DE102023200045A1 - Laser system calibration procedure, using an electronic paper as a calibration target and calibration target - Google Patents

Laser system calibration procedure, using an electronic paper as a calibration target and calibration target Download PDF

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Lasersystem-Kalibrationsverfahren, bei dem in zumindest einem Kalibrationsschritt (10) ein von einem Kalibrationstarget (12) zurückgeworfenes Lasersignal (14) eines zu kalibrierenden Lasersystems (16) erfasst und ausgewertet wird.Es wird vorgeschlagen, dass das Kalibrationstarget (12) zumindest teilweise durch ein elektronisches Papier (20) gebildet wird.The invention is based on a laser system calibration method in which, in at least one calibration step (10), a laser signal (14) of a laser system (16) to be calibrated, reflected by a calibration target (12) is detected and evaluated. It is proposed that the calibration target (12) is formed at least partially by an electronic paper (20).

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits ein Lasersystem-Kalibrationsverfahren, bei dem in zumindest einem Kalibrationsschritt ein von einem Kalibrationstarget zurückgeworfenes Lasersignal eines zu kalibrierenden Lasersystems erfasst und ausgewertet wird, vorgeschlagen worden.A laser system calibration method has already been proposed in which a laser signal reflected from a calibration target of a laser system to be calibrated is recorded and evaluated in at least one calibration step.

Bekannte Kalibrationstargets auf Basis von maskierten diffusen Lichtaustrittsflächen oder hintergrundbeleuchteten LCD-Bildschirmen büßen an Wirksamkeit ein, wenn sie im Zusammenhang mit einer Kalibration von Lasersystemen zur Entfernungsmessung oder in Laserabbildungssystemen, bei denen die Abbildung oder Entfernungsmessung vom Reflexionsvermögen des Objekts und nicht von seiner Leuchtdichte abhängen, verwendet werden. Außerdem verwenden diese Systeme in der Regel eine koaxiale optische Konfiguration, bei der sich die optischen Pfade für Emission und Detektion überlagern. In diesen Fällen können Glasplatten-Targets nachteilbehaftet sein, da ihre spiegelnde Reflexion nicht zum optischen System zurückkehrt. Im Falle von LCD-Bildschirmen kann der Absorptionsunterschied zwischen hellen und dunklen Pixeln zudem zu gering und außerdem polarisationsabhängig sein, was bei der Verwendung als Kalibrationstarget ebenfalls nachteilige Auswirkungen mit sich bringen kann.Known calibration targets based on masked diffuse light emitting surfaces or backlit LCD screens are less effective when used in conjunction with calibration of laser systems for distance measurement or in laser imaging systems where the imaging or distance measurement depends on the reflectivity of the object rather than its luminance. In addition, these systems usually use a coaxial optical configuration in which the optical paths for emission and detection overlap. In these cases, glass plate targets can be disadvantageous because their specular reflection does not return to the optical system. In the case of LCD screens, the absorption difference between bright and dark pixels can also be too small and also polarization dependent, which can also have adverse effects when used as a calibration target.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Lasersystem-Kalibrationsverfahren, bei dem in zumindest einem Kalibrationsschritt ein von einem Kalibrationstarget zurückgeworfenes, vorzugsweise reflektiertes, Lasersignal eines zu kalibrierenden Lasersystems erfasst und ausgewertet wird.The invention is based on a laser system calibration method in which, in at least one calibration step, a laser signal of a laser system to be calibrated, which is returned by a calibration target, preferably reflected, is detected and evaluated.

