TWI920239B - 用於測量光學系統的成像特性的裝置和方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種用於測量光學系統（4）的成像特性的裝置（2），其中，所述裝置（2）包括：被設置用於將待測試的光學系統（4）定位在預定的測試位置處的試樣保持器（6）、剛性的保持裝置（8）和多個MTF測量裝置（20），所述多個MTF測量裝置（20）被布置在所述保持裝置（8）的可固定預定的位置處，使得藉助所述MTF測量裝置（20）中的每個能夠在所述光學系統（4）的像場中的彼此不同的、同樣可固定預定的角位置處測量調製傳遞函數。所述裝置進一步改進使所述保持裝置（8）至少包括第一和第二保持器（10，12），並且所述多個MTF測量裝置（20）包括第一組和第二組MTF測量裝置（20），其中，所述第一保持器（10）被設置用於將所述第一組MTF測量裝置（20）保持在第一位置處，使得所述第一組MTF測量裝置（20）布置在第一球殼上，所述第二保持器（12）被設置用於將所述第二組MTF測量裝置（20）保持在第二位置處，使得所述第二組MTF測量裝置（20）布置在第二球殼上，其中，所述第一球殼和所述第二球殼具有不同的半徑並且彼此同心地布置。

Description

用於測量光學系統的成像特性的裝置和方法

本發明關於一種用於測量光學系統的成像特性的裝置，其中，所述裝置包括：被設置用於將待測試的光學系統定位在預定的測試位置處的試樣保持器、剛性的保持裝置和多個MTF測量裝置，所述多個MTF測量裝置被布置在所述保持裝置的可固定預定的位置處，使得藉助所述MTF測量裝置中的每個能夠在光學系統的像場中的彼此不同的、同樣可固定預定的角位置處測量調製傳遞函數。此外，本發明關於一種用於利用所述裝置測量光學系統的成像特性的方法。

光學系統的成像特性的測量通常作為品質控制的一部分和/或為了表徵成像光學系統而進行。為此目的，一種廣泛使用的測量方法是測量調製傳遞函數（MTF），也稱為調製傳遞函數。MTF測量在各種光學系統上進行，其大量用於鏡片的批量生產，也用於高品質特殊光學器件的表徵。

已知的MTF測試儀由Trioptics GmbH以名稱ImageMaster® PRO提供。ImageMaster® PRO設備使用多個伸縮攝像機，分別安裝在相對於試樣的光軸和朝向試樣的光瞳的「觀察方向」的固定預定角位置。這通過使用拱頂形或圓頂形的攝像機保持器來實現，其中，攝像機布置在所述拱頂的內側上。攝像機用作MTF測量裝置，沿著其光軸觀察拱頂的曲率中心。同時，所有伸縮攝像機與放置在測試位置作為試樣的單個光學系統的光瞳對齊。藉助於這種測量裝置，可以在待測試的光學系統的像場中，在不同的場位置（由不同的角位置表示）同時進行多個MTF測量。為此目的，例如，在待測試的光學系統的像平面中的被照明的十字板經由MTF測試裝置的相應的伸縮光學器件成像到其攝像機感測器上。

為了高精度地確定待測試的光學系統的成像品質，需要實現高測量點密度。測量點密度與使用的MTF測量裝置的數量直接相關。在待測試的成像光學器件的角度範圍中定位的MTF測量裝置越多，在所述角度範圍中的測量點密度就越高。然而，每個MTF測量裝置，即包括其成像光學器件在內的每個單獨的攝像機，具有有限的空間延伸。由於這個原因，現有系統中的測量點密度不能簡單地放大。如果達到MTF測量裝置的機械上最窄且因此是最密集的可能布置（即MTF測量裝置彼此接觸），則也達到可能的測量點的數量的極限。

增加測量點的數量的一種可能性是增加整個測量裝置的尺寸，其中可以將更多數量的MTF測量裝置布置在具有更大半徑的拱頂上。然而，在這種方法中，測量裝置迅速變得笨重。

CN 104865047 A公開了一種MTF測量裝置，其用於MTF測量的攝像機固定在可樞轉的拱頂上。這些攝像機用於執行無限測量。在進行無限測量之後，樞轉拱頂，使得固定在拱頂上的MTF測量裝置遠離待測試的光學器件並且釋放移動路徑。在所述移動路徑上，布置在平坦的保持板上的另外的圖像感測器被帶到待測試的光學器件的場區域中。這些布置在一個平面中的攝像機被設置用於執行有限測量。因此，包括攝像機在內的整個拱頂狀結構被實施為可樞轉的，使得在完成有限測量之後，可以利用其他圖像感測器進行有限距離測量。

因此，在執行無限測量和執行有限測量之間，需要在兩種配置之間移動測量裝置。這僅適用於機械可移動的結構，因為其結構整體上不構成剛性保持裝置。包括運動部件的保持裝置不可避免地具有與運動部件相關聯的結構上的缺點，這些缺點影響測量精度和速度。這尤其包括更高的設計工作量和更小的公差和精度，而只能通過顯著的額外工作量來實現。此外，已知的測量總是只能進行無限測量或有限距離測量，在結構上排除了使用所有可用攝像機的同時測量。

另一種已知的測量裝置是CN 208751828 U，其包括布置在拱頂上的多個MTF測量裝置。為了能夠在待測試的光學系統的中央成像區域中以高密度記錄測量值，所述裝置具有布置在有限距離處的圖像感測器，利用所述圖像感測器在待測試的光學系統的中央區域中執行測量。這些布置在有限距離處的測量裝置是感測器，待測試的光學器件直接成像到所述感測器上，並且所述感測器利用未詳細公開的技術執行成像品質的確定。雖然具有附加光學器件的攝像機可能是MTF測量裝置，但這在技術上僅在有限的範圍內通過感測器實現，所述感測器檢測由待測試的光學系統成像的測試對象的直接成像。為了在有限成像的情况下獲得清晰的圖像，感測器和試樣之間的選定距離必須與待測試的光學器件相匹配，並且必須選擇特定感測器尺寸以獲得完整的測試結構。與基於無限遠成像進行的測量不同，在這種量測中試樣和伸縮光學器件之間的距離並不重要，這種情況嚴重限制了所公開的解决方案的應用範圍。

由DE 10 2015 006 015 A1已知一種用於測量光學系統的成像特性的裝置，所述裝置在光學系統的焦平面中產生光圖案。所述裝置包括N個彼此分離的攝像機的布置，每個攝像機具有鏡片和布置在鏡片的焦平面中的光感測器。攝像機布置在與光圖案生成裝置相對置的一側上，使得每個攝像機利用其光感測器檢測在光學系統的配合下產生的光圖案的恰好一個片段的圖像。至少一個射束偏轉元件這樣布置在光學系統和攝像機中的至少一個之間，使得射束偏轉元件使入射到至少一個攝像機上的光從裝置的參考軸偏轉，光學系統在所述參考軸上定向。

本發明的目的是提供一種用於測量光學系統的成像特性的裝置和方法，其能夠以低的結構耗費實現，具有緊凑的尺寸並且能夠以高的測量點密度在待測試的光學系統的中央成像區域中檢測MTF測量數據。

所述目的通過一種用於測量光學系統的成像特性的裝置來實現，其中，所述裝置包括： 被設置用於將待測試的光學系統定位在預定的測試位置處的試樣保持器、剛性的保持裝置和多個MTF測量裝置，所述多個MTF測量裝置被布置在所述保持裝置的可固定預定的位置處，使得藉助所述MTF測量裝置中的每個能夠在光學系統的像場中的彼此不同的、同樣可固定預定的角位置處測量調製傳遞函數，其中，所述裝置進一步改進為： -   所述保持裝置包括至少第一和第二保持器，並且所述多個MTF測量裝置包括第一組和第二組MTF測量裝置，其中， -   所述第一保持器被設置用於將所述第一組MTF測量裝置保持在第一位置上，使得所述第一組MTF測量裝置布置在第一球殼上， -   所述第二保持器被設置用於將所述第二組MTF測量裝置保持在第二位置上，使得所述第二組MTF測量裝置布置在第二球殼上，其中， -   所述第一和第二球殼具有不同的半徑並且彼此同心地布置。

在本說明書的上下文中，剛性的保持裝置可理解為沒有運動部件的保持裝置。多個MTF測量裝置布置在保持裝置的可固定預定的位置上，這意味著這些MTF測量裝置在測量值檢測期間位於固定的位置上並且尤其不移動。例如為了調節的目的，MTF測量裝置可以在其安裝到保持裝置的位置上改變，尤其可調節地。這種可變性例如可以通過藉助於穿過長孔的螺釘容納MTF測量裝置來實現。

其成像特性被測量的光學系統具體為折射光學系統。在本說明書的上下文中，折射光學系統被理解為包括至少一個折射光學元件的光學系統，尤其光學系統的所有光學元件都是折射光學元件。

MTF測量裝置尤其是測量攝像機，其被設置用於確定作為試樣的光學系統的調製傳遞函數（MTF）。為此，MTF測量裝置配備有合適的光學器件。MTF測量裝置尤其如此容納在保持裝置上，使得MTF測量裝置的視場不重疊。換句話說，MTF測量裝置被布置成使得其在執行測量時不會相互阻礙。

MTF測量裝置的角位置確定MTF測量裝置在待測試的光學系統的像場中的位置。

有利地，利用根據本發明各方面的裝置，可以基於MTF測量同時測量待測試的光學系統的光學成像品質，其中可以獲得高測量點密度。MTF測量可以有利地同時執行，這允許以高速表徵待測試的光學系統。所述裝置的機械結構有利地在沒有運動部件的情况下工作，這有利於所執行的測量的精度和速度。此外，所述裝置是非常靈活的，因為利用所述裝置不僅可以表徵具有大的最大視場，即大的視場角（Field of View：FOV）的光學系統，而且尤其可以表徵具有小的視場角的光學系統，而不需要對所述裝置進行改造、改裝或移動。

MTF測量裝置例如是配備有合適的有限光學器件或無限光學器件的攝像機，使得其能夠檢測由待測試的光學系統成像的測試對象，例如十字光闌等。同樣可行的是，MTF測量裝置配備有准直器，所述准直器具有聚焦的可能性。

特別的，所述裝置的設計確保所包括的所有MTF測量裝置為相同類型的構造，也就是說設置用於相同類型測量的裝置。尤其提供所有MTF測量裝置進行無限測量。

不需要運動部件的所述裝置的機械結構是極其溫度穩定的，這對於光學系統在較長時間內的品質測試是尤其有利的。保持裝置例如可以通過多個機械剛性的撐桿來實現，所述撐桿將第一和第二保持器彼此連接或者為這些保持器提供合適的保持結構。

在現有技術已知的MTF測量裝置中，可以通過將MTF測量裝置布置在與待測試的光學系統相距較大的距離處來增加受到MTF測量裝置的機械擴展的限制的可檢測的測量點的數量。在這種情况下，可以在待測試的光學系統的相同的視場角中布置更多數量的MTF測量裝置。然而，這種方法大大增加了用於測量光學系統的成像特性的裝置。藉助根據本發明的多層結構克服了所述缺點。本發明提供了一種解决方案，其中可以記錄每個視場角的大量測量點，同時可以在很大程度上保持測量裝置的緊凑尺寸。在多層布置中，可以將MTF測量裝置布置在第一和第二保持器上，使得其的視場不重疊。因此，可以利用每個單獨的MTF測量裝置在待測試的光學系統的像場中檢測相應的MTF測量值。

所述裝置進一步改進為，MTF測量裝置布置在保持裝置上，使得MTF測量裝置的光軸在待測試的光學系統的孔徑或光瞳的平面中相交。此外，球殼的中心尤其也位於待測試的光學系統的孔徑或光瞳的平面中。

根據另一有利的實施方式，所述裝置進一步改進為，保持裝置包括第三保持器，並且多個MTF測量裝置包括第一組和第二組以及附加地包括第三組MTF測量裝置，其中，第三保持器被設置用於將第三組MTF測量裝置保持在第三位置處，使得第三組MTF測量裝置布置在第三球殼上，其中，第三球殼具有不同於第一和第二球殼的第三半徑並且與第一和第二球殼同心地布置。

通過引入第三層，可以進一步提高待測試的光學系統每視場角的測量點密度。由於MTF測量裝置與待測試的光學系統的距離更大，因此可以為每個視場角提供更多數量的MTF測量裝置。

在其他實施方式的範圍內，除了上述三個層之外，還可提供其他層，使得根據這種實施方式的裝置具有多於三個層。如上面針對前三個層所描述的那樣，所述結構可以毫無問題地系統地以第四、第五、第六層等繼續進行，而不必為此采取與所描述的概念不同的特殊的結構措施。

另外的層由保持裝置的另外的保持器提供，並且相應層上的MTF測量裝置被設置保持布置在另外的球殼上。所有保持器的球殼彼此同心地布置，因此球殼的中心全部在一點上重合。

根據另一有利的實施方式，所述裝置進一步改進為，第一球殼的第一半徑大於第二球殼的第二半徑，並且尤其是第二球殼的第二半徑大於第三球殼的第三半徑，使得第一組MTF測量裝置分別具有比第二組MTF測量裝置更大的距待測試的光學系統的距離，並且尤其是第二組MTF測量裝置分別具有比第三組MTF測量裝置更大的距待測試的光學系統的距離。

第一組MTF測量裝置用於檢測待測試的光學系統的中央成像區域中的高測量點密度。第二組和第三組MTF測量裝置用於檢測待測試的光學系統的場區域的更靠外的區域，即視場的邊緣區域。根據待測試的光學系統的視角/場範圍有大小，也可以提供僅使用單個組的MTF測量裝置來表徵待測試的光學系統。如果所述裝置例如被設置用於測量具有200°像角的光學系統（在使用第一和第二組MTF測量裝置的情况下），則能夠僅利用第一組MTF測量裝置測量具有例如直至50°像角的光學系統。

所述裝置進一步改進為，對於第一組的所有MTF測量裝置，待測試的光學系統的光軸與MTF測量裝置的光軸之間的第一橫向角度小於待測試的光學系統的光軸與第二組的任意MTF測量裝置的光軸之間的第二橫向角度，並且尤其對於第二組的所有MTF測量裝置，待測試的光學系統的光軸與MTF測量裝置的光軸之間的第二橫向角度小於待測試的光學系統的光軸與第三組的任意MTF測量裝置的光軸之間的橫向角度。

第一組MTF測量裝置的中央布置可以通過其光軸與待測試的光學系統的光軸之間的角度容易地讀出。通常包括第二組的MTF測量裝置的軸與待測試的光學系統的光軸的角度間隔大於第一組的所述間隔。

第一組MTF測量裝置通常包括軸向MTF測量裝置，其光軸與待測試的光學系統的光軸重合（在待測試的光學系統理想取向的前提下）。

根據另一有利的實施方式，所述裝置進一步改進為，第一組的兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的橫向角度小於第二組的兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的橫向角度，並且尤其第二橫向角度小於第三組的兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的第三橫向角度。

相鄰布置的MTF測量裝置之間的所提及的橫向角度如下確定。根據其是第一組、第二組還是第三組的MTF測量裝置，在第一、第二或第三球殼上切出相鄰MTF測量裝置所在的大圓。所述橫向角度由這個大圓的平面所確定。根據定義，相應的球殼的中心點也位於大圓的平面中。橫向角度的這種定義對應於通常針對圖像區域的視場角所做的定義，其中在這種情况下參考待測試的光學系統。

有利地，利用這種測量裝置可以在待測試的光學系統的中央像場區域中以高測量點密度獲得MTF測量值。

在工業上常見的攝像機尺寸中，第一橫向角度尤其在2.7°和3.1°之間的範圍內，此外尤其在2.8°和3.0°之間的範圍內，並且此外尤其至少近似為2.9°。第二橫向角度例如在3.0°和9°之間的範圍內，尤其在3.1°和7°之間的範圍內，並且此外尤其至少近似為3.3°。第三橫向角度例如尤其在9°與13°之間的範圍中，此外尤其在10°與12°之間的範圍中並且此外尤其至少近似為11°。

根據另一有利的實施方式，所述裝置進一步改進為，所述保持裝置的保持器至少區段式地沿著相應的球殼延伸。

在本說明書的上下文中，術語「沿著延伸」可理解為保持裝置的相應的保持器以相對於相應的球殼表面恆定的距離延伸。換言之，保持器不一定具有與所屬的球殼相同的半徑。

根據另一有利的實施方式，所述裝置進一步改進為，第一保持器實施為球頂，並且第二和/或第三保持器實施為具有中央開口的球頂，其中，尤其第二和/或第三保持器是環形的，此外，尤其第二和/或第三保持器實施為球面區域的形式。

球面區域，也稱為球面層或球面盤，是從兩個平行平面切出的球面的一部分。切出的彎曲的面部分通常稱為相應的球面層或球面盤的球面區域。第二或第三保持器尤其如此設計，使得其表面沿著這樣的球面區域延伸。這允許下一層的攝像機通過位於其下方的環形保持器的中央開口觀察。因此，可以為MTF測量裝置提供機械穩定的保持裝置，而MTF測量裝置不會相互阻礙或限制視角。

根據另一有利的實施方式，所述裝置進一步改進為，第一保持器實施為球頂，並且第二和/或第三保持器分別實施為至少一個弓形件，其中，弓形件分別在靠近第一保持器的第一端部處固定在第一保持器處，並且沿著第二或第三球殼的大圓朝遠端自由端部的方向延伸，其中，大圓在沿著待測試的光學系統的光軸相交的平面內延伸。

保持器的弓形件結構允許所涉及的保持器具有特別輕的並且此外節省材料的結構。此外，當第一保持器和第二保持器彼此直接緊固時，可以省去在第一保持器和第二保持器之間的緊固元件，或者可以使用結構上較小且因此高效設計的構件。例如構成第二保持器的弓形件可以例如在其第一端部上有利地直接固定在第一保持器上，所述第一保持器是球頂。根據一個優選的實施例，所述球頂僅容納一個軸向MTF測量裝置，所述軸向MTF測量裝置居中地布置在球頂中。其餘的MTF測量裝置安裝在弓形件上。

根據另一實施方式，所述裝置進一步改進為，保持裝置的保持器被設置為使得MTF測量裝置能夠在所屬的球殼上移動。因此，第一組MTF測量裝置可移動地布置在第一球殼上，第二組MTF測量裝置可移動地布置在第二球殼上，並且第三組MTF測量裝置可移動地布置在第三球殼上。這例如通過使用長孔將MTF測量裝置固定在保持器上來實現。所述長孔優選沿著球殼上的大圓延伸。

根據另一有利的實施方式，球頂和弓形件之間的連接是使用長孔下實現，使得弓形件能夠沿著優選地沿著大圓延伸的長孔移動。這允許將裝置的場角靈活地適配於給定的測量任務。

此外，所述大圓優選地在與共同軸相交的平面中延伸。所述軸優選地與待測試的光學系統的光軸重合。

所述目的還通過一種用於測量光學系統的成像特性的方法來實現，所述光學系統具有根據前述實施例中的一個或多個的裝置。根據本發明的方法包括以下步驟：將待測試的光學系統布置在試樣保持器中，以及用所有MTF測量裝置同時執行MTF測量。

有利地，因為MTF測量可以全部同時進行，所述方法允許非常快速地表徵待測試的光學系統。此外，因為具有大視場角的光學系統和具有小視場角的光學系統都可以在同一裝置上表徵，所述方法是非常靈活的。

本發明的其他特徵將從根據本發明的實施方式的描述連同請求項和附圖中顯而易見。根據本發明的實施方式可以滿足單個特徵或多個特徵的組合。

在本發明的範圍內，用「特別地」或「優選地」標記的特徵應理解為可選特徵。

圖1示出用於測量光學系統4的成像特性的裝置2的示意性和簡化的透視圖。光學系統4尤其是折射光學系統4。在下面的描述中僅示例性地參考這種折射光學系統4。折射光學系統4以高度示意性的方式示出，其例如是成像光學器件，如鏡片等。裝置2包括試樣保持器6，其被設置用於將待測試的光學系統4定位在預定的測試位置處。裝置2還包括剛性的保持裝置8，其在所示實施例中包括第一保持器10、第二保持器12以及連接兩個保持器10，12的撐桿14，為了清楚起見，所述第一保持器、第二保持器以及撐桿中的僅一個設有附圖標記。示例性地，第一保持器10實施為球頂（也稱為拱頂）。第二保持器12是環形的，其中，第二保持器12同樣實施為球頂，但是具有中央開口16。第二保持器12實施為球區，也就是說，第一保持器10和第二保持器12其表面沿著兩個同心的球區延伸。第一保持器10沿著第一球殼延伸，然而第一球殼與第二保持器12所沿著延伸的第二球殼相比具有更大的半徑。第一球殼和第二球殼彼此同心地布置。這兩個球殼的中心位於在圖1中用十字標記的球心18上。所述球心18優選位於待測試的光學系統4的孔徑的平面中。

在保持裝置8上固定有多個MTF測量裝置20。為了清楚起見，其中僅一個MTF測量裝置設有附圖標記，MTF測量裝置20例如是配備有合適的光學器件的攝像機。MTF測量裝置20固定在保持裝置8上，使得其位於保持裝置8上的可固定預定的位置中。利用多個MTF測量裝置20中的每個MTF測量裝置20，可以在光學系統4的像場中的可固定預定的角位置處測量調製傳遞函數（MTF）。

