Мощность лазера в принтере

В этом посте я опишу, как собирал фиолетовую лазерную указку из хлама, нашедшегося под рукой. Для этого мне потребовался: фиолетовый лазерный диод, коллиматор для сведения пучка света, детали драйвера, корпус для лазера, источник питания, хороший паяльник, прямые руки, и желание творить.

Заинтересовавшихся и желающих поковыряться в электронике — прошу под кат.

Попался мне под руку убитый Blu-ray резак. Выбросить было жалко, а что из него можно сделать — я не знал. Спустя полгода наткнулся на видеоролик, в котором была показана такая самодельная «игрушка». Тут и блюрей пригодился!

В системе чтения-записи привода используется лазерный диод. Выглядит он в большинстве случаев так:

Для питания «красного» диода необходимы 3-3.05 вольт, и от 10-15 до 1500-2500 миллиампер в зависимости от его мощности.
А вот диод «фиолетовый» требует аж 4.5-4.9 вольт, поэтому питать через резистор от литиевого аккумулятора не получится. Придется сделать драйвер.

Так как у меня был положительный опыт с микросхемой ZXSC400, то я без раздумий ее и выбрал. Эта микросхема представляет собой драйвер для мощных светодиодов. Даташит. С обвязкой в виде транзистора, диода и индуктивности я мудрить не стал — все из даташита.

Печатную плату для драйвера лазера я изготовил известным многим радиолюбителям ЛУТ-ом (Лазерно-утюжная технология). Для этого необходим лазерный принтер. Схема нарисована в программе SprintLayout5 и напечатана на пленке для дальнейшего перевода рисунка на текстолит. Пленку можно использовать практически любую, лишь бы не застряла в принтере и на ней качественно напечаталось. Вполне подходит пленка от пластиковых папок-конвертов.

Если же нет пленки, не нужно расстраиваться! Одалживаем у подруги или жены женский глянцевый журнал, вырезаем оттуда самую неинтересную страницу и подгоняем ее под размер А4. Затем печатаем.

На фото ниже можно увидеть пленку с нанесенным тонером в форме разводки схемы, и подготовленный к переносу тонера кусочек текстолита. Следующим шагом будет подготовка текстолита. Лучше всего брать кусочек, раза в два больше нашей схемы, чтобы было удобнее прижать к поверхности во время следующего шага. Медную поверхность необходимо зашкурить и обезжирить.
Теперь нужно перенести «рисунок». Находим в шкафу утюг, включаем его. Пока он разогревается, кладем кусочек бумаги со схемой на текстолит.

Как только утюг нагреется, нужно аккуратно прогладить пленку через бумагу.

В этом видео весьма наглядно показан процесс.

Когда она «прилипнет» к текстолиту, можно выключать утюг и переходить к следующему шагу.

После переноса тонера с помощью обычного утюга это дело выглядит так:

Если некоторые дорожки не перенеслись, либо перенеслись не очень хорошо, их можно поправить CD-маркером и острой иголкой. Желательно использовать увеличительное стекло, дорожки довольно мелкие, всего 0.4 мм. Плата готова к травлению.

Травить будем хлорным железом. 150 рублей за баночку, хватает надолго.

Разводим раствор, кидаем туда нашу заготовку, «помешиваем» плату и ждем результата.

Не забываем контролировать процесс. Аккуратно вытаскиваем плату пинцетом (его тоже лучше купить, этим мы избавим себя от лишнего мата и «соплей» припоя на будущей плате при пайке).

Ну вот, плата вытравилась!

Аккуратно зачищаем мелкой шкуркой, наносим флюс, залуживаем. Вот, что получается после облуживания.

На контактные площадки припоя можно нанести чуть больше чем везде, чтобы паять детали удобнее было, и без наноса припоя дополнительно.

Осталось отрезать чуть дальше обведенных контуров, и обточить лишнее надфилем. Я делал драйвер в двух экземплярах — на всякий случай. Текстолит удобно резать ножницами по металлу.

