Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PLC Fatek
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Laserowy projektor obrazu RGB

wilkolaski 29 Lut 2008 22:20 5422 4
  • #1 29 Lut 2008 22:20
    wilkolaski
    Poziom 18  

    Witajcie. Chcialbym zaproponowac nowy temat, ktory wedlug mnie jest wart uwagi i tego zeby go przerobic. Rzecz sie ma z zrobieniem projektora do wyswietlania obrazu ale gdzie zrodlem swiatla bedzie wiazka lasera RGB ktory jak w telewizorze albo monitorze bedzie linia po lini budowal obraz na ekranie. Wiem ze powstaja juz i sa prezentowane telewizory laserowe czy miniaturowe projektory ale kiedy te rzeczy beda dostepne w sprzedazy i za jaka cene tego nikt nie wie. Nie chcac czekac rzucam temat bo moze wspolnie do czegos dojdziemy i bedziemy mogli cos zdzialac w tym temacie.
    Od siebie juz mailowalem w tej sprawie z Bartoszem Hikiszem, ktory ma bardzo duza wiedze na temat projektorow laserowych a ktory zgodzil sie zeby zamiescic jego maila z odpowiedzia za ktora jeszcze raz mu bardzo dziekuje. Ponizej zamieszcze ta tresc tylko naswietle temat mojego maila. Pytalem w nim Bartosza o szanse w zrobieniu wspomnianego projektora laserowego ktory wyswietlalby obraz pobrany z wyjscia VGA karty graficznej. Parametry obrazu bylyby przykladowo 640x480 piksli z odswierzaniem 60Hz a sposob odchylania wiazki laserowej przez galwa lub wirujace lustra.
    Oto tresc odpowiedzi Bartosza. Uwaga bedzie dlugo ale ciekawie :)
    Chętnie dzielę się wiadomościami z pasjonatami bo sam nim jestem :) Postaram się odpowiedzieć używając, z braku czasu, jedynie słów ale mam nadzieję, że to wystarczy. Z drugiej strony zawsze interesuje mnie jakiś rodzaj współpracy i może nawet warto biedzie się spotkać i wymienić poglądy czy zwyczajnie zażyć intelektualnej rozrywki rozwiązując problemy - zawsze w pubie zamiast pić piwo skupiam sie na bazgraniu po serwetkach hihih ale wtedy zwykle rodzą się pomysły o wartości wynalazczej hihih :)
    Ale do rzeczy. Zaczynając nie koniecznie od początku, ale od rzeczy elementarnej. Skoro laser dysponuje pewną energią / mocą / intensywnością promieniowania i to na pewnej niedużej powierzchni wyznaczonej rozmiarem plamki to oczywistym jest zjawisko zmniejszania intensywności kiedy nagle tą samą energią chcemy rozświetlić większy
    obszar i jest to zależność dokładnie liniowa. Tak więc obraz 640 x 480 punktów posiada ponad 300 tysięcy pikseli. Przy założeniu, że jeden piksel ma wielkość elementarnej plamki lasera - to dowolny zapalony punkt obrazu będzie 300 tysięcy razy ! "bledszy" od plamki lasera wymierzonego statycznie w jeden punkt. Na dowód wystarczy sobie wyobrazić co dzieje się w telewizorach CRT kiedy wysiądzie odchylanie - kiedy działo elektronowe momentalnie wypala punkt po środku ekranu - bo cała energia obrazu o znaczących rozmiarach została skupiona na obszarze nawet o kilka milionów razy mniejszym i o tyle dokładnie zwiększa się intensywność promieniowania (gęstość energii).




    Mając obraz 640 x 480 i chcąc zapalić jeden punkt z tego obrazu laser przez układ skanera musi "odwiedzić" wszystkie 300 tysięcy punktów ale tylko raz przechodząc przez jeden wybrany punkt się włączy - więc faktycznie przez 300 tysięcy taktów nic nie robi - nie świeci i nagle raz na 300 tysięcy taktów na moment się włącza wiec jego intensywność spadnie właśnie o te 300 tysięcy razy. Idąc dalej kiedy zechcesz zapalić wszystkie punkty laser (w pewnym uproszczeniu) świeci non stop i daje z siebie
    wszystko ale jego energia jest rozłożona na obszar 300 tysięcy razy większy. Zresztą to tak samo (w sensie intensywności) stanie się gdyby plamkę lasera np. fi 2 mm rozproszyć soczewką tak by na ścianie uzyskać plamę o średnicy np. 1 metra (zresztą to samo stanie się z dowolnym źródłem światła). Odwrotna sytuacja ma miejsce gdy soczewką skupiasz promienie słoneczne by wypalić dziurkę w kartce. Może nie potrzebnie tyle piszę o czymś oczywistym ale mam nadzieję, że to wyjaśnia sprawę. Ale to co dalej powiem wiąże się właśnie z tym co wyżej. Więc widzisz - kupujesz drogi laser gdzie cena rośnie momentalnie z każdym watem a intensywność piksela może spaść nawet o kilka milionów razy. Dlatego do wyświetlania prostych animacji czy grafik ZAWSZE stosuje się skanery wektorowe gdzie laser odwiedza tylko te punkty, które mają być zapalone. Dla uproszczenia by pokazać okrąg złożony z np. 100 punktów skaner nie odwiedza wszystkich 300 tysięcy punktów by na wybranych 100 się włączyć tylko odwiedza te punkty, które musi poruszając wiązką po
    torze kołowym. A wtedy intensywność spadnie o 100 razy a nie o 300 tysięcy razy :) Jednak kiedy założyć wyświetlanie obrazu telewizyjnego pikslowego w kolorach nie ma innej opcji jak tylko odświeżać wszystko tak jak w telewizorze szczególnie jeśli z takich sygnałów chcesz korzystać. Tylko właśnie lasery mało się do tego nadają - przynajmniej w takim zakresie jakim może zajmować się pasjonat bo oczywiście są profesjonalne konstrukcje telewizorów laserowych i nawet niektórzy twierdzą, że to może być przyszłość. A do tego czasu wyświetlanie obrazu telewizyjnego za rozsądniejsze pieniądze wykonują projektory LCD lub DLP i to te domowe jak i te potężne studyjne czy kinowe. Ale oczywiście warto próbować bawić się samemu - wielkie firmy i idee nie raz tak właśnie powstawały.
    A teraz budowa. Jeśli ma to być obraz pikslowy - telewizyjny (matrycowy - rzędy i wiersze) to zawsze stosuje się praktycznie jedno rozwiązanie a wiec zestawy wirujących luster - dokładnie tak jak w drukarkach laserowych - sądzę że wiesz jak to wygląda ale w razie problemów odszukam jakieś zdjęcie wnętrza drukarki na wzór. Kiedy weźmiesz pręt sześciokątny i pokryjesz jego ściany lustrami a nastepnie wprawisz go w ruch obrotowy i skierujesz na niego laser na ścianie uzyskasz linię kreśloną zawsze np. od lewej do prawej lub na odwrót (zależności od kierunku wirowania) a wiązka ta będzie miała rozbieżność kątową równą podwojonemu kątowi jaki występuje między dwoma sąsiednimi ścianami. Skoro w podstawie masz sześciokąt to mamy 360/6 a więc 60 stopni wiec wiązka będzie o rozbieżności 120 stopni. Oczywiście można zastosować więcej luster na obwodzie np. 24 czy 60 jednak wtedy spadnie również rozbieżność wiązki więc trzeba to przekalkulować (jaki rozmiar obrazu