保持裝置8是剛性的，也就是說，其不具有運動部件。MTF測量裝置20位於固定位置，然而，其可以例如在裝置2的初始調整的範圍內靈活地定位。為此，第一保持器10具有長孔22，MTF測量裝置20可以沿著長孔22移動。MTF測量裝置20經由在第一保持器10的上側上可見的滾花螺釘固定。長孔22優選地沿著第一球殼的大圓延伸，第一保持器10沿著所述大圓延伸。

裝置2被設置用於容納多個MTF測量裝置20。所述多個MTF測量裝置20被分成第一組和第二組MTF測量裝置20。第一組MTF測量裝置20固定在第一保持器10上。所述第一組MTF測量裝置20在圖1中示出。未示出的第二組MTF測量裝置20在圖2中固定在第二保持器12上。未示出的第二組MTF測量裝置20同樣適用先前關於第一組MTF測量裝置20所說的內容，其位於可固定預定的位置，但是可以調整其位置。為此目的，第二保持器12也具有長孔22，為了清楚起見，這些長孔中的僅一個設有附圖標記。第二保持器12的長孔22優選沿著第二球殼的大圓延伸，第二保持器12沿著所述大圓延伸。類似於圖1中由第一保持器10保持的MTF測量裝置20所示，圖1中未示出的第二組MTF測量裝置20位於第二保持器12下方。第一組和第二組MTF測量裝置20這樣分別布置在第一保持器10和第二保持器12上，使得MTF測量裝置20的光軸在球心18中相交。換句話說，MTF測量裝置20被安裝在保持裝置8上，使得其光軸在待測試的光學系統4的孔徑的平面中相交。

第一組MTF測量裝置20布置在第一球殼上，這意味著，尤其是用作MTF測量裝置20的攝像機的感測器位於所述第一球殼內。第一保持器10沿著第一球殼延伸，然而這並不意味著第一保持器10在第一球殼內以相同的半徑延伸。第一保持器10相對於第一球殼以恆定的距離延伸，使得可以提供第一組MTF測量裝置20的所需布置。這樣的結構允許使用簡單的攝像機保持器24來安裝MTF測量裝置20，攝像機保持器24況著由第一保持器10的拱頂狀結構預定的方向定向，使得MTF測量裝置20沿著徑向彼此距離更寬也更靠近光學系統4地。這同樣適用於圖1中未示出的第二組MTF測量裝置20。

第一組MTF測量裝置20被設置用於在光學系統4的像場的中央區域中執行MTF測量。由於這些第一組MTF測量裝置20與待測試的光學系統4具有更大的距離，因此與第二組MTF測量裝置20相比，光學系統4的每個視場角可以布置更多的第一組MTF測量裝置20。這意味著，在光學系統4的像場的中央區域中可以檢測具有更高測量點密度的MTF測量值。同時，利用裝置2可以在MTF測量中覆蓋大視場角，利用第二組MTF測量裝置20可以進行大視場角下的MTF測量。這允許測試具有大像角或視場角的光學系統4，其中可以測試光學系統4的整個像場。同時，也可以利用裝置2測試具有小視場角的光學系統4，例如長焦鏡片。有利地，不需要在例如具有大視場角的廣角鏡片和具有小視場角的長焦鏡片的測試之間轉換裝置2。也可能的是，例如僅使用第一組MTF測量裝置20來測試長焦鏡片。有利地，MTF測量裝置20為此目的布置成使得其圖像區域不重疊。第一組MTF測量裝置20在測量時通過存在於第二保持器12中的中央開口16觀察。同時，圖1中未示出的第二組MTF測量裝置20被布置成使得其不妨礙第一組MTF測量裝置20的像場。

圖2以另一示意性且簡化的透視圖示出已經從圖1中已知的裝置2。為了清楚起見，在圖2中未示出待測量的折射光學系統4和試樣保持器6，僅示出位於試樣孔徑平面中的球心18。圖2以從下側觀察的方向示出裝置2。這可以清楚地看到MTF測量裝置20是如何安裝在第一保持器10上的對應的攝像機保持器24上的。所示的第一組MTF測量裝置20通過第二保持器12的開口16觀察待測試的光學系統4。MTF測量裝置20的光軸在球心18中相交。

圖3示出裝置2的俯視圖及其下側的視圖。圖3可見第一組MTF測量裝置20以及第一組MTF測量裝置20的觀察球心18。中央MTF測量裝置20用於執行軸上測量，圍繞此中央MTF測量裝置20分組的四個MTF測量裝置20執行離軸MTF測量。為了清楚起見，再次未示出待測試的光學系統4。

圖4以示意性和簡化的側視圖示出裝置2。為了清楚起見，圖4也未示出光學系統4。用於執行軸上測量的中央MTF測量裝置20的光軸以點畫線示出，用於執行離軸測量的MTF測量裝置20的光軸也以點畫線示出。軸上MTF測量裝置20的光軸與待測試的光學系統4（未示出）的光軸重合。

在側視圖中可以清楚地看到，第一球殼的第一半徑大於第二半徑，在所述第一半徑中布置有第一組MTF測量裝置20，在圖4中未示出的第二組的MTF測量裝置20可以布置在第二球殼的所述第二半徑中。第一半徑大於第二半徑可直接從比較第一保持器10和第二保持器12的不同曲率半徑得出。

圖5以示意性簡化的俯視圖示出裝置2。在所示出的俯視圖中，可以看到測量裝置2的在橫向方向上緊凑的尺寸。第一保持器10和第二保持器12僅具有略微不同的直徑（也參見圖4），其中最大尺寸由保持裝置8確定。

