Laserprojector

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laserprojector Release status: experimental [box doku]
Description	Projektor der 2 sich drehende Spiegel zur Ablenkung eines modulierten Laserstrahls nutzt
Author(s)	siro
Last Version	0.2

DIY Laser Projector

Idee : Mit möglichsten einfachen Mitteln ein LaserProjector bauen.

Konzept

Atmega steuert 2 schnelle Motoren, Keyboard, GLCD, Power-Supply.
An den Motoren sind Spiegel befestigt. Der Laserstrahl trifft auf den ersten Spiegel und wird von dort zur zweiten reflektiert. Der erste sorgt für die vertikale Ablenkung, der zweite für die horizontale. Durch Pulsung des Lasers kann ein Bild projektiert werden.

Bauteile

TODO

Übersicht

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  Übersicht Laserprojector ICs & IOs

Syncronisationseinheit

Detektiert die Position des Laserstrahls
Besser ein Transimpedanzwandler, anstelle eines Spannungsteilers verwenden

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  Schaltplan der Syncronisationseinheit

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  SMD-Board der Syncronisationseinheit

Beschreibung
Die IR-LEDs leuchten auf den Spiegel, wodurch das reflektierte Licht auf die IR-Phototransistoren fällt, wird differenziert, rauschgefiltert und verstärkt. Am Ausgang des OpAmp schneidet eine Diode die negative Spannung ab. Ist diese groß genug, schaltet der FET (BSS123) durch und zieht die Output Leitung auf Masse. Am anderen Ende der Leitung muss ein Pullup-Widerstand sein, der den Strom auf unter 100mA begrenzt. Versorgungsspannung: 3,7 bis 15 Volt (empfohlen 5 bis 12 Volt).
Berechnung des Tiefpass
Ua = -Ue * R2/R1 * 1 / SQR( 1 + (2*pi*f*R*C)^2 )
Sei 1 / SQR( 1 + (2*pi*f*R*C)^2 ) < 1/Sqr(2) für f > 3000 Hz
1 + (2*pi*f*R*C)^2 < 2
(2*pi*f*R*C)^2 < 1
(2*pi*f*R*C) < 1
RC < 1/2*pi*f
RC < 5,3*10^-5 für f > 3kHz
C = 50nF
Dateien im SVN

STATUS: gebaut, getestet

Syncsensor

Zwei kleine IR-LEDS leuchten dauerhaft auf die rotierenden Spiegel gerichtet. Sobald der reflektierte Lichtstrahl auf die IR-Phototransistoren fällt, wird ein Interrupt am Mikrokontroller ausgelöst.

STATUS: getestet

Sicherheitsboard

Das Sicherheitsboard soll mit verschiedenen Sensoren feststellen, dass sich die Spiegel bewegen, so das die Lichtleistung pro Bildpunkt gering gehalten wird. Bei einem Stopp der Spiegel muss der Laser sofort abgeschaltet werden.

Kontrollboard

An das Kontrollboard werden GLCD, PS/2 - Tastertur, H-Motor Steuerung, Stromversorgung, i2C Bus angeschlossen. Auf dem GLCD sind Messwerte zu sehen, mit der Tastertur lassen sich Variablen verändern. Der H-Motor (Epson Laser-unit) benötigt ein TTL Signal zum regulieren der Motorgeschwindigkeit. Das ATX-Netzteil dient als Stromversorgung für alle Komponenten außer dem Kontrollboard. Dieses wird durch die Standby-Stromquelle des Netzteils betrieben. Wird der Taster an der Front des Gehäuses betätigt, schaltet der Atmega das ATX-Netzteil ein( o. aus). Das ATX-Netzteil versorgt GLCD, Tastertur, Motor, ... mit Spannung.

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  Schaltplan des Kontrollboards

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  SMD-Board des Kontrollboards

Dateien im SVN

STATUS: gebaut, getestet, Neuentwurf notwendig

Horizontaler Motor/Spiegel

Aus einem Drucker der Marke "Epson" 24000 U/min mit 7 Seitenflächen. 24000*7/60 = 2800 Ablenkungen pro Sekunde.
Stecker
Pin Funktion
1 +24V
2 GND
3 Eingang: 5V TTL 0Khz = 0 U/s, 1 Khz = 400U/s (nichtlineare Kennkurve)
4 Ausgang: 7*U/sek ??? sehr instabil, besser nicht nutzen!
5  ??

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  Laserunit eines Epsondruckers

STATUS: getestet

Laserstromversorgung

Diese Schaltung kann den Strom durch die Laserdiode bis 10 Mhz regulieren. Eingangsignal ist 5V TTL. Ausgabe ist rechtecktförmig. Einstellbar sind Offset und Maximalstrom. Auflösung: 12 bit Schwingkreis zur Laserausrichtung, Gesamt-optische-leistung muss kleiner 0,005 W sein.

astabilder Multivibrator:
P = 1 Watt
Pges <= 0,005 Watt
Frequenz f = 50 Hz
Pulsweitenmodulation T = 1 / f = 1 / 50 = 20 * 10^-3 s
T2 = T - T1
T1 <= 5 mWatt / (1000 mW * f) = 5mWs / 50000 mW = 1 / 10000 s = 0,1 ms
T2 = 20ms - 0,1 ms = 19,9 ms

astabiler multivibrator T = ln(2) * R * C
T2 = 19,9 ms
T1 = 0,1 ms
setze C = 100n = 1 * 10^-7
R2 = T2 / (ln(2) * C) = 19,9* 10^-3/ 10^-7 *ln(2) = 28,7 *10^4 = 287k
R1 = T1 / (ln(2) * C) = 0,1 * 10^-3/ 10^-7 *ln(2) = 0,144 * 10^4 = 14,4k

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  Schaltplan der Stromregulierungseinheit

STATUS: Entwurf angefertigt

Bildverarbeitung

ARM7 mit ~70 Mhz

START
 goto INIT
INIT:
starte timer0, höchste Geschwindigkeit 
starte capture mode (save timer0 in REG on ext. INT)
setze SPI Geschwindigkeit auf CCLK/n (n >= 8)
TIMER0_OVF_INT:
timer0 vorteiler erhöhen
timer0 counter register mit richtigem Wert laden
CAPTURE_INT:
berechne wie lange es bis zum Interrupt gedauert hat (timer0 reg - capture reg)
lade Differenz in timer0 counter register
warte durchschnittliche Differenz
speicher Differenz im Array
bilde neue durchschnittliche Differenz
incrementiere rps counter
warte $POST_SYNC
sende Daten über SPI
warte $PRE_SYNC // exit :)
CALL_ONCE_A_SEC_INT:
starte timer0, höchste Geschwindigkeit
rps counter auf 0 setzen
rps counter ausgeben
durchschnittliche Differenz ausgeben
CALL_20TIMES_A_SEC_INT:
get keyboard data over i2c
send LCD data over i2c

STATUS: gebaut,noch nicht getestet

Laserdiode

WARNUNG !
Dies ist ein Klasse 3 Laser ! Er verbrennt innerhalb von Sekunden Papier,Holz,Fleisch,... selbst in einigen Metern Entfernung !
Schutzbrille tragen
Nicht in den Strahl blicken !
Ich projektiere auf eine große Fläche > 1 qm, dadurch sind die Lichtpunkte an der Wand nicht so hell, dass man sich die Augen verbrennt !
Nie auf den Lichtpunkt blicken, wenn der Laser "steht". Verbrennungsgefahr !
Laserschutzbestimmungen einhalten !

1000mW (1W) Laserdiode 445nm Blau 5,6mm

TODO:

• Redoing the whole concept
• Design SMD boards
• Buy new motors, mirrors, laser,...

Links:

Laser Projektoren

Laser-Projektor selbstgebaut

http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html

Horizontal Laser Deflector

AVR Laser Projector

AVR laser projector

the laserbeamer

Laser video projector

Mechanically scanned laser display

RGB Laser Projector