DE102024115156A1 - Device for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties and method for operating such a device - Google Patents
Device for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties and method for operating such a deviceInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (400) zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings vorgestellt. Die Vorrichtung (400) umfasst eine Beleuchtungseinheit (100) mit einer Lichtquelle, einem ersten Polarisator und einer ersten Dreheinrichtung. Die Lichtquelle ist ausgebildet, um Prüflicht zu dem Prüfling auszugeben. Der erste Polarisator ist ausgebildet, um das Prüflicht zu polarisieren. Die erste Dreheinrichtung ist mit dem ersten Polarisator verbunden und ausgebildet, um den ersten Polarisator zu drehen, um einen Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts einzustellen. Die Vorrichtung (400) umfasst auch eine Detektoreinheit (300) mit einer Erfassungseinrichtung, einem als Analysator verwendeten zweiten Polarisator und einer zweiten Dreheinrichtung. Der als Analysator verwendete zweite Polarisator ist ausgebildet, um von dem Prüfling ausgekoppeltes Ergebnislicht entsprechend seinem Polarisationszustand zu transmittieren. Die zweite Dreheinrichtung ist mit dem als Analysator verwendeten zweiten Polarisator verbunden und ausgebildet, um den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator zu drehen, um die Polarisationsachse der Detektionseinheit einzustellen. Die Erfassungseinrichtung ist ausgebildet, um mindestens eine optische Eigenschaft des optischen Prüflings unter Berücksichtigung von dessen Polarisationseigenschaften zu bestimmen. A device (400) for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties is presented. The device (400) comprises an illumination unit (100) with a light source, a first polarizer, and a first rotating device. The light source is configured to emit test light to the test specimen. The first polarizer is configured to polarize the test light. The first rotating device is connected to the first polarizer and is configured to rotate the first polarizer to adjust the polarization state of the polarized test light. The device (400) also comprises a detector unit (300) with a detection device, a second polarizer used as an analyzer, and a second rotating device. The second polarizer used as an analyzer is configured to transmit the result light coupled out from the test specimen according to its polarization state. The second rotating device is connected to the second polarizer used as an analyzer and is configured to rotate the second polarizer used as an analyzer to adjust the polarization axis of the detection unit. The detection device is designed to determine at least one optical property of the optical test specimen, taking into account its polarization properties.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings.The invention relates to a device for testing an optical test object exhibiting polarization properties and a method for operating a device for testing an optical test object exhibiting polarization properties.
Die Polarisationseigenschaften von Licht gewinnen unter anderem beispielsweise bei der Herstellung von VR-Elementen (VR = Virtual Reality) und AR-Elementen (AR = Augmented Reality) zunehmend an Bedeutung. Allgemein können derartige Systeme auch als durchsichtige bzw. nicht-durchsichtige NEDs (Near-to-Eye Displays) bezeichnet werden. Für solche Arten optischer Elemente oder Komponenten besteht insbesondere ein Bedarf nach einem Konzept, das es nicht nur ermöglicht, den Polarisationszustand des gekoppelten Lichts zu steuern, sondern auch unterschiedliche optische Messungen an solchen Prüflingen ermöglicht.The polarization properties of light are becoming increasingly important, for example, in the production of VR (Virtual Reality) and AR (Augmented Reality) elements. Generally, such systems can also be described as transparent or opaque NEDs (Near-to-Eye Displays). For these types of optical elements or components, there is a particular need for a concept that not only allows the polarization state of the coupled light to be controlled, but also enables various optical measurements on such test specimens.
Die
Die
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.Against this background, the approach presented here introduces an improved device for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties and an improved method for operating such a device according to the main claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are described in the dependent claims.
Gemäß Ausführungsformen kann insbesondere ein System mit drehbaren linearen Polarisatoren bzw. Analysatoren, die sowohl mit Lichtquelle als auch Detektor verbunden sind, um beispielsweise Änderungen im Polarisationswinkel eines polarisierenden optischen Prüflings zu steuern und zu messen. Insbesondere kann das vorgeschlagene Konzept mit einer Polarisation von Lichtquelle und Detektor gemäß einem Prüflingsdesign verwendet werden. Gemäß Ausführungsformen kann beispielsweise ein Steuern eines Polarisationszustandes einer zur Prüfung verwendeten Lichtquelle sowie ein Messen von Änderungen der Polarisation aufgrund einer Ausbreitung von Licht durch den Prüfling ermöglicht werden.According to embodiments, a system with rotatable linear polarizers or analyzers, connected to both the light source and the detector, can be used, for example, to control and measure changes in the polarization angle of a polarizing optical test object. In particular, the proposed concept can be used with a polarization of the light source and detector according to a test object design. According to embodiments, it is possible, for example, to control the polarization state of a light source used for testing and to measure changes in polarization due to the propagation of light through the test object.
Vorteilhafterweise kann somit insbesondere eine präzise und einfache Polarisationsmessung beispielsweise für optische AR-Komponenten oder VR-Komponenten oder ähnliche Prüflinge ermöglicht werden. Ferner kann insbesondere eine präzise Steuerung von optischen Parametern der gekoppelten Lichtquelle erreicht werden. Zudem kann eine Qualität von Messungen, wie beispielsweise von Messungen einer Modulationsübertragungsfunktion, an optischen AR-Komponenten oder VR-Komponenten hinsichtlich mehrfacher Reflexion und Transmission verbessert werden. Genauer gesagt erlaubt es die hier vorgeschlagene Vorrichtung bei der Messung optischer Parameter, wie z. B einer Modulationsübertragungsfunktion (MTF), die polarisierenden Eigenschaften des Prüflings technisch korrekt in di Messung einzubeziehen und somit eine Fehlinterpretation der Messung der optischen Parameter zu vermeiden.Advantageously, this enables precise and simple polarization measurements, for example, for optical AR or VR components, or similar test objects. Furthermore, precise control of the optical parameters of the coupled light source can be achieved. In addition, the quality of measurements, such as those of a modulation transfer function (MTF), on optical AR or VR components can be improved with regard to multiple reflections and transmissions. More precisely, the device proposed here allows the polarizing properties of the test object to be correctly incorporated into the measurement of optical parameters, such as the MTF, thus preventing misinterpretation of the measured optical parameters.
Es wird eine Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings vorgestellt, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
- eine Beleuchtungseinheit mit einer Lichtquelle, einem ersten Polarisator und einer ersten Dreheinrichtung, wobei die Lichtquelle ausgebildet ist, um Prüflicht zu dem Prüfling auszugeben, wobei der erste Polarisator ausgebildet ist, um das Prüflicht zu polarisieren, wobei die erste Dreheinrichtung mit dem ersten Polarisator verbunden und ausgebildet ist, um den ersten Polarisator zu drehen, um einen Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts und/oder die Polarisationsachse der Beleuchtungseinheit einzustellen;
- eine Prüflingseinheit, die eine Halteeinrichtung zum Halten des Prüflings aufweist; und eine Detektoreinheit mit einer Erfassungseinrichtung, einem als Analysator verwendeten zweiten Polarisator und einer zweiten Dreheinrichtung, wobei der als Analysator verwendete zweite Polarisator ausgebildet ist, um von dem Prüfling ansprechend auf das polarisierte Prüflicht ausgekoppeltes polarisiertes Ergebnislicht entsprechend des Polarisationszustandes des Ergebnislichtes zu transmittieren, wobei die zweite Dreheinrichtung mit dem als Analysator verwendeten zweiten Polarisator verbunden und ausgebildet ist, um den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator zu drehen, um eine Polarisationsachse der Detektoreinheit einzustellen, wobei die Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, um mindestens eine optische Eigenschaft des optischen Prüflings unter Berücksichtigung von dessen Polarisationseigenschaften zu bestimmen.
- a lighting unit comprising a light source, a first polarizer and a first rotating device, wherein the light source is configured to emit test light to the test object, wherein the first polarizer is configured to polarize the test light, and wherein the first rotating device is connected to the first polarizer and configured to rotate the first polarizer to adjust a polarization state of the polarized test light and/or the polarization axis of the lighting unit;
- a test specimen unit comprising a holding device for holding the test specimen; and a detector unit comprising a detection device, a second polarizer used as an analyzer, and a second rotating device, wherein the second polarizer used as an analyzer is configured to transmit polarized result light coupled from the test specimen in response to the polarized test light, according to the polarization state of the result light, wherein the The second rotating device is connected to and configured with the second polarizer used as an analyzer to rotate the second polarizer used as an analyzer in order to set a polarization axis of the detector unit, wherein the detection device is configured to determine at least one optical property of the optical test specimen taking into account its polarization properties.
Der Prüfling kann als ein Element oder eine Komponente für AR-Anwendungen oder VR-Anwendungen ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Prüfling als ein sogenanntes Pancake-Objektiv, Pancake-Linse bzw. Pancake-Linsensystem, mittels Polarisation arbeitendes katadioptrisches Linsenelement oder dergleichen ausgeführt sein. Der optische Prüfling kann mindestens eine Linse aufweisen. Der Prüfling kann eine polarisierende Beschichtung aufweisen. Der Prüfling kann ausgebildet sein, um das in den Prüfling eingekoppelte Prüflicht als das Ergebnislicht auszukoppeln. Dabei kann der Prüfling ausgebildet sein, um einen Polarisationszustand des ausgekoppelten Ergebnislichts verglichen mit dem Polarisationszustand des eingekoppelten Prüflichts zu ändern. Bei einem Polarisationszustand kann es sich um eine Polarisationsrichtung, eine Polarisationsachse, einen Polarisationswinkel oder dergleichen handeln.The test object can be designed as an element or component for AR or VR applications. For example, the test object can be a so-called pancake lens, pancake lens system, a catadioptric lens element operating via polarization, or the like. The optical test object can have at least one lens. The test object can have a polarizing coating. The test object can be designed to extract the test light coupled into it as the result light. The test object can be designed to change the polarization state of the extracted result light compared to the polarization state of the coupled test light. A polarization state can be a polarization direction, a polarization axis, a polarization angle, or the like.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Prüflingseinheit eine unabhängig von der ersten Dreheinrichtung und der zweiten Dreheinrichtung betreibbare weitere Dreheinrichtung zum Drehen der Halteeinrichtung aufweisen.According to one embodiment, the test specimen unit can have a further rotary device for rotating the holding device, which can be operated independently of the first rotary device and the second rotary device.
Gemäß einer Ausführungsform können die erste Dreheinrichtung und die zweite Dreheinrichtung betreibbar sein, um den ersten Polarisator und den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator unabhängig voneinander zu drehen. Zusätzlich oder alternativ kann oder können die erste Dreheinrichtung und zusätzlich oder alternativ die zweite Dreheinrichtung piezoelektrisch angetrieben sein oder über einen vergleichbaren elektrischen oder manuellen Antrieb verfügen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine höchst genaue und umfassende Prüfung des optischen Prüflings erreicht werden kann.According to one embodiment, the first and second rotating devices can be operated to rotate the first polarizer and the second polarizer, used as an analyzer, independently of each other. Additionally or alternatively, the first and second rotating devices can be driven piezoelectrically or by a comparable electric or manual drive. Such an embodiment offers the advantage of enabling highly accurate and comprehensive testing of the optical test specimen.
Auch kann der erste Polarisator als ein Linearpolarisator oder als ein Zirkularpolarisator ausgeführt sein. Der als Analysator verwendete zweite Polarisator kann als ein Linearpolarisator oder als ein Zirkularpolarisator ausgeführt sein. Sowohl der erste als auch der zweite Polarisator können in den Strahlengang einschwenkbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass je nach benötigter Ausführung geeignete, insbesondere kundenspezifisch angepasste, Komponenten verwendet werden können.The first polarizer can be configured as either a linear or a circular polarizer. The second polarizer, used as an analyzer, can also be configured as either a linear or a circular polarizer. Both the first and second polarizers can be pivoted into the beam path. This design offers the advantage that suitable components, particularly custom-designed ones, can be used depending on the required configuration.
Ferner kann die Beleuchtungseinheit eine erste Verschiebeeinrichtung aufweisen, die ausgebildet sein kann, um die Lichtquelle entlang mindestens einer Achse zu verschieben. Zusätzlich oder alternativ kann die Beleuchtungseinheit einen Diffusor und zusätzlich mindestens eine Strichplatte (Reticle) aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine geeignete und vielseitig anpassbare Konditionierung des Prüflichts auf einfache Weise erreicht werden kann.Furthermore, the illumination unit can have a first displacement device, which can be configured to displace the light source along at least one axis. Additionally or alternatively, the illumination unit can have a diffuser and at least one reticle. Such an embodiment offers the advantage that suitable and versatile conditioning of the test light can be achieved easily.
Zudem kann die Detektoreinheit ein optisches System und zusätzlich oder alternativ eine auswechselbare Blende aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung der Detektoreinheit eine Kamera aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei minimalem Aufwand eine zuverlässige und genaue Erfassung des Ergebnislichts ermöglicht wird.Furthermore, the detector unit can include an optical system and, additionally or alternatively, an interchangeable aperture. Additionally or alternatively, the detector unit's detection device can include a camera. Such an embodiment offers the advantage of enabling reliable and accurate detection of the resulting light with minimal effort.
Auch kann die Detektoreinheit eine mit der Erfassungseinrichtung datenübertragungsfähig verbundene Auswerteeinrichtung aufweisen, die ausgebildet sein kann, um das erfasste Ergebnislicht auszuwerten, um mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings als Messergebnis zu bestimmen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige und genaue Prüfung des optischen Prüflings hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften erreicht werden kann.The detector unit can also include an evaluation unit connected to the detection device for data transmission. This evaluation unit can be configured to analyze the detected light in order to determine at least one optical property of the test object as a measurement result. Such an embodiment offers the advantage of enabling reliable and accurate testing of the optical test object with regard to its optical properties.
Dabei kann die mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings eine Modulationsübertragungsfunktion, einen Hauptstrahlwinkel, eine Verzeichnung, eine effektive Brennweite, eine Verkippung der Bildebene, eine relative Beleuchtung, eine Transmissionseffizienz, eine vom Polarisatordrehwinkel abhängige Intensität und/oder mindestens einen Stokes-Parameter umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings abhängig von unterschiedlichen Eye-Box-Positionen, Feldwinkeln, Fokuspositionen und/oder Augenabstandspositionen zu bestimmen. Die Modulationsübertragungsfunktion kann auch als Kontrastübertragungsfunktion oder Modulationstransferfunktion (MTF, Modulation Transfer Function) bezeichnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass relevante und interessierende optische Eigenschaften des Prüflings umfassend und exakt ermittelt werden können. The at least one optical property of the test specimen can include a modulation transfer function, a principal beam angle, distortion, an effective focal length, an image plane tilt, relative illumination, transmission efficiency, an intensity dependent on the polarizer rotation angle, and/or at least one Stokes parameter. Additionally or alternatively, the evaluation device can be configured to determine the at least one optical property of the test specimen depending on different eye-box positions, field angles, focus positions, and/or interpupillary distance positions. The modulation transfer function can also be referred to as the contrast transfer function or modulation transfer function (MTF). Such an embodiment offers the advantage that relevant and important optical properties of the test specimen can be determined comprehensively and precisely.
Die Prüflingseinheit kann eine unabhängig von der ersten Dreheinrichtung und der zweiten Dreheinrichtung betreibbare weitere Dreheinrichtung zum Drehen der Halteeinrichtung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Prüflingseinheit eine weitere Verschiebeeinrichtung zum Verschieben der Halteeinrichtung entlang mindestens einer Achse aufweisen. Die Prüflingseinheit kann zwischen der Beleuchtungseinheit und der Detektoreinheit angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache, präzise und vollständige Prüfung des Prüflings ermöglicht wird.The test specimen unit may have an additional rotary device for rotating the holding device, which can be operated independently of the first and second rotary devices. Additionally or alternatively, the test specimen unit may The device includes a further displacement mechanism for moving the holding device along at least one axis. The test specimen unit can be arranged between the illumination unit and the detector unit. Such an embodiment offers the advantage of enabling simple, precise, and complete testing of the test specimen.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform einer hierin genannten Vorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Antreiben der ersten Dreheinrichtung, um den ersten Polarisator zu drehen, um eine Polarisationsachse der Beleuchtungseinheit einzustellen, die mit einer Polarisationsachse des Prüflings übereinstimmt;
- Justieren der ersten Dreheinrichtung, um den ersten Polarisator zu drehen, um einen Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts, bei dem eine erste maximale Effizienz des Ergebnislichts erhalten wird, als korrekten Polarisationszustand des in den Prüfling eingekoppelten polarisierten Lichts zu erfassen; und
- Bestimmen mindestens einer optischen Eigenschaft des Prüflings als Messergebnis unter Verwendung mindestens eines korrekt erfassten Polarisationszustandes.
- Driving the first rotary device to rotate the first polarizer to adjust a polarization axis of the illumination unit that coincides with a polarization axis of the test object;
- Adjusting the first rotary device to rotate the first polarizer in order to detect a polarization state of the polarized test light at which a first maximum efficiency of the result light is obtained, as the correct polarization state of the polarized light coupled into the test specimen; and
- Determine at least one optical property of the test object as a measurement result using at least one correctly recorded polarization state.
Die Schritte des Verfahrens können mittels oder unter Verwendung der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung ausführbar sein. Die eingestellte Polarisationsachse der Beleuchtungseinheit kann näherungsweise mit der Polarisationsachse des Prüflings übereinstimmen. Unter näherungsweise ist innerhalb eines Toleranzbereichs zu verstehen.The steps of the procedure can be performed using or with the aid of the device's evaluation unit. The set polarization axis of the illumination unit can approximately coincide with the polarization axis of the test specimen. "Approximately" means within a tolerance range.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren optional die weiteren Schritte umfassen:
- Antreiben der zweiten Dreheinrichtung, um den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator zu drehen, um eine Polarisationsachse der Detektoreinheit einzustellen, die mit einer Polarisationsachse des Prüflings übereinstimmt; und
- Justieren der zweiten Dreheinrichtung, um den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator zu drehen, bis eine zweite maximale Effizienz des Ergebnislichts erhalten wird, um einen korrekten Polarisationszustand des vom Prüfling ausgekoppelten polarisierten Lichts zu erfassen
- Driving the second rotary device to rotate the second polarizer used as an analyzer in order to set a polarization axis of the detector unit that coincides with a polarization axis of the test object; and
- Adjusting the second rotating device to rotate the second polarizer used as an analyzer until a second maximum efficiency of the result light is obtained in order to detect a correct polarization state of the polarized light coupled out from the test object.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Bewirkens einer Drehbewegung des ersten Polarisators zusammen mit dem Prüfling in eine veränderte Winkelausrichtung aufweisen. Hierbei kann zumindest der Schritt des Bestimmens für die veränderte Winkelausrichtung wiederholt werden. Dies ermöglicht eine korrekte und vollständige Messung mindestens einer optischen Eigenschaft des Prüflings.According to one embodiment, the method can include a step of inducing a rotational movement of the first polarizer together with the test specimen into a changed angular orientation. At least the step of determining the changed angular orientation can be repeated. This enables a correct and complete measurement of at least one optical property of the test specimen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinheit eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings; -
2 eine schematische Darstellung einer Prüflingseinheit eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings; -
3 eine schematische Darstellung einer Detektoreinheit eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings; -
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings; und -
5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zum Prüfen eines Polarisationseigenschaften aufweisenden optischen Prüflings.
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1 a schematic representation of a lighting unit of an embodiment of a device for testing an optical test object exhibiting polarization properties; -
2 a schematic representation of a test specimen unit of an embodiment of a device for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties; -
3 a schematic representation of a detector unit of an embodiment of a device for testing an optical test object exhibiting polarization properties; -
4 a schematic representation of an embodiment of a device for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties; and -
5 a flowchart of an exemplary embodiment of a method for operating a device for testing an optical test specimen exhibiting polarization properties.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, without repeating these elements.
Die Beleuchtungseinheit 100 umfasst eine Lichtquelle 101, eine erste Dreheinrichtung 103 und einen ersten Polarisator 106. Die Lichtquelle 101 ist ausgebildet, um Prüflicht zu dem Prüfling auszugeben. Der erste Polarisator 106 ist ausgebildet, um das von der Lichtquelle 101 ausgegebene Prüflicht zu polarisieren. Die erste Dreheinrichtung 103 und der erste Polarisator 106 sind miteinander verbunden bzw. mechanisch miteinander gekoppelt. Die erste Dreheinrichtung 103 ist ausgebildet, um den ersten Polarisator 106 zu drehen, um einen Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts einzustellen.The illumination unit 100 comprises a light source 101, a first rotating device 103, and a first polarizer 106. The light source 101 is configured to emit test light to the test object. The first polarizer 106 is configured to polarize the test light emitted by the light source 101. The first rotating device 103 and the first polarizer 106 are connected to each other. The two components are mechanically coupled. The first rotary device 103 is designed to rotate the first polarizer 106 in order to set a polarization state of the polarized test light.
Je nach Ausführungsbeispiel ist der erste Polarisator 106 als ein Linearpolarisator oder als ein Zirkularpolarisator ausgeführt. Beispielsweise ist die erste Dreheinrichtung 103 motorisiert angetrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Beleuchtungseinheit 100 auch eine erste Verschiebeeinrichtung 102. Die erste Verschiebeeinrichtung 102 ist ausgebildet, um zumindest die Lichtquelle 101 entlang mindestens einer Achse zu verschieben. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Beleuchtungseinheit 100 einen Diffusor 105 und/oder mindestens eine Strichplatte (Reticle) 107 bzw. Maskenelement.Depending on the embodiment, the first polarizer 106 is configured as a linear polarizer or as a circular polarizer. For example, the first rotary device 103 is driven by a motor. According to one embodiment, the illumination unit 100 also includes a first displacement device 102. The first displacement device 102 is configured to displace at least the light source 101 along at least one axis. Additionally or alternatively, the illumination unit 100 includes a diffuser 105 and/or at least one reticle 107 or mask element.
Anders ausgedrückt umfasst die Beleuchtungseinheit 100, die auch als Beleuchtungssystem bezeichnet werden kann, gemäß einem Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 101 mit dem ersten Polarisator 106, der linear, zirkular, etc., abhängig von der Messaufgabe bzw. den Kundenanforderungen, ausgeführt sein kann, und der an der ersten Dreheinrichtung 103 angebracht ist, ferner ein Verbindungssystem 104 für den ersten Polarisator 106, was eine Steuerung des Polarisationszustands von Licht bzw. Prüflicht ermöglicht, das von der Lichtquelle 101 emittiert wird, die an der ersten Verschiebeeinrichtung 102 montiert ist, die eine Freigängigkeit bzw. Linearbewegung entlang der x/z-Achse ermöglicht. Die Beleuchtungseinheit 100 umfasst beispielsweise auch einen Diffusor 105 sowie unterschiedliche Arten von Masken bzw. Strichplatten (Reticle) 107, zum Beispiel ein Kreuz- oder Ring-Reticle. Weiterhin besteht optional die Möglichkeit, verschiedene Reticles über einen Wechselmechanismus in den Strahlengang der Lichtquelle 101 einzubringen.In other words, the illumination unit 100, which can also be referred to as the illumination system, comprises, according to one embodiment, the light source 101 with the first polarizer 106, which can be linear, circular, etc., depending on the measurement task or customer requirements, and which is mounted on the first rotary device 103. It also includes a connection system 104 for the first polarizer 106, which enables control of the polarization state of the light or test light emitted by the light source 101, which is mounted on the first sliding device 102, allowing free movement or linear motion along the x/z axis. The illumination unit 100 also includes, for example, a diffuser 105 and various types of masks or reticles 107, such as a cross or ring reticle. Furthermore, it is optionally possible to introduce different reticles into the beam path of the light source 101 via an interchangeable mechanism.
Die Prüflingseinheit 200 umfasst eine Halteeinrichtung 201 zum Halten des Prüflings. Die Halteeinrichtung 201 ist ausgeformt, um den Prüfling in der Vorrichtung zu fixieren. Auch umfasst die Prüflingseinheit 200 eine unabhängig von der ersten Dreheinrichtung der Beleuchtungseinheit und einer zweiten Dreheinrichtung einer Detektoreinheit der Vorrichtung betreibbare, weitere Dreheinrichtung 203 zum Drehen der Halteeinrichtung 201. Dazu sind die weitere Dreheinrichtung 203 und die Halteeinrichtung 201 miteinander verbunden bzw. mechanisch miteinander gekoppelt. Optional zusätzlich umfasst die Prüflingseinheit 200 eine weitere Verschiebeeinrichtung 202 zum Verschieben der Halteeinrichtung 201 entlang mindestens einer Achse. Somit ist die weitere Verschiebeeinrichtung 202 ausgebildet, um die Halteeinrichtung 201 entlang mindestens einer Achse zu verschieben.The test specimen unit 200 comprises a holding device 201 for holding the test specimen. The holding device 201 is designed to fix the test specimen in the device. The test specimen unit 200 also comprises a further rotary device 203, which can be operated independently of the first rotary device of the lighting unit and a second rotary device of a detector unit of the device, for rotating the holding device 201. For this purpose, the further rotary device 203 and the holding device 201 are connected or mechanically coupled to each other. Optionally, the test specimen unit 200 also comprises a further displacement device 202 for displacing the holding device 201 along at least one axis. Thus, the further displacement device 202 is designed to displace the holding device 201 along at least one axis.
Anders ausgedrückt umfasst die Prüflingseinheit 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine auch als Prüflingssitz bezeichnete Halteeinrichtung 201 in optional kundenspezifischer Ausführung, die eine Freigängigkeit des Prüflings entlang einer x/z-Achse aufgrund von der weiteren Verschiebungseinrichtung 202 oder mehrerer weiterer Verschiebungseinrichtungen 202 für eine X-Achse und/oder eine Y-Achse und/oder eine Z-Achse sowie eine Drehbarkeit des Prüflings um einen Azimutwinkel mittels der weiteren Dreheinrichtung 203 ermöglicht. Die Drehvorrichtung 203 ermöglicht eine Bewegung der Halteeinrichtung 201 relativ zu einer Drehbewegung des mit der Lichtquelle verbundenen Polarisators der Beleuchtungseinheit der Vorrichtung, um den für Messungen benötigten korrekten Polarisationswinkel bzw. Polarisationszustand oder Polarisationsausrichtung zu halten.In other words, according to one embodiment, the test specimen unit 200 comprises a holding device 201, also referred to as a test specimen seat, in an optionally customer-specific design. This holding device allows free movement of the test specimen along an x/z axis by means of the further displacement device 202 or several further displacement devices 202 for an x-axis and/or a y-axis and/or a z-axis, as well as rotation of the test specimen by means of the further rotary device 203. The rotary device 203 enables movement of the holding device 201 relative to a rotational movement of the polarizer of the lighting unit of the device, which is connected to the light source, in order to maintain the correct polarization angle or polarization state or polarization orientation required for measurements.
Die Detektoreinheit 300 umfasst eine Erfassungseinrichtung 304, eine zweite Dreheinrichtung 302 und einen als Analysator verwendeten zweiten Polarisator 303. Der als Analysator verwendete zweite Polarisator 303 ist ausgebildet, um ein von dem Prüfling ansprechend auf das von der Beleuchtungseinheit der Vorrichtung in den Prüfling eingekoppelte, polarisierte Prüflicht ausgekoppeltes polarisiertes Ergebnislicht abhängig von dessen Polarisationszustand zu transmittieren. Anders ausgedrückt ist der als Analysator verwendete zweite Polarisator 303 ausgebildet, um die Ausrichtung der Polarisationsachse des Detektionsstrahlengangs an die Ausrichtung der Polarisationsachse des Prüflings anzupassen,. Die zweite Dreheinrichtung 302 und der als Analysator verwendete zweite Polarisator 303 sind miteinander verbunden bzw. mechanisch miteinander gekoppelt. Die zweite Dreheinrichtung 302 ist ausgebildet, um den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator 303 zu drehen um die Polarisationsachse des Detektionsstrahlengangs einzustellen. Die Erfassungseinrichtung 304 schließlich ist ausgebildet, um das vom als Analysator verwendeten zweiten Polarisator 303 transmittierte Ergebnislicht zu erfassen.The detector unit 300 comprises a detection device 304, a second rotary device 302, and a second polarizer 303 used as an analyzer. The second polarizer 303, used as an analyzer, is configured to transmit polarized result light coupled from the test object, depending on its polarization state, in response to the polarized test light coupled into the test object by the illumination unit of the device. In other words, the second polarizer 303, used as an analyzer, is configured to align the polarization axis of the detection beam path with the polarization axis of the test object. The second rotary device 302 and the second polarizer 303, used as an analyzer, are connected or mechanically coupled to each other. The second rotary device 302 is configured to rotate the second polarizer 303, used as an analyzer, to align the polarization axis of the detection beam path. The detection device 304 closes The lich is designed to detect the result light transmitted by the second polarizer 303 used as an analyzer.
Je nach Ausführungsbeispiel ist der als Analysator verwendete zweite Polarisator 303 als ein Linearpolarisator oder als ein Zirkularpolarisator ausgeführt. Die zweite Dreheinrichtung 302 kann beispielsweise motorisiert angetrieben sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Detektoreinheit 300 ferner ein optisches System 301 und/oder eine auswechselbare Blende 307. Die Erfassungseinrichtung 304 weist beispielsweise eine Kamera auf. Das optische System 301 kann als ein Teleskop oder Konoskop ausgeführt sein. Weiterhin kann das optische System 301 für bestimmte Feldwinkel, z.B. bis zu einem Feldwinkel (Full-Field of View) von 120°, eine beugungsbegrenze Abbildung erzeugen. Die Kombination aus Erfassungseinrichtung 304 und optischem System 301 kann somit eine Kamera mit Teleskop und beispielsweise zusätzlich auch einstellbarem Fokus umfassen.Depending on the embodiment, the second polarizer 303, used as an analyzer, is configured as either a linear polarizer or a circular polarizer. The second rotary device 302 can, for example, be motorized. According to one embodiment, the detector unit 300 further comprises an optical system 301 and/or an interchangeable aperture 307. The detection device 304 includes, for example, a camera. The optical system 301 can be configured as a telescope or conoscope. Furthermore, the optical system 301 can generate a diffraction-limited image for certain field angles, e.g., up to a field angle (full-field of view) of 120°. The combination of the detection device 304 and the optical system 301 can thus include a camera with a telescope and, for example, also an adjustable focus.
Ferner umfasst die Detektoreinheit 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinrichtung 305. Die Auswerteeinrichtung 305 ist datenübertragungsfähig mit der Erfassungseinrichtung 304 verbindbar oder verbunden. Die Auswerteeinrichtung 305 ist ausgebildet, um das mittels der Erfassungseinrichtung 304 erfasste Ergebnislicht auszuwerten, um mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings als Messergebnis zu bestimmen. Optional zusätzlich ist die Auswerteeinrichtung 305 ausgebildet, um die mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings abhängig von unterschiedlichen Eye-Box-Positionen, Winkelauflösungen und/oder Augenabstandspositionen zu bestimmen. Beispiele für die mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings umfassen eine Modulationsübertragungsfunktion, einen Hauptstrahlwinkel, eine Verzeichnung, eine effektive Brennweite, eine Verkippung der Bildebene, eine relative Beleuchtung, eine Transmissionseffizienz, eine vom Polarisatordrehwinkel abhängige Intensität und/oder weitere Parameter, wie z. B. einen Stokes-Parameter oder Komponenten einer Müller-Matrix.Furthermore, according to one embodiment, the detector unit 300 comprises an evaluation unit 305. The evaluation unit 305 is capable of data transmission and can be connected to, or is already connected to, the acquisition unit 304. The evaluation unit 305 is configured to evaluate the result light acquired by the acquisition unit 304 in order to determine at least one optical property of the test object as a measurement result. Optionally, the evaluation unit 305 is additionally configured to determine the at least one optical property of the test object depending on different eye-box positions, angular resolutions, and/or interpupillary distance positions. Examples of the at least one optical property of the test object include a modulation transfer function, a principal beam angle, distortion, an effective focal length, image plane tilt, relative illumination, transmission efficiency, an intensity dependent on the polarizer rotation angle, and/or other parameters, such as a Stokes parameter or components of a Müller matrix.
Anders ausgedrückt umfasst die mindestens eine optische Eigenschaft bzw. umfassen Messparameter eine LSF (Line Spread Function) oder ESF (Edge Spread Function), aus der die MTF berechnet wird; einen CRA, aus dem Verzeichnungsparameter berechnet werden können; die effektive Brennweite (EFL, effective focal length); die Verkippung der Bildebene; die relative Beleuchtung; virtuelle Bildentfernung VID (Virtual Image Distance); zusätzliche Messwerte aufgrund des Aufbaus umfassen: Transmissionseffizienz aufgrund des eingestellten Polarisationswinkels bzw. der polarisierenden Eigenschaften des Prüflings; und von der Drehbewegung des integrierten Analysators an der Detektoreinheit 300 abhängige Parameter umfassen: die Intensität aufgetragen über dem Drehwinkel des Polarisators; Stokes-Parameter. Die Messwerte werden insbesondere aus den während der Drehbewegung des Polarisators bzw. des Analysators gemessenen Effizienzergebnissen berechnet.In other words, the at least one optical property or measurement parameter includes a line spread function (LSF) or edge spread function (ESF) from which the mean time factor (MTF) is calculated; a computational distortion ratio (CRA) from which distortion parameters can be calculated; the effective focal length (EFL); the tilt of the image plane; the relative illumination; the virtual image distance (VID); additional measurements due to the setup include: transmission efficiency due to the set polarization angle or the polarizing properties of the device under test; and parameters dependent on the rotation of the integrated analyzer on the detector unit 300 include: the intensity plotted against the rotation angle of the polarizer; and Stokes parameters. The measurements are calculated, in particular, from the efficiency results measured during the rotation of the polarizer or analyzer.
Die Detektoreinheit 300 umfasst anders ausgedrückt das optische System 301, die zweite Dreheinrichtung 302 mit dem als Analysator verwendeten zweiten Polarisator 303, der linear, zirkular, etc. in Abhängigkeit von Kundenanforderungen ausgeführt ist, eine beispielsweise als Kamera ausgeführte Erfassungseinrichtung 304 zum Erfassen des transmittierten Lichts bzw. Ergebnislichts, die mit der Auswerteeinrichtung 305 verbunden ist, bei der es sich beispielsweise um einen Computer mit Software zur Bildverarbeitung und Analyse von Messergebnissen handelt. Die zweite Dreheinrichtung 302 mit dem als Analysator verwendeten zweiten Polarisator 303 bewegt sich unabhängig von den Dreheinrichtungen der Prüflingseinheit und der Beleuchtungseinheit der Vorrichtung, was es ermöglicht, die Intensität über Polarisationswinkel hinweg sowie andere Bildqualitätsparameter zu messen. Das optische System 301 umfasst optional auch die auswechselbare Blende 307, wobei diese entweder als physische oder virtuelle Blende realisiert sein kann.In other words, the detector unit 300 comprises the optical system 301, the second rotary unit 302 with the second polarizer 303, which serves as an analyzer and is designed to be linear, circular, etc., depending on customer requirements, and a detection unit 304, for example a camera, for capturing the transmitted light or result light, which is connected to the evaluation unit 305, which is, for example, a computer with software for image processing and analysis of measurement results. The second rotary unit 302 with the second polarizer 303, which serves as an analyzer, moves independently of the rotary units of the test specimen unit and the illumination unit of the device, making it possible to measure the intensity across polarization angles as well as other image quality parameters. The optical system 301 optionally also includes the interchangeable aperture 307, which can be implemented as either a physical or virtual aperture.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die erste Dreheinrichtung der Beleuchtungseinheit 100 und die zweite Dreheinrichtung der Detektoreinheit 300 betreibbar, um den ersten Polarisator der Beleuchtungseinheit 100 und den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator der Detektoreinheit 300 unabhängig voneinander zu drehen. Optional zusätzlich ist die weitere Dreheinrichtung der Prüflingseinheit 200 betreibbar, um die Halteeinrichtung der Prüflingseinheit 200 unabhängig von den Polarisatoren der Beleuchtungseinheit 100 und der Detektoreinheit 300 zu drehen.According to one embodiment, the first rotary device of the illumination unit 100 and the second rotary device of the detector unit 300 can be operated to rotate the first polarizer of the illumination unit 100 and the second polarizer of the detector unit 300, which is used as an analyzer, independently of each other. Optionally, the further rotary device of the test specimen unit 200 can also be operated to rotate the holding device of the test specimen unit 200 independently of the polarizers of the illumination unit 100 and the detector unit 300.
Das Verfahren 500 zum Betreiben umfasst einen Schritt 510 des Antreibens, einen Schritt 520 des Justierens und einen Schritt 530 des Bestimmens. Zusätzlich umfasst das Verfahren 500 zum Betreiben einen Schritt des Ansteuerns der Lichtquelle, um das Prüflicht zu emittieren.The operating procedure 500 comprises a driving step 510, an adjusting step 520, and a determining step 530. Additionally, the operating procedure 500 includes a driving step for the light source to emit the test light.
In dem Schritt 510 des Antreibens wird die erste Dreheinrichtung angetrieben, um den ersten Polarisator zu drehen, um einen Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts einzustellen, der mit einem Polarisationszustand des Prüflings näherungsweise übereinstimmt, und es wird die zweite Dreheinrichtung angetrieben, um als Analysator verwendeten zweiten Polarisator zu drehen, um einen Polarisationszustand des Strahlengangs in der Detektoreinheit einzustellen, der mit einem Polarisationszustand des Prüflings näherungsweise übereinstimmt. Hierzu kann auch das mit einem Polarisationszustand versehene Ergebnislicht erfasst und ausgewertet werden.In step 510 of the drive process, the first rotary device is driven to rotate the first polarizer to set a polarization state of the polarized test light that approximately matches a polarization state of the test object, and the second rotary device is driven to rotate the second polarizer, used as an analyzer, to set a polarization state of the beam path in the detector unit that approximately matches a polarization state of the test object. The result light, also polarized, can be acquired and evaluated for this purpose.
In dem Schritt 520 des Justierens wird die erste Dreheinrichtung justiert, um den ersten Polarisator zu drehen, um einen Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts, bei dem eine erste maximale Effizienz der von dem Prüfling transmittierten Lichtstrahlen bzw. des Ergebnislichts erhalten wird, als korrekten Polarisationszustand des polarisierten Prüflichts einzustellen, und es wird die zweite Dreheinrichtung justiert, um den als Analysator verwendeten zweiten Polarisator zu drehen, bei dem eine zweite maximale Effizienz der von dem Prüfling transmittierten Lichtstrahlen bzw. des Ergebnislichts erhalten wird, als korrekten Polarisationszustand des Ergebnislichts bzw. des Detektionsstrahlengangs einzustellen. Hierzu kann das mit dem Polarisationszustand versehene Ergebnislicht erfasst und ausgewertet werden.In step 520 of the adjustment process, the first rotary device is adjusted to rotate the first polarizer to set a polarization state of the polarized test light that achieves a first maximum efficiency of the light beams transmitted by the test object, i.e., the result light. The second rotary device is then adjusted to rotate the second polarizer, used as an analyzer, to achieve a second maximum efficiency of the light beams transmitted by the test object, i.e., the result light, with its correct polarization state, can then be captured and evaluated.
Nachfolgend wird in dem Schritt 530 des Bestimmens unter Verwendung mindestens eines korrekt erfassten Polarisationszustandes mindestens eine optische Eigenschaft des Prüflings als Messergebnis bestimmt. In dem Schritt 530 des Bestimmens wird beispielsweise eine MTF-Messung durchgeführt. Hierzu wird das mit einem Polarisationszustand versehene Ergebnislicht erfasst und ausgewertet.In step 530 of the determination process, at least one optical property of the test specimen is determined as a measurement result using at least one correctly recorded polarization state. For example, an MTF measurement is performed in step 530. For this purpose, the resulting light, which is polarized, is recorded and evaluated.
Die Schritte des Ansteuerns und Justierens des als Analysator verwendeten zweiten Polarisators können dabei optional sein. Die Verwendung des Analysators spielt immer dann eine Rolle, wenn Einzelkomponenten einer Pancake-Linse vermessen werden, um deren Polarisationsverhalten im Rahmen der Messung berücksichtigen zu können. Für die Messung der Bildqualität einer zusammengesetzten Pancake-Optik ist der Analysator auf der Detektionsseite nicht notwendig, da das menschliche Auge nicht polarisationsempfindlich ist.The steps of controlling and adjusting the second polarizer, used as an analyzer, can be optional. The analyzer is always relevant when measuring individual components of a pancake lens to account for their polarization behavior during the measurement. For measuring the image quality of a composite pancake optic, the analyzer on the detection side is not necessary, as the human eye is not sensitive to polarization.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 500 zum Betreiben auch einen Schritt 540 des Bewirkens einer Drehbewegung des Polarisators zusammen mit dem Prüfling in eine veränderte Winkelausrichtung. Dann wird zumindest der Schritt 530 des Bestimmens für die veränderte Winkelausrichtung wiederholt. Dieser zusätzliche Schritt ist beispielsweise bei der Messung des Hauptstrahlwinkels (CRA - Chief Ray Angle) vorteilhaft.According to one embodiment, the operating method 500 also includes a step 540 of causing a rotational movement of the polarizer together with the test specimen into a changed angular orientation. Then at least the step 530 of determining the changed angular orientation is repeated. This additional step is advantageous, for example, when measuring the chief ray angle (CRA).
Nachfolgend ist ein Ablauf des Verfahrens 500 zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel mit etwas anderen Worten dargestellt. Der Prüfling wird in das System bzw. die Vorrichtung zum Prüfen eingelegt. Der Polarisationswinkel des ersten Polarisators wird durch Rotation so eingestellt, dass die Polarisationsrichtung des Prüflichts in guter Näherung der Polarisationsachse des Prüflings folgt. Auf ähnliche Weise wird bei Bedarf je nachdem, ob eine einzelne Komponente einer Pancake-Linse oder eine komplette Pancake-Optik vermessen werden soll, die Polarisationsachse des Detektors bzw. des Detektionsstrahlengangs hinter dem Prüfling durch Rotation des Analysators bzw. des als Analysator verwendeten zweiten Polarisators gedreht, um ebenfalls der Polarisationsachse des Prüflings in guter Näherung zu folgen. Dann wird der erste Polarisator an der Lichtquelle gedreht, um eine erste maximale Effizienz von dem durch den Prüfling transmittiertem Licht zu erhalten. Der Winkel wird als die korrekte Polarisationsachse des eingekoppelten Lichts bzw. des Prüflichtes aufgezeichnet. Die gleiche Überprüfung wird optional mit dem Analysator auf der Detektorseite vorgenommen, wobei die die Stellung des Analysators, bei welcher das vom Prüfling ausgekoppelte bzw. aus dem Prüfling austretende Licht bzw. das Ergebnislicht eine zweite maximale Effizienz aufweist, als der korrekte Polarisationswinkel des ausgekoppelten Lichts bzw. des Detektionsstrahlengangs aufgezeichnet wird. Dann wird beispielsweise eine MTF-Messung mit den korrekten Polarisationswinkeln durchgeführt. Nachfolgend wird zusätzlich oder alternativ der erste Polarisator an der Lichtquelle während weiterer Messungen mit dem Prüfling gemeinsam gedreht. Dies ermöglicht eine korrekte und vollständige Messung von beispielsweise MTF und CRA von Pancake-Linsensystemen oder vergleichbaren optischen Systemen.The following is a slightly different description of the operation of method 500 according to an exemplary embodiment. The test specimen is placed in the system or device for testing. The polarization angle of the first polarizer is adjusted by rotation so that the polarization direction of the test light closely approximates the polarization axis of the test specimen. Similarly, if necessary, depending on whether a single component of a pancake lens or a complete pancake optic is to be measured, the polarization axis of the detector or the detection beam path behind the test specimen is rotated by rotating the analyzer or the second polarizer used as an analyzer, in order to also closely approximate the polarization axis of the test specimen. Then, the first polarizer is rotated at the light source to achieve an initial maximum efficiency of the light transmitted through the test specimen. The angle is recorded as the correct polarization axis of the coupled light or the test light. The same check is optionally performed with the analyzer on the detector side, whereby the position of the analyzer at which the light coupled out from the test object or the resulting light exhibits a second maximum efficiency is recorded as the correct polarization angle of the coupled light or the detection beam path. Then, for example, an MTF measurement is performed with the correct polarization angles. Subsequently, the first polarization angle is additionally or alternatively determined. The sator is rotated together with the test specimen during further measurements at the light source. This enables a correct and complete measurement of, for example, MTF and CRA of pancake lens systems or comparable optical systems.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren Ausführungsbeispiele sowie Hintergründe und Vorteile von Ausführungsbeispielen nochmals mit anderen Worten und zusammenfassend kurz beschrieben.The following section briefly describes, in other words and in summary, exemplary embodiments as well as the background and advantages of exemplary embodiments, with reference to the figures described above.
Optische AR-Elemente und VR-Elemente, welche hierin als Prüflinge geprüft werden können, können zusätzliche Beschichtungen aufweisen, die die Polarisationseigenschaften bzw. die Polarisationsrichtung des Lichtes bei Durchlauf durch das optische System, teilweise mehrfach, beeinflussen oder verändern. Dadurch wird ein gefalteter Strahlengang realisiert, wodurch eine sehr kompakte Bauweise dieser optischen Systeme und damit der AR/VR-Systeme insgesamt, ermöglich wird. Bei der Messung optischer Eigenschaften, wie z. B. der MTF, solcher auch als Pancake-Linsen bezeichneter Optiken, soll daher sichergestellt werden, dass das Licht die Anforderungen an die Polarisation entsprechend erfüllt. Werden die polarisierenden Eigenschaften der Pancake-Linsen bei deren Prüfung außer Acht gelassen, führt dies zu einer Fehlinterpretation der Messergebnisse, z. B. dahingehend, dass diese als zu positiv oder zu negativ eingeschätzt werden. Vor diesem Hintergrund bietet die hier vorgeschlagene Vorrichtung eine Möglichkeit, beim Messen optischer Parameter die Polarisationseigenschaften des in den Prüfling eingekoppelten Lichtes einzustellen sowie die Detektionseinheit auf eine bevorzugte Polarisation des vom Prüfling ausgekoppelten Lichts, einzustellen bzw. abzustimmen. Beispiele für zu messende optische Parameter sind: MTF, CRA (Chief Ray Angle; Hauptstrahlwinkel), absolute Effizienz, Verzeichnung, Polarisationsparameter wie Stokes-Parameter oder Komponenten einer Müller-Matrix, etc.Optical AR and VR elements, which can be tested here, may have additional coatings that influence or alter the polarization properties or polarization direction of the light as it passes through the optical system, sometimes multiple times. This creates a folded beam path, enabling a very compact design for these optical systems and thus for the AR/VR systems as a whole. When measuring optical properties, such as the MTF, of such optics, also known as pancake lenses, it is therefore essential to ensure that the light meets the polarization requirements. If the polarizing properties of the pancake lenses are disregarded during testing, this leads to a misinterpretation of the measurement results, for example, that they are considered too positive or too negative. Against this background, the device proposed here offers a way to adjust the polarization properties of the light coupled into the test object when measuring optical parameters, as well as to adjust or tune the detection unit to a preferred polarization of the light coupled out from the test object. Examples of optical parameters to be measured include: MTF, CRA (Chief Ray Angle), absolute efficiency, distortion, polarization parameters such as Stokes parameters or components of a Müller matrix, etc.
Dasselbe Verfahren kann auch für die effektive Charakterisierung von Subkomponenten des Pancake-Objektivs wie z. B. Einzellinsen mit aufgebrachten Polarisationselementen verwendet werden, um deren Qualität und andere optische Eigenschaften unter den im Gesamtobjektiv verwendeten Polarisationsbedingungen zu testen.The same method can also be used for the effective characterization of subcomponents of the pancake lens, such as individual lenses with applied polarizing elements, in order to test their quality and other optical properties under the polarization conditions used in the overall lens.
Eine korrekte Messung der MTF eines Pancake-Objektivs kann nicht präzise durchgeführt werden, ohne den Polarisationszustand des eingekoppelten Lichts zu korrigieren, das durch das optische System transmittiert werden soll. Auf ähnliche Weise wird das ausgekoppelte Licht einen unterschiedlichen Polarisationszustand zu jenem des eingekoppelten Lichts aufweisen. Ein Pancake-Objektiv bildet ein gefaltetes Abbildungssystem mit zwei oder mehr Linsen. Die korrekte Ausbreitung von optischen Strahlen durch das System hängt von dem Polarisationszustand des einfallenden Lichts ab. Somit würde unpolarisiertes oder inkorrekt polarisiertes Licht zu einer inkorrekten Abbildung durch den Prüfling und daher zu einer inkorrekten Interpretation der Messergebnisse und folglich zu einer inkorrekten Schlussfolgerung hinsichtlich der Abbildungsleistung des Systems führen. Dies kann gemäß Ausführungsbeispielen behoben werden.A precise measurement of the MTF of a pancake lens cannot be performed without correcting the polarization state of the coupled light that is to be transmitted through the optical system. Similarly, the coupled-out light will have a different polarization state than that of the coupled-in light. A pancake lens forms a folded imaging system with two or more lenses. The correct propagation of optical rays through the system depends on the polarization state of the incident light. Thus, unpolarized or incorrectly polarized light would lead to incorrect imaging by the test object and therefore to an incorrect interpretation of the measurement results and consequently to an incorrect conclusion regarding the imaging performance of the system. This can be remedied according to the exemplary embodiments.
Somit wird gemäß Ausführungsbeispielen anders als bei einem standardmäßigen Messsystem mit motorischer Polarisationssteuerung mehr als nur die Messung der Polarisation ermöglicht. Anders ausgedrückt wird eine Messung der vorgenannten, optischen Parameter eines polarisierenden Prüflings unter einer Berücksichtigung einer Polarisation des gekoppelten Lichts ermöglicht.Thus, according to the exemplary embodiments, unlike a standard measuring system with motorized polarization control, more than just the measurement of polarization is made possible. In other words, the measurement of the aforementioned optical parameters of a polarizing test specimen is enabled, taking into account the polarization of the coupled light.
Dies wird gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere durch einen speziellen Aufbau erreicht: die auch als Teleskop oder Konoskop und Kamera, wobei die Kamera fokussierbar oder nicht-fokussierbar sein kann, bezeichnete Detektoreinheit 300 und Beleuchtungseinheit 100 weisen einen Polarisator 106, bzw. Analysator 303 auf, verbunden mit jeweils einer Dreheinrichtung 302, 103. Die Beleuchtungseinheit 100 kann weiterhin auch über einen fokussierbaren oder nicht-fokussierbaren Kollimator verfügen. Allgemein gesagt kann sich das vom Prüfling abzubildende Objekt (i.d.R. eine Strichplatte) optisch in einer endlichen oder unendlichen Entfernung zum Prüfling befinden. Der Polarisator 106 und Analysator 303 können entweder linear oder zirkular sein. Anders ausgedrückt ist eine Lichtquelle 101 mit beispielsweise einem Linearpolarisator 106 verbunden und mit der ersten Dreheinrichtung 103 gekoppelt, was zum Steuern von eingekoppeltem oder eingestrahltem Licht verwendet wird, wobei der Analysator 303 auf der Detektorseite es ermöglicht, sich durch den Prüfling ausbreitende Polarisationsänderungen zu messen bzw. das auf den Detektor fallende Licht zu filtern. Gemäß Ausführungsbeispielen werden somit Polarisationsanpassungen beruhend auf einer Integration einer insbesondere piezoelektrisch bzw. motorisiert angetriebenen Dreheinrichtung als erster Dreheinrichtung 103 in der Beleuchtungseinheit 100 bzw. Lichtquelleneinheit ermöglicht, um den Polarisationszustand von gekoppeltem oder eingekoppeltem oder eingestrahltem Licht zu steuern und die durch den Prüfling bewirkten Effizienzschwankungen zu detektieren. Auch kann ein fester oder auch drehbarer Linearpolarisator als Analysator 303 zu der Detektoreinheit 300 hinzugefügt sein, um Änderungen des Polarisationswinkels nach einem Durchtritt des Lichtsdurch den Prüfling messen zu können. Die Möglichkeit zur Steuerung der Polarisation von gekoppeltem Licht sowie die Messung der resultierenden Stokes-Parameter auf der Detektorseite ermöglicht gemäß Ausführungsbeispielen eine ganzheitliche und vollständig korrekte Bewertung von Bildqualitätsparametern, wie beispielsweise MTF und/oder Effizienz.This is achieved, according to exemplary embodiments, in particular by a special design: the detector unit 300 and illumination unit 100, also referred to as a telescope or conoscope and camera (where the camera can be focusable or non-focusable), each have a polarizer 106 and analyzer 303, respectively, connected to a rotating device 302 and 103. The illumination unit 100 can also have a focusable or non-focusable collimator. Generally speaking, the object to be imaged by the test specimen (usually a reticle) can be located at a finite or infinite optical distance from the test specimen. The polarizer 106 and analyzer 303 can be either linear or circular. In other words, a light source 101 is connected to, for example, a linear polarizer 106 and coupled to the first rotary device 103, which is used to control coupled or incident light. The analyzer 303 on the detector side makes it possible to measure polarization changes propagating through the test object or to filter the light incident on the detector. According to exemplary embodiments, polarization adjustments based on the integration of a rotary device, in particular a piezoelectrically or motor-driven one, as the first rotary device 103 in the illumination unit 100 or light source unit are thus made possible in order to control the polarization state of coupled or coupled or incident light and to detect the efficiency fluctuations caused by the test object. A fixed or rotatable linear polarizer can also be added to the detector unit 300 as an analyzer 303 in order to measure changes in the polarization angle after the light has passed through the test object. The possibility of controlling the polarization of According to exemplary embodiments, coupled light and the measurement of the resulting Stokes parameters on the detector side enable a holistic and completely correct evaluation of image quality parameters, such as MTF and/or efficiency.
Somit bieten Ausführungsbeispiele auch deswegen Vorteile, weil die Polarisationseigenschaften von Licht zunehmend an Bedeutung bei der Herstellung von VR- und AR-Elementen gewinnen. Die optischen Eigenschaften unter Berücksichtigung der Polarisationseigenschaften von Prüflingen durch die Vorrichtung 400 und/oder das Verfahren 500 exakt und umfangreich prüfen zu können und folglich auszunutzen, hilft dabei, durch Falten der Ausbreitung von Licht solche Elemente kleiner und effizienter zu machen. Daher kann gemäß Ausführungsbeispielen ein Konzept bereitgestellt werden, welches es ermöglicht, sowohl einen Polarisationszustand der Lichtquelle 101 zu steuern als auch beispielsweise die resultierenden Stokes-Parameter und andere optische Parameter für Prüflinge korrekt zu messen.Thus, exemplary embodiments also offer advantages because the polarization properties of light are becoming increasingly important in the production of VR and AR elements. Being able to precisely and comprehensively test and consequently utilize the optical properties of test specimens, taking into account their polarization properties, using the device 400 and/or the method 500, helps to make such elements smaller and more efficient by folding the propagation of light. Therefore, according to exemplary embodiments, a concept can be provided that makes it possible both to control the polarization state of the light source 101 and, for example, to correctly measure the resulting Stokes parameters and other optical parameters of the test specimens.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an “and/or” connection between a first feature and a second feature, this is to be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature, and according to another embodiment either only the first feature or only the second feature.
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- JP 2019144237A [0004]JP 2019144237A [0004]
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