DE102012201492A1 - Ansteuervorrichtung für eine Laserdiode, Laserprojektionssystem und Verfahren zur Speckle-Reduktion bei einer Laserdiode - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung (1) für eine Laserdiode (7), mit einer ersten Treibereinrichtung (3), welche dazu ausgelegt ist, ein hochfrequent moduliertes Ansteuersignal (5a) zu erzeugen und zum Unterdrücken von Speckle in die Laserdiode (7) einzuspeisen, und einer Auswerteschaltung (2), welche mit der ersten Treibereinrichtung (3) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein Intensitätssignal (2b), welches die Intensität (7a) des von der Laserdiode (7) emittierten Lichts indiziert, und in Abhängigkeit von dem Intensitätssignal (2b) ein Regelsignal (3a) an die erste Treibereinrichtung (3) zum Regeln des hochfrequent modulierten Ansteuersignals (5a) auszugeben.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für eine Laserdiode, ein Laserprojektionssystem und ein Verfahren zur Speckle-Reduktion bei einer Laserdiode.
- Stand der Technik
- Laserprojektionssysteme nutzen Halbleiterlaser, sogenannte Laserdioden, um Bilder, Grafiken oder Videos auf eine Projektionsfläche zu projizieren. Dazu können die Laserdioden mit einem entsprechend modulierten Datensignal beaufschlagt werden, um die Bild-, Grafik- oder Videodaten in mechanische Bewegungen des Laserprojektionssystems umzusetzen.
- Laserdioden erzeugen strukturierte Muster unterschiedlicher Helligkeit im Auge eines Betrachters, wenn kohärentes Licht auf eine optisch raue Oberfläche trifft, von dort reflektiert bzw. gestreut wird und die in unterschiedliche Richtungen reflektierten Wellenfronten miteinander interferieren. Dieses Phänomen ist auch als „Speckle“ bekannt. Specklemuster beeinträchtigen den optischen Eindruck der projizierten Bilddaten, so dass es generell wünschenswert ist, das Auftreten von Speckle beim Einsatz von Laserdioden zu unterdrücken bzw. zu reduzieren.
- Die Druckschrift
US 6,600,590 B2 offenbart ein Laserprojektionssystem mit einem Halbleiterlaser, welcher über ein Hochfrequenzsignal in einem Multimoden-Betrieb zur Speckle-Reduktion betrieben wird. Über eine Photodiode wird die Leistung des von dem Halbleiterlaser emittierten Lichts detektiert und ein Gleichanteil des Hochfrequenzsignals des Halbleiterlasers in Abhängigkeit von der detektierten Leistung geregelt, um die Emissionsleistung des Halbleiterlasers konstant zu halten. - Es besteht ein Bedarf an einer Regelung der Speckle-Unterdrückung bei Laserprojektionssystemen, insbesondere bei Systemen mit Laserdioden.
- Offenbarung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Ansteuervorrichtung für eine Laserdiode, mit einer ersten Treibereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein hochfrequent moduliertes Ansteuersignal zu erzeugen und zum Unterdrücken von Speckle in die Laserdiode einzuspeisen, und einer Auswerteschaltung, welche mit der ersten Treibereinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein Intensitätssignal, welches die Intensität des von der Laserdiode emittierten Lichts indiziert, und in Abhängigkeit von dem Intensitätssignal ein Regelsignal an die erste Treibereinrichtung zum Regeln des hochfrequent modulierten Ansteuersignals auszugeben.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Laserprojektionssystem mit einer Laserdiode zum Projizieren von Bilddaten, einer Photodiode, welche dazu ausgelegt ist, die Intensität des von der Laserdiode emittierten Lichts zu erfassen und ein Intensitätssignal auszugeben, und einer erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Laserdiode anzusteuern.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein elektronisches Anwendungsgerät mit einem erfindungsgemäßen Laserprojektionssystem.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Speckle-Reduktion bei einer Laserdiode, mit den Schritten des Erzeugens eines hochfrequent modulierten Ansteuersignals, des Betreibens der Laserdiode mit dem hochfrequent modulierten Ansteuersignal zur Speckle-Reduktion, des Erfassens der Intensität des von der Laserdiode emittierten Lichts in einer Photodiode, und, in Abhängigkeit von der erfassten Intensität, des Regelns des hochfrequent modulierten Ansteuersignals zum Einstellen des Grads der Speckle-Reduktion.