    ma być z jakiej odległości). Ale jest kolejne ale. Mając 60 obrazów na sekundę i 480 linii potrzebujemy właśnie około 30 tysięcy linii na sekundę co przy (nawet) 24 lusterkach daje obroty na poziomie 1250 na sekundę czyli 75.000 obrotów na minutę - to już konkretne prędkości i problemy konstrukcyjne. Z jednej strony potrzeba bardzo precyzyjnych i szybkich łożysk a z drugiej strony siła odśrodkowa przy takich prędkościach potrafi rozbić lustra a przynajmniej je zdeformować co może zniweczyć projekt.
    Realnie stosuje się łożyska areostatyczne (bezdotykowe) - łożyskowanie poduszką powietrzną lub tak zwane "maglevy" (magnetic - levitation) - a wiec łożyskowanie na poduszce magnetycznej.
    Ale to nie wszystkie ale. Dodatkowo taki bębenek z lustrami nie działa w pełni liniowo co szczególnie widać przy mniejszej ilości luster. Co to znaczy? To znaczy, że wiązka teoretycznie rozchodzi się z punktu i ma stałą prędkość kątową ale na płaskiej ścianie ta stała prędkość kątowa nie transponuje się na stałą prędkość liniową plamki. Dlatego środek takiej linii (a wiec i całego obrazu) będzie wyraźnie intensywniejszy a na brzegach bledszy ale to nie jest nawet tak straszne jak to, że pikselek
    na brzegu będzie szerszy niż ten ze środka wiec cały obraz będzie zdeformowany (coś jak rybia perspektywa). Zjawisko staje się marginalne przy dużej liczbie luster wiec przy małej kątowej rozbieżności wiązek i przy zwiększonej odległości od ściany. Z drugiej strony przy precyzyjnym (częstym) odczycie położenia bębenka można niwelować to zjawisko oprogramowaniem lub w inny sposób jednak przy użyciu sygnału "monitorowego" będzie to trudniejsze, ale możliwe. A co do galw szczególnie z pomiarem ich położenia a więc ze sprzężeniem zwrotnym - one nadają się wybitnie do projektorów wektorowych co nie znaczy ze w skrajnym przypadku nie można ich użyć bo można ale to już muszą być serwa najwyższej klasy a efekt końcowy i tak nie bywa powalający ze względu na poważne częstotliwości - typowe ale dobre galwa pracują maksymalnie do 10 kHz choć są takie co i do 20 kHz ale są tam już inne problemy a tutaj nawet 20 kHz to jak obliczyliśmy kilka razy za mało by
    dostać 60Hz - uzyskałoby się może 3 czy 4 razy mniej - więc będzie migotać. To nawet kineskop by migotał a on ma podtrzymanie świecenia przez fotoluminescencję gdzie laser tego nie da - chyba, że na specjalnych ekranach, o których wspominałem ale to ciągle kilka razy za wolno (a przy kolorowym RGB nawet 10 razy za mało - szczegóły dalej).
    Dlatego w praktyce zmniejsza się rozdzielczości i częstotliwości odświeżania stosuje specjalne ekrany i silne lasery by uzyskać wogóle sensowny efekt, który można komuś zaprezentować.
    Ekran fotoluminescencyjny można nabyć w sklepach z akcesoriami do projektorów LCD i rzutników slajdów itp. To rodzaj specjalnego lekko odblaskowego ekranu gdzie może być również fotoluminescencja (jak na wskazówkach starych zegarków, które po zgaszeniu światła w ciemnościach jeszcze jakiś czas świeca tylko w ekranie chodzi o czasy
    podtrzymania na poziomie mikro sekund) zdaje się, że liderem jest tu firma 3M.
    Teraz łączenie wiązek - jest to możliwe, ale po pierwsze nieco kosztowne, a po drugie daje duże straty mocy na wyjściu bo chodzi o użycie półprzepuszczalnych luster lub pryzmatów. Dlatego w zasadzie się tego nie robi. Robi się dokładnie na odwrót. Zamiast scalać 3 wiązki o różnych kolorach w jedną rozdziela się jedną białą na trzy o kolorach podstawowych i robi się to albo w czasie albo w przestrzeni. Co to znaczy?
    Jedna biała silna wiązka rozdziela się na 3 mniejsze białe (w przestrzeni) za pomocą pryzmatów następnie każda z wiązek trafia na swój filtr koloru i każda z nich na odrębny (ale nie koniecznie) wirujący bębenek z lustrami. Tylko wtedy musimy mieć jeszcze przesłony elektroniczne do zapalania i gaszenia rozdzielonych wiązek bo sterując laserem zgasimy wszystkie lub wszystkie zapalimy a nie o to chodzi. Co innego, że można zastosować 3 lasery białe i 3 filtry w przestrzeni i jeden lub 3 wirujące bębenki z lustrami i wtedy sterować każdym kolorem z pozycji lasera danego toru. Oczywiście po tym wszystkim pozostaje nałożyć na siebie 3 obrazy a wiec odpowiednio ustawić wzajemnie to co wychodzi z niezależnych bębenków, o ile takie zastosowaliśmy (można zastosować jeden i stworzyć jeden punkt obrazu z trzech kolorowych wiązek tworzących faktycznie trzy kolorowe punkciki obok siebie zupełnie jak w masce kineskopu). Druga opcja to podział w czasie. Najprościej zrealizować to obrazami. Czyli najpierw laser biały staje się czerwony i odwzorowuje składową czerwoną całego obrazu potem staje się zielony a potem niebieski itd. I to dość łatwo zrealizować mechanicznie. Poza bębenkiem z lustrami jest wirujący bębenek z filtrami kolorowymi tylko ten z filtrami zmienia położenie o jeden filtr raz na 480 linii skanera z lustrami tylko problem w tym, że wtedy dla uzyskania tej samej ilości obrazów pełnokolorowych na sekundę trzeba obracać lustrami 3 razy szybciej (bo na jeden kolorowy obraz składają się trzy obrazy w barwach podstawowych) :) a więc na przykład 3 x 75.000 obr/min = 225.000 obr/min. Teraz pytanie czy wytrzymają to lustra, łożyska czujniki, przesłony czy sam laser... bo szczególnie lasery większej mocy nie koniecznie pracują dobrze przy dużych częstotliwościach. Do mierzenia i stabilizacji obrotów luster i filtrów potrzeba szybkich przetworników i szybkiej elektroniki poza tym powstaje wiele drgań itp. itd. Problem nie jest wcale taki błahy a im bardziej sie w niego wgłębić tym więcej problemów wyjdzie - wiem z własnego doświadczenia :) nie mówiąc ze składowe elementy jak łożyska areostatyczne czy magnetyczne, lekkie i
    wytrzymałe lustra, elektroniczne filtry RGB itd... to elementy baaaaardzo kosztowne i zresztą nie tak łatwo je nabyć. Oczywiście poza wspomnianymi bębenkami z lustrami potrzebna jest druga oś - do odchylania pionowego ale to wykona kolejny bębenek wolnoobrotowy lub galvo. Bez względu na wybraną metodę laser biały i tak traci na mocy 3 razy po przejściu przez filtry bez względu czy w metodzie "w czasie" czy "w przestrzeni".

    Tyle na razie ode mnie.
    Pozdrawiam i zapraszam do dyskusji.

    Proszę nie stosować ozdobników w temacie, temat zmieniony And!

    0 4
  • Semicon
  • #2 01 Mar 2008 10:32
    mounter
    Poziom 21  

    szczerze to nic nowego :)

    wygaszanie analogowe, RGB, galva na 50kpps przy 5° pracy (podkręcone do 100kpps i więcej) , dobry sterownik interfejsu
    i masz TV... a jakiś program będziesz musiał napisać do sterowania samym
    projektorem

    w sieci nie raz pokazywały się projekty podobne do Twojego pomysłu,
    jednak sama jakość wyświetlanych obrazów jest mizerna...


    a takie zasadnicze, pytanie retoryczne:
    jaki sens budowania takiego projektora, gdzie koszty przekroczą
    15tyś złotych? ;)

    0
  • Semicon
  • #3 01 Mar 2008 11:19
    bprzem
    Poziom 18  

    Hmmm wydaje mi się, że do tego trzeba podejść uwzględniając nowe technologie. Duże i ciężkie silniki, lusterka, galva nie dadzą rady przy tak dużych szybkościach. Trzeba sięgnąć do mikrosystemów.

    Lusterka mikrosystemowe mogą poruszać się zarówno w jednej jak i w dwóch osiach. Te pracujące w 1D zwykle stosuje się w czytnikach kodów kreskowych, nas bardziej interesują lusterka 2D. Wykonane z krzemu mają dużą żywotność, odporność na przeciążenia a przede wszystkim mogą pracować z dużymi częstotliwościami, nie wykazując przy tym zmęczenia materiału.

    Jak już wyżej wspomniał Bartek H. istnieją dwa tryby pracy - wyświetlanie punktu tylko tam gdzie w danej chwili chcemy go mieć oraz przemiatanie określonej powierzchni z maksymalną częstotliwością. Zwykle są to krzywe Lissajou, jednak trzeba uwzględnić to, że prędkość wyświetlania będzie mniejsza na "zakrętach" i większa na "prostej". Ten rysunek dokładniej to przedstawi:
    Laserowy projektor obrazu RGB

    Takie rozwiązanie pozwala uzyskać taki obraz:
    Laserowy projektor obrazu RGB
    Widać, że obraz nie jest spełnieniem marzeń, dość rozmyty, niewyraźny. Ale od czegoś trzeba zacząć, nie ?

    Lusterko 2D wygląda tak:
    Laserowy projektor obrazu RGB

    Powyższe obrazki pochodzą z Instytutu Fraunhofera natomiast na stronie http://www.adriaticresearch.org/2D-scanners.htm jest bardzo dużo informacji, filmików oraz danych technicznych lusterek MEMS. Jest nawet informacja, że można nabyć takie gadżety, ceny nie podali ;>

    To tak tylko w zarysie, chciałem ukierunkować dyskusję na dobrą drogę.
    Niestety silniki to już przeszłość, chcąc osiągać duże szybkości potrzebna jest miniaturyzacja.

    Na koniec mały bonusik, obraz rgb uzyskany w w/w instytucie:
    Laserowy projektor obrazu RGB

    0
  • #4 02 Mar 2008 13:17
    bolek
    Specjalista - oświetlenie sceniczne

    akurat wysłałem mojego długiego posta gdy elektroda się konserwowała- oczywiście poszedł się paść
    Mniejsza z tym, w skrócie. Takie urządzenia są jak najbardzier realne. Dziś laser RGB o mocy 1,5W jest wielkosci kciuka. Tylko czekać kiedy wejdzie to w masową produkcje...
    Układ skanujący tez wg mnie nie stanowi problemu.
    Dziś bez większego problemu można sobie zamówić pokaz laserowy, który działa wg wspomnianej idei. W sieci leży prosty projekt zegarka: atmega, silnik z drukarki, servo, wskaźnik laserowy.

    Kto jest Bartek Hikisz, bo odnosze wrażenie, że wszyscy prócz mnie go tu znają :)

    0
  • #5 10 Mar 2008 16:46
    heya1986
    Poziom 11  

    Panowie za późno na teoretyczne dywagacje na ten temat. Firma Microvision wzięła już dawno sprawę w swoje ręce czego owocem jest produkt PicoP, o którym można poczytać na

    stronie producenta: http://www.microvision.com/pico_projector_displays/standalone.html#
    oraz polskich stronach z newsami:

    Projektor w komórce: http://gadzetomania.pl/2007/05/29/nowa-wersja-projektora-do-komorek-2/

    Projektor graficzny (PicoP) dla komórek: http://www.telix.pl/artykul/projektor-graficzny--picop--dla-komorek-3,18169.html

    Ponadto w google video po hasłem PicoP można znaleźć wiele filmików świadczących o całkiem przyzwoitej jakości wyświetlanego obrazu.

    np: http://www.youtube.com/watch?v=B43nWwtTzno

    Pozdrawiam.

    0