Es wird vorgeschlagen, dass das Kalibrationstarget zumindest teilweise durch ein elektronisches Papier gebildet wird. Dadurch können vorteilhafte Eigenschaften für eine Kalibration von Laserabbildungssystemen oder von Laserentfernungsmessungssystemen bereitgestellt werden. Vorteilhaft werden bei dem elektronischen Papier geladene Teilchen mit unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten verwendet, um Muster auf einer ebenen Oberfläche darzustellen. Dadurch kann vorteilhaft eine Modulation eines Reflexionsgrads des Kalibrationstargets erreicht werden, welches nahezu unabhängig von Einfallswinkel, Wellenlänge und/oder Polarisation des Laserlichts des zu kalibrierenden Lasersystems ist. Vorteilhaft weist das elektronische Papier einen starken Absorptionskontrast in einem breiten Wellenlängenbereich auf, insbesondere zumindest im Wesentlichen unabhängig von Einfallswinkel, Wellenlänge und/oder Polarisation des Laserlichts des zu kalibrierenden Lasersystems. Insbesondere ist das Kalibrationstarget als ein Objekt ausgebildet, das ein Muster, insbesondere ein bekanntes Kalibrationsmuster, aufweist oder darstellen kann, welches vorzugsweise in einem Kalibrationsvorgang eines Lasersystems Anwendung findet. Insbesondere umfasst das Lasersystem eine (Lasersystem-)Steuer- und/oder Regeleinheit oder ist mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit kommunikationsverbunden, welche zumindest dazu eingerichtet ist, die Auswertung des erfassten zurückgeworfenen Lasersignals vorzunehmen. Unter „vorgesehen“ oder „eingerichtet“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einem Prozessor und mit einem Speicher sowie mit einem in dem Speicher gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden.It is proposed that the calibration target is at least partially formed by an electronic paper. This can provide advantageous properties for a calibration of laser imaging systems or laser distance measurement systems. Advantageously, charged particles with different absorption coefficients are used in the electronic paper to represent patterns on a flat surface. This can advantageously achieve a modulation of a degree of reflection of the calibration target, which is almost independent of the angle of incidence, wavelength and/or polarization of the laser light of the laser system to be calibrated. Advantageously, the electronic paper has a strong absorption contrast in a wide wavelength range, in particular at least substantially independent of the angle of incidence, wavelength and/or polarization of the laser light of the laser system to be calibrated. In particular, the calibration target is designed as an object that has or can represent a pattern, in particular a known calibration pattern, which is preferably used in a calibration process of a laser system. In particular, the laser system comprises a (laser system) control and/or regulating unit or is communicatively connected to at least one control and/or regulating unit, which is at least set up to evaluate the detected reflected laser signal. The term “intended” or “set up” should be understood in particular to mean specially programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should be understood in particular to mean that the object fulfills and/or carries out this specific function in at least one application and/or operating state. A “control and/or regulating unit” should be understood in particular to mean a unit with at least one control electronics unit. A “control electronics unit” should be understood in particular to mean a unit with a processor and with a memory as well as with an operating program stored in the memory.

Unter einem „elektronischen Papier“ (auch E-Papier, e-paper, E-Paper, ePaper, electronic ink, e-ink, reflektiver Display oder elektrophoretisches Display genannt) soll insbesondere eine Anzeigetechnik verstanden werden, mittels welcher ein Aussehen von Tinte oder Farbe auf einem Papier möglichst originalgetreu nachgebildet werden soll. Vorzugsweise reflektiert ein elektronisches Papier ein einfallendes Lichtsignal zumindest im Wesentlichen so wie ein normales Papier. Insbesondere bildet das elektronische Papier eine passive Anzeige aus. Insbesondere bildet das elektronische Papier eine nichtleuchtende Anzeige aus. Es ist denkbar, dass eine Anzeige des elektronischen Papiers dauerhaft angezeigt wird, ohne dass dafür eine Erhaltungsspannung erforderlich ist. Diese Anzeige kann jedoch insbesondere zu einem beliebigen Zeitpunkt geändert werden. Das elektronische Papier kann biegsam oder starr ausgebildet sein. Bevorzugt ist das elektronische Papier als ein elektrophoretisches Display ausgebildet. Alternative Umsetzungen des elektronischen Papiers sind jedoch ebenfalls denkbar. Insbesondere wird eine für die Durchführung des Lasersystem-Kalibrationsverfahrens verwendete Teilfläche des Kalibrationstargets durch das elektronische Papier, insbesondere das elektrophoretische Display gebildet.An “electronic paper” (also called e-paper, e-paper, ePaper, electronic ink, e-ink, reflective display or electrophoretic display) is to be understood in particular as a display technology by means of which the appearance of ink or color on a paper is to be reproduced as faithfully as possible. Preferably, an electronic paper reflects an incident light signal at least essentially like a normal paper. In particular, the electronic paper forms a passive display. In particular, the electronic paper forms a non-luminous display. It is conceivable that a display of the electronic paper is shown permanently without a maintenance voltage being required. However, this display can be changed at any time. The electronic paper can be flexible or rigid. Preferably, the electronic paper is designed as an electrophoretic display. However, alternative implementations of the electronic paper are also conceivable. In particular, a partial area of the calibration target used for carrying out the laser system calibration method is formed by the electronic paper, in particular the electrophoretic display.

Wenn das zu kalibrierende Lasersystem als ein Laser-Imaging-System ausgebildet ist, kann vorteilhaft eine effiziente und/oder präzise Kalibration des Laser-Imaging-Systems erzielt werden. Insbesondere ist das Laser-Imaging-System als eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display) einer Datenbrille ausgebildet. Insbesondere ist das Laser-Imaging-System als ein Eye-Tracking-System einer Datenbrille ausgebildet, welches vorzugsweise zumindest teilweise auf einer Auswertung von Rückreflexionssignalen eines zu überwachenden Auges basiert. Beispielsweise kann das als Eye-Tracking-System der Datenbrille ausgebildete Laser-Imaging-System auf Signalen von einem oder mehreren Laser-Feedback-Interferometry-Sensoren basieren.If the laser system to be calibrated is designed as a laser imaging system, an efficient and/or precise calibration of the laser imaging system can advantageously be achieved. In particular, the laser imaging system is designed as a virtual current retinal display (retinal scan display) of data glasses. In particular, the laser imaging system is designed as an eye tracking system of data glasses, which is preferably based at least partially on an evaluation of back reflection signals of an eye to be monitored. For example, the laser imaging system designed as an eye tracking system of the data glasses can be based on signals from one or more laser feedback interferometry sensors.