此外，在圖5中可見，沿著主軸定向的第一保持器10的長孔22和第二保持器12的長孔22彼此對齊。這些長孔22在圖5中水平或垂直延伸。為了增大測量點密度，在所示實施例中未使用且沿著水平線和垂直線之間的45°間距延伸的長孔22可以被附加的MTF測量裝置20占據。在這方面，裝置2是靈活的並且可以匹配於相應期望的測量任務。

圖6示出根據另一實施例的用於測量折射光學系統4的成像特性的裝置2的示意性和簡化的透視圖。同樣，再次以高度示意性的方式示出光學系統4。光學系統4布置在試樣保持器6上，光學系統4利用試樣保持器6定位在預定的測試位置處。在圖6中也示出球心18，球心18優選位於待測試的光學系統4的孔徑的平面中。

所示出的裝置2包括球頂形或拱頂形的第一保持器10。第一保持器10與環形的，但在其他情况下也設計為球頂形或拱頂形的，第二保持器12和將其連接的撐桿14一起形成用於裝置2的MTF測量裝置20的保持裝置8。第二保持器12又包括中央開口16，第一組MTF測量裝置20透過中央開口16觀察。在所示的實施例中，還示出第二組MTF測量裝置20，其容納在第二保持器12上。

圖7以另一透視圖示出由圖6已知的裝置2，在這種情况下裝置2更多地從其下側示出。可以清楚地看到第二組MTF測量裝置20，其光軸與第一組MTF測量裝置20的光軸一樣在球心18中相交。第二組MTF測量裝置20允許在大視場角下在待測試的光學系統4上執行MTF測量。在光學系統4的中央圖像區域中，由第一組的大量MTF測量裝置20提供的高測量點密度同樣是容易識別的。在圖7中同樣可以清楚地看到具有相應的攝像機保持器24的第一組和第二組MTF測量裝置20的圖像。如前所述，MTF測量裝置20徑向向內偏移，使得第一組MTF測量裝置20布置在具有第一半徑的第一球殼上並且第二組MTF測量裝置20布置在具有第二半徑的第二球殼上。第一半徑可識別地大於第二半徑。

MTF測量裝置20安裝在保持裝置8上的可固定預定的位置處。然而，為了調節的目的，MTF測量裝置20可以沿著長孔22移動。類似地，MTF測量裝置20沿著攝像機保持器24的徑向距離也可以改變。為此目的，其同樣具有長孔22。

圖8從其下側示出由圖6和7已知的裝置2。為了清楚起見，再次未示出待測試的光學系統4，僅示出球心18。第一組MTF測量裝置20通過第二保持器12的開口16觀察。第一組MTF量測裝置20可識別的更密集的布置確保了待測試的光學系統4的中央圖像區域中的高測量點密度。

圖9以示意性簡化的側視圖示出根據第二實施例的裝置2。可以清楚地看到，第一組MTF測量裝置20布置在具有更大半徑的第一球殼上，而第二組MTF測量裝置20（由第二保持器12保持）布置在具有更小半徑的第二球殼上。示例性地，對於第一組MTF測量裝置20示例性地以點畫線給出光軸26。對於第二組MTF測量裝置20也示例性地以點畫線給出光軸26。所有MTF測量裝置20的光軸26在球心18中相交，球心18例如位於待測試的光學系統4的孔徑中。

圖10示出根據第二實施例的裝置2的示意性簡化側視圖，其中僅示出軸上MTF測量裝置203，第一組MTF測量裝置201之一和第二組MTF測量裝置202之一。軸上MTF測量裝置203、第一組MTF測量裝置201和第二組MTF測量裝置202相應的光軸263、261和262在球心18中相交。軸上MTF測量裝置203的光軸263對應於未示出的待測試的光學系統4的光軸。

待測試的光學系統4的光軸263與第一組MTF測量裝置201的光軸261之間的第一橫向角度α1小於在待測試的光學系統4的光軸263與第二組MTF測量裝置202的光軸262之間的第二橫向角度α2。這適用於第一組所有MTF測量裝置201，其分別與待測試的光學系統4的光軸263圍成比第二組的任意MTF測量裝置202更小的橫向角度。換句話說，這意味著第一組中的MTF測量裝置201被設置用於檢測待測試的光學系統4的中央成像區域中的測量值。

此外適用的是，在第一組的兩個相鄰布置的MTF測量裝置201之間的另一橫向角度總是小於在第二組的兩個相鄰布置的MTF測量裝置202之間的橫向角度。換句話說，這意味著第一組MTF測量裝置201比第二組MTF測量裝置202更靠近彼此地布置。

圖11以示意性簡化的俯視圖示出根據第二實施例的裝置2。在所述視圖中也可以看到第一組MTF測量裝置20的較高密度，這可以從其後側的緊固元件看出，緊固元件例如是分別存在於第一或第二保持器10、12的上側上的滾花螺釘。MTF測量裝置20的布置僅僅是示例性的，其密度可以通過在第一組或第二組中的第一和/或第二保持器10、12上添加和/或移除相應的MTF測量裝置20而增加或减少。裝置2的這種適配可以根據測量任務靈活地進行，其中，對於相應的測量任務，MTF測量裝置20可再次保持在固定預定的位置上。為了靈活地安裝MTF測量裝置20，在第一和第二保持器10、12中設置有長孔22。沿著在圖10中水平和垂直延伸的方向，第一和第二保持器10、12的長孔22可以彼此對齊地布置。

