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DE102017009334B3 - Method for testing an optical system - Google Patents

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DE102017009334B3
DE102017009334B3 DE102017009334.2A DE102017009334A DE102017009334B3 DE 102017009334 B3 DE102017009334 B3 DE 102017009334B3 DE 102017009334 A DE102017009334 A DE 102017009334A DE 102017009334 B3 DE102017009334 B3 DE 102017009334B3
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Germany
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mtf
detector
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dimensional
specimen
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DE102017009334.2A
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German (de)
Inventor
Maxim Darscht
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Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Original Assignee
Leopold Kostal GmbH and Co KG
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    • GPHYSICS
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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.

Figure DE102017009334B3_0000
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.
Figure DE102017009334B3_0000

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 DE 198 23 844 C1 ist ein Linsenprüfgerät bekannt, welches zur Prüfung der Abbildungseigenschaften von Objektiven durch Messung der Modulationstransformationsfunktion vorgesehen ist. Als Detektor wird hierbei insbesondere eine CCD-Kamera mit einer nachgeschalteten elektronischen Bildauswerteeinrichtung vorgeschlagen. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit wird ein Aufbau mit einer Halterung beschrieben, an der das zu prüfenden Objektiv verschwenkbar gelagert ist.From the German patent DE 198 23 844 C1 For example, a lens tester is known which is provided for testing the imaging properties of lenses by measuring the modulation transformation function. In this case, a CCD camera with a downstream electronic image evaluation device is proposed in particular as the detector. To improve the measurement accuracy, a construction is described with a holder on which the lens to be tested is mounted pivotably.

Auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 38 42 144 A1 beschreibt ein Verfahren zum Prüfen eines optischen Systems. Zur Bildaufnahme wird hier ein zweidimensionales CCD-Flächenarray verwendet. Zur Prüfung von hochwertigen Objektiven wird die Verwendung einer dreidimensionalen Modulationstransformationsfunktion vorgeschlagen, bei der eine Kontrastauswertung in mehreren Richtungen erfolgt. Dazu werden die Verwendung eines Radialgitters und eine Messung unter verschiedenen Winkeln vorgeschlagen, um die Richtungen von Dezentrierungen und Astigmatismus zu bestimmen. Die in diesen Dokument vorgeschlagene Prüfvorrichtung erfordert eine genaue Ausrichtung der optischen Achse des Prüflings, die auf eine nicht näher beschriebene Weise durch ein Bildverarbeitungssystem gesteuert und durch ein Okular visuell kontrolliert werden soll.Also the German publication DE 38 42 144 A1 describes a method for testing an optical system. For image acquisition, a two-dimensional CCD area array is used here. For the testing of high-quality lenses, the use of a three-dimensional modulation transformation function is proposed in which a contrast evaluation takes place in several directions. For this purpose, the use of a radial lattice and a measurement at different angles are proposed to determine the directions of decentration and astigmatism. The test apparatus proposed in this document requires a precise alignment of the optical axis of the specimen to be controlled in an unspecified manner by an image processing system and visually inspected by an eyepiece.

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 claim 1 or alternatively by the characterizing features of claim 2.

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 claim 2, only a two-dimensional measurement data field is detected, which can be regarded as a sectional plane and thus as a subset of a three-dimensional measurement data field. As a result, if a slightly lower accuracy is accepted, a scanning process can be dispensed with and the measurement setup can be simplified. It is particularly advantageous that the thus simplified test method can be carried out particularly quickly.

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 x-, y-, und z-Positionen durch eine direkte Messung anstatt durch Interpolation erhalten werden.Advantageously, it can be provided that during scanning along the (here arbitrarily chosen) z-direction of a coordinate system whose position should correspond as well as possible to the optical axis of the specimen, the test pattern is additionally moved within the perpendicular xy plane. This allows MTF values for a higher number of x - y -, and z Positions are obtained by a direct measurement instead of by interpolation.

Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass beim Scannen eines Testmusters beziehungsweise von dessen Abbildung, zu jeder eingestellten Testmusterposition beziehungsweise Abbildungsposition in der z-Richtung, ein vollständiges dreidimensionales Intensitätswerte-Datenfeld hinter dem Prüfling durch eine Bewegung des Detektors innerhalb der xy-Ebene erfasst wird.Advantageously, it can also be provided that when scanning a test pattern or its image, for each set test pattern position or imaging position in the z Direction, a complete three-dimensional intensity values data field behind the DUT is detected by movement of the detector within the xy plane.

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 1 bis 4 weiter erläutert werden.The principle of the method according to the invention and advantageous variants will be described below with reference to the schematic representations of 1 to 4 be explained further.

Die 4 stellt schematisch einen Messaufbau zum vorgeschlagenen Verfahren dar. Skizziert sind die erforderlichen Komponenten, sowie deren relative Anordnung zueinander, wobei auf eine maßstabstreue Darstellung verzichtet wird.The 4 schematically represents a measurement setup for the proposed method. Sketched are the required components, as well as their Relative arrangement to each other, being dispensed with a scale true representation.

Vorgesehen ist eine Lichtquelle 16, welche ein Target 11 be- oder durchleuchtet. Auf dem Target 11 ist ein Testmuster 5 aufgebracht, welches beispielsweise als ein Fadenkreuz oder auch als ein linear oder flächig aufgebrachtes Punktmuster ausgeführt sein kann. Mit Hilfe einer Abbildungsoptik 6 wird von dem Testmuster 5 eine Zwischenabbildung erzeugt, welche vom dem zu prüfenden optischen System 1 als auf einen zweidimensional registrierenden Detektor 3 abgebildet wird. Der Detektor 3 ist vorzugsweise als ein als CCD-Matrix ausgebildeter Kamerachip ausgeführt und mit einem Datenverarbeitungssystem 17 gekoppelt.Provided is a light source 16 which is a target 11 illuminated or illuminated. On the target 11 is a test pattern 5 applied, which may be performed, for example, as a crosshair or as a linear or surface applied dot pattern. With the help of an imaging optics 6 is from the test pattern 5 generates an intermediate image which is from the optical system to be tested 1 when on a two-dimensionally registering detector 3 is shown. The detector 3 is preferably designed as a camera chip designed as a CCD camera chip and with a data processing system 17 coupled.

Das Datenverarbeitungssystem 17 wird durch einen Rechner 14 gebildet, der eine bildverarbeitende Software ausführt. Der Rechner 14 kann beispielsweise ein üblicher Personalcomputer sein. Darüber hinaus ist mindestens eine durch den Rechner 14 gesteuerte Antriebsvorrichtung 12, 13, 18 vorhanden, welche das Target 11 und/oder den Detektor 3 und/oder die Abbildungsoptik 6 in Richtung des optischen Strahlengangs 15 bewegen kann, welche hier willkürlich als z-Richtung festgelegt ist. Optional können die Antriebsvorrichtungen 12, 13, 18 das Target 11, den Detektor 3 und/oder die Abbildungsoptik 6 auch innerhalb der xy-Ebene senkrecht zu der Richtung des Strahlengangs 15 verschieben.The data processing system 17 is through a calculator 14 formed, which executes an image processing software. The computer 14 may for example be a standard personal computer. In addition, at least one is through the computer 14 controlled drive device 12 . 13 . 18 present the target 11 and / or the detector 3 and / or the imaging optics 6 in the direction of the optical beam path 15 which is arbitrarily set as z-direction here. Optionally, the drive devices 12 . 13 . 18 the target 11 , the detector 3 and / or the imaging optics 6 also within the xy plane perpendicular to the direction of the beam path 15 move.

Das zu prüfende optische System 1 („Prüfling“) kann beispielsweise aus einer optischen Linse oder einem Linsensystem, wie etwa einem Kameraobjektiv bestehen. Alternativ kann der Prüfling 1 auch eine vormontierte Kameraeinheit sein, die zumindest aus einem Linsensystem und einem Bildsensor besteht. In diesem Fall kann der Bildsensor der Kameraeinheit vorteilhaft zugleich den Detektor 3 des Prüfsystems bilden, und zu diesem Zweck mit dem Datenverarbeitungssystem 17 verbunden werden.The optical system to be tested 1 ("DUT") may for example consist of an optical lens or a lens system, such as a camera lens. Alternatively, the examinee 1 also be a preassembled camera unit, which consists of at least a lens system and an image sensor. In this case, the image sensor of the camera unit can advantageously also be the detector 3 form the test system, and for this purpose with the data processing system 17 get connected.

Ein idealisierter Messablauf wird durch die 2 erläutert. Schematisch dargestellt sind das Target 11 mit dem Testmuster 5, die durch eine einzelne Linse symbolisierte Abbildungsoptik 6, sowie der durch eine weitere einzelne Linse symbolisch dargestellte Prüfling 1. Zusätzlich ist ein Koordinatendreibein eingezeichnet, welches die drei auf den Messaufbau bezogenen zueinander senkrechten Richtungen x, y, z kennzeichnet, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.An idealized measuring procedure is achieved by the 2 explained. Schematically represented are the target 11 with the test pattern 5 , the imaging optics symbolized by a single lens 6 , as well as the specimen symbolically represented by another single lens 1 , In addition, a coordinate friction is drawn, which shows the three mutually perpendicular directions in the measurement setup x . y . z referred to hereinafter.

Der Prüfling 1 bildet das auf dem Target 11 angeordnete und durch die Lichtquelle 16 beleuchtete Testmuster 5 auf den Detektor 3 ab. Zwischen dem Target 11 und dem Prüfling 1 ist die Abbildungsoptik 6 eingefügt. Die Abbildungsoptik 6 bereitet das Strahlenbündel vor dem Prüfling 1 so auf, dass die jeweiligen Prüfanforderungen erfüllt werden. So kann die Abbildungsoptik 6 zum Beispiel eine hier nicht dargestellte Zwischenabbildung des Testmusters 5 herstellen, die etwa im Unendlichen vor dem Prüfling 1 liegen kann.The examinee 1 make that on the target 11 arranged and by the light source 16 illuminated test pattern 5 on the detector 3 from. Between the target 11 and the examinee 1 is the imaging optics 6 inserted. The imaging optics 6 prepares the beam in front of the test object 1 so that the respective test requirements are met. So can the imaging optics 6 For example, an intermediate image of the test pattern, not shown here 5 produce, for example, at infinity in front of the examinee 1 can lie.

Um mittels des zweidimensional registrierenden optischen Detektors 3 ein dreidimensionales Datenfeld von Lichtintensitätswerten I(x, y, z) zu erfassen, werden mehrere Bildaufnahmen vorgenommen, bei denen nach jeder Aufnahme die relative Positionierung der optische Komponenten Target 11, Abbildungsoptik 6 und Detektor 3 relativ zueinander verändert wird. Dies geschieht dadurch, dass mindestens eine dieser Komponenten 11, 6, 3 durch eine Antriebsvorrichtung in oder entgegen der Richtung des Strahlengangs 15 bewegt wird.To by means of the two-dimensionally registering optical detector 3 a three-dimensional array of light intensity values I ( x . y . z ), several images are taken, in which, after each shot, the relative positioning of the optical components Target 11 , Imaging optics 6 and detector 3 is changed relative to each other. This happens because at least one of these components 11 . 6 . 3 by a drive device in or against the direction of the beam path 15 is moved.

Die Erfassung erfolgt so in Form eines Scans, bei dem beispielsweise der Detektor 3 wiederholt um einen vorgegebenen geringen Abstand in oder entgegen der z-Richtung verschoben wird und nach jeder Verschiebung eine Bildaufnahme der xy-Ebene vornimmt.The detection takes place in the form of a scan in which, for example, the detector 3 repeated by a predetermined small distance in or against the z Direction is moved and makes an image capture of the xy plane after each shift.

Alternativ oder zusätzlich kann auch das Target 11 in der z-Richtung gegen den Prüfling 1 verschoben werden, was hier durch eine dreifache Darstellung des Targets 11 symbolisch angedeutet ist. Da sich bei einer Verschiebung des Targets 11 auch die des Targets 11 gegen den Detektor 3 verschiebt, erfasst so der zweidimensional messende Detektor 3 wiederum ein dreidimensionales Intensitätsdatenfeld I(x, y, z).Alternatively or additionally, the target can also be used 11 in the z-direction against the test object 1 be moved, which here by a triple representation of the target 11 symbolically indicated. As with a shift of the target 11 also the of the target 11 against the detector 3 shifts, so detects the two-dimensionally measuring detector 3 again a three-dimensional intensity data field I ( x . y . z ).

Durch aufeinanderfolgenden Verschiebungen sowohl des Target 11 als auch des Detektors 3 kann darüber hinaus sogar für jede einzelne z-Position des Targets 11 ein dreidimensionales Datenfeld einer Lichtintensitätsverteilung I(x, y, z) aufgenommen werden, wodurch sich eine große auswertbare Datenmenge ergibt.By successive shifts of both the target 11 as well as the detector 3 In addition, even for each one z Position of the target 11 a three-dimensional data field of a light intensity distribution I (x, y, z) are recorded, resulting in a large evaluable amount of data.

In jedem Fall wird das durch den Scan erhaltene dreidimensionale Datenfeld von Intensitätswerten I(x, y, z) (oder ein entsprechendes zweidimensionales Datenfeldwenn auf der Scanverfahren verzichtet wird) auf das in der 4 dargestellte Datenverarbeitungssystem 17 übertragen und durch dieses ausgewertet.In any case, the three-dimensional array of intensity values I ( x . y . z ) (or a corresponding two-dimensional data field when the scanning method is omitted) to that in the 4 illustrated data processing system 17 transmitted and evaluated by this.

Bei der Auswertung wird zur Bestimmung der Abbildungsschärfe eine Fouriertransformation der Intensitätswerte I(x, y, z) jeweils in einem Umgebungsbereich um die den Intensitätswerten I(x, y, z) zugeordneten Raumpunkten (x, y, z) herum durchgeführt. Die Fouriertransformation wird anschließend mittels einer Referenz-Fouriertransformation normiert, um die Werte der Modulationstransformationsfunktion MTF(x, y, z) zu diesen Raumpunkten (x, y, z) hinter dem Prüfling 1 zu ergeben. Die Referenz-Fouriertransformation ist dabei die Fouriertransformation des Testmusters 5, welche sich aus der Form des verwendeten Testmusters 5 berechnen lässt.In the evaluation, a Fourier transformation of the intensity values I ( x . y . z ) in each case in a surrounding area around the intensity values I ( x . y . z ) assigned spatial points ( x . y . z ) performed around. The Fourier transformation is subsequently normalized by means of a reference Fourier transformation in order to obtain the values of the modulation transformation function MTF (FIG. x . y . z ) to these points in space ( x . y . z ) behind the examinee 1 to surrender. The reference Fourier transformation is the Fourier transformation of the test pattern 5 arising from the shape of the test pattern used 5 can be calculated.

Idealisierend wurde bis hierhin angenommen, dass die Lage der optischen Achse 10 des zu prüfende optischen Systems 1 genau in der Richtung des Strahlengangs 15 und in der Scanrichtung des Detektors 3, also genau parallel zur dargestellten z-Richtung der Messanordnung ausgerichtet ist, und dass das zu prüfende optische System 1 sich im Abstand der eigenen Brennweite f vom Detektor 3 befindet. Diese Voraussetzungen sind für reale Messungen nur näherungsweise zu erfüllen, und es hat sich gezeigt, dass genau hierdurch die erreichbare Genauigkeit von Messungen der Modulationstransformationsfunktion MTF(x, y, z) wesentlich begrenzt wird.Idealizing was until now assumed that the position of the optical axis 10 of the optical system to be tested 1 exactly in the direction of the beam path 15 and in the scanning direction of the detector 3 , That is aligned exactly parallel to the illustrated z-direction of the measuring arrangement, and that the optical system to be tested 1 at the distance of their own focal length f from the detector 3 located. These assumptions are only approximately true for real measurements, and it has been found that precisely in this way the achievable accuracy of measurements of the modulation transformation function MTF (FIG. x . y . z ) is significantly limited.

Dieses soll anhand der schematischen Darstellung der 1 erläutert werden. Skizziert ist wiederum ein Messaufbau wie in der 2, wobei auf eine Darstellung des Detektors 3 hier verzichtet wurde.This will be described with reference to the schematic representation of 1 be explained. Outlined in turn is a measurement setup as in the 2 , referring to a representation of the detector 3 was omitted here.

Das Koordinatensystem S der Messanordnung weist wiederum die Richtungen x, y, z auf. Ein ideal mit der optischen Achse 10 parallel zur z-Richtung ausgerichteter Prüfling 1 ist schematisch als eine Linsenkontur mit einem strichliniertem Rand dargestellt. Als Abbildung des Targets 5 durch diesen ideal ausgerichteten Prüfling 1 würde der Detektor das mit hellen Punkten dargestellte Punktmuster mit den Intensitätswerten I(x, y, z) erfassen.The coordinate system S the measuring arrangement again has the directions x . y . z on. An ideal with the optical axis 10 parallel to the z-direction aligned specimen 1 is shown schematically as a lens contour with a dashed edge. As a picture of the target 5 through this ideally aligned test piece 1 the detector would use the dot pattern shown with bright dots with the intensity values I ( x . y . z ) to capture.

Bei einer realen Messung ist die optische Achse eines Prüflings 1' allerdings nie genau parallel zur z-Richtung der Messanordnung ausgerichtet. Dem hier als Linsenkontur mit einer durchgezogenen Linie dargestellten realen Prüfling 1' kann ein eigenes Koordinatensystem S' zugeordnet werden, dessen Achsen x' y', z' alle (hier übertrieben stark dargestellt) nichtparallel zu den Achsen x, y, z des Koordinatensystems S der Messanordnung angenommen werden können. Insbesondere ist die als z'-Achse dargestellte Richtung der optischen Achse 10' des Prüflings 1' im Allgemeinen sowohl gegen die x- als auch gegen die y-Richtung des Koordinatensystems S der Messanordnung um jeweils einen nicht bekannten Winkel verkippt und um einen nicht bekannten Betrag verschoben.In a real measurement is the optical axis of a DUT 1' but never exactly parallel to z Direction of the measuring arrangement aligned. The here as Linsenkontur represented by a solid line real sample 1' can have its own coordinate system S ' be assigned, whose axes x ' y ' . z ' all (exaggerated here) not parallel to the axes x . y . z of the coordinate system S the measuring arrangement can be accepted. In particular, the as z ' -Axis represented direction of the optical axis 10 ' of the test piece 1' In general, tilted against both the x and the y direction of the coordinate system S of the measuring arrangement by a respective unknown angle and shifted by an unknown amount.

Durch die von der Idealposition abweichende Lage ergibt sich bei der optischen Erfassung des realen Prüflings 1' im Koordinatensystem S des Messsystems ein deutlich abweichendes Muster von Intensitätswerten I' (x, y, z), welches hier symbolisch mit dunklen Punkten dargestellt ist, deren Lagen und Abbildungsschärfen sich deutlich von denen des hellen Punktmuster eines ideal ausgerichteten Prüflings 1 unterscheiden.By deviating from the ideal position results in the optical detection of the real DUT 1' in the coordinate system S of the measuring system a clearly deviating pattern of intensity values I '( x . y . z ), which is represented here symbolically with dark dots, their positions and image sharpnesses clearly from those of the bright dot pattern of an ideally aligned test object 1 differ.

Obwohl der in dieser 1 nicht dargestellte Detektor an jedem Punkt seiner Sensoroberfläche natürlich Intensitätswerte erfasst, sind jedoch zur Bestimmung der Abbildungsqualität eines realen Prüflings 1' weniger die absoluten Intensitäten I' (x, y, z) von abgebildeten Punkten interessant, als deren flächige oder räumliche Ausdehnungen. Die Durchmesser von zwei- oder dreidimensional erfassten Abbildungspunkten stellen ein Maß für die Abbildungsschärfe dar, und werden durch die Werte MTF'(x, y, z) der Modulationstransferfunktion MTF beschrieben.Although in this 1 The detector, not shown, naturally detects intensity values at each point of its sensor surface, but is used to determine the imaging quality of a real test object 1' less the absolute intensities I '( x . y . z ) of mapped points are interesting, as their areal or spatial expansions. The diameters of two- or three-dimensionally detected imaging points represent a measure of the image sharpness, and are represented by the values MTF '(FIG. x . y . z ) of the modulation transfer function MTF.

In der Darstellung der 1 repräsentieren größere Punkte Werte MTF(x, y, z) beziehungsweise MTF'(x, y, z) mit größere Unschärfe und kleinere Punkte MTF-Werte mit einer höheren Abbildungsschärfe. In dem hier dargestellten Beispiel liegen die MTF-Werte mit der geringsten Unschärfe direkt auf der optischen Achse 10, 10' sowohl des idealen als auch des realen Prüflings 1 bzw. 1'.In the presentation of the 1 represent larger points values MTF ( x . y . z ) or MTF '( x . y . z ) with greater blur and smaller points MTF values with a higher image sharpness. In the example shown here, the MTF values with the least fuzziness are directly on the optical axis 10 . 10 ' both the ideal and the real sample 1 respectively. 1' ,

Durch die Verkippung und/oder Verschiebung des realen Prüflings 1' gegenüber seiner Idealposition im Messsystem S weicht auch die Lage und die Schärfe der Punkte des dunkel dargestellten Punktmusters deutlich von den entsprechenden Werten des hellen Punktmusters eines ideal orientierten Prüflings 1 ab.By tilting and / or shifting the real test object 1' opposite to its ideal position in the measuring system S The position and the sharpness of the dots of the dark-colored dot pattern also deviate significantly from the corresponding values of the bright dot pattern of an ideally oriented sample 1 from.

Von wesentlicher Bedeutung ist, dass eine Verkippung und/oder Verschiebung des realen Prüflings 1' gegenüber seiner Idealposition im Messsystem S die Abbildung des Testmusters 5 auf dem Detektor nicht im gleichen Maße verdreht oder verschiebt. Dies bedeutet, dass die Intensitätsverteilung I(x, y, z) bei einer Verschiebung oder Verkippung eines Prüflings 1 aus seiner Idealposition nicht dieser Verschiebung oder Verkippung folgt. Dies bedeutet, dass sich aus dem Intensitätsmuster I'(x, y, z) eines realen Prüflings 1' selbst dann nicht die Verschiebung oder Verkippung berechnen lässt, wenn die Intensitätsverteilung I(x, y, z) eines ideal positionierten Prüflings 1 genau bekannt wäre.It is essential that a tilting and / or displacement of the real test object 1' compared to its ideal position in the measuring system S, the image of the test pattern 5 on the detector is not twisted or displaced to the same extent. This means that the intensity distribution I ( x . y . z ) during a displacement or tilting of a test object 1 his ideal position does not follow this shift or tilt. This means that from the intensity pattern I '( x . y . z ) of a real test object 1' even if the intensity distribution I ( x . y . z ) of an ideally positioned specimen 1 would be known exactly.

Zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts kann man einen einzelnen Testmusterpunkt 19 betrachten, der im Falle des idealen Prüflings 1 direkt auf dessen optischer Achse 10 liegt und dessen scharf abgebildeter Abbildungspunkt 20 entsprechend auch im Bildfeld auf der optische Achse 10 des idealen Prüflings 1 liegt. In der leicht verdrehten Lage des realen Prüflings 1' wird dieser Testmusterpunkt 19 nicht mehr auf dessen optischer Achse 10' liegen; dafür gibt es nun einen anderen Testmusterpunkt 19', der auf der optische Achse 10' des realen Prüflings 1' liegt, sowie einen zugehörigen Abbildungspunkt 20', der einen optimalen MTF-Wert aufweist. Somit kann man die Lage der optische Achse 10' des realen Prüflings 1' nicht aus bestimmten Testmusterpunkten bzw. Abbildungspunkten, dafür aber anhand der Lage der schärfsten Punkten ermitteln. Hierzu ist es erforderlich, dass genügend Abbildungspunkte für eine statistische Auswertung vorhanden sind.
Im Gegensatz zu der Intensitätsverteilung I(x, y, z) bzw. I'(x, y, z) sind die Schärfeverteilung und damit die Werte der Modulationstransferfunktion MTF(x, y, z) bzw. MTF'(x, y, z) räumlich fest mit der Lage des Prüflings 1, 1' verbunden. Daher werden zur Bestimmung der Lage und Position des realen Prüflings 1' relativ zum Messsystem S nicht die Positionen der Punkte der Intensitätsverteilung I'(x, y, z) verwendet, sondern deren Schärfeverteilung. Diese ist durch ein dreidimensionale Datenfeld MTF'(x, y, z) gegeben, die durch eine Fouriertransformation aus der ermittelten Intensitätsverteilung I'(x, y, z) berechnet wird.
To clarify this fact, one can use a single test pattern point 19 consider that in the case of the ideal examinee 1 directly on its optical axis 10 lies and its sharply imaged picture point 20 correspondingly also in the image field on the optical axis 10 the ideal test object 1 lies. In the slightly twisted position of the real test object 1' becomes this test pattern point 19 no longer on its optical axis 10 ' lie; there is now another test pattern point 19 ' that is on the optical axis 10 ' of the real test object 1' is located, as well as an associated image point 20 ' which has an optimum MTF value. Thus one can the position of the optical axis 10 ' of the real test object 1' not determined from specific test pattern points or imaging points, but on the basis of the location of the sharpest points. For this, it is necessary that there are enough imaging points for a statistical evaluation.
In contrast to the intensity distribution I ( x . y . z ) or I ' (x . y . z ) are the sharpness distribution and thus the values of the modulation transfer function MTF ( x . y . z ) or MTF '( x . y . z ) spatially fixed with the location of the specimen 1 . 1' connected. Therefore, to determine the location and position of the real test object 1' relative to the measuring system S, not the positions of the points of the intensity distribution I '( x . y . z ), but their sharpness distribution. This is represented by a three-dimensional data field MTF '( x . y . z ) given by a Fourier transformation from the determined intensity distribution I '( x . y . z ) is calculated.

Die Ausrichtung des realen Prüflings 1' relativ zum Messsystem S mit den Koordinatenrichtungen x, y, z wird wie folgt bestimmt.The orientation of the real test object 1' relative to the measuring system S with the coordinate directions x . y . z is determined as follows.

Wie bereits erwähnt, ergäbe sich bei einem zum Messsystem S ideal ausgerichteten Prüfling 1 eine durch den Detektor erfassbare Intensitätsverteilung I(x, y, z). Durch eine Fouriertransformation könnte aus dieser Intensitätsverteilung I(x, y, z) ein dreidimensionales Datenfeld von MTF-Werten MTF(x, y, z) berechnet werden. Einzelne MTF-Werte an definierten Stellen dieses Datenfelds MTF(x, y, z) könnten zur Qualitätsbeschreibung des Prüflings heran gezogen werden und die Aufgabe wäre damit erfüllt.As already mentioned, one would lead to the measuring system S ideally aligned test piece 1 a detectable by the detector intensity distribution I ( x, y . z ). Fourier transformation could result in this intensity distribution I ( x . y . z ) a three-dimensional array of MTF values MTF ( x . y . z ) be calculated. Individual MTF values at defined points of this data field MTF ( x . y . z ) could be used to describe the quality of the candidate and the task would be fulfilled.

Ein realer Prüfung 1' ist dagegen gegen das Messsystem S verkippt und verschoben und kann daher durch ein eigenes Koordinatensystem S' mit den Koordinatenrichtungen x', y', z' beschrieben werden, wobei die Richtung z' mit der Richtung der realen optischen Achse 10' übereinstimmt.A real exam 1' is against the measuring system S tilted and moved, and therefore can by its own coordinate system S ' with the coordinate directions x ' . y ' . z ' the direction z 'with the direction of the real optical axis 10 ' matches.

Im Messsystem S erzeugt der reale Prüfling 1' eine Intensitätsverteilung I'(x, y, z), die von der idealen Intensitätsverteilung I(x, y, z) abweicht, die aber die Abweichung des realen Prüflings 1' von der Position des idealen Prüflings 1 nicht direkt wiedergibt.In the measuring system S generates the real test object 1' an intensity distribution I '( x . y . z ), which differ from the ideal intensity distribution I ( x . y . z ), but the deviation of the real test object 1' from the position of the ideal test object 1 not directly reproduces.

Aus der mittels des Detektors gemessenen Intensitätsverteilung I'(x, y, z) des realen Prüflings 1' wird nun durch eine Fouriertransformation ein dreidimensionales Datenfeld MTF'(x, y, z) berechnet, welche auf das Messsystem S bezogen ist.From the intensity distribution I 'measured by the detector ( x . y . z ) of the real test object 1' Now, by means of a Fourier transformation, a three-dimensional data field MTF '( x . y . z ) calculated on the measuring system S is related.

Wegen der Kopplung der Schärfeverteilung an die Positionierung des Prüflings 1' entspricht das gesuchte Datenfeld MTF(x, y, z) dem Datenfeld MTF'(x', y', z'), das auf das Koordinatensystem S' des realen Prüflings 1' bezogen ist.Because of the coupling of the sharpness distribution to the positioning of the test object 1' corresponds to the searched data field MTF ( x . y . z ) the data field MTF '( x ' . y ' , z ') on the coordinate system S ' of the real test object 1' is related.

Das empirisch bestimmte Datenfeld MTF'(x, y, z) ist somit noch in das Koordinatensystem S' des realen Prüflings 1' umzurechnen, um das Datenfeld MTF'(x', y', z') und entsprechend zugleich das Datenfeld MTF(x, y, z) zu erhalten.The empirically determined data field MTF '( x . y . z ) is thus still in the coordinate system S ' of the real test object 1' to convert the data field MTF '( x ' . y ' . z ' ) and correspondingly at the same time the data field MTF ( x . y . z ) to obtain.

Zu bestimmen bleiben somit die Verschiebung und Verkippung der Koordinatensysteme S und S' gegeneinander. Diese Eigenschaften können vollständig durch eine Koordinatentransformation beschrieben werden, also etwa durch eine Transformationsmatrix T, die das Koordinatensystem S in das Koordinatensystem S' überführt.Thus, the displacement and tilt of the coordinate systems remain to be determined S and S ' up to today. These properties can be completely described by a coordinate transformation, for example by a transformation matrix T that the coordinate system S in the coordinate system S ' transferred.

Diese Transformation T überführt entsprechend auch die MTF-Werte MTF'(x, y, z) in das Datenfeld MTF'(x', y', z') und damit zugleich in das Datenfeld eines ideal positionierten Prüflings 1 MTF(x, y, z) und zwar durch die Operation: MTF ' ( x ,  y ,  z ) * T = MTF ' ( x ' ,  y ' ,  z ' ) MTF ( x ,  y ,  z ) .

Figure DE102017009334B3_0001
This transformation T also converts the MTF values MTF '( x . y . z ) into the data field MTF '( x ' . y ' . z ' ) and thus at the same time into the data field of an ideally positioned test object 1 MTF ( x . y . z ) through the operation: MTF ' ( x . y . z ) * T = MTF ' ( x ' . y ' . z ' ) MTF ( x . y . z ) ,
Figure DE102017009334B3_0001

Problematisch hierbei ist, dass neben T auch MTF(x, y, z) noch nicht bekannt ist. MTF(x, y, z) wird daher durch ein Modelldatenfeld MTF_Modell(x, y, z) ersetzt, welches entweder aus der bekannten Geometrie eines idealen Prüflings 1 durch theoretische Berechnungen, oder durch empirische Erfassung von Messdaten von Prototypen realer Prüflinge 1' und einer Mittelwertbildung gewonnen wird.The problem here is that in addition to T also MTF ( x . y . z ) is not yet known. MTF ( x . y . z ) therefore becomes a model data field MTF_Model (x . y . z ), which either from the known geometry of an ideal test specimen 1 by theoretical calculations, or by empirical acquisition of measurement data from prototypes of real candidates 1' and averaging is obtained.