Wenn dabei das Laser-Imaging-System als eine virtuelle Netzhautanzeige einer Datenbrille ausgebildet ist, kann vorteilhaft eine effiziente und/oder präzise Kalibration der virtuellen Netzhautanzeige, insbesondere der Ausgabe der Datenbrille, erreicht werden. Vorteilhaft kann ein Nutzerkomfort der Datenbrille wesentlich erhöht werden. Die virtuelle Netzhautanzeige ist insbesondere dazu eingerichtet, einen Bildinhalt sequentiell durch Ablenkung zumindest eines sichtbaren Laserstrahls zumindest einer zeitlich modulierten Lichtquelle, wie z.B. einer oder mehrerer (RGB-)Laserdioden eines Laserprojektors, abgerastert und durch optische Elemente direkt auf die Netzhaut (Retina) des Nutzer-Auges abzubilden. Die Bildquelle ist insbesondere als eine elektronische Bildquelle, beispielsweise als eine Grafikausgabe, insbesondere eine (integrierte) Grafikkarte, eines Computers oder Prozessors oder dergleichen, ausgebildet. Die darzustellenden (RGB-)Bilder sind insbesondere als Farbbilddaten, z.B. RGB-Bilddaten, ausgebildet. Insbesondere können die darzustellenden (RGB-)Bilder als unbewegte oder als bewegte Bilder, z.B. Videos, ausgebildet sein. Insbesondere ist der Laserprojektor dazu vorgesehen, die darzustellenden (RGB-)Bilder zu erzeugen und über einen sichtbaren (RGB-)Laserstrahl auszugeben.If the laser imaging system is designed as a virtual retinal display of data glasses, an efficient and/or precise calibration of the virtual retinal display, in particular the output of the data glasses, can advantageously be achieved. User comfort of the data glasses can advantageously be significantly increased. The virtual retinal display is in particular designed to scan an image content sequentially by deflecting at least one visible laser beam of at least one time-modulated light source, such as one or more (RGB) laser diodes of a laser projector, and to project it directly onto the retina of the user's eye using optical elements. The image source is in particular designed as an electronic image source, for example as a graphics output, in particular an (integrated) graphics card, of a computer or processor or the like. The (RGB) images to be displayed are in particular designed as color image data, e.g. RGB image data. In particular, the (RGB) images to be displayed can be designed as still or moving images, e.g. videos. In particular, the laser projector is designed to generate the (RGB) images to be displayed and to output them via a visible (RGB) laser beam.

Wenn dabei zudem die virtuelle Netzhautanzeige einen integrierten Sensor, insbesondere den Laser-Feedback-Interferometrie-Sensor, aufweist, mit welchem das zurückgeworfene Lasersignal erfasst wird, kann vorteilhaft eine besonders einfache und schnelle Kalibration von virtuellen Netzhautanzeigen und/oder Datenbrillen ermöglicht werden. Der integrierte Sensor ist insbesondere Teil eines ViP-Systems (VCSEL mit integrierter Photodiode).If the virtual retinal display also has an integrated sensor, in particular the laser feedback interferometry sensor, with which the reflected laser signal is detected, a particularly simple and quick calibration of virtual retinal displays and/or data glasses can advantageously be enabled. The integrated sensor is in particular part of a ViP system (VCSEL with integrated photodiode).

Außerdem wird vorgeschlagen, dass während dem Kalibrationsschritt eine Anzeige des elektronischen Papiers zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach, verändert wird, insbesondere indem eine Darstellung und/oder eine Auflösung der Darstellung des elektronischen Papiers verändert wird. Dadurch kann vorteilhaft ein Kalibrationsvorgang verbessert, beschleunigt und/oder vereinfacht werden. Vorteilhaft kann dadurch ein iteratives Kalibrationsverfahren ermöglicht werden, welches auf der Interaktion mit verschiedenen Anzeigen und/oder verschiedenen Auflösungen des elektronischen Papiers basiert.It is also proposed that during the calibration step a display of the electronic paper is changed at least once, preferably several times, in particular by changing a representation and/or a resolution of the representation of the electronic paper. This can advantageously improve, accelerate and/or simplify a calibration process. This can advantageously enable an iterative calibration method based on the interaction with different displays and/or different resolutions of the electronic paper.

