NTBV Empfänger mit LED-Matrix und Laserscanner

Dieser Demonstrationsempfänger ist in der Signalverarbeitung wie der >CRT- und LCD-Empfänger aufgebaut< . Aber die eigentliche Bildausgabe arbeitet mit anderen Bauteilen. Zum Einen mit einer Matrix aus 2048 LEDs und zum Anderen mit einem Laserbeamer.
Ein gemeinsamer FM-Empfänger mit Videoteil liefert Videosignal und Synchron b.z.w. Austastimpulse für den LED- und den Laserzweig des Gerätes.

>Schaltplan im PDF Format<

LED-Display: LED-Arrays werden meist für Großflächendisplays verwendet. So hat z.B. die Allianzarena in München eine Videoleinwand mit 200 Quadratmetern Fläche. Der Abstand der einzelnen Leuchtdioden beträgt 6mm. Die gesamte Anzahl der LEDs liegt bei etwa 5,5 Millionen. Die Betriebswerte sind dem Verfasser nicht bekannt. Aber wenn man nur mit 1mA Strom pro Diode rechnet wäre der Gesamtstrom schon
5 Kiloampere bei einem hellen Bild. Das sind schon gigantische Werte.

Das hier verwendete Display hat 2048 LEDs und kommt mit etwa 2 Ampere aus. Das LED-Display funktioniert in etwa wie das LCD-Display. Nur werden hier keine Bildpunkte auf dem LCD-Bildschirm angesteuert sondern die einzelnen LEDs auf einer Matrix. Die verwendete Matrix hat 64 x 32 einzelne LEDs. Im Gegensatz zum LCD-Display besitzt die Matrix keinen eigenen Controller, dessen Aufgabe muß von einem externen Prozessor übernommen werden.
Für einen schnellen Bildaufbau muß auch dieser Controller sehr schnell sein. Hier wird ein Teensy 4.1 Modul verwendet das mit einer Taktfrequenz von immerhin 400 MHz arbeitet.
Für die Ansteuerung haben schlaue Leute Software-Module entwickelt die aber nur mit bestimmten Shields arbeiten. Da die Programme offenbar für den Teensy 4.0 entwickelt wurden der wesentlich weniger IO-Pins wie der 4.1 hat werden einzelne IO-Pins für mehere Signale verwendet. Das geschieht mittels einer Zwischenspeicherung in einem Latch (74LS374). Zugleich wird auch der Logigpegel von 3,3V auf 5V umgesetzt. Manche LED-Displays benötigen 5V Pegel an den Eingängen.
Die Steuerplatine mit dem Teeensy sitzt auf der Rückseite des Displays.
Die Versorgungsspannung der Platine beträgt 12V. Mittels eines Step-Down-Converters werden daraus 5V für das Display gewonnen. Der Teensy und die Schaltkreise der Ansteuerung werden über einen Festspannungsregler mit 5V versorgt. Die Aufbereitung des Videosignals geschieht an anderer Stelle von der dem Teensy das verstärkte Videosignal, der Zeilenimpuls und der Bildimpuls zugeführt werden.

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Laserscanner:

Der Laserbeamer arbeitet nach dem selben Prinzip wie das CRT-Display. Nur wird hier statt des Elektronenstrahl in der Bildröhre ein Laserstrahl abgelenkt und beleuchtet eine Projektionsfläche mit einem Raster wie der Elektronenstrahl den fluorezierenden Bildschirm der Röhre.
Die Ablenkung des Laserstrahls geschieht am einfachsten mit bewegten Spiegeln. Bei Galvanoscannern sitzen diese Spiegel auf Achsen die durch ein Magnetfeld gedreht werden, ähnlich wie in einem Drehspul- oder Dreheiseninstrument. Bei den besseren Ausführungen wird die Drehung durch Sensoren gemessen und mit einer Regelschaltung dem Eingangssignal nachgeführt. Die Scanner können auf Grund der kleinen Masse ziemlich schnell sein. Und die im NBTV-Format vorkommenden Ablenkfrequenzen 400 Hz und 12,5 Hz sind gut beherschbar. Es gibt für diese Scanner neben wissentschaftlichen und industriellen Anwendungen einen großen Markt im Bereich von Bühnenshows. Das ist wohl der Grund weshalb diese Teile heutzutage relativ billig zu bekommen sind.
Der hier verwendete Scanner mit Spiegeln, fertig für zwei Achsen montiert, mit Treiberelektronik und Netzteil ist für etwas über 100€ zu bekommen.

Der Scannertreiber erhält seine Sägezahn-Signale für die horizontale und vertikale Ablenkung vom der >Videoplatine<. Ebenfalls von dieser Platine kommen das Video- und die Austastsignale für den Lasertreiber.

Der Laser ist ein blauer Diodenlaser (450 nm) mit Fokussieroptik. Um ein helles Bild zu bekommen darf der Laser nicht zu schwach sein, da die Intensität des Strahls über eine größere Fläche gescannt wird. Das hier verwendete, gerade vorhandene, Modul, hat laut Hersteller eine Leistung von 3,5 Watt. Das ist nun doch etwas zuviel aber natürlich ist es sehr einfach die Leistung zu erniedrigen. Die mitgelieferte Treiberplatine war trotz Modulationseingang völlig ungeeignet. Deshalb wurde eine eigene Treiberschaltung gebaut die im Wesentlichen aus einer gesteuerten Stromquelle besteht.
Die Scannereinheit ist direkt vor dem Laser positioniert. Um bei kleinen Scanwinkeln trotzdem ein einigermaßen großes Bild zu bekommen ist der Strahlengang bis zur Mattscheibe mit zwei Spiegeln mehrfach geknickt. Der zweite Spiegel besteht nur aus einer Glasscheibe und hat deshalb nur eine geringe Reflektion sodass ein Großteil des Licht für eine Projektion an der Wand zur Verfügung steht.

Lasereinheit mit Scanner (mit altem Lasertreiber)

Der Strahlengang des Laserprojektors.

Die Mattscheibe wurde mit einer Haube verkleidet um seitliches Störlicht ab zu schwächen. Durch diese Maßnahme kann der Kontrast des Bildes erhöht werden.

Das auf eine Wand projektierte Bild. Leider ist die Kamera nicht in der Lage den visuellen Eindruck richtig wieder zu geben. Nach den Erfahrungen des Verfassers haben Kameras mit monochromatischem Licht Probleme sodass die Farben von Laserstrahlen selten dem entsprechen was man mit dem Auge sieht. Das mag an den Pixelfiltern liegen die möglicherweise einen anderen Verlauf haben wie die farbempfindlichen Zäpfchen im Auge.