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'(x, y, z) berechneten Datenfelds MTF'(x, y, z) und einem vorab bestimmten Modelldatenfeld MTF _Modell(x, y, z). Die Anpassung erfolgt dabei nach einem Best-Fit-Verfahren, welches die Koordinatentransformationsmatrix T so bestimmt, dass die Abweichungen zwischen den Datenfelder MTF'(x, y, z) * T und MTF_Modell(x, y, z) insgesamt minimal werden. Durch die statistische Auswertung einer möglichst großen Anzahl von Messpunkten kann aus der Transformationsmatrix auch die Position des realen Prüflings 1' relativ zum Messsystem S mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden. Die Positionierungsfehler des Prüflings 1' relativ zum Messsystem S spielen somit keine Rolle mehr, weil die Positionierung des Prüflings 1' aus der MTF-Messung selbst mit ermittelt wird.The determination of the coordinate transformation matrix T thus takes place by a statistical adaptation of the measured intensity values I '( x . y . z ) calculated data field MTF '( x . y . z ) and a predetermined model data field MTF _model ( x . y . z ). The adaptation takes place according to a best-fit method which determines the coordinate transformation matrix T so that the deviations between the data fields MTF '(x, y, z) * T and MTF_model ( x . y . z) total will be minimal. By statistically evaluating the largest possible number of measuring points, the transformation matrix can also be used to determine the position of the real test object 1' relative to the measuring system S be determined with a high accuracy. The positioning error of the DUT 1' relative to the measuring system S thus play no role anymore because the positioning of the specimen 1' from the MTF measurement itself is determined with.

Die genaue Kenntnis der Positionierung des Messsystems S relativ zum Prüflingssystem S' erlaubt das durch Messung bestimmte MTF-Datenfeld MTF'(x, y, z) in ein MTF-Datenfeld MTF(x, y, z) umzurechnen, das einem ideal positionierten Prüfling 1 entspricht, und aus dem qualitätsbeschreibende MTF-Werte des realen Prüflings 1' berechenbar sind.The exact knowledge of the positioning of the measuring system S relative to the DUT system S ' allows the MTF data field MTF 'determined by measurement ( x . y . z ) into an MTF data field MTF ( x . y . z ), which is an ideally positioned candidate 1 and from the quality descriptive MTF values of the real test object 1' are calculable.

In manchen Fällen ist die Optik eines Prüflings 1, 1' so konstruiert, dass die schärfsten Stellen der gar nicht auf der optischen Achse 10, 10' liegen. Trotzdem ist die theoretisch zu erwartende Schärfeverteilung eines idealen Prüflings 1 bezüglich der optischen Achse 10 und der Hauptebene aufgrund dessen Geometrie immer bekannt. Daher ist es immer möglich, die räumliche Lage des realen Prüflings 1' rückwirkend rechnerisch aus der gemessenen Schärfeverteilung zu bestimmen.In some cases, the appearance of a specimen 1 . 1' designed so that the sharpest parts of the not at all on the optical axis 10 . 10 ' lie. Nevertheless, the theoretically expected sharpness distribution of an ideal candidate 1 with respect to the optical axis 10 and the main plane due to its geometry always known. Therefore, it is always possible the spatial location of the real test object 1' retroactively calculated from the measured sharpness distribution.

In der 1 wird davon ausgegangen, dass das Bildfeld der eine Ebene ist und die schärfste Stelle sich direkt auf der optischen Achse 10, 10' befindet. Außerdem wird angenommen, dass das optische Design auf Unendlich optimiert ist. Damit ist gemeint: wenn das Testmuster 5 aus dem Fokus der Abbildungsoptik 6 verschoben wird, lässt sich die zwar durch eine Verschiebung des hier nicht dargestellten Detektors wieder scharf stellen, aber die Schärfewerte werden dabei insgesamt schlechter bleiben, als sie es in dem Fall wären, dass das Testmuster 5 in der Nominalposition, also im Abstand der Brennweite f von dem Abbildungsoptik 6, stünde.In the 1 It is assumed that the image field of the a plane is and the sharpest point is directly on the optical axis 10 . 10 ' located. In addition, it is assumed that the optical design is optimized for infinity. This means: if the test pattern 5 from the focus of imaging optics 6 is moved, can the Although by a shift of the detector, not shown here focus again, but the sharpness values will be worse overall than they would be in the case that the test pattern 5 in the nominal position, ie at a distance of the focal length f from the imaging optics 6 , would be.

Anders ausgedrückt: die MTF-Werte verschlechtern sich, erstens je weiter weg zur Seite von der Mitte zum Rand der (von der optische Achse des Prüflings 1, 1' zur Seite weg) und zweitens je weiter weg nach oben oder nach unten die Position des Prüflings 1, 1' von der Brennweite f abweicht. Somit liegen die besten MTF-Werte in einer Ebene, die im Abstand der Brennweite f des Prüflings 1' von der Hauptebene des Prüflings 1' entfernt ist und die senkrecht zur die optische Achse des Prüflings 1' orientiert ist. Der absolut beste MTF-Wert liegt in diese Ebene direkt auf der optischen Achse 10, 10'. Damit ist ein theoretisches Verhalten der MTF-Werte bezüglich des Koordinatensystems S' des realen Prüflings 1' qualitativ beschrieben.In other words, the MTF values worsen, first, the farther away to the side of the center to the edge of the (from the optical axis of the DUT 1 . 1' to the side) and secondly the farther up or down the position of the DUT 1 . 1' deviates from the focal length f. Thus, the best MTF values lie in a plane which is at a distance of the focal length f of the test object 1' from the main plane of the specimen 1' is removed and perpendicular to the optical axis of the specimen 1' is oriented. The absolute best MTF value lies in this plane directly on the optical axis 10 . 10 ' , This is a theoretical behavior of the MTF values with respect to the coordinate system S 'of the real test object 1' described qualitatively.

Um die Lage des Prüflings 1' mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, ist es vorteilhaft, beim Scannen ein Datenfeld I'(x, y, z) von möglichst vielen und eng liegenden Messpunkten in alle drei Dimensionen x, y, und z zu erfassen. Allerdings ergibt sind durch ein diskretes Testmuster 5 in der auch ein diskretes Muster von Messpunkten mit einer begrenzten Auflösung. Durch eine Interpolation können zwischen den erfassten Messpunkten weitere Datenpunkte hinzugefügt werden. Damit gelingt es, auch sehr feine Lageunterschiede zu berücksichtigen.To the location of the test object 1' with high accuracy, it is advantageous to scan a data field I '( x . y . z ) of as many and close measuring points in all three dimensions x . y , and z capture. However, these results are due to a discrete test pattern 5 in the also a discrete pattern of measurement points with a limited resolution. By interpolation, further data points can be added between the acquired measuring points. This makes it possible to take into account even very fine positional differences.

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 3 vorzusehen.Instead of a camera lens as an individual part, there is often also the task of measuring the optical properties of a preassembled camera unit consisting of at least one camera lens and an image sensor in a fixed spatial arrangement. Since it is not possible to irradiate the entire unit, it is expedient to simultaneously use the image sensor of the camera unit as a detector 3 provided.

Eine vorteilhafte Ausführungsvariante des Messaufbaus ist in der 3 skizziert bei dem das Testmuster weder eine einheitliche Fläche, noch mit einer Optik vollständig auf unendlich abgebildet zu sein braucht. Das Testmuster besteht hier aus mehreren Einzelmustern 5a, 5b, 5c. Zu diesen ist jeweils eine eigene Abbildungsoptik 6a, 6b, 6c vorgesehen, die jeweils ein Mehrpunktmuster 2a, 2b, 2c abbildet, welches jeweils in einem bestimmten Bereich des Detektors 3 erfasst wird.An advantageous embodiment of the measurement setup is in the 3 sketched in which the test pattern neither a uniform area, nor with an optic completely to infinite needs to be displayed. The test pattern here consists of several individual patterns 5a . 5b . 5c , These each have their own imaging optics 6a . 6b . 6c each provided a multipoint pattern 2a . 2 B . 2c maps, which in each case in a certain area of the detector 3 is detected.

Hierdurch können anstelle einer ansonsten relativ großen und teuren Abbildungsoptik mehrere insgesamt kostengünstigere kleinere Abbildungsoptiken 6a, 6b, 6c verwendet werden und es wird zudem ein besonders kompakter Messaufbau zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Es dürfen dabei durchaus Lücken in der Abbildung, die hier das Mehrpunktmuster 2a, 2b, 2c bildet und damit auch bei der Erfassung der Intensitätswerte entstehen. Eine rechnerische Anpassung an der daraus berechneten MTF-Werte an ein MTF-Modellfeld und einer daraus folgenden Lagebestimmung des Prüflings 1' und dessen optische Achse 10' sind nach dem hier vorgeschlagenen Anpassungsverfahren dennoch mit hoher Genauigkeit möglich.As a result, instead of an otherwise relatively large and expensive imaging optics, a plurality of generally less expensive smaller imaging optics 6a . 6b . 6c be used and it is also a particularly compact test setup for carrying out the method of the invention possible. There may well be gaps in the picture, here the multipoint pattern 2a . 2 B . 2c forms and thus also when the intensity values are acquired. An arithmetical adaptation to the calculated MTF values of an MTF model field and a subsequent orientation of the test specimen 1' and its optical axis 10 ' are nevertheless possible with high accuracy according to the adaptation method proposed here.

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)

Verfahren zum Prüfen eines optischen Systems (1, 1'), bei welchem ein Testmuster (5) nach Abbildung mit einer Abbildungsoptik (6), über einen, das zu prüfende optische System, welches nachfolgend als Prüfling (1, 1') bezeichnet wird, enthaltenden Strahlengang (15) auf einen elektronischen lichtempfindlichen Detektor (3) abgebildet wird, und bei dem die von diesem Detektor (3) erzeugten Signale einem Datenverarbeitungssystem (17) zur Bestimmung einer Modulationstransformationsfunktion MTF zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein dreidimensionale Modellfeld der MTF-Werte (MTF_Modell(x, y, z)) rechnerisch aus der geometrischen Struktur des Prüflings (1, 1') oder statistisch durch Messung mehrerer Prototypen des Prüflings (1, 1') unter Bestimmung von Mittelwerten ermittelt wird, dass das Testmuster (5) und/oder die Abbildungsoptik (6) und/oder der Detektor (3) in Richtung des Strahlengangs (15) bewegt wird, so dass der Detektor (3) dabei ein dreidimensionales Datenfeld von Intensitätswerten (I'(x, y, z)) erfasst, dass danach das Datenverarbeitungssystem (17) aus den erfassten Intensitätswerten (I'(x, y, z)) durch eine Fouriertransformation ein dreidimensionales Datenfeld von MTF-Werten (MTF'(x, y, z)) berechnet, dass das Datenverarbeitungssystem (17) das dreidimensionale Datenfeld der MTF-Werte (MTF'(x, y ,z)) und das dreidimensionale Modellfeld (MTF_Modell(x, y ,z)) von MTF-Werten verwendet, und daraus nach einem Best-Fit-Verfahren die Parameter einer Koordinatentransformation (T) ermittelt, welche eine rechnerisch optimale Korrelation des Datenfeldes (MTF'(x, y ,z)) mit dem Modellfeld (MTF_Modell(x, y ,z)) ergibt, und dass das Datenverarbeitungssystem (17) aus den ermittelten Parametern die Lage der optischen Achse (10) des Prüflings (1') bestimmt.Method for testing an optical system (1, 1 '), in which a test pattern (5) after imaging with an imaging optics (6), via an optical system to be tested, which is referred to below as the test object (1, 1') , beam path (15) is imaged on an electronic light-sensitive detector (3), and in which the signals generated by this detector (3) are fed to a data processing system (17) for determining a modulation transformation function MTF, characterized in that a three-dimensional model field MTF values (MTF_model (x, y, z)) are computationally determined from the geometric structure of the test piece (1, 1 ') or statistically by measuring a plurality of prototypes of the test piece (1, 1') with the determination of mean values that the test pattern (5) and / or the imaging optics (6) and / or the detector (3) in the direction of the beam path (15) is moved, so that the detector (3) thereby a three-dimensional data field vo n intensity values (I '(x, y, z)) detects that thereafter the data processing system (17) from the detected intensity values (I' (x, y, z)) by a Fourier transform a three-dimensional array of MTF values (MTF ' (x, y, z)) calculates that the data processing system (17) the three-dimensional array of MTF values (MTF '(x, y, z)) and the Three-dimensional model field (MTF_Modell (x, y, z)) used by MTF values, and therefrom according to a best-fit method determines the parameters of a coordinate transformation (T), which a computationally optimal correlation of the data field (MTF '(x, y , z)) with the model field (MTF_model (x, y, z)), and that the data processing system (17) determines from the determined parameters the position of the optical axis (10) of the test object (1 '). Verfahren zum Prüfen eines optischen Systems (1, 1'), bei welchem ein Testmuster (5) nach Abbildung mit einer Abbildungsoptik (6), über einen, das zu prüfende optische System, welches nachfolgend als Prüfling (1, 1') bezeichnet wird, enthaltenden Strahlengang (15) auf einen elektronischen lichtempfindlichen Detektor (3) abgebildet wird, und bei dem die von diesem Detektor (3) erzeugten Signale einem Datenverarbeitungssystem (17) zur Bestimmung einer Modulationstransformationsfunktion MTF zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein dreidimensionale Modellfeld der MTF-Werte (MTF_Modell(x, y, z)) rechnerisch aus der geometrischen Struktur des Prüflings (1, 1') oder statistisch durch Messung mehrerer Prototypen des Prüflings (1, 1') unter Bestimmung von Mittelwerten ermittelt wird, dass der Detektor (3) ein zweidimensionales Datenfeld von Intensitätswerten erfasst, dass danach das Datenverarbeitungssystem (17) aus den erfassten Intensitätswerten durch eine Fouriertransformation ein zweidimensionales Datenfeld von MTF-Werten berechnet, dass das Datenverarbeitungssystem (17) das zweidimensionale Datenfeld der MTF-Werte und das dreidimensionale Modellfeld (MTF_Modell(x, y ,z)) von MTF-Werten verwendet, und daraus nach einem Best-Fit-Verfahren die Parameter einer Koordinatentransformation (T) ermittelt, welche eine rechnerisch optimale Korrelation des Datenfeldes mit dem Modellfeld (MTF_Modell(x, y ,z)) ergibt, und dass das Datenverarbeitungssystem (17) aus den ermittelten Parametern die Lage der optischen Achse (10) des Prüflings (1') bestimmt.Method for testing an optical system (1, 1 '), in which a test pattern (5) after imaging with an imaging optics (6), via an optical system to be tested, which is referred to below as the test object (1, 1') , beam path (15) is imaged on an electronic light-sensitive detector (3), and in which the signals generated by this detector (3) are fed to a data processing system (17) for determining a modulation transformation function MTF, characterized in that a three-dimensional model field MTF values (MTF_model (x, y, z)) are determined mathematically from the geometric structure of the test object (1, 1 ') or statistically by measuring a plurality of prototypes of the test object (1, 1') with the determination of average values (3) detects a two-dimensional data field of intensity values, that after that the data processing system (17) from the detected intensity values by a Fourier transform A two-dimensional data field of MTF values calculates that the data processing system (17) uses the two-dimensional data field of the MTF values and the three-dimensional model field (MTF_model (x, y, z)) of MTF values, and then for a best fit Method determines the parameters of a coordinate transformation (T) which results in a computationally optimal correlation of the data field with the model field (MTF_model (x, y, z)), and in that the data processing system (17) determines the position of the optical axis from the parameters determined ( 10) of the test piece (1 ') determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass MTF-Werte, die auf oder in einer definierten Position zur ermittelten optischen Achse (10') oder zur räumlichen Lage des Prüflings (1') liegen, als relevante MTF-Ergebnisse bestimmt werden.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that MTF values which lie on or in a defined position relative to the determined optical axis (10 ') or to the spatial position of the test object (1') are determined as relevant MTF results. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drei- oder zweidimensionale Datenfeld der MTF-Werte (MTF'(x, y, z)), für nicht durch den Detektor (3) erfasste Bildpunkte durch interpolierte Zwischenwerte ergänzt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the three- or two-dimensional data field of the MTF values (MTF '(x, y, z)) for pixels not detected by the detector (3) is supplemented by interpolated intermediate values. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung des zwei- oder dreidimensionalen Datenfelds von Intensitätswerten I'(x, y, z) das Testmuster (5) oder die Abbildungsoptik (6) lateral zum Strahlengang (15) bewegt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that during the detection of the two- or three-dimensional data field of intensity values I '(x, y, z) the test pattern (5) or the imaging optics (6) is moved laterally to the beam path (15). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Parametern zusätzlich mindestens eine der folgenden Informationen berechnet wird: räumliche Orientierung des Prüflings (1'), Positionierungsfehler des Prüflings (1'), Positionierungs- und Orientierungsfehler des Detektors (3) zur Optik des Prüflings (1').Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that from the determined parameters in addition at least one of the following information is calculated: spatial orientation of the specimen (1 '), positioning error of the specimen (1'), positioning and orientation error of the detector (3) to the optics of the specimen (1 '). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (1, 1') ein Objektiv ist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the specimen (1, 1 ') is an objective. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (1, 1') ein Kamerasystem ist, welches zumindest eine vormontierte Anordnung aus einem Objektiv und einem Bildsensor aufweist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the specimen (1, 1 ') is a camera system which has at least one pre-assembled arrangement of a lens and an image sensor. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor des Kamerasystems zugleich als Detektor (3) des Prüfverfahrens verwendet wird.Method according to Claim 8 , characterized in that the image sensor of the camera system is also used as a detector (3) of the test method. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Prüfling (1') aktiv nachjustiert wird, um das Testmuster (5) mit der rechnerisch ermittelten Lage der optischen Achse (10')oder der räumlichen Lage des Prüflings (1')in Übereinstimmung zu bringen.Method according to Claim 1 , characterized in that the position of the specimen (1 ') is actively readjusted to bring the test pattern (5) with the computationally determined position of the optical axis (10') or the spatial position of the specimen (1 ') in accordance. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verschiebungen des Detektors (3) einerseits, und des Testmusters (5) oder der Abbildungsoptik (6) andererseits jeweils abwechselnd vorgenommen werden, um für jede Position des Testmusters (5) oder dessen Abbildungsposition Intensitätsdaten I'(x, y, z) an mehreren Positionen des Detektors (3) aufzunehmen.Method according to Claim 1 , characterized in that displacements of the detector (3) on the one hand, and of the test pattern (5) or the imaging optics (6) on the other hand are alternately made in each case for each position of the test pattern (5) or its imaging position intensity data I '(x, y , z) at several positions of the detector (3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der Komponenten Detektor (3), Testmuster (5) und Abbildungsoptik (6) in Richtung des Strahlengangs (15) bewegt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that only one of the components detector (3), test pattern (5) and imaging optics (6) in the direction of the beam path (15) is moved.
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