Laser beam scanning displays are using lasers and either one 2D or two 1D scanning MEMS mirrors. They are able to deliver high brightness at a compact form factor. As the MEMS is a key component it is also the limiting factor regarding the possible resolution and refresh rate of the display. The most critical properties are the line density and scanning speed. Improving these two performance criteria would pave the way generate high resolution images and facilitate the development of wearable AR devices.This work addresses the development of a reference prefilter to improve the dynamic response of a bi-resonant piezoelectric MEMS mirror. Typical Lissajous scan via a bi-resonant MEMS mirror has the highest scan line density at the edges and corners. This reference prefilter is applied for an amplitude control of a MEMS mirror and manipulates the scan pattern to increase the scan line density of the Lissajous pattern and allows to perform region of interest based scanning. The reference prefilter is not designed by global model but exploits local models near the fast and slow resonances. To create the local linear model, measurement signals by piezoelectric electrodes on the mirror and the optical amplitude measurements are evaluated and used to develop the input trajectory. The best amplitude modulated trajectory is investigated by simulation of various modulation functions and used to distribute the Lissajous scan lines as evenly as possible on the one hand, and on the other hand, to design a region of interest for higher line density in a certain part. The designed reference prefilter allows to increase the modulation bandwidth of the mirror for a simple step modulation from 18 to 180 Hz for the fast mirror axis and from 5.6 to 38.5 Hz for the slow axis. The increased modulation bandwidth allows for the chosen exponential modulation function to increase the line density threefold in the outer part of the image, while it increases twice in the center. The region of interest scan allows certain parts of the image to be scanned with up to 5 times higher line density, compared to the unmodulated scan pattern.The results show that it is possible to use a reference prefilter to improve the modulation bandwidth of a piezoelectric MEMS mirror and demonstrate that amplitude modulation for Lissajous trajectories has the potential to influence the scan line density and increase the density throughout the scan area or selectively in individual areas.
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LBS-Systeme verwenden Laser und entweder einen 2D- oder zwei 1D-Scanning-MEMSSpiegel. Sie sind in der Lage, hohe Helligkeit bei einem kompakten Formfaktor zu liefern. Da der MEMS eine Schlüsselkomponente ist, ist er auch der begrenzende Faktor in Bezug auf die mögliche Auflösung und Bildwiederholrate des Displays. Eine Verbesserung der Zeilendichte und die Abtastgeschwindigkeit würde den Weg ebnen hochauflösende Bilder zu projezieren und die Entwicklung von tragbaren AR-Geräten erleichtern.Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines Vorfilters um die Dynamik eines biresonanten piezoelektrischen MEMS Spiegels zu verbessern. Diese haben die Eigenschaft, dass das resultierende Abtastschema am Rand und in den Ecken die höchste Scanliniendichte besitzt. Diese Regelungsstrategie wird verwendet, um eine Amplitudensteuerung für einen MEMS-Spiegel zu entwickeln und die Scanliniendichte des Abtastmusters zu erhöhen und einen Region of Interest Scan zu ermöglichen. Um ein lokales, lineares Modell zu erstellen, wird das Messsignal, welches von piezoelektrischen Elektroden am Spiegel generiert wird, ausgewertet und optisch die Spiegel-Amplitude gemessen. Dieses dient dazu, ein Vorfilter zu entwickeln. Die amplitudenmodulierte Trajektorie wird durch Simulationen ermittelt und verwendet, um die Lissajous Scanlinien einerseits so gleichmäßig wie möglich zu verteilen und andererseits, um eine Region of Interest Funktionalität zu entwerfen und bestimmte Teile des Bildes mit höherer Liniendichte abzutasten. Das Vorfilter ermöglicht es die Modulations-Bandbreite des Spiegels für eine einfache Stufenmodulation von 18 auf 180 Hz für die schnelle Spiegel-Achse und von 5.6 auf 38.5 Hz für die langsame Achse zu erhöhen. Die verbesserte Bandbreite ermöglicht es mittels einer exponentiellen Modulations-Funktion die Liniendichte im äußeren Bereich des Bildes um das Dreifache zu erhöhen. Für die Region of Interest Funktionalität wird eine stufenweise Sägezahnfunktion verwendet, welche es ermöglicht, im Vorhinein bestimmte Teile des Bildes mit der bis zu 5-fachen Liniendichte abzutasten. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, ein Vorfilter zu verwenden, um dieModualtions-Bandbreite eines piezoelektrischen MEMS Spiegels zu verbessern. Außerdem zeigen sie, dass Amplitudenmodulation für Lissajous Trajektorien das Potential hat, die Scanliniendichte zu beeinflussen und diese im gesamten Scanbereich oder gezielt in einzelnenBereichen zu erhöhen.