Wenn dabei während dem Kalibrationsschritt ein von dem elektronischen Papier dargestelltes Muster und/oder eine Auflösung der Anzeige des elektronischen Papiers zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach, verändert wird, kann vorteilhaft ein Kalibrationsvorgang verbessert, beschleunigt und/oder vereinfacht werden.If a pattern displayed by the electronic paper and/or a resolution of the display of the electronic paper is changed at least once, preferably several times, during the calibration step, a calibration process can advantageously be improved, accelerated and/or simplified.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass während dem Kalibrationsschritt die Anzeige des elektronischen Papiers zumindest einmal invertiert wird. Dadurch kann vorteilhaft eine Immunität des Kalibrationsverfahrens gegenüber Fremdlicht, gegenüber Umgebungslicht, gegenüber parasitären und/oder spiegelnden Reflexionen, gegenüber einer sogenannten „Fixed Pattern Noise“ und/oder einem sogenannten „Fixed Pattern Offset“ verbessert werden. Insbesondere werden bei dem Invertieren der Anzeige des elektronischen Papiers alle Pixel einer Farbe in Pixel der zu der Farbe zugehörigen Komplementärfarbe umgeschaltet. Insbesondere werden bei dem Invertieren der Anzeige des elektronischen Papiers alle schwarzen Pixel der Anzeige des elektronischen Papiers in weiße Pixel der Anzeige des elektronischen Papiers umgeschaltet und umgekehrt.It is further proposed that the display of the electronic paper be inverted at least once during the calibration step. This can advantageously improve the immunity of the calibration method to external light, to ambient light, to parasitic and/or specular reflections, to so-called “fixed pattern noise” and/or to so-called “fixed pattern offset”. In particular, when the display of the electronic paper is inverted, all pixels of one color are switched to pixels of the complementary color associated with the color. In particular, when the display of the electronic paper is inverted, all black pixels of the display of the electronic paper are switched to white pixels of the display of the electronic paper and vice versa.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem weiteren Kalibrationsschritt die erfassten zurückgeworfenen Lasersignale von invertierten aber ansonsten identischen Anzeigen des elektronischen Papiers voneinander subtrahiert werden. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders niedriges Signal-RauschVerhältnis erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch ein „Stacking“ von mehreren Frames, insbesondere Sensorframes, ermöglich werden, ohne dabei das Einzelrauschen der Frames zu integrieren. Vorteilhaft kann dadurch eine besonders präzise und besonders gute Kalibration und/oder Charakterisierung von Lasersystemen, insbesondere von Laser-Imaging-Systemen ermöglicht werden. Insbesondere können die jeweiligen Signale, die das Lasersystem von den beiden invertierten Anzeigen empfängt, jeweils aus vielen gestackten Frames gebildet sein.It is further proposed that in at least one further calibration step the recorded reflected laser signals from inverted but otherwise identical displays of the electronic paper are subtracted from one another. This advantageously makes it possible to achieve a particularly low signal-to-noise ratio. This advantageously makes it possible to "stacking" several frames, in particular sensor frames, without integrating the individual noise of the frames. This advantageously makes it possible to calibrate and/or characterize laser systems, in particular laser imaging systems, particularly precisely. In particular, the respective signals that the laser system receives from the two inverted displays can each be formed from many stacked frames.

Insbesondere zu einer Verringerung eines Speckle-Rauschens kann es vorteilhaft sein, einen Abstand zum Kalibrationstarget um eine Länge λ/2 abzustimmen. Hierbei entspricht λ einer Wellenlänge des Lasersignals des verwendeten Lasersystems. Dieses Verfahren wird auch als interferometrische Modulation bezeichnet. In diesem Fall kann sich in der Anzeige, insbesondere des Kalibrationstargets, ein kleiner Aktuator befinden, welcher vorzugsweise mindestens 3 Positionen durchläuft. Im bekannten interferometrische Modulation können dadurch verschiedene Farben abgefahren werden. Im vorliegenden Anwendungsfall wird dadurch jedoch vorzugsweise der Abstand zum Kalibrationstarget so geringfügig verändert, dass das (unerwünschte) Speckle-Rauschen durch eine einfache Mittelwertbildung entfernt werden kann.In particular, to reduce speckle noise, it can be advantageous to adjust the distance to the calibration target by a length λ/2. Here, λ corresponds to a wavelength of the laser signal of the laser system used. This method is also referred to as interferometric modulation. In this case, a small actuator can be located in the display, in particular the calibration target, which preferably moves through at least 3 positions. In the known interferometric modulation, different colors can be scanned. In the present application, however, the distance to the calibration target is preferably adjusted so that slightly modified so that the (unwanted) speckle noise can be removed by simple averaging.

