of the imaging quality in the selected measurement plane using the partial image qualities.
  • the evaluation device 112 is accordingly also to be understood as a computing unit which is designed to control and/or carry out a method for determining the imaging quality for the optical system 102 to be tested. A corresponding method is described in more detail below with reference to FIGS. 5 to 6.
  • the further optical system 106 additionally has a housing 114, which is designed to protect the telescope 110 and the sensor unit 108 from external influences. Only optionally is the further optical system 106 pivotable about an optical axis 116 of the optical system 102 to be tested, for example in at least two opposite directions 118.
  • the device 100 optionally has a light source 120, which is designed to illuminate the optical system 102 to be tested when the optical system 102 to be tested is picked up by the recording device 104.
  • the light source 120 emits light beams 122 with predetermined light parameters in the direction of the optical system 102 to be tested.
  • the light rays 122 penetrate the optical system 102 to be tested and light rays emerging from the optical system 102 to be tested are detected by the sensor unit 108.
  • the approach presented here deals with measuring the imaging quality of optical systems 102 that are worn close to the eye.
  • this particularly includes waveguides in augmented or virtual reality (AR/VR) devices.
  • AR/VR augmented or virtual reality
  • electronically generated images are projected into a viewer's field of vision.
  • Sufficiently good image quality in the eye's range of motion is important for unrestricted perception by the user.
  • This area is called the so-called eye box.
  • the eye box is understood as a three-dimensional volume which the pivot point of the eye must be located so that it is able to perceive the entire image exclusively through eye movements.
  • the further optical system 106 is arranged in the area of the eye box.
  • the image quality within the eye box is an important quality parameter and can be advantageously checked using the approach presented here.
  • the image quality expressed by the modulation transfer function (MTF) and optionally by various other parameters, is measured at each eye position, more precisely at each pupil position, within the eye box.
  • MTF modulation transfer function
  • the measuring volume typically has an area of 25 x 25 x 25 mm. Based on the measurement data determined with the wavefront sensor 108, further characteristic parameters such as the intensity distribution within the eyebox can optionally be determined.
  • the device 100 includes the light source 120, which optionally has optics for beam shaping, depending on whether the optical system 102, also referred to as the test specimen, is to be illuminated collimated or divergently.
  • the optical system 102 also referred to as the test specimen
  • the further optical system 106 Behind the optical system 102, which is fastened in a suitable holder, the recording device 104, is the further optical system 106, with the help of which the wavefront profile 107 is measured.
  • this optionally includes a Shack-Hartmann sensor as a sensor unit 108 with a telescope 110.
  • the telescope 110 is designed according to this exemplary embodiment to adapt the beam cross section such that the detection area of the sensor unit 108 is illuminated to a sufficient extent.
  • the detection area of a Shack-Hartmann sensor typically has dimensions in the range of 7 x 7 mm to 15 x 15 mm.
  • the telescope 110 and the sensor unit 108 are, for example, installed in the common housing 114.
  • the measurement results are evaluated in the evaluation device 112, referred to as a computing unit, such as a PC.
  • the housing 114 and thus the further optical system 106 can be pivoted through a defined angle so that the wavefront profile 107 can also be measured for field angles greater than 0°.
  • the sensor unit 108 can also be implemented as a wavefront sensor, which is based on a different measuring principle.
  • the light source 120 is an additional optical system 200 for collimating the light beams emanating from the light source 120.
  • the additional optical system 200 has, for example, one or more lenses for guiding light.
  • the light source 120 and the additional optical system 200 are, for example, implemented in their entirety as a projector unit 202.
  • light emanating from the projector unit 202 strikes an entrance pupil 204 of the optical system 102 to be tested, which lies on a common axis 205.
  • the optical system 102 further has an exit pupil 206, via which collimated light beams 122 are finally output in the direction of the eye box 208, within which wavefront profiles of the light beams are recorded at several measuring planes, for example a measuring plane 210, and at least one further measuring plane 211 .
  • four measuring planes 210, 211 are shown, which are arranged at regular intervals from one another and can each have a curvature.
  • the recording of a wavefront profile 213 for the entire measuring plane 210 is shown as an example.
  • the recording of a partial wavefront profile 215 is shown.
  • a section 212 from an eye box 208 is also marked, which is described in more detail in at least one of the figures described below using a diagram.
  • the cutout 212 represents, for example, a specific eye position and subaperture.
  • Fig. 3 shows a diagrammatic representation of an exemplary embodiment of a wavefront profile 213 in a measuring plane 210.
  • the wavefront shown here corresponds, for example, to the wavefront mentioned in Fig. 2 within the measuring plane 210 and therefore shows a result of a wavefront measurement over the entire measuring plane 210.
  • the wavefront profile 213 of the Measuring level 210 includes one Subaperture 212 of the measuring plane 210 within the eye box 208 using the example of waveguides for AR applications, for example.
  • the subaperture 212 has, for example, a partial wavefront profile 215, which is shown as an example in a diagram in the following figure.
  • the wavefront profile 213 in the measurement plane 210 is shown as a three-dimensional plot in an xyz diagram, with the axes omitted for improved visibility.
  • the eye box itself usually has dimensions of, for example, 25 x 25 x 25 mm.
  • the partial wavefront profile 215 corresponds, for example, to the partial wavefront profile 215 from the subaperture 212 mentioned in FIG. 3 and is only shown enlarged.
  • the partial wavefront profile 215 corresponds to the usual dimensions of 3 mm in diameter for positioning the eye pupil in the eye box.
  • the imaging quality for such an area is determined by the method as described in at least one of FIGS. 5 to 6. Because the entire wavefront profile 213 in the measurement plane 210 is known, partial wavefront profiles can be determined for any number of subapertures 212, whereby a virtual scan is carried out in the x,y direction.
  • a virtual z-positioning is calculated, for example, via ray tracing.
  • a measurement time is, for example, between 1 and 3 seconds and requires, for example, a slightly complex measuring device.
  • the method 500 includes a step 502 of detecting an optical wavefront profile in a measurement plane behind an exit pupil of the optical system, a step 504 of determining an optical partial wavefront profile for each subaperture of a plurality of subapertures of the measurement plane using the wavefront profile, a step 506 of determining an optical partial imaging quality for each of the subapertures using the determined optical partial wavefront profiles and an optional step 508 of determining the distribution of the imaging quality in the measurement plane using the partial imaging qualities, as in at least one of Figures 3 to 4 only was presented as an example.
  • the method 500 further includes a step 510 of dividing the measurement plane into the plurality of subapertures.
  • step 510 of dividing is carried out before step 504 of determining.
  • a size of the plurality of subapertures differs from a size of a plurality of optional further subapertures of a further measurement plane.
  • the wavefront profile in the measurement plane is detected in step 502 of detecting using a wavefront sensor.
  • step 504 of determining a single partial wavefront profile is further determined for each subaperture from the plurality of subapertures using the wavefront profile in the measurement plane, so that in step 506 of determining, the partial image quality for each of the subapertures is determined using the determined partial wavefront profile assigned to it.
  • the method 500 additionally includes further steps, such as a step 509 of determining, which is carried out before step 502 of detecting and in which a measurement volume is determined.
  • the measurement plane represents, for example, a cross-sectional area of the measurement volume.
  • the method 500 further comprises a step 512 of detecting a further optical wavefront profile in the further measurement plane, for example using a further wavefront sensor or using the wavefront sensor used to detect the first wavefront.
  • a step 514 of determining a further partial optical wavefront profile is created for each further subaperture of the plurality of further
  • Wavefront profile determined is also applied to the further measurement level.
  • the method 500 includes a step 516 of determining a further optical partial image quality for each further subaperture of the plurality of further subapertures of the further measurement plane behind the exit pupil of the optical system, so that in the optional step 508 of determining, the distribution of the imaging quality using the further partial image qualities are determined computationally.
  • the measurement level and the Further measuring plane is linearly spaced along an optical axis of the optical system, whereby the calculated partial image qualities are distributed within a volume.
  • the method 500 includes a step 518 of calculating the further wavefront profile in the further measurement plane using the wavefront profile of the measurement plane.
  • the step 518 of calculating is to be understood as an embodiment variant or in addition to the step 512 of detecting the further optical wavefront profile.
  • the second wavefront profile in the second measurement plane is calculated, for example, using a ray tracing algorithm. If step 518 of calculation is carried out, in step 514 of determining the further optical partial wavefront profile is determined for each further subaperture of the plurality of further subapertures of the further measurement plane using the calculated further wavefront profile.
  • FIG. 6 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method 500 for determining an imaging quality of an optical system to be tested.
  • the method 500 corresponds, for example, to the method 500 described in FIG. 5 and differs only in the representation of the flow chart.
  • the method 500 also includes the step 509 of setting for setting the measurement volume before the step 502 of detecting and the step 510 of dividing the measurement plane into the plurality of subapertures before the step 504 of determining.
  • individual steps can be carried out repeatedly, so that, for example, after step 508 of determining the distribution of the imaging quality using the previously determined partial image qualities, step 502 of detecting is carried out again for a further measurement level.
  • the further wavefront profile in the further measurement plane is calculated in step 518 using the wavefront profile of the measurement plane and thus the imaging quality in the further measurement plane is determined using previously acquired data.
  • the profile of the optical wavefront is recorded metrologically in a first measuring plane, which lies behind the exit pupil of the optical system to be tested.
  • the measurement plane includes, for example, the size of a cross section of the entire exit pupil, or the eye box, the test object or a section thereof.
  • the desired measurement volume is defined in the preparatory step 509.
  • the measurement plane is divided into a large number of small subapertures or subareas.
  • the size of the individual subapertures is on the order of a human eye pupil, for example 2.5 mm in diameter.
  • This setting can also be optionally adjusted in a preparatory step.
  • the entire wavefront of the measurement plane is divided or segmented into a plurality of partial wavefronts in step 510 of dividing.
  • the wavefront profile for each of the individual subapertures is then determined in step 504 of determining from the wavefront profile of the entire measurement plane.
  • a local parameter for the local imaging quality of the test object within the subaperture is determined from each of the partial wavefronts in step 506 of determining.
  • One such parameter is, for example, the modulation transfer function (MTF) or an aberration such as coma or astigmatism.
  • MTF modulation transfer function
  • a statement can be made about how the parameter of the imaging quality (e.g. the MTF) is distributed across the measurement plane. For example, a statement can be made about at which eye positions the MTF exceeds or falls below a predetermined threshold value. This enables a detailed evaluation of the MTF distribution in the measurement plane without having to explicitly measure the wavefront at every possible eye position, which can reduce the overall measurement time. For this purpose, a corresponding threshold value comparison can be carried out in step 508, for example.
  • the parameter of the imaging quality e.g. the MTF
  • the course of the optical wavefront along the optical axis of the test specimen is determined computationally in at least one further measurement plane, which is located at a defined distance z from the first measurement plane, which is carried out in the optional calculation step in FIG.
  • the calculation of the wavefront profile is achieved, for example, using ray tracing algorithms when the wavefront profile has been measured at a first z position.
  • the imaging quality for each pupil position of the eye is also determined from the computationally determined wavefront. This step 518 can be repeated for any number of levels throughout the measurement volume.
  • the wavefront profile is optionally recorded in a further measurement plane by repeating step 502 of detection for the further measurement plane, for example by moving the wavefront sensor along the z-axis becomes.
  • Step 502 can also be repeated for any number of measurement levels. In principle, a combination of steps 502, 518 is also possible.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an operating arrangement 700 of an optical system 102 to be tested according to an exemplary embodiment.
  • the optical system 102 corresponds, for example, to the optical system 102 described in one of Figures 1 or 2 and is arranged in an operational state according to this exemplary embodiment.
  • the projector unit 202 is aligned in the direction of the optical system 102, wherein the projector unit 202 is at least similar to the projector unit 202 described in FIG. 2.
  • the operating arrangement 700 shown here also corresponds to the structure of the device described in FIG. 2. According to this exemplary embodiment, only one eye 702 of a viewer is shown, whose eye pupil 704 is positioned schematically in the area of the three-dimensional eye box 208 in a schematic representation of waveguides for AR applications.
  • the measuring plane 210 shows a representation of a measuring plane 210 according to an exemplary embodiment.
  • the measuring plane 210 is plotted in a diagram with an x-axis and a y-axis, each of which shows a spatial extent of the measuring plane 210 in millimeters.
  • the measuring plane 210 represents a cross section of the eye box.
  • the measuring plane 210 is shown square and is divided into a plurality of, for example, 16 square segments 812.
  • Each of the segments 812 corresponds to an eye position.
  • Adjacent subapertures 212 may have an overlap area.
  • Each subaperture 212 and thus each eye position is assigned an MTF value as a partial image quality 820, for example.
  • the subapertures shown have 212 MTF values between 0.2 and 0.9.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems (102) vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Erfassens eines optischen Wellenfrontprofils (107) in einer Messebene hinter einer Austrittspupille des optischen Systems (102), einen Schritt des Ermittelns eines optischen Teilwellenfrontprofils für jede Subapertur einer Mehrzahl von Subaperturen der Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils (107), einen Schritt des Bestimmens einer optischen Teilabbildungsqualität für jede der Subaperturen unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile umfasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Für Anwendungen und Systeme im Bereich der Augmented Reality (AR) und der Virtual Reality (VR) ist die Abbildungsqualität innerhalb einer Eye-Box, das bedeutet in einem Bewegungsbereich eines Auges, ein wichtiger Qualitätsparameter. Die Eye-Box kann als ein dreidimensionales Volumen verstanden werden, in welchem sich der Drehpunkt des Auges befinden muss, damit es in der Lage ist, eine dargestellte Abbildung ausschließlich durch Augenbewegungen oder Rotation vollständig wahrzunehmen.
Die US 10 277 893 B1 beschreibt ein Kamerasystem, das hinter ein zu prüfendes VR- Headset angeordnet wird. Dabei wird eine Messaufgabe durch ein mechanisches Verfahren einer Messvorrichtung gelöst, wie beispielsweise einer Kamera, welche hinter der Austrittspupille des Prüflings angeordnet ist. Mithilfe des Kamerasystems werden die Augenbewegungen eines Nutzers mechanisch nachgestellt.
