DE102021108339A1

DE102021108339A1 - Lichtfeld-display, verfahren, computerprogramm und vorrichtung zum kalibrieren eines solchen lichtfeld-displays

Info

Publication number: DE102021108339A1
Application number: DE102021108339.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Tümler
Original assignee: Hochschule Anhalt Fh Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Hochschule Anhalt Fh Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2041-04-02
Also published as: DE102021108339B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtfeld-Display (1). Das Lichtfeld-Display (1) weist eine Vielzahl von Display-Einheiten (2) zum Erzeugen von Bildinhalten und ein optisches System (3) zum Erzeugen eines Lichtfeldes aus den Bildinhalten auf. Die Display-Einheiten (2) weisen dabei jeweils zumindest eine Lichtquelle (4) und einen Mikroscanner (5) auf. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines solchen Lichtfeld-Displays (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtfeld-Display. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines solchen Lichtfeld-Displays.
Ein Lichtfeld-Display ist ein bildgebendes Gerät, das in der Regel aus mehreren Mikrodisplays besteht, die in einem Array angeordnet sind. Vor jedem einzelnen Mikrodisplay befindet sich eine Mikrolinse. Auf den einzelnen Mikrodisplays werden leicht unterschiedliche Bilder angezeigt, wodurch ein sogenanntes Lichtfeld vor dem Lichtfeld-Display aufgebaut wird. Mittels einer entsprechenden Kodierung werden alle dargestellten Inhalte stereoskopisch und räumlich korrekt präsentiert und ein Betrachter hat die Möglichkeit, auf unterschiedliche Tiefen einer Szene zu fokussieren.
Beispielsweise beschreibt DE 10 2017 200 112 A1 ein Lichtfeld-Display zur Erzeugung eines dynamischen Lichtfeldes. Das Lichtfeld-Display weist ein Mikrodisplay-Feld und ein Abbildungssystem auf. Das Mikrodisplay-Feld umfasst Matrixelemente aus nebeneinander angeordneten ansteuerbaren Mikro-Displays. Jedes Mikrodisplay weist eine aktive Pixelfläche und einen die aktive Pixelfläche umfassenden Kontaktierungsrand auf. Das Abbildungssystem hat einen vorgegebenen Vergrößerungsfaktor und bildet das Mikrodisplay-Feld in ein Mikrodisplay-Bildfeld mit Matrixbildelementen ab. Die Matrixbildelemente sind Bilder der aktiven Pixelflächen der Matrixelemente und sind nahtlos aneinander angrenzend angeordnet.
Zum Betrieb eines Lichtfeld-Displays ist es notwendig, dass die Strahlverläufe aller Pixel der Mikrodisplays bekannt sind und sich im Betrieb nicht verändern. Für jedes einzelne Pixel aller Mikrodisplays wird daher der Strahlenverlauf im 3D-Raum vor dem physischen Gerät berechnet.
Bestehende Lichtfeld-Displays benötigen eine Vielzahl von Mikrodisplays. Diese müssen sehr klein, sehr hoch aufgelöst und gleichzeitig sehr leuchtstark sein. Die Herstellung entsprechender Mikrodisplays ist daher aufwendig und verursacht hohe Kosten. Darüber hinaus ist eine exakte Positionierung der Mikrodisplays in Bezug auf die Mikrolinsen erforderlich, damit das Lichtfeld eine korrekte 3D-Wahrnehmung erlaubt. Nachträgliche Korrekturen der Pixelpositionen sind nach der Montage der Mikrodisplays an den Mikrolinsen nicht mehr möglich. Im Falle von Montagefehlern ist daher das gesamte Lichtfeld-Display nicht mehr nutzbar oder kann nur sehr aufwendig instand zu setzen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Lichtfeld-Display sowie Lösungen zum Kalibrieren eines solchen Lichtfeld-Displays bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Lichtfeld-Display mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8, durch ein Computerprogramm mit Instruktionen gemäß Anspruch 9 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Lichtfeld-Display eine Vielzahl von Display-Einheiten zum Erzeugen von Bildinhalten und ein optisches System zum Erzeugen eines Lichtfeldes aus den Bildinhalten auf. Die Display-Einheiten weisen dabei jeweils zumindest eine Lichtquelle und einen Mikroscanner auf.
Das erfindungsgemäße Lichtfeld-Display verwendet anstelle einer Vielzahl von Mikrodisplays eine Vielzahl von Systemen, die eine oder mehrere Lichtquellen mit einem Microscanner kombinieren. Der Microscanner kann beispielsweise einen beweglichen Spiegel verwenden, insbesondere einen schwingenden Spiegel. Das von der Lichtquelle emittierte Licht trifft auf den Microscanner und wird dort abgelenkt. Durch die Schwingung des Spiegels ändert sich die Ablenkung und im Ergebnis entsteht das gewünschte Bild. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch eine gezielte Ansteuerung der Lichtquelle zu beliebigen Zeitpunkten der Schwingung des Spiegels Licht eingekoppelt werden kann. Dies ermöglicht es, dass auch nachträglich softwareseitige Korrekturen bzw. eine Kalibrierung der Einbauposition jeder einzelnen Display-Einheit und des optischen Systems vorgenommen werden können. Dadurch kann immer das ideale Strahlverhalten im Raum erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nur eine geringe Menge Energie benötigt wird, bei gleichzeitig sehr hoher Lichtintensität und bestmöglichem Kontrast.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die zumindest eine Lichtquelle eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Neben einer hohen Lichtintensität haben diese Lichtquellen den Vorteil, dass sie exakt bekannte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche emittieren. Dies erlaubt es, die optischen Komponenten des optischen Systems hochgenau zu berechnen bzw. zu optimieren, ohne dass störende Wellenlängen einfließen. Vorzugsweise werden für die Display-Einheiten jeweils Leuchtdioden oder Laserdioden mit verschiedenen Wellenlängen kombiniert. Dies ermöglicht die Wiedergabe mehrfarbige oder vielfarbiger Bildinhalte.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Mikroscanner zwei Scan-Achsen auf. Dies ermöglicht es, sowohl die X- als auch die Y-Koordinate eines Lichtstrahls bzw. Bildpunktes zu repräsentieren, wobei die Z-Achse senkrecht zur Anzeigefläche des Lichtfeld-Displays steht. Die zwei Scan-Achsen können beispielsweise durch die Kombination von zwei Mikroscannern mit je einer Scan-Achse realisiert werden. Derartige Mikroscanner haben den Vorteil, dass sie einen recht einfachen Aufbau haben. Es existieren aber auch Mikroscanner, die einen um zwei Achsen beweglichen Spiegel haben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Mikroscanner als ein mikroelektromechanisches System ausgestaltet. Mikroelektromechanische Systeme (MEMS), teils auch als Mikrosysteme bezeichnet, haben den Vorteil, dass sie nur einen geringen Bauraum benötigen und einen geringen Energieverbrauch aufweisen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das optische System für jede der Display-Einheiten eine Linse auf. Die von den Mikroscannern ausgehenden Lichtstrahlen werden dann direkt in die Linsen eingekoppelt. Das optische System kann in diesem Fall ein einfaches Array von Mikrolinsen bilden, wie es auch bei Lichtfeld-Displays gemäß dem Stand der Technik Verwendung findet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das optische System Wellenleiter auf. Die Verwendung von Wellenleitern ermöglicht Bauformen, die nicht zwingend erfordern, jede Display-Einheit direkt hinter der Stelle des Lichtaustritts aus dem physischen Gesamtgerät zu positionieren. Somit werden die Display-Einheiten frei positionierbar, beispielsweise am unteren oder oberen Rand des physischen Gesamtsystems. Die Wellenleiter können dabei mit Linsen kombiniert werden oder die Linsen ersetzen. Um die Linsen zu ersetzen, weisen die Wellenleiter vorzugsweise eine holographische Linsenfunktion auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays die Schritte:

- Erzeugen von Lichtstrahlen durch eine Display-Einheit des Lichtfeld-Displays für definierte Einstellungen des Mikroscanners der Display-Einheit;
- Bestimmen von Positionen von für die jeweiligen Einstellungen des Mikroscanners in einer definierten Entfernung vom Lichtfeld-Display erfassten Lichtpunkten;
- Vergleichen der Positionen der Lichtpunkte mit Sollpositionen der Lichtpunkte;
- Bestimmen von Kalibrierungsparametern aus dem Vergleich; und
- Übermitteln der Kalibrierungsparameter an das Lichtfeld-Display oder eine Steuereinheit für das Lichtfeld-Display.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden Schritte zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays veranlassen:

Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch mobile Geräte und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.
Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays auf:

- eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, das Lichtfeld-Display zum Erzeugen von Lichtstrahlen durch eine Display-Einheit für definierte Einstellungen des Mikroscanners der Display-Einheit zu veranlassen und Kalibrierungsparameter an das Lichtfeld-Display oder eine Steuereinheit für das Lichtfeld-Display zu übermitteln;
- eine Positionsbestimmungseinheit, die eingerichtet ist, Positionen von für die jeweiligen Einstellungen des Mikroscanners in einer definierten Entfernung vom Lichtfeld-Display erfassten Lichtpunkten zu bestimmen; und
- eine Recheneinheit, die eingerichtet ist, die Positionen der Lichtpunkte mit Sollpositionen der Lichtpunkte zu vergleichen und die zu übermittelnden Kalibrierungsparameter aus dem Vergleich zu bestimmen.

Für eine Kalibrierung des Lichtfeld-Displays wird ein computergeneriertes ideales Modell für das Abstrahlverhalten aller Display-Einheiten im gesamten physischen Gerät herangezogen.
Dieses Modell basiert auf der Annahme, dass alle Bauteile ideal nach Konstruktionsvorgabe montiert sind. Für jede einzelne Display-Einheit ist daher bekannt, welche Punkte in einer definierten Entfernung von z.B. 1,5 Metern erreicht werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jede Display-Einheit nach der Montage einzeln kalibriert wird, d.h. alle anderen Display-Einheiten sind währenddessen vorzugsweise ausgeschaltet. Es werden nun Lichtpunkte bzw. die Positionen von Lichtstrahlen für vorgegebene Einstellungen des Mikroscanners in einer definierten Entfernung erfasst, z.B. für eine minimale und eine maximale Auslenkung des Spiegels oder eine Mittenstellung des Spiegels. Dazu kann beispielsweise eine Kalibrierplatte in den Strahlengang der zu kalibrierenden Display-Einheit eingebracht werden. Die Auftreffpunkte der Lichtstrahlen auf der Kalibrierplatte können dann von einem externen Messsystem detektiert werden. Die ermittelten Auftreffpunkte können anschließend mit den vorab berechneten idealen Sollpositionen abgeglichen werden. Auf diese Weise kann das Timing ermittelt werden, d.h. der Zeitpunkt der Aktivierung / Deaktivierung der Lichtquelle, um zum richtigen Zeitpunkt bzw. im korrekten Schwingungszustand des Spiegels einen Lichtstrahl auszusenden und somit definierte Zielkoordinaten im Raum zu erreichen. Die so ermittelten Parameter werden zur Korrektur herangezogen, um eine korrekte Wiedergabe zu gewährleisten.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

1 zeigt schematisch ein Lichtfeld-Display gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt schematisch ein Paket aus einem Mikrodisplay und einer Linse, das in einem Lichtfeld-Display gemäß dem Stand der Technik verwendet wird;
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Lichtfeld-Display;
4 zeigt schematisch ein MEMS-LBS-System zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Lichtfeld-Display;
5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Lichtfeld-Display, das Wellenleiter verwendet;
6 zeigt beispielhaft Wellenleiter, die zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Lichtfeld-Display geeignet sind;
7 veranschaulicht einen zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays geeigneten Ansatz;
8 zeigt schematisch ein Verfahren zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays;
9 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays; und
10 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays.

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
1 zeigt schematisch ein Lichtfeld-Display 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Lichtfeld-Display 1 umfasst eine Vielzahl von Display-Einheiten 2 zum Erzeugen von Bildinhalten sowie ein optisches System 3 zum Erzeugen eines Lichtfeldes aus den Bildinhalten. Bei den Display-Einheiten 2 handelt es sich hier um Mikrodisplays 8, die in einem Array angeordnet sind. Das optische System 3 umfasst eine Vielzahl von Linsen 6, die ebenfalls in einem Array angeordnet sind. Vor jedem einzelnen Mikrodisplay 8 befindet sich dabei eine Linse 6. Auf den einzelnen Mikrodisplays 8 werden leicht unterschiedliche Bilder angezeigt, wodurch das Lichtfeld vor dem Lichtfeld-Display aufgebaut wird. Mittels einer entsprechenden Kodierung werden alle dargestellten Inhalte stereoskopisch und räumlich korrekt präsentiert und ein Betrachter hat die Möglichkeit, auf unterschiedliche Tiefen einer Szene zu fokussieren.
