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 1 schnellen Motor und einen Galvo/Schrittmotor, 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.

Übersicht

Übersicht Laserprojector ICs & IOs

Syncronisationseinheit

Detektiert die Position des Laserstrahls

Bauteile

2x OpAmp TL072D
2x 1k
2x 220
8x 100
4x Poti 100k
5x 100n
2x 10n
2x BSS123
2x BAT54
2x BPX81
2x SFH400

Besser ein Transimpedanzwandler, anstelle eines Spannungsteilers verwenden

Schaltplan der Syncronisationseinheit
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 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
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, wird ersetzt durch Kontrollboard

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.

Aufgaben

GLCD ansteuern
PS2 Tastertur
Laser Sicherungsschalter
H-Motor Ansteuerung (PWM)
ATX Netzteil Steuerung
Sekunden-Zeitgeber
USART

V-Motor Ansteuerung ?
Spannungsmessung an Laserstromversorgung ?

Bauteile

1x Atmega169
2x 1k
1x 14,74 Mhz Quarz
2x 330
2x 100n
1x BSS123
1x 10k
1x 100
2x LED 3mm
...

Schaltplan

Schaltplan des Kontrollboards
SMD-Board des Kontrollboards

Dateien im SVN

STATUS:Neuentwurf notwendig, Atmega32 durch Atmega169 ersetzen

Horizontaler Motor/Spiegel

Aus einem Drucker der Marke "Epson" 24000 U/min mit 7 Seitenflächen. 400*7 = 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 ??

Laserunit eines Epsondruckers

STATUS: getestet

Laserstromversorgung

Diese Schaltung kann den Strom durch die Laserdiode bis zu einigen Mhz regulieren. 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.

Schaltplan der Stromregulierungseinheit

Bauteile

1x DAC908U-ND
1x OpAmp LMH6703
2x 4.3 OHM 1%
1x 68 ohm
1x 2KOHM
2x 33.2OHM
1x LM358DT - OP AMP
1x resistor array
2x ZDiode 6V
...

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

STATUS: Entwurf angefertigt

Bildverarbeitung

STATUS: Cortex M3, bestellt

Anforderungen
Messung der Zeitspanne zwischen 2 Sync-pulsen
Mittelwert berechnung x (&Ausgabe)
Phasenschiebung p mit (p <= x)
Gammakorrektur g
bei 10Mpixel

STATUS:alternative erforderlich (Cortex-M3 ?)

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

Optik

Dieser Teil beschreib die optischen Aspekte.
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

Anzahl der Spiegel am V-Motor:
24

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

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