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Der hier vorgestellte Ansatz stellt eine einfache und zeiteffiziente Möglichkeit vor, um eine Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems zu bestimmen, ohne beispielsweise einen Scanvorgang oder ein mechanisches Raster zu nutzen. Stattdessen kann vorteilhafterweise aus einer einzigen Messung eine Mehrzahl von Messparametern erhalten werden, wodurch auch beispielsweise eine geringe Fehleranfälligkeit erreicht werden kann. Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Erfassens eines optischen Wellenfrontprofils in einer Messebene hinter einer Austrittspupille des optischen Systems, einen Schritt der Aufteilung bzw. Segmentierung der Messebene in eine Mehrzahl von Subaperturen, einen Schritt des Ermittelns eines optischen Teilwellenfrontprofils für jede Subapertur einer Mehrzahl von Subaperturen der Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils, einen Schritt des Bestimmens einer optischen Teilabbildungsqualität für jede der Subaperturen unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile umfasst, wodurch eine Aussage über die Verteilung der Abbildungsqualität über die gesamte Messebene hinweg getroffen werden kann.
Das zu prüfende optische System kann beispielsweise als eine Datenbrille, als eine Optik einer Datenbrille, oder als ein Brillenglas realisiert sein, die in Verbindung mit einem ARA/R-Gerät realisiert werden kann oder können, das üblicherweise nah am menschlichen Auge getragen wird. Durch das Verfahren kann vorteilhafterweise die Abbildungsqualität des zu prüfenden optischen Systems innerhalb einer Eye-Box gemessen und überprüft werden. Beispielsweise können entsprechende Messergebnisse verwendet werden, um das optische System zu überprüfen oder zu verbessern. Das optische Wellenfrontprofil kann ein Profil der optischen Wellenfront in der Messebene oder ein Abbild optischer Wellen auf der Messebene repräsentieren. Die optischen Wellen können sich dabei ausgehend von der Austrittspulle des optischen Systems in Richtung der Messebene ausbreiten. Dass Wellenfrontprofil kann von einer Struktur des zu prüfenden optischen Systems abhängig sein, die beispielsweise einen Strahlengang von dem zu prüfenden optischen System beeinflussen kann. Somit kann aus einer Charakteristik des Wellenfrontprofils auf die Abbildungsqualität des zu prüfenden optischen Systems geschlossen werden. Die Abbildungsqualität kann sich auf zumindest eine Kenngröße einer optischen Übertragungsfunktion des zu prüfenden optischen Systems beziehen. Die Subaperturen können beispielsweise als Segmentflächen der Messebene ausgeführt sein, die zusammen die Messebene oder einen innerhalb der Eye- Box gelegenen Abschnitt der Messebene ergeben können. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Subaperturen sich teilweise überschneiden, da insbesondere bei optischen Systemen für ARA/R-Anwendungen, die i.d.R. große Austrittspupille durch eine Multiplikation der i.d.R. kleinen Eintrittspupille erzeugt wird. Somit können die Teilwellenfrontprofile zusammen, also in ihrer Gesamtheit betrachtet, das erfasste Wellenfrontprofil der Messebene bilden. Somit können die Teilwellenfrontprofile der Subaperturen durch Segmentieren des Wellenfrontprofils ermittelt werden. Die Subaperturen können beispielsweise Maße von weniger als 10 mm2 aufweisen. Beispielsweise können die Subaperaturen rechteckig, kreisförmig oder quadratisch sein. Die Subaperturen können gleich groß sein. Die Abmessung der Subaperturen kann in der Größenordnung einer menschlichen Augenpupille liegen. Die Teilabbildungsqualitäten können sich auf zumindest eine Kenngröße einer optischen Übertragungsfunktion eines den jeweiligen Subaperturen zuordenbaren Abschnitts des zu prüfenden optischen Systems beziehen. Vorteilhafterweise kann durch das Verfahren die Abbildungsqualität an jeder Position der Augenpupille innerhalb der Eye-Box mit einer so genannten One- Shot-Messung bestimmt werden, wodurch die Zeit, die zur Messung benötigt wird, signifikant reduziert werden kann. Beispielsweise können die Abbildungsqualitäten der Subaperturen innerhalb der Messebene verwendet werden, um eine Aussage darüber zu treffen, wie der Parameter der Abbildungsqualität über die Messebene hinweg verteilt ist.
Alternativ kann das hier beschriebenen Verfahren ebenfalls auf andere, augennahe, optische Systeme, außerhalb des Anwendungsgebietes der Virtual oder Augmented Reality angewandt werden. Ein Beispiel für solche Systeme wären bifokale Kontaktlinsen oder Gleitsichtbrillengläser. Derartige Optiken verfügen über die Eigenschaft, dass die Austrittsapertur in verschiedene Zonen unterteilt wird, wobei jeder Zone eine andere Brechkraft zugeordnet werden kann. Somit kann auch bei derartigen, augennahen, optischen Systemen eine Verteilung der Abbildungsqualität mithilfe des hier beschriebenen Verfahrens bestimmt werden. Dabei können die Subaperturen, welche den Zonen unterschiedlicher Brechkraft zugeordnet werden können, über unterschiedliche Abmaße verfügen und müssten nicht gleichmäßig über die Messebene verteilt sein.
Ein Beispiel für eine bifokale Kontaktlinse ist in der US20210382323 A1 offenbart. Die in diesem Dokument beschriebene Linse verfügt über eine Zone für die Fernsicht, welche sich im oberen Linsenbereich befindet, sowie über eine Zone für die Nahsicht, welche sich im unteren Linsenbereich befindet. Weithin verfügt die Linse über eine äußere Ringstruktur zur Stabilisierung, während das Auge bewegt wird. Die Nutzung des Nah- und Fernbereiches der Kontaktlinse wird durch einen Versatz der Kontaktlinse relativ zur Augenpupille realisiert. Gemäß einer Ausführungsform kann dies durch unterschiedlich positionierte Subaperturen messtechnisch nachgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erfassens das Wellenfrontprofil in der Messebene unter Verwendung eines Wellenfrontsensors erfasst werden. Der Wellenfrontsensor kann beispielsweise als Teil einer Prüfvorrichtung realisiert sein, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann der Wellenfrontsensor durch das zu prüfende optische System geleitete Lichtstrahlen erfassen und die erfassten Lichtstrahlen für eine Auswertung bereitstellen. Der Wellenfrontsensor kann beispielsweise als ein bekannter Shack-Hartmann-Sensor realisiert sein.
Eine im Schritt des Aufteilens zum Aufteilen der Messebene in die Mehrzahl von Subaperturen verwendete Aufteilungsvorschrift kann für die Messebene vorgegeben sein. Vorteilhafterweise kann durch den Schritt des Aufteilens die Abbildungsqualität an verschiedenen Positionen innerhalb der Eye-Box einfach bestimmt werden, wobei sich die einzelnen Teilaperturen teilweise überlappen können. Zudem kann auf ein mechanisches Rastern oder Scannen der Messebene verzichtet werden.
Zudem kann das Verfahren einen Schritt des Festlegens eines Messvolumens vor dem Schritt des Erfassens umfassen, wobei die Messebene eine Querschnittsfläche des Messvolumens darstellen kann. Eine Größe des Messvolumens kann einer Größe einer verwendeten Eye-Box entsprechen. Durch das Festlegen eines geeignet großen und geeignet platzierten Messvolumens kann die Abbildungsqualität eines Abschnitts des zu prüfenden optischen Systems bestimmt werden, der für einen vorgesehenen späteren Anwendungsfall des zu prüfenden optischen Systems relevant ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Schritt des Bestimmens einer weiteren optischen Teilabbildungsqualität für jede weitere Subapertur einer Mehrzahl von weiteren Subaperturen einer weiteren Messebene hinter der Austrittspupille des optischen Systems umfassen. Dabei kann im Schritt des Bestimmens die Abbildungsqualität ferner unter Verwendung der weiteren Teilabbildungsqualitäten bestimmt werden. Vorteilhafterweise können die Messebene und die weitere Messebene längs zu einer optischen Achse des zu prüfenden optischen Systems linear beabstandet sein. Beispielsweise kann das zu prüfende optische System eine Mehrzahl von Messebenen aufweisen, deren Abstände zueinander beispielsweise gleichmäßig realisiert sein können. Vorteilhafterweise können die weiteren Teilabbildungsqualitäten mit einer einzigen Messung bestimmt werden. Die weitere Messebene kann sich aus der Mehrzahl von weiteren Subaperturen, also Subflächen zusammensetzen. Das bedeutet, dass jede der weiteren Subaperturen als ein Segment der weiteren Messebene ausgeformt sein kann. Analog dazu kann sich das weitere Wellenfrontprofil aus der Mehrzahl von weiteren Teilwellenfrontprofilen der weiteren Subaperturen zusammensetzen. Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens eines weiteren optischen Wellenfrontprofils in der weiteren Messebene sowie einen Schritt des Ermittelns eines weiteren optischen Teilwellenfrontprofils für jede weitere Subapertur der Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene unter Verwendung des weiteren Wellenfrontprofils umfassen. Vorteilhafterweise kann auch das weitere Wellenfrontprofil mittels eines Wellenfrontsensors erfasst werden.
Alternativ zum Messen kann in einem Schritt des Berechnens, das mindestens eine weitere Wellenfrontprofil in der weiteren Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils der Messebene berechnet werden. Zudem kann in einem Schritt des Ermittelns ein weiteres optisches Teilwellenfrontprofil für jede weitere Subapertur der Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene unter Verwendung des weiteren Wellenfrontprofils ermittelt werden. Das bedeutet, dass das weitere Wellenfrontprofil aus bereits vorhandenen Daten bezüglich des Wellenfrontprofils erschlossen werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Berechnens das weitere Wellenfrontprofil in der zweiten Messebene mithilfe eines bekannten Ray-Tracing- Algorithmus berechnet werden. Der auch als Strahlenverfolgungsalgorithmus bezeichenbare Ray-Tracing-Algorithmus kann einen auf der Aussendung von Strahlen basierender Algorithmus zu deren Verlaufsberechnung repräsentieren, durch den ein räumlicher Verlauf der Lichtstrahlen von einem bestimmten Punkt im Raum aus ermittelt werden kann. Vorteilhafterweise kann der Algorithmus vorab implementiert sein, sodass er beispielsweise zuvor erfasste und zusätzlich oder alternativ ermittelte Daten bezüglich des zu prüfenden optischen Systems zum Berechnen des weiteren Wellenfrontprofils nutzen kann. Alternativ kann der Schritt des Berechnens auf der mathematischen Basis von wellenoptischen Modellen erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann sich eine Größe der Mehrzahl von Subaperturen von einer Größe der Mehrzahl von weiteren Subaperturen unterscheiden. Das bedeutet, dass sich beispielsweise die Abmessungen der Subaperturen und der weiteren Subaperturen unterscheiden können. Weiterhin kann die Messebene und zusätzlich oder alternativ die weitere Messebene zwischen mehreren Auswerteiterationen aufgeteilt werden. Ferner wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems vorgestellt, wobei die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des zu prüfenden optischen Systems, ein weiteres optisches System zum Erfassen eines optischen Wellenfrontprofils in einer Messebene hinter einer Austrittspupille des zu prüfenden optischen Systems und eine Auswerteeinrichtung zum Aufteilen der Messebene in eine Mehrzahl von Subaperturen, zum Ermitteln eines optischen Teilwellenfrontprofils für jede Subapertur einer Mehrzahl von Subaperturen der Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils, und zum Bestimmen einer optischen Teilabbildungsqualität für jede der Subaperturen unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile aufweist.
Die Vorrichtung kann beispielsweise als eine Messvorrichtung realisiert sein, die beispielsweise in Verbindung mit einer Herstellung, beziehungsweise Prüfung von optischen Systemen, wie beispielsweise Datenbrillen oder generell Systeme für den ARA/R-Bereich, eingesetzt werden können. Die Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise als eine Halterung, wie beispielsweise ein Greifarm oder Haltearm, realisiert sein oder lediglich als ein Aufnahmebereich. Das weitere optische System kann beispielsweise als eine Sensoreinheit, beispielsweise ein Wellenfrontsensor, realisiert sein. Die Auswerteeinrichtung kann auch als eine Recheneinheit bezeichnet werden, die mit dem weiteren optischen System verbunden sein kann. Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise ausgeformt sein, um als optische Messtechnik eine Bildqualitätscharakterisierung von beispielsweise AR/VR-Headsets, Komponenten derartiger Headsets oder augenoptischen Instrumenten durchzuführen. Der beschriebene Ansatz ermöglicht somit eine schnelle, virtuelle Auswertung der Bildqualität für mehrere Mess-Positionen und verschiedene Aperturen innerhalb einer Eye-Box, beispielsweise für ARA/R Messtechnik und generell für Messtechnik für Augen-optische Systeme, wie Ferngläser, Brillen oder Korrekturgläser. Auch ist eine Charakterisierung von sogenannten Near-Eye-Displays möglich. Vorteilhafterweise kann die Abbildungsqualität für verschiedene Positionierungen der Augenpupille innerhalb der Eye-Box bestimmt werden. Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise ausgebildet sein, um dies mittels One-Shot-Messung mit nur einer Messung im Bereich zwischen 1 und 3 Sekunden durchzuführen. Dadurch kann vorteilhafterweise die Komplexität der Vorrichtung reduziert werden und somit Kosten eingespart werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Lichtquelle zum Beleuchten des zu prüfenden optischen Systems aufweisen, wenn das zu prüfende optische System von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist. Die Lichtquelle kann beispielsweise als eine lichtemittierende Diode (LED) oder beispielsweise als eine Laserlichtquelle ausgeformt sein. Die Lichtquelle ist dabei ausgebildet, um Licht auszugeben und dadurch das zu prüfende optische System zu beleuchten.
Der Lichtquelle kann ein zusätzliches optisches System zur Kollimation der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen nachgeordnet sein. Das optische System zur Kollimation der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen kann vorteilhafterweise als eine Projektoreinheit realisiert sein, die beispielsweise mindestens eine optische Linse umfassen kann.
Weiterhin kann das weitere optische System in einen Winkel zu einer optischen Achse des zu prüfenden optischen Systems schwenkbar sein. Durch die Schwenkbarkeit kann das weitere optische System vorteilhafterweise so geschwenkt werden, dass eine oder mehrere Teilabbildungsqualitäten in mindestens einer außeraxialen Feldwinkelposition bestimmt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann das weitere optische System zum Erfassen des optischen Wellenfronprofils ein Teleskop und einen Shack-Hartmann-Sensor aufweisen. Das Teleskop und der Shack-Hartmann-Sensor können vorteilhafterweise von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sein und als Komponenten des Weiteren optischen Systems bezeichnet werden. Innerhalb des Gehäuses können die Komponenten beispielsweise fix, das bedeutet feststehend zueinander angeordnet sein, sodass Objekte in einer festen Entfernung zum Gehäuse auf den Sensor abgebildet werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems;
Fig. 3 eine Diagrammdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Ausschnitts einer Messebene mit dreidimensionalem Wellenfrontprofil; Fig. 4 eine Diagrammdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer dreidimensionalen Darstellung eines Teilwellenfrontprofils;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum
Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum
Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Betriebsanordnung eines zu prüfenden optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 8 eine Darstellung einer Messebene gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems 102. Die Vorrichtung 100 ist beispielsweise auch als Messvorrichtung oder Prüfvorrichtung bezeichenbar. Das optische System 102 ist dabei beispielsweise als ein Brillenglas, als Wellenleiter oder als anderweitiges Element realisiert, das beispielsweise in Verbindung mit Datenbrillen oder im Bereich der Augmented Reality (AR) oder Virtual Reality (VR) als ARA/R-Brille genutzt wird. Die Vorrichtung 100 weist dazu eine Aufnahmeeinrichtung 104 zum Aufnehmen des zu prüfenden optischen Systems 102 auf. Die Form der Aufnahmeeinrichtung 104 ist hier lediglich beispielhaft gezeigt. Die Aufnahmeeinrichtung 104 ist beispielsweise als Greifarm oder Haltearm realisierbar, der das optische System 102 weiterhin optional an mindestens einer Systemkante hält. Die Vorrichtung 100 weist weiterhin ein weiteres optisches System 106 zum Erfassen eines optischen Wellenfrontprofils 107 in einer Messebene hinter einer Austrittspupille des zu prüfenden optischen Systems 102 auf. Das weitere optische System 106 ist beispielsweise auch als Sensoreinrichtung bezeichenbar, da es gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine als Wellenfrontsensor oder Shack-Hartmann-Sensor ausgeführte Sensoreinheit 108 aufweist. Optional umfasst das optische System 106 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Teleskop 110. Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine mit dem weiteren optischen System 106 verbundene Auswerteeinrichtung 112 auf, die ausgebildet ist, um ein optisches Teilwellenfrontprofil für jede Subapertur einer Mehrzahl von Subaperturen der Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils 107 zu ermitteln, weiterhin eine optische Teilabbildungsqualität für jede der Subaperturen unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile zu bestimmen und dadurch eine Aussage über die räumliche Verteilung der Abbildungsqualität in der gewählten Messebene unter Verwendung der Teilabbildungsqualitäten zu treffen. Die Auswerteeinrichtung 112 ist entsprechend auch als Recheneinheit zu verstehen, die ausgebildet ist, um ein Verfahren zum Bestimmen der Abbildungsqualität für das zu prüfende optische System 102 anzusteuern und/oder durchzuführen. Ein entsprechendes Verfahren wird nachfolgend anhand der Figuren 5 bis 6 näher beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das weitere optische System 106 zusätzlich ein Gehäuse 114 auf, das ausgebildet ist, um das Teleskop 110 und die Sensoreinheit 108 vor äußeren Einflüssen zu schützen. Lediglich optional ist das weitere optische System 106 um eine optische Achse 116 des zu prüfenden optischen Systems 102 schwenkbar, beispielsweise in mindestens zwei gegensätzliche Richtungen 118.
Die Vorrichtung 100 weist optional eine Lichtquelle 120 auf, die ausgebildet ist, um das zu prüfende optische System 102 zu beleuchten, wenn das zu prüfende optische System 102 von der Aufnahmeeinrichtung 104 aufgenommen ist. Dazu gibt die Lichtquelle 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel Lichtstrahlen 122 mit vorgegebenen Lichtparametern in Richtung des zu prüfenden optischen Systems 102 aus. Die Lichtstrahlen 122 durchdringen das zu prüfende optische System 102 und aus dem zu prüfendem optischem System 102 wieder austretende Lichtstrahlen werden von der Sensoreinheit 108 erfasst.
Anders ausgedrückt befasst sich der hier vorgestellte Ansatz mit einer Messung der Abbildungsqualität von optischen Systemen 102, welche nahe am Auge getragen werden. Dazu zählen neben Brillengläsern insbesondere Wellenleiter in Augmented- bzw. Virtual Reality (AR/VR) Geräten. Bei derartigen Anwendungen werden elektronisch erzeugte Bilder in das Sichtfeld eines Betrachters projiziert. Für eine uneingeschränkte Wahrnehmung durch den Benutzer ist eine hinreichend gute Abbildungsqualität im Bewegungsbereich des Auges wichtig. Dieser Bereich wird als sogenannte Eye-Box bezeichnet. Die Eye-Box wird dabei als ein dreidimensionales Volumen verstanden, in welchem sich der Drehpunkt des Auges befinden muss, damit es in der Lage ist, die gesamte Abbildung ausschließlich durch Augenbewegungen wahrzunehmen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das weitere optische System 106 im Bereich der Eye-Box angeordnet.
