자작 레이저 프로젝터

레이저 프로젝터를 구성하는 가장 기본적인 방법은 특정 XY각도로 레이저를 보낼 수 있도록 X-Y 스캐너를 구성하는 방법이다.

레이저 프로젝터는 최소 3개의 축으로 구성되는데, 기본적으로 필요한 축은
1. X 굴절기
2. Y 굴절기
3. 레이저 블로커(가스 레이저의 경우 레이저의 출력을 빠른 시간내에 변경하기 힘들기 때문에, 레이저 앞에 블로커를 설치하여 레이저 프로젝션을 일시적으로 중단할 수 있다.)

와 같은 축이 기본적으로 필요하고 추가적인 이펙트를 위해 빔 스위치를 통해 별도 이펙트를 구현 가능하다.

 

레이저 프로젝터의 빠른 구동을 위해 XY스캐너는 갈바노미터(Galvanometer)로 구성된다.

 

갈바노미터

 

갈바노미터라고 하면 도대체 이게 무엇인지 모르는 사람들이 많지만, 간단한 예를 들면 아날로그 전압계나 전류계를 예로 들면 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 갈바노미터는 전류로 위치(회전 정도)를 제어할 수 있는 기구이다. 회전을 빨리 하기 위해서는 (당연하게도) 움직이는 구동부의 질량이 작아야 한다. 갈바노미터는 제어 원리에 따라 크게 2가지 구조를 가질 수 있다.

1. 개방루프 갈바노미터
   
   위에서 언급한 전압계와 같이 봉에 미리 스프링(torsion-rod spring)이 걸려있고, 유도 코일에 전류가 흐름에 따라 이 스프링에 힘을 이기고 봉이 회전하는 구조이다. 이러한 개방루프 제어의 경우 실제 위치가 어느정도인지 초기 설계 시 예측만 할 수 있을 뿐이고, 사용 중 외부 요인에 따라 전류에 따른 회전 정도가 달라질 수 있다. 또한, 제어는 단방향(스프링의 반대방향)으로만 제어가 되고 다시 원래대로 돌아가는 힘은 전적으로 스프링에 기대하게 되므로 제어 속도가 스프링에 의존적이다. (제어 속도를 올리기 위해 스프링의 텐션을 강하게 한다면, 전류가 그만큼 더 필요하다.)
   
2. 폐쇄루프 갈바노미터
   
   폐쇄루프 제어를 하기 위해서는 현재 봉의 실제 위치를 측정할 수 있어야 피드백 제어가 가능하다. 원문에서는 광학, 자기, 정전용량 방식의 위치 감지기가 구현 가능하다고 말하고 있으며, 실제 구현에서는 정전용량방식의 위치 감지기를 사용했다고 이야기하고 있다.
   
   
   위 부분에 대한 설명은 전자기학적 지식을 필요로 하기 때문에 원문을 그대로 싣는다.

The schematic shown in Figure 4a, a DC component indicated with arrows is generated, and open the DC current path as shown in Figure 4b, the rectified DC component will able to be detected by the galvanometer(G). In fact the capacitance change is very small and it will not able to be detected stably due to parasitic capacitance and any interference. Figure 4c shows the schematic used for practical design, two differential electrodes and diodes are joined in opposite polarity each other. Sum of the rectified currents becomes difference between them, any factor affects accuracy can be canceled and it can be detected stably. In this figure, when the moving electrode moves to left, positive voltage will appear at the Vo, and vice versa. The position detector built in this project changes the difference capacitance only several pF in full scale (90° mechanical deflection), and a sufficient output voltage change could be got.

 

갈바노미터 설명과, 서보 제어 알고리즘은 원분에 자세히 설명되어 있다. 대략적으로 위에 설명된 구조에 PD 폐쇄루프 제어를 통하여 구성하였다는 내용이다.

출처 : http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html