Лазерный «бластер» действующая модель +67





image

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 лучом 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:

image

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:

image

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:

image

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

image

Полоса будет примерно такая:

image

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 10-40мм от модуля. 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:

image

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»:

image

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 80мм и это дает расхождение луча примерно 3,5 угловых минут. Это неплохо и выглядит красиво. На выходе толщина луча 6мм, на расстоянии 11м — 14мм, а на расстоянии 100м полоска лазера будет чуть больше 10см. 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 20-50м 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:

image

Луч на расстоянии 11м. Видны волновые эффекты:

image

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 – бутафория. 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 бутафорских рюшечек. Это не стим-панк.
В качестве корпуса я взял приклад от какой-то отечественной воздушки.

Вот такой:

image

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

Питание от 2х 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»:

image

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:

image

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 200-300м), луч тоже безопасен даже на максимальной мощности. Из-за расхождения луча и поглощения атмосферой.

Готовый «бластер»


image

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:

image

image

И из ранних:

image

image

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 70-200мм.
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 50-60м.

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:



На небе видно звезды, Имперских крейсеров не видно :)

В Луну:



Прямое попадание в Луну:



Следующим проектом надо будет делать разрушитель планет! Тут явно мощи не хватает :)

Видео.

Стрельба одиночными:


Очередью:


Всем спасибо за внимание!

Да пребудет с вами Сила!




Комментарии (71):

  1. aa-dav
    /#21471232

    Мечта детства — вот такой лазер:
    image

    • tvr
      /#21471570 / +1

      Мечта детства — вот такой

      вот вундерваффе
      image

  2. Anastasia_K
    /#21471242

    а где звук пиу-пиу?!?

    • MikeVC
      /#21471306

      Он остался в мире Звездных войн. Так же как и громкие взрывы в космосе, прерывистые лучи лазера и «самолетный» способ полета космических кораблей.

      • ooprizrakoo
        /#21474908

        а может эти прерывистые лучи — не лазер, а плазменные выбросы?
        тогда и кинетический эффект от попаданий можно объяснить.

      • TheThing
        /#21475794

        Насколько помню по лору, бластер именно бластер, эдакий плазмомет использующий некий выдуманный газ «тибанна». Отсюда и прерывистые «лучи». Как и турболазеры на космических кораблях, у которых от лазера только часть в названии.

        • denis64
          /#21477158

          Возможно лазер в устройстве всё же присутствует — для разогрева плазмы например.

  3. agalakhov
    /#21471250

    Ограничение средней мощности лазера с помощью ШИМ не делает его безопасным для зрения, так как энергия единичного импульса все еще достаточно высока. Необходимо ограничивать непосредственно ток.

    • MikeVC
      /#21471290

      ШИМ ограничивает именно ток. Длина импульса — это отдельная история. Так что все в порядке! Там есть стабилизатор тока, который управляется ШИМ.

      • GennPen
        /#21472208

        ШИМ ограничивает усредненный ток во времени, а не ток во время действия импульса. Конечно если на выходе не стоит сглаживающий фильтр, например LC-фильтр.

        • MikeVC
          /#21472248

          Стоит отдельный регулятор тока со своим контроллером, шунтом, ключем и фильтром.
          И он управляется по шим.

          • agalakhov
            /#21473250

            В китайских контроллерах ШИМ как правило заведен на вход EN преобразователя DC/DC, то есть просто включает и выключает питание. Фильтр там рассчитан на гораздо более высокую частоту импульсного преобразователя питания, а не на частоту ШИМ (они все импульсные). А слишком высокая частота ШИМ вообще может перекосить стабилизацию тока и сжечь лазер.

            • MikeVC
              /#21473536

              Собственная частота преобразователя выше. Но и дроссель с кандюком там имеются. Так что диод драйвится правильно. Это я посмотрел в первую очередь. Иначе жалко было бы сразу упалить диод из-за кривого китайского драйвера :)

              • agalakhov
                /#21474106

                Имеется всегда, импульсный же преобразователь, линейные там не ставят. Но дроссель должен быть на частоту собственного преобразователя, а не ШИМ, иначе цепь ООС преобразователя не сможет правильно работать. Или там ДВА дросселя?

  4. DEM_dwg
    /#21471424

    А слабо Зенит Арену в Звезду смерти???

  5. Tunerok
    /#21471562

    Сделать его стреляющим прерывистым лучом тоже не получится

    Получится. Именно так и работают мощные импульсные лазеры типа эксимерных. После выхода из собственно среды накачки — лазерный пучок ожидает путь, больший чем расстояние, которое должен был пройти пучок света за длительность импульса.

    • MikeVC
      /#21471602

      Может фемтосекундный? А получится ли сделать так, чтобы это было видно как в фильме?
      Ведь главное тут — визуальный эффект.

      • agalakhov
        /#21473260

        Можно снять луч лазера в движении. Для этого надо сделать затворы камер на основе просветляющегося красителя и для просветления отвести маленькую часть исходного луча по более короткому пути. Управляющий луч должен попадать на краситель вне поле зрения камеры (перпендикулярно). Сам снимаемый луч желательно пустить через рассеивающую среду с показателем преломления больше 1, чтобы дополнительно его замедлить. При желании можно наблюдать даже изменение скорости на границе сред.

  6. Tunerok
    /#21471674

    MikeVC
    Прошу прощения, ответил не в ветке
    image
    Не, эксимерный. Вот картинка подобной конструкции.
    Длительность одного импульса у него где-то 22 нс, а это 2.2*10^-8 сек.
    Отсюда очень просто найти длину — умножаем на скорость света:
    2.2*10^-8 * 3*10^8 =~ 6.6 метров.
    Получился луч света в 6.6 метров. Да, тут есть пара нюансов, которые помешают нам увидеть этот луч как в фильме:
    1. Он распространяется по прежнему со скоростью света;
    2. Это ультрафиолетовый диапазон;
    3. Пиковая энергия импульса подобного лазера настолько велика, что производит что-то вроде «хлопков» при взаимодействии с веществом.

    Идея с прикладом — великолепная, мне очень понравилось)

    • agalakhov
      /#21473266

      Offtopic: XeF2? А сколько энергия?


      Импульсный можно и на Nd:YAG с модулятором добротности сделать. По схеме генератор-усилитель + KTP делается что-то около 4 Дж 532 нм 10 нс.

      • Tunerok
        /#21474854

        Он. 240 мДж максимальная.

        Вполне. Я лишь привел пример с которым сталкивался. Используем его там, где важна нежность и УФ.

  7. asakasinsky
    /#21471684

    Удалено

  8. QAERFRA
    /#21471774

    в реальности тоже не получается из него никуда попадать?

    • mig126
      /#21475516

      Без дополнительного лазерного прицела, не понятно куда нацелен пока не выстрелишь, отсюда и промахи. :-)

  9. MikeVC
    /#21471788

    Если стрелять «от пуза» как штурмовики в фильме, то получится так себе.
    А если целиться в оптический прицел, который вполне настоящий, то можно попадать очень точно. Можно сделать нательный датчик поражения и играть в лазерный бой.

  10. Yoooriii
    /#21472576 / +1

    Круто! Пушка — огонь.

  11. vagonovozhaty
    /#21472692 / +2

    image

    • MikeVC
      /#21472752

      :) примерно так и бывает когда эксперементируем с лазерами. Только очков разных цветов больше. Против газовых и волоконников.

    • ogost
      /#21483332

      Подскажите сезон и эпизод. Кажется я не видел эту серию.

  12. Kardy
    /#21473078 / +1

    К слову, у штурмовиков же именно «бластеры», т.е. предполагается что они стреляют какими-то пучками частиц.
    Лазерное оружие в ЗВ тоже есть, и работает оно примерно так как можно ожидать от лазерного оружия.

    • sklavit
      /#21473492

      Есть два наблюдения:
      — «бластерный» выстрел летит довольно медленно: очевидно медленнее даже пули из пистолета;
      — в батальных сценах в космосе видно, что пролетая определенное растояние выстерлы внезапно рассеиваются.
      ИМХО это больше напоминает какую-то шаровую молнию.

      • MikeVC
        /#21473506

        Разрушители давно подсчитали, что скорость «бластерного» выстрела чуть больше 200 км/ч.
        И даже от него увернуться не получится :)
        А вот отбить как это делают джедаи можно, но очень сложно.