圖12示出根據第三實施例的用於測量折射光學系統4的成像特性的裝置2的示意性和簡化的透視圖。裝置2包括第一保持器10，其實施為拱頂形。在所述拱頂形的第一保持器10的中央僅固定一個MTF測量裝置20，所述MTF測量裝置20執行軸上測量。相應的滾花螺釘28（MTF量測裝置20用其連接至圓頂形的第一保持器10）在圖12中第一保持器10的中心處可見。其餘MTF測量裝置20固定在第二保持器12上，第二保持器12以多個弓形件30的形式實施。這些弓形件30通過圓柱形的連接件32固定在拱頂形的第一保持器10上。

構成第二保持器12的弓形件30沿著第二球殼的大圓從第一端部34出發朝遠端自由端部36的方向延伸。弓形件30在其第一端部34上分別通過連接件32與第一保持器10連接。由弓形件30構成的第二保持器12是柔性的，因為與第一保持器10的連接可以沿著大圓沿著存在於第一保持器10中的長孔22改變。因此，例如，弓形件30a可以更靠近第一保持器10的中心地固定，另一弓形件30b可以更遠地固定在第一保持器10的邊緣上。MTF測量裝置20同樣可調節地固定在弓形件30上。為此目的，弓形件30也設有長孔22，所述長孔22在相應的弓形件30的縱向延伸方向的方向上延伸。

圖13以另一示意性且簡化的透視圖更多地從下側示出根據第三實施例的裝置2。MTF測量裝置20全部以使得其光軸在球心18中相交來定向，所述球心18又可以位於待測試的光學系統4的開口孔徑中。為了清楚起見，未示出光學系統4。示出的實施例尤其適用於測試具有極高成像角度的光學系統4。MTF測量可以在非常大的成像角度範圍內進行。

圖14以其上側的俯視圖示出裝置2。可以看出裝置2的緊凑尺寸。由弓形件30構成的第二保持器12僅略微突出超過第一保持器10的外邊緣，僅可見弓形件30的自由端部36。可以清楚地看到存在於第一保持器10中的長孔22，所述長孔22星形地從第一保持器10的中心朝其邊緣的方向延伸，並且第二保持器12的弓形件30可以沿著所述長孔22移動。

圖15從下側示出裝置2。在第二保持器12的弓形件30上交替地分別安裝有三個或兩個MTF測量裝置20。所有MTF測量裝置20都指向球心18。位於中心位置的MTF測量裝置20用於執行軸上測量。

圖16以示意性簡化的透視圖示出根據第三實施例的裝置2，其中僅示出第二保持器12的兩個弓形件30。通過連接件32相對居中地容納在第一保持器10上的第一弓形件30a例如容納兩個MTF測量裝置20。通過其連接件32相對較遠地安裝在第一保持器10外部的第二弓形件30b例如容納三個MTF測量裝置20。如已經在其餘實施例的上下文中所描述的，MTF測量裝置20通過相應的攝像機保持器24固定在由弓形件30和連接件32形成的第二保持器12上。

圖17以高度示意性且簡化的剖視圖示出根據第四實施例的用於測量折射光學系統4的成像特性的另一裝置2。所述裝置2包括第一保持器10，所述第一保持器又實施為球頂。第一組MTF測量裝置20被設置固定在具有第一半徑R1的第一球殼上。特別地，用作MTF測量裝置20的攝像機的圖像感測器38布置在所述第一球殼上。裝置2還包括第二保持器12，所述第二保持器12是環形的且在中心具有開口16。第二組MTF測量裝置20被設置保持在具有第二半徑R2的第二球殼上。同樣，第二組MTF測量裝置20的圖像感測器38布置在所述第二球殼上。裝置2還包括第三保持器40，其容納第三組MTF測量裝置20，使得其圖像感測器38位於具有第三半徑R3的第三球殼上，其中R3≤R2≤R1。

所有提到的特徵，也僅從附圖中得出的特徵以及與其他特徵組合公開的單個特徵單獨地和組合地被認為是對本發明重要的。根據本發明的實施方式可以通過單個特徵或多個特徵的組合來滿足。

2:裝置 4:光學系統 6:試樣保持器 8:保持裝置 10、12、40:保持器 14:撐桿 16:開口 18:球心 20、201、202、203:MTF測量裝置 22:長孔 24:攝像機保持器 26、261、262、263:光軸 28:滾花螺釘 30、30a、30b:弓形件 32:連接件 34、36:端部 38:圖像感測器 α1、α2:角度 R1、R2、R3:半徑

附圖說明 在下文中，在不限制一般發明構思的情况下，參照附圖根據實施例描述本發明，其中關於所有在文中未詳細闡述的根據本發明的細節明確地參照附圖： 圖1和圖2分別示出根據第一實施例的用於測量光學系統的成像特性的裝置的示意性和簡化的透視圖， 圖3示出所述裝置的下側視圖， 圖4示出所述裝置的側視圖， 圖5示出所述裝置的俯視圖， 圖6和圖7分別示出根據第二實施例的用於測量光學系統的成像特性的裝置的示意性和簡化的透視圖， 圖8示出所述裝置的下側視圖， 圖9示出所述裝置的第一側視圖，以及 圖10示出所述裝置的另一側視圖，其中僅示出部分MTF測量裝置， 圖11示出根據第二實施例的裝置的俯視圖， 圖12和圖13分別示出根據第三實施例的用於測量光學系統的成像特性的裝置的示意性和簡化的透視圖， 圖14示出所述裝置的俯視圖， 圖15示出所述裝置的下側視圖， 圖16示出所述裝置的示意性和簡化的透視細節圖，其中僅示出部分MTF測量裝置， 圖17示出根據第四實施例的用於測量光學系統的成像特性的裝置的示意性和簡化的剖視圖。 在附圖中，相同的或類似的元件和/或部件分別設有相同的附圖標記，從而分別不再贅述。

