Лазерный «бластер» действующая модель07.04.2020 15:48

В детстве я смотрел «Звездные войны» и хотел заполучить себе какой-нибудь фантастический девайс. Меч джедая возможен только в галактике Звездных войн с их специфической физикой. В нашей же вселенной, луч лазера не может лететь метр и потом резко обрываться. Делать светящуюся палку не интересно. А вот бластер… Сделать его стреляющим прерывистым лучем тоже не получится. Но сделать девайс, который «стреляет» красивым лучем в темноте вполне возможно.

Безопасность

Лазер опасен для зрения. По этому, эксперименты с лазером и оптикой нужно проводить в защитных очках. Даже 100 рублевые очки из магазина спецодежды задерживают блики, отраженный и не сфокусированный луч. Сфокусированный луч их конечно прожгет. Но в моем устройстве такового нет. Есть очки более высокого класса защиты. Их сфокусированный луч обугливает, но не прожигает. Это для тех, кто работает с мощными режущими лазерами.
Вот как работают самые обычные очки:

Лазер

И так, у меня задача получить красивый длинный луч, видимый в атмосфере в темноте или в сумерках. По сути, нужна мощная лазерная указка видимого спектра. Только в моем устройстве, она не будет светить непрерывно, а будет «стрелять» одиночными импульсами или очередями.
Я решил, что наиболее эффектным будет синее или зеленое свечение. И тут в Китайском интернет магазине на глаза попался модуль для гравировки по дереву с длинной волны 450нм.

Примерно такой:

Я выбрал модуль на 6 китайских ватт. Китайцы, конечно же, немного приврали :) И в реальности этот модуль потребляет 9вт и выдает около 2вт. Это и хорошо. Дело в том, что в синем лазерном светодиоде, кристалл довольно больших размеров и излучает он с торца пластины.

Вот так примерно это выглядит:

То есть, он выдает широкую полоску синего света. Вот угловое распределение света из даташита на светодиод:

Полоса будет примерно такая:

Чем ближе источник света к точечному, тем легче его сфокусировать и получить тонкий луч. В случае синего лазерного светодиода, мы в любом случае получим луч в виде полосы в силу конструкции кристалла. Чем мощнее лазерный светодиод, тем больше у него кристалл, а значит, мы получим просто более широкую полоску. Вывод: за мощностью гнаться не стоит. Надо выбрать светодиод с оптимальным соотношением мощности и размера кристалла. В моем модуле довольно маленький светодиод и это подходит.

Теперь оптика

Лазерный светодиод выдает полосу света с углом примерно 40 градусов. А мне нужен тонкий длинный луч. Значит, нужна коллиматорная оптика. С модулем шел объектив для гравировки по дереву, и он фокусирует луч в точку на расстоянии 10–40 мм от модула. Я, конечно же, побаловался и повыжигал дерево. Но мне нужно совсем другое. В принципе, если сфокусировать этим объективом луч в некоторой точке и эту точку поместить в фокус другой более длиннофокусной линзы, получится что мне нужно, но качество этого объектива отвратительное. Линза пластиковая, вклеена криво, в линзе дефекты и пузырьки. Для первых опытов ее хватило, но потом я заказал коллиматорный объектив с нормальными стеклянными линзами.

Вот такой:

Качество этого объектива намного выше и линз в нем 3. Он сам по себе используется в лазерных указках и может давать луч, но расхождение луча довольно велико. Моя система будет получше.

Оптическая схема моего «бластера»:

Чем более длиннофокусная линза стоит на выходе, тем меньше будет расхождение луча. Можно поставить телескоп, но это будет слишком. Мой «бластер» должен быть компактным как у Имперских штурмовиков и недорогим. Это все-таки игрушка. Я поставил плоско — выпуклую линзу с фокусным 80 мм и это дает расхождение луча примерно 3,5 угловых минут. Это неплохо и выглядит красиво. На выходе толщина луча 6 мм, на расстоянии 11 м — 14 мм, а на расстоянии 100 м полоска лазера будет чуть больше 10 см. После выхода из устройства, у луча нет точек фокуса, а значит, им ничего нельзя поджечь. Это хорошо в плане безопасности. Судя по кадрам из фильма, диаметр луча бластера — несколько сантиметров. На расстоянии «игры» в 20–50 м так оно и будет в моем случае.

Оптические компоненты я закрепил на металлической пластине. Крепление должно быть надежным, перемещение компонентов на десятую долю милиметра собъет фокус. На лазерном модуле установлена планка Вивера для крепления оптического прицела. В фильме он есть даже на бластере — пистолете у Хана Соло и на моем бластере оный быть просто обязан!

Оптическая система без кожуха:

Луч на расстоянии 11 м. Видны волновые эффекты:

Корпус

Я решил, что изделие должно быть в стиле и духе «Звездных Войн», но не обязательно копировать реквизит из фильма. Главное у меня функционал, а не копийность. Тем более, что в ранних фильмах даже в кадре видно что оружие — бутофория. Я могу сделать лучше и попробую это сделать.

Выводы я сделал следующие.

Оружие должно быть компактным с возможностью стрелять «от бедра». В фильме все так и делают, палят во все стороны и в «хороших парней» не попадают. Хотя на всех бластерах есть оптический прицел или нечто вроде того :) Значит, компановка должна быть булл-пап. Оружине должно быть футуристичным, но без лишних бутофорских рюшечек. Это не стим-панк.
В качестве корпуса я взял приклад от какой-то отечественной воздушки.

Вот такой:

Корпус пластиковый, достаточно футуристического вида и состоит из 2х половинок. А значит, туда легко будет поместить электронику.

Питание от 2×18650. Падение напряжения на лазерном светодиоде 4,3–4,5в так что одним элементом не обойтись.

На корпусе переключатель режима огня, ручки настройки мощности и скорострельности, индикатор заряда батареи.

Корпус с «начинкой»:

Контроллер

Я сделал контроллер на базе Ардуино нано.

Его задачи:

управлять мощностью лазера (ШИМ)
формировать импульсы «стрельбы» одиночными и очередями
следить за температурой лазерного модуля и зарядом батареи
включать режим безопасной мощности

Тут я подробно останавливаться не буду, каждый (или почти каждый :) хабровчанин такое запросто спаяет и напишет.

Плата контроллера:

Безопасный режим

В лазерах это необходимая функция.

На стрельбище я видел как некоторые люди стреляя из ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ, после осечки, пытались ЗАГЛЯНУТЬ В СТВОЛ! Интересно что они там хотели увидеть? Как вылетит «птичка»?

Чего уж говорить про лазерную «игрушку». Зеваки «дай посмотреть» запросто могут испортить зрение себе или ближним. В лазерных проекторах, мощных лазерных указках делают хардовый ключ блокировки. Чтобы включить устройство мог только человек, который понимает что он делает, соблюдает ТБ и применяет средства защиты. (Это в идеале). У меня это тоже есть. Без «ключа безопасности», мощность лазера ограничена единицами милливатт и он безопасен для зрения. На дальнем расстоянии (больше 200–300 м), луч тоже безопасен даже на максимальной мощности. Из-за расхождения луча и поглощения атмосферой.

Готовый «бластер»

Все собрано и работает!

Как оно? По-моему, весьма футуристично…

Каждый элемент функционален, никакой бутафории.

Теперь посмотрим кадры из фильмов «Звездные войны», где вовсю палят из бластеров.
Чтобы было потом с чем сравнить.

КДПВН — само собой!

Еще из поздних фильмов:

И из ранних:

Ну, а теперь, нас ждет битва за Галактику. Выйдем и постреляем!

Только не забываем, что в случае игры в Звездные Войны, все Джедаи, Ситхи и прочие герои сопротивления и прихвостни Империи должны одевать защитные очки!

Благо, стоят они гораздо дешевле даже масок для пейнтбола…

Испытания

Тут все снято по-настоящему, никакой компьютерной графики.
Только бластер и камера с объективом 70–200 мм.
Фотки кликабельны.

Очередь в стену выдержка пару-тройку секунд:

Выстрел в стену:

В дерево:

Я стреляю в сторону:

Чуть не попал в оператора:

Расстояние до меня примерно 50–60 м.

Стоит отметить одну особенность. Стрельба выглядит не как фонарик или указка.

Я конечно понимаю, что скорость света очень велика и заметить глазом распространение луча нереально, но импульсы длительностью от милисекунд до десятков милисекунд, обманывают восприятие и кажется, что луч реально летит по воздуху!

Выстрел в небо: