Laserhelligkeit abstufen

Effekte ohne Scanning, Farbmischung, Fasersysteme und andere optische Komponenten.

Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon qaywsx » Do 09 Mär, 2017 10:40 pm

Ich möchte einen Laserprojektor konstruieren (Hobby), mit dem ich ein kleines Punktmatrixbild projizieren kann. Dies darf fürs Erste monochromatisch sein, Farbe/Watt ist erstmal egal (Rot, Grün oder Blau). Je Punkt soll die wahrgenommene Helligkeit abstufbar sein, d.h. von maximal bis "schwarz", z.B. in mindestens 16 Stufen.

Wie reduziere ich schnell die Helligkeit eines Pulslasers bzw. CW-Lasers in linearen Stufen? Mit welchem Treiber (möglichst billiger Laser und Treiber)?

Ich denke, der Laser sollte pro Bildpunkt entsprechend oft an und ausgeschaltet werden. Mal angenommen ich projiziere 10k*20 Punkte pro Sekunde mit 15 "Takten" pro Bildpunkt (von 15 Takte an bis 15 Takte aus) dann sind schon mind. 3 MHz Taktrate zum An-/Ausschalten notwendig. Das gilt aber nicht für den Treiber, der muss nur einmal pro Bildpunkt an und abschalten, jedoch mit variierender Verzögerung. Bei der dunkelsten Abstufung (1 von 15 Takten), müsste er aber möglichst schnell sein.
Ich weiß nicht, ob Treiber so schnell reagieren können. Konstante Verzögerung pro An/Ausschaltung ist kein Problem.

Ich würde für den Projektor gern einen Raspberry Pi 3 (bis 60 MHz IO-Port-Takt per Software) zur Steuerung verwenden und einen 20k Galvanometer.
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon guido » Fr 10 Mär, 2017 5:28 am

qaywsx hat geschrieben: Mal angenommen ich projiziere 10k*20 Punkte pro Sekunde mit 15 "Takten" pro Bildpunkt


Wenn ich das richtig lese sprichst du von 20000 Bildpunkten. Incl. der Interpolation / Blankstützpunkte bist du dann bei grob 80K Punkten.
Die mit 15 Bildern pro Sekunde gescannt = 1200K . . .

Ist das "K" oben ein Tippfehler und du sprichst von 200 Punkten ( interpoliert 800 ) * 15 Bildern pro Sekunde wären wir bei 12K was deine 20K Scanner wohl gerad so
sauber schaffen werden.

Diodenlaser werden über eine modulierbare Konstantstromquelle versorgt. Da wird einmal der Maximalstrom eingestellt und dann kann man per analogem
Steuersignal 0...5V DC die Helligkeit mehr oder weniger linear von 0...100% regeln.

Du müsstest deinem Pi einen 4er 12 Bit DAC verpassen, ebenso für die Scanner noch ne analoge Ausgangsstufe die das Achsensignal in den Scannerkompatiblen
Bereich von +/- 10V DC (0V = Mittelstellung ) befördert.

Klären wir nun erstmal deine tatsächliche Punktanzahl. Dann geht's weiter...
Ich hoffe nicht ( riecht so bei der Punktanzahl ) das es ne Videoanwendung werden soll.
Das "Raster" 10K * 20 Punkte würde auch die DAC Auflösung sprengen...
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon mR.Os » Fr 10 Mär, 2017 8:00 am

Warum muss der Treiber analog angesteuert werden? Man kann das hier meiner Meinung nach schon mehr oder weniger PWM modulieren (ist es ja mehr oder weniger).
Den Treiber muss natürlich ein wenig mehr können als die 3 MHz da ja keine Sinusfunktion moduliert wird. Mit 20 MHz Analogbandbreite sollte man schon rechnen - das ist aber kein wirkliches Problem. Nicht ganz trivial, aber auch nicht wirklich schwer.

Den Treiber wird es nur nicht fertig für billig geben ... das muss man selber machen. Das geht mit jeder Laserdiode.
Beste Grüße
Andreas
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon qaywsx » So 12 Mär, 2017 2:37 am

Ich würde doch lieber einen DAC verwenden. 256 Helligkeitsstufen sind dann auch kein Problem. 16 Bit werde ich da bestimmt benötigen, da U nicht proportional zu I verläuft und ich für die niedrigen Helligkeitsstufen eine vielfach höhere DAC-Auflösung benötige (Ich habe mal in die Spezifikation einer 80mW Osram Diode geschaut). Mit PWM wäre das eine ziemlich hohe Frequenz und per Software ist das schwieriger im MHz-Bereich synchron zu takten.
Ist das "K" oben ein Tippfehler und du sprichst von 200 Punkten ( interpoliert 800 ) * 15 Bildern pro Sekunde wären wir bei 12K was deine 20K Scanner wohl gerad so
sauber schaffen werden.

Soweit ich weiß, bezieht sich die Angabe der pps eines Galvanometer-Scanners auf einen Winkel von 8° zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten (ILDA). Wenn ich die Bildpunkte Zeile für Zeile (und Zickzack) darstelle und der Winkel zwischen zwei Bildpunkten deutlich kleiner als 8° ist, sollte ich mit einem 20kpps Galvanometer entsprechend mehr als nur 20k Punkte pro Sekunde erreichen, dachte ich. Aufzoomen könnte ich mit einer Linse.
100x100 Punkte x 20 Bilder/s für animierte Bilder hatte ich im Sinn.
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon JETS » So 12 Mär, 2017 6:49 am

Rasterscan?
kannste knicken mit 20kpps.
Do not stare into the laser beam with your remaining eye!

...wäre unsere Phantasie realistisch, dann wäre unsere Realität phantastisch.
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon mR.Os » So 12 Mär, 2017 11:13 am

Die Geschwindigkeitsangabe bezieht sich nicht auf 8° Sprünge beim Galvo! Wenn es ordentlich spezifiziert ist bedeuten die 20kpps das man das 8° ILDA Testbild mit 20k scannen kann. Ich weiß nicht wie groß da die Sprünge sind.

Ein analoger Laserdiodentreiber ist eigentlich immer eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Deshalb muss man nicht die Diodenkennlinie nachbauen und I und Pout ist im normalen nicht überfahrenenen Bereich recht linear.
Beste Grüße
Andreas
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon qaywsx » So 12 Mär, 2017 6:10 pm

mR.Os hat geschrieben:Wenn es ordentlich spezifiziert ist bedeuten die 20kpps das man das 8° ILDA Testbild mit 20k scannen kann. Ich weiß nicht wie groß da die Sprünge sind.

Die gibt es gerade preiswert gebraucht. Ich schaue mal wie weit ich mit denen komme.

mR.Os hat geschrieben:Ein analoger Laserdiodentreiber ist eigentlich immer eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Deshalb muss man nicht die Diodenkennlinie nachbauen und I und Pout ist im normalen nicht überfahrenenen Bereich recht linear.

Stimmt. Ich hatte da im Diagramm was übersehen.
osram.png


Was passiert denn, wenn hier P_out 0 ist aber etwas unter 20 mA fließen. Wird die Diode dann heiß und geht kaputt? Die Energie muss ja irgendwo hin. Oder hat die Diode dann einfach keinen Widerstand?
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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon Hatschi » So 12 Mär, 2017 6:34 pm

Halli Hallo

Die 20mA sind die Laserschwelle. Darunter fungiert sie quasi als LED. :wink:

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Re: Laserhelligkeit abstufen

Beitragvon mR.Os » So 12 Mär, 2017 6:38 pm

Die Diode wird einfach warm unter der Schwelle. Auch darüber. Die hat ja keine 100% Effizienz. Und dann kommt das was Hatschi gesagt hat dazu.
Aber 4V und 20mA machen 80mW (die optische Leistung kann man fast vernachlässigen)--> das ist gar kein Problem das weg zu kühlen. Wenn mal mal rechnet: bei 60mA hat sie 40mW Ausgangsleistung und 4,5V Flussspannung --> 270mW elektrische Leistung. Also eine Effizienz von rund 15% (schon ganz gut). Der Rest ist da auch Wärme.

Die Diode sollte man sowieso irgendwo einbauen und somit kühlen. Bei den Leistungen geht das passiv.

Bei den billigen Galvos sind die Geschwindigkeiten auch nicht unbedingt bei 8° Scanwinkel angegeben... das kann durchaus auch ein gutes Stück drunter und komplett ausgedacht sein.
Beste Grüße
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