Wenn das elektronische Papier eine Auflösung von wenigstens 250 ppi, vorzugsweise von wenigstens 300 ppi, aufweist, kann vorteilhaft eine besonders präzise und besonders gute Kalibration und/oder Charakterisierung von Lasersystemen, insbesondere von Laser-Imaging-Systemen ermöglicht werden. Vorteilhaft kann der Einsatz von besonders komplexen Testmustern / Kalibrationsmustern ermöglicht werden.If the electronic paper has a resolution of at least 250 ppi, preferably at least 300 ppi, a particularly precise and particularly good calibration and/or characterization of laser systems, in particular laser imaging systems, can advantageously be enabled. The use of particularly complex test patterns/calibration patterns can advantageously be enabled.

Ferner wird eine Verwendung eines elektronischen Papiers als Kalibrationstarget in dem Lasersystem-Kalibrationsverfahren, sowie das Kalibrationstarget mit dem elektronischen Papier vorgeschlagen. Dadurch können vorteilhafte Eigenschaften für eine Kalibration von Laserabbildungssystemen oder von Laserentfernungsmessungssystemen bereitgestellt werden.Furthermore, the use of an electronic paper as a calibration target in the laser system calibration method, as well as the calibration target with the electronic paper, is proposed. This can provide advantageous properties for a calibration of laser imaging systems or laser distance measuring systems.

Das erfindungsgemäße Lasersystem-Kalibrationsverfahren, die erfindungsgemäße Verwendung des elektronischen Papiers und das erfindungsgemäße Kalibrationstarget sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Lasersystem-Kalibrationsverfahren, die erfindungsgemäße Verwendung des elektronischen Papiers und das erfindungsgemäße Kalibrationstarget zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.The laser system calibration method according to the invention, the use of the electronic paper according to the invention and the calibration target according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the laser system calibration method according to the invention, the use of the electronic paper according to the invention and the calibration target according to the invention can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from the number stated herein in order to fulfill a function described herein. In addition, in the value ranges specified in this disclosure, values within the stated limits should also be considered disclosed and can be used as desired.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. The drawing shows an embodiment of the invention. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further useful combinations.

Es zeigen:

  • 1 schematisch eine Kalibrationsvorrichtung für Lasersysteme,
  • 2 schematisch eine Datenbrille mit einem Lasersystem,
  • 3 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt eines Kalibrationstargets zur Verwendung in der Kalibrationsvorrichtung und/oder in einem Lasersystem-Kalibrationsverfahren,
  • 4a ein gestacktes Bild eines von einer Anzeige des Kalibrationstargets zurückgeworfenen Lasersignals des zu kalibrierenden Lasersystems,
  • 4b ein gestacktes Bild eines von einer invertierten aber ansonsten zu der Anzeige der 4a identischen Anzeige des Kalibrationstargets zurückgeworfenen Lasersignals des zu kalibrierenden Lasersystems,
  • 4c eine Subtraktion der Bilder der 4a und 4b und
  • 5 ein schematisches Ablaufdiagramm des Lasersystem-Kalibrationsverfahrens.
Show it:
  • 1 schematically a calibration device for laser systems,
  • 2 schematic of a data glasses with a laser system,
  • 3 schematically an enlarged section of a calibration target for use in the calibration device and/or in a laser system calibration method,
  • 4a a stacked image of a laser signal of the laser system to be calibrated reflected from a display of the calibration target,
  • 4b a stacked image of an inverted but otherwise to the display of the 4a identical display of the laser signal reflected from the calibration target of the laser system to be calibrated,
  • 4c a subtraction of the images of the 4a and 4b and
  • 5 a schematic flow diagram of the laser system calibration procedure.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die 1 zeigt schematisch eine Kalibrationsvorrichtung 36 für Lasersysteme 16. Die Kalibrationsvorrichtung 36 ist zu einer Durchführung eines Lasersystem-Kalibrationsverfahrens vorgesehen. Die Kalibrationsvorrichtung 36 umfasst eine erste Halteeinrichtung 34. Die erste Halteeinrichtung 34 ist zu einer Fixierung eines Kalibrationstargets 12 vorgesehen. Die Kalibrationsvorrichtung 36 umfasst eine zweite Halteeinrichtung 38. Die zweite Halteeinrichtung 38 ist zu einer Fixierung des Lasersystems 16 vorgesehen. Die Halteeinrichtungen 34, 38 sind dazu vorgesehen, das Lasersystem 16 und das Kalibrationstarget 12 zueinander auszurichten. Das Lasersystem 16 ist dabei derart ausgerichtet, dass es Laserstrahlen 40 auf das Kalibrationstarget 12 aussendet. Das Lasersystem 16 ist dabei derart ausgerichtet, dass es ein von dem Kalibrationstarget 12 zurückgeworfenes Lasersignal 14 erfassen kann.The 1 shows schematically a calibration device 36 for laser systems 16. The calibration device 36 is intended for carrying out a laser system calibration method. The calibration device 36 comprises a first holding device 34. The first holding device 34 is intended for fixing a calibration target 12. The calibration device 36 comprises a second holding device 38. The second holding device 38 is intended for fixing the laser system 16. The holding devices 34, 38 are intended to align the laser system 16 and the calibration target 12 with one another. The laser system 16 is aligned such that it emits laser beams 40 onto the calibration target 12. The laser system 16 is aligned such that it can detect a laser signal 14 reflected by the calibration target 12.

