Laserprojector: Unterschied zwischen den Versionen

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{{ProjektInfoBox

Version vom 5. April 2011, 12:08 Uhr

english version (outdated)

     
laserprojector

Release status: experimental [box doku]

Laser.jpg
Description Projektor der 2 sich drehende Spiegel zur Ablenkung eines modulierten Laserstrahls nutzt
Author(s)  siro
Last Version  0.2




Danksagungen

Vielen Dank an folgenden Personen

Besonderen Dank an das Labor eV für die Bereitstellung der Räume und des Werkzeuges.

DIY Laser Projector

Idee : Einen Projector (neuDeutsch: Beamer) welcher das Bild ähnlich einer braunschen Röhre zeilenweise abfährt und dabei den Lichtstrahl so moduliert, das ein Bild ensteht.

  • Zeilenraster.jpg

    Funktionsprinzip eines zeilenweisen Bildaufbaus


Project im Trac laserproj

Übersicht

Auflösung:256x256
Refreshrate:30Hz
Farben:1 (blau)
Farbtiefe: 256 (8-bit)
Interfaces: RS232, ??
Ablenkung:2x Spiegelräder, Asyncronmotor + Gleichstrommotor
benutzte Kontroller:ATmega169 + LPC2103

Konzept

Ein Atmega steuert den horizontal angebrachten schnellen Motor und einen vertical angebrachten, sich langsam drehenden Motor, Keyboard, GLCD, Power-Supply.
An den Motoren sind Spiegelräder befestigt. Der Laserstrahl trifft auf den ersten Spiegel und wird von dort zur zweiten reflektiert. Der erste sorgt für die horizontale Ablenkung, der zweite für die vertikale. Durch Pulsung des Lasers kann ein Bild projektziert werden.

  • Alle Boards fertig verbunden

    Alle Boards fertig verbunden


Neue Idee zur Datenanbindung
VGA Eingang
Controller IC muss mit H-Motor und V-Motor syncronisieren

Übersicht

  • Übersicht Laserprojector ICs & IOs

    Übersicht Laserprojector ICs & IOs

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, wird ersetzt durch Kontrollboard


Kontrollboard

Funktionen:

  • Sicherheitsboard

Aufgaben

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.

  • Syncronisationseinheit

Aufgaben

Detektiert die Position beider Spiegelräder.

Bauteile

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 10mA 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

  • Controller

An das Kontrollboard werden GLCD, PS/2 - Tastertur, H-Motor Steuerung, V-Motor Steuerung, Stromversorgungsteuerung, USART 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.

Aufgaben

  • GLCD ansteuern
  • PS2 Tastertur
  • Laser Sicherungsschalter
  • H-Motor Ansteuerung (Frequency)
  • V-Motor Ansteuerung (PWM)
  • ATX Netzteil Steuerung
  • Sekunden-Zeitgeber
  • USART
  • Spannungsmessung an Laserstromversorgung ?

Bauteile

ArtNameAnzahlKosten in €Datenblatt
µCATMEGA 169-16 TQ14,20
ResistorSMD-0805 10,0K40,103
ResistorSMD-0805 33020,103
ResistorSMD-0805 22020,103
ResistorSMD-0805 10050,103
ResistorSMD-0805 100K20,103
ResistorSMD-0805 10,020,103
ResistorSMD-0805 47010,103
Diode1N 493610,04
LinearreglerµA 79L0510,15
KondensatorX7R-G0805 100N200,05
OszillatorXO32 14,7456011,30
FETBSS 123 SMD50,08
FETBUZ 1110,59
OpAmpMC33078D21,11
TrimmerTRIMMER, 10K, 2MM20,486
LEDLED 3MM RT20,06
LEDSFH 48420,37
PhototransistorSFH 3100 F20,71
...

  • Schaltplan

  • laserproj Kontrollboard Schaltplan

    laserproj Kontrollboard Schaltplan

  • laserproj Kontrollboard Layout

    laserproj Kontrollboard Layout

  • laserproj Belichtete Platine ohne Bauteile

    laserproj Belichtete Platine ohne Bauteile

  • laserproj Belichtete Platine ohne Bauteile

    laserproj Belichtete Platine ohne Bauteile

Dateien im trac 

STATUS:Neuentwurf angefertig, muss gebaut werden,nicht getestet!</


Horizontaler Motor

Beschreibung

Aus einem Drucker der Marke "Epson" 24000 U/min mit 7 Seitenflächen. 400*7 = 2800 Ablenkungen pro Sekunde.
Liegt die Ablenkeinheit wie auf den Fotos (unten) ist Pin 1 der unterste und Pin 5 der oberste.

Stecker

PinFunktion
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  ??
  • Laserunit eines Epsondruckers

    Laserunit eines Epsondruckers

  • laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901

    laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901

  • laserprinter mirror back top view Controler: AN44000A label: YG-F1G 36

    laserprinter mirror back top view Controler: AN44000A label: YG-F1G 36

  • laserprinter mirror back view label: MASQ7DF19LM DC24V 23304min⁻1 2234ZA3 PbF

    laserprinter mirror back view label: MASQ7DF19LM DC24V 23304min⁻1 2234ZA3 PbF


Laserstromversorgung

Aufgaben

Stromversorgung der Laserdiode, mit einstellbaren Offset.

  • Schaltplan der Stromregulierungseinheit

    Schaltplan der Stromregulierungseinheit

  • Board der Stromregulierungseinheit

    Board der Stromregulierungseinheit

  • Stromregulierungseinheit Unterseite

    Stromregulierungseinheit Unterseite

  • Stromregulierungseinheit Oberseite

    Stromregulierungseinheit Oberseite

Bauteile

ArtNameAnzahlKosten in €Datenblatt
OpAmpLMH6703MF13,25
OpAmp296-26695-1-ND TL072D2-
TransistorMMBT6428CT-ND50.51
ResistorRW0S6BB1R00FETCT-ND11.15
ResistorP24.0CCT-ND20.07
DAC 30nsDAC908E-ND17.98
ResistorMPR 2,00K10.19
  • 8x 100n R0805
  • 1x ZDiode 5.1V
  • 1x ZDiode 12.1V
  • 1x Diode 1N4004
  • 1x Diode 1N5400
  • 3x 470µ Elko
  • 3x BSS123
  • 3x 470Ohm M0805
  • 4x 1k M0805
  • 1x 2 Ohm
  • 1x Poti
  • 5x LED
  • 1x 79L05
  • pinheader
  • 10mF Elko Low ESR 16 V
  • ...

Beschreibung

Diese Schaltung kann den Strom durch die Laserdiode bis zu einigen Mhz regulieren.
Die maximale Schaltfrequenz wird begrenzt durch Art des verwendeten Transistors.
fs = ft / h mit fs: Schaltfrequenz, ft: transition frequency, h: Verstärkung
Die Verstärkung beträgt etwa h = 10.
Je breiter der PN übergang im Transistor, desto höhere Kollektorströme lassen sich schalten, jedoch sinkt die transition frequency dadurch ab. Es muss ein Mittel gefunden werden.
8 bit 5V/3.3V paralleler Bus + clock Leitung. Einstellbar sind Offset und Maximalstrom. Auflösung: 8 bit Schwingkreis zur Laserausrichtung, Gesamt-optische-leistung muss kleiner 0,005 W sein. 

STATUS: Schaltung um 5V und 3.3V Linearregler erweitert, getestet geht !


Bildverarbeitung

Aufgaben

  • Messung der Zeitspanne zwischen 2 Sync-pulsen -> Timer0 / 1
  • Mittelwert berechnung x,y mit der Real-Time-Clock
  • Phasenschiebung p mit (p <= x), o mit (o <= y)
  • Gammakorrektur g mit floats.....
  • PC-Kommunikation über UART0
  • µC Kommunikation über UART1

bei 10Mpixel

Bauteile

Experimentierboard MP2103: MP2103-Stick
lpc210x Datasheet
NXP LPC2103

Software

Das MP2103 Board kann einfach mit dem Programm Flash Magic (Windows/Linux mit WINE) oder lpc21isp (Linux) programmiert werden. Um den Source-code zu kompilieren braucht man Ride7 mit Compiler von Raisonance.com für Windows, ARM Gcc toolchain für Linux.
Den Quelltext gibts hier: source-code

Gammakorrektur

nächstes mal in Hardware...
uint8_t gamma_ar052={ 0, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 19, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37, 39, 42, 45, 48, 51, 54, 57, 61, 65, 68, 72, 77, 81, 86, 91, 96,101,107,112,118,125,131, 138,145,152,160,168,176,185,194,203,213, 223,234,244,256};
uint8_t gamma_ar075={ 0, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4 4, 5, 5, 6, 6, 7, 8, 8, 9, 10 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 23 25, 27, 29, 31, 34, 36, 39, 42, 45, 49 53, 57, 61, 65, 70, 75, 81, 87, 93,100 107,114,123,131,140,150,161,172,183,196 209,224,239,255}; 

STATUS:lpc2103@72Mhz, läuft


Laserdiode

Datei:ALI-Laserwarn445nm1000mw small.jpg

Beschreibung

WARNUNG !
Dies ist ein Klasse 4 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

Pinbelegung der Laserdiode

Die Laserdiode sollte immer kurzgeschlossen sein, wenn diese nicht benutzt wird, um ESA entgegen zu wirken. Ich habe einen 1 MegaOhm Widerstand direkt zwischen Anode und Kathode der Diode gelötet, dies sollte evt. auftretende Spannungen langsam reduzieren.

  • Laserdiode im Kühlkörper

    Laserdiode im Kühlkörper

Anschlusskabel an meiner Diode: ROT -
Anschlusskabel an meiner Diode: SCHWARZ +

Bauteillieferanten

Optik

Beschreibung

Dieser Teil beschreib die optischen Aspekte.
Die gesamte Hardware und Optik wird auf die Grundplatte montiert. Diese besteht aus Plexiglas und wurde von http://www.formulor.de hergestellt. Die einzelnen Bauteile lassen sich zusammenstecken.
Auf dem H-Motor ist ein sich drehendes 16-Eck. Demnach sind 360° : 16 = 22,5°, von denen sich etwa 20° nutzen lassen.

Strahlbreite in Laufabstand vom H-Motor (Achse + SpiegelradRadius)
Abstand a
Breite b
b(a) := tan(20°) * a * 2 = a * 0,73

Vertikaler Spiegel

gibts hier zu kaufen
Maße:
Länge: 82mm
Radius-Außen: 80mm
Radius-Innen: 58mm
Spiegelfacetten:18,5 (eine halbe....)

Laufabstand H-Spiegel zu V-Spiegel:
ca. 5 cm

Breite des Spiegels am V-Spiegelrad:
ca. 3,63 cm

  • Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine

    Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine

  • Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine

    Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine


Horizontaler Spiegel

Kupferspiegelrad 400*16 = 6400 Ablenkungen pro Sekunde.
Achse des Motors ist zu kurz, nächstemal flacher, aus Aluminium und Speichen verwenden !

  • Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

    Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

  • Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

    Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

Durchmesser Loch 12mm Höhe Speichen 2mm 

STATUS:neue Version, nicht getestet!

Plexiglas Platine

bei formulor.de bestellt:

  • gzip autodesk inventor

    gzip autodesk inventor

TODO

  • Bei Formulor.de bestellen

Kosten

Bauteile Kontroller: 30€+ -
Bauteile Stromversorgung: 15€
Laser: 100€
Spiegel: 100€+ -
Motoren: 10€ (aus alten Laserdruckern)
Gehäuse: -

Status: TODO

Links

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