Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung so wie ein Verfahren zur Vermessung eines optischen Elements. Die Einrichtung umfasst eine Lichtquelle, eine Abbildungsoptik, eine Messstruktur sowie einen Sensor. Die Messstruktur wird vom Licht der Lichtquelle beleuchtet und weist Bereiche unter schiedlichen Transmissionsgrades auf. Die Abbildungsoptik ist zur Umwandlung von durch die Messstruktur transmittiertem Licht in einen kollimierten Messstrahl ausgebildet, welcher auf das optische Element gerichtet ist. Der Sensor ist zur Er fassung einer am optischen Element erzeugten Reflexion des Messstrahls oder zur Erfassung einer durch das optische Ele ment hindurchtretenden Transmission des Messstrahls ausgebil det .

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einen solchen Mess strahl beispielsweise auf eine Planfläche eines optischen Ele ments zu richten und die Reflexion des Messstrahls an der Planfläche anschließend mit einem Sensor zu erfassen. Ein Bild der Messstruktur wird ebenfalls an der Planfläche reflektiert und kann auf dem Sensor auf einfache Weise erfasst werden. An hand einer Bestimmung der Position der Messstruktur auf dem Sensor kann beispielsweise die Ausrichtung der Planfläche be stimmt werden (siehe zum Beispiel WO 2012 037 909) . Für die Messung kann eine Kombination aus einem Kollimator und einem Teleskop verwendet werden, wobei der vom Kollimator erzeugte Messstrahl am optischen Element reflektiert und anschließend vom Teleskop auf den Sensor abgebildet wird. Alternativ kann auch ein Autokollimator verwendet werden, bei dem der reflek- tierte Messstrahl wieder in den Autokollimator eintritt und über einen Strahlteiler zum Sensor gelangt.

Nachteilig an solchen Messeinrichtungen ist jedoch, dass das untersuchte optische Element eine ausreichend große Planfläche aufweisen muss, an der der Messstrahl homogen in eine defi nierte Richtung reflektiert wird. Lokale Abweichungen der Richtung des reflektierten Messstrahls, welche beispielsweise durch lokale Defokussierung, lokale Formabweichungen der un tersuchten optischen Fläche oder andere Einflussfaktoren ent stehen, können mit den bekannten Messeinrichtungen nicht oder zumindest nicht mit hinreichender Genauigkeit vermessen wer den. Auch optische Flächen, welche eine von einer Planfläche abweichende Form aufweisen, beispielsweise gekrümmte oder sphärische Flächen, können mit der bekannten Messeinrichtung häufig nicht zufriedenstellend oder nur unter erhöhtem mess technischen Aufwand vermessen werden.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung eine Einrichtung zur Vermessung eines optischen Elements bereitzustellen, welche flexibler einsetzbar ist. Gelöst wie diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen be schrieben .

Erfindungsgemäß weist die Lichtquelle eine Mehrzahl von Licht segmenten auf, wobei die Einrichtung weiterhin eine Steuerein heit aufweist, welche zur unabhängigen Ansteuerung der Mehr zahl von Lichtsegmenten ausgebildet ist.

Zunächst werden einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be griffe erläutert. Ein Lichtsegment der Lichtquelle bezeichnet einen eigenständig Licht abstrahlenden Teil der Lichtquelle. Jedes Segment der Lichtquelle ist also dazu ausgebildet, ei genständig Licht zu emittieren. Durch die unabhängige Ansteu- erbarkeit der Segmente kann die Lichtquelle so geschaltet wer den, dass nur ein einzelnes Lichtsegment oder eine beliebig auswählbare Gruppe von Lichtsegmenten Licht emittiert, während die übrigen Segmente ausgeschaltet bleiben, also kein Licht abgeben. Das jeweilige Segment oder die Gruppe von Segmenten kann bevorzugt durch die Steuereinheit beliebig ausgewählt werden. Das von dem einzelnen Segment oder der Gruppe von Seg menten abgegebene Licht wird durch die Abbildungsoptik in Richtung des optischen Elements gelenkt.

Die Abbildungsoptik ist zur Erzeugung eines kollimierten Mess strahls ausgebildet. Dies bedeutet, dass der von der Abbil dungsoptik erzeugte Messstrahl durch ein im Wesentlichen par alleles Lichtbündel gebildet ist.

Die Abbildungsoptik weist bevorzugt einen Kondensor und ein Objektiv auf. Die Messstruktur befindet sich in einem Strah lengang der Abbildungsoptik und ist bevorzugt zwischen dem Kondensor und dem Objektiv angeordnet. Vorzugsweise wird die Messstruktur von der Abbildungsoptik ins Unendliche abgebil det. Die Messstruktur kann beispielsweise als Strichplatte ausgebildet sein, bei der Bereiche mit hohem Transmissionsgrad durch sich kreuzende Linien gebildet sind, welche beispiels weise senkrecht zueinander stehen. Die übrigen Bereiche der Strichplatte können einen geringeren Transmissionsgrad aufwei sen oder für den Messstrahl undurchlässig sein. Die licht durchlässigen Bereiche der Messstruktur können auch eine be liebige andere Form aufweisen, welche eine Positionsbestimmung des reflektierten Messstrahls auf dem Sensor ermöglichen oder vereinfachen. Eine einfache Lochblende wird im Rahmen der Er findung nicht als Messstruktur angesehen.