Die Kalibrationsvorrichtung 36 ist zu einer Verwendung bei einer Kalibration des Lasersystems 16 vorgesehen. Das zu kalibrierende Lasersystem 16 ist als ein Laser-Imaging-System ausgebildet. Das Laser-Imaging-System kann beispielhaft als eine virtuelle Netzhautanzeige 22 einer Datenbrille 18 (vgl. 2) ausgebildet sein. Die virtuelle Netzhautanzeige 22 kann in diesem Fall einen integrierten Sensor 26 aufweisen. Der integrierte Sensor 26 kann als ein Laser-Feedback-Interferometrie-Sensor ausgebildet sein. Der integrierte Sensor 26 ist dazu vorgesehen, das zurückgeworfene Lasersignal 14 zu erfassen. Das Lasersystem 16 umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinheit 42. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 42 ist dazu vorgesehen, die erfassten zurückgeworfenen Lasersignale 14 und/oder die Sensordaten des integrierten Sensors 26 auszuwerten.The calibration device 36 is intended for use in calibrating the laser system 16. The laser system 16 to be calibrated is designed as a laser imaging system. The laser imaging system can be designed, for example, as a virtual retinal display 22 of data glasses 18 (see. 2 ). In this case, the virtual retinal display 22 can have an integrated sensor 26. The integrated sensor 26 can be designed as a laser feedback interferometry sensor. The integrated sensor 26 is provided to detect the reflected laser signal 14. The laser system 16 comprises a control and/or regulating unit 42. The control and/or regulating unit 42 is provided to evaluate the detected reflected laser signals 14 and/or the sensor data of the integrated sensor 26.

Die 3 zeigt beispielhaft einen vergrößerten Ausschnitt des Kalibrationstargets 12. Das Kalibrationstarget 12 ist zur Verwendung in dem Lasersystem-Kalibrationsverfahren vorgesehen. Das Kalibrationstarget 12 umfasst ein elektronisches Papier 20. Das Kalibrationstarget 12 ist zumindest teilweise durch das elektronische Papier 20 gebildet. Das elektronische Papier 20 weist eine Auflösung von wenigstens 250 ppi auf. Das elektronische Papier 20 ist zu einer Verwendung als Kalibrationstarget 12 in dem Lasersystem-Kalibrationsverfahren vorgesehen. Das elektronische Papier 20 ist zu einer Darstellung zumindest eines, ein Kalibrationsmuster ausbildenden Musters 32 vorgesehen. In der 3 ist das Muster 32 durch gleichmäßig beabstandete geradlinige Streifen 44, 44' ausgebildet. Beispielhaft sind die Streifen 44, 44' jeweils etwa 3 mm voneinander beabstandet (siehe die zusätzlich eingezeichnete Skala 46). Andere, insbesondere anders geformte Kalibrationsmuster sind selbstverständlich denkbar. Das Kalibrationstarget 12 weist eine Anzeige 28 auf, deren Ausgabe veränderbar ist. Die Anzeige 12 kann einen oder mehrere kleine Aktuatoren (nicht dargestellt) aufweisen. Mittels des Aktuators / der Aktuatoren kann ein interferometrisches Modulationsverfahren zur Reduktion eines Speckle-Rauschens der zurückgeworfenen Lasersignale 14 durchgeführt werden.The 3 shows an example of an enlarged section of the calibration target 12. The calibration target 12 is intended for use in the laser system calibration method. The calibration target 12 comprises an electronic paper 20. The calibration target 12 is at least partially formed by the electronic paper 20. The electronic paper 20 has a resolution of at least 250 ppi. The electronic paper 20 is intended for use as a calibration target 12 in the laser system calibration method. The electronic paper 20 is intended for displaying at least one pattern 32 forming a calibration pattern. In the 3 the pattern 32 is formed by evenly spaced straight strips 44, 44'. For example, the strips 44, 44' are each spaced approximately 3 mm apart from one another (see the additionally drawn scale 46). Other calibration patterns, in particular those with a different shape, are of course conceivable. The calibration target 12 has a display 28 whose output can be changed. The display 12 can have one or more small actuators (not shown). An interferometric modulation method for reducing speckle noise of the reflected laser signals 14 can be carried out using the actuator(s).