Die Abbildungsqualität innerhalb der Eye-Box ist ein wichtiger Qualitätsparameter und kann durch den hier vorgestellten Ansatz vorteilhaft überprüft werden. Beispielsweise wird die Abbildungsqualität, ausgedrückt durch die Modulationsübertragungsfunktion (Modulation Transfer Function; MTF) sowie optional durch diverse weitere Parameter, an jeder Augenposition, genauer gesagt an jeder Pupillenposition, innerhalb der Eye-Box gemessen. Lediglich optional wird durch den vorgeschlagenen Ansatz eine vollständige Überprüfung des gesamten, von der Eye-Box eingeschlossenen Volumens ermöglicht, welches im Kontext dieses Ansatzes als Messvolumen verstanden wird. Das Messvolumen hat typischerweise eine Ausdehnung von 25 x 25 x 25 mm. Anhand der mit dem Wellenfrontsensor 108 ermittelten Messdaten können optional auch weitere charakteristische Parameter wie z.B. die Intensitätsverteilung innerhalb der Eyebox ermittelt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 die Lichtquelle 120, die optional über eine Optik zur Strahlformung verfügt, je nachdem, ob das auch als Prüfling bezeichnete, optische System 102 kollimiert oder divergent zu beleuchten ist. Beispielsweise ist bei afokalen optischen Systemen 102, wie beispielsweise Waveguides für ARA/R-Brillen, eine kollimierte Beleuchtung des optischen Systems 102 erforderlich. Hinter dem optischen System 102, welches in einer geeigneten Halterung, der Aufnahmeeinrichtung 104, befestigt ist, befindet sich das weitere optische System 106, mit dessen Hilfe das Wellenfrontprofil 107 gemessen wird. Im hier gezeigten Beispiel umfasst dieses optional einen Shack-Hartmann-Sensor als Sensoreinheit 108 mit Teleskop 110. Das Teleskop 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um den Strahlquerschnitt derart anzupassen, dass die Detektionsfläche der Sensoreinheit 108 in ausreichendem Maße ausgeleuchtet wird. So besitzt die Detektionsfläche eines Shack- Hartmann-Sensors typischerweise Abmaße im Bereich von 7 x 7 mm bis 15 x 15 mm. Das Teleskop 110 und die Sensoreinheit 108 sind beispielhaft in dem gemeinsamen Gehäuse 114 verbaut. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der als Recheneinheit bezeichneten Auswerteeinrichtung 112, wie beispielsweise ein PC. Ferner ist das Gehäuse 114 und somit das weitere optische System 106 um einen definierten Winkel schwenkbar, damit das Wellenfrontprofil 107 auch für Feldwinkel größer 0° gemessen werden kann. Anstatt eines Shack-Hartmann- Sensors ist die Sensoreinheit 108 auch als ein Wellenfrontsensor realisierbar, der auf einem anderen Messprinzip basiert.
Fig 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems 102. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 ähnelt dabei der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung 100. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Lichtquelle 120 ein zusätzliches optisches System 200 zur Kollimation der von der Lichtquelle 120 ausgehenden Lichtstrahlen nachgeordnet. Das zusätzliche optische System 200 weist beispielsweise eine oder mehrere Linsen zum Leiten von Licht auf. Die Lichtquelle 120 und das zusätzliche optische System 200 sind beispielsweise in ihrer Gesamtheit als Projektoreinheit 202 realisiert.
Von der Projektoreinheit 202 ausgehendes Licht trifft gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf eine Eintrittspupille 204 des zu prüfenden optischen Systems 102, die auf einer gemeinsamen Achse 205 liegt. Das optische System 102 weist weiterhin eine Austrittspupille 206 auf, über welche kollimierte Lichtstrahlen 122 schließlich in Richtung der Eye-Box 208 ausgegeben werden, innerhalb der, Wellenfrontprofile der Lichtstrahlen an mehreren Messebenen, beispielsweise einer Messebene 210, und mindestens einer weiteren Messebene 211 erfasst werden. Beispielhaft sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier Messebenen 210, 211 dargestellt, die in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind und jeweils eine Krümmung aufweisen können. Weiterhin ist beispielhaft die Aufnahme eines Wellenfrontprofils 213 für die gesamte Messebene 210 dargestellt. Zudem ist die Aufnahme eines Teilwellenfrontprofils 215 dargestellt.
In Fig. 2 ist weiterhin ein Ausschnitt 212 aus einer Eye-Box 208 markiert, der in mindestens einer der nachfolgend beschriebenen Figuren anhand einer Diagrammdarstellung näher beschrieben wird. Der Ausschnitt 212 repräsentiert beispielsweise eine bestimmte Augenposition und Subapertur.
Fig. 3 zeigt eine Diagrammdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wellenfrontprofils 213 in einer Messebene 210. Die hier dargestellte Wellenfront entspricht beispielsweise der in Fig. 2 erwähnten Wellenfront innerhalb der Messebene 210 und zeigt demnach ein Ergebnis einer Wellenfrontmessung über die gesamte Messebene 210. Das Wellenfrontprofil 213 der Messebene 210 beinhaltet eine Subapertur 212 der Messebene 210 innerhalb der Eye- Box 208 am Beispiel von Waveguides für beispielsweise AR-Anwendungen. Die Subapertur 212 weist beispielsweise ein Teilwellenfrontprofil 215 auf, das in der nachfolgenden Figur beispielhaft in einem Diagramm dargestellt ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Wellenfrontprofil 213in der Messebene 210 als ein dreidimensionaler Plot in einem xyz-Diagramm dargestellt, wobei die Achsen zwecks verbesserter Sichtbarkeit weggelassen sind. Die Eye-Box selbst weist üblicherweise Abmessungen von beispielsweise 25 x 25 x 25 mm auf.
Fig. 4 zeigt eine Diagrammdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Teilwellenfrontprofils 215. Das Teilwellenfrontprofil 215 entspricht beispielsweise dem in Fig. 3 genannten Teilwellenfrontprofil 215 aus der Subapertur 212 und ist lediglich vergrößert dargestellt. Beispielsweise entspricht das Teilwellenfrontprofil 215 den für eine Positionierung der Augenpupille in der Eye-Box üblichen Maßen von 3 mm Durchmesser. Durch das Verfahren, wie es in mindestens einer der Figuren 5 bis 6 beschrieben ist, wird die Abbildungsqualität für einen solchen Bereich bestimmt. Dadurch, dass das gesamte Wellenfrontprofil 213 in der Messebene 210 bekannt ist, können Teilwellenfrontprofile für eine beliebige Anzahl an Subaperturen 212 bestimmt werden, wodurch ein virtueller Scan in x,y Richtung durchgeführt wird. Eine virtuelle z- Positionierung wird beispielsweise über eine Strahlverfolgung berechnet. Eine Messzeit liegt dabei beispielsweise zwischen 1 und 3 Sekunden und erfordert lediglich beispielhaft ein wenig komplexes Messgerät.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems. Das Verfahren 500 wird dabei beispielsweise unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt, wie sie beispielsweise in mindestens einer der Figuren 1 bis 2 beschrieben wurde. Das Verfahren 500 umfasst dazu einen Schritt 502 des Erfassens eines optischen Wellenfrontprofils in einer Messebene hinter einer Austrittspupille des optischen Systems, einen Schritt 504 des Ermittelns eines optischen Teilwellenfrontprofils für jede Subapertur einer Mehrzahl von Subaperturen der Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils, einen Schritt 506 des Bestimmens einer optischen Teilabbildungsqualität für jede der Subaperturen unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile und einen optionalen Schritt 508 des Bestimmens der Verteilung der Abbildungsqualität in der Messebene unter Verwendung der Teilabbildungsqualitäten, wie es in mindestens einer der Figuren 3 bis 4 lediglich beispielhaft dargelegt wurde. Das Verfahren 500 umfasst weiterhin einen Schritt 510 des Aufteilens der Messebene in die Mehrzahl von Subaperturen. Der Schritt 510 des Aufteilens wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel vor dem Schritt 504 des Ermittelns durchgeführt. Beispielsweise unterscheidet sich eine Größe der Mehrzahl von Subaperturen von einer Größe einer Mehrzahl von optionalen weiteren Subaperturen einer weiteren Messebene.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Wellenfrontprofil in der Messebene im Schritt 502 des Erfassens unter Verwendung eines Wellenfrontsensors erfasst. Im Schritt 504 des Ermittelns wird weiterhin für jede Subapertur aus der Mehrzahl von Subaperturen ein einzelnes Teilwellenfrontprofil unter Zuhilfenahme des Wellenfrontprofils in der Messebene ermittelt, sodass im Schritt 506 des Bestimmens die Teilabbildungsqualität für jede der Subaperturen unter Verwendung des ihr jeweils zugeordneten ermittelten Teilwellenfrontprofils bestimmt wird.