Собирать драйвер будем по этой схеме. Обратите внимание: R1 — 18 миллиОм, а не мегаОм!

При пайке лучше всего использовать паяльник с тонким жалом, для удобства можно воспользоваться увеличительным стеклом, ведь детали достаточно мелкие. При этой пайке используется флюс ЛТИ-120.

Итак, плата практически спаяна.



Проволочка впаивается на место резистора на 0.028 Ом, так как такой резистор мы вряд ли найдем. Можно впаять параллельно 3-4 SMD-перемычки (выглядят как резисторы, но с надписью 0), на них около 0.1 ом реального сопротивления.

Но таких не оказалось, поэтому я использовал обычную медную проволоку аналогичного сопротивления. Точно не измерял — лишь подсчеты какого-то онлайн-калькулятора.

Напряжение выставлено всего 4.5 вольт, поэтому светит не очень ярко.

Разумеется, выглядит плата грязновато до смывки флюса. Смывать можно простым спиртом.

Теперь стоит написать и об коллиматоре. Дело в том, что лазерный диод сам по себе светит не тонким лучом. Если включить его без оптики, то светить он будет как обычный светодиод с расходимостью в 50-70 градусов. Для того, что бы создать луч, нужна оптика и сам коллиматор.

Коллиматор заказан из китая. Он содержит в себе еще и слабый красный диод, но он мне не был нужен. Старый диод можно выбить обычным болтом М6.

Раскручиваем коллиматор, выкручиваем линзу и заднюю часть, отпаиваем драйвер от диода. Оставшееся крепление зажимаем в тиски. Выбить диод можно, ударив по нему.
Диод выбит.


Теперь нужно запрессовать новый фиолетовый диод.
Но на ноги диоду нажимать нельзя, а по-другому запрессовывать неудобно.
Что же делать?
Задняя часть коллиматора прекрасно подходит для этого.
Вставляем новый диод ножками в отверстие в задней части цилиндра, и зажимаем в тиски.
Плавно закручиваем тиски, пока диод полностью не запрессуется в коллиматор.

Читайте также:  Мой мейл как узнать


Итак, драйвер и коллиматор собраны.
Теперь закрепляем коллиматор в «голову» нашего лазера, и припаяем диод к выходам драйвера с помощью проводков, либо прямо к плате драйвера.

В качестве корпуса я решил использовать простой фонарик из хозяйственного магазина за сто рублей.
Выглядит он так:

Все железки для лазера и коллиматор.

На прищепку для удобства крепления нацеплен магнитик.
Осталось лишь вставить устройство лазера в корпус и закрутить.


Sprint layout 5, файлы разводки печатной платы в архиве.

P.S. Этот карманный лазер является достаточно опасной «игрушкой». Лазеры класса I-II для человека и глаз не особо опасны, разве что диод случайно в глаз попадет при неудачной сборке. А вот классы III-IV способны повредить или лишить зрения вовсе. Необходимо использовать очки. Направлять луч в сторону людей, а тем более в лицо — нельзя.

Китайская красная указка светит с мощностью 0.5-1 мВт. Этот лазер имеет мощность 150-200 милливатт. Представьте, что на Вас направили одновременно 150-200 указок!

В этом посте я опишу, как собирал фиолетовую лазерную указку из хлама, нашедшегося под рукой. Для этого мне потребовался: фиолетовый лазерный диод, коллиматор для сведения пучка света, детали драйвера, корпус для лазера, источник питания, хороший паяльник, прямые руки, и желание творить.

Заинтересовавшихся и желающих поковыряться в электронике — прошу под кат.

Попался мне под руку убитый Blu-ray резак. Выбросить было жалко, а что из него можно сделать — я не знал. Спустя полгода наткнулся на видеоролик, в котором была показана такая самодельная «игрушка». Тут и блюрей пригодился!

В системе чтения-записи привода используется лазерный диод. Выглядит он в большинстве случаев так:

Для питания «красного» диода необходимы 3-3.05 вольт, и от 10-15 до 1500-2500 миллиампер в зависимости от его мощности.
А вот диод «фиолетовый» требует аж 4.5-4.9 вольт, поэтому питать через резистор от литиевого аккумулятора не получится. Придется сделать драйвер.

Так как у меня был положительный опыт с микросхемой ZXSC400, то я без раздумий ее и выбрал. Эта микросхема представляет собой драйвер для мощных светодиодов. Даташит. С обвязкой в виде транзистора, диода и индуктивности я мудрить не стал — все из даташита.

Печатную плату для драйвера лазера я изготовил известным многим радиолюбителям ЛУТ-ом (Лазерно-утюжная технология). Для этого необходим лазерный принтер. Схема нарисована в программе SprintLayout5 и напечатана на пленке для дальнейшего перевода рисунка на текстолит. Пленку можно использовать практически любую, лишь бы не застряла в принтере и на ней качественно напечаталось. Вполне подходит пленка от пластиковых папок-конвертов.

Если же нет пленки, не нужно расстраиваться! Одалживаем у подруги или жены женский глянцевый журнал, вырезаем оттуда самую неинтересную страницу и подгоняем ее под размер А4. Затем печатаем.

На фото ниже можно увидеть пленку с нанесенным тонером в форме разводки схемы, и подготовленный к переносу тонера кусочек текстолита. Следующим шагом будет подготовка текстолита. Лучше всего брать кусочек, раза в два больше нашей схемы, чтобы было удобнее прижать к поверхности во время следующего шага. Медную поверхность необходимо зашкурить и обезжирить.
Теперь нужно перенести «рисунок». Находим в шкафу утюг, включаем его. Пока он разогревается, кладем кусочек бумаги со схемой на текстолит.

Как только утюг нагреется, нужно аккуратно прогладить пленку через бумагу.

В этом видео весьма наглядно показан процесс.

Когда она «прилипнет» к текстолиту, можно выключать утюг и переходить к следующему шагу.

После переноса тонера с помощью обычного утюга это дело выглядит так:

Если некоторые дорожки не перенеслись, либо перенеслись не очень хорошо, их можно поправить CD-маркером и острой иголкой. Желательно использовать увеличительное стекло, дорожки довольно мелкие, всего 0.4 мм. Плата готова к травлению.

Травить будем хлорным железом. 150 рублей за баночку, хватает надолго.

Разводим раствор, кидаем туда нашу заготовку, «помешиваем» плату и ждем результата.

Не забываем контролировать процесс. Аккуратно вытаскиваем плату пинцетом (его тоже лучше купить, этим мы избавим себя от лишнего мата и «соплей» припоя на будущей плате при пайке).

Ну вот, плата вытравилась!

Аккуратно зачищаем мелкой шкуркой, наносим флюс, залуживаем. Вот, что получается после облуживания.

На контактные площадки припоя можно нанести чуть больше чем везде, чтобы паять детали удобнее было, и без наноса припоя дополнительно.

Осталось отрезать чуть дальше обведенных контуров, и обточить лишнее надфилем. Я делал драйвер в двух экземплярах — на всякий случай. Текстолит удобно резать ножницами по металлу.

Собирать драйвер будем по этой схеме. Обратите внимание: R1 — 18 миллиОм, а не мегаОм!

При пайке лучше всего использовать паяльник с тонким жалом, для удобства можно воспользоваться увеличительным стеклом, ведь детали достаточно мелкие. При этой пайке используется флюс ЛТИ-120.

Итак, плата практически спаяна.



Проволочка впаивается на место резистора на 0.028 Ом, так как такой резистор мы вряд ли найдем. Можно впаять параллельно 3-4 SMD-перемычки (выглядят как резисторы, но с надписью 0), на них около 0.1 ом реального сопротивления.

Но таких не оказалось, поэтому я использовал обычную медную проволоку аналогичного сопротивления. Точно не измерял — лишь подсчеты какого-то онлайн-калькулятора.

Читайте также:  Мицубиси асх или ниссан кашкай комментарии специалистов

Напряжение выставлено всего 4.5 вольт, поэтому светит не очень ярко.

Разумеется, выглядит плата грязновато до смывки флюса. Смывать можно простым спиртом.

Теперь стоит написать и об коллиматоре. Дело в том, что лазерный диод сам по себе светит не тонким лучом. Если включить его без оптики, то светить он будет как обычный светодиод с расходимостью в 50-70 градусов. Для того, что бы создать луч, нужна оптика и сам коллиматор.

Коллиматор заказан из китая. Он содержит в себе еще и слабый красный диод, но он мне не был нужен. Старый диод можно выбить обычным болтом М6.

Раскручиваем коллиматор, выкручиваем линзу и заднюю часть, отпаиваем драйвер от диода. Оставшееся крепление зажимаем в тиски. Выбить диод можно, ударив по нему.
Диод выбит.


Теперь нужно запрессовать новый фиолетовый диод.
Но на ноги диоду нажимать нельзя, а по-другому запрессовывать неудобно.
Что же делать?
Задняя часть коллиматора прекрасно подходит для этого.
Вставляем новый диод ножками в отверстие в задней части цилиндра, и зажимаем в тиски.
Плавно закручиваем тиски, пока диод полностью не запрессуется в коллиматор.


Итак, драйвер и коллиматор собраны.
Теперь закрепляем коллиматор в «голову» нашего лазера, и припаяем диод к выходам драйвера с помощью проводков, либо прямо к плате драйвера.

В качестве корпуса я решил использовать простой фонарик из хозяйственного магазина за сто рублей.
Выглядит он так:

Все железки для лазера и коллиматор.

На прищепку для удобства крепления нацеплен магнитик.
Осталось лишь вставить устройство лазера в корпус и закрутить.


Sprint layout 5, файлы разводки печатной платы в архиве.

P.S. Этот карманный лазер является достаточно опасной «игрушкой». Лазеры класса I-II для человека и глаз не особо опасны, разве что диод случайно в глаз попадет при неудачной сборке. А вот классы III-IV способны повредить или лишить зрения вовсе. Необходимо использовать очки. Направлять луч в сторону людей, а тем более в лицо — нельзя.

Китайская красная указка светит с мощностью 0.5-1 мВт. Этот лазер имеет мощность 150-200 милливатт. Представьте, что на Вас направили одновременно 150-200 указок!

Полупроводниковые лазеры для принтеров и копиров

Слово Laser означает Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиление света вынужденным излучением, или в русскоязычной терминологии – это оптический квантовый генератор. Энергия лазера представляет собой электромагнитное излучение, которое может быть видимым или невидимым (рис. 1), и представима в виде очень коротких импульсов, называемых фотонами (фотон – минимальная частица энергии). Видимый луч лазера может быть красным или голубым, невидимый луч лазера может быть, например, инфрокрасным. Полупроводниковые инжекционные лазеры, обеспечивающие ко­герентное во времени и пространстве излучение, широко используются в накопителях на оптических компакт-дисках. Они имеют малые габа­риты, а их накачка осуществляется электрическим током определенной величины с высоким полным КПД. Для того, чтобы лазерный усили­тель превратить в генератор излуче­ния, необходимо создать положи­тельную обратную связь, т.е. часть усиленного оптического выходного сигнала возвратить на вход. Для это­го служат различные резонаторы, обеспечивающие много­кратное прохождение световой вол­ны через активную среду, причем длина резонатора определяется длиной волны лазерного излучения. Имеются такие мешающие факторы, как поглощение излучения в активной среде и отражение. По­этому лишь при превышение некоторого по­рога возбуждения, при котором пе­рекрываются все виды потерь – происходит возникновение стимулиро­ванного когерентного излучения.

Рис. 1. Энергия лазера представляет собой электромагнитное излучение.

Фотоны создаются в результате цепной реакции вынужденного излучения, при которой все образующиеся фотоны представляют собой волны, находящиеся в одной фазе. То есть когерентность означает, что лазерный находится в фазе во времени и пространстве. Свет лазера является когерентным, поскольку в результате вынужденного излучения рождается фотон, который находится в фазе с исходным лучом (рис. 2).

Рис. 2. Когерентные и некогерентные волны

При некотором значении энергии накачки, которое называется по­рогом генерирования лазера, проис­ходит лавинообразное усиление энергии лазерного излучения, т.е ге­нерация, а спектр излучения су­жается резонатором до одной длины волны. При энергии ниже порога генерации активная среда обычно излучает довольно широкий спектр, соответствующий спектру спонтанно­го излучения. Таким образом, лазер может ге­нерировать почти монохроматичес­кое излучение. Однако в любом ре­зонаторе условие резонанса может выполняться не для одного, а для многих типов колебаний, так как п=1, 2. 3. Эти типы колебаний, для которых в данном резонаторе одно­временно выполняется условие ре­зонанса, называют модами. В ре­зультате спектр излучения лазера состоит из набора мод, лежащих в полосе спонтанного излучения ак­тивной среды. Для получения одно-модового режима используют спе­циальные методы селекции мод. Лазер генерирует волну одной длины, которой соответствует один цвет.

Направленность лазерного излу­чения характеризуется его расходи­мостью, которая определяется отно­шением длины волны генерируемо­го излучения к линейному размеру резонатора. . Многие недостатки простых ла­зерных структур (высокая пороговая плотность тока, низкий КПД, малая долговечность) были устранены с разработкой гетеролазеров при ис­пользовании гетероструктур с одно­сторонним (ОГС) и двухсторонним (ДГС) ограничением.

Для генерации лазерного луча могут быть использованы различные рабочие вещества, например, кристаллический или полупроводниковый материал, газ и др.. Самым распространенным типом лазера является твердотельный, или полупроводниковый, лазер, который состоит из двух полупроводниковых пластинок, отличающихся введенными в них примесями. Возбуждение такого лазера осуществляют пропусканием через него внешнего электрического тока, при этом место соединения двух пластинок излучает свет обычно в инфракрасной части спектра. Рабочий материал, используемый в полупроводниковых лазерах называется лазерным диодом, который может генерировать невидимый инфракрасный луч с максимальной выходной мощностью 5 милливатт опасной для зрения человека.

Читайте также:  Мтс код ошибки 720

Мощ­ность излучения полупроводниковых лазеров лежит в пределах единиц милливатт (единичные лазерные дио­ды). Лазерный луч сильно сфокусирован и несколько миллионов фотонов почти одновременно попадают в одну и ту же точку, в которой концентрируется очень большая энергия. Нанесенный на лазер желтым цветом знак «CAUSION» («предостережение») означает, что немедленное закрывание глаз защитит глаза от повреждения. Нанесенный на лазер красный знак «DANGER» («опасно») предупреждает, что даже кратковременное попадание луча в глаза опасно. Если вы видите символ лазера (рис. 3) – это предупреждение об опасности, с которой можно столкнуться при техническом обслуживании оборудования.

Рис. 3. Символ лазера

Возможность генера­ции излучения с требуемой длиной волны достигается выбором или синтезом прямозонных полупровод­ников. Наиболее распространенным мате­риалом для изготовления инжекци­онных лазеров является арсенид галлия и его соединения. С ростом температуры длина волны излуче­ния лазеров периодически переска­кивает в направлении более длин­ных волн. Это происходит в резуль­тате изменения показателя прелом­ления материала лазера, а также с уменьшением ширины запрещенной зоны.

Стабильное излучение лазерного диода LD возможно только при определенном рабочем токе, ве­личина которого лежит в пределах 40-90 мА и может колебаться в пределах ±8 мА.