2 zeigt schematisch ein Paket aus einem Mikrodisplay 8 und einer Linse 6, das in einem Lichtfeld-Display gemäß dem Stand der Technik verwendet wird. Die von den Pixeln des Mikrodisplays 8 ausgehenden Lichtstrahlen 9 werden von der Linse 6 in unterschiedliche Raumrichtungen abgelenkt. Im Zusammenspiel der Vielzahl von Mikrodisplays 8 und Linsen 6 entsteht so vor dem Lichtfeld-Display das gewünschte Lichtfeld. Die Mikrodisplays 8 müssen dabei sehr klein, sehr hoch aufgelöst und gleichzeitig sehr leuchtstark sein. Die Herstellung entsprechender Mikrodisplays ist technisch herausfordernd und mit hohen Kosten verbunden. Bei einem bereits realisierten Lichtfeld-Display mit den Abmessungen von 600 cm x 850 cm wurden beispielsweise 250000 Mikrodisplays 8 mit jeweils 30000 Pixeln verbaut.
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Lichtfeld-Display 1. Das Lichtfeld-Display 1 umfasst wiederum eine Vielzahl von Display-Einheiten 2 zum Erzeugen von Bildinhalten sowie ein optisches System 3 zum Erzeugen eines Lichtfeldes aus den Bildinhalten. Das optische System 3 umfasst in diesem Beispiel eine Vielzahl von Linsen 6, die in einem Array angeordnet sind. Die Display-Einheiten 2 weisen erfindungsgemäß jeweils zumindest eine Lichtquelle 4 und einen Mikroscanner 5 auf. Jeder Linse 6 ist dabei ein Mikroscanner 5 mit der zugehörigen Lichtquelle 4 zugeordnet. Der Microscanner 5 kann beispielsweise einen beweglichen Spiegel verwenden, insbesondere einen schwingenden Spiegel. Das von der Lichtquelle 4 emittierte Licht trifft auf den Microscanner 5 und wird dort abgelenkt. Durch die Schwingung des Spiegels ändert sich die Ablenkung und im Ergebnis entsteht durch eine mit der Schwingung des Spiegels synchronisierten Ansteuerung der Lichtquelle 4 das gewünschte Bild. Vorzugsweise weist der Microscanner 5 zwei Scan-Achsen auf. Dies ermöglicht es, sowohl die X- als auch die Y-Koordinate eines Lichtstrahls bzw. Bildpunktes zu repräsentieren, wobei die Z-Achse senkrecht zur Anzeigefläche des Lichtfeld-Displays 1 steht. Die zwei Scan-Achsen können beispielsweise durch die Kombination von zwei Mikroscannern 5 mit je einer Scan-Achse realisiert werden, es können aber auch Mikroscanner 5 verwendet werden, die einen um zwei Achsen beweglichen Spiegel haben. Insbesondere kann der Mikroscanner 5 als mikroelektromechanisches System realisiert werden, sodass die einzelnen Display-Einheiten 2 nur einen geringen Bauraum benötigen. Bei der Lichtquelle 4 handelt es sich vorzugsweise um eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Neben einer hohen Lichtintensität und einem geringen Energieverbrauch haben diese Lichtquellen 4 den Vorteil, dass sie exakt bekannte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche emittieren. Dies erlaubt es, die optischen Komponenten des optischen Systems 3 hochgenau zu berechnen bzw. zu optimieren, ohne dass störende Wellenlängen einfließen. Vorzugsweise werden für die Display-Einheiten 2 jeweils Leuchtdioden oder Laserdioden mit verschiedenen Wellenlängen kombiniert. Dies ermöglicht die Wiedergabe mehrfarbige oder vielfarbiger Bildinhalte.
4 zeigt schematisch ein MEMS-LBS-System 50 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Lichtfeld-Display. Das MEMS-LBS-System 50 weist in diesem Fall drei Laserdioden 51 für die drei Farben Rot, Grün und Blau auf. Das von den Laserdioden 51 abgestrahlte Licht wird jeweils durch eine Linse 52 kollimiert und durch dichroitische Filter 53 überlagert. Der resultierende Lichtstrahl 9 trifft auf einen Spiegel 54, der durch zugehörige Aktuatoren 55 um zwei zueinander senkrechte Achsen gekippt werden kann. Die Ansteuerung der Laserdioden 51 sowie der Aktuatoren 55 erfolgt durch eine Steuerungselektronik 56. Die gesamten Komponenten können in einem gemeinsamen Gehäuse 57 angeordnet sein.
