Messsysteme dieser Art sind bekannt. Sie werden für die Qualitätsüberprüfung von Displays unterschiedlichster Größen verwendet. Es können damit radiometrische und photometrische Größen wie beispielsweise die spektrale Strahldichte oder die Leuchtdichte gemessen werden.

In einigen Anwendungsfällen ist es für eine möglichst realitätsgetreue Messung, d.h. eine Messung, die der menschlichen Wahrnehmung möglichst nahekommt, besonders vorteilhaft, die Abbildungseigenschaften des menschlichen Auges zu simulieren, um den korrekten visuellen Eindruck zu überprüfen. Dies betrifft insbesondere sogenannte Near-Eye-Displays (NED) in Augmented- RealityA/irtual-Reality-Brillen (ARA/R-Brillen) sowie autostereoskopische Displays, bei denen sehr starke und räumlich hochfrequente Helligkeitsmomente entstehen.

Für die Messung der optischen, d.h. radiometrischen und photometrischen Eigenschaften von Displays wird vorteilhafterweise ein Messsystem mit einem Messmikroskop eingesetzt, weil hiermit, im Gegensatz zu Messungen mit Kamera-Messsystemen, auch spektrale Messungen durchgeführt werden können.

Beim menschlichen Auge befindet sich die Eintrittspupille vor der Linse. Beim Betrachten des Bilds des NED-Displaysystems beispielsweise einer AR/VR- Brille wird das Auge mit seiner Pupille nahe an den optischen Elementen der ARA/R-Brille (z.B. Linsen) im räumlichen Bereich der Austrittspupille des NED- Displaysystems positioniert. Wenn das Auge sich dann nicht bewegt, zeigt dessen optische Achse in eine konstante Richtung (z.B. parallel zur optischen Achse der ARA/R-Brille). Alle Strahlenbündel, die dann von der AR/VR-Brille kommend ins Auge eintreten und auf der Netzhaut einen Punkt der AR/VR-Brille abbilden, werden durch die Pupille des unbewegten Auges begrenzt. Alle Strahlenbündel zusammen erzeugen auf der Netzhaut ein Bild des Displays der ARA/R-Brille. Bei der Verwendung herkömmlicher Messsysteme befindet sich die Eintrittspupille jedoch in einem bestimmten Abstand zur Neigeachse, nämlich im Bereich der Abbildungsoptik des Messmikroskops und nicht wie beim entsprechend positionierten Auge im Schnittpunkt von Neige- und optischer Achse. Im Gegensatz zum unbewegten menschlichen Auge bewegt sich des Weiteren die Eintrittspupille bei Winkelvariation mit dem Messmikroskop mit, was insbesondere bei einer Neigung gegen die optische Achse der ARA/R-Brille zu einer Verkippung der Eintrittspupille relativ zur ortsfest positionierten Pupille des zu simulierenden menschlichen Auges führt. Damit ergeben sich beim menschlichen Auge und beim geneigten Messmikroskop jedoch unterschiedliche Strahlbegrenzungen durch die einerseits ortsfeste und andererseits sich mitneigende Eintrittspupille. Beim menschlichen Auge wirkt die Eintrittspupille für geneigte Strahlenbündel als elliptische Begrenzung relativ zur Ausbreitungsrichtung. Beim Messmikroskop bleiben die Durchtrittsfläche der Eintrittspupille und damit der Strahlquerschnitt ohne weitere Maßnahme immer konstant rund.

