Zwei Laserdiodentreiber-ICs für Head-up-Displays und Pico-Projektoren

Ricoh besitzt zahlreiche Patente und verfügt über eine langjährige Erfahrung in der Entwicklung von Laserdiodentreiber-ICs, da diese Produkte in unseren weltweit renommierten Büro-Laserkopierern und -druckern vielfach eingesetzt werden.

Laserbetriebene Projektoren werden mittlerweile auch in bestimmten Anwendungsbereichen in der Automobil- und Konsumgüterindustrie eingesetzt – zum Beispiel in Head-up-Displays für Fahrerassistenzsysteme oder in tragbaren Pico-Videoprojektoren zum Betrachten von Präsentationen und Filmen. Ermöglicht wurde diese Entwicklung durch technische Fortschritte in den Bereichen Elektronikintegration, ultrakleine IC-Gehäuse und Lichtquellen.
Laserprojektoren weisen erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen LED-Displays auf. Durch einen doppelt so großen Farbumfang und ein viel größeres Kontrastverhältnis ermöglichen sie eine kristallklare Darstellung der angezeigten Inhalte.

LCD/DLP und Laserprojektion im Vergleich

Für HUD-Systeme im Automobilbereich werden heute vornehmlich LCD-Displaypanels verwendet. Das Bild wird erst in das LCD-Display geladen und dann durch eine Hintergrundbeleuchtung aus leistungsstarken LEDs beleuchtet. Dunkle Bereiche entstehen durch Abschatten der Hintergrundbeleuchtung. Allerdings kann der LCD-Filter nicht das gesamte Licht blockieren – besonders auffällig ist dies bei geringer Umgebungshelligkeit.
Das Ergebnis ist eine transparente, rechteckige Bildprojektion im Postkartenformat. Autohersteller sehen darin einen erheblichen Sicherheitsnachteil, da das beleuchtete Rechteck den Fahrer ablenkt.

LCD-basierte HUDs haben ein begrenztes Bildfeld und eine begrenzte Auflösung. Zur Vergrößerung des Bildfelds wäre ein größeres LCD-Panel erforderlich, mit einer höheren Auflösung, um eine gute visuelle Qualität der Augmented-Reality-Darstellung zu gewährleisten. Die Beleuchtung dieses größeren Bildschirms führt wiederum zu einem höheren Stromverbrauch.

DLP-basierte HUDs bieten eine höhere Auflösung, da sie Tausende bewegliche Mikrospiegel besitzen – für jedes Pixel einzeln. Die Lichtquelle wird auf die Spiegel projiziert, die so moduliert werden, dass sie das Licht mit der richtigen Intensität auf den Bildschirm reflektieren. Bei einem dunklen Pixel wird das Licht nicht auf den Bildschirm reflektiert – so wird der von den LCD-HUDs bekannte Postkarteneffekt vermieden.
Bei einem Laserscan-Projektor wird jedes Pixel sehr schnell gepulst, um eine Full-HD-Auflösung zu erzielen. Ein MEMS-Scanspiegel reflektiert das Licht an die richtigen Stelle auf dem Bildschirm. Da der Laserstrahl immer fokussiert ist, kann das Bild ohne Neufokussierung der Optik auf die Windschutzscheibe projiziert werden. Dadurch werden die Gesamtkomplexität und die Größe des optischen Systems erheblich reduziert und teure Komponenten und Baugruppen entfallen.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Laserprojektion besteht im viel höheren elektrischen Wirkungsgrad, da nur der Inhalt beleuchtet wird, der auf den Bildschirm projiziert werden muss. Dunkle bzw. abgeschaltete Pixel verbrauchen weniger oder gar keine Energie, während bei LCD- oder DLP-basierten Projektionssystemen der gesamte Projektionsbereich beleuchtet wird.

Die Laserdiodentreiber-ICs von Ricoh

RN5C750 und RN5C752 sind Vierkanal-Lasertreiber, die für den Einsatz in RGB- oder RGGB-Laserscan-Bildschirmen entwickelt wurden und über einen großen Funktionsumfang verfügen.
Eine schnelle Laserdiodenansteuerung mit 200 Megapixel/Sek. und hohe Ausgangsströme von bis zu 800 mA (LD1) bzw. 400 mA (LD2-4) ermöglichen eine Full HD-Auflösung (1080p) bei einer Bildrate von 60 Bildern/Sek. Die Laserdiodenausgänge vertragen Spannungen von bis zu 10 V, so dass Laserdioden mit einer hohen Schwellenspannung verwendet werden können. Zudem erfolgt durch eine automatische Anpassung der Energieversorgung eine Leistungssteuerung der Laserdioden, um Strom zu sparen und die Wärmeabgabe zu minimieren. Es sind verschiedene Schutzschaltungen enthalten, darunter Überstrom- und Kurzschlusserkennung für Laserdioden, thermische Abschaltung sowie Überstromerkennung für Fotodioden.

Das RN5C750 hat die Zuverlässigkeitstests für Automobilanwendungen nach AEC-Q100 (Grade 2) bestanden und weist einen garantierten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +105 °C auf. Das RN5C752 ist das gleiche IC für Consumer-Anwendungen mit einem Temperaturbereich von 0 bis +70 °C.

Eine aus professionellen Laserdruckern übernommene Besonderheit ist, dass unabhängig von der Temperatur eine qualitativ hochwertige Ausgabe erzielt wird. Durch vier zusätzliche Fotodiodensensoren, die mit dem IC verbunden sind, werden Schwellenstrom (Ith) und Lichtemissionsstrom (Icolor) jedes Kanals automatisch erfasst, um den Farbumfang unabhängig von Temperaturschwankungen beizubehalten.
Beide Produkte sind im gleichen QFN0808-56-Gehäuse mit benetzbaren Flanken erhältlich. Dadurch wird die Lötbarkeit des Chips verbessert und eine bessere automatische visuelle Kontrolle der Lötstelle nach Bestückung der Leiterplatte ermöglicht. 7-Bit-Dimmung ist ohne Anpassung des Videodatenstroms durch eine einfache Einstellung in einem speziellen Register möglich. Muster und Evaluierungsboards sind über unser weltweites lokales Vertriebsnetz erhältlich.

Einsatzbereich:
Aufgrund der geringeren Größe und der einfachen optischen Anforderungen können vorhandene Lösungen ersetzt werden. Die Laserscan-Projektion dürfte insbesondere für die nächste Generation der Augmented-Reality-HUD-Systeme im Automobilsektor geeignet sein. Auch im Bereich der digitalen Videoprojektion ist aufgrund der kompakten Größe und der Fokussierungsfreiheit in naher Zukunft mit einer steigenden Nachfrage nach tragbaren Laserscan-Pico-Projektoren zu rechnen.

Zusammenfassung:
Die neuen Laserdiodentreiber-ICs sind eine neue Kategorie in unserem Produktportfolio und wurden bisher nur intern – etwa in Kopier- und Drucksystemen – verwendet. Da diese Technologie rasch an Bedeutung gewinnt, gehen wir von einem starken Marktinteresse aus. Diese hochmodernen Lasersysteme haben in Bezug auf Optik und Energieverbrauch erhebliche Vorteile gegenüber den derzeit verfügbaren Lösungen und die Kosten sind mittlerweile in einem erschwinglichen Bereich angekommen.


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