5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Lichtfeld-Display 1, das Wellenleiter 7 verwendet. Die Verwendung von Wellenleitern ermöglicht Bauformen, die nicht zwingend erfordern, jede Display-Einheit 2 direkt hinter der Stelle des Lichtaustritts aus dem physischen Gesamtgerät zu positionieren. Somit werden die Display-Einheiten 2 frei positionierbar, beispielsweise am unteren oder oberen Rand des physischen Gesamtsystems. Die Einkopplung und Auskopplung der Lichtstrahlen erfolgt dabei durch holographische optische Elemente 70. Die Wellenleiter 7 können dabei mit Linsen kombiniert werden oder die Linsen ersetzen. Um die Linsen zu ersetzen, weisen die Wellenleiter 7 vorzugsweise eine holographische Linsenfunktion auf. Für die Realisierung eines solchen Aufbaus kann auf Ansätze zurückgegriffen werden, wie sie beispielsweise in US 2015/0125109 A1 oder US 2017/0299864 A1 für Datenbrillen beschrieben werden, die Wellenleiter verwenden. Bei den Wellenleitern 7 handelt es sich nicht notwendigerweise um flache, scheibenförmige Wellenleiter (7). Es ist ebenso möglich, Freiformelemente zu verwenden, wie sie z.B. in DE 10 2015 216 985 A1 genutzt werden.
6 zeigt beispielhaft Wellenleiter 7, die zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Lichtfeld-Display geeignet sind. Bei dem in 6a) gezeigten Wellenleiter 7 handelt es sich um einen planaren Wellenleiter 7 mit einem Einkoppelspiegel 71, der Licht in den Wellenleiter 7 einkoppelt. Mittels teilreflektierender Spiegelebenen 72 wird das Licht wieder aus dem Wellenleiter 7 ausgekoppelt. Der in 6b) dargestellte Wellenleiter 7 ist ebenfalls ein planarer Wellenleiter 7, der zum Einkoppeln und Auskoppeln von Licht allerdings Oberflächengitter 73 nutzt. 6c) zeigt schließlich einen planaren Wellenleiter 7, der zum Einkoppeln und Auskoppeln von Licht holographische optische Elemente 70 aufweist.
7 veranschaulicht einen zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays geeigneten Ansatz. Für eine Kalibrierung des Lichtfeld-Displays wird ein computergeneriertes ideales Modell für das Abstrahlverhalten aller Display-Einheiten 2 im gesamten physischen Gerät herangezogen. Dieses Modell basiert auf der Annahme, dass alle Bauteile ideal nach Konstruktionsvorgabe montiert sind. Für jede einzelne Display-Einheit 2 ist daher bekannt, welche Punkte, d.h. Sollpositionen PS_i, in einer definierten Entfernung d von z.B. 1,5 Metern erreicht werden sollten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jede Display-Einheit 2 nach der Montage einzeln kalibriert wird, d.h. alle anderen Display-Einheiten 2 sind währenddessen vorzugsweise ausgeschaltet. Es werden nun Lichtpunkte LP_i bzw. die Positionen P_i von Lichtstrahlen 9 für vorgegebene Einstellungen des Mikroscanners 5 in einer definierten Entfernung erfasst, z.B. für eine minimale und eine maximale Auslenkung des Spiegels oder eine Mittenstellung des Spiegels. Dazu kann beispielsweise eine Kalibrierplatte 41 in den Strahlengang der zu kalibrierenden Display-Einheit 2 eingebracht werden. Die Positionen P_i der Auftreffpunkte der Lichtstrahlen 9 auf der Kalibrierplatte 41 können dann von einem externen Messsystem 40 detektiert werden. Die ermittelten Positionen P_i können anschließend mit den vorab berechneten idealen Sollpositionen PS_i abgeglichen werden. Auf diese Weise kann das Timing ermittelt werden, d.h. der Zeitpunkt der Aktivierung / Deaktivierung der Lichtquelle 4, um zum richtigen Zeitpunkt bzw. im korrekten Schwingungszustand des Spiegels einen Lichtstrahl 9 auszusenden und somit definierte Zielkoordinaten im Raum zu erreichen. Die so ermittelten Parameter werden zur Korrektur herangezogen, um eine korrekte Wiedergabe zu gewährleisten.
8 zeigt schematisch ein Verfahren zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays. Bei dem Verfahren werden Lichtstrahlen durch eine Display-Einheit des Lichtfeld-Displays für definierte Einstellungen des Mikroscanners der Display-Einheit erzeugt 10. Für die jeweiligen Einstellungen des Mikroscanners werden dann Positionen von in einer definierten Entfernung vom Lichtfeld-Display erfassten Lichtpunkten bestimmt 11. Die bestimmten Positionen der Lichtpunkte werden mit Sollpositionen der Lichtpunkte verglichen 12. Aus dem Vergleich können anschließend Kalibrierungsparameter bestimmt werden 13. Die Kalibrierungsparameter werden schließlich an das Lichtfeld-Display oder eine Steuereinheit für das Lichtfeld-Display übermittelt 14.
9 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform 20 einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays. Die Vorrichtung 20 hat eine Steuereinheit 22, die eingerichtet ist, das Lichtfeld-Display 1 zum Erzeugen von Lichtstrahlen durch eine Display-Einheit für definierte Einstellungen E_i des Mikroscanners der Display-Einheit zu veranlassen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 22 beispielsweise eine Kalibrierungsanweisung oder die definierten Einstellungen E_i über einen Schnittstelle 21 an das Lichtfeld-Display 1 übermitteln. Die Steuereinheit 22 ist zudem eingerichtet, über die Schnittstelle 21 Kalibrierungsparameter K an das Lichtfeld-Display 1 oder eine Steuereinheit für das Lichtfeld-Display 1 zu übermitteln. Eine Positionsbestimmungseinheit 23 ist dazu eingerichtet, Positionen P_i von für die jeweiligen Einstellungen E_i des Mikroscanners in einer definierten Entfernung vom Lichtfeld-Display 1 erfassten Lichtpunkten zu bestimmen. Dazu kann die Positionsbestimmungseinheit 23 beispielsweise Daten eines externen Messsystems 40 auswerten, z.B. Bilddaten. Allerdings kann das Messsystem 40 auch selbst die Positionen P_i bestimmen und diese über die Schnittstelle 21 an die Vorrichtung 20 übermitteln. Eine Recheneinheit 24 ist dazu eingerichtet, die Positionen P_i der Lichtpunkte mit Sollpositionen der Lichtpunkte zu vergleichen und aus dem Vergleich die zu übermittelnden Kalibrierungsparameter K zu bestimmen.
Die Steuereinheit 22, die Positionsbestimmungseinheit 23 und die Recheneinheit 24 können von einer Kontrolleinheit 25 gesteuert werden. Über eine Benutzerschnittstelle 27 können gegebenenfalls Einstellungen der Steuereinheit 22, der Positionsbestimmungseinheit 23, der Recheneinheit 24 oder der Kontrolleinheit 25 geändert werden. Die in der Vorrichtung 20 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 26 der Vorrichtung 20 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 20. Die Steuereinheit 22, die Positionsbestimmungseinheit 23, die Recheneinheit 24 und die Kontrolleinheit 25 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer GPU oder einer CPU. Die Schnittstelle 21 kann auch getrennt in einen Eingang und einen Ausgang implementiert sein.
10 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Lichtfeld-Displays. Die Vorrichtung 30 weist einen Prozessor 32 und einen Speicher 31 auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung 30 um einen Computer oder eine andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtung. Im Speicher 31 sind Instruktionen abgelegt, die die Vorrichtung 30 bei Ausführung durch den Prozessor 32 veranlassen, die Schritte gemäß einem der beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 31 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 32 ausführbares Programm, welches das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Die Vorrichtung 30 hat einen Eingang 33 zum Empfangen von Informationen. Vom Prozessor 32 generierte Daten werden über einen Ausgang 34 bereitgestellt. Darüber hinaus können sie im Speicher 31 abgelegt werden. Der Eingang 33 und der Ausgang 34 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein.
Der Prozessor 32 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.
Die Speicher 26, 31 der beschriebenen Ausführungsformen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.
Bezugszeichenliste

1: Lichtfeld-Display
2: Display-Einheit
3: Optisches System
4: Lichtquelle
5: Mikroscanner
6: Linse
7: Wellenleiter
8: Mikrodisplay
9: Lichtstrahl
10: Erzeugen von Lichtstrahlen für definierte Einstellungen
11: Bestimmen von Positionen zugehöriger Lichtpunkte
12: Vergleichen der Positionen mit Sollpositionen
13: Bestimmen von Kalibrierungsparametern
14: Übermitteln der Kalibrierungsparameter
20: Vorrichtung
21: Schnittstelle
22: Steuereinheit
23: Positionsbestimmungseinheit
24: Recheneinheit
25: Kontrolleinheit
26: Speicher
27: Benutzerschnittstelle
30: Vorrichtung
31: Speicher
32: Prozessor
33: Eingang
34: Ausgang
40: Messsystem
41: Kalibrierplatte
50: MEMS-LBS-System
51: Laserdiode
52: Linse
53: Dichroitisches Filter
54: Spiegel
55: Aktuator
56: Steuerungselektronik
57: Gehäuse
70: Holographisches optisches Element
71: Einkoppelspiegel
72: Teilreflektierende Spiegelebene
73: Oberflächengitter
Ei: Einstellung des Mikroscanners
K: Kalibrierungsparameter
LPi: Lichtpunkt
Pi: Position
PSi: Sollposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017200112 A1 [0003]
US 2015/0125109 A1 [0028]
US 2017/0299864 A1 [0028]
DE 102015216985 A1 [0028]

Claims

Lichtfeld-Display (1), mit: - einer Vielzahl von Display-Einheiten (2) zum Erzeugen von Bildinhalten; und - einem optischen System (3) zum Erzeugen eines Lichtfeldes aus den Bildinhalten; wobei die Display-Einheiten (2) jeweils zumindest eine Lichtquelle (4) und einen Mikroscanner (5) aufweisen.
Lichtfeld-Display (1) gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Lichtquelle (4) eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode (51, 51', 51") ist.
Lichtfeld-Display (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Mikroscanner (5) zwei Scan-Achsen aufweist.
Lichtfeld-Display (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Mikroscanner (5) als ein mikroelektromechanisches System (50) ausgestaltet ist.
Lichtfeld-Display (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische System (3) für jede der Display-Einheiten (2) eine Linse (6) aufweist.
Lichtfeld-Display (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische System (3) Wellenleiter (7) aufweist.
Lichtfeld-Display (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Wellenleiter (7) eine holographische Linsenfunktion aufweisen.
Verfahren zum Kalibrieren eines Lichtfeld-Displays (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten: - Erzeugen (10) von Lichtstrahlen (9) durch eine Display-Einheit (2) des Lichtfeld-Displays (1) für definierte Einstellungen (E_i) des Mikroscanners (5) der Display-Einheit (2); - Bestimmen (11) von Positionen (P_i) von für die jeweiligen Einstellungen (E_i) des Mikroscanners (5) in einer definierten Entfernung vom Lichtfeld-Display (1) erfassten Lichtpunkten (LP_i); - Vergleichen (12) der Positionen (P_i) der Lichtpunkte (LP_i) mit Sollpositionen (PSi) der Lichtpunkte (LP_i); - Bestimmen (13) von Kalibrierungsparametern (K) aus dem Vergleich; und - Übermitteln (14) der Kalibrierungsparameter (K) an das Lichtfeld-Display (1) oder eine Steuereinheit für das Lichtfeld-Display (1).
Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 8 zum Kalibrieren eines Lichtfeld-Displays (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 veranlassen.
Vorrichtung (20) zum Kalibrieren eines Lichtfeld-Displays (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit: - einer Steuereinheit (22), die eingerichtet ist, das Lichtfeld-Display (1) zum Erzeugen (10) von Lichtstrahlen (9) durch eine Display-Einheit (2) für definierte Einstellungen (E_i) des Mikroscanners (5) der Display-Einheit (2) zu veranlassen und Kalibrierungsparameter (K) an das Lichtfeld-Display (1) oder eine Steuereinheit für das Lichtfeld-Display (1) zu übermitteln (14); - einer Positionsbestimmungseinheit (23), die eingerichtet ist, Positionen (P_i) von für die jeweiligen Einstellungen (E_i) des Mikroscanners (5) in einer definierten Entfernung vom Lichtfeld-Display (1) erfassten Lichtpunkten (LP_i) zu bestimmen (11); und - einer Recheneinheit (24), die eingerichtet ist, die Positionen (P_i) der Lichtpunkte (LP_i) mit Sollpositionen (PS_i) der Lichtpunkte (LP_i) zu vergleichen (12) und die zu übermittelnden Kalibrierungsparameter (K) aus dem Vergleich zu bestimmen (13).