Es ist wünschenswert, dass bei der optischen Vermessung solcher und ähnlicher Displaysysteme auch der Einfluss und die räumliche Interaktion der Austrittspupille des Displaysystems mit der Eintrittspupille des angenommenen menschlichen Auges bzw. des äquivalenten Messmikroskops erfasst werden. Ein typischer Effekt, der korrekt erfasst werden muss, ist die Beschneidung der Beobachtungs- bzw. Messstrahlenbündel durch die Eintrittspupille. Hierbei hat offensichtlich die Form und räumliche Orientierung der Eintrittspupille einen großen Einfluss auf das Messergebnis.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Messsystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die tatsächliche Abbildung des von der zu vermessenden Lichtquelle ausgesandten Signals auf der Netzhaut des menschlichen Auges möglichst gut simuliert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Messsystem der eingangs genannten Art vor, dass zwischen dem Messmikroskop und der Lichtquellentragvorrichtung eine Pupillenblende relativ zur Lichtquellentragvorrichtung ortsfest positionierbar ist und das Messmikroskop entlang der jeweiligen Raumkurve derart ausgerichtet ist, dass die optische Achse des Messmikroskops durch das Zentrum der Pupillenblende verläuft. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine flächige Lichtquelle auf der Lichtquellentragvorrichtung positioniert. Anschließend fährt das Messmikroskop mittels des Goniometers eine oder mehrere Raumkurven ab und detektiert dabei eine Vielzahl von Lichtsignalen der Lichtquelle. Die Pupillenblende wird während des Messvorgangs nicht bewegt und das Messmikroskop wird jeweils so ausgerichtet, dass die optische Achse des Messmikroskops durch das Zentrum der Pupillenblende verläuft.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Pupillenblende (z.B. ein Blendenblech mit einer entsprechender Öffnung) an der Stelle positioniert und mindestens während des Messvorgangs gehalten, an welcher sich bei der Betrachtung mit dem menschlichen Auge die Eintrittspupille des Auges befinden würde, bei einer ARA/R-Brille als zu vermessende Lichtquelle also in einem Bereich in der Nähe der Austrittspupille der ARA/R-Brille. Auf diese Weise kann unter anderem die sogenannte Eye-Box, also der nutzbare Raumbereich der AR/VR-Brille, bestimmt werden. Das Messmikroskop wird bei der Vermessung entlang einer oder mehrerer Raumkurven bewegt. Die Raumkurven simulieren hierbei die Netzhaut des angenommenen menschlichen Auges. Die optische Achse des Messmikroskops verläuft bei jeder Orientierung durch das Zentrum der Pupillenblende. Die Orientierung der Pupillenebene kann entsprechend der Messanforderungen angepasst werden. Bei der Simulation des orthogonalen Einblicks in die Optik der Lichtquelle, also parallel zu dessen optischer Achse, wird die Ebene der Pupillenblende orthogonal zu dieser optischen Achse ausgerichtet. Bei der Simulation einer schrägen Blickrichtung wird die Blendenebene der Pupillenblende entsprechend gegen die optische Achse der Lichtquelle geneigt. Die Pupillenblende ist hierbei in ihrer körperlichen Ausführung am menschlichen Auge orientiert. Die Öffnung der Pupillenblende ist daher vorzugsweise kreisrund gestaltet.

Neben den beschriebenen NEDs, ist das erfindungsgemäße Messsystem und das Verfahren für alle Anwendungen prinzipiell geeignet, bei denen die genauen Abbildungseigenschaften des menschlichen Auges nachgebildet werden sollen, um den korrekten visuellen Eindruck nachzubilden. Dies ist insbesondere bei autostereoskopischen Displays sehr vorteilhaft, weil bei diesen sehr starke und räumlich hochfrequente Helligkeitsmodulationen entstehen, über welche die Eintrittspupille von Auge und Messgerät jeweils äquivalent integrieren muss.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pupillenblende ortsfest im Messsystem angeordnet ist. Die Pupillenblende kann beispielsweise an der Lichtquellentragvorrichtung ortsfest, an einem zum Messsystem gehörenden Gehäuse oder anderen geeigneten ortsfesten Komponenten des Messsystems befestigt sein. Durch die ortsfeste Anordnung der Pupillenblende im Messsystem, wird das Messmikroskop mittels des Goniometers immer die gleichen bzw. sehr ähnliche Raumkurven bei der Vermessung abfahren. Variationen der Blickrichtung und des Blickwinkels können durch Bewegungen der Lichtquelle auf der Lichtquellentragvorrichtung eingestellt werden. Eine alternative Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass die Pupillenblende mittels eines Haltearms beweglich an dem Messmikroskop gelagert ist, derart, dass die horizontale Ausrichtung der Pupillenblende in jeder Ausrichtung des Messmikroskops konstant ist. Die Blickrichtungen und -Winkel lassen sich bei dieser Ausführungsform mit Hilfe des Goniometers einstellen.

Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Pupillenblende am distalen Ende des Haltearms an zwei gegenüberliegenden Punkten bezogen auf die

Pupillenblende drehbar gelagert ist. Diese Maßnahme ist besonders zuverlässig, um die Ebene der Pupillenblende konstant, beispielsweise in der Waagerechten, zu halten.

Eine weitere alternative erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die Pupillenblende an der Lichtquelle ortsfest befestigt ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die zu simulierende Position des menschlichen Auges relativ zu der zu vermessenden Lichtquelle konstant ist, also beispielsweise bei der Vermessung von AVA/R-Brillen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Messmikroskop einen einkanaligen optischen Sensor und/oder ein

Spektroradiometer aufweist. Mit solchen Messsystemen sind Messungen mit sehr hoher absoluter Genauigkeit möglich, insbesondere auch Farbmessungen, weil die relativ einfachen optischen Konfigurationen solcher Spotmeter-Optiken als einkanalige optische Sensoren mit genau definiertem, konstantem Strahlengang zusammen insbesondere in Kombination mit dem hochgenauen und stabilen Spektroradiometer sehr präzise, langzeitstabil und auf nationale Standards rückführbar kalibriert werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 : Schematisch den Strahlengang bei einem Messsystem nach dem

Stand der Technik (rechts) und schematisch den Strahlengang bei einem menschlichen Auge (links) jeweils in einer Schnittansicht; Figur 2: Schematisch den Strahlengang bei einem erfindungsgemäßen

Messsystem (rechts) und schematisch den Strahlengang bei einem menschlichen Auge (links) jeweils in einer Schnittansicht;

Figur 3a-c: Schematisch einen Anwendungsfall mit einem Messsystem nach dem Stand der Technik (a), mit einem menschlichen Auge (b) und einem erfindungsgemäßen Messsystem (c);

Figur 4a-c: Schematisch eine erfindungsgemäßes Messsystem in einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 5a: Schematisch ein erfindungsgemäßes Messsystem als 3D-Ansicht in einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Figur 5b: Schematisch das Detail A aus Figur 5a;

Figur 6a: Schematisch das erfindungsgemäßes Messsystem aus Figur 6 mit einer veränderten Ausrichtung des Messmikroskops;

Figur 6b: Schematisch das Detail B aus Figur 6a. In Figur 1 ist auf der linken Seite ein Messmikroskop mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Messmikroskop 1 ist in einer vertikalen Position P1 und einer geneigten Position P2 dargestellt. Das Messmikroskop 1 umfasst eine Eingangsoptik bestehend aus einer Eintrittspupille 2 und einer Eintrittslinse 3, welche den detektieren Strahlengang auf ein Sensorelement 4 abbildet. Der Querschnitt der einzelnen Strahlengänge ist in beiden Positionen (P1, P2) gleich, da die Strahlengänge parallel zur optischen Achse A1 des Messmikroskops 1 verlaufen. In bekannten Messsystemen nach dem Stand der Technik ist das Messmikroskop 1 beweglich an einem hier nicht dargestellten Goniometer angeordnet. Das Mikroskop 1 kann mittels des Goniometers rotiert und geneigt werden. Flierdurch ist es möglich, verschiedene Blickrichtungen auf das zu vermessende Objekt einzustellen. Die Simulation der Strahlengänge im menschlichen Auge ist dagegen nicht möglich. Dies wird aus der rechten in Figur 1 dargestellten, sehr schematisch gehaltenen Darstellung eines menschlichen Auges 5 ersichtlich. Das menschliche Auge 5 weist eine Pupille 6 und eine Linse 7 auf. Wie aus der Abbildung ersichtlich wird, begrenzt die Pupille 6 den Strahlengang, sofern dieser nicht parallel zur optischen Achse A5 des menschlichen Auges 5 verläuft. Es entsteht eine sogenannte Vignettierung und der Querschnitt des schrägen Strahlengangs weist eine elliptische Form auf.

Bei einem erfindungsgemäßen Messsystem ist, wie in Figur 2 dargestellt, eine Pupillenblende 8 vor der Eingangsoptik des Messmikroskops 1 angeordnet. Die Öffnung der Pupillenblende 8 ist bevorzugt kreisrund ausgestaltet, kann aber auch polygonal sein. Die Pupillenblende 8 beschneidet den Strahlengang in der gleichen Form wie die Pupille 6 des menschlichen Auges. Wenn die optische Achse A1 des Messmikroskops 1 verschwenkt wird und somit nicht mehr orthogonal zu Ebene der Pupillenblende 8 verläuft, wird der Strahlengang durch die Pupillenblende 8 zu einer Ellipse beschnitten. Diese Vignettierung entspricht der des menschlichen Auges 5, wie rechts in Figur 2 dargestellt. Die Pupillenblende 8 ist erfindungsgemäß also zumindest während eines Messvorgangs ortsfest im Messsystem und somit relativ zur zu vermessenden Lichtquelle angeordnet. Mögliche Realsierungen dieser ortsfesten Positionierung der Pupillenblende 8 während eines Messvorgangs im erfindungsgemäßen Messsystem, werden anhand der folgenden Ausführungsformen beschrieben (vgl. Figur 3c - 6b).

In Figur 3a wird die Vermessung einer AVA/R-Brille 9 mit einem Messsystem nach dem Stand der Technik durchgeführt. Hierzu ist das Messmikroskop 1 an einem hier nicht dargestellten Goniometer angeordnet. Die AVA/R-Brille 9 ist auf einer hier nicht dargestellten Lichtquellentragvorrichtung angeordnet. Die AV/VR-Brille 9 weist ein Display 10, eine Austrittspupille 11 und eine Abbildungsoptik 12 auf. Display 10, Austrittspupille 11 und Abbildungsoptik 12 sind in einem Brillengehäuse 13 angeordnet. Bei der Vermessung der optischen Eigenschaften der AV/VR-Brille 9 entsteht, verursacht durch die Austrittspupille 11, eine im Vergleich zum menschlichen Auge 5 unterschiedliche Vignettierung bei der Vermessung mit schrägen Strahlengang. Hierdurch wird das Messergebnis zusätzlich verschlechtert, weil der Strahlengang bei der Simulation weiter vom tatsächlichen wahrgenommen Strahlengang beim menschlichen Auge 5 abweicht (vgl. Figur 3 a und b).

Um bei der Vermessung der AV/VR-Brille 9 das menschliche Auge möglichst gut zu simulieren, ist erfindungsgemäß zusätzlich eine Pupillenblende 8 zwischen dem Messmikroskop 1 und der AVA/R-Brille 9 angeordnet, wie in Figur 3c dargestellt. Die Pupillenblende 8 ist hierzu beispielsweise ortsfest an der hier nicht dargestellten Lichtquellentragvorrichtung positioniert. Hierdurch wird Strahlengang ähnlich begrenzt, wie durch die Pupille 6 beim menschlichen Auge 5. Die Vignettierung durch die Pupillenblende 8 gleicht derjenigen durch das menschlichen Auge 5 (vgl. Figur 3b).

Um mit einem erfindungsgemäßen Messsystem die optischen Eigenschaften einer ARA/R-Brille 9 in gleicher Weise zu messen, wie sie vom menschlichen Auge 5 aufgenommen werden, also insbesondere mit den gleichen abbildenden Strahlverläufen, wird der Schnittpunkt der Neigeachse des Goniometers mit der optischen Achse A1 des Messmikroskops 1 in den räumlichen Bereich der Austrittspupille 11 der ARA/R-Brille 9 positioniert, wo bei Betrachtung mit dem menschlichen Auge 5 das Zentrum der Pupille 6 positioniert wäre. Durch Variation der Einblickrichtung des Messmikroskops 1 relativ zur Austrittspupille 11 der AR/VR-B rill 9, durch Drehen des Messmikroskops 1 um die Neigeachse und z.B. durch Rotation der AR/VR-Brille 9 um deren optische Achse können alle Strahlrichtungen eingestellt werden und so z.B. sequenziell alle Blickrichtungen AR/VR-Brille 9, also auf das Display 10 der AR/VR-Brille 9 abgetastet werden.

In den Figuren 4 a-c ist eine erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung einer Pupillenblende 8 in einem erfindungsgemäßen Messsystem dargestellt. Figur 4a zeigt eine Frontansicht des senkrecht ausgerichteten Messmikroskops 1, Figur 4b die zugehörige Seitenansicht und Figur 4c eine Frontansicht des Messmikroskops aus Figur 4a-b in schräger Ausrichtung. Am Messmikroskop 1 ist ein Haltearm 14 angeordnet, an dessen Ende eine Halterung 15 vorgesehen ist. In der Halterung 15 ist die Pupillenblende 8 an der Drehachse A15 gelagert. Wird das Messmikroskop 1 aus der Senkrechten verschwenkt, werden der Halterarm 14 und die Halterung 15 mit verschwenkt, wie in Figur 4c dargestellt. Die Ebene der Pupillenblende 8 ist derart ausgebildet und gelagert, dass sie bei der Verschwenkung in der Waagerechten verbleibt. Die optische Achse A1 des Messmikroskops 1 verläuft unabhängig von der Bewegung des Messmikroskops 1 jederzeit durch das Zentrum der Pupillenblende 8. Hierdurch ist es möglich, die Pupille 6 des unbewegten menschlichen Auges 5 in besonders vorteilhafter Weise zu simulieren.

In den Figuren 5a und 5b ist ein erfindungsgemäßes Messsystem in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Messmikroskop 1 ist an einem Goniometer 16 angeordnet. Das Goniometer kann in weiteren Ausführungsformen anders als hier dargestellt beispielsweise auch als Roboterarm mit weiteren beweglichen Achsen ausgebildet sein. Des Weiteren ist eine Lichtquellentragvorrichtung 17 in Form eines Positioniertisches 17a dargestellt. Auf dem Positioniertisch 17a kann die zu vermessende Lichtquelle, also beispielsweise eine AVA/R-Brille 9 oder autostereoskopisches Display positioniert werden. Am Messmikroskop 1 ist, wie auch im ersten Ausführungsbeispiel, der Haltearm 14 befestigt, an dessen distalem Ende die Halterung 15 angeordnet ist. Die Pupillenblende 8 ist in der Halterung 15 drehbar gelagert.

Wird das Messmikroskop 1 mittels des Goniometers 16 ausgerichtet und positioniert, verbleibt die Pupillenblende 8 parallel zum Positioniertisch 17a ausgerichtet, wie in den Figuren 6a und 6b dargestellt ist. Das Messmikroskop 1 kann also die Raumkurven abfahren, um die einzelnen Abbildungen auf der Netzhaut des menschlichen Auges zu simulieren und zu vermessen. Hierbei verläuft die optische Achse des Messmikroskops 1 bei jeder Messung durch das Zentrum der Pupillenblende 8. Die Pupillenblende 8 bleibt während dieses Messvorgangs ortsfest in ihrer Position.

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Bezugszeichenliste:

1 Messmikroskop

2 Eintrittspupille des Messmikroskops 3 Eintrittslinse des Messmikroskops

4 Sensorelement

5 menschliches Auge

6 Pupille des menschlichen Auges 5

7 Linse des menschlichen Auges 5 8 Pupillenblende

9 AVA/R-B rille

10 Display

11 Austrittspupille der AVA/R-Brille 9

12 Abbildungsoptik der AV/VR-Brille 9 13 Brillengehäuse

14 Haltearm 15 Halterung

16 Goniometer

17 Lichtquellentragvorrichtung 17a Positioniertisch P1,P2 Position des Messmikroskops 1

A1 optische Achse des Messmikroskops 1 A5 optische Achse des menschlichen Auges 5

A15 Drehachse an der Halterung 15