        • megathrone
          /#21484506

          чуть больше 200 км/ч

          Поиск в гугле показал, что скорость вылета пули из огнестрельного оружия на порядок больше, чем 200 км/ч. 200 км/ч это даже меньше, чем у дешевого пневматического или пейнтбольного оружия.
          И даже от него увернуться не получится :)

          Смотря что считать уворотом… ИМХО с такой скоростью полета «заряда» достаточно просто стоять подальше от стрелка и быстро и хаотично перемещаться :)

          • MikeVC
            /#21484690

            Вот именно у бластеров в ЗВ такая скорость. Посчитали по кадрам в фильме.
            Подозреваю что сделали ее такой, чтобы на экране круче смотрелось. И чтоб джедаи мечами могли отбивать :)

          • mig126
            /#21488248

            У большинства огнестрела пули всё же летят с дозвуковой скоростью, а значит не на порядок. Сверхзвуковые в основном снайперки.

            • MikeVC
              /#21488264

              У меня много огнестрела. Я точно знаю :)
              Дозвуковых мало. Это слабые пистолеты (ПМ), спортивные мелкашки (для мелкашки есть и сверх звуковые патроны) и специальные для тихой стрельбы (винторез).
              Остальное все сверхзвук. А мощные снайперки — очень сверхзвук :) в 2 и более раз выше.

            • megathrone
              /#21491604

              У большинства огнестрела пули всё же летят с дозвуковой скоростью, а значит не на порядок. Сверхзвуковые в основном снайперки.

              Извините, не могу с вами согласиться. Википедия говорит нам, что скорость звука в воздухе ок. 1200 км/ч, в то время как например скорость вылета из банального АК-74 (это первое оружие, которое пришло в голову, как обычному диванному эксперту) почти в три раза выше скорости звука и составляет около 3000 км/ч. Что, кстати, даже больше, чем на порядок превышает 200 км/ч. А ведь это далеко не самое мощное оружие, а просто первое что пришло в голову.

              • mig126
                /#21491878

                Ок, я был несколько категоричен.

  13. werwolflg
    /#21473112

    >Луч на расстоянии 11м. Видны волновые эффекты
    Там четко видно структуру диода, три излучающие линейки.

    • MikeVC
      /#21473540

      Покручу фокус и их станет больше? :)

      • werwolflg
        /#21474382

        Нет, три ярких линии будут всегда. Можете взять короткофокусную линзу и увидите подобную картину уже на 10см.

        • MikeVC
          /#21474526

          Линий там намного больше. Это 3 самые яркие на фото. Это таки интерференция.
          Вот фото получше:
          image
          А если посмотреть глазами, то линий еще больше.

      • werwolflg
        /#21474512

        Вот видео с диодом примерно как у вас. Здесь четко видно как у него увеличивается количество линий при увеличении тока над порогом генерации.
        youtu.be/BbFCfMMYyvA?t=39

  14. qbertych
    /#21473318

    Чем мощнее лазерный светодиод, тем больше у него кристалл, а значит, мы получим просто более широкую полоску.

    На самом деле оно работает в точности наоборот. Луч расходится из-за дифракции: чем он уже, тем сильнее расходимость. Излучает там очень узкая область:


    Заголовок спойлера


    (красная полоска. Собственно, лазерный диод — это черный прямоугольник, к которому подходит верхний электрод. Большой серый прямоугольник пониже — это теплоотвод.)

    • MikeVC
      /#21473500

      Сам не встречал диодов с несколькими кристаллами.
      А вот светодиодные модули… Кирпич из светодиодов, микролинз и оптики. Из кирпича выходит пучок волокна. Так получают мощность на светодиодах. Но это ооочень жирно и дорого для игрушки.

      А структура, которую я наблюдаю, это банальная интерференция. Из-за особенностей фокусировки.

      • werwolflg
        /#21474426

        Можете подать ток на диод ниже порога генерации и посмотреть на него, например, через хорошую лупу, и увидеть сколько линий на нём светится.

      • qbertych
        /#21476290

        А вы много диодов IV класса под SEM разобрали для такой уверенности?
        Ну и про механизм интерференции интересно услышать. Если убедите, то учебник физики придется переписывать.

        • MikeVC
          /#21476316

          Все очень просто. На выходной линзе пятно вертикальное а на стене горизонтальное.
          Ничего переписывать не надо :)
          Даже если там 3 клисталла, интерференция все равно есть. Очень много тусклых тонких полосок вокруг этих 3х. Потом на листе белой бумаги сфотаю.

          • MikeVC
            /#21476526

            Сфотал. Получилось подобрать экспозицию нормально:
            image
            Что это тогда? Ну явно не 3 полосы.
            А вот картинка интерференции из Вукипедии:
            image

            Прохождения через линзу довольно толстым пятном достаточно. Это как всегда. Захочешь сделать опыт с интерференцией — запаришься. А случайно и где не надо — вот оно, запросто!

            • werwolflg
              /#21478220

              Видите, у вас две линии одинаковой интенсивности, а следующие за ними уже гораздо слабее. Это дифракция, хотя она и является частным случаем интерференции.

              • MikeVC
                /#21479010

                Но у меня нет 2х отверстий как в классичеком опыте с дифракцией и решетки тоже нет. Есть линза. Проходя ее, луч света меняет направление с конического на почти параллельное. Но поскольку луч проходит пятном не точечным, а достаточно широким, дальше происходит взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды. То есть, волновые эффекты как я и написал с статье.
                И это не проекция 3х кристаллов диода! Где я не прав?
                Или еще вариант. Точка фокуса объектива, который стоит после диода, очень маленькая и сравнима с длинной волны. Там и происходят выше описанные эффекты. А выходная линза проецирует рисунок.

  15. andrey_aksamentov
    /#21473354

    Пока кайбер кристаллы не найдут, ничего подобного не получится.

  16. Tretikona
    /#21473494

    Это чудесно, серьёзно, обожаю такие посты на Хабре. Вселяют веру в то, что детские мечты были не зря. А то у меня игрушки стреляли из лазерных указок, а так хотелось верить, что будут существовать игрушки посерьёзнее.

  17. sleepes
    /#21473836

    Да вы, батенька, фанат! Это очень круто!)

  18. unclegluk
    /#21474694

    Небольшой ствол необходим, что бы источник не сверкал так ярко.

  19. shaggyone
    /#21475266

    Мне кажется к вам Бэтмен с вопросом, почему «бэт-сигнал» не по канону, прилететь может.

  20. softaria
    /#21475494

    > В нашей же вселенной, луч лазера не может лететь метр и потом резко обрываться.

    Это же просто. Нужно только закрепить в конце меча силовым полем небольшое зеркальцо, чтобы оно возвращало луч назад.

    • vvzvlad
      /#21476156

      Нужно только закрепить в конце меча силовым полем небольшое зеркальцо

      Насколько я помню, меч — он не столько лазерный, сколько световой: там по канону он состоит из плазмы, которая свернута в виде кольца. starwars.fandom.com/ru/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%87

      • drWhy
        /#21476310

        Необязательно даже противопоставлять лазер плазме — лазер может ионизировать воздух, создавая плазму. Учитывая, что во всей вселенной «Звёздных войн» широко используются силовые поля, несложно вместо предложенного зеркала в конце меча расположить миниатюрное силовое поле, которое сможет поглощать энергию и лазера, и плазмы. Энергии кайбер-кристалла должно хватить и на генерацию, и на поглощение.

  21. vallen
    /#21476288

    А что прямо реально до Луны добивает или это рассеяние в верхних слоях атмосферы?

    • drWhy
      /#21476344

      Добивать может и добивает (в смысле удачливый наблюдатель на луне в телескоп, возможно, увидит вспышку). Но с Земли отражение лазера подобной мощности рассмотреть имхо не удастся.
      Когда-то американским полицейским сообщали по данным спутникового наблюдения о вспышках при стрельбе из пистолетов на улицах.

      • MikeVC
        /#21476494

        Это удачно снятый кадр. Тонкое облачко проплывает перед луной и в него попадает лазер.

  22. Amomum
    /#21477120

    Я просто оставлю это здесь :)



    https://www.youtube.com/watch?v=tozuzV5YZ7U


    Too long, didn't watch

    К сожалению, такой эффект есть только на видео; это примерно как со стробоскопом — лазер выдает очень короткие импульсы, которые тщательно подогнаны под частоту затвора.
    А я надеялся, что стоячую волну сделали :(

  23. mrheadyhead
    /#21479456 / +1

    Я конечно подозреваю что видео дикий баян, но мне кажется что оно должно быть здесь

  24. dfgwer
    /#21480418

    Вопрос знатокам оптики. Когда я сближаю два пальца, на очень близком сближении между ними появляется темная линия. Это действительно интерференция света? Мне кажется что я читал о таком где-то в образовательной литературе, как демонстрация волновой природы света. Недавно искал пруф, ненашел поверхностным поиском.

    • Shkaff
      /#21480694

      Это дифракция на щели между пальцами в комбинации с линзой в вашем глазу (картинка не в фокусе и размывается).

  25. kalininmr
    /#21489944

    Как у сопротивления получился, однако! (хотя чаще зеленый)
    Штурмовикам, по уставу, красный положен.