Come costruire un puntatore laser di classe IIIb a costo ridottissimo
NOTA IMPORTANTE SULLA PERICOLOSITA': Tutta la trattazione a seguire è un lavoro fatto a scopo culturale e amatoriale per appassionati. Lo scrivente sottolinea che il laser è molto pericoloso per la vista. Non va assolutamente puntato negli occhi di nessun essere vivente. Si rischia la cecità. Usate il buon senso e le dovute cautele/protezioni (esistono occhiali con filtri sulla lunghezza d'onda specifica). Fate attenzione anche a raggi riflessi da superfici riflettenti. Gli occhi sono unici, non si possono cambiare. Non è un gioco da bambini e quindi i bambini devono essere tenuti lontani da oggetti pericolosi come i laser. Ricordate che quello che esce da queste disquisizioni, è un laser di classe IIIb, che significa pericolosissimo per la vista e di cui la legge ne vieta la commercializzazione. Non sono perciò responsabile di alcun incidente possa capitare a lettori distratti che si fanno del male o che usano le informazioni qui contenute in modo incivile. Usate sempre il cervello!
Figura1
Il circuito di Figura 1, puo' essere usato per tutti quei carichi (led, diodi laser, ecc ecc) che hanno bisogno di una corrente stabile e definita, fino ad un max di 1,5A. Ma tenete presente che dopo i 500mA, conviene mettere un dissipatore all' LM317, perchè comincia a scaldare come un fornellino.
Per non far dissipare troppa power, ho indicato un'alimentazione da 8 a 12V, ma l'LM317 accetta tensioni anche doppie. In ogni caso, se volete fare altri esperimenti, i datasheet si trovano in un attimo online.
Nello specifico, ho realizzato questo circuito, per alimentare
in modo pulito e costante i miei laser.
Lavorando sulla corrente, non c'è da preoccuparsi della tensione. A
vuoto, la tensione del circuito, si avvicina a quella di alimentazione, ma
col carico collegato, si livella alla sua tensione nominale. Una cosa importante
da tenere a mente è: NON alimentate il circuito prima di collegare
il carico!!! (almeno per i diodi laser che sono fragilissimi).
Ci sono una marea di varianti di circuiti con questo integrato, ma questo è stato semplificato all'estremo, per il tipo di applicazione con alimentazione da pila, quindi senza armoniche, spikes e ripples. Viene usato solo un piccolo condensatore in ingresso che ha lo scopo di stabilizzare l'integrato ed evitare che vada in oscillazione. Sul carico, spesso si trovano elettrolitici in parallelo, ma qui è stato omesso, visto che l'alimentazione è stabile, il regolatore stesso è stabilissimo e non ha quindi senso avere un condensatore che livelli l'uscita.
Navigando in rete alla ricerca di informazioni, si trovano cose
serie e boiate stratosferiche che fanno solo perder tempo. Proprio per questo
motivo, riassumo e chiarisco le cose essenziali nei seguenti punti:
-) gli sveglioni che mostrano nei vari video,
di far funzionare il laser direttamente collegato a 2 pile da 1.5V, fanno
una cazzata. I diodi laser vanno pilotati in corrente, NON in tensione! Significa
che se non limiti la corrente, anche se fornisci la tensione giusta, si possono
bruciare in un istante.
Poi non viene fatto il minimo accenno alla parte più difficile: la
collimazione ottica. Il diodo, non emette luce collimata, ma un cono elissoidale.
La luce esce da una cavità estremamente piccola (una fessura di circa
1 micron) e da questa sorgente puntiforme, si allarga molto marcatamente.
Per avere un bel fascio parallelo, occorre, attraverso l'uso di lenti, collimare
la luce. A meno che non si disponga di una mega officina per lavorare minuterie,
consiglio di comprarsi un modulo commerciale che è già completo
e finito. Si comprano a meno di 3€ e hanno gia montato un diodo legale
di bassa potenza (<5mW) con il suo circuito di limitazione corrente incorporato.
Per inserirvi il diodo del DVD, bisogna prima togliere il diodo originale,
usando la forza: un cacciavite fine, usato come scalpello e un martello. Una
volta estratto il diodo (che se ci fai attenzione, deformi, ma non spacchi),
puoi inserire quello potente.
Un classico modulo reperibile facilmente online è questo:
Se usi questo modulo, per incastrare il nuovo diodo nella sua sede, puoi usare
il cilindro grande che, nella foto qui sopra, è il primo in alto a
sinistra del nostro modulo scomposto.Questo cilindretto, ha di bello, che
nella parte posteriore, ha un foro in cui passano i piedini del diodo laser,
ma non il tondo del corpo. Si puo' usare quindi il cilindro (come uno scalpello),
appoggiandolo sul diodo dalla parte del foro e con qualche martellatina dosata,
si potrà incastonare il diodo nella sua sede.
-) molte delle potenze che vengono sbandierate
a casaccio nei forum come idea di massima, sono valori sballati. In realtà
le potenze massime per i diodi laser di masterizzatori DVD, sono definite
per valori pulsati (con impulsi di circa 40ns). Significa che un diodo da
250mW, è in realtà un 80mW continuo. Se gli pompo dentro molta
più corrente, lo faccio vivere molto poco oppure gli si cuociono le
faccette (gli specchi della cavità risonante) e lo butto.
In base alle velocità di masterizzazione, parlando sempre di valori
pulsati, possiamo considerare all'incirca questo legame speed/mW:
4x/100, 8x/140, 12x/200, 16x/250.
Nel grafico seguente, viene mostrato come varia la potenza con la corrente
e la temperatura di un laser da 250mW pulsato (fonte datasheet Sony):
Si tenga ben presente che si può sovraccaricare (in corrente) il laser,
ma non esageratamente e bisogna tener presente che deve dissipare calore.
Deve quindi essere messo in un'apposito corpo metallico, che, oltre a contenere
(solitamente) le lenti di collimazione, gli asporta calore. Questo corpo metallico
è il modulo. Senza un supporto dissipante, se accendete il diodo, rischiate
di surriscaldarlo e cuocerlo in poco tempo.
-) se pensate di bruciare oggetti come si fa
con la lente d'ingrandimento al sole, scordatevelo! La potenza sparata da
un diodo laