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Experimenteller LASER-Pointer-Fernseher

Einen "Prinzip-Fernseher" wollte ich schon immer mal konstruieren. Nicht das perfekte, sondern ein rein zum Experimentieren gedachtes Gerät war hier das Ziel - auch volle Auflösung kein Muss. Er sollte mit Transistoren aufgebaut sein, keine teuren Komponenten benötigen und ohne Vakuum, Hochspannung, Pixel-Matrix auskommen. LASER-Pointer sind mittlerweile recht billig geworden.

Sollte da nicht etwas mit bewegten Spiegeln zu machen sein?

Eine Internet-Suche bringt Beispiele realisierter Bauformen zutage unter dem Begriff "mechanisches Fernsehen": Spiegelrad Weiller (1889), Spiegelschraube Okolicsanyi (1927), Spiegelkranz Mihaly (1933), Schneider TV (1993).


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Das Ergebnis

LASER-Pointer-TV - Displaybild

Breite * Höhe = ca. (9 cm * 7 cm)
Das eigentliche Display besteht aus einer Diffusionsfolie aus einem Notebook-Display.

Wenn man den Raum abdunkelt,
kann man fernsehen.

Der Lichtstrahl eines LASER-Pointers erzeugt das Bild, indem dieser mit der Helligkeitsinformation aus dem Videosignal moduliert und durch bewegte Spiegel vertikal und horizontal abgelenkt wird. Dies ist vergleichbar mit der Bilderzeugung beim Röhrenfernseher durch Modulation und Ablenkung des Elektronenstrahls.



Der Gesamt-Aufbau

LASER-Pointer-TV

Raumbedarf des Aufbaus: Breite * Tiefe * Höhe = 120 cm * 50 cm * 50 cm
Abstand LASER-Drucker-Polygonspiegel <-> Spiegeltrommel : ca. 35 cm
Winkel des Polygonspiegels zur Waagerechten: ca. 30°
Abstand Spiegeltrommel - Displayfolie: ca. 5 cm


Verwendete Teile:

- Diffusionsfolie aus einem Notebook-Display
- Motor mit Polygonspiegel aus einer Drucker-LASER-Einheit
- Schrittmotor aus einem Drucker
- Festplattenmotor als Lager und Sensor
- Antriebslager aus Floppylaufwerk
- LASER-Pointer
- diskrete Elektronikbausteine
- 17,5er Kalksandstein :-)

Was mich sehr freut:

Beim Heise-Wettbewerb "Mach flott den Schrott" 2011 hat dieses LASER-Pointer-TV einen zweiten Platz erreicht in der Kategorie Umsetzung und einen vierten in Originalität. ( LPTV bei Heise Hardware Hacks )


To the Roots - Anschalten, Hochfahren und Zuschalten des Synchronsignals

- Nach dem Anschalten läuft der Motor für die vertikale Ablenkung an und geht selbstständig in den Synchronlauf (250 RPM).
- Der Motor für die horizontale Ablenkung läuft kurz nach dem Einschalten mit einer konstanten, geringen Drehzahl - wenn nicht, hilft gefühlvolles Anstoßen. Dann ist er zum Hochfahren bereit.
- Durch das Schließen eines weiteren Schalters wird der Motor für die horizontale Ablenkung in die Nähe des Fangbereichs hochgefahren. Die Geschwindigkeitszunahme (Laden eines Kondensators) ist so bemessen, dass der Motor dem immer schneller werdenden Drehfeld noch folgen kann.
- Wenn der Motor warmgelaufen ist, dreht man ihn mit einem Potentiometer in den Fangbereich. Dann kann das Horizontal-Synchronsignal zugeschaltet werden. Der Motor schwingt sich ein (Drehzahl = 19531.25 RPM), und das Bild kommt zum Stehen (Wie ruhig das Bild ist, hängt unter anderem davon ab, ob der Motor die Betriebstemperatur erreicht hat, wie gut die Controllerfrequenz im Synchron-Bereich liegt, u.a. ...)


Let's do Retronik (Retro-Elektronik)

Alle Schaltungen sind diskret realisiert (nur Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren und Spulen). Auch sind diese nicht mit Platinen aufgebaut, sondern die einzelnen Bauteile sind mit verzinktem Draht - dieser ist gut lötbar - verbunden, und zwar so, dass jede Schaltung einem gezeichneten Schaltbild sehr nahe kommt. Die Absicht: Stromverläufe bzw. Spannungszusammenhänge können so sehr gut überschaut und auch einzelne Bauteile leicht ab- und angelötet werden. Es geht eben nicht um Perfektion, sondern ausdrücklich um die größtmögliche Bastelfreiheit.
Eine weitere Herausforderung war, für jede der hier enthaltenen Aufgabenstellungen die einfachste noch funktionierende Lösung zu finden - mit so wenig Bauteilen wie irgend möglich. Dadurch kommt jede Schaltung jeweils auch einer Prinzipschaltung so nahe, wie es nur geht, was dem Verständnis sehr und der Experimentierfreudigkeit sowieso entgegenkommt. Dementsprechend auch wurden nur zwei Transistortypen verwendet, die Komplementärpaare BC547B/BC557B und TIP120/TIP125.


Die Komponenten


LASER-Pointer-TV - LASER Diode Halterung

Billig-LASER-Pointer (rot)
Befestigung dreh- sowie höhenverstellbar
1 LASER-Pointer -> 1/8 Auflösung vertikal

Optional: Erhöhung der Auflösung und Intensität durch Verwendung mehrerer LASER-Pointer, im 120° -Kreisbogen je um 15° versetzt: 2 LASER-Pointer -> 1/4 Auflösung vertikal 8 LASER-Pointer -> volle Auflösung vertikal

Die einzelnen LASER-Pointer so zu justieren, dass alle Zeilen richtig liegen, erfordert allerdings viel "Fingerspitzengefühl". Eine entsprechende feinmechanische Unterstützung zu konstruieren ist eine interessante Aufgabe schon für sich. Für den Anfang empfiehlt sich jedenfalls erstmal das Handling mit einem LASER-Pointer.


LASER Diode - Controller

LASER-Pointer-TV - Videoverstärker

Video-Signal -> gelbe Leitung links
Kontrasteinstellung: Poti Mitte links
Helligkeitssteller für zwei LASER- Pointer



Horizontalablenkung - Motor und Spiegel

LASER-Pointer-TV - Horizontalablenkung - PolygonSpiegelMotor

Motor mit Polygon-Spiegel (6-seitiges Prisma) aus Drucker-LASER-Einheit
Elektronik entfernt, da nicht benötigt



Vertikalablenkung - Spiegel

LASER-Pointer-TV - Vertikalablenkung - Spiegeltrommel

Trommel mit 12 Spiegeln (12-seitiges Prisma) - Eigenbau
Länge 9 cm, Durchmesser 6 cm
Lagerung rechts: Antriebslager aus Floppylaufwerk
Lagerung links: Festplattenmotor und gleichzeitig Sensor.

Die Anschlüsse des Festplattenmotors liefern, da er hier Generator spielt, Informationen über z.B. Drehzahl, Laufruhe oder die Synchronität mit dem Videosignal - am Oszilloskop schön anzuschauen.



Horizontalablenkung - Controller

LASER-Pointer-TV - Horizontalablenkung - Steuerung

(1) Video-Signal - graue Leitung oben links, Horiz.-Sync.-Separator, Sync.-Zuschalter, Rechteckoszillator, Binärzähler
(2) Dekoder
(3) H-Brücke
(4) Zuschaltung-Hochfahr-Kondensator und Drehzahl-Feintuning



Vertikalablenkung - Antrieb

LASER-Pointer-TV - Vertkalablenkung - Antrieb

Schrittmotor aus Drucker
Mikroschrittbetrieb (Sin./Cos.) mit Phasenschieber
Indirekte mechanische Kopplung mit Schraubenfeder



Vertikalablenkung - Controller

LASER-Pointer-TV - Vertikalablenkung - Steuerung

Video-Signal -> rote Klemme ganz links
Vert.-Sync.-Separator, Multivibrator, Impulsformer, Gegentaktverstärker



Ein Grazer Physik-Lehrer hat das LASER-Pointer-TV bereits erfolgreich nachgebaut (mit Unterstützung meinerseits).
Posting im Forum von www.laserfreak.net . Ein Könner seines Fachs - mit Herz und Idealismus. Klasse.




Optional: Zylinderlinse für größeres Bild

Eine Abstandsvergrößerung zwischen Displayfolie und Trommel ergibt ein größeres Bild. Hierbei muss allerdings das Höhen-Breitenverhältnis durch eine Zylinderlinse angepasst werden. Da der LASER-Strahl durch die Zylinderlinse eine Konvergenz erfährt, entsteht für ihn hinter der Linse ein Focus. Der Maximalabstand (=maximale Bildgröße) liegt damit im Focus des LASER-Pointer-Strahls, in größerem Abstand wird das Bild unscharf. Beeinflussen lässt sich die Focuslage durch Verstellen des Kollimators im LASER-Pointer. Ein Kompromiss zwischen Bildschärfe und Bildgröße ergibt etwa eine 1.5-fache bis maximal doppelte Größe des Bildes unter "Das Ergebnis".


LASER-Pointer-TV - Zylinderlinse

Die Zylinderlinse ist mit Wasser gefüllt.
Dicke ca. 4 cm, Höhe ca. 8 cm
Plane Seite aus Plexiglas
Gekrümmte Seite aus Radierfolie
Dichtungsmittel: Silikon

Die Radierfolie wird von Aluminiumbändern in Form gehalten. Die Form (Ellipse) ist per Näherungsrechnung ermittelt. Die Bänder sind handgebogen - ein Ausdruck der Ellipsenform diente dabei als Vorlage.



P.S.: Auf der Heise-Hardware-Hacks-Seite zum LASER-Pointer-TV ist das dort zum Download angebotene PDF leider nicht mehr aufrufbar. Dafür ist sein Inhalt mit in diese Seite eingeflossen und somit wieder zugänglich.

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Zimmermann@Biologie.Uni-Osnabrueck.De