Der Sensor weist gewöhnlich eine Erstreckung in einer Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung des reflektierten Messstrahls auf, wobei auf der Sensorebene eine ortsaufgelöste Erfassung des Reflexes möglich ist. Beispielsweise kann der Sensor als CCD-Sensor oder als CMOS-Sensor ausgebildet sein. Die Einrich tung kann eine Auswerteeinheit aufweisen, welche zur Auswer tung der vom Sensor erfassten Messsignale ausgebildet ist.

Das „optische Element" ist im Rahmen der Erfindung dazu ausge bildet den Messstrahl zumindest teilweise zu reflektieren und/oder zumindest teilweise zu transmittieren, so dass die Reflexion bzw. die Transmission des Messstrahls vom Sensor er fasst werden kann. Der Begriff „Transmission des Messstrahls" bezeichnet einen Anteil des Lichts des Messstrahls, welcher durch das optische Element hindurchtritt. Das optische Element kann beliebige Formen aufweisen, insbesondere ist es nicht er forderlich, dass das optische Element eine Planfläche auf weist.

Durch die unabhängig ansteuerbaren Lichtsegmente wird der An wendungsbereich der Vermessungseinrichtung deutlich erweitert. Einerseits kann die erfindungsgemäße Einrichtung wie oben be schrieben die üblichen Aufgaben eines Autokollimators bzw. ei ner Kombination von Kollimator und Teleskop erfüllen, wobei in diesem Fall beispielsweise sämtliche oder zumindest ein Groß teil der Lichtsegmente zur Abgabe von Licht angesteuert werden können, um einen auf das optische Element gerichteten Mess strahl zu erzeugen.

Zusätzlich ermöglicht es die erfindungsgemäße Einrichtung, beispielsweise lediglich ein einzelnes Lichtsegment anzusteu ern, so dass über die Abbildungsoptik nur ein kleinerer Teil des Messstrahls auf das zu vermessende optische Element trifft und dort reflektiert oder transmittiert wird. Dadurch wird es möglich, lediglich einen kleinen Teil des zu vermessenden op tischen Elements abzutasten. Im Rahmen der Erfindung wurde er kannt, dass dieser kleinere Teil des Messstrahls aufgrund der gleichzeitigen Verwendung der Messstruktur ausreichend ist, um aussagekräftige Informationen über das zu vermessende optische Element zu erhalten. Insbesondere kann auf diese Weise eine ortsaufgelöste Messung durchgeführt werden, durch die Informa tionen über die lokale Richtung der Reflexion am optischen Element oder über die durch das Bauelement transmittierte Wel lenfront mit hoher Genauigkeit gewonnen werden können. Eine solche Messung kann für jedes einzelne der Lichtsegmente wie derholt werden. Zudem kann auch vorgesehen sein, dass gleich zeitig eine beliebig auswählbare Gruppe von Lichtsegmenten zur Beleuchtung verwendet wird. Durch die erfindungsgemäße Ein richtung können auf diese Weise ortsaufgelöste Informationen über die Richtung der Reflexion am zu vermessenden optischen Element mit hoher Genauigkeit bei skalierbarer Auflösung ge wonnen werden. Aus den Informationen über die lokalen Richtun gen der Reflexion kann dann beispielsweise mit Hilfe der Aus werteeinheit anhand bekannter mathematischer Verfahren die Oberflächenform der zu vermessenden optischen Fläche berechnet werden. Bei einer Detektion des transmittierten Messstrahls kann die durch das Bauelement erzeugte Wellenfrontdeformation des Messstrahls ermittelt und auf diese Weise beispielsweise eine ortsaufgelöste Bestimmung der Transmissionseigenschaften des optischen Elements vorgenommen werden.

Wie oben erläutert kann die Abbildungsoptik zur Erzeugung des Messstrahls einen Kondensor sowie ein Objektiv aufweisen. Vor zugsweise ist der Kondensor zur Abbildung der Lichtquelle in eine Eintrittspupille des Objektivs ausgebildet. Objektiv und Kondensor können jeweils durch eine einzelne Linse oder durch ein Linsensystem gebildet sein. Die Lichtquelle ist bevorzugt in der Objektebene des Kondensors angeordnet. Die Bildebene des Kondensors stimmt bevorzugt mit der Eintrittspupille des Objektivs überein. Es entsteht auf diese Weise ein sogenannter verflochtener Strahlengang. Das Licht der segmentierten Licht quelle wird auf diese Weise optimal ausgenutzt, um daraus den aus einem parallelen Lichtbündel gebildeten Messstrahl zu er- zeugen. Wenn lediglich ein einzelnes Lichtsegment eingeschal tet ist, wird durch die oben beschriebene Ausgestaltung zwi schen der Abbildungsoptik (bzw. zwischen der letzten Linse des Objektivs) und dem zu vermessenden optischen Element ein par alleles Teilbündel erzeugt, welches lediglich auf einen klei neren Abschnitt des optischen Elements fällt und nach Reflexi on vom Sensor erfasst wird. Um nun die Richtung der Reflexion bzw. der Transmission eines Teilbündels zu ermitteln wird die Position der Abbildung der Messstruktur auf dem Sensor er fasst. Dazu befinden sich vorzugsweise sowohl der Sensor als auch die Messstruktur in der Fokusebene des Objektivs.

Die Lichtsegmente sind bevorzugt in Transversalrichtung (also senkrecht zur optischen Achse) zueinander versetzt angeordnet. Dadurch werden von unterschiedlichen Segmenten in Transversal richtung zueinander versetzte Teilstrahlen des Messstrahls er zeugt. Die optische Achse der Abbildungsoptik kann durch das Zentrum der Lichtquelle verlaufen. In einer bevorzugten Aus führungsform ist zumindest ein Teil der Lichtsegmente in einer Ebene angeordnet, wobei die Ebene vorzugsweise einen Winkel mit einer optischen Achse der Abbildungsoptik einschließt, welcher bevorzugt im Wesentlichen 90° beträgt. Vorzugsweise stimmt die Ebene mit der Objektebene des Kondensors überein. Durch eine solche Anordnung werden die Segmente gleichmäßig in die Eintrittspupille des Objektivs abgebildet und können gleichmäßig zur Bildung des Messstrahls beitragen.

Die Lichtsegmente können ein regelmäßiges Gitter bilden. Der Begriff „Gitter" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die je weiligen Segmente eine regelmäßige Anordnung relativ zueinan der aufweisen. Die Regelmäßigkeit kann sowohl entlang einer ersten Raumrichtung als auch entlang einer zweiten Raumrich tung, die von der ersten Raumrichtung verschieden ist, beste hen. Die Lichtsegmente können gleichmäßige Abstände aufweisen. Die Abstände von zwei Segmenten entlang der ersten Raumrich- tung können mit den Abständen der Segmente entlang der zweiten Raumrichtung übereinstimmen. Die beiden Raumrichtungen können senkrecht zueinander sein, so dass in diesem Fall ein recht winkliges Gitter gebildet wird.

In einer Vorteilhaften Ausführung ist die Lichtquelle kreis förmig, wobei die Segmente den Kreis in z.B. Viertel oder Hälften teilen. Möglich ist auch, dass die Segmente ein „kreisförmiges Gitter" bilden. Dies bedeutet, dass ein zentra les Segment von weiteren Segmenten ringförmig (also mit je weils im Wesentlichen demselben Abstand zum zentralen Segment) umgeben ist. Um die ringförmig angeordneten Segmente herum können ein oder mehrere weitere Ringe von Lichtsegmenten ange ordnet sein, wobei die Durchmesser der Ringe nach außen hin zunehmen. Das zentrale Segment kann auf der optischen Achse angeordnet sein.

Durch die regelmäßige Anordnung der Segmente kann ein zu ver messendes optisches Element systematisch optisch abgetastet werden, so dass aussagekräftige Informationen über die Ober fläche des Elements oder die vom optischen Element erzeugte Wellenfrontdeformation gewonnen werden können.

Ein Lichtsegment kann durch eine lichtemittierende Diode ge bildet sein. Insbesondere können die lichtemittierenden Dioden durch organische lichtemittierende Dioden (OLED) gebildet sein. Mit Hilfe von LEDs oder OLEDs können im Wesentlichen punktförmige Lichtsegmente mit gerichteter Abstrahlcharakte ristik gebildet werden, wobei gleichzeitig eine hohe Leucht stärke realisiert werden kann. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform ist ein Lichtsegment durch ein Austrittsende eines Lichtwellenleiters gebildet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Lichtsegment einen Mikrospiegel eines DLP-Chips aufweisen (Digital Micromirror Device) . Die Lichtsegmente weisen vorzugsweise in Transversalrichtung (also senkrecht zur optischen Achse) eine Abmessung auf, wel che kleiner ist als 2 mm, bevorzugt kleiner als 1 mm, weiter bevorzugt kleiner als 0,5 mm. Bei einer Ausgestaltung als Mi krospiegel kann die Abmessung noch deutlich kleiner sein, bei spielsweise kleiner als 5 ym. Die genannte Abmessung bezieht sich jeweils auf die lichtabstrahlende Fläche eines Lichtseg ments. Die lichtabstrahlende Fläche der Lichtsegmente kann grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen, bevorzugt ist die Form jedoch kreisförmig, elliptisch, rechteckig oder quadra tisch. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Lichtsegmente einer Lichtquelle mindestens 2, weiter vorzugsweise mindestens 4, noch weiter vorzugsweise mindestens 8. Die Anzahl der Licht segmente kann auch deutlich höher sein als 8. Beispielsweise kann bei der Verwendung von Mikrospiegeln eine Anzahl von mehr als 100.000 oder 1.000.000 Lichtsegmente vorgesehen sein. Je kleiner die Abmessungen der Lichtsegmente sind und je mehr Lichtsegmente die Lichtquelle aufweist, desto besser ist die erzielbare Ortsauflösung.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Lichtsegmente zur Abgabe von Licht einer ersten Wellenlänge und zumindest einer zweiten von der ersten verschiedenen Wellenlänge ausgebildet sind. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Lichtsegmente anzusteuern, um zwischen der ersten und zumin dest der zweiten Wellenlänge umzuschalten. Möglich ist auch, dass ein erstes Lichtsegment zur Abgabe von Licht der ersten Wellenlänge und ein zweites Lichtsegment zur Abgabe von Licht der zweiten Wellenlänge ausgebildet sind. Die Abgabe von „Licht einer Wellenlänge" bedeutet, dass das emittierte Licht aus einem schmalen spektralen Teilbereich stammt. Da optische Elemente bezüglich verschiedener Wellenlängen unter Umständen ein unterschiedliches Reflexions- und Transmissionsverhalten aufweisen, können durch diese Ausgestaltung zusätzliche Infor mationen gewonnen werden. Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Einrichtung einen Kollimator und ein Teleskop aufweist, wobei die Licht quelle und die Abbildungsoptik Teil des Kollimators sind und wobei der Sensor in der Bildebene des Teleskops angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungs gemäße Einrichtung als Autokollimator ausgebildet, wobei der Sensor in einer Bildebene der Abbildungsoptik angeordnet ist. Ein Strahlteiler ist bevorzugt im Strahlengang der Abbildungs optik angeordnet, so dass er sich im Strahlengang zwischen dem Kondensor und dem Objektiv sowie zwischen dem Sensor und dem Objektiv befindet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Messstruktur relativ zur Abbildungsoptik verschiebbar ausgebildet. Vorzugs weise ist die Messstruktur entlang der optischen Achse ver schiebbar ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung kann die Messstruktur insbesondere aus einer Brennebene der Abbildungs optik heraus bewegt werden, so dass die Abbildungsoptik da durch auf eine endliche Entfernung fokussiert werden kann. Je nach Verschiebungsrichtung entsteht ein reelles oder virtuel les Bild der Messstruktur in einer gewünschten (und vom Ausmaß der Verschiebung abhängigen) Entfernung zur Abbildungsoptik. Die Verschiebbarkeit der Messstruktur ermöglicht unten noch genauer erläuterte weitere Anwendungsmöglichkeiten der vorlie genden Erfindung. Ist die Einrichtung in dieser Ausführungs form, also mit verschiebbarer Messstruktur, außerdem aus Auto kollimator eingerichtet, so kann die Einrichtung auch als fo kussierbarer Autokollimator bezeichnet werden. Auch bei einer verschiebbaren Messstruktur wird der von der Abbildungsoptik erzeugte Messstrahl somit vorliegend noch immer als kollimier- ter Messstrahl, also als ein im Wesentlichen paralleles Licht bündel, angesehen.

Vorzugsweise umfasst die Einrichtung einen hinter dem opti schen Element angeordneten Spiegel. Alternativ umfasst die Einrichtung einen hinter dem optischen Element angeordneten Retroreflektor . Diese Ausgestaltungen können insbesondere zur Anwendung kommen, wenn die Einrichtung als Autokollimator aus gebildet ist und das optische Element in Transmission vermes sen wird. Mit Hilfe des Spiegels oder Retroreflektors können optische Elemente in Transmission vermessen werden, ohne dass hinter dem optischen Element ein Teleskop angeordnet werden muss. Vielmehr können transmittierte Lichtstrahlen am Spiegel oder Retroreflektor reflektiert werden, um in umgekehrter Richtung über das optische Element und die Abbildungsoptik auf den Sensor zu gelangen. Der Spiegel bzw. Retroreflektor ermög lich somit die Vermessung transmittierender optischer Elemente mittels Autokollimation.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Ver messen eines optischen Elements unter Verwendung einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung, umfassend die nachfolgenden Schritte: a. Ansteuern eines ersten Lichtsegments , so dass vom ersten Lichtsegment emittiertes Licht durch die Messstruktur hindurchtritt und mittels der Abbildungsoptik in einen Mess strahl umgewandelt wird, welcher auf das optische Element ge richtet ist;

b. Erfassen einer an dem optischen Element erzeugten Reflexion oder Transmission des gemäß Schritt a. erhaltenen Messstrahls ;

c. Ansteuern eines zweiten vom ersten verschiedenen Lichtsegments so dass vom zweiten Lichtsegment emittiertes Licht durch die Messstruktur hindurchtritt und mittels der Ab bildungsoptik in einen Messstrahl umgewandelt wird, welcher auf das optische Element gerichtet ist;

d. Erfassen einer an dem optischen Element erzeugten Reflexion oder Transmission des gemäß Schritt c. erhaltenen Messstrahls . Die Ansteuerung der Lichtsegmente gemäß Schritt a. und c. kann nacheinander oder auch gleichzeitig erfolgen. Entsprechendes gilt für die Erfassung der Reflexionen gemäß der Schritte b. und d.. Es können auch gleichzeitig mit der Ansteuerung des ersten und zweiten Lichtsegments oder auch zeitlich versetzt dazu ein weiteres Lichtsegment oder Gruppen von Lichtsegmenten angesteuert werden und die entsprechenden Reflexionen erfasst werden .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch weitere Merkmale fortgebildet werden, welche oben bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben wurden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der gemäß den Schrit ten a. und c. erzeugte Messstrahl kollimiert. Das zu vermes sende optische Element kann in einer bevorzugten Ausführungs form ein Kameraobjektiv sein, welches so angeordnet wird, dass von der Lichtquelle emittiertes Licht durch das Kameraobjektiv hindurchtritt und anschließend vom Sensor erfasst wird. Vor zugsweise wird mittels der gemäß der Schritte b. und d. er fassten transmittierten Messstrahlen ein Abbildungsfehler des Kameraobjektivs ermittelt, beispielsweise eine Defokussierung und/oder ein Astigmatismus und/oder eine Koma des Kameraobjek tivs. Dabei kann hinter dem Kameraobjektiv ein vorzugsweise entlang der optischen Achse verschiebbarer Spiegel angeordnet werden, so dass durch das Kameraobjektiv hindurchgetretenes Licht nach Reflexion am Spiegel in umgekehrter Richtung durch das Kameraobjektiv hindurchtritt und anschließend vom Sensor erfasst wird. Mit Hilfe der Erfassung der von verschiedenen Lichtsegmenten erzeugten Messstrahlen können Abbildungsfehler des Kameraobjektivs ermittelt werden. Wenn anstelle des Spie gels ein Retroreflektor eingesetzt wird, können die Abbil dungsfehler des Objektives auf besonders einfache Weise ermit telt werden, da die mathematische Rekonstruktion der Wellen- front bei der Verwendung eines Retroreflektors vereinfacht wird .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messstruktur re lativ zur Abbildungsoptik verschiebbar und vorzugsweise ent lang der optischen Achse der Abbildungsoptik verschiebbar aus gebildet. Weiter vorzugsweise wird die Messstruktur vor dem Ansteuern eines Lichtsegments und dem Erfassen einer an dem optischen Element erzeugten Reflexion oder Transmission des Messstrahls verschoben, um eine Position eines virtuellen oder reellen Bildes der Messstruktur an eine optische Eigenschaft des zu vermessenden optischen Elements anzupassen. Wie oben bereits erläutert, kann durch die Verschiebung der Messstruk tur ein virtuelles bzw. reelles Bild der Messstruktur erzeugt werden, wobei die Position des Bildes der Messstruktur abhän gig ist von der Verschiebung der Messstruktur. Insbesondere kann die Verschiebung der Messstruktur dazu verwendet werden, um die Position des Bildes der Messstruktur an eine Entfer nungseinstellung des zu vermessenden Kameraobjektivs anzupas sen. Wenn der Spiegel verschiebbar ausgestaltet ist, kann al ternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die Posi tion des Spiegels an das Auflagemaß des Kameraobjektivs ange passt wird. Schließlich können alternativ oder zusätzlich auch Konverteroptiken in den Strahlengang eingefügt werden, durch die eine Anpassung an die spezifischen Eigenschaften des Kame raobjektivs, wie beispielsweise eine besondere Fokuseinstel lung, Apertur oder eine besondere Wellenfrontform, stattfin det .

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der er findungsgemäßen Einrichtung zur Vermessung einer Ortsverschie bung eines Objektes. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung ist das zu vermessende Objekt dazu ausgebildet einen Messstrahl der erfindungsgemäßen Einrichtung zumindest teilweise spie gelnd oder diffus zu reflektieren. Mittels eines Messobjektivs wird der Messstrahl in der Nähe des Objekts fokussiert, wobei anschließend die nachfolgenden Schritte ausgeführt werden: a. Ansteuern eines ersten Lichtsegments zur Erzeugung eines Messstrahls;

b. Erfassen einer an dem Objekt erzeugten Reflexion des gemäß Schritt a. erhaltenen Messstrahls;

c. Ansteuern eines zweiten vom ersten verschiedenen Lichtsegments (18) zur Erzeugung eines Messstrahls;

d. Erfassen einer an dem Objekt erzeugten Reflexion des gemäß Schritt c. erhaltenen Messstrahls;

e. Auswerten der gemäß der Schritte b. und d. erfass ten Reflexionen zur Ermittlung einer durch die Position des Objekts hervorgerufenen Wellenfront der Reflexionen;

f. Berechnen der Position anhand der in Schritt e. er mittelten Wellenfront.

Die erfindungsgemäße Verwendung kann durch weitere Merkmale weitergebildet werden, welche oben in Verbindung mit der er findungsgemäßen Einrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Mittels der erfindungsgemäßen Verwendung kann die Position eines Objekts relativ zur Fokus position des Messobjektivs sehr präzise vermessen werden. Im Unterschied zu anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung einer Objektposition relativ zum Fo kus (beispielsweise mittels Modulationsübertragungsfunktion) , kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Position des Objektes relativ zum Fokus des Messobjektivs ohne Iterati on oder Verschiebung des Objekts anhand der Wellenfront des Messobjektivs berechnet werden. Ein Verfahren zur Ermittlung der Wellenfront anhand von an einem Objekt erzeugten Reflexio nen sowie zur Auswertung der Reflexionen zur Bestimmung einer Position des Objektes ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und kommt in Verbindung mit üblichen Wellen frontsensoren oder Shack-Hartmann-Sensoren zum Einsatz. Das Teilverfahren der Auswertung und Berechnung gemäß der Schritte e. und f. muss daher vorliegend nicht im Detail erläutert wer den .

Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform der vorlie genden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich nungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Vermessung eines optischen Bauteils in einem ersten Betriebsmodus;

Figur 2: eine schematische Ansicht der Ausführungsform der

Figur 1 in einem zweiten Betriebsmodus;

Figur 3: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, welche zur Ver messung eines Kameraobjektivs verwendet wird;

Figur 4: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, welche zur Ver messung eines Kameraobjektivs verwendet wird.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Vermessung eines optischen Elements 12 in einer schematischen Ansicht.

Das optische Element 12 weist eine Planfläche 13 auf, welche einfallendes Licht zumindest teilweise reflektiert. Das opti sche Element 12 ist auf einem in der Figur nicht gezeigten Probenhalter angeordnet, so dass die Fläche 13 im Wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse 19 der Einrichtung ausge richtet ist. Die Richtung der Reflexion beträgt im Wesentli chen 180°. Die Einrichtung weist eine Lichtquelle 14 und eine Abbildungsoptik auf. Die Abbildungsoptik erzeugt aus dem von der Lichtquelle 14 emittierten Licht ein im Wesentlichen par alleles Strahlenbündel 15. Die Abbildungsoptik umfasst dazu eine Kondensorlinse 6, in deren Objektebene die Lichtquelle 14 angeordnet ist, sowie ein Objektiv 2. Die Bildebene der Kon- densorlinse 6 stimmt im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Objektivs 2 überein. Das von der Kondensorlinse 6 erzeugte Bild 14 ' der Lichtquelle ist in Figur 1 gestrichelt angedeu tet .

In der Nähe der Kondensorlinse 6 sowie zwischen Kondensorlinse 6 und Objektiv 2 ist eine Strichplatte 16 in den Strahlengang eingefügt. Die Strichplatte 16 befindet sich in der Objektebe ne des Objektivs 2, so dass ein darauf befindliches Fadenkreuz ins Unendliche abgebildet wird. Im Strahlengang zwischen

Strichplatte 16 und Objektiv 2 ist weiterhin ein Strahlteiler 17 angeordnet, welcher eintretendes Licht teilweise transmit- tiert und teilweise in einem 90°-Winkel reflektiert.

Die Lichtquelle 14 weist eine Mehrzahl von in einem regelmäßi gen quadratischen Gitter angeordneten Lichtsegmenten 18 auf.

In Figur 1 sind elf in Radialrichtung nebeneinander angeordne te Lichtsegmente 18 sichtbar. Entlang der Erstreckung senk recht zur Zeichenebene befinden sich zehn weitere entsprechen de Reihen von Lichtsegmenten 18, so dass insgesamt 121 Licht segmente vorhanden sind. Die Abmessungen der Lichtsegmente be tragen in Radialrichtung etwa 0,1 mm x 0,1 mm. Die Lichtseg mente 18 bilden somit eine Gesamtfläche von etwa 1,21 mm ² . Die Lichtsegmente sind in einer Ebene angeordnet, welche in einem 90°-Winkel zur optischen Achse ausgerichtet ist. Die Ebene stimmt mit der Objektebene der Kondensorlinse 6 überein.

Jedes Lichtsegment 18 wird durch eine Licht emittierende Diode (LED) gebildet. Die Lichtquelle ist mit einer Steuereinheit 20 verbunden. Jedes Lichtsegment 18 ist durch die Steuereinheit 20 einzeln ansteuerbar. Es kann also ein beliebiges Lichtseg ment 18 oder eine beliebige Gruppe von Lichtsegmenten 18 zur Abgabe von Licht eingeschaltet werden, während die übrigen Lichtsegmente 18 ausgeschaltet bleiben und kein Licht emittie- ren In dem in Figur 1 gezeigten Betriebszustand sind alle Licht segmente 14 eingeschaltet. Der Übersicht halber ist ausgehend von jedem der Lichtsegmente 18 lediglich ein Lichtstrahl ein gezeichnet. Das von den Lichtsegmenten 18 emittierte Licht verläuft durch die Kondensorlinse 6, die Strichplatte 16 und den Strahlteiler 17 und wird wie oben bereits beschrieben vom Objektiv in ein im Wesentlichen paralleles Strahlenbündel 15 umgewandelt. Das Strahlenbündel 15 wird an der zu vermessenden Fläche 13 im Wesentlichen in sich selbst reflektiert und ge langt über den Strahlteiler 17 zu einem Sensor 21, welcher in der Bildebene des Objektivs 2 angeordnet ist. Auf dem Sensor 21 wird auf diese Weise das Bild der Strichplatte 16 erfasst. Aus der Position des durch das Bild der Strichplatte 16 gebil deten Fadenkreuzes auf dem Sensor 21 kann die Ausrichtung der Fläche 13 ermittelt werden. Dazu kann zuvor eine Referenzmes sung an einer idealen optischen Fläche in bekannter Ausrich tung durchgeführt worden sein, um die Position des Reflexes der Fläche 13 mit derjenigen der Referenzmessung zu verglei chen .

Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung in einem zwei ten Betriebszustand. In diesem Betriebszustand ist lediglich ein einzelnes Lichtsegment 18 eingeschaltet, während die übri gen Lichtsegmente ausgeschaltet sind. Das eingeschaltete

Lichtsegment 18 ist in Figur 1 durch eine dunkle Schattierung gekennzeichnet. Im Bereich der Eintrittspupille des Objektivs 2 wird im gestrichelt angedeuteten Bereich 18' ein Bild des eingeschalteten Lichtsegments 18 erzeugt. Das Objektiv 2 er zeugt aus dem Licht des Lichtsegments 18 ein Teilbündel 15', welches lediglich einen kleinen Ausschnitt aus dem in Figur 1 gezeigten Strahlenbündel 15 darstellt. Entsprechend wird ein deutlich kleinerer Abschnitt der zu vermessenden Fläche 13 be leuchtet. Nach Reflexion an der Fläche 13 gelangt das Teilbün del 15' analog zu der oben in Verbindung mit Figur 1 beschrie benen Weise zum Sensor 21 und die Position des Reflexes (bzw. des Fadenkreuzes) wird vom Sensor erfasst. Indem lediglich ein kleiner Abschnitt der zu vermessenden Fläche 13 beleuchtet wird, kann die lokale Richtung der Reflexion an der Fläche 13 im beleuchteten Bereich untersucht werden. Eine solche Messung kann für jedes weitere der Lichtsegmente oder auch für eine Mehrzahl von gleichzeitig eingeschalteten Lichtsegmenten durchgeführt werden, um die zu untersuchende Fläche 13 orts aufgelöst abzutasten und so genaue Informationen über die lo kale Formgebung der Fläche 13 zu gewinnen.

Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei das von der Einrichtung zu vermessende optische Element vorliegend ein Kameraobjektiv 22 ist. Die Ausführungsform der Figur 3 stimmt im Wesentlichen mit der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 überein, wobei die Elemente der Einrichtung in Figur 3 in ei nem Gehäuse 30 angeordnet sind und das Kameraobjektiv 22 vor dem Gehäuse 30 in einem definierten Abstand zum Objektiv 2 po sitioniert ist. Ein weiterer Unterschied ist, dass hinter dem zu vermessenden Kameraobjektiv 22 ein Planspiegel 25 angeord net ist. Das Kameraobjektiv 22 umfasst vorliegend eine Mehr zahl von Linsen, kann aber grundsätzlich auch durch nur eine einzelne Linse gebildet sein. Das Strahlenbündel 15 tritt über eine Fläche 13 der ersten Linse ein und über eine Fläche der letzten Linse wieder aus. Der hinter dem Kameraobjektiv 22 an geordnete Planspiegel reflektiert den transmittierten Mess strahl, welcher nachfolgend in umgekehrter Richtung zurück durch das Kameraobjektiv 22 sowie die Abbildungsoptik der er findungsgemäßen Einrichtung verläuft, um anschließend analog zu der oben bereits beschriebenen Weise auf dem Sensor 21 er fasst zu werden. Das Kameraobjektiv 22 wird somit in Transmis sion vermessen. Die erfindungsgemäße Einrichtung lässt sich insbesondere dazu verwenden, um beispielsweise eine bestimmte Entfernungseinstellung des Kameraobjektivs 22 oder auch Abbil- dungsfehler des Kameraobjektivs 22 zu vermessen. Dies ist nachfolgend in Verbindung mit Figur 4 genauer erläutert.

Figur 4 illustriert die Verwendung der erfindungsgemäßen Ein richtung zur Vermessung eines Kameraobjektivs 22. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung kann eine Entfernungsein stellung des Kameraobjektivs überprüft werden. Sofern das Ka meraobjektiv eine Mehrzahl von variablen Entfernungseinstel lungen aufweist, können auch nacheinander mehrere Entfernungs einstellungen überprüft werden. Bei der Überprüfung einer Ent fernungseinstellung wird ermittelt, ob das Kameraobjektiv bei einer bestimmten Entfernungseinstellung in der Bildebene des Kameraobjektivs (in der sich beispielsweise der Film oder der Sensor einer Kamera befindet, wenn das Kameraobjektiv auf die Kamera aufgesetzt ist) eine ebene Wellenfront erzeugt und so mit ein scharfes Bild liefert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist vorliegend ein Gehäuse 30 auf, in das die in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 be schriebenen Elemente integriert sind. Diese Elemente sind da her (abgesehen vom Objektiv 2) der Einfachheit halber nicht erneut dargestellt.

Das zu vermessende Kameraobjektiv 22 ist vorliegend auf eine Entfernungseinstellung von 3 m eingestellt und in einem Ab stand von 0,1 m vor dem Objektiv 2 der erfindungsgemäßen Ein richtung platziert. Zur genauen Abstandseinstellung kann das Gehäuse 30 bewegbar gelagert sein (siehe Pfeil 31) . Die opti sche Achse des Kameraobjektivs 22 ist entlang der optischen Achse 19 der Einrichtung ausgerichtet. Denkbar ist auch, das die optische Achse des Objektives zur Achse der Einrichtung gekippt ist. Der Fachmann spricht dann von Messung im Bild feld. Für diese Variante muss der Planspiegel 25 durch einen Retroreflektor ersetzt werden. Im Unterschied zu der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ein richtung ist innerhalb der Einrichtung der Figur 4 die Mess struktur entlang der optischen Achse 19 verschiebbar ausgebil det, wobei ein Einstellrad 23 vorhanden ist, mit dem die Posi tion der Messstruktur präzise eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, in einem gewünschten Abstand zum Objektiv 2 ein virtuelles oder reelles Bild der Messstruktur zu erzeugen. Vorliegend wird die Position der Messstruktur so eingestellt, dass im Abstand von -2,9 m (siehe Bezugszeichen 26) zum Objek tiv 2 ein virtuelles Bild 24 der Messstruktur erzeugt wird.

Hinter dem Kameraobjektiv 22 ist ein Planspiegel 25 angeord net, welcher entlang dem Pfeil 27, also entlang der optischen Achse, verschiebbar ist. Die Position des Planspiegels 25 ist mittels einer Positionsbestimmungseinrichtung 29 präzise be stimmbar. Der Abstand 28 zwischen der Auflagefläche des Kame raobjektivs 22 und dem Planspiegel 25 ist so gewählt, dass er dem Auflagemaß des Kameraobjektivs 22 entspricht.

Ein von der Einrichtung emittierter Lichtstrahl wird nach dem hindurchtreten durch das Kameraobjektiv 22 am Spiegel 25 re flektiert, um anschließend in umgekehrter Richtung über das Kameraobjektiv und die Abbildungsoptik vom Sensor (nicht ge zeigt) erfasst zu werden. Das virtuelle Bild 24 der Messstruk tur erscheint für das Kameraobjektiv in einer Entfernung von 3 m und sollte daher vom Kameraobjektiv 22 in die Ebene des Planspiegels 25 fokussiert werden. Wenn das Kameraobjektiv einen Einstellfehler (also eine Abweichung von der Einstellung auf 3m) aufweist oder das Auflagemaß nicht eingehalten wird, befindet sich das Bild der Messstruktur jeweils vor oder hin ter dem Spiegel. Dadurch wird das zum Sensor zurück reflek tierte Bild defokussiert . Die Defokussierung kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ansteuerbarkeit der Lichtsegmente auf besonders einfache und präzise Weise festgestellt werden. Dazu können beispielsweise gleichzeitig zwei symmetrisch zur opti- sehen Achse ausgerichtete und von der optischen Achse beab- standete Lichtsegmente oder Gruppen von Lichtsegmenten ange steuert werden. Mit Hilfe dieser symmetrisch ausgerichteten Lichtsegmente kann ein grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Fokusfehlers durchge führt werden, wie es beispielsweise in der DE 2543563 Al be schrieben ist. Das Maß der Defokussierung kann beispielsweise mit Hilfe der verschiebbaren Messstruktur oder mit Hilfe des verschiebbaren Planspiegels 25 ermittelt werden , wenn die Brennweite des Objektives nicht bekannt ist. Wenn die Brenn weite des Objektives bekannt ist, kann das Maß und das Vorzei chen der Defokussierung aus den Messwerten des Verfahrens be stimmt werden. Dabei ist die Fokussierung in der virtuellen Bildebene (z.B. bei der Entfernung 3,07 m) immer aus den Mess werten bestimmbar. Dadurch kann bei unbekannter Brennweite zu mindest das Vorzeichen der Defokussierung in der Bildebene an gegeben werden.

Mit Hilfe der Erfindung können zudem auch andere Abbildungs fehler, beispielsweise ein Astigmatismus und/oder eine Koma des Kameraobjektivs ermittelt werden, indem die lokale Wellen frontdeformation des Kameraobjektivs mit Hilfe der erfindungs gemäßen unabhängig ansteuerbaren Lichtsegmente Ermittelt wird.

Anstelle des Planspiegels 25 kann auch ein Retroreflektor ver wendet werden, bei dem einfallende Messstrahlen in sich zu rückgeworfen werden. Dadurch kann die mathematische Rekon struktion der Wellenfront erleichtert werden. Beispielsweise kann als Retroreflektor ein sphärischer Spiegel verwendet wer den, welcher so hinter dem zu vermessenden optischen Element angeordnet wird, dass die einfallenden Messstrahlen in sich zurückgeworfen werden. Bei der Verwendung eines Retroreflek- tors ist es auch möglich, dass die optische Achse des Objekti ves zur Achse der Einrichtung gekippt ist und dadurch eine Messung im Bildfeld durchgeführt werden kann.