PDA

Επιστροφή στο Forum : Laser shows μα πώς διάολο λειτουργούν??



leosedf
30-03-11, 01:50
Είναι ένα σύστημα σάρωσης άξονα χ, ψ πολυχρωματικής δέσμης με blanking control που παράγει αυτό…
http://www.laserfx.com/Works/Chronology_20.jpg

Χμμχμ λάθος, ξανά από την αρχή..
Πρίν ξεκινήσουμε να σημειώσουμε ότι δεν θα ασχοληθούμε με τον τρόπο λειτουργίας των κεφαλών αερίου η laser στερεάς κατάστασης. Ίσως σε άλλο θέμα.

Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από μια μίξη υπολογιστών, αναλογικών και ψηφιακών ηλεκτρονικών μαζί με μηχανικά μέρη (και ιδιαίτερα ακριβά) για να επιτευχθεί το αποτέλεσμα που βλέπουμε, όταν λέμε laser show projector ενοούμε κάτι παραπάνω από αυτό το σπιρογράφο που βλέπουμε στο εμπόριο με 20 ευρώ.

Το βασικό διάγραμμα είναι αυτό:
http://img228.imageshack.us/img228/4553/image1s.gif


Αρχικά έχουμε την κεφαλή laser η οποία μπορεί να είναι μονοχρωματική (πχ NeHe αερίου) με ένα μήκος κύμματος εξόδου (κόκκινο πχ) ή πολυχρωματική (Argon laser) η οποία μπορεί στην ίδια δέσμη να περιέχει πολλά μήκη κύμματος(κόκκινο, κίτρινο, πράσινο μπλέ κλπ). Να σημειώσουμε ότι τα laser στερεάς κατάστασης (solid state lasers, διοδικά laser) δεν είναι πολυχρωματικά και εκεί χρησιμοποιείται μια παρόμοια μέθοδος μίξης χρωμάτων στην περίπτωση που θέλουμε περισσότερα από ένα χρώματα. Αυτό θα το αναλύσουμε σε άλλο μέρος.
Μετά έχουμε τον διαμορφωτή(modulator), αυτό μπορεί να είναι ένα μηχανικό εξάρτημα το οποίο με έναν κινητήρα διακόπτει την δέσμη ανα διαστήματα (blanking) που χρειάζεται ή μπορεί να είναι ένα ενεργό εξάρτημα από το οποίο μέσα περνάει η δέσμη και διακόπτεται σαφώς πιο γρήγορα.
Ανάλογα με τον διαμορφωτή μας μπορούμε να επιλέξουμε και ποια μήκη κύμματος θα περάσουν από την έξοδο. Κάπως έτσι οι projectors επιλέγουν πιο χρώμα θα βγεί προς τα έξω. Οι απλοί μηχανικοί δεν έχουν την δυνατότητα επιλογής αλλα μόνο διακοπής της δέσμης.
Αυτό το εξάρτημα ονομάζεται PCAOM (Poly Chromatic Acousto-Optic Modulator) και είναι στην ουσία ένας κρύσταλλος (quartz) που ελέγχεται από ένα ηλεκτρόδιο που εισάγει συχνότητα RF. Από την μια πλευρά του κρυστάλλου η δέσμη μπαίνει και από την άλλη βγαίνει. Η συχνότητα είναι στην ουσία που επιλέγει ποιο μήκος κύμματος θα περάσει από την άλλη μεριά, τα κυκλώματα ελέγχου είναι πλακέτες που ανάλογα με το ποια ψηφιακή είσοδος είναι ενεργή βγάζουν RF σήμα προς τον PCAOM. Τέτοιοι κρυστάλλοι συνήθως όταν αγοράζονται υπάρχεί και η ανάλογη διαθεσιμότητα καναλιών, ο πιο απλός είναι με ένα κανάλι που σημαίνει ότι διακόπτει μόνο ένα μήκος κύμματος (πχ κόκκινο) και χρησιμοποιείται σε μονοχρωματικά projectors. Υπάρχουν διαθέσιμοι με 4 και 8 κανάλια ώστε να μπορεί να επιλέγει 8 διαφορετικά μήκη κύμματος η και συνδιασμό αυτών.
Ο άλλος ταυτόχρονος ρόλος των PCAOM είναι και το blanking control, το διαδοχικό σβήσιμο της δέσμης δηλαδή που θα αναλύσουμε σε λίγο τι είναι.
ΟΙ PCAOM κρύσταλλοι είναι η νεότερη, γρηγορότερη τεχνολογία που υπάρχει γι αυτό το σκοπό, όλοι οι καλοί projectors περιέχουν έναν τέτοιο. Είναι ο αποτελεσματικότερος τρόπος επιλογής χρώματος και blanking με ταχύτητες μS. Το κακό είναι ότι στην καλύτερη κοστίζει από 800 έως 2500 ευρώ. Ενδεικτικά ένα σύστημα με 8 κανάλια και intensity control σε κάθε κανάλι μπορεί να αποδώσει μέχρι 18.7 εκατομμύρια χρώματα από μια και μοναδική πολυχρωματική δέσμη.

Από κάτω βλέπουμε τα κυκλώματα ελέγχου τα οποία απότελούνται από αναλογικούς ενισχυτές με μεγάλες ταχύτητες ανόδου, κυκλώματα εισόδου από τον υπολογιστή και έλεγχο θέσης της θέσμης καθώς και πολλά κυκλώματα ασφαλείας.
Το σήμα εισόδου ελέγχου αποτελείται από αναλογικές κυμματομορφές για το σήμα χ,ψ της δέσμης, αναλογικό σήμα πχ 0-10V για τον έλεγχο της έντασης της δέσμης και ψηφιακές εισόδους που χρησιμοποιούνται για το blanking και επιλογή χρωμάτων.
Τα κυκλώματα ασφαλείας είναι πολύ σημαντικά για δυό λόγους, ο ένας είναι η προστασία των συστατικών του μηχανήματος και ο δεύτερος και πιο σημαντικός η προστασία του κοινού.
Ακούγεται ηλίθιο αλλα στην περίπτωση που χαλάσει ο έλεγχος της δέσμης (είτε μηχανικός είτε κάποιο κύκλωμα κλπ) η δέσμη θα μείνει σταθερή σε ένα σημείο. Αυτό μπορεί να είναι παιχνίδι στο σπίτι αλλά σε ένα επαγγελματικό σύστημα 1-2-5-10Watt το να φάει κάποιος θεατής στα μούτρα 10βάττ laser δεν είναι και ότι καλύτερο για τα μάτια, Στην καλύτερη να τυφλωθεί μερικώς ή ολοκληρωτικά και είναι μη αναστρέψιμο. Γι αυτή την περίπτωση υπάρχει κύκλωμα που κοιτάει αν η δέσμη έχει μείνει σταθερή ενώ δεν έπρεπε και κόβει τη δέσμη και το laser.
Ο υπολογιστής που παράγει τα σήματα είτε περιέχει επαγγελματική κάρτα όπως της pangolin http://www.pangolin.com/LD2000/QM2000NET.htm ή διάφορα άλλα interfaces που κυκλοφορούν στο εμπόριο. Το interface επηρεάζει κατά πολύ την ποιότητα εικόνας του projector.
Πολλές ερασιτεχνικές κατασκευές στο σπίτι χρησιμοποιούν την κάρτα ήχου του υπολογιστή για να παρέχουν το σήμα χ,ψ και την παράλληλη θύρα η την game port για να παρέχουν τα ψηφιακά σήματα. Βέβαια οι χαμηλού κόστους λύσεις παρέχουν και χαμηλής ποιότητας αποτέλεσμα στην σάρωση.

Στο τέλος του βασικού μας διαγράμματος έχουμε το σύστημα σάρωσης χ,ψ το οποίο αποτελείτε από 2 καθρέφτες (όχι αυτός που κοιτάζεσαι κάθε μέρα).
Στην ουσία το σύστημα αντιγράφει εμάς τους ίδίους όπως όταν παίζουμε με ένα laser pointer και κάνουμε σχηματάκια.
Η διαφορά είναι ότι το ανθρώπινο χέρι μπορεί να κινεί τη δέσμη σε 2-3 το πολύ σημεία το δευτερόλεπτο, το σύστημα σάρωσης από την άλλη σε έναν καλό projector φτάνει τα 60.000pps (points per second). Έτσι δημιουργεί τα σχήματα που βλέπουμε, έτσι επίσης μπορεί να σαρώσει και εικόνα σαν κανονικός projector. Ανάλογα με τα χρώματα που μπορεί να αποδώσει το σύστημα φυσικά.
19436

Οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται βασίζονται στην λειτουργεία των αναλογικών VU Meters, Όπως και στα VU meter η βελόνα κινείται από ένα πηνίο μέσα σε μόνιμο μαγνητικό πεδίο έτσι και ακριβώς αυτοί οι κινητήρες είναι πιο στιβαροί και γρήγοροι στις κινήσεις.
19439
Στον άξονα τους κάθεται ο καθρέφτης και οι μεγαλύτερες γωνίες που αναπτύσσει είναι 2 έως 10 μοίρες το πολύ (δηλαδή δεν γυρίζουν σαν ανεμιστήρες). Αυτοί οι κινητήρες συνήθως ονομάζονται galvanometer scanners η πιο σύντομα galvos.
19437

Υπάρχουν δυό βασικοί τύποι galvos, οι open loop (ανοιχτού βρόγχου) και οι closed loop(κλειστού βρόγχου).
Τα closed loop galvos είναι κινητήρες χωρίς ανάδραση, δηλαδή οδηγούμε το κύκλωμα ενίσχυσης και αυτό με τη σειρά του δινει σήμα στο galvo ώστε να κινηθεί, σε αυτή την περίπτωση όμως δίνουμε σήμα και υποθέτουμε ότι ο κινητήρας θα κινηθεί προς το επιλεγμένο σημείο, δεν υπάρχει τρόπος να ξέρουμε πού ακριβώς είναι ο καθρέφτης κάθε στιγμή. Αυτό καθιστά λιγότερο ακριβές το σύστημα και συνήθως δεν μπορεί να φτάσει πάνω από τα 20.000pps, τα σχήματα επίσης δεν είναι τόσο ακριβείας.
http://img97.imageshack.us/img97/2816/openloopscanner.gif

Τα closed loop galvos (κλειστού βρόγχου) είναι και οι καλύτεροι για επαγγελματικό σύστημα καθώς περιέχουν ανάδραση. Με άλλα λόγια έλεγχο θέσης του καθρέφτη έτσι ανα πάσα στιγμή ο ενισχυτής που οδηγεί το galvo γνωρίζει τη θέση του καθρέφτη και αν είναι καλός ενισχυτής παρέχει και position correction, δηλαδή διόρθωση της θέσης του καθρέφτη. Οι κινήσεις του καθρέφτη γίνονται με κλάσματα του χιλιοστού και τα κυκλώματα πρέπει να είναι ταχύτατα στην αντίδραση τους. Τα συστήματα αυτά ανάλογα με το κόστος (ποιότητα) φτάνουν και τα 60.000pps.
http://img695.imageshack.us/img695/3056/closedloopscanner.gif

Όλο το σύστημα στηρίζεται σε κατασκευή αλουμινίου και τα galvos τοποθετούνται υπο γωνία και έτσι ο κάθε κινητήρας ελέγχει τη δέσμη ως προς το χ και το ψ.
19435


Τωρα, ο σχεδιασμός από την κεφαλή χ,ψ ξεκινάει από ένα σημείο και ζωγραφίζει έναν κύκλο πχ μετά πάει σε έναν δεύτερο κύκλο ώστε να ζωγραφίσει δύο κύκλους, αυτό το κάνει συνέχεια αρκετές φορές το δευτερόλεπτο ώστε να ξεγελά το μάτι. Ζωγραφίζει έναν κύκλο και η δέσμη μετά πάει και ζωγραφίζει έναν δεύτερο κύκλο παραδίπλα, έτσι το μάτι βλέπει σταθερά δυό κύκλους. Σωστά? No no!
Το πρόβλημα είναι ότι μεταξύ των δυό κύκλων μεσολαβεί η μετάβαση, δηλαδή η μετακίνηση από τον έναν κύκλο στον άλλο θα υπάρχει μια γραμμή που θα ενώνει τους δύο κύκλους. Αυτό που θα φένεται τελικά είναι δυό κύκλοι ενωμένοι με μια γραμμή. Εκεί είναι που μεσολαβεί το blanking η διαδοχική διακοπή της δέσμης ώστε να μην είναι ορατή ανάμεσα στους κύκλους. Με άλλα λόγια ο projector ζωγραφίζει έναν κύκλο, σβήνει τη δέσμη, πάει δίπλα και ξαναζωγραφίζει πάλι έναν κύκλο. Αυτό το κάνει αρκετές φορές το δευτερόλεπτο με αποτέλεσμα το ανθρώπινο μάτι να βλέπει δυο ξεχωριστούς κύκλους. Και ένα παράδειγμα με γράμματα, στην πάνω μεριά είναι χωρίς blanking και στην κάτω με blanking. Μεγάλο πλεονέκτημα η συγκεκριμένη λειτουργία.
http://img835.imageshack.us/img835/4809/blanking.gif


Ταυτόχρονα με το blanking και παρουσία ενός PCAOM (ο οποίος παίζει και το ρόλο blanking) η δέσμη μπορεί να αλλάζει και συνεχώς χρώματα με αποτέλεσμα ένα γράμμα να είναι μπλέ, το άλλο κόκκινο, το άλλο κιτρινό κλπ κλπ.
Κάπως έτσι εμφανίζονται και αυτά. (όχι τα πιπίνια, τα από πίσω)
1944019438

Αυτά ήταν μια εισαγωγή, ελπίζω να ανεβάσω και άλλα σε δεύτερο μέρος οπου θα εξηγεί και άλλα τμήματα και λειτουργίες.

Μπορείτε επίσης να δείτε
www.laserfx.com
www.medialas.com
www.pangolin.com
www.pcaom.com
Και άλλα πολλά μέσω google χρησιμοποιώντας λέξεις απο εδώ.