Превышение рабочего тока приводит к разрушению LD. Фирмы изготовители оптических преобразователей на этикетке с названием модели указывают рабочий ток LD, величина которого равна последнему трехзначному числу, деленному на величину сопротивления резистора R10 (рис. 4), стоящего в цепи эмиттера транзистора, управляющего мощностью излучения лазерного диода (величина сопро­тивления этого резистора обычно составляет 10. 12 Ом). Например, рабочий ток лазерного диода равен 504/R10 = 50.4 мА. где R10 = 10 Ом. Мощность излучения LD контролируется (рис. 4) монитор-фотодиодом (MD) и поддерживается на постоянном уровне цепями автоматического управления мощностью – АРС. Часть излу­чения лазерного диода LD попа­дает на монитор-фотодиод, кото­рый преобразует его в электриче­ский сигнал. При уменьшении мощности излучения LD уменьша­ется потенциал на инвертирую­щем входе операционного усилителя DA, что приводит увеличению коллекторного тока транзистора VT2. т.е. увеличению рабочего тока LD. При увеличении мощнос­ти излучения происходит обратный процесс. Транзистор VT2 называется лазер-драйвером.

Существует способ проверки рабочего тока лазерного диода, который заключается в измерении падения напря­жения на резисторе, включенном в цепь эмиттера лазер-драйвера. Зная сопротивление этого резистора, легко по­лучить рабочий ток LD. Реко­мендуется следующий порядок проведения проверки: подключить вольтметр мультиметра к эмиттерному резистору, включить принтер, снять показания вольт­метра, затем выключить принтер и отключить мультиметр. Касаться щупами измерительных приборов выводов лазерного диода не допускается. Не допускает­ся также использование омметра в цепях LD. Многие активные элементы устройства восприимчивы к статическому электричест­ву, особенно это относится к полупроводниковым лазе­рам. Такие компоненты имеют название ESD (Electro Static Discharge). При работе с ними необходимо, чтобы рабочее место и жало паяльника были надежно зазем­лены. Кроме этого необходимо помнить, что полупро­водниковые инжекционные лазеры очень критичны даже к кратковременным выбросам отрицательного на­пряжения и могут легко выйти из строя при небольших обратных напряжениях. В ряде устройств их даже шун­тируют быстродействующими импульсными диодами, которые подключают параллельно.

Рис. 4. Мощность излучения LD контролируется монитор-фотодиодом (MD) и поддерживается на постоянном уровне цепями автоматического управления мощностью – АРС.

Лазер обычно размещен на отдельной плате, на которой также размещена микросхема драйвер лазера см. рис. 5. Со стороны монтажа элементов расположены: входной разъем, микросхема, навесные элементы и четыре регулировочных резистора. Стоит отметить что без особой необходимости настройку работы блока лазера этими резисторами осуществлять не стоит, так как они регулируют ток через лазеры.

Полупроводниковый лазерный диод – это пороговый прибор, поэтому неправильно выставив значение тока через диоды можно блок лазера вывести из строя. Включение и выключение лазера обеспечивает спе­циальная микросхема, называемая драйвером лазера. Например, в HP LaserJet 2200 драйвер лазера является заказной микросхемой. Этой микросхемой обеспечивается включение лазеров, кон­троль и стабилизация тока через них. Для управления лазером используется две группы сигналов, приходящих от микро­контроллера механизмов и от форматера.

Микроконтроллер управляет лазером в служебные моменты времени (измерение мощности лазера, формировании белых полей на краях листа, режим проверки механизмов – Engine Test, поиск начала стро­ки). Форматер управляет лазером в моменты формирования изображения .

Микросхема драйвера лазера задает и стабили­зирует мощность излучения лазера. Для определения работо­способности лазера и стабилизации его излучения в корпусе лазера имеется фотодетектор (общий для двух лазеров) на ос­нове фотодиода, формирующий сигнал обратной связи. При этом фотодетектор образует с лазерами монолитную структу­ру, т.е. размещается с ними в одном корпусе.


Микроконтроллер управляет лазером, точнее сказать задает его режим работы, с помощью сигналов CNT0-CNT2 (рис. 6). При печати же лазер включается и выключается в соответст­вии с группой сигналов VDATA1, /VDATA1, VDATA2, /VDATA2 – по два сигнала на каждый лазер. Данные, переданные от форматера на блок управления лазером, преобразуются им в сигналы VDATA1 и VDATA2 соответственно.

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector