Das kleine 1x1 des Lasershowprojektors

Zunächst ein paar Worte zur Sicherheit im Umgang mit Lasern: Laser sind kein Spielzeug und in Stärken, die für Showlaser üblich sind, sehr gefährlich für die Augen und teilweise auch für die Haut. Man muss daher unbedingt vermeiden, Laserstrahlen direkt ins Auge zu bekommen, da dies sofort zu Schädigungen der Netzhaut führt oder sogar zur Erblindung führen kann. Bitte lasert daher nicht einfach drauf los und macht Euch kundig, welche Vorsichtsmaßnahmen man treffen kann und welche Vorschriften im Umgang mit Laserlicht zu beachten sind.

Einen guten Überblick über Sicherheitsmaßnahmen und Sicherheitsvorschriften findet Ihr auf http://www.lasersafe.de/.

 

Projektor-Innenleben (Bauteile & Baugruppen):

1. Laserstrahlquellen

Es gibt verschiedene Arten von sichtbaren sowie unsichtbaren Laser-Strahlquellen. Für die Showtechnik vorteilhaft sind natürlich die sichtbaren. Es gibt zwei Grundarten von Lasern, Festkörper- und Gaslaser. Einfach zu verstehen vermittelt Peter Lustig in diesem Video die grundlegende Funktionsweise. In Lasershowsystemen unterscheidet man die Festkörperlaser noch und hat dann drei Arten, die eingestzt werden: DPSS, Einzelemitter-Dioden und Gaslaser, wobei Gaslaser durch Nachteile wie den hohen Stromverbrauch und die Empfindlichkeit der Laserröhre sowie umständliches Handling (oft Wasserkühlung, hohes Gewicht, Größe, Wartung) weitgehend ins Hintertreffen geraten, obwohl Leistung und Strahlqualität die anderen Laserstrahlquellen zumeist übertreffen. Der sichtbare Wellenlängenbereich liegt zwischen 400Nm und 700Nm. Unter 400Nm spricht man von ultraviolettem und über 700Nm von infrarotem Licht. Die in der heutigen Lasershowtechnik relevantesten Wellenlängen sind 

- blau (405Nm und 445Nm Dioden, 457Nm und 473Nm DPSS) - je höher bei blau die Wellenlänge ist, desto heller erscheint das Licht

- grün (meist 532Nm DPSS) - die Wellenlänge 555Nm erscheint für das Auge im gesamten Spektrum am hellsten, da sind 532Nm nah dran

- rot (635Nm, 642Nm und 658Nm Dioden, 650Nm und 671Nm DPSS) - je niedriger bei rot die Wellenlänge, desto heller erscheint das Licht

Eine schöne Veranschaulichung des Empfindens der Helligkeit im sichtbaren Spektrum findet man hier.

Aus diesen drei Grundfarben lassen sich durch Mischung alle sichtbaren Farben erzeugen bzw. darstellen. Dazu müssen die Lasermodule, die in den Projektor eingebaut werden, analog modulierbar sein, d.h. sie müssen mehr oder weniger stufenlos heller oder dunkler gestellt werden können, um alle Farbabstufungen möglich zu machen. Im Gegensatz dazu gibt es auch noch preisgünstigere TTL Module, bei denen nur an oder aus möglich ist ohne Helligkeitsabstufungen. Diese werden meist in günstigen Einsteiger-Showlasersystemen verbaut. In vernünftigen Anlagen werden ausschließlich analog modulierbare Module eingesetzt. Hier noch Beispielbilder der drei Hauptgruppen von Lasermodulen:

DPSS-Module (Bildquelle)

Gaslaser (Bildquelle)

Dioden-Modul (Bildquelle)

Beim Kauf eines oder mehrerer Lasermodule für den Bau eines Showlaserprojektors sollte man sich vorher überlegen, wozu der Projektor eingesetzt werden soll. In kleinen Räumen zu Hause für private Lasershows reicht oft eine Gesamtbruttoleistung aller verwendeter Module von ca. 300 bis 500 mW aus. Die Zusammenstellung der Farben sollte nach folgender Faustformel erfolgen: 1 Teil grün, 2 Teile blau und 4 Teile rot. Für einen sinnvollen Einstieg könnte man also mit einem 70 mW grünen Modul, einem 150 mW blauen Modul und einem 300 mW roten Modul starten. Mit diesen Leistungen kann man einen schönen Weißton und damit auch alle anderen Farben mischen. Bei grünen Modulen greift man derzeit noch auf DPSS zurück, da Dioden in grünen Wellenlängen noch kein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bieten bzw. kaum verfügbar sind. Bei roten und blauen Laserstrahlquellen sind Diodenmoule am günstigsten. Diese kann man mit ein wenig technischem Geschick sogar selbst bauen.

 

2. Optische Bauteile

2a) Dichros: Um die zuvor genannten Strahlen zu einem einzigen Strahl zu vereinen, benötigt man sogenannte dichroitische Filter (ugs. Dichros), die jeweils eine Wellenlänge reflektieren, während sie gleichzeitig für andere Wellenlängen durchlässig sind. Hier sagt ein Bild mehr als man mit Worten erklären kann:

(Bildquelle - Link mit weiteren interessanten Infos)

2b) Polwürfel: Weiterhin sind in Laserprojektoren oft sogenannte Strahlteiler (auch Polwürfel) verbaut. Diese können sowohl zum Aufteilen des Strahls einer Wellenlänge als auch zur Zusammenführung zweier Strahlen der gleichen Wellenlänge genutzt werden. Im Prinzip funktionieren diese Würfel nach dem gleichen optischen Prinzip wie die Brillen im 3D-Kino. Da Lichtwellen horizontal und vertikal verlaufen, kann der Strahlteiler Licht entweder in beide Richtungen aufteilen oder horizontal verlaufende Wellen mit vertikalen vereinen. Im 3D-Kino filtert das eine Brillenglas die horizontalen Wellen raus und das andere die vertikalen und so sieht man in jedem Auge ein leicht anderes Bild, welches das Gehirn zu einem 3D-Bild zusammenfügt. So, nun zurück zum Thema.

2c) Spiegel, Linsen und Prismen: In Laserprojektoren befinden sich oft auch noch Spiegel zur Umlenkung von Strahlen sowie Linsen und Prismen zur Strahlformung. Spiegel bedürfen sicherlich keiner Erklärung, während bei den Prismen und Linsen die experimentelle Physik Antworten liefert. Die Grundlagen der Optik von Linsen und Prismen vermittelt sehr schön ein kleines Freeware-Tool, welches man hier vom Anbieter herunterladen kann.

2d) Galvos: Eine Besonderheit unter den optischen Bauteilen in einem Laserprojektor für Showzwecke stellen die Scanner dar. Diese werden auch Galvos genannt, was von dem Wort Galvanometer herrührt. Ein Scanning-System besteht aus zwei elektromechanischen Spulen ähnlich eines Elektromotors, die durch Spannungsänderungen bestimmte Stellungen einnehmen können. Diese dienen zur zielgerichteten Ablenkung des Laserstrahls. An den Achsen sind dazu Ablenkspiegel montiert. Der eine der beiden Spiegel bewirkt eine horizontale Ablenkung des Strahls, während der andere eine vertikale Ablenkung bewirkt. Kombiniert können die Galvos den Strahl auf einer bestimmten Fläche an jeden möglichen Punkt umlenken. Lenkt man den Strahl nun schnell genug hintereinander an verschiedene Punkte dieser Fläche, entsteht durch die Trägheit des menschlichen Auges eine Figur, etwa ein Rechteck. Der Strahl wird  dabei nacheinander zu allen vier Ecken des Rechtecks abgelenkt, ohne ihn zwischendurch auszuschalten und es entsteht der Eindruck, dass ein Rechteck dargestellt wird, wenn die vier Ecken schnell genug hintereinander projeziert werden.Wird das Rechteck öfter als ca. 15 Mal pro Sekunde (ideal 20 bis 25 Mal) wiederholt gescannt, so entsteht wie im Film der Eindruck, dass keine Einzelpunkte mehr wahrgenommen werden, sondern die Figur dauerhaft dargestellt wird.

Hier mal ein Beispielbild von so einem Scanning-System für Laserprojektoren. Genau diese hat slobo auch in meinem Laseprojektor verbaut:

(Bildquelle)

Nun stelle man sich den Fall vor, dass man nicht nur ein Rechteck darstellen will, sondern beispielsweise einen Strand mit Palmen am Wasser. Mit den vier Punkten des Rechtecks kommt man dann verständlicherweise nicht mehr aus. Schnell kommen dann pro Bild mehrere Tausend Punkte zusammen, die alle 15 bis 25 Mal pro Sekunde gescannt werden müssen, damit das Bild flackerfrei dargestellt wird. Eine kleine Rechnung: 1000 Bildpunkte mal 15 Bilder pro Sekunde ergibt 15.000 Punkte, die pro Sekunde dargestellt werden müssen, wenn ein Bild mit 1000 Punkten gut dargestellt werden soll. Daher werden Scanner zumeist mit der Info angeboten, wieviele Punkte maximal pro Sekunde dargestellt werden können. Die Angabe erfolgt im Idealfall in PPS (Points Per Second) oder KPPS (K=1000) - also x Tausend Punkte pro Sekunde. Leider kommt hier ein weiterer Faktor ins Spiel, nämlich der Winkel, den die Galvo-Spiegel das Bild auslenken sollen. Die Bildpunkte liegen bei 1° Auslenkwinkel logischerweise näher aneinander als bei 20° Auslenkwinkel und somit können die Galvos bei 1° mehr Punkte pro Sekunde darstellen als bei 20° - hier hat sich für die Angabe der maximalen PPS eine Gradzahl von 8, also 8° Auslenkwinkel als Referenz zur Angabe der Scan-Geschwindigkeit durchgesetzt, um vergleichbare Bedingngen in den Angeboten von Scnning-Systemen zu schaffen. Achtung: Manche Händler geben die Geschwindigkeit gerne auch bei anderen Auslenkwinkeln an. Hier also genau hinsehen vor dem Kauf und ggf. nachfragen. Die Geschwindigkeit nimmt z.B. von 5° auf 8° um über die Hälfte ab! Also lasst Euch nicht von hohen Zahlen bei geringen Winkeln täuschen. Ideal sind Scanner, die jenseits der 20.000 Punkte pro Sekunde bei 8° schaffen. Für den Einstieg tun es aber welche, die mehr als 10K schaffen. Man unterscheidet zwischen open Loop und closed Loop Scanning-Systemen, wobei open Loop vernachlässigt werden kann und man auf jeden Fall zu closed Loop Scannern greifen sollte. Zu Erklärung hier noch ein Link.

 

3. Elektrische Bauteile

3a) Netzgerät (PSU / Power Supply Unit): Wandelt den 230V Wechselstrom in Gleichstrom um. Benötigt werden für Laserprojektoren meist mehrere Spannungen, wie z.B. 5V und 24V. Oftmals werden in Projektoren auch noch 12V benötigt. Netzgeräte beliefern Bauteile wie Galvos, Laser-Module, Status-LEDs und Lüfter mit Strom. Oft haben Komponenten, wie Laser-Module und in meinem Fall auch die Galvos kombinierte Treiber (Ansteuerungsplatinen) und Netzteile, die direkt an 230V Wechselstrom angeschlossen werden.

3b) ILDA-Eingangsadapter: Diese dienen dazu, das durch den DAC (unter Hardware beschrieben) gewandelte Signal des PC aufzubereiten und auch bei längeren Kabeln das Signal nicht schwächer werden zu lassen. Ein schwächeres Signal kann zu einer dunkleren oder ggf. sogar zu einer fehlerhaten Showausgabe führen. Nutzt man diese Adapter nicht und schließt die ILDA-Schnittstelle direkt an den Galvotreiber an, so spricht man von einer Single-Ended-Verkabelung. Nutzt man die Eingangsadapter, spricht man von differentieller Verkabelung. Dies ist eindeutig von Vorteil, da das Signal nicht nur die Masse als Bezugsquelle hat, sondern beim Eingang erneut geprüt und aufbereitet wird.

3c) Laserkopf- und Scannertreiber: Das sind die "Gehirne" der entsprechenden Komponenten, die das ILDA-Signal und die Ströme verwalten, auswerten und entsprechend umgesetzt die Komponenten dazu bringen, das zu machen, was sie sollen. Mehr dazu ggf. in einem Elektronik-Studium oder auf LaserFreak.net 8-)

3d) Diverse Schalter, Stecker, Lüfter, Sicherungen, Anschluss- und Verbindungsteile: Die wichtigsten zum Projektorbau benötigten Teile sind ein Kaltgeräteanschluss-System mit Entstörfilter und Sicherung, ein Schlüsselschalter sowie eine beliebige Schaltbuchse zum Anschluss eines Not-Aus-Schaltsystems. Im Inneren des Projektors benötigt man noch Klemmen und Steckerchen (je nach Ausführung der anderen Bauteile) sowie einen gehörigen Schuss Verständnis für Elektronik und Elektrik.

Wer es genauer wissen möchte, schaut in dieses PDF-Dokument von Guido, dem Betreiber von mylaserpage.de.

 

Hardware außerhalb des Projektors

1. D/A-Wandler (DAC): DAC steht für Digital-Analog-Converter. Eine PC-Karte oder ein USB-Gerät, welches die digitalen Signale des PC in analoge Signale umwandelt, die der Projektor versteht. Die Signale, die aus dem PC in den DAC und vom DAC in den Projektor fließen, dienen dazu, die im PC erzeugten Lasershows auf dem Projektor als Laserstrahlbilder auszugeben. Dabei wird meistens das ILDA-Protokoll genutzt, welches einen Standard für diese Art des Signals vorgibt. Dabei werden mehrere Informationen getrennt übermittelt, die drei Farben jeweils einzelnd, das Blanking (Helligkeitswerte) und die Koordinaten der Punkte verteilt auf die X- und Y-Achse. Diese Angaben werden für jeden Punkt des gescannten Bildes übertragen und von digital aus dem PC kommend zu analog (projektorseitig) gewandelt.

Es gibt sowohl die Möglichkeit, den DAC direkt im PC als PCI-Karte einzubauen (z.B. Riya PCI Pro) als auch externe USB-Devices (z.B. EasyLase) oder Netzwerk-Devices (z.B. NetLase) zu nutzen. Letztere sind auch für die Benutzung an Notebooks geeignet und erfreuen sich deshalb zunehmender Beliebtheit dank ihrer Flexibilität in der Nutzung. Welches Gerät man benutzt hängt zum einen von der eingestzten Show-Software ab und zum anderen von den individuellen Erfordernissen, die an diese Hardware gestellt werden. Leider ist nicht jeder DAC mit jeder Software kompatibel, sodass man sich vor dem Kauf informieren muss, welche Kombination aus DAC und Software man einsetzen will und kann. Je höher die Übertragungsraten für Farben und Punkte sind, desto feinere Bilder mit mehr Punkten und desto mehr Farbabstufungen können gleichzeitig übertragen werden. Farb- und Rasterübertragungsraten von 8 Bit und höher sind auch für Grafikshows mit vielen Details sehr gut geeignet. Der letztlich begrenzende Faktor wird hier sicher immer das Scanning-System sein, da extrem schnelle auch extrem teuer sind.

2. PC bzw. Showplayer: Um ein Programm nutzen zu können, welches eine Lasershow für einen Projektor abspielen kann, benötigt man einen geeigneten PC oder ein entsprechendes Notebook. Eine Ausnahme bilden sogenannte ILDA-Showplayer, die ILDA-Daten ohne PC direkt aus ihrem Speicher oder einem Speichermedium abspielen können. Im Grunde sind das auch kleine Rechner, die aber eben nur für diese eine Funktion ausgelegt sind. Manche DAC bieten zusätzlich auch die Möglichkeit, Shows ohne PC abzuspielen, z.B. der Flashback 3 von Pangolin. Einen PC ersetzen diese Lösungen aber nur bedingt.

3. ILDA-Kabel: Da die ILDA den Standard schon vor längerer Zeit begründet hat, kommen handelsübliche Sub-D-25 Kabel zum Einsatz, vielen wohl eher als Parallel- oder LPT-Kabel vom Druckeranschluss bekannt. Sind diese Übertragungskabel beim PC längst passé, so reichen sie doch immer noch, um genügend schnell die benötigten Informationen zum Darstellen auch von komplexeren Lasershows zum Projektor zu übermitteln.

 

Ich hoffe, ich konnte Euch damit einen groben Überblick verschaffen, Euer Interesse für die Showlaserei wecken und Euch einen kleinen Einstieg in dieses komplexe Thema ermöglichen. Weiterführende Infos und Erläuterungen können den Verweisen hier und ggf. auch denen auf der LaserLinks-Seite entnommen werden.

 

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