- Vorteile der Erfindung
- Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, während des Betriebs einer Laserdiode deren Speckle-Unterdrückung zu regeln. Dazu wird ein hochfrequent moduliertes Ansteuersignal der Laserdiode, welches das Auftreten von Specklemustern im abgestrahlten Licht der Laserdiode unterdrückt, mithilfe der von der Laserdiode emittierten Leistung und der Modulationstiefe des emittierten Bildsignals als Regelgröße geregelt. Dadurch kann das Ausmaß der Speckle-Reduktion im laufenden Betrieb der Laserdiode auf einen gewünschten Sollwert eingestellt werden.
- Ein Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass die Speckle-Unterdrückung unabhängig von Fertigungsschwankungen und/oder betriebsbedingten Leistungsfaktoren der angesteuerten Laserdiode geregelt werden kann. Insbesondere ist es dabei nicht notwendig, eine manuelle Anpassung des hochfrequent modulierten Ansteuersignals in Abhängigkeit von Fertigungs- oder Betriebsparametern der Laserdiode vornehmen zu müssen.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Ausmaß der Speckle-Unterdrückung selektiv eingestellt werden kann. Dies kann vorteilhaft sein, da die Beeinträchtigung des visuellen Eindrucks eines laser-projizierten Bildes unter Einfluss von Speckle von der Art der projizierten Informationen abhängt. Je nach projiziertem Datentyp, beispielsweise Standbild, bewegte Grafik, Präsentation, Textdarstellung, Video oder Film, kann der Grad der Speckle-Reduktion an den Datentyp angepasst werden.
- Ferner besteht der Vorteil, dass die Speckle-Unterdrückung in Abhängigkeit von der emittierten Helligkeit der Laserdiode einstellbar ist. Insbesondere bei geringer Gesamthelligkeit kann die Speckle-Reduktion verringert werden, um die Helligkeit des projizierten Bildes nicht zu gering werden zu lassen.
- Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswerteschaltung dazu ausgelegt sein, ein Sollwertsignal für den Grad des Unterdrückens von Speckle in der Laserdiode zu empfangen, und das Regelsignal in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal zu erzeugen. Dies bietet den Vorteil, dass eine adaptive Einstellung des Grads der Speckle-Reduktion möglich ist, beispielsweise eine anwendungsbezogene Einstellung oder eine Einstellung in Abhängigkeit von externen Parametern wie Umgebungshelligkeit.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ansteuervorrichtung eine zweite Treibereinrichtung aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, ein Bilddatensignal zu empfangen, das von der Laserdiode zu projizierende Bilddaten enthält, und in Abhängigkeit von dem Bilddatensignal ein Datensteuersignal zur Ansteuerung der Laserdiode zu erzeugen.
- Vorzugsweise kann die Auswerteschaltung dann dazu ausgelegt sein, das Intensitätssignal zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der durch das hochfrequent modulierte Ansteuersignal bedingten Intensität und der durch das Datensteuersignal bedingten Intensität des von der Laserdiode emittierten Lichts auszuwerten. Damit kann eine Regelung vorteilhaftweise die Bilddatenmodulationstiefe miteinbeziehen, das heißt, die von der Laserdiode momentan projizierten Bilddaten bei der Anpassung der Speckle-Reduktion berücksichtigen.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Laserprojektionssystem in einem Laptop, einem Smartphone, einem Mobiltelefon, einer Kraftfahrzeuganzeigeeinheit oder einem Beamer umfasst sein. Dies bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für die specklearme Projektion von Bilddaten mit einer Laserdiode.
- Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
- Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Laserprojektionssystems gemäß einer Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung eines Laserprojektionssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; und -
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Speckle-Reduktion bei einer Laserdiode gemäß einer weiteren Ausführungsform. -
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserprojektionssystems100 . Das Laserprojektionssystem100 umfasst eine Ansteuervorrichtung1 und eine Projektionseinrichtung6 . Die Projektionseinrichtung6 kann beispielsweise ein Gehäuse umfassen, in welchem eine oder mehrere Laserdioden7 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in1 lediglich eine Laserdiode gezeigt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass mehr als eine Laserdiode in der Projektionseinrichtung6 angeordnet ist. Überdies können in der Projektionseinrichtung6 noch weitere, nicht explizit gezeigte Komponenten vorhanden sein, wie beispielsweise Abbildungsoptiken, Spiegel, Blenden, Motoren und ähnliche Vorrichtungen, welche dazu geeignet sind, eine Projektion von Bilddaten durch die Laserdiode7 zu ermöglichen. - Die Projektionseinrichtung
6 kann weiterhin eine Photodiode8 oder auch Monitordiode aufweisen, mithilfe welcher die Intensität7a bzw. Helligkeit des von der Laserdiode7 emittierten Lichts zeitlich aufgelöst erfasst werden kann. Dazu kann die Photodiode8 beispielsweise einen Bruchteil des insgesamt von der Laserdiode7 emittierten Laserlichts7b erfassen. - Die Ansteuervorrichtung
1 kann eine Auswerteschaltung2 aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, von der Photodiode8 ein Intensitätssignal2b zu empfangen, welches angibt, wie hoch die momentane Intensität7a des von der Laserdiode7 emittierten Lichts ist. Weiterhin kann die Ansteuervorrichtung1 eine erste Treibereinrichtung3 aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, ein hochfrequent moduliertes Ansteuersignal5a zu erzeugen, welches zum Unterdrücken von Speckle in die Laserdiode7 eingespeist werden kann. Das hochfrequent modulierte Ansteuersignal5a kann beispielsweise derart moduliert sein, dass verschiedene Oszillationsmoden der Laserdiode7 gleichzeitig oder in kurzer Abfolge nacheinander angeregt werden, so dass das emittierte Licht verschiedene Specklemuster erzeugt, die sich gegenseitig am Ort des Betrachters der von der Laserdiode7 projizierten Bilddaten zumindest teilweise aufheben bzw. auslöschen. Dadurch kann eine Reduktion von Speckle der Laserdiode7 erzielt werden. - Die Ansteuervorrichtung
1 kann weiterhin eine zweite Treibereinrichtung4 aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, ein Bilddatensignal4a zu empfangen, das von der Laserdiode7 zu projizierende Bilddaten enthält, und in Abhängigkeit von dem Bilddatensignal4a ein Datensteuersignal5b zur Ansteuerung der Laserdiode7 zu erzeugen. Das Bilddatensignal4a kann dabei beispielsweise Informationen über die zu projizierenden Daten aufweisen, wie beispielsweise ein Standbildsignal, ein Grafiksignal, ein Videosignal, ein Filmsignal oder ähnliches. Die zweite Treibereinrichtung4 kann das Datensteuersignal5b gemäß der in der Projektionseinrichtung6 verwendeten Projektionstechnik erzeugen, das heißt, eine Umwandlung des Bilddatensignals4a zum Beispiel in ein Steuersignal zur zeilenweisen Rasterung der Projektionsfläche durch den von der Laserdiode7 emittierten Laserstrahl7b . Selbstverständlich ist jede andere Projektionstechnik bei der Erzeugung des Datensteuersignals5b durch die zweite Treibereinrichtung4 ebenso möglich. Es kann auch möglich sein, dass das Datensteuersignal5b durch einen externen Prozessor, beispielsweise durch einen Prozessor eines elektronischen Anwendungsgerätes, welches das Laserprojektionssystem100 nutzt, erzeugt wird. - Die Steuersignale
5a und5b können beispielsweise in einer Steuereinrichtung5 zu einem gemeinsamen Steuersignal für die Laserdiode7 zusammengefasst werden. - Durch die Ansteuerung der Laserdiode
