Laserprojector

english version (outdated)

     

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

Danksagungen

Vielen Dank an folgenden Personen

• Kiraz
• Tixiv
• Tesla
• MadEngineer
• Zaolin
• Sauron

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.

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

Übersicht

• 

  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.

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

Art	Name	Anzahl	Kosten in €	Datenblatt
µC	ATMEGA 169-16 TQ	1	4,20
Resistor	SMD-0805 10,0K	4	0,103
Resistor	SMD-0805 330	2	0,103
Resistor	SMD-0805 220	2	0,103
Resistor	SMD-0805 100	5	0,103
Resistor	SMD-0805 100K	2	0,103
Resistor	SMD-0805 10,0	2	0,103
Resistor	SMD-0805 470	1	0,103
Diode	1N 4936	1	0,04
Linearregler	µA 79L05	1	0,15
Kondensator	X7R-G0805 100N	20	0,05
Oszillator	XO32 14,74560	1	1,30
FET	BSS 123 SMD	5	0,08
FET	BUZ 11	1	0,59
OpAmp	MC33078D	2	1,11
Trimmer	TRIMMER, 10K, 2MM	2	0,486
LED	LED 3MM RT	2	0,06
LED	SFH 484	2	0,37
Phototransistor	SFH 3100 F	2	0,71
...

• Schaltplan

• 

  laserproj Kontrollboard Schaltplan

• 

  laserproj Kontrollboard Layout

• 

  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

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

• 

  laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901

• 

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

• 

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

Laserstromversorgung

Aufgaben

Stromversorgung der Laserdiode, mit einstellbaren Offset.

• 

  Schaltplan der Stromregulierungseinheit

• 

  Board der Stromregulierungseinheit

• 

  Stromregulierungseinheit Unterseite

• 

  Stromregulierungseinheit Oberseite

Bauteile

Art	Name	Anzahl	Kosten in €	Datenblatt
OpAmp	LMH6703MF	1	3,25
OpAmp	296-26695-1-ND TL072D	2	-
Transistor	MMBT6428CT-ND	5	0.51
Resistor	RW0S6BB1R00FETCT-ND	1	1.15
Resistor	P24.0CCT-ND	2	0.07
DAC 30ns	DAC908E-ND	1	7.98
Resistor	MPR 2,00K	1	0.19

• 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: Entwurf angefertigt, nicht getestet !

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, nicht getestet

Laserdiode

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

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

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
Anzahl der Spiegel am V-Motor:
16

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

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

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

Durchmesser Loch 12mm Höhe Speichen 2mm

STATUS:neue Version, nicht getestet!

TODO

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

Kosten

Bauteile Kontroller: 30€+ -
Bauteile Stromversorgung: 15€
Laser: 100€
Spiegel: 100€+ -
Motoren: -
Gehäuse: -

Status: TODO

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

VGA Signal, Timings, Accessing VGA-graphiccard registers