Устройство и принцип работы лазерных указок
Лазерная указка — портативный генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча.
В ранних моделях лазерных указок использовали гелий-неонные (HeNe) газовые лазеры и излучали в диапазоне 633 нм. Они имели мощность не более 1 мВт и были очень дорогими. Сейчас в лазерных указках в большинстве случаев используют менее дорогие красные диоды с длиной волны 650—670 нм.
В наших указках используется обычный лазерный диод с линзой и небольшая плата для управления питанием.
Типы лазерных указок:
Красные лазерные указки.
В большинстве случаев лазерные указки изготавливаются на основе красного лазерного диода, который излучает в диапазоне 635—670 нм.
Для питания лазерного диода используется небольшая плата-драйвер.
Для сведения излучения в узконаправленный луч, как правило используется двояковыпуклая линза-коллиматор.
ДЛЯ СПРАВКИ: -Человеческий глаз приблизительно в 6-10 раз чувствительнее к зелёному свету чем к красному(см. график ниже).
Вложение 625
Зеленые лазерные указки
Зеленые лазерные указки начали продаваться в 2000 году. Это самый распространенный тип твердотельных с диодной накачкой (DPSS) лазеров. Лазерные диоды зелёного цвета производятся, но они очень дорогие и их нет в серийном производстве, поэтому используется другая схема. Устройство намного сложнее, чем у обычных красных указок, и зелёный свет получают довольно громоздким способом.
Сначала мощным (обычно >100 мВт) инфракрасным лазерным диодом 808 нм накачивается кристалл ортованадата иттрия с неодимовым легированием (Nd:YVO4), где излучение преобразуется в 1064 нм. Потом, проходя через кристалл титанила-фосфата калия (KTiOPO4, сокр. KTP), частота излучения сдваивается (1064 нм → 532нм) и получается видимый зелёный свет.
КПД схемы около 20 %.
Синие лазерные указки
Синие лазерные указки появились в 2006 году и имеют схожий с зелёными лазерными указками принцип работы. 473 нм свет обычно получают путем удвоения частоты 946 нм лазерного излучения. Для получения 946 нм используется кристалл алюмо-иттриевого граната с добавками неодима (Nd:YAG).
КПД низкий, около 3 %, сами лазеры очень дорогие.
Появились Синие ЛД. http://forum.hobbi.tv/forum.
Фиолетовые лазерные указки
Свет в фиолетовых указках генерируется лазерным диодом, излучающим луч с длиной волны 405 нм. Длина волны 405 нм находится на границе диапазона, воспринимаемого человеческим зрением и поэтому лазерное излучение таких указок кажется тусклым. Однако, свет указки вызывает флюоресценцию некоторых предметов, на которые он направлен, яркость которой для глаза выше, чем яркость самого лазера.
Фиолетовые лазерные указки появились сразу после появления Blu-ray-приводов, в связи с началом массового производства лазерных диодов на 405 нм.
Жёлтые лазерные указки
В жёлтых лазерных указках 808 нм луч конвертируется в 1064 нм луч, далее 1064 нм луч конвертируется в луч 1342 нм и только потом сдваивается в луч 593,5 нм.
КПД жёлтых лазеров составляет около 1 %.
САМОДЕЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ УКАЗКА
Сейчас лазерной указкой никого не удивишь, хотя еще 30 лет назад представить себе лазер настолько дешевый и миниатюрный, что на его основе можно сделать указку было сложно. Самые дешевые и распространенные указки питаются от трех элементов типа LR41. Разумеется, емкость таких элементов крайне невелика, по этой причине при регулярном использовании заряд батареи будет исчерпан очень скоро. К тому же все лазерные указки в целях безопасности имеют кнопку включения без фиксации, что неудобно, если нужно получить длительное свечение.
По этой причине было решено изготовить лазерную указку самостоятельно. Для этого из старой лазерной указки типа IIIA (мощность излучения до 5 мВт), был извлечен лазерный модуль. В качестве корпуса использован пластиковый контейнер от канцтоваров размером 75 х 58 х 20 мм.
Контейнер имеет прямоугольную форму, так что такая лазерная указка не укатится никуда в отличие от обычных указок с круглым корпусом.
Питание модуля осуществляется от пары элементов типа АА. Необходимые для работы лазерного модуля 4,5 В получаются благодаря повышающий преобразователю напряжения SX1308. Параллельно ему подключен электролитический конденсатор 1000 мкф х 16 В, впрочем, этого можно не делать. В качестве выключателя использован тумблер типа П2Т1-1В или аналогичный.
Устройство потребляет около 50 мА при напряжении питания 3 В.
Ток потребления отлично иллюстрирует тот факт, что КПД лазерного диода на самом деле далек от идеала, ведь мощность излучения данного диода не превышает 5 мВт, а скорее всего еще меньше. Разумеется, подобная переделка лазерной указки допустима, только для самых маломощных лазеров типа II (мощность до 1 мВт) и IIIa (мощность до 5 мВт) [Янини Б. Удивительные электронные устройства. – М.: НТ Пресс, 2008. – 400 с.]. Кнопка без фиксации используется в лазерных указках неспроста. Направив в глаз луч достаточно мощного лазера можно необратимо повредить зрение. При этом опасно не только прямое излучение, но и его блики [laserfaq.ru/sam/lasersaf_ru.htm].
Конечно вы можете изменить дизайн, встроив её например в толстый маркер вместе с батарейками или куда ещё, здесь просто показан принцип такой переделки, а дальше дело за вашей фантазией и возможностями. Материал подготовил – Denev.
Лазерная указка в быту
Лазерная указка — это сложное изделие, хотя с виду кажется что наоборот. Она содержит полупроводниковый лазер, автоматику поддержания определенного тока, протекающего через него, оптическую систему, батарею гальванических элементов напряжением 3…4,5 В, кнопку включения. Потребляемый лазером ток составляет 30…50 мА.
Хотя излучаемая указкой мощность (длина волны 630…650 нм) не превышает 5 мВт, за счет концентрации ее в узконаправленном луче потери на распространение невелики.
Излучение лазера можно зафиксировать на большом расстоянии. Однако категорически не допускается направлять луч указки на глаза — это опасно. Указка может работать в охранных устройствах, светотелефонах, самодельных игрушках, устройствах отпугивания птиц и т.д. Пока же ограничимся рассказом о постройке автомата, способного по сигналу указки включать и выключать бытовые электро и радиоприборы. Сама указка при этом никакой переделки не требует.
Автомат представленный на рисунке выше содержит фотоприемник на фотодиоде VD1, компаратор напряжения на логических элементах DD1.1, DD1.2, генератор импульсов на элементах DD1.3, DD1.4, D-триггер DD2, два электронных ключа на транзисторах VT1, VT2, исполнительный элемент — электромагнитное реле К1 и блок питания.
Блок питания выполнен по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором С6. Переменное напряжение выпрямляется диодами VD6, VD7, сглаживается конденсатором С5 и стабилизируется стабилитронами VD4, VD5. Питание на микросхемы поступает со стабилитрона VD4 через диод VD2 и сглаживающий конденсатор С1.
Рассмотрим теперь как устройство работает. В начальный момент времени, после подключения устройства к сети, высокий логический уровень через цепочку C4R7 поступает на вход R триггера и обнуляет его. На выходе триггера — низкий логический уровень, ключ на транзисторе VT2 закрыт, реле обесточено, нагрузка отключена от сети. На входе и выходе компаратора будет высокий логический уровень, а на входах элементов DD1.3, DD1.4 — низкий, генератор не работает. При этом на выходе элемента DD1.4 устанавливается высокий уровень, транзистор VT1 открывается и включает светодиод HL1.
Рассмотрим, как же происходит переключение. Фотодиод VD1 освещают лазерным лучом, и напряжение на нем значительно уменьшается. Компаратор после разрядки конденсатора С2 срабатывает, и на его выходе появляется низкий уровень. На выводы элементов DD1.3, DD1.4 поступает высокий уровень, генератор начинает работать, светодиод мигает, свидетельствуя об освещении фотодиода.
Если теперь выключить лазер или убрать луч в сторону от фотодиода, то напряжение на нем увеличится, компаратор установится в положение с высоким уровнем на выходе, и триггер переключится. На его выходе появится высокий логический уровень, транзистор VT2 откроется, реле сработает и замыкающимися контактами К 1.1 подаст на нагрузку сетевое напряжение.
В случае повторного кратковременного освещения фотодиода (пока не замигает светодиод) устройство переключится в исходное состояние и нагрузка будет без напряжения.
Благодаря использованию реле, к устройству допустимо подключать самую разнообразную радиоэлектронную аппаратуру: радиоприемники, телевизоры, видеомагнитофоны и т.д. с любыми блоками питания, а также электроприборы с электродвигателями, например вентиляторы.
В устройстве можно использовать транзисторы КТ315А-КТ315Е, КТ312А-КТЗ12В, КТ3102А-КТ3102Д, микросхемы серий К176, К561, 564, любого светодиода из серии АЛ307 (желательно в пластмассовом корпусе). Диоды VD2, VD3 — любые выпрямительные, VD6, VD7 — КД102Б или аналогичные маломощные с максимально допустимым обратным напряжением не менее 400 В и током не менее 100 мА, стабилитроны — на напряжение стабилизации 8…10 В. Полярные конденсаторы — серий К50, К52, С6-К73, остальные — КМ, КЛС, К10. Подстроечный резистор R2 — СПЗ-19, постоянные — МЛТ, С2-33. Реле следует подобрать с напряжением срабатывания 12…15 В при токе не более 30 мА, например, РЭС9 (паспорт РС4.524.200, РС4.524.201), его контакты должны выдерживать напряжение сети и ток, потребляемый нагрузкой.
Несколько слов о реле РЭС9. По справочным данным его контакты рассчитаны на напряжение 115 В. Однако многолетняя практика использования реле в различных устройствах показала надежную работу контактов при сетевом напряжении 220 В. Конечно, можно остановить выбор на реле типов РКН, МКУ-48, но габариты конструкции значительно возрастут.
Чтобы избежать помех и сбоев в работе, нужно так установить автомат, чтобы фотодиод был защищен от попадания на него света от осветительных приборов.
Налаживание устройства сводится к установке его чувствительности (подстроенным резистором R2), скорости реагирования на освещение лазером (подбором конденсатора С2), частоты мигания светодиода (грубо — подбором конденсатора С3, плавно — резистора R5).
Автомат можно несколько упростить, исключив генератор. При этом левый по схеме вывод резистора R8 надо отсоединить от вывода 3 микросхемы DD1 и соединить с выводом 11. Элементы R5, СЗ удаляют, соединение между выводами 2 и 4 DD1 убирают, а неиспользованные входы элементов DD1.3, DD1.4 соединяют с общим проводом. В этом случае при попадании лучом лазера на фотодиод и срабатывании компаратора, светодиод будет гаснуть.
Возможен вариант более простого автомата, если в нем использовать чувствительные тринисторы 2У107А-2У107Е, которые открываются при небольшом (менее вольта) напряжении на управляющем электроде и малом (несколько микроампер) токе в его цепи. Его основой является триггер на тринисторах VS1,VS2, который питается, как и в предыдущей конструкции, от блока с гасящим конденсатором.
Разберем работу автомата. После подключения его к сети оба тринистора будут закрыты, а реле обесточено. Если осветить фотодиод VD2 лазерным лучом, то за счет фотоэффекта на нем появится напряжение, которое поступит на управляющий электрод тринистора VS2, и он откроется. Реле сработает и включит нагрузку в сеть — об этом просигнализирует загоревшийся светодиод HL2. Начнет заряжаться конденсатор С1 (минус на правом по схеме выводе).
Чтобы отключить нагрузку, освещают фотодиод VD1. При этом тринистор VS1 открывается, включая светодиод HL1. Тринистор VS2 закрывается, поскольку на его анод кратковременно поступает отрицательное напряжение с конденсатора С1. Реле обесточивается, светодиод HL2 гаснет, нагрузка отключается от сети.
Если теперь снова осветить фотодиод VD2, откроется тринистор VS2, a VS1 закроется, поскольку на его анод поступит отрицательное напряжение с конденсатора С1. На нагрузку поступит напряжение.
Эксперименты показали, что в качестве фотодиода в этом автомате неплохо работают светодиоды АЛ360А, АЛ360Б, поскольку их основой являются излучающие диоды ИК диапазона. Кроме того, они снабжены фокусирующие отражателем, что повышает их чувствительность к лазерному излучению указки.
Детали автомата рассчитаны для работы с реле РЭС9 (паспорт РС4.524.200). При налаживании автомата предварительно подбирают конденсатор СЗ и стабилитрон. Напряжение стабилизации стабилитрона должно быть примерно на 4…5 В больше напряжения срабатывания реле, а емкость конденсатора такой, чтобы обеспечивался ток через реле на 15…20 мА больше тока его срабатывания.
Недостаток автомата заключается в низкой чувствительности, которая ограничивает дальность управления им.
«Лазерная» указка: как она устроена, чем опасна и на что сгодится?
Портативные «лазерные» телескопические указки китайского производства, сочетающие в себе магнит, фонарик, ручку и инфракрасный подсвечивающий луч, сегодня можно недорого приобрести практически на каждом углу мегаполиса.
Особенно охотно распространяют эти оптические приборы за символическую цену на рынках, в метро и электропоездах, то есть там, где не требуется показывать свидетельство о сертификации устройства, даже если бы оно у продавцов и было. При этом указка с псевдолазером может быть применена не только по назначению, это довольно опасная игрушка.
Устройство со слабым по мощности лучом — всего 0,5−1 милливатт (мВт). Но даже этот лучик опасен для зрения человека и животного, если его направить в глаза фронтально. Дело не столько в мощности, сколько в самом луче, который необратимо повреждает отдельные клетки сетчатки глаза даже при кратковременной экспозиции.
Если направить такой луч на кожу, к примеру, на руки, ничего не случится. Неплохой вариант применения указки с лазерным диодом может быть реализован дома — для игры с котенком. Лазерный зайчик, почти как солнечный, забавляет братьев наших меньших, а динамика его смещения, когда указка в наших руках, придает игре нешуточный (для кошки) задор.
Устройство
Первичный источник светового потока — лазерный инфракрасный светодиод с непрерывным излучением. Генерируемый диодом луч с длиной волны (инфракрасного спектра) примерно 808 нм (нанометров) проходит сквозь линзу и попадает в кристалл из оксидов неодима, иттрия и ванадия, где преобразуется в излучение с длиной волны 1064 нм. Затем световой поток проходит сквозь калий-титаново-фосфорный кристалл, который преобразует до того невидимое человеческому глазу излучение в луч с длиной волны 532−670 нм. Далее — инфракрасный фильтр, концентрация потока в пучок посредством выходной линзы и… минигиперболоид инженера Гарина готов. Почти настоящий, не смертельный, но и не вполне безопасный. Детям отдавать в игру не советую, хотя бы из-за их любопытства и желания все экспериментально испытывать на себе, в частности на своем лице и глазах.
Дальность
Надежность китайской указки поистине сравнится с вечностью и зависит от ресурса лазерного диода, который составляет не менее 50 000 часов (наработки до отказа).
Продавцы лазерных указок любят приводить в пример их дальнобойность. Но что понимать под этим определением «лазерного» луча, который очень мало рассеивается, — дело туманное. Причем как в прямом, так и в переносном смысле, ведь в туман, дождь или снег, а также в яркую солнечную погоду лазерная подсветка на расстоянии более нескольких десятков метров практически не видна, а значит, теряется весь ее смысл.
Возьмем за основу расстояние, на котором можно заметить невооруженным глазом пятнышко на цели. В вечернее время лазерной «китайской» указкой такое пятнышко диаметром не более 20 см проецируется на стену дома в прямой видимости, на расстоянии 1,12 км. И даже с такого расстояния до источника излучения, смотреть на китайский лазер не комфортно. Хотя, скорее всего, никому не придет в голову светить себе в глаз, все же выводы о безопасности китайского «гаджета» делайте, пожалуйста, сами.