DE102017009334B3 - Method for testing an optical system - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Prüfen eines optischen Systems, bei welchem ein Testmuster, insbesondere nach Abbildung mit einer Abbildungsoptik, über einen, das zu prüfende optische System (Prüfling) enthaltenden Strahlengang auf einen elektronischen lichtempfindlichen Detektor abgebildet wird, und bei dem die von diesem Detektor erzeugten Signale einem Datenverarbeitungssystem zur Bestimmung einer Modulationstransformationsfunktion (MTF) zugeführt werden, wobei das Testmuster und/oder die Abbildungsoptik und/oder der Detektor in Richtung des Strahlengangs optional bewegt wird, so dass der Detektor dabei ein zwei- oder dreidimensionales Datenfeld von Intensitätswerten erfasst, wobei danach das Datenverarbeitungssystem aus den erfassten Intensitätswerten durch eine Fouriertransformation ein drei- bzw. zweidimensionales Datenfeld von MTF-Werten berechnet, wobei das Datenverarbeitungssystem das drei-bzw. zweidimensionale Datenfeld der MTF-Werte und ein dreidimensionales Modellfeld von MTF-Werten verwendet, und daraus nach einem Best-Fit-Verfahren die Parameter einer Koordinatentransformation ermittelt, welche eine rechnerisch optimale Korrelation des Datenfeldes mit dem Modellfeld ergibt, und wobei aus den ermittelten Parametern die Lage der optischen Achse des Prüflings bestimmt wird. The invention relates to a method for testing an optical system, in which a test pattern, in particular after imaging with imaging optics, is imaged onto an electronic light-sensitive detector via a beam path containing the optical system to be tested (specimen) and that of this detector generated signals are supplied to a data processing system for determining a modulation transformation function (MTF), wherein the test pattern and / or the imaging optics and / or the detector is optionally moved in the direction of the beam path, so that the detector thereby detects a two- or three-dimensional array of intensity values, wherein the data processing system then calculates a three- or two-dimensional data field of MTF values from the detected intensity values by means of a Fourier transformation, wherein the data processing system calculates the three- or two-dimensional data field of MTF values. using a two-dimensional array of MTF values and a three-dimensional model field of MTF values, and using a best-fit method determines the parameters of a coordinate transformation, which results in a computationally optimal correlation of the data field with the model field, and from the parameters determined Position of the optical axis of the specimen is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines optischen Systems bei welchem ein Testmuster nach Abbildung mit einer Abbildungsoptik, über einen, das zu prüfende optische System (das nachfolgend auch kurz als Prüfling bezeichnet wird) enthaltenden Strahlengang auf einen elektronischen lichtempfindlichen Detektor abgebildet wird, und bei dem die von diesem Detektor erzeugten Signale einem Datenverarbeitungssystem zur Bestimmung einer Modulationstransformationsfunktion MTF zugeführt werden.The invention relates to a method for testing an optical system in which a test pattern is imaged onto an electronic light-sensitive detector after imaging with imaging optics, via a beam path containing the optical system to be tested (which is also referred to below briefly as the test object) the signals generated by this detector are fed to a data processing system for determining a modulation transformation function MTF.
Aus der deutschen Patentschrift
Auch die deutsche Offenlegungsschrift
Als die bedeutendste Fehlerursache bei der Vermessung der Modulationstransformationsfunktion (MTF) optischer Systeme, wie zum Beispiel Kameraobjektiven, hat sich die schlechte Wiederholbarkeit bei der Positionierung des prüfenden optischen Systems bezüglich dessen Neigungs- und dessen Azimutwinkels herausgestellt. Selbst geringste Abweichungen führen hier zu relativ großen Fehlern bei den MTF-Ergebnissen. Die üblicherweise erreichbaren Wiederholgenauigkeiten führen dadurch zu Ergebnisstreuungen von +/- 3,5 % und mehr.As the major cause of failure in measuring the modulation transformation function (MTF) of optical systems, such as camera lenses, has been the poor repeatability in the positioning of the testing optical system with respect to its inclination and its azimuth angle has been found. Even the slightest deviation leads to relatively large errors in the MTF results. The usually achievable repeat accuracies lead to result variations of +/- 3.5% and more.
Eine übliche Technik zur Bestimmung von MTF-Werten verwendet ein Fadenkreuz als Testmuster. Das zu prüfende optische System (Prüfling) wird vor der Messung passiv positioniert. Anschließend wird das Testmuster durch den Prüfling, gegebenenfalls unter Verwendung einer Zwischenoptik, hindurch auf einen Kamerachip abgebildet und das erfasste Kamerabild mittels eines rechnergestützten Datenverarbeitungssystems ausgewertet.One common technique for determining MTF values uses a crosshair as a test pattern. The optical system under test (test object) is positioned passively before the measurement. Subsequently, the test pattern is imaged through the device under test, optionally using an intermediate optical system, onto a camera chip and the captured camera image is evaluated by means of a computer-aided data processing system.
Die Punkte eines Testmusters werden bei einer Abbildung durch ein reales optisches System nicht ideal punktförmig abgebildet, sondern erfahren Verbreiterungen, die durch die Abbildungseigenschaften des jeweiligen optischen Systems bestimmt sind. Diese Verbreiterungen können räumlich durch eine sogenannte Punktspreizfunktion (die auch unter der Bezeichnung point spread function bekannt ist) beschrieben werden. Der Verlauf der Punktspreizfunktion kann nach Fourier durch eine Summe von periodischen Funktionen dargestellt werden, deren Frequenzspektrum als Modulationstransferfunktion und deren Frequenzanteile als MTF-Werte bezeichnet werden.The points of a test pattern, when imaged by a real optical system, are not ideally dot-shaped, but are subject to broadening determined by the imaging characteristics of the particular optical system. These broadening can be spatially described by a so-called point spread function (also known as point spread function). The course of the point spreading function can be represented after Fourier by a sum of periodic functions whose frequency spectrum is called the modulation transfer function and whose frequency components are called MTF values.
Die Aufnahme eines Testmusters mittels eines zweidimensionalen Kamerachips wird im Allgemeinen durch die Bestimmung der Modulationstransferfunktion als der Fourier-Transformierten des erfassten Abbildungsmuster ausgewertet. Die ermittelten MTF-Werte stellen ein Maß für die Qualität der optischen Abbildung und damit auch für die Qualität der optischen Abbildungseigenschaften des zu prüfenden optischen Systems dar.The acquisition of a test pattern by means of a two-dimensional camera chip is generally evaluated by determining the modulation transfer function as the Fourier transform of the acquired imaging pattern. The determined MTF values represent a measure of the quality of the optical image and thus also of the quality of the optical imaging properties of the optical system to be tested.
Problematisch ist, dass die Ergebnisse solcher Messungen beziehungsweise Berechnungen sehr sensibel von der Neigung des Prüflings im Strahlengang abhängen. Eine ideale Messung setzt voraus, dass die optische Achse des Prüflings exakt in Richtung des Strahlengangs ausgerichtet ist. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass sich dieses allein mit mechanischen Positionierungsmitteln nicht mit der erwünschten Genauigkeit erreichen lässt.The problem is that the results of such measurements or calculations depend very sensitively on the inclination of the specimen in the beam path. An ideal measurement requires that the optical axis of the specimen is aligned exactly in the direction of the beam path. However, it has been found that this alone can not be achieved with mechanical positioning means with the desired accuracy.
Besonders nachteilig dabei ist, dass der entstehende Fehler auch noch eine große Streuung aufweist, weil es sehr schwierig ist, eine ausreichend gut reproduzierbare Neigungs- und Azimut-Positionierung zu gewährleisten.A particular disadvantage here is that the resulting error also has a large spread, because it is very difficult to ensure a sufficiently well reproducible tilt and azimuth positioning.
Zusätzlich problematisch ist, dass der Fehler je nach Prüfling unterschiedlich gut reproduzierbar ist. Der Grund dafür ist, dass die Fehlerempfindlichkeit bezüglich der Achsenneigung und des Azimutwinkels für qualitativ schlechtere Teile anders ausfällt als für qualitativ bessere Teile.In addition, it is problematic that the error can be reproduced in different ways depending on the test object. The reason for this is that the error sensitivity with respect to the axis inclination and the azimuth angle is different for lower-quality parts than for better quality parts.
Ein weiterer systematischer Fehler entsteht oft dadurch, dass die Ausrichtung des Prüflings im Allgemeinen nicht direkt in Bezug auf die optische Achse erfolgen kann, da deren Lage äußerlich nicht unmittelbar erkennbar ist. Stattdessen wird auf die äußere Form des Prüflings Bezug genommen, zum Beispiel anhand seiner Gehäuseflächen. Hierdurch gehen Herstellungstoleranzen des Gehäuses als weitere Fehlerquelle in die Ergebnisse ein.Another systematic error often arises from the fact that the alignment of the specimen in general can not be done directly in relation to the optical axis, since their position is not directly visible externally. Instead, it will open the outer shape of the specimen reference, for example, based on its housing surfaces. As a result, manufacturing tolerances of the housing go into the results as a further source of error.
Es stellte sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Prüfen optischer Systeme zu schaffen, welches die Messung von MFT-Werten mit einer besonders hohen Genauigkeit ermöglicht und welches Positionierungsfehler des Prüflings möglichst gut eliminiert.It was the object to provide a method for testing optical systems, which allows the measurement of MFT values with a particularly high accuracy and which positioning error of the DUT as well as possible eliminated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of
Für ein zu prüfendes optisches System (Prüfling) wird zunächst ein dreidimensionales Modellfeld von MTF-Werten ermittelt. Aus einer angenommenen idealen Geometrie der optischen Komponenten und deren Positionen zueinander, wird ein theoretisches MTF-Modellfeld berechnet, welches auf die optische Achse und auf die Lage des Prüflings bezogen ist. Alternativ kann das MTF-Modellfeld aus statistischen Messdaten von MTF-Messungen an vielen gleichartigen Prüflingen erstellt oder aus der Kombination von theoretischen Berechnungen und von realen Messungen gebildet werden.For an optical system (test object) to be tested, a three-dimensional model field of MTF values is first determined. From an assumed ideal geometry of the optical components and their positions to each other, a theoretical MTF model field is calculated, which is related to the optical axis and the position of the specimen. Alternatively, the MTF model field may be constructed from statistical measurement data of MTF measurements on many similar DUTs or formed from the combination of theoretical calculations and real measurements.
Erfindungsgemäß wird der reale Prüfling danach selbst zu einem Teil des Messsystems. Durch die messtechnische Erfassung und nachfolgende Auswertung eines zwei- beziehungsweise dreidimensionalen Datenfelds von Intensitätswerten, wird durch Fouriertransformation ein zwei- beziehungsweise dreidimensionales Datenfeld von MTF-Werten berechnet. Zu diesem Datenfeld wird rechnerisch durch ein Best-Fit-Verfahren eine optimale Anpassung an das MTF-Modellfeld gesucht, wobei sich die Anpassung durch eine Koordinatentransformation, also eine rechnerische räumliche Verschiebung und Verdrehung des gemessenen dreidimensionalen MTF-Datenfelds gegen das als ideal angenommene MTF-Modellfeld gefunden wird.According to the invention, the real test piece becomes a part of the measuring system itself. By metrological recording and subsequent evaluation of a two- or three-dimensional data field of intensity values, a two-dimensional or three-dimensional data field of MTF values is calculated by Fourier transformation. For this data field, an optimal adaptation to the MTF model field is mathematically searched by a best-fit method, wherein the adaptation by a coordinate transformation, ie a computational spatial displacement and rotation of the measured three-dimensional MTF data field against the MTF assumed to be ideal. Model field is found.
Hierdurch wird die reale Lage und die Orientierung des Prüflings relativ zu einer idealen Orientierung im Strahlengang rechnerisch ermittelt, wodurch es möglich wird, Orientierungsfehler des Prüflings zur weiteren Bestimmung von speziellen MTF-Werten praktisch vollständig zu eliminieren.As a result, the real position and the orientation of the specimen is computationally determined relative to an ideal orientation in the beam path, whereby it is possible to virtually completely eliminate orientation errors of the specimen for the further determination of specific MTF values.
In der vereinfachten Verfahrensvariante des Anspruchs 2 wird lediglich ein zweidimensionales Messdatenfeld erfasst, welches als eine Schnittebene und damit als eine Teilmenge eines dreidimensionalen Messdatenfelds betrachtet werden kann. Hierdurch kann, bei Inkaufnahme einer etwas geringeren Genauigkeit, auf einen Scanprozess verzichtet und der Messaufbau vereinfacht werden. Besonders vorteilhaft ist, dass das derart vereinfachte Prüfverfahren besonders schnell ausführbar ist.In the simplified method variant of
Das zu prüfende optische System kann eine einzelne optische Linse sein oder auch ein mehrere optische Linsen aufweisendes Linsensystem umfassen, wie beispielsweise ein Objektiv und insbesondere ein Kameraobjektiv.The optical system to be tested may be a single optical lens or may comprise a lens system comprising a plurality of optical lenses, such as a lens and in particular a camera lens.
Das zu prüfende optische System kann insbesondere auch ein Kamerasystem sein, welches aus zumindest einer vormontierten Anordnung eines Kameraobjektivs und eines optischen Detektors besteht. In diesem Fall kann vorteilhaft der optische Detektor des Kamerasystems zugleich als Detektor des Prüfverfahrens eingesetzt werden. Hierdurch berücksichtigt das Prüfverfahren nicht nur allein die optischen Eigenschaften des Kameraobjektivs sondern die Eigenschaften des gesamten Kamerasystems, inklusive der des Detektors und aller gegebenenfalls vorhandenen weiteren Zwischenelemente der optischen Strecke, sowie deren Anordnung und Ausrichtung.The optical system to be tested can in particular also be a camera system, which consists of at least one pre-assembled arrangement of a camera lens and an optical detector. In this case, advantageously, the optical detector of the camera system can also be used as a detector of the test method. As a result, the test method takes into account not only the optical properties of the camera lens but the properties of the entire camera system, including the detector and any other intermediate elements of the optical path, as well as their arrangement and orientation.
Die rechnerische Auswertung erfolgt in allen Fällen unter Verwendung einer Ausgleichsrechnung, die das aus aufgenommenen Intensitätswerten ermittelte zwei- beziehungsweise dreidimensionale MTF-Datenfeld bestmöglich an ein vorher bestimmtes dreidimensionales MTF-Modellfeld anpasst. Dieser Schritt wird hier auch als „Best-Fit“-Anpassung bezeichnet.The arithmetical evaluation takes place in all cases using a compensation calculation, which optimally adapts the two- or three-dimensional MTF data field determined from recorded intensity values to a previously determined three-dimensional MTF model field. This step is also referred to as a "best-fit" adjustment.
Aus den dabei rechnerisch ermittelten Best-Fit-Parametern sind vorteilhafterweise weitere Informationen bestimmbar, wie insbesondere die tatsächliche Orientierung des Prüflings relativ zur Messanordnung, und damit Positionierungsfehler des Prüflings, Positionierung- und Orientierungsfehler des Detektors (Kamerachip) hinter der Prüflingsoptik, sowie die genaue Lage der optischen Achse des Prüflings.From the computationally determined best-fit parameters advantageously further information can be determined, in particular the actual orientation of the specimen relative to the measuring arrangement, and thus positioning error of the specimen, positioning and orientation error of the detector (camera chip) behind the Prüflingsoptik, and the exact location the optical axis of the specimen.
Zur Erfassung eines Messdatenfelds des Prüflings wird vorzugsweise ein Scanverfahren verwendet, bei dem entweder der Abstand zwischen Detektor und Prüfling verändert wird, oder eine Defokussierung/Verschiebung der verwendeten Abbildungsoptik des Testmusters oder auch eine Verschiebung des Testmusters selbst vorgenommen wird. Dabei kann durch eine Defokussierung/Verschiebung der Abbildungsoptik des Testmusters eine deutlich höhere Scangenauigkeit erreicht werden als mit einer Verschiebung des Detektors hinter dem Prüfling.To capture a measured data field of the test object, a scanning method is preferably used in which either the distance between the detector and the test object is changed, or a defocusing / displacement of the imaging optics used of the test pattern or even a displacement of the test pattern itself is performed. It can be achieved by defocusing / shifting the imaging optics of the test pattern, a significantly higher scanning accuracy than with a shift of the detector behind the DUT.
Vorteilhaft ist es, aus den MTF-Werten, die aus Messdaten von durch den Detektor erfassten Bildpunkten gewonnen wurden, zusätzliche MTF-Werte zu nicht erfassten Bildpunkten zu interpolieren. Für eine solche Interpolation kann ein mathematisches Modell verwendet werden, das die theoretische räumliche Abhängigkeit der MTF-Werte aus dem dreidimensionalen MTF-Modellfeld des jeweiligen Prüflingsprototyps berücksichtigt.It is advantageous to interpolate from the MTF values, which were obtained from measurement data of pixels captured by the detector, additional MTF values to unrecorded pixels. For such an interpolation can a mathematical model that takes into account the theoretical spatial dependence of the MTF values from the three-dimensional MTF model field of the respective prototype prototype.
Ein Scan zur Erfassung eines Messdatenfelds kann insbesondere durch eine Veränderung des Abstands zwischen dem Testmuster und dem Prüfling oder durch eine Veränderung des Abstands zwischen dem Testmuster und der zusätzlichen Abbildungsoptik erfolgen. Beides ist besonders vorteilhaft zur Prüfung von Kamerasystemen mit einem Fix-Fokus-Objektiv, bei denen eine Bewegung des Detektors nicht möglich ist. Da in diesem Falle auf eine Verschiebung des Detektors verzichtet werden muss, kann für die Best-Fit-Auswertung hier nur die Teilmenge des dreidimensionalen Datenfelds von MTF-Werten verwendet werden, die sich aus der gegebenen festen Detektorposition ergibt.A scan for acquiring a measurement data field can be effected, in particular, by a change in the distance between the test pattern and the test object or by a change in the distance between the test pattern and the additional imaging optics. Both are particularly advantageous for testing camera systems with a fixed-focus lens, in which a movement of the detector is not possible. Since a shift of the detector has to be dispensed with in this case, only the subset of the three-dimensional data field of MTF values resulting from the given fixed detector position can be used here for the best-fit evaluation.
Bei einer Messdatenerfassung durch ein Scanverfahren kann auf die Verwendung einer Abbildungsoptik in vielen Fällen sogar verzichtet werden, da deren Funktion grundsätzlich auch mit einem beweglichen Testmuster erreicht werden kann. Einen ein dreidimensionales Datenfeld erfassenden Scan erreicht man in diesem Fall durch die Bewegung des Testmusters selbst. Eine Defokussierung erreicht man entweder dadurch, dass das Testmuster aus dem Schärfebereich des Prüflings verschoben wird oder dass man den Abstand des Detektors hinter der durch den Prüfling ausgebildeten Optik verändert, oder indem man beide Möglichkeiten nutzt.In a measurement data acquisition by a scanning method can be dispensed with the use of imaging optics in many cases even, since their function can be achieved in principle with a moving test pattern. Defocusing is achieved either by moving the test pattern out of the focus range of the test piece or by changing the distance of the detector behind the optics formed by the test piece or by using both options.
Vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass beim Scannen entlang der (hier willkürlich gewählten) z-Richtung eines Koordinatensystems, deren Lage möglichst gut mit der optischen Achse des Prüflings übereinstimmen soll, das Testmuster zusätzlich innerhalb der dazu senkrechten xy-Ebene bewegt wird. Hierdurch können MTF-Werte für eine höhere Zahl von
Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass beim Scannen eines Testmusters beziehungsweise von dessen Abbildung, zu jeder eingestellten Testmusterposition beziehungsweise Abbildungsposition in der
Ebenfalls vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass nur der Detektor bewegt wird, während das Testmuster und dessen Abbildung an einer festen Position gehalten werden. Dadurch werden nicht an allen Stellen hinter dem Prüfling Intensitätswerte beziehungsweise MTF-Werte ermittelt, sondern es wird nur diejenige Teilmenge erfasst, die zu dieser festen Position des Testmusters gehört.It can also be advantageously provided that only the detector is moved while the test pattern and its image are held at a fixed position. As a result, intensity values or MTF values are not determined at all points behind the test object, but only that subset belonging to this fixed position of the test pattern is detected.
Durch das bekannte Phänomen der Bildfeldwölbung einer optischen Abbildung liegen die durch die Prüflingsoptik scharf abgebildeten Punkte im Allgemeinen nicht innerhalb einer flachen sondern innerhalb einer gewölbten Ebene. Durch einen Scan, bei dem ausschließlich der Detektor bewegt wird, werden die Punkte innerhalb dieser gewölbten Ebene zwar vollständig erfasst. An diese kann aber nur eine Untermenge des vollständigen dreidimensionalen Modell-Datenfelds der MTF-Werte angepasst werden. Durch die Verwendung des Best-Fit-Verfahrens kann die Lage des Prüflings dabei aber annähernd so gut ermittelt werden, wie beim Vergleich mit einem vollständig erfassten dreidimensionalen MTF-Datenfeld.Due to the well-known phenomenon of field curvature of an optical image, the points sharply imaged by the specimen optics are generally not within a flat but within a curved plane. A scan that only moves the detector completely captures the points within that curved plane. However, only a subset of the complete three-dimensional model data field of the MTF values can be adapted to these. By using the best-fit method, however, the position of the test object can be determined almost as well as when compared with a fully acquired three-dimensional MTF data field.
Ebenso vorteilhaft kann alternativ vorgesehen werden, dass der Detektor an einer festen Position verbleibt, und relativ dazu nur das Testmuster und/oder die Abbildungsoptik bewegt wird. Dadurch lassen sich wiederum nicht an allen Stellen die MTF-Werte hinter dem Prüfling ermitteln, sondern nur die Teilmenge, die mit Hilfe die Intensitätserfassung an dieser einen Position des Detektors ermittelt werden kann. Die Verschiebung der Abbildungsoptik ersetzt aber die Bewegung des Detektors und ermöglicht es, trotz der Bildfeldwölbung, eine etwa gleiche Anzahl von Bildpunkten zu erfassen. Daraus kann eine ähnlich große Untermenge von dem vollständigen dreidimensionalen Datenfeld der MTF-Werte bestimmt werden wie bei einer Bewegung des Detektors. Auch hier kann durch die Anwendung des Best-Fit-Verfahrens die Position des Prüflings annähernd genauso gut ermittelt werden, wie beim Vergleich mit einem vollständigen dreidimensionalen Datenfeld der MTF-Werte.Equally advantageously, it can alternatively be provided that the detector remains at a fixed position, and relative thereto only the test pattern and / or the imaging optics is moved. As a result, the MTF values behind the test object can not be determined at all points, but only the subset which can be determined with the aid of the intensity detection at this one position of the detector. However, the shift of the imaging optics replaces the movement of the detector and makes it possible, despite the field curvature, to capture an approximately equal number of pixels. From this a similarly large subset of the complete three-dimensional data field of the MTF values can be determined as with a movement of the detector. Again, by applying the best fit method, the position of the device under test can be determined almost as well as when compared with a complete three dimensional data field of the MTF values.
Ebenso kann alternativ vorteilhaft vorgesehen werden, dass sowohl der Detektor, das Testmuster als auch die Abbildungsoptik an einer festen Position verbleiben Daraus kann zwar nur eine zweidimensionale Untermenge von dem vollständigen dreidimensionalen Datenfeld der MTF-Werte bestimmt werden. Auch hier kann durch die Anwendung des Best-Fit-Verfahrens die Position des Prüflings annähernd genauso gut ermittelt werden, wie beim Vergleich mit einem vollständigen dreidimensionalen Datenfeld der MTF-Werte.Likewise, alternatively, it can advantageously be provided that both the detector, the test pattern and the imaging optics remain at a fixed position. From this, only a two-dimensional subset of the complete three-dimensional data field of the MTF values can be determined. Again, by applying the best fit method, the position of the device under test can be determined almost as well as when compared with a complete three dimensional data field of the MTF values.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafter Varianten sollen nachfolgend anhand der schematischen Darstellungen der
Die
Vorgesehen ist eine Lichtquelle
Das Datenverarbeitungssystem
Das zu prüfende optische System
Ein idealisierter Messablauf wird durch die
Der Prüfling
Um mittels des zweidimensional registrierenden optischen Detektors
Die Erfassung erfolgt so in Form eines Scans, bei dem beispielsweise der Detektor
Alternativ oder zusätzlich kann auch das Target
Durch aufeinanderfolgenden Verschiebungen sowohl des Target
In jedem Fall wird das durch den Scan erhaltene dreidimensionale Datenfeld von Intensitätswerten I(
Bei der Auswertung wird zur Bestimmung der Abbildungsschärfe eine Fouriertransformation der Intensitätswerte I(
Idealisierend wurde bis hierhin angenommen, dass die Lage der optischen Achse
Dieses soll anhand der schematischen Darstellung der
Das Koordinatensystem
Bei einer realen Messung ist die optische Achse eines Prüflings
Durch die von der Idealposition abweichende Lage ergibt sich bei der optischen Erfassung des realen Prüflings
Obwohl der in dieser
In der Darstellung der
Durch die Verkippung und/oder Verschiebung des realen Prüflings
Von wesentlicher Bedeutung ist, dass eine Verkippung und/oder Verschiebung des realen Prüflings
Zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts kann man einen einzelnen Testmusterpunkt
Im Gegensatz zu der Intensitätsverteilung I(
In contrast to the intensity distribution I (
Die Ausrichtung des realen Prüflings
Wie bereits erwähnt, ergäbe sich bei einem zum Messsystem
Ein realer Prüfung
Im Messsystem
Aus der mittels des Detektors gemessenen Intensitätsverteilung I'(
Wegen der Kopplung der Schärfeverteilung an die Positionierung des Prüflings
Das empirisch bestimmte Datenfeld MTF'(
Zu bestimmen bleiben somit die Verschiebung und Verkippung der Koordinatensysteme
Diese Transformation T überführt entsprechend auch die MTF-Werte MTF'(
Problematisch hierbei ist, dass neben T auch MTF(
Der Zusammenhang zur Ermittlung der Koordinatentransformationsmatrix T lautet damit nun: MTF'(x, y, z) * T ≈ MTF_Modell(x, y, z).The relation to the determination of the coordinate transformation matrix T is thus now: MTF '(x, y, z) * T ≈ MTF_model (x, y, z).
Die Bestimmung der Koordinatentransformationsmatrix T erfolgt somit durch eine statistische Anpassung des aus gemessenen Intensitätswerten I'(
Die genaue Kenntnis der Positionierung des Messsystems
In manchen Fällen ist die Optik eines Prüflings
In der
Anders ausgedrückt: die MTF-Werte verschlechtern sich, erstens je weiter weg zur Seite von der Mitte zum Rand der
Um die Lage des Prüflings
Statt eines Kameraobjektivs als ein Einzelteil, besteht oftmals auch die Aufgabe, die optischen Eigenschaften einer vormontierten Kameraeinheit, die aus zumindest einem Kameraobjektiv und einem Bildsensor in einer festen räumlichen Anordnung besteht, zu vermessen. Da ein Durchstrahlen der gesamten Einheit nicht möglich ist, ist es zweckmäßig den Bildsensor der Kameraeinheit zugleich als Detektor
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante des Messaufbaus ist in der
Hierdurch können anstelle einer ansonsten relativ großen und teuren Abbildungsoptik mehrere insgesamt kostengünstigere kleinere Abbildungsoptiken
Bezugs- und FormelzeichenReference and formula symbols
- 11
- Optisches System (idealer Prüfling)Optical system (ideal test object)
- 1'1'
- realer Prüflingreal examinee
- 22
- AbbildungIllustration
- 2a, 2b, 2c2a, 2b, 2c
- MehrpunktmusterMore dot pattern
- 33
- Detektor (Kamerachip, CCD-Matrix)Detector (camera chip, CCD matrix)
- 55
- Testmustertest pattern
- 66
- Abbildungsoptikimaging optics
- 5a, 5b, 5c5a, 5b, 5c
- Einzelmusterindividual samples
- 6a, 6b, 6c6a, 6b, 6c
- Abbildungsoptik (mehrteilig)Imaging optics (multi-part)
- 7a, 7b, 7c7a, 7b, 7c
- Teilbereichesubregions
- 99
- Bildfeld (Schärfeebene, Fokusebene, gewölbte Bildebene)Image field (sharpness plane, focal plane, curved image plane)
- 10, 10'10, 10 '
- Optische AchseOptical axis
- 1111
- Targettarget
- 1212
- Antriebsvorrichtung (Target-Antrieb)Drive device (target drive)
- 1313
- (Detektor-)Antriebsvorrichtung(Detector) drive device
- 1414
- Rechner (Steuerung)Computer (control)
- 1515
- Strahlengangbeam path
- 1616
- Lichtquellelight source
- 1717
- DatenverarbeitungssystemData processing system
- 1818
- Antriebsvorrichtung (Abbildungsoptik-Antrieb)Drive device (imaging optics drive)
- 19, 19'19, 19 '
- TestmusterpunktTest pattern point
- 20, 20'20, 20 '
- Abbildungspunkt imaging point
- ff
- Brennweitefocal length
- I(x, y, z)I (x, y, z)
- Intensitätsdatenfeld (ideal positionierter Prüfling)Intensity data field (ideally positioned candidate)
- I' (x, y, z)I '(x, y, z)
- Intensitätsdatenfeld (real positionierter Prüfling)Intensity data field (real positioned candidate)
- MTF(x, y, z)MTF (x, y, z)
- MTF-Datenfeld (ideal positionierter Prüfling)MTF data field (ideally positioned specimen)
- MTF'(x, y, z)MTF '(x, y, z)
- MTF-Datenfeld (real positionierter Prüfling)MTF data field (real positioned test sample)
- MTF'(x', y', z')MTF '(x', y ', z')
- Datenfeld von MTF-Werten (im Koordinatensystem S' des Prüflings)Data field of MTF values (in the coordinate system S 'of the test object)
- MTF_Modell(x, y, z)MTF_model (x, y, z)
- MTF-ModellfeldMTF model field
- SS
- Koordinatensystem des MesssystemsCoordinate system of the measuring system
- S'S '
- Koordinatensystem des PrüflingsCoordinate system of the test object
- TT
- Transformationsmatrix (Koordinatentransformation)Transformation matrix (coordinate transformation)
Claims (12)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102017009334.2A DE102017009334B3 (en) | 2017-10-07 | 2017-10-07 | Method for testing an optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017009334.2A DE102017009334B3 (en) | 2017-10-07 | 2017-10-07 | Method for testing an optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102017009334B3 true DE102017009334B3 (en) | 2019-03-21 |
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ID=65526940
Family Applications (1)
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| DE102017009334.2A Active DE102017009334B3 (en) | 2017-10-07 | 2017-10-07 | Method for testing an optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2017
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