Olympische shows en kunstmanen

Laserprojecties worden ingezet op beurzen, voor advertenties, in kunstinstallaties en tijdens architectuurevenementen. Achter de magisch oplichtende patronen schuilt complexe technologie en bij veel van de spectaculairste shows is die afkomstig van de Berlijnse specialisten van LaserAnimation Sollinger. Voor de uitlijning van laserstralen en het creëren van lichteffecten wordt gebruikgemaakt van motoren van Faulhaber.

Een voorbeeld is de “Global Rainbow” van kunstenares Yvette Mattern: zeven krachtige laserstralen met intense kleuren stralen vanaf het Ernst-Reuter-Platz in Berlijn richting de Siegessäule en geven het volledige centrum van de stad een andere sfeer. “Another Moon” van het kunstenaarsduo Kimchi & Chips is al net zo indrukwekkend: ze projecteerden een tweede maan in de hemel boven de Duitse stad Essen. Ook de snelle lasershow bij de sluitingsceremonie van de Olympische Spelen in Pyeongchang was het werk van LaserAnimation Sollinger. En dat zijn nog maar een paar voorbeelden.

Lichtpen met een diameter van vier millimeter

De lichteffecten zijn vaak verrassend en soms zelfs adembenemend. Dat is te danken aan de unieke eigenschappen van de laserbundel. Die is namelijk een stuk sterker dan bundels van andere kunstmatige bronnen als het gaat om intensiteit, focus en bereik. Aan de andere kant gelden er optische en technische beperkingen voor een laser. Sales manager Richard Schäfer legt uit: “De straal is meestal erg klein. Met onze apparaten is de diameter doorgaans ongeveer 4 millimeter. Er verschijnt dus maar een heel klein stipje op het projectievlak.”

Om een patroon te maken – bijvoorbeeld een logo, letters, of bewegende beelden zoals in een tekenfilm – maken laserprojecties gebruik van de traagheid van het menselijk oog. Beter gezegd: van de verwerkingssnelheid van het menselijk brein. Denk bijvoorbeeld aan de manier waarop we een vloeiende beweging waarnemen op basis van 24 afzonderlijke beelden per seconde. Als de laserstraal snel genoeg beweegt, neemt het publiek geen lichtpuntje waar dat heen en weer beweegt, maar een geprojecteerde animatie. Hiervoor wordt de straal in de projector afgebogen door twee spiegels, één voor de x-as en één voor de y-as. Deze beweging wordt elektromagnetisch gegenereerd en bereikt hoge snelheden.

Een andere beperking is kleur. De kleur van een laser is afhankelijk van het laser-actieve materiaal waarin de bundel wordt gegenereerd. Bij laserprojecties is dit de halfgeleider, omdat ze werken met diodelasers of OPSL-lasers van Coherent. Laserdiodes kunnen echter maar een paar kleuren produceren, voornamelijk rood, groen en blauw. De geavanceerde apparaten van LaserAnimation Sollinger hebben ook OPSL-bronnen voor geel, oranje en cyaan. Om een witte laserstraal te produceren, moeten diverse kleuren collineair over elkaar heen worden gelegd. Ook andere kleuren zijn combinaties: om de verschillende tinten van het volledige kleurenpalet te creëren, wordt de intensiteit van de verschillende stralen aangepast.

De toegestane afwijking is nog geen honderdste van een graad

De kunst is om de verschillende laserbronnen met hun verschillende golflengtes zoveel mogelijk op één lijn over elkaar heen te leggen. Hoe nauwkeuriger dit proces werkt, des te scherper en preciezer komt de uiteindelijke straal over op het menselijk oog. Dichroïsche filters – speciale optische filters – buigen bepaalde golflentes (en dus kleuren) van licht af, terwijl andere worden doorgelaten. Zo kunnen verschillende laserstralen over elkaar worden gelegd om één bundel te vormen. De bundel die het menselijk oog waarneemt als wit, bestaat uit een combinatie van rode, groene en blauwe lichtbronnen.

Dat effect slaagt alleen als de stralen nauwkeurig bij elkaar blijven. En dat gedurende langere tijd en over grote afstanden: laserprojecties moeten vaak op honderden meters afstand te zien zijn, soms zelfs kilometers. Richard Schäfer legt uit hoe nauwkeurig de afstemming van de dichroïsche filters moet werken: “Een afwijking van één honderdste graad veroorzaakt een verschuiving van 1,7 centimeter per honderd meter. Dat betekent dat de afzonderlijke kleuren niet meer over elkaar komen te liggen. Het menselijk oog neemt dan verschillende kleuren waar in plaats van de gewenste mengkleur.”

De projectoren van LaserAnimation Sollinger werken niet altijd vanaf het bedrijfsterrein in Berlijn. Ze reizen ook, bijvoorbeeld voor een lasershow op de Burj Khalifa in Dubai. In het vrachtruim van het vliegtuig is het min twintig, en vervolgens warmt de behuizing in de woestijnzon op tot zestig graden of meer. Ook met hoogwaardige materialen en geavanceerde montagetechnologie veroorzaakt dat onvermijdelijk kleine verschuivingen in de optica. Dat vraagt om een nauwkeurige positiecorrectie van de dichroïsche filters. Daarom zijn de dichroïsche spiegelhouders uitgerust met een aandrijving: borstelloze DC-motoren van FAULHABER met ingebouwde tandwielkasten voeren de fijnafstemming uit die de software doorgeeft, tot op minder dan een duizendste van één graad.

Diffractieroosters voor adembenemende effecten

Een andere motor ondersteunt de veiligheid. Om te voorkomen dat het geconcentreerde laserlicht ongecontroleerd in het menselijk oog valt, zijn de projectors uitgerust met een tweetraps uitschakelmechanisme. Dit omvat een elektronisch veiligheidscircuit en een mechanische sluiter voor noodgevallen. Tijdens normaal bedrijf wordt de sluiterklep opengehouden door een gemotoriseerde rotatiemagneet. Bij een fout zet het veiligheidscircuit de motor stop, zodat de klep dicht kan vallen om de uitgang van de laserstraal af te dekken.

In de diffractiemodule bevinden zich nog meer aandrijvingen van FAULHABER. Een diffractierooster is een optische component die gebruik maakt van de afkaatsing van lichtstralen, als ze door bijzonder smalle openingen vallen. Laserprojectoren kunnen niet alleen bundels en afbeeldingen genereren, maar ook diverse patronen en effecten. Denk aan een kunstmatig noorderlicht of de zwevende, abstracte vormen van Robert Henkes “Destructive Observation Field”: een lichtobject dat continu verandert en eruit ziet als een mix tussen sterrennevels en biologische celstructuren, alsof microkosmos en macrokosmos samenvloeien. De effecten werken niet alleen op een projectievlak, maar ook vrij zwevend in de ruimte.

De wielen in de diffractiemodule worden gepositioneerd door stappenmotoren om een specifieke diffractie te selecteren voor de projectie. De ronde roosters zelf worden gepositioneerd door borstelloze DC-motoren, voor effecten van wilde en nerveuze bewegingen tot meditatieve, langzame veranderingen in een afbeelding.

Extreme eisen aan aandrijvingen

Richard Schäfer licht de technologie toe: “Voor dit soort effecten gebruiken we meerdere projectoren. Het effect ontstaat alleen als de roosters compleet synchroon werken, op lage en hoge snelheden en bij het starten en stoppen. En dat met voortdurende veranderingen van richting.” De projectoren en diffractiemodules zitten vol technologie, dus er is ontzettend weinig ruimte over. Er is alleen plaats voor hele kleine motoren.

Die moeten bovendien extreem precies werken, met hoge herhaalnauwkeurigheid. De ingebouwde spelingsvrije tandwielkasten spelen hier een belangrijke rol. Als we Schäfer vragen naar het begin van de samenwerking met FAULHABER, moet hij dit nakijken: het was al voor zijn tijd. In de administratie vindt hij de eerste bestelling in 2003. Dat betekent dat de motoren van FAULHABER zich inmiddels door de tijd heen bewezen hebben in hun veeleisende toepassing: “We bouwen absoluut de allerbeste apparatuur voor laserprojecties. En daarvoor hebben we aandrijvingen nodig van hetzelfde hoge kaliber.”

Nieuwsbericht van Faulhaber, 07/03/2024