Optional umfasst das Verfahren 500 zusätzlich weitere Schritte, wie beispielsweise einen Schritt 509 des Festlegens, der vor dem Schritt 502 des Erfassens durchgeführt wird und in dem ein Messvolumen festgelegt wird. Die Messebene stellt dabei beispielsweise eine Querschnittsfläche des Messvolumens dar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 500 weiterhin einen Schritt 512 des Erfassens eines weiteren optischen Wellenfrontprofils in der weiteren Messebene, beispielsweise unter Verwendung eines weiteren Wellenfrontsensors oder unter Verwendung des zum Erfassen der ersten Wellenfront verwendeten Wellenfrontsensors. In einem Schritt 514 des Ermittelns wird ein weiteres optisches Teilwellenfrontprofil für jede weitere Subapertur der Mehrzahl von weiteren
Subaperturen der weiteren Messebene unter Verwendung des weiteren
Wellenfrontprofils ermittelt. Vorangehend wird noch der Schritt 510 des Aufteilens ebenfalls auf die weitere Messebene angewendet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 516 des Bestimmens einer weiteren optischen Teilabbildungsqualität für jede weitere Subapertur der Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene hinter der Austrittspupille des optischen Systems, sodass im optionalen Schritt 508 des Bestimmens, die Verteilung der Abbildungsqualität unter Verwendung der weiteren Teilabbildungsqualitäten rechnerisch bestimmt wird. Dabei sind die Messebene und die weitere Messebene längs zu einer optischen Achse des optischen Systems linear beabstandet, wodurch die berechneten Teilabbildungsqualitäten innerhalb eines Volumens verteilt sind.
Weiterhin optional umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 518 des Berechnens des weiteren Wellenfrontprofils in der weiteren Messebene unter Verwendung des Wellenfrontprofils der Messebene. Der Schritt 518 des Berechnens ist dabei als Ausführungsvariante oder ergänzend zu dem Schritt 512 des Erfassens des Weiteren, optischen Wellenfrontprofils zu verstehen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das zweite Wellenfrontprofil in der zweiten Messebene beispielsweise mithilfe eines Ray- Tracing-Algorithmus berechnet. Wird der Schritt 518 des Berechnens durchgeführt, wird im Schritt 514 des Ermittelns des Weiteren optischen Teilwellenfrontprofils für jede weitere Subapertur der Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene unter Verwendung des berechneten weiteren Wellenfrontprofils ermittelt.
Auf entsprechende Weise können noch weitere Wellenfrontprofile für noch weitere Messebenen ermittelt und zum Bestimmen der Abbildungsqualität verwendet werden.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems. Das Verfahren 500 entspricht beispielsweise dem in Fig. 5 beschriebenen Verfahren 500 und unterscheidet sich lediglich in der Darstellung des Ablaufdiagramms. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 500 den Schritt 509 des Festlegens zum Festlegen des Messvolumens vor dem Schritt 502 des Erfassens sowie den Schritt 510 des Aufteilens der Messebene in die Mehrzahl von Subaperturen vor dem Schritt 504 des Ermittelns. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind einzelne Schritte wiederholt durchführbar, sodass beispielsweise nach dem Schritt 508 des Bestimmens der Verteilung der Abbildungsqualität unter Verwendung der zuvor bestimmten Teilabbildungsqualitäten der Schritt 502 des Erfassens für eine weitere Messebene erneut durchgeführt wird.
Alternativ dazu wird das weitere Wellenfrontprofil in der weiteren Messebene, im Schritt 518, unter Verwendung des Wellenfrontprofils der Messebene berechnet und somit unter Verwendung von zuvor erfassten Daten die Abbildungsqualität in der weiteren Messebene bestimmt. Anders ausgedrückt wird in einem ersten Verfahrensschritt 502 das Profil der optischen Wellenfront in einer ersten Messebene, welche hinter der Austrittspupille des zu prüfenden, optischen Systems liegt, messtechnisch erfasst. Beispielhaft sei an dieser Stelle die Verwendung eines Shack-Hartmann Wellenfrontsensors erwähnt. Es sind natürlich weitere, beispielsweise interferometrische Verfahren, zur optischen Wellenfrontmessung denkbar. Die Messebene umfasst dazu beispielsweise die Größe eines Querschnitts der gesamten Austrittpupille, respektive der Eye-Box, des Prüflings oder eines Ausschnitts davon. Optional wird im vorbereitenden Schritt 509 das gewünschte Messvolumen definiert.
Im nächsten Schritt 510 wird die Messebene in eine Vielzahl von kleinen Subaperturen bzw. Subflächen unterteilt. Die Ausdehnung der einzelnen Subaperturen liegt dabei in der Größenordnung einer menschlichen Augenpupille, also beispielsweise bei 2,5 mm Durchmesser. Auch diese Einstellung kann optional in einem vorbereitenden Schritt angepasst werden. Mit anderen Worten wird die gesamte Wellenfront der Messebene in eine Vielzahl von Teilwellenfronten im Schritt 510 des Aufteilens unterteilt oder segmentiert. Anschließend wird das Wellenfrontprofil für jede der einzelnen Subaperturen im Schritt 504 des Ermittelns aus dem Wellenfrontprofil der gesamten Messebene ermittelt. Aus jeder der Teilwellenfronten wird beispielsweise ein lokaler Parameter für die lokale Abbildungsqualität des Prüflings innerhalb der Subapertur im Schritt 506 des Bestimmens bestimmt. Ein solcher Parameter ist beispielsweise die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) oder eine Aberration, wie beispielsweise Koma oder Astigmatismus.
Da nun die Abbildungsqualität für jede Subapertur innerhalb der Messebene bekannt ist, kann in einem weiteren Schritt 508 eine Aussage darüber getroffen werden, wie der Parameter der Abbildungsqualität (z.B. die MTF) über die Messebene hinweg verteilt ist. So kann beispielsweise eine Aussage darüber getroffen werden, an welchen Augenpositionen die MTF einen vorgegebenen Schwellwert über- oder unterschreitet. Dadurch wird eine detaillierte Auswertung der MTF-Verteilung in der Messebene ermöglicht, ohne, dass die Wellenfront an jeder möglichen Augenposition explizit gemessen werden muss, wodurch die Messzeit insgesamt reduziert werden kann. Dazu kann im Schritt 508 beispielsweise ein entsprechender Schwellwertvergleich durchgeführt werden.