Die 4a bis 4c zeigen beispielhafte Repräsentationen der von dem integrierten Sensor 26 erfassten zurückgeworfenen Lasersignale 14. Die 4a und 4b zeigen jeweils eine Darstellung von 600 gestackten Aufnahmeframes von Anzeigen 28, 28' des Kalibrationstargets 12. Die 4a und 4b zeigen dabei jeweils die gestackten Aufnahmeframes zweier zueinander invertierter Bilder. Die 4c zeigt das Resultat einer Subtraktion des Bildes von 4b von dem Bild der 4a. Ein deutlich erhöhter Kontrast und ein deutlich minimiertes Rauschen ist erkennbar.The 4a to 4c show exemplary representations of the reflected laser signals 14 detected by the integrated sensor 26. The 4a and 4b each show a representation of 600 stacked recording frames from displays 28, 28' of the calibration target 12. The 4a and 4b show the stacked recording frames of two inverted images. The 4c shows the result of subtracting the image from 4b from the image of 4a A significantly increased contrast and significantly minimized noise is noticeable.

Die 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Lasersystem-Kalibrationsverfahrens. In zumindest einem Verfahrensschritt 48 werden das Kalibrationstarget 12 und das Lasersystem 16 in die Kalibrationsvorrichtung 36 eingespannt. In zumindest einem Kalibrationsschritt 50 wird von dem Lasersystem 16 ein Laserstrahl 40 in Richtung des Kalibrationstargets 12 ausgegeben. In zumindest einem weiteren Kalibrationsschritt 10 wird der Laserstrahl 40 von dem Kalibrationstarget 12 zumindest teilweise reflektiert. Das Kalibrationstarget 12 wird dabei durch das elektronische Papier 20 gebildet. In dem Kalibrationsschritt 10 wird das von einem Kalibrationstarget 12 zurückgeworfene Lasersignal 14 des zu kalibrierenden Lasersystems 16 erfasst. In dem Kalibrationsschritt 10 wird das erfasste zurückgeworfene Lasersignal 14 mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 42 ausgewertet. Während dem Kalibrationsschritt 10 wird eine Anzeige 28 des elektronischen Papiers 20 zumindest einmal verändert. Dabei wird ein von dem elektronischen Papier 20 dargestelltes Muster 32 zumindest einmal verändert. Alternativ oder zusätzlich kann während dem Kalibrationsschritt 10 die Auflösung der Anzeige 28 des elektronischen Papiers 20 zumindest einmal verändert werden. Bei der Änderung des dargestellten Musters 32 wird während dem Kalibrationsschritt 10 die Anzeige 28 des elektronischen Papiers 20 zumindest einmal invertiert (vgl. 4a und 4b). In zumindest einem weiteren Kalibrationsschritt 30 werden die erfassten zurückgeworfenen Lasersignale 14 der invertierten aber ansonsten identischen Anzeigen 28, 28' des elektronischen Papiers 20 voneinander subtrahiert (vgl. 4c). In zumindest einem weiteren Kalibrationsschritt 24 werden Parameter des Lasersystems 16 basierend auf den anhand des Kalibrationstargets 12, insbesondere mittels eines oder mehrerer der vorbeschriebenen Kalibrationsschritte 10, 30, 50, ermittelten Kalibrationsdaten angepasst und/oder eingestellt.The 5 shows a schematic flow diagram of the laser system calibration method. In at least one method step 48, the calibration target 12 and the laser system 16 are clamped into the calibration device 36. In at least one calibration step 50, a laser beam 40 is emitted by the laser system 16 in the direction of the calibration target 12. In at least one further calibration step 10, the laser beam 40 is at least partially reflected by the calibration target 12. The calibration target 12 is formed by the electronic paper 20. In the calibration step 10, the laser signal 14 of the laser system 16 to be calibrated, which is reflected by a calibration target 12, is detected. In the calibration step 10, the detected reflected laser signal 14 is evaluated by means of the control and/or regulating unit 42. During the calibration step 10, a display 28 of the electronic paper 20 is changed at least once. In doing so, a pattern 32 displayed by the electronic paper 20 is changed at least once. Alternatively or additionally, the resolution of the display 28 of the electronic paper 20 can be changed at least once during the calibration step 10. When the displayed pattern 32 is changed, the display 28 of the electronic paper 20 is inverted at least once during the calibration step 10 (see. 4a and 4b) . In at least one further calibration step 30, the detected reflected laser signals 14 of the inverted but otherwise identical displays 28, 28' of the electronic paper 20 are subtracted from one another (cf. 4c ). In at least one further calibration step 24, parameters of the laser system 16 are adapted and/or set based on the calibration data determined using the calibration target 12, in particular by means of one or more of the previously described calibration steps 10, 30, 50.

Claims (12)

Lasersystem-Kalibrationsverfahren, bei dem in zumindest einem Kalibrationsschritt (10) ein von einem Kalibrationstarget (12) zurückgeworfenes Lasersignal (14) eines zu kalibrierenden Lasersystems (16) erfasst und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationstarget (12) zumindest teilweise durch ein elektronisches Papier (20) gebildet wird.Laser system calibration method in which, in at least one calibration step (10), a laser signal (14) of a laser system (16) to be calibrated, reflected by a calibration target (12) is detected and evaluated, characterized in that the calibration target (12) is at least partially formed by an electronic paper (20). Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu kalibrierende Lasersystem (16) als ein Laser-Imaging-System ausgebildet ist.Laser system calibration procedure according to Claim 1 , characterized in that the laser system (16) to be calibrated is designed as a laser imaging system. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laser-Imaging-System als eine virtuelle Netzhautanzeige (22) einer Datenbrille (18) ausgebildet ist.Laser system calibration procedure according to Claim 2 , characterized in that the laser imaging system is designed as a virtual retinal display (22) of data glasses (18). Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Netzhautanzeige (22) einen integrierten Sensor (26), insbesondere einen Laser-Feedback-Interferometrie-Sensor, aufweist, mit welchem das zurückgeworfene Lasersignal (14) erfasst wird.Laser system calibration procedure according to Claim 3 , characterized in that the virtual retinal display (22) has an integrated sensor (26), in particular a laser feedback interferometry sensor, with which the reflected laser signal (14) is detected. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Kalibrationsschritt (10) eine Anzeige (28) des elektronischen Papiers (20) zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach, verändert wird.Laser system calibration method according to one of the preceding claims, characterized in that during the calibration step (10) a display (28) of the electronic paper (20) is changed at least once, preferably several times. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Kalibrationsschritt (10) ein von dem elektronischen Papier (20) dargestelltes Muster (32) zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach, verändert wird.Laser system calibration procedure according to Claim 5 , characterized in that during during the calibration step (10) a pattern (32) displayed by the electronic paper (20) is changed at least once, preferably several times. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Kalibrationsschritt (10) die Auflösung der Anzeige (28) des elektronischen Papiers (20) zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach, verändert wird.Laser system calibration procedure according to Claim 5 or 6 , characterized in that during the calibration step (10) the resolution of the display (28) of the electronic paper (20) is changed at least once, preferably several times. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Kalibrationsschritt (10) die Anzeige (28) des elektronischen Papiers (20) zumindest einmal invertiert wird.Laser system calibration procedure according to one of the Claims 5 until 7 , characterized in that during the calibration step (10) the display (28) of the electronic paper (20) is inverted at least once. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem weiteren Kalibrationsschritt (30) die erfassten zurückgeworfenen Lasersignale (14) von invertierten aber ansonsten identischen Anzeigen (28, 28`) des elektronischen Papiers (20) voneinander subtrahiert werden.Laser system calibration procedure according to Claim 8 , characterized in that in at least one further calibration step (30) the detected reflected laser signals (14) from inverted but otherwise identical displays (28, 28`) of the electronic paper (20) are subtracted from one another. Lasersystem-Kalibrationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Papier (20) eine Auflösung von wenigstens 250 ppi, vorzugsweise von wenigstens 300 ppi, aufweist.Laser system calibration method according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic paper (20) has a resolution of at least 250 ppi, preferably of at least 300 ppi. Verwendung eines elektronischen Papiers (20) als Kalibrationstarget (12) in einem Lasersystem-Kalibrationsverfahren , insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem in zumindest einem Kalibrationsschritt (10) ein von dem Kalibrationstarget (12) zurückgeworfenes Lasersignal (14) eines zu kalibrierenden Lasersystems (16) erfasst und ausgewertet wird.Use of an electronic paper (20) as a calibration target (12) in a laser system calibration method, in particular according to one of the Claims 1 until 10 in which, in at least one calibration step (10), a laser signal (14) of a laser system (16) to be calibrated, reflected by the calibration target (12) is detected and evaluated. Kalibrationstarget (12), insbesondere zu einer Durchführung eines Lasersystem-Kalibrationsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein elektronisches Papier (20).Calibration target (12), in particular for carrying out a laser system calibration method according to one of the Claims 1 until 10 , characterized by an electronic paper (20).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019102228A1 (en) 2019-01-29 2020-07-30 Beissbarth Gmbh Sample board
DE102021002570A1 (en) 2021-05-17 2021-07-08 Daimler Ag Calibration device for calibrating sensors

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