2:裝置

4:光學系統

6:試樣保持器

8:保持裝置

10、12:保持器

14:撐桿

16:開口

18:球心

20:MTF測量裝置

22:長孔

24:攝像機保持器

Claims (11)

1. 一種用於測量光學系統的成像特性的裝置，其中，所述裝置包括： 試樣保持器，被設置用於將待測試的所述光學系統定位在預定的測試位置處； 剛性的保持裝置；和 多個MTF測量裝置，被布置在所述保持裝置的可固定預定的位置處，使得藉助所述多個MTF測量裝置中的每個能夠在所述光學系統的像場中的彼此不同的、同樣可固定預定的角位置處測量調製傳遞函數，其中， 所述保持裝置至少包括第一保持器和第二保持器，並且所述多個MTF測量裝置包括第一組MTF測量裝置和第二組MTF測量裝置，其中， 所述第一保持器被設置用於將所述第一組MTF測量裝置保持在第一位置處，使得所述第一組MTF測量裝置的感測器布置在第一球殼的第一半徑內， 所述第二保持器被設置用於將所述第二組MTF測量裝置保持在第二位置處，使得所述第二組MTF測量裝置的感測器布置在第二球殼的第二半徑內，且其中， 所述第一球殼的所述第一半徑和所述第二球殼的所述第二半徑不同，並且所述第一球殼和所述第二球殼彼此同心地布置。
2. 如請求項1所述的裝置，其中所述多個MTF測量裝置布置在所述保持裝置上，使得所述多個MTF測量裝置的光軸在待測試的所述光學系統的孔徑的平面中相交。
3. 如請求項1或2所述的裝置，其中所述保持裝置包括第三保持器，並且所述多個MTF測量裝置包括所述第一組MTF測量裝置，所述第二組MTF測量裝置以及附加地包括第三組MTF測量裝置，其中，所述第三保持器被設置用於將所述第三組MTF測量裝置保持在第三位置處，使得所述第三組MTF測量裝置布置在第三球殼上，其中，所述第三球殼具有不同於所述第一半徑和所述第二半徑的第三半徑並且與所述第一球殼和所述第二球殼同心地布置。
4. 如請求項3所述的裝置，其中所述第一球殼的所述第一半徑大於所述第二球殼的所述第二半徑，並且所述第二球殼的所述第二半徑大於所述第三球殼的所述第三半徑，使得所述第一組MTF測量裝置分別具有比所述第二組MTF測量裝置更大的距待測試的所述光學系統的距離，並且所述第二組MTF測量裝置分別具有比所述第三組MTF測量裝置更大的距待測試的所述光學系統的距離。
5. 如請求項3所述的裝置，其中對於所述第一組MTF測量裝置內的所有MTF測量裝置來說，待測試的所述光學系統的光軸與所述第一組MTF測量裝置的光軸之間的第一橫向角度小於待測試的所述光學系統的光軸與所述第二組MTF測量裝置內的任意MTF測量裝置的光軸之間的第二橫向角度，並且對於所述第二組MTF測量裝置內的所有MTF測量裝置來說，待測試的所述光學系統的光軸與所述第二組MTF測量裝置的光軸之間的第二橫向角度小於待測試的所述光學系統的光軸與所述第三組MTF測量裝置內的任意MTF測量裝置的光軸之間的橫向角度。
6. 如請求項5中所述的裝置，其中所述第一組MTF測量裝置內兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的橫向角度小於所述第二組MTF測量裝置內兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的橫向角度，並且所述第二組MTF測量裝置內兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的橫向角度小於所述第三組MTF測量裝置內兩個相鄰布置的MTF測量裝置之間的橫向角度。
7. 如請求項1所述的裝置，其中所述保持裝置的所述第一保持器和所述第二保持器至少區段式地分別沿著相應的所述第一球殼和所述第二球殼延伸。
8. 如請求項3所述的裝置，其中所述第一保持器實施為球頂形，並且所述第二保持器和/或所述第三保持器實施為具有中央開口的球頂形，此外所述第二保持器和/或所述第三保持器實施為球形區域的形式。
9. 如請求項3所述的裝置，其中所述第一保持器實施為球頂形，並且所述第二保持器和/或所述第三保持器分別實施為至少一個弓形件，其中，所述弓形件分別在靠近所述第一保持器的第一端部處固定在所述第一保持器處，並且沿著所述第二球殼的大圓或所述第三球殼的大圓朝遠端自由端部的方向延伸，其中，所述大圓是以待測試的所述光學系統為圓心在沿著待測試的所述光學系統（4）的光軸相交的平面內之完整的圓，且其中所述大圓為相應球殼的片段。
10. 如請求項1所述的裝置，其中所述保持裝置的所述第一保持器和所述第二保持器被設置用於使得所述多個MTF測量裝置能夠在所屬的所述第一球殼和所述第二球殼上移動。
11. 一種利用如請求項1至10中任一項所述的裝置測量光學系統的成像特性的方法，所述方法包括以下步驟： 將待測試的所述光學系統布置在所述試樣保持器中， 用所有所述多個MTF測量裝置同時執行MTF測量。