Um die Abbildungsqualität im gesamten Messvolumen zu bestimmen, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel im folgenden Verfahrensschritt 518 der Verlauf der optischen Wellenfront längs der optischen Achse des Prüflings ermittelt. Genauer gesagt, wird das Profil der Wellenfront in mindestens einer weiteren Messebene, die sich in einem definierten Abstand z von der ersten Messebene befindet, rechnerisch ermittelt, was in Fig. 5 im optionalen Schritt des Berechnens durchgeführt wird. Die Berechnung des Wellenfrontprofils wird beispielsweise mithilfe von Ray-Tracing-Algorithmen erreicht, wenn das Profil der Wellenfront an einer ersten z-Position gemessen worden ist. Aus der rechnerisch bestimmten Wellenfront wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls die Abbildungsqualität für jede Pupillenposition des Auges bestimmt. Dieser Schritt 518 ist für eine beliebige Anzahl von Ebenen im gesamten Messvolumen wiederholbar.
Alternativ wird optional nach Abschluss des Schritts 508 des Bestimmens der Verteilung der Abbildungsqualität in einer Messebene, das Wellenfrontprofil in einer weiteren Messebene messtechnisch erfasst, indem der Schritt 502 des Erfassens für die weitere Messebene wiederholt wird, indem beispielsweise der Wellenfrontsensor entlang der z- Achse verfahren wird. Auch der Schritt 502 ist für eine beliebige Anzahl an Messebenen wiederholbar. Es ist auch grundsätzlich eine Kombination der Schritte 502, 518 möglich.
Fig 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Betriebsanordnung 700 eines zu prüfenden optischen Systems 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das optische System 102 entspricht beispielsweise dem in einer der Figuren 1 oder 2 beschriebenen optischen System 102 und ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in betriebsbereitem Zustand angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Projektoreinheit 202 in Richtung des optischen Systems 102 ausgerichtet, wobei die Projektoreinheit 202 der in Fig. 2 beschriebenen Projektoreinheit 202 mindestens ähnelt. Die hier dargestellte Betriebsanordnung 700 entspricht zudem dem in Fig. 2 beschriebenen Aufbau der Vorrichtung. Lediglich ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Auge 702 eines Betrachters dargestellt, dessen Augenpupille 704 schematisch im Bereich der dreidimensionalen Eye-Box 208 in einer schematischen Darstellung von Waveguides für AR-Anwendungen positioniert ist.
Fig. 8 zeigt eine Darstellung einer Messebene 210 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Messebene 210 ist in einem Diagramm mit einer x-Achse und einer y-Achse aufgetragen, die jeweils eine räumliche Ausdehnung der Messebene 210 in Millimetern anzeigen. Die Messebene 210 stellt einen Querschnitt der Eye-Box dar. Beispielhaft ist die Messebene 210 quadratisch dargestellt und in eine Mehrzahl von beispielhaft 16 quadratischen Segmenten 812 unterteilt. Jedes der Segmente 812 entspricht einer Augenposition. Für jedes der Segmente 812 existiert eine Subapertur 212. Benachbarte Subaperturen 212 können einen Überlappungsbereich aufweisen. Jeder Subapertur 212 und somit jeder Augenposition ist als Teilabbildungsqualität 820 beispielhaft ein MTF-Wert zugeordnet. Beispielsweise weisen die gezeigten Subaperturen 212 MTF-Werte zwischen 0,2 und 0,9 auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (500) zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems (102), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte umfasst:
Erfassen (502) eines optischen Wellenfrontprofils (107; 213) in einer
Messebene (210) hinter einer Austrittspupille (206) des optischen Systems (102);
Aufteilen (510) der Messebene (210) in eine Mehrzahl von Subaperturen (212);
Ermitteln (504) eines optischen Teilwellenfrontprofils (215) für jede Subapertur (212) der Mehrzahl von Subaperturen (212) der Messebene (210) unter Verwendung des Wellenfrontprofils (107; 213); und
Bestimmen (506) einer optischen Teilabbildungsqualität (820) für jede der Subaperturen (212) unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile (215).
2. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (502) des Erfassens das
Wellenfrontprofil (107; 213) in der Messebene (210) unter Verwendung eines Wellenfrontsensors erfasst wird.
3. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (509) des Festlegens eines Messvolumens vor dem Schritt (502) des Erfassens, wobei die Messebene (210) eine Querschnittsfläche des Messvolumens darstellt.
4. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (512) des Erfassens eines weiteren optischen Wellenfrontprofils in einer weiteren Messebene (211), und einem Schritt (514) des Ermittelns eines weiteren optischen Teilwellenfrontprofils (215) für jede weitere Subapertur einer Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene (211) unter Verwendung des weiteren Wellenfrontprofils. Verfahren (500) gemäß einem der Anspruch 1 bis 3, mit einem Schritt (518) des Berechnens mindestens eines weiteren Wellenfrontprofils in einer weiteren Messebene (211) unter Verwendung des Wellenfrontprofils (107; 213) der Messebene (210), und mit einem Schritt (514) des Ermittelns eines weiteren optischen Teilwellenfrontprofils (215) für jede weitere Subapertur einer Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene (211) unter Verwendung des weiteren Wellenfrontprofils. Verfahren (500) gemäß Anspruch 4 oder 5, mit einem Schritt (516) des Bestimmens einer weiteren optischen Teilabbildungsqualität (820) für jede weitere Subapertur der Mehrzahl von weiteren Subaperturen der weiteren Messebene (211) hinter der Austrittspupille (206) des optischen Systems (102) Verfahren (500) gemäß Anspruch s, wobei im Schritt (518) des Berechnens das weitere Wellenfrontprofil in der weiteren Messebene (211) mithilfe eines Ray- Tracing-Algorithmus berechnet wird. Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei sich eine Größe der Mehrzahl von Subaperturen (212) von einer Größe der Mehrzahl von weiteren Subaperturen unterscheidet. Vorrichtung (100) zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines zu prüfenden optischen Systems (102), wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: eine Aufnahmeeinrichtung (104) zum Aufnehmen des zu prüfenden optischen Systems (102); ein weiteres optisches System (106) zum Erfassen eines optischen Wellenfrontprofils (107; 213) in einer Messebene (210) hinter einer
Austrittspupille (206) des zu prüfenden optischen Systems (102); und eine Auswerteeinrichtung (112) zum Aufteilen (510) der Messebene (210) in eine Mehrzahl von Subaperturen (212), zum Ermitteln eines optischen Teilwellenfrontprofils (215) für jede Subapertur (212) der Mehrzahl von Subaperturen (212) der Messebene (210) unter Verwendung des Wellenfrontprofils (107; 213), und zum Bestimmen einer optischen Teilabbildungsqualität (820) für jede der Subaperturen (212) unter Verwendung der ermittelten optischen Teilwellenfrontprofile (215). 10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, mit einer Lichtquelle (120) zum Beleuchten des zu prüfenden optischen Systems (102), wenn das zu prüfende optische System (102) von der Aufnahmeeinrichtung (104) aufgenommen ist.
11. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, wobei der Lichtquelle (120) ein zusätzliches optisches System (200) zur Kollimation der von der Lichtquelle (120) ausgehenden Lichtstrahlen (122) nachgeordnet ist.
12. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das weitere optische System (106) in einen Winkel zu einer optischen Achse (116) des zu prüfenden optischen Systems (102) schwenkbar ist.
13. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das weitere optische System (106) zum Erfassen des optischen Wellenfronprofils (107; 213) ein Teleskop (110) und einen Shack-Hartmann-Sensor aufweist.
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