sivulogo.png

Diodeista valoa


Käyttämällä diodipohjaista, eli puolijohdelaser-, RED/GREEN/BLUE, 0-100% himmennettävää lasertekniikaa, sekä ILDA ohjausta, on projektoreissa käytettävissä periaatteessa 16 miljoonaa väriä. Lasereiden väritasapainot vaihtelevat kuitenkin suuresti valmistajasta ja käytettävistä valolähteistä, sekä niiden tehoista riippuen.  Videolla esimerkki yhdestä Laserwavesin projektorista.



Sekoittamalla punaista, vihreää ja sinistä värisävyä saadaan aluksi tämän näköinen värikartta. Lisää sävyjä saadaan aikaiseksi kun värisekoituksen suhteita muuntaa. Laserlaitteissa optimaalinen väritasapaino saavutetaan väritehokaavalla R/G/B = 1/1/2. Jokaisella valon värillä on oma säteilyn aallonpituutensa. Värit ihminen erottaa eri pintojen aiheuttamasta säteilyn kimpoamisesta, joka tapahtuu eri taajuuksilla. Laser tuottaa vain sille suunniteltua valon taajuutta. Näkyvän valon lisäksi esimerkiksi auringon säteily sisältää vaarallisia sähkömagneettisen lajin gamma, uv, ja röntgen aaltoja. 

Mitä laser on? Laser on yksinkertaisesti kohdistettua ja kerrostettua yhden aallonpituuden säteilyä, jossa kaikki valoaallot ovat samassa vaiheessa ja polarisaatiossa. Lasershow-projektoreissa käytettävät aallonpituudet on valittu RGB värikartan mukaisesti. Puolijohdelaserin väri määräytyy siinä käytettävästä väliaineesta.


Vähimmällä energialla ihmis-silmälle näkyvän yksittäisen laserin väri on vihreä.  Aikaisemmin, ennen puolijohdelasereiden kehittymistä, vihreä väri toteutettiin hitaalla, ei himmennettävällä ja herkemmällä DPSS lasertekniikalla, jota oli myös välillä hankala saada toimimaan kylmässä ulkoilmassa. Tässä metodissa  syntyvä valo on periaatteessa infrapunaa ~808nm, mutta se ns. suodatetaan ja jäljelle jää vihreä ~532-535nm aallonpituus. Suodatuksella on mahdollista saavuttaa myös muita värisävyjä. Nykyisin vihreän sävynä suositaan hiukan kellertävämpää / näkyvämpää ~520nm aallonpituutta ja se toteutetaan kalliilla dioditekniikalla. Tällä hetkellä yksittäisen 520nm diodin jatkuvat tehot pyörivät noin 1W lukemissa ja yksi tällainen puolikaan tulitikun kokoinen diodi maksaa uutena n. 500 euroa. Saman tehoinen laser toteutettuna DPSS-tekniikalla maksaa silti jopa tuplaten. Punainen (635-680nm) on yksi yleisimmistä ja käytännössä halvimmista laser-säteilyn olomuodoista. Se voidaan toteuttaa monilla eri metodeilla ja kiitettävä näkyvyys saavutetaan jo varsin vähällä energialla. Sininen (~445-450nm) on teho/näkyvyys/hinta suhteeltaan edullisin diodi. Tämä on sallinnut halvoille laserprojektorivalmistajille kyvyn kilpailla suuremmissa teholuokissa. Ikävä kyllä teho ei ole määrite laadukkaille RGB-projektoreille. Liian suuritehoinen sininen vääristää koko väritasapainon ja aiheuttaa automaattisesti kauniin valkoisen värin puuttumisen ja korvautumisen violetilla/pinkillä. Värisävynä sininen on melko usein käytössä pienemmissä dioditekniikkaa käyttävissä laserleikkaus/merkkaus-koneissa.. Sen heijastama valo pureutuu helpoiten tummiinkin pintoihin aiheuttaen tehokkaasti polttoleikkausta.



Kuvassa MediaLas/Osram 1,6W 450nm 5,6mm diodi. Dioditekniikan hyötyjä on sen tuomat mahdollisuudet erilaisten turva/teho-alueiden ohjelmoimiseen, sillä se sallii väritasapainon korjaukset ja tehojen alentamiset ohjelmoidusti tilanteiden mukaan. Diodin suurin etu on kuitenkin sen sallima pitkä yhtäjaksoinen käyttöaika. Diodit tarvitsevat virtaa vähemmän ja laserprojektorit pystytään rakentamaan paljon pienemmiksi ja kevyemmiksi kuin vielä yli 10 vuotta sitten, kun valtaa pitivät DPSS valonlähteet. Diodit ovat kuitenkin varsin herkkiä ylisuurille jännitteille ja maksimi lämpötila lämpenevällä diodilla saa olla keskimäärin vain reilut 30 celsius-astetta. Diodien käyttölämpötilat ovat silti laajemmat kuin DPSS lasereilla.

Showlasereissa diodit eivät yksistään riitä. Lisäksi tarvitaan erilaisia linssejä valon muotoilemiseksi. Laserdiodista tuleva valo on periaatteessa suorakaiteen muotoista säteilyä joka täytyy kasata hajoamisen minimoimiseksi. Joillakin puolijohdelasereilla saavutettu valon hajontakuvio on haluttua suurempaa ja yleisin tapa säteen kasaamiseen ovat erilaiset kollimator linssit. DPSS pumpatuilla lasereilla säteen divergenssi on automaattisesti pienempää, mutta teho/hyötysuhde on heikompi. Noin 500-900mW DPSS pumpattu laser voi tarvita jopa 2500mW tehon, kun taas diodien hyötysuhteet ovat 90% luokkaa.


Diodityypit showlasereissa on karkeasti jaettavissa kahteen.

Ensimmäisenä on Single-Mode diodi, jolla saavutetaan suuri kirkkaus (tarkalla / kapealla) halutulla aallonpituudella, mutta kokonaisteho on pieni. Single-Mode diodi ei vaadi välttämättä lainkaan ylimääräisiä sädettä muotoilevia linssejä.

Multi-Mode diodit tuottavat enemmän valotehoa, mutta laajemmalla ei niin tarkalla valospektrillä. Hajanaisempi valon muodostumisalue aiheuttaa heikomman säteenlaadun. Multi-Mode diodin säde tarvitsee muotoilevia linssejä. Ilman säteen profiilin muotoilua tällainen valo näyttää enemmän taskulampun valokeilalta, kuin laserilta.


Molemmat diodityypit ovat hyvin saman näköisiä ulkomuodoiltaan. Mahdollisimman ytimekkäästi selitettynä näiden kahden diodityypin erot koostuvat lähinnä pelkästään valon muodostavan emittorin edessä olevasta "putkesta" eli resonaattorista. Resonaattori korostaa haluttua aallonpituutta ja kuristaa pois ei haluttuja aallonpituuksia. Tilan muoto, pituus, leveys ja ulostulon aukko määrittelevät sen miten valo ns. kimpoilee edes takaisin resonaattorissa ja mitkä aallonpituudet siellä mahtuvat kulkemaan ja mitkä mahtuvat tulemaan ulos muodostaen lopullisen lasersäteen.


Single-Mode diodissa ahdas resonaatiotila resonoi esimerkiksi ainoastaan 638nm aallonpituutta.


Multi-Mode diodissa tilavampi resonaatiotila resonoi haluttua 638nm aallonpituutta, mutta myös pienempiä ja suurempia aallonpituuksia. Valoteho on suurempi, säteen halkaisija on suurempi ja säteen hajonta on suurta.



Isoissa tapahtumissa, joissa vaaditaan enemmän valotehoa, käytetään laserprojektoreita jotka on varusteltu jopa kymmenillä laserlähteillä.

Värisävyistä esimerkiksi punainen ja vihreä toteutetaan joukolla samanvärisiä diodeita jotka kohdistetaan veitsenterä-metodiksi kutsutulla kohdistuksella yhdeksi tehokkaaksi kokonaisuudeksi. Lopuksi jokainen värisävy yhdistetään linsseillä ja ohjataan optisilla peileillä piirtoa tekeville magneettikalvoille, kuten kaikissa monivärisissä laserlaitteissa.



Värisävyjen kohdistaminen on tarkkuutta vaativaa, näkyvän ja värikylläisen lasershown saavuttamiseksi. Muutaman millimetrin paksuiset valonsäteet on säädettävä niin tarkasti päällekkäin, että ne ovat vielä useiden kymmenien metrien jälkeenkin oletetussa samassa pisteessä. Suuret lämpötilanvaihtelut tai kuljetuksissa aiheutuneet tärähdykset voivat helposti sotkea säteiden kohdistuksen. Tästä syystä high-end luokan lasereissa koko optiikka on yleensä toteutettu mahdollisimman järeästi.

Laserprojektori sisältää uskomattoman paljon herkkää elektroniikkaa ja hienomekaniikkaa. Tapahtumakäyttöön tarkoitettujen RGB lasereiden hinnat lähtevätkin liikkeelle noin 3000 euron hinnasta, aina jopa 100 000 euroon. Hintoihin vaikuttaa eniten laitteissa käytetyt laser-komponentit, optiikan laatu, sekä skannerien suorituskyky.


Tässä kuvassa yksi Laserwavesin vanhempi wide-angle laseri sisältä. MediaLas Midget 3000 RGB.

Vasemmalla iso 532nm vihreä analogisesti ohjattu DPSS laser.

Keskellä 445nm sininen laserdiodi.

Oikealla kaksi 638nm punaista single-mode laserdiodia prismalla yhdistettyinä.


Suuritehoisissa diodeissa säteilyn hajonta aina kasvaa ja tästä syystä säteitä muotoillaan optiikan avulla. Hyvässä showlaserissa hajonta on arvoltaan alle <1mrad. Valitessa laseria ei kannata tuijottaa pelkästään sen tuottamaa "valotehoa", vaan tärkeämpää on olla varma siitä miten säteet muodostuvat, onko käytetty single-mode vai multi-mode diodeita, onko säteitä muotoiltu, onko diodit suojattuja yms. Laadukkaalla muutaman watin rgb laserilla pystyt työskentelemään monipuolisemmin vuodesta toiseen, kuin halvalla itämaiden ihmeellä joka olisi vaikka kolme kertaa tehokkaampi. Huomaat eron viimeistään pidemmillä etäisyyksiltä.

3 katselukertaa

Laserwaves © 2017-2020