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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements für eine Datenbrille nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Steuergerät und ein Computerprogramm.
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Die Verwendung von hologrammbasierten Projektionseinrichtungen wird in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt, wie beispielsweise in der Automobilindustrie oder in Verbindung mit neuartigen Display- oder Sensorsystemen, wie beispielsweise Datenbrillen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements für eine Datenbrille, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird eine Möglichkeit erschaffen, um eine direkte, das heißt in Reflexion gemessene Charakterisierung eines Hologrammelements beispielsweise für eine Datenbrille, hinsichtlich ihrer winkel- und wellenlängenabhängigen Beugungseffizienz bei überschaubarem finanziellen und zeitlichen Aufwand zu erreichen.
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Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements für eine Datenbrille vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Ausgebens, einen Schritt des Erfassens und einen Schritt des Vergleichens umfasst. Im Schritt des Ausgebens wird ein Lichtstrahl auf eine Beobachtungsposition an dem Hologrammelement unter Verwendung einer Lichtquelle ausgegeben, wobei der Lichtstrahl zumindest eine vorbestimmte Wellenlänge und zumindest einen der Wellenlänge zugeordneten Sendeparameter umfasst. Im Schritt des Erfassens wird zumindest ein an der Beobachtungsposition reflektierter Reflexionsstrahl und zusätzlich oder alternativ ein an der Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierter Transmissionsstrahl des Lichtstrahls mit der vorbestimmten Wellenlänge unter Verwendung zumindest eines Detektors erfasst, wobei an der vorbestimmten Wellenlänge ein Detektionsparameter des Reflexionsstrahls und zusätzlich oder alternativ des Transmissionsstrahls erfasst wird. Im Schritt des Vergleichens wird der Sendeparameter mit dem Detektionsparameter verglichen, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln.
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Das Hologrammelement kann beispielsweise in einem Brillenglas der Datenbrille integriert oder auf dem Brillenglas angeordnet sein. Das Hologrammelement kann weiterhin als eine Hologrammschicht ausgeformt sein oder beispielsweise eine Mehrzahl von Hologrammschichten aufweisen, die jeweils für eine bestimmte Wellenlänge vorteilhaft sind. Weiterhin kann das Hologrammelement als ein Reflexionshologramm und zusätzlich oder alternativ als ein Transmissionshologramm realisiert sein. Das Verfahren kann vorteilhafterweise in einem Flying-Spot-System angewandt werden. Der Lichtstrahl kann beispielsweise als weißes Licht auf beispielsweise einen bestimmten Bereich des Hologrammelements ausgegeben werden, sodass der Bereich vorteilhafterweise vollständig beleuchtet wird. Die Beobachtungsposition kann vorteilhafterweise einer Augenposition eines Nutzers der Datenbrille entsprechen, wenn diese einen betriebsbereiten Zustand aufweist. Der Sendeparameter des Lichtstrahls kann vorteilhafterweise eine Intensität des Lichtstrahls repräsentieren. Vorteilhafterweise können der Reflexionsstrahl und zusätzlich oder alternativ der Transmissionsstrahl als Teilstrahlen des Lichtstrahls bezeichnet werden. Der Detektor kann beispielsweise als ein Analysegerät ausgeformt sein, das ausgebildet ist, um den Detektionsparameter zu erfassen. Der Detektor kann beispielsweise anhand des Detektionsparameters erkennen, ob ein Teil der Intensität des Lichtstrahls nach der Reflexion und zusätzlich oder alternativ nach der Transmission verloren ging, das bedeutet, ob der Detektionsparameter vom Sendeparameter abweicht. Durch das Verfahren kann die Beugungscharakteristik des Hologrammelements ermittelt werden, wobei vorteilhafterweise für alle Beobachtungspositionen die höchste Beugungseffizienz für aus Richtung der Lichtquelle kommende Strahlen der in der Lichtquelle verwendeten Wellenlängen in Richtung der Augenposition des Nutzers angesiedelt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erfassens ein Analysedetektionsparameter des Reflexionsstrahls und zusätzlich oder alternativ des Transmissionsstrahls erfasst werden, der einer von der vorbestimmten Wellenlänge abweichenden Wellenlänge zugeordnet sein kann. Dabei kann im Schritt des Vergleichens der Sendeparameter mit dem Analysedetektionsparameter verglichen werden, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln. Der Analysedetektionsparameter kann dabei einen Wert repräsentieren, der beispielsweise nach einer Frequenzverschiebung der Hologrammeigenschaften im Bezug zu den Hologramm-Designvorgaben erfasst wird. Das bedeutet, dass dabei beispielsweise ein Untersuchungspunkt von einem dem Detektionsparameter zugeordneten Untersuchungspunkt abweichen kann.
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Im Schritt des Ausgebens kann der Sendeparameter einen Intensitätswert des Lichtstrahls repräsentieren. Weiterhin kann im Schritt des Erfassens als Detektionsparameter eine Richtung, Intensitätswert und zusätzlich oder alternativ eine Wellenlänge des Reflexionsstrahls und zusätzlich oder alternativ des Transmissionsstrahls erfasst werden. Vorteilhafterweise kann der Intensitätswert zusätzlich oder alternativ eine Wellenlänge oder eine Richtung des Lichtstrahls repräsentieren. Der Detektionsparameter kann einen aktuellen Wert enthalten, sodass beispielsweise auf einen Intensitätsverlust im Hologrammelement geschlossen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Schritte des Verfahrens wiederholt durchgeführt werden, insbesondere wobei im Schritt des Ausgebens der Lichtstrahl auf eine von der Beobachtungsposition abweichende andere Beobachtungsposition und zusätzlich oder alternativ unter einem anderen Winkel auf das Hologrammelement ausgegeben werden kann. Im Schritt des Erfassens kann der Detektionsparameter für einen an der anderen Beobachtungsposition reflektierten anderen Reflexionsstrahl und zusätzlich oder alternativ für einen an der anderen Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierten anderen Transmissionsstrahl erfasst werden. Vorteilhafterweise kann der Lichtstrahl auf eine Vielzahl von Beobachtungspositionen ausgegeben werden, sodass für jede der Beobachtungspositionen innerhalb des Bereichs des Hologrammelements die Beugungscharakteristik gemessen werden kann.
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Ferner kann im Schritt des Ausgebens der Lichtstrahl unter Verwendung eines in zumindest zwei Achsen verkippbaren Umlenkelements ausgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Ausgebens der Lichtstrahl auf das Hologrammelement ausgegeben werden, das bezüglich der Lichtquelle und zusätzlich oder alternativ des Detektors zumindest in zumindest eine Achse verdreht wurde. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Erfassens der andere Reflexionsstrahl und zusätzlich oder alternativ der andere Transmissionsstrahl von dem Detektor erfasst werden, der bezüglich des Hologrammelements bewegt wurde. Das Umlenkelement kann beispielsweise als ein Spiegelelement ausgeformt sein. Die zwei Achsen können vorteilhafterweise quer zueinander verlaufen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ausgebens der Lichtstrahl unter Verwendung des Umlenkelements ausgegeben werden, wobei mindestens eine Kippachse des Umlenkelements durch eine Position eines Auges oder eines Projektors verläuft. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, eine flexible und präzise auszuführende Verkippung bzw. Ausrichtung des Umlenkelementes vornehmen zu können
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Weiterhin kann im Schritt des Ausgebens ein weiterer Lichtstrahl auf die Beobachtungsposition ausgegeben werden, wobei der weitere Lichtstrahl zumindest eine vorbestimmte weitere Wellenlänge und zumindest einen der weiteren Wellenlänge zugeordneten weiteren Sendeparameter umfasst. Im Schritt des Erfassens kann zumindest ein an der Beobachtungsposition reflektierter weiterer Reflexionsstrahl und zusätzlich oder alternativ ein an der Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierter weiterer Transmissionsstrahl des Lichtstrahls mit der vorbestimmten weiteren Wellenlänge unter Verwendung zumindest eines Detektors erfasst werden, wobei an der vorbestimmten weiteren Wellenlänge ein weiterer Detektionsparameter des weiteren Reflexionsstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren Transmissionsstrahls erfasst werden kann. Im Schritt des Vergleichens kann der weitere Sendeparameter mit dem weiteren Detektionsparameter verglichen werden, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln. Vorteilhafterweise kann der weitere Lichtstrahl eine Farbe aufweisen, welche von einer Farbe des Lichtstrahls abweicht. Vorteilhafterweise kann das Verfahren für die Farben rot, grün, blau durchgeführt werden, sodass vorteilhafterweise ein komplettes Farbspektrum abgedeckt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ausgebens der Lichtstrahl unter Verwendung einer Lichtquelle zur Ausgabe von spektral breitbandigem Licht ausgegeben werden, insbesondere wobei die Lichtquelle zumindest eine Laserlichtquelle, eine LED, eine Plasmalichtquelle und zusätzlich oder alternativ eine thermische Lichtquelle aufweist. Die Lichtquelle kann vorteilhafterweise als eine breitbandige Lichtquelle ausgeformt sein, die weißes Licht ausgibt. Die Lichtquelle kann vorteilhafterweise als ein Multilaser oder beispielsweise als eine LED ausgeformt sein.
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Weiterhin kann im Schritt des Ausgebens unter Verwendung eines Strahlteilers ein Referenzstrahl mit zumindest einem Referenzparameter ausgegeben werden, wobei im Schritt des Vergleichens der Detektionsparameter mit dem Referenzparameter als dem Sendeparameter verglichen werden kann, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln. Vorteilhafterweise kann der Referenzstrahl die Intensität des Lichtstrahls aufweisen.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, das verschiedene Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Datenbrille mit einem Hologrammelement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung einer Datenbrille mit einem Hologrammelement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements;
- 4 eine skizzenhafte Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 7 eine Diagrammdarstellung eines Beispielergebnisses eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 100 mit einem Hologrammelement 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologrammelement 105 ist dabei als ein Brillenglas ausgeformt. Das Hologrammelement 105 ist beispielsweise als eine Schicht, beispielsweise eine Hologrammfolie ausgeformt, die lediglich optional auf dem Brillenglas angeordnet oder beispielsweise in das Brillenglas integriert ist. Weiterhin optional ist es denkbar, dass das Hologrammelement 105 eine Mehrzahl von Schichten aufweist. Ein zweites Brillenglas 110 ist beispielsweise als einfache Scheibe ausgeformt. Alternativ ist es denkbar, das zweite Brillenglas 110 als ein zweites Hologrammelement auszuformen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Datenbrille 100 an einem Brillenbügel 115 eine Lichtquelle 180 auf, die ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl 125 auf eine Beobachtungsposition 130 an dem Hologrammelement 105 auszugeben. Alternativ ist die Lichtquelle 180 derart angeordnet, dass der Lichtstrahl 125 von außen auf eine Ablenkeinheit A trifft, die beispielsweise um zumindest eine Achse X, Z beweglich ist. Lediglich optional ist die Lichtquelle 180 im Falle ihrer Anordnung an dem Brillenbügel 115 um die zumindest eine Achse X, Z und/oder beispielsweise um einen Drehpunkt drehbar angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Datenbrille 100 weiterhin optional ein verkippbares Umlenkelement G auf, das beispielsweise zwischen der Lichtquelle 180 und dem Hologrammelement 105 angeordnet ist, und das ausgebildet ist, um den Lichtstrahl 125 und/oder einen Teil des Lichtstrahls 125 als Referenzstrahl 132 umzulenken. Dabei umfasst der Lichtstrahl 125 zumindest eine vorbestimmte Wellenlänge und zumindest einen der Wellenlänge zugeordneten Sendeparameter. Das Hologrammelement 105 ist ausgebildet, um den Lichtstrahl 125 an der Beobachtungsposition 130 als Reflexionsstrahl 135 zu reflektieren und/oder als Transmissionsstrahl 140 zu transmittieren. Der Reflexionsstrahl 135 und/oder der Transmissionsstrahl 140 weisen die Wellenlänge des Lichtstrahls 125 auf. Der Reflexionsstrahl 135 und/oder der Transmissionsstrahl 140 werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einem Detektor 145 erfasst. Genauer gesagt erfasst der Detektor 145 an der vorbestimmten Wellenlänge einen Detektionsparameter des Reflexionsstrahls 135 und/oder des Transmissionsstrahls 140. Lediglich optional gibt die Lichtquelle 180 einen weiteren Lichtstrahl 150 aus, der sich ähnlich verhält wie der Lichtstrahl 125. Das bedeutet, dass auch der weitere Lichtstrahl 150 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an dem Hologrammelement 105 als weiterer Reflexionsstrahl 155 reflektiert und/oder als weiterer Transmissionsstrahl 160 durch das Hologrammelement 105 transmittiert wird. Auch dabei ist der Detektor 145 ausgebildet, um den weiteren Reflexionsstrahl 155 und/oder den weiteren Transmissionsstrahl 160 zu erfassen. Alternativ gibt die Lichtquelle 180 den Lichtstrahl 120 wiederholt, aber an eine andere Beobachtungsposition 170 aus, die beispielsweise ein neben der Beobachtungsposition 130 liegender Punkt ist, der von dem Lichtstrahl 125 bei dem wiederholten Ausgeben beleuchtet wird. Der die andere Beobachtungsposition 170 treffende andere Reflexionsstrahl und/oder andere Transmissionsstrahl entspricht dabei jeweils dem Reflexionsstrahl 135 und/oder dem Transmissionsstrahl 140, sodass diese der Übersichtlichkeit halber gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht extra abgebildet sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel fällt eine Position des Detektors 145, welche beispielsweise als Augenposition 165 bezeichnet wird, zum Erfassen des weiteren Reflexionsstrahls 155 mit der Position des Detektors 145 zum Erfassen des Reflexionsstrahls 135 zusammen, während der Detektor 145 zum Erfassen des weiteren Transmissionsstrahls 160 versetzt positioniert ist zur Position beim Erfassen des Transmissionsstrahls 140. Der Detektor 145 ist dem entsprechend gemäß diesem Ausführungsbeispiel beweglich angeordnet. Alternativ ist eine Mehrzahl von Detektoren 145 an unterschiedlichen Positionen um das Hologrammelement 105 herum angeordnet oder anordenbar, sodass eine Mehrzahl von Strahlengängen beispielsweise zeitgleich erfasst werden.
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Üblicherweise basieren Aufnahmeverfahren von Volumen-Hologrammen beispielsweise darauf, zueinander kohärente geformte Wellenfronten, beispielsweise erzeugt mit Laserstrahlen, mit einem geeigneten Öffnungskegel und Winkel zueinander zur Interferenz zu bringen. So werden beispielsweise gleichzeitig oder sequentiell transmissive und/oder reflektive Rot-Grün-Blau-Hologramme (RGB) in eine fotosensitive Schicht belichtet, wie beispielsweise Photopolymere. Anzeigesysteme werden beispielsweise als RSD (retinal scan display, retina scanning display) realisiert. Dabei wird ein passend modulierter Lichtstrahl beispielsweise zeilenweise so schnell über die Netzhaut eines Betrachters bewegt, dass dieser ein stehendes Bild wahrnimmt. Solche Systeme zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass das Bild nicht an einem im optischen Pfad früheren Punkt schon einmal bestehen muss. Dadurch lässt sich eine Größe eines Systems begrenzen, weil beispielsweise keine abbildenden Linsen benötigt werden, die ein komplettes Bild erfassen. Systeme, die mit einem derartig gescannten Lichtstrahl arbeiten, werden auch als Flying-Spot-Systeme bezeichnet. Eine Ablenkung des Lichtstrahls kann dabei beispielsweise über kleine bewegte Spiegel, sogenannte Mikrospiegel mit beispielsweise einem Durchmesser von ca. 1 bis 3 mm erfolgen. Mögliche Ausführungsvarianten sind beispielsweise ein in zwei zueinander orthogonalen Achsen schwingender Spiegel oder zwei Spiegel, die in je einer Achse schwingen, wobei diese beiden Achsen zueinander orthogonal ausgerichtet sind. Dazu werden beispielsweise ein 2D- oder zwei 1D-Spiegel genutzt.
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Vor diesem Hintergrund wird der Lichtstrahl 125 an einem auch als Reflexionshologramm (RHOE) bezeichenbaren Hologrammelement 105 in das Auge des Nutzers gelenkt, welches in betriebsbereitem Zustand gemäß diesem Ausführungsbeispiel an der Augenposition 165 angeordnet ist. Es gilt eine feste Winkel- und Wellenlängenbeziehung für jede im System vorkommende Wellenlänge, wie beispielsweise Rot, Grün, Blau und/oder Infrarot (IR). In einer Zielkonfiguration sind die Geometrie des Systems und die Wellenlänge oder die Wellenlängen des verwendeten Lichtstrahls 125 mit dem eingesetzten Hologrammelement 105 präzise abgestimmt. Das Hologrammelement 105, das diese Bedingungen erfüllt, ist beispielsweise ein spezifisch ausgelegtes, potenziell sehr komplexes optisches Element, das eine nichttriviale Simulation und einen gleichermaßen anspruchsvollen Herstellungsprozess erfordert. Entsprechend wird die Funktion eines solchen Hologrammelements 105 in einem Entwicklungsprozess idealerweise vollumfänglich hinsichtlich Spektrums und Geometrie vermessen, um die Lage der maximalen Beugungseffizienz für jede Winkel-Wellenlängen-Kombination in verschiedenen Positionen des Lichtspots auf dem Hologrammelement 105 identifizieren und mit der für eine bestimmte Laserdiodenauswahl angestrebten zu vergleichen.
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Ebenso von Interesse ist der Betrag der maximalen Beugungseffizienz pro Wellenlänge, um eine Augensicherheit, Bildhelligkeit und/oder Bildhomogenität sicherzustellen, sowie ein Variationsbereich in Wellenlänge und Winkel um dieses Maximum herum, in dem noch ein Bild im Auge entsteht. Auf dieser Datenbasis werden iterativ Simulation, Auslegung und Herstellungsprozess verbessert. Dies ist insbesondere auch erforderlich für einen praxisrelevanten Anwendungsfall der Einbettung des Hologrammelements 105 in gekrümmte, Sehstärke-korrigierte Brillengläser. Denn hierzu wird das belichtete Hologrammelement 105 Herstellungsprozessen unterzogen, welche die optische Funktion verändern, wie zum Beispiel einer Verkrümmung der Hologrammfolie oder einer Einbettung in Brillengläser unter thermischer und mechanischer Beanspruchung. Auch das einbettende Material verändert eine optische Funktion des Hologrammelements 105 unter anderem durch Brechung des Lichts an einem Deckmaterial sowie der polarisationsabhängigen Reflektion eines Teils des Lichtes an der augen- und weltseitigen optischen Oberfläche des Brillenglases.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine breitbandige Lichtquelle 180 eingesetzt, beispielsweise eine Weißlichtquelle, deren Spektrum alle im Zielsystem vorkommenden Wellenlängen gleichzeitig beinhaltet, sowie ein wellenlängensensitiver Detektor 145, wie beispielsweise ein Spektrometer. Auch das sequentielle Verwenden einzelner diskreter Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche ist möglich, sodass mit einem nicht wellenlängensensitiven Detektor 145 gearbeitet werden kann. Das System wird beispielsweise geometrisch auf seine Zielkonfiguration festgelegt. Das bedeutet, dass die Position und Richtung der Lichtquelle 180 bei einer Messung, das bedeutet während des Verfahrens, dem Strahlengang des optischen Designs entspricht, indem beispielsweise die Position der Ablenkeinheit A relativ zum Hologrammelement 105 fest ist. Das Licht eines in seiner Wellenlänge durchstimmbaren Lasers wird über diese Ablenkeinheit A geführt. Im Idealfall wird Licht genau der und nur der gewünschten Wellenlängenbereiche derart umgelenkt, dass an der gewünschten Stelle, der Augenposition 165, die maximale Beugungseffizienz auftritt. Der hier vorgestellte Ansatz erlaubt wellenlängenabhängig eine Ermittlung der Maxima der Beugungseffizienz. Die diesem Ansatz zugrundeliegende Einschränkung der Winkel auf die der Zielkonfiguration erfolgt dabei zugunsten einer Vereinfachung und Beschleunigung des Verfahrens.
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Zusätzlich erfolgt die direkte Messung des umgelenkten Lichtes, das hier als Reflexionsstrahl 135, 155 und/oder als Transmissionsstrahl 140, 160 bezeichnet ist, ohne oder mit deutlich reduzierter Nachführung. Dadurch, dass der Ansatz weitgehend mit den Komponenten und in der Geometrie des Zielsystems arbeitet, wird sichergestellt, dass genau das untersucht wird, was im finalen System auch relevant ist. Darüber hinaus werden Aufwand und Kosten reduziert. Zeitlich erfolgt eine Verbesserung, weil die Probe nicht, wie bei Transmissionsmessungen üblich, in viele verschiede Winkelpositionen gedreht und in jeder dann vollständig untersucht werden muss. Da über die Erfüllung der Bragg-Bedingung, welche eine Interferenz von zwei kohärenten Wellen in genügend dickem holografischen Material bezeichnet, bei Volumenhologrammen eine direkte Winkel- und Wellenlängenbeziehung gegeben ist, sind die Winkel und/oder die Winkelbereiche sowie die Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche, bei denen die Beugungseffizienz maximal ist, ineinander umrechenbar. In einer alternativen Realisierung des Ansatzes, dem in einer der nachfolgenden Figuren beschriebenen Rückwärts-Ansatz, folgt der Lichtstrahl 125 ebenfalls dem Design-Strahlengang, allerdings in umgekehrter Richtung, wobei der Lichtspot immer aus einem Punkt, der auch als Drehpunkt bezeichnet wird, nahe der Augenposition 165 auf einen Teilbereich des Hologrammelements 105 fällt. In diesem Fall tastet der Lichtstrahl 125 mittels Drehung um den Drehpunkt um zwei zueinander und zu einer Hologrammelement-Normalen in etwa senkrechten Achsen alle relevanten Bereiche des Hologrammelements 105 sequentiell ab. Der Rückwärts-Ansatz nutzt lediglich optional den Umstand aus, dass unabhängig von Details des optischen Designs des Flying-Spot-Systems stets die Pupille mit kollimiertem Licht aus dem bekannten Winkelbereich des Sichtfelds getroffen wird. Die Herkunft dieses Lichts von der Lichtquelle 180 her ist ebenfalls geometrisch genau bekannt und durch die Austrittsöffnung des Projektors eng umschrieben, was die zum Hologrammelement 105 ortsfeste Positionierung des Detektors 145 an der Stelle der Austrittsöffnung ermöglicht. Somit erlaubt der Rückwärts-Ansatz auch die einfache Charakterisierung des Brillenglases ohne das Vorhandensein eines Flying-Spot-Projektors, beispielsweise wenn diese (noch) nicht oder nicht in ausreichender Qualität verfügbar sind. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn der Projektor komplexe, schwierig zu fertigende Elemente, wie beispielsweise eine Freiformlinse, zwischen Scanspiegeln und Hologrammelement 105 enthält.
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Im Vorwärts-Ansatz fällt der Lichtstrahl 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf die Ablenkeinheit A, das beispielsweise als Mikrospiegel ausgeformt ist. Die Ablenkeinheit A bewegt sich derart, dass der Lichtstrahl 125 über das Hologrammelement 105 gescannt wird. Die Nutzung der Ablenkeinheit A im Messaufbau ist dabei ein elementarer Vorteil des hier beschriebenen Ansatzes. Durch seinen Einsatz werden bei der Vermessung des Hologrammelements 105 positionsgenau die Einfallswinkel des Lichtstrahls 125 auf das Hologrammelement 105 realisiert, wie sie auch im Betrieb des Zielsystems vorkommen. Dies ist selbst bei komplizierten Designs mit gekrümmten Korrekturgläsern, zueinander versetzten und verdrehten Einachs-MEMS-Spiegeln, Freiformlinsen und weiteren Elementen im Strahlengang möglich, welche zu äußert komplizierten Einfallswinkel- und Ausfallswinkelverteilungen auf dem Hologrammelement 105 führen.
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In einer weiteren Ausführungsform kommt zusätzlich ein Element zum Einsatz, dass den Lichtstrahl 125 schnell an- und abschalten kann. Bei einem Flying-Spot-System wird die Lichtquelle 180 mit der Spiegelbewegung synchronisiert amplitudenmoduliert, um beispielsweise einzelne Pixel und damit ein Bild schreiben zu können. Wird im hier vorgeschlagenen Messaufbau dagegen ein durchstimmbarer Laser als Lichtquelle 180 eingesetzt, so wird erwartet, dass dieser nicht einfach analog zu den Laserdioden, an deren Stelle er genutzt wird, mit der Ablenkeinheit A synchronisiert moduliert, insbesondere schnell genug an- und abgeschaltet werden kann. Um dennoch Bilder, insbesondere Testbilder wie kleine Rechtecke, Kanten, Gitter usw. schreiben und vermessen zu können, ist lediglich optional ein weiteres Element einsetzbar, wie beispielsweise ein akustooptischer Modulator (AOM). Dieser wird beispielsweise im optischen Pfad vor der Ablenkeinheit A platziert. Da der AOM hier als schneller Schalter nutzbar ist, ist ein Strahl 0. Ordnung der Nutzstrahl. Eine wellenlängenabhängige Ablenkung oder eine Frequenzverschiebung, wie sie der Strahl höherer Ordnung erfährt, wird hier nicht genutzt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kommt statt des Lasers eine andere, breitbandigere Lichtquelle 180, wie beispielsweise eine thermische Lichtquelle, zum Einsatz, die eine hinreichend geringe Divergenz bei ausreichender Helligkeit für praktikable Messzeiten und Signal-zu-RauschVerhältnis aufweist. Das vom Hologrammelement 105 umgelenkte Licht, das hier als Reflexionsstrahl 135, 155 bezeichnet ist, wird von einem als Sensor bezeichenbaren Detektor 145 erfasst. Dabei wird der Detektor 145 beispielsweise derart platziert, dass der Reflexionsstrahl 135, 155 an der Augenposition 165 auf ihn trifft. Dabei ist eine Sensorfläche und/oder eine Eintrittsöffnung eines Gehäuses bewusst groß gewählt, um zum einen möglichst das komplette umgelenkte Licht 135, 155 einzufangen und zum anderen, um auch dann noch dazu in der Lage zu sein, wenn sich eine Ausfallsrichtung aufgrund der geänderten Wellenlänge ändert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt dabei eine Ortsauflösung der untersuchten Fläche auf dem Hologrammelement 105. Dazu wird die Lichtquelle 180 lediglich optional synchron zur Position des ablenkenden Elements geschaltet. Es kann beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein kleiner Messfleck, der beispielsweise einem Pixel des Videosignals entspricht, auf dem Hologrammelement 105 beleuchtet und charakterisiert werden, wobei dieser Messfleck dann sequenziell über das ganze Hologrammelement 105 bewegt wird. Somit lassen sich auch örtliche Veränderungen der Eigenschaften des Hologrammelements 105 detektieren, wie sie beispielsweise bei einem Vorkrümmen und/oder Einbetten einer Hologrammelement-Folie in ein Brillenglas beispielsweise durch mechanische Verformung und Schrumpfung der Folie zu erwarten sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt dabei eine Ortsauflösung des detektierten Lichts. Dazu kann entweder die positionsabhängige Verteilung des detektierten Lichtes auf der Sensorfläche herangezogen oder der Detektor 145 bewegt werden, was manuell oder vorteilhafterweise automatisiert adaptiv erfolgt. Somit lassen sich, zumindest in einem gewissen räumlichen Bereich, auch Winkelinformationen gewinnen. Die zu einem gegebenen Zeitpunkt betrachtete Wellenlänge wird dabei über die durchstimmbare Lichtquelle 180 gewählt. Insofern muss der Detektor 145 nicht notwendigerweise in der Lage sein, die Wellenlänge des auf ihn treffenden Lichtes analysieren zu können. Aus Gründen der Genauigkeit und der Redundanz ist dennoch ein Spektrometer als Detektor 145 einsetzbar. Weiterhin optional wird ein Teil des Nutzlichtes beispielsweise mit einem Strahlteiler oder einem Glasplättchen an einem Ort G abgespalten und auf einen weiteren Detektor 145 gelenkt. Erfolgt diese Abspaltung im optischen Pfad nach der Ablenkeinheit A, so muss die scannende Natur des Systems berücksichtigt werden. Wird vor der Ablenkeinheit A abgespalten, so ist sicherzustellen, dass an der Ablenkeinheit A kein Licht verloren geht, es also nicht die kleinste Apertur darstellt. Alternativ oder ergänzend wird der am Hologrammelement 105 nicht umgelenkte, also transmittierte Anteil des Lichtes, das bedeutet der Transmissionsstrahl 140, 160 ebenfalls von einem geeigneten Detektor 145 aufgefangen. Aus praktischen Gründen und vor dem Hintergrund der Vergleichbarkeit handelt es sich in einem weiteren Ausführungsbeispiel bei allen eingesetzten Detektoren 145 beispielsweise um dasselbe Modell. Da der Strahl gescannt wird, ist die Analyse des transmittierten Lichtes 140, 160 und ggf. auch die des über einen Strahlteiler nach der Ablenkeinheit A abgetrennten am einfachsten für einen bestimmten Einfallswinkel und damit für eine bestimmte Position auf der Ablenkeinheit A möglich, beispielsweise für den eines stehenden Strahls. So wird ein Referenzpunkt geschaffen. Darüber hinaus sind diese Detektoren 145 optional beweglich ausgelegt, sodass verschiedene Hologramm-Ausfallswinkel und damit Positionen auf der Ablenkeinheit A entsprechend analysierbar sind. Alternativ sind auch sehr große, sehr nahe am Brillenglas positionierte Detektorflächen 145 denkbar, sodass die Lichtstrahlen 140, 160, 132 für jeden Einfallswinkel auf dem Umlenkelement 166 erfasst werden. Durch eine passende Kalibrierung der Detektoren 145 und Auswertung der Daten der Detektoren 145 lässt sich damit beispielsweise die Energie oder die Leistung des auf das Hologrammelement 105 einfallenden, gegebenenfalls der Transmissionsstrahlen 140, 160 und der Reflexionsstrahlen 135, 155 berücksichtigen und jeweils miteinander ins Verhältnis setzen. Ergänzt um entsprechende Leer- und Referenzmessung lässt sich daraus wellenlängen- und ggf. auch winkelabhängig das Maximum der Beugungseffizienz im untersuchten Bereich ermitteln. Dabei wird auch ermittelt, wie groß ein Anteil des Lichtes ist, der beispielsweise aufgrund von Fresnelreflexion oder Absorption weder ins Auge umgelenkt noch direkt transmittiert wird.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein zusätzliches Element, beispielsweise ein Depolarisator, λ/2- Plättchen und alternativ oder ergänzend ein λ/4-Plättchen je nach Polarisationsstabilität der verwendeten Lichtquelle und alternativ oder zusätzlich auch Polfilter in den Strahlengang vor und/oder nach der Ablenkeinheit A eingebracht, um die Polarisation des Laserlichtes einzustellen. Eine solche Einstellmöglichkeit ist vorteilhaft, weil sowohl die Einheit der Ablenkeinheit A als auch die Schichten, die sich am und um das Sample, welches das Hologrammelement 105 trägt, befinden, und der Detektor 145 selbst polarisationsabhängige Effekte aufweisen. Beispielsweise wird alternativ oder ergänzend auch mit Depolarisatoren, Polfiltern und λ-Plättchen vor den Detektoren gearbeitet. Durch den Einsatz eines das transmittierte Licht 140, 160 analysierenden Detektors 145 erlaubt der hier vorgestellte Ansatz lediglich beispielhaft auch reine Transmissionsmessungen bei veränderlicher Wellenlänge.
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Anders ausgedrückt ist in 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Vorwärts-Ansatz anhand der Datenbrille 100 dargestellt. Der gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchgezogen dargestellte Strahlengang wird beispielsweise zu einem anderen Zeitpunkt und damit einer anderen Stellung der Ablenkeinheit A realisiert als der gestrichelt dargestellte Strahlengang.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 100 mit einem Hologrammelement 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Rückwärts-Ansatz. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Aufbau für ein Verfahren zum Ermitteln der Beugungscharakteristik des Hologrammelements 105 für die Datenbrille 100 dargestellt, wie es beispielsweise in einer der nachfolgenden Figuren näher erläutert wird. Der hier dargestellte umgekehrte Strahlengang wird beispielsweise auch als Rückwärts-Ansatz bezeichnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 125 in einem Pupillenpunkt P von beispielsweise einer Ablenkeinheit bei beispielsweise einem wiederholten Ausgeben des Lichtstrahls 125 abgelenkt. Weiterhin ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Strahlenteiler 200 vor dem Pupillenpunkt P angeordnet, um beispielsweise einen Beobachtungsbereich 205 des Hologrammelements 105 zu beleuchten und zugleich den Referenzstrahl 132 zu erhalten. Der Beobachtungsbereich 205 umfasst dabei beispielsweise die Beobachtungsposition 130 sowie beispielsweise eine benachbart zu der Beobachtungsposition 130 liegenden andere Beobachtungsposition 170. Die hier dargestellte Datenbrille 100 entspricht oder ähnelt dabei zumindest der in 1 beschriebenen Datenbrille 100. Lediglich eine Richtung des Lichtstrahls 125 und/oder des weiteren Lichtstrahls 150 weicht gemäß diesem Ausführungsbeispiel ab. Das bedeutet, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Lichtstrahl 125 einen Pupillenpunkt P passiert, welcher der Augenposition 165 des Nutzers entspricht, am Hologrammelement 105 als Reflexionsstrahl 135 reflektiert wird und schließlich am Brillenbügel 115 von dem Detektor 145 erfasst wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Lichtstrahl 125 an dem Pupillenpunkt P in zwei Achsen X, Z drehbar, sodass er beispielsweise den kompletten Beobachtungsbereich 205 abdeckt. Alternativ wird der Lichtstrahl 125 wie auch in 1 durch das Hologrammelement 105 als Transmissionsstrahl 140 transmittiert.
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In anderen Worten ausgedrückt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Rückwärts-Ansatz dargestellt. Dabei wird der durchgezogen dargestellte Strahlengang zu einem anderen Zeitpunkt und damit einer anderen Stellung beispielsweise der Ablenkeinheit realisiert als der gestrichelt dargestellte Strahlengang.
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In dem gemäß diesem Ausführungsbeispiel dargestellten „Rückwärts-Ansatz“ wird das Licht durch die Augenposition 165, genauer der Pupille, auf das Hologrammelement 105 geführt. Der kollimierte Lichtspot folgt hier also „Sehstrahlen“ von einem Fluchtpunkt Pupille über den definierten Winkelbereich des Sichtfeldes. Hierbei befindet sich an einem Ort des Flying-Spot-Projektors im Produkt mindestens ein Detektor 145 ortsfest zum Hologrammelement 105. Auch hier kommt die Lichtquelle beispielsweise mit zur Zielwellenlänge verstimmter Wellenlänge zum Einsatz. Ebenso die oben genannten weiteren Detektoren 145, mit denen vor dem Hologrammelement 105 ein Referenzstrahl 132 abgeteilt und/oder der durch das Hologrammelement 105 transmittierte Anteil 140, 160 vermessen wird. Auch hier sind die Detektoren 145 beispielsweise beweglich. Gleichfalls kommen weiterhin optional Polarisations-beeinflussende Elemente zum Einsatz. Eine Winkel-Abrasterung des Hologrammelement 105 wird auf verschiedene Weise beispielsweise durch Relativdrehung von einfallender Lichtspotrichtung zu Hologrammelement 105 realisiert. Beispielsweise wird bei stehender Lichtquelle, stehendem Transmissionsdetektor 145 und fester Lichtspotrichtung das Hologrammelement 105 mitsamt dem den Reflexionsstrahl 135, 155 erfassenden Detektor 145 um die beschriebenen zwei Achsen durch die Designposition der Pupille gedreht, beispielsweise mittels motorisierter Goniometer. Alternativ wird bei ortsfester Lichtquelle der Lichtspot am Ort der Pupille beispielsweise durch ein Ablenkelement, wie einem 2-Achs-Kippspiegel, umgelenkt, bei bewegtem Detektor 145 für die Transmissionsstrahlen 140, 160 und stehendem Detektor 145 für die Reflexionsstrahlen 135, 155.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus 300 zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements 105. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Strahlengang des Lichtstrahls 125 dargestellt. An dem Hologrammelement 105 wird der Lichtstrahl 125, wie auch in den 1 bis 2 beschrieben, als Reflexionsstrahl 135 reflektiert, der von dem Detektor 145 erfasst wird. Zusätzlich oder alternativ wird der Lichtstrahl 125 als Transmissionsstrahl 140 durch das Hologrammelement 105 transmittiert. Der zumindest eine Detektor 145 sowie der Lichtstrahl 125 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in jeweils zumindest einer Richtungen relativ zum Hologrammelement 105 beweglich ausgeformt. Durch den hier abgebildeten Aufbau 300 ist ein winkelabhängiges Verhalten des Hologrammelements 105 messbar.
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In anderen Worten ausgedrückt ist der Aufbau 300 dargestellt, bei dem das Hologrammelement 105 auf beispielsweise einem Drehteller 305 angeordnet ist. Das Hologrammelement 105 wird dabei zu einem bestimmten Zeitpunkt von monochromatischem Licht aus beispielsweise einem Spektrometer getroffen. Der Detektor 145 ist um dieselbe vertikale Achse beweglich.
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4 zeigt eine skizzenhafte Darstellung einer Vorrichtung 400 zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements. Das Hologrammelement 105, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Probe in die Vorrichtung 400 einsetzbar ist, entspricht beispielsweise dem in einer der 1 bis 3 beschriebenen Hologrammelement 105. Das in einer der folgenden Figuren beschriebene Verfahren für die Charakterisierung des Hologrammelements 105 ist beispielsweise mittels der hier dargestellten Vorrichtung 400 durchführbar. Die Vorrichtung 400 weist dazu die Lichtquelle 180 sowie zumindest einen Detektor 145 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 400 weiterhin einen Probenhalter 405 auf, der ausgebildet ist, um zumindest eine Probe, das bedeutet zumindest ein Hologrammelement 105 aufzunehmen und/oder zu halten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Detektor 145 an einem Detektorarm 410 angeordnet, der beispielsweise beweglich ausgeformt ist. Auch der Probenhalter 405 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beweglich, insbesondere in zwei einander gegensätzliche Richtungen drehbar ausgeformt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Bewegungsmöglichkeiten der Vorrichtung 400 simultan durchführbar.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch das Verfahren 500 wird die Beugungscharakteristik eines Hologrammelements ermittelt, wie es beispielsweise in einer der 1 bis 3 beschrieben wurde. Das Verfahren 500 ist beispielsweise in einer Vorrichtung oder mittels eines Aufbaus durchführbar, wie sie in zumindest einer der 3 bis 4 beschrieben wurden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 505 des Ausgebens, einen Schritt 510 des Erfassens und einen Schritt 515 des Vergleichens. Im Schritt 505 des Ausgebens wird ein Lichtstrahl auf eine Beobachtungsposition an dem Hologrammelement unter Verwendung einer Lichtquelle ausgegeben, wobei der Lichtstrahl zumindest eine vorbestimmte Wellenlänge und zumindest einen der Wellenlänge zugeordneten Sendeparameter umfasst. Im Schritt 510 des Erfassens wird zumindest ein an der Beobachtungsposition reflektierter Reflexionsstrahl und zusätzlich oder alternativ ein an der Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierter Transmissionsstrahl des Lichtstrahls mit der vorbestimmten Wellenlänge unter Verwendung zumindest eines Detektors erfasst, wobei an der vorbestimmten Wellenlänge ein Detektionsparameter des Reflexionsstrahls und zusätzlich oder alternativ des Transmissionsstrahls erfasst wird. Im Schritt 515 des Vergleichens wird der Sendeparameter mit dem Detektionsparameter verglichen, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln.
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Lediglich optional repräsentiert im Schritt 505 des Ausgebens der Sendeparameter einen Intensitätswert des Lichtstrahls. Demzufolge wird im Schritt 510 des Erfassens als Detektionsparameter ein Intensitätswert des Reflexionsstrahls und/oder des Transmissionsstrahls erfasst. Weiterhin optional wird im Schritt 505 des Ausgebens der Lichtstrahl unter Verwendung einer Lichtquelle zur Ausgabe von weißem Licht ausgegeben. Die Lichtquelle weist dabei beispielsweise zumindest eine Laserlichtquelle, eine LED und/oder eine thermische Lichtquelle auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 505 des Ausgebens ein Referenzstrahl mit zumindest einem Referenzparameter unter Verwendung eines Strahlteilers ausgegeben. Demzufolge wird im Schritt 515 des Vergleichens der Detektionsparameter mit dem Referenzparameter als dem Sendeparameter verglichen, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln.
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Im Schritt 510 des Erfassens wird lediglich optional ein Analysedetektionsparameter des Reflexionsstrahls und/oder des Transmissionsstrahls erfasst, der einer von der vorbestimmten Wellenlänge abweichenden Wellenlänge zugeordnet ist. Der Analysedetektionsparameter ist beispielsweise als ein aktueller Wert zu verstehen, der auf einer Frequenzverschiebung basiert und somit als ein von einem zu erwartenden Wert abweichender Untersuchungspunkt bezeichenbar ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 515 des Vergleichens der Sendeparameter mit dem Analysedetektionsparameter verglichen, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln.
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Die Schritte 505, 510, 515 des Verfahrens 500 werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel wiederholt durchgeführt. Insbesondere wird im Schritt 505 des Ausgebens der Lichtstrahl auf eine von der Beobachtungsposition abweichende andere Beobachtungsposition und/oder unter einem anderen Winkel auf das Hologrammelement ausgegeben. In diesem Fall wird im Schritt 510 des Erfassens der Detektionsparameter für einen an der anderen Beobachtungsposition reflektierten anderen Reflexionsstrahl und/oder für einen an der anderen Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierten anderen Transmissionsstrahl erfasst. Das bedeutet, dass die andere Beobachtungsposition beispielsweise ein neben der Beobachtungsposition liegende Punkt ist, der von dem Lichtstrahl bei der Wiederholung des Verfahrens beleuchtet wird. Der andere Reflexionsstrahl und/oder der andere Transmissionsstrahl entspricht dabei jeweils dem Reflexionsstrahl und/oder dem Transmissionsstrahl. Weiterhin optional wird im Schritt 505 des Ausgebens, bzw. bei einem wiederholten Ausgeben, der Lichtstrahl unter Verwendung eines in zumindest zwei Achsen verkippbaren Umlenkelements und/oder auf das Hologrammelement ausgegeben. Das Hologrammelement wurde dazu bezüglich der Lichtquelle und/oder dem Detektor zumindest in eine Achse verdreht. Im Schritt des Erfassens wird der andere Reflexionsstrahl und/oder der andere Transmissionsstrahl von dem Detektor zusätzlich oder alternativ erfasst, der bezüglich des Hologrammelements bewegt wurde. Anders ausgedrückt wird derselbe Lichtstrahl gemäß diesem Ausführungsbeispiel an die andere Beobachtungsposition ausgegeben und das Verfahren für jede einzelne Beobachtungsposition des Hologrammbereichs wiederholt. Zusätzlich oder alternativ dazu wird im Schritt 505 des Ausgebens ein weiterer Lichtstrahl auf die Beobachtungsposition ausgegeben, der zumindest eine vorbestimmte weitere Wellenlänge und zumindest einen der weiteren Wellenlänge zugeordneten weiteren Sendeparameter umfasst. Folglich wird im Schritt 510 des Erfassens zumindest ein an der Beobachtungsposition reflektierter weiterer Reflexionsstrahl und/oder ein an der Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierter weiterer Transmissionsstrahl des Lichtstrahls mit der vorbestimmten weiteren Wellenlänge unter Verwendung des zumindest einen Detektors erfasst. An der vorbestimmten weiteren Wellenlänge wird weiterhin optional ein weiterer Detektionsparameter des weiteren Reflexionsstrahls und/oder des weiteren Transmissionsstrahls erfasst, bevor im Schritt 515 des Vergleichens der weitere Sendeparameter mit dem weiteren Detektionsparameter verglichen wird, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln. Das bedeutet, dass die Farbe des Lichtstrahls gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der Farbe des weiteren Lichtstrahls abweicht, wie es beispielsweise bei einer RGB-Lichtquelle der Fall ist, um ein komplettes Farbspektrum abzudecken.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 600 ist beispielsweise ausgebildet, um ein Verfahren zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements für eine Datenbrille auszuführen oder zumindest anzusteuern, wie es beispielsweise in 5 beschrieben wurde. Das Steuergerät 600 ist beispielsweise mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens verbindbar und/oder verbunden, wie sie beispielsweise in 4 beschrieben wurde.
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Das Steuergerät 600 weist dazu eine Ausgabeeinheit 605 auf, die ausgebildet ist, um ein Ausgeben eines Lichtstrahls auf eine Beobachtungsposition an dem Hologrammelement unter Verwendung einer Lichtquelle zu bewirken, wobei der Lichtstrahl zumindest eine vorbestimmte Wellenlänge und zumindest einen der Wellenlänge zugeordneten Sendeparameter umfasst. Weiterhin weist das Steuergerät 600 eine Erfassungseinheit 610 auf, die ausgebildet ist, um ein Erfassen zumindest eines an der Beobachtungsposition reflektierten Reflexionsstrahls und/oder an der Beobachtungsposition durch das Hologrammelement transmittierten Transmissionsstrahls des Lichtstrahls mit der vorbestimmten Wellenlänge unter Verwendung zumindest eines Detektors zu bewirken, wobei an der vorbestimmten Wellenlänge ein Detektionsparameter des Reflexionsstrahls und/oder des Transmissionsstrahls erfasst wird. Das Steuergerät 600 weist außerdem eine Vergleichseinheit 615 auf, die ausgebildet ist, um ein Vergleichen des Sendeparameters mit dem Detektionsparameter zu bewirken, um die Beugungscharakteristik des Hologrammelements an der Beobachtungsposition zu ermitteln.
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7 zeigt eine Diagrammdarstellung eines Beispielergebnisses eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements. Das hier dargestellte Beispielergebnis zeigt ein Vergleichsbeispiel für ein Verfahren zum Ermitteln einer Beugungscharakteristik eines Hologrammelements für eine Datenbrille, wie es beispielsweise in 5 beschrieben wurde.
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Das Diagramm 700 zeigt dabei eine glockenartige Kurve 705, welche eine Beugungseffizienz für eine Wellenlänge eines erfassten Reflexionsstrahls und/oder eines erfassten Transmissionsstrahls veranschaulicht. Eine x-Achse 710 des Diagramms repräsentiert dabei die Wellenlänge A und eine y-Achse 715 des Diagramms repräsentiert die Intensität des empfangenen Lichts bei der entsprechenden Wellenlänge λ. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sollte ein Hologrammelement derart ausgestaltet sein, dass beispielsweise Licht der Wellenlänge 720 möglichst gut reflektiert wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist beispielsweise Licht der Wellenlänge 720 eine ausgesandte Intensität auf, die einen Sendeparameter 735 repräsentiert. Wird nun erkannt, dass für ein empfangenes Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen A eine Intensitätsverteilung 705 entsprechend der glockenartigen Kurve aus der Darstellung gemäß 7 am Detektor erhalten wird, kann hieraus ein Rückschluss auf die Reflexionseigenschaften bzw. die Beugungscharakteristik des Hologrammelements gezogen werden. Durch die erhaltene glockenartige Kurve der hier abgebildeten Intensitätsverteilung, die ein Maximum 740 bei einer Wellenlänge 725 hat und die kleiner als die Wellenlänge 720 ist, welche dem ausgesandten Licht oder dem erwarteten Intensitätsmaximum des reflektierten Lichts entspricht, wenn das Hologrammelement die gewünschte Beugungscharakteristik bzw. die entsprechenden Reflexionseigenschaften hat, kann diese Abweichung nun erkannt werden und das Hologrammelement hierdurch entsprechend klassiert bzw. bewertet werden. Die spektrale Lage 750, Breite 745 und Höhe 740 des Intensitätsmaximums der Wellenlänge 725kann dann auch als Detektionsparameter 750 verstanden werden, da durch diese Parameter sehr genau die Beugungscharakteristik oder die Reflexionseigenschaften abgebildet werden können. Um eine solche Abweichung der Intensitätsmaximumslage 755 der am Detektor empfangenen Strahlung zu erkennen, ist daher beispielsweise Licht in einem Wellenlängenbereich 730 variierbar, beispielsweise durch die Verwendung eines durchstimmbaren Lasers, sodass ein Intensitätsmaximum bei der Wellenlänge 725 des von dem Hologrammelement reflektierten Lichts erkennbar ist.
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In anderen Worten ausgedrückt wird ein beispielhaftes Messergebnis eines Flying-Spot-Systems dargestellt. Das Flying-Spot- System arbeitet beispielsweise mit Laserdioden, die Licht der benötigten Wellenlängen A aussenden, beispielsweise RGB. Auch ein monochromatisches System mit nur einer Laserdiode ist möglich. Dabei wird das zu charakterisierende Hologrammelement bewusst mit Licht untersucht, das in seiner Wellenlänge A, welche beispielsweise den Detektionsparameter 725 umfasst, zur Zielwellenlänge 720 bzw. Designwellenlänge verschoben ist. Damit wird ein Beugungsmaximum abhängig von der Wellenlänge 720 gefunden und die Höhe 740 und Breite 745 des Wellenlängenbandes, auf die das Hologrammelement wirkt, bestimmt, was beispielsweise anhand der Kurve 705 abgebildet ist. Wird nur mit der für das fertige System anvisierten Wellenlänge-Winkel-Kombination gearbeitet, so treten Effekte auf, wie beispielsweise die hier dargestellte, verschobene Lage des Beugungsmaximums, wie sie beispielsweise durch Schrumpfungseffekte bei der Herstellung und weiteren Bearbeitung des Hologrammelements typischerweise auftreten, die nicht gefunden und insbesondere nicht näher analysiert werden. In einer Qualitätskontrolle und insbesondere in einem Entwicklungsprozess mit all seinen typischerweise iterativ zu durchlaufenden Schritten sollte eine solche Analyse jedoch möglich sein. Solche Effekte sind zu vermeiden oder sind bei einer Auslegung bereits berücksichtigt oder vorkompensiert, um einen reproduzierbaren Fertigungsprozess zu ermöglichen. Als Lichtquelle wird beispielsweise ein durchstimmbarer Laser eingesetzt. Der durchstimmbare Bereich umfasst dabei alle Wellenlängen, auf die hin das Hologrammelement untersucht wird. Der Einsatz von Laserlicht ermöglicht ein Strahlprofil, dass es insbesondere erlaubt, den Strahl verlustarm über das Ablenkelement, das typischerweise eine kleine Apertur darstellt, zu führen, durch hohe Intensität ein gutes Signal-RauschVerhältnis der Messung zu gewährleisten, durch gute Fokussierbarkeit eine hohe Ortsauflösung auf dem Hologramm zu ermöglichen und allgemein dem im Zielsystem verwendeten Laserlicht so ähnlich zu sein, dass es vom Hologrammelement in möglichst ähnlicher Weise beeinflusst wird.