7 durch die erste Treibereinrichtung3 und gegebenenfalls die zweite Treibereinrichtung4 weist das von der Laserdiode7 emittierte Licht7b einen unmodulierten Anteil und einen modulierten Anteil auf. Der modulierte Anteil kann sich dabei wiederum aus einem ersten Anteil, welcher durch das hochfrequent modulierte Ansteuersignal5a bedingt ist, und einem zweiten Anteil, welcher durch das Datensteuersignal5b bedingt ist, zusammensetzen. Das von der Photodiode8 ausgegebene Intensitätssignal2b weist daher ebenfalls die entsprechende Intensitätsmodulation des von der Laserdiode7 emittierten Lichts auf. Das Intensitätssignal2b kann daher in der Auswerteschaltung2 auf diese modulierten Anteile hin ausgewertet werden. Dabei kann beispielsweise ein Verhältnis zwischen moduliertem und unmoduliertem Anteil und/oder ein Verhältnis zwischen der durch das hochfrequent modulierte Ansteuersignal5a bedingten Intensität und der durch das Datensteuersignal5b bedingten Intensität des von der Laserdiode7 emittierten Lichts ermittelt werden. Diese Verhältnisse geben einzeln oder in geeigneter Kombination Aufschluss über den Grad der Speckle-Reduktion durch das Ansteuersignal5a . Die Auswerteschaltung2 kann in Abhängigkeit von diesem Grad ein Regelsignal3a an die erste Treibereinrichtung2 ausgeben, um das Ansteuersignal5a zu regeln. - Die Auswerteschaltung
2 kann beispielsweise ein Sollwertsignal2a für den Grad des Unterdrückens von Speckle in der Laserdiode7 empfangen und das Regelsignal3a in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal2a erzeugen. Das Sollwertsignal2a kann beispielsweise eine von einem Nutzer des Laserprojektionssystems100 einstellbare Größe für den gewünschten Grad an Speckle-Reduktion aufweisen. Es kann jedoch auch möglich sein, dass das Sollwertsignal2a automatisch in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern eingestellt wird. Beispielsweise kann das Sollwertsignal2a in Abhängigkeit vom Typ der projizierten Bilddaten eingestellt werden. Zum Beispiel kann bei einer Projektion bewegter Bilder, beispielsweise eines Videospiels oder eines Films, der Grad der Speckle-Reduktion auf einen geringeren Sollwert eingestellt werden als bei der Projektion von Standbildern oder Präsentationsgrafiken, da bei bewegten Bildern Specklemuster üblicherweise als weniger störend empfunden werden. Es kann auch möglich sein, das Sollwertsignal2a in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit einzustellen. Zum Beispiel kann bei starkem Umgebungslicht der Grad der Speckle-Reduktion verringert werden, um eine höhere Helligkeit bei der Projektion der Bilddaten durch die Laserdiode7 zu erreichen. - Die Auswerteschaltung
2 kann dabei auch in der Treibereinrichtung3 ausgestaltet werden. Es ist ebenso möglich, dass die Funktionalität der Auswerteschaltung2 durch eine übergeordnete Steuerung, wie beispielsweise einen Prozessor oder eine Recheneinheit eines das Laserprojektionssystem100 nutzenden elektronischen Anwendungsgeräts, übernommen wird. -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserprojektionssystems100 , welches sich von dem in1 gezeigten Laserprojektionssystem100 lediglich dahingehend unterscheidet, dass die Ansteuervorrichtung1 gemeinsam mit der Laserdiode7 und der Photodiode8 in einem gemeinsamen Gehäuse ausgestaltet ist. Beispielsweise können die Laserdiode7 , die Photodiode8 sowie die Ansteuervorrichtung1 gemeinsam in einer Halbleiterstruktur gefertigt werden. - Das Laserprojektionssystem
100 kann beispielsweise in einem elektronischen Gerät, wie zum Beispiel einem Laptop, einem Smartphone, einem Mobiltelefon, einer Kraftfahrzeuganzeigeeinheit (sogenanntes „Head-Up-Display“, HUD), einem Beamer oder einem sonstigen Anwendungsgerät genutzt werden. -
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens10 zur Speckle-Reduktion bei einer Laserdiode, insbesondere bei einer Laserdiode7 in einem Laserprojektionssystem100 , wie in1 und2 dargestellt. Das Verfahren10 umfasst als ersten Schritt11 ein Erzeugen eines hochfrequent modulierten Ansteuersignals5a . Das Ansteuersignal5a kann dabei beispielsweise derart erzeugt werden, dass durch das Ansteuersignal5a die Laserdiode7 in mehreren Moden gleichzeitig oder in kurzer Abfolge angeregt wird. In einem zweiten Schritt12 erfolgt ein Betreiben der Laserdiode7 mit dem hochfrequent modulierten Ansteuersignal5a . Das hochfrequent modulierte Ansteuersignal5a dient dabei der Speckle-Reduktion des von der Laserdiode7 emittierten Lichts7b . In einem dritten Schritt13 erfolgt ein Erfassen der Intensität7a des von der Laserdiode7 emittierten Lichts, beispielsweise in einer Photodiode8 , welche in dem gleichen Gehäuse wie die Laserdiode7 angeordnet sein kann. Schließlich kann in einem vierten Schritt14 ein Regeln des hochfrequent modulierten Ansteuersignals5a zum Einstellen des Grads der Speckle-Reduktion der Laserdiode7 erfolgen. Dies kann in Abhängigkeit von der erfassten Intensität7a erfolgen. Die Regelung kann dabei das hochfrequent modulierte Ansteuersignal5a derart regeln, dass der Grad der Speckle-Reduktion eine Sollwertvorgabe erreicht. Die Sollwertvorgabe kann, wie weiter oben erläutert, beispielsweise durch einen Nutzer manuell eingestellt werden, oder automatisch unter Berücksichtigung zum Beispiel des Typs der durch die Laserdiode7 zu projizierenden Bilddaten oder der Umgebungshelligkeit justiert werden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 6600590 B2 [0004]
Claims (8)
- Ansteuervorrichtung (
1 ) für eine Laserdiode (7 ), mit: einer ersten Treibereinrichtung (3 ), welche dazu ausgelegt ist, ein hochfrequent moduliertes Ansteuersignal (5a ) zu erzeugen und zum Unterdrücken von Speckle in die Laserdiode (7 ) einzuspeisen; und einer Auswerteschaltung (2 ), welche mit der ersten Treibereinrichtung (3 ) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein Intensitätssignal (2b ), welches die Intensität (7a ) des von der Laserdiode (7 ) emittierten Lichts indiziert, und in Abhängigkeit von dem Intensitätssignal (2b ) ein Regelsignal (3a ) an die erste Treibereinrichtung (3 ) zum Regeln des hochfrequent modulierten Ansteuersignals (5a ) auszugeben. - Ansteuervorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteschaltung (2 ) dazu ausgelegt ist, ein Sollwertsignal (2a ) für den Grad des Unterdrückens von Speckle in der Laserdiode (7 ) zu empfangen, und das Regelsignal (3a ) in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal (2a ) zu erzeugen. - Ansteuervorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 und 2, weiterhin mit: einer zweiten Treibereinrichtung (4 ), welche dazu ausgelegt ist, ein Bilddatensignal (4a ) zu empfangen, das von der Laserdiode (7 ) zu projizierende Bilddaten enthält, und in Abhängigkeit von dem Bilddatensignal (4a ) ein Datensteuersignal (5b ) zur Ansteuerung der Laserdiode (7 ) zu erzeugen. - Ansteuervorrichtung (
1 ) nach Anspruch 3, wobei die Auswerteschaltung (2 ) dazu ausgelegt ist, das Intensitätssignal (2b ) zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der durch das hochfrequent modulierte Ansteuersignal (5a ) bedingten Intensität und der durch das Datensteuersignal (5b ) bedingten Intensität des von der Laserdiode (7 ) emittierten Lichts auszuwerten. - Laserprojektionssystem (
100 ), mit: einer Laserdiode (7 ) zum Projizieren von Bilddaten; einer Photodiode (8 ), welche dazu ausgelegt ist, die Intensität (7a ) des von der Laserdiode (7 ) emittierten Lichts zu erfassen und ein Intensitätssignal (2b ) auszugeben; und einer Ansteuervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche dazu ausgelegt ist, die Laserdiode (7 ) anzusteuern. - Elektronisches Anwendungsgerät, mit einem Laserprojektionssystem (
100 ) nach Anspruch 5. - Elektronisches Anwendungsgerät nach Anspruch 6, wobei das elektronische Anwendungsgerät ein Gerät aus der Gruppe eines Laptops, eines Smartphones, eines Mobiltelefons, einer Kraftfahrzeuganzeigeeinheit und eines Beamers umfasst.
- Verfahren (
10 ) zur Speckle-Reduktion bei einer Laserdiode (7 ), mit den Schritten: Erzeugen (11 ) eines hochfrequent modulierten Ansteuersignals (5a ); Betreiben (12 ) der Laserdiode (7 ) mit dem hochfrequent modulierten Ansteuersignal (5a ) zur Speckle-Reduktion; Erfassen (13 ) der Intensität (7a ) des von der Laserdiode (7 ) emittierten Lichts in einer Photodiode (8 ); und in Abhängigkeit von der erfassten Intensität (7a ), Regeln (14 ) des hochfrequent modulierten Ansteuersignals (5a ) zum Einstellen des Grads der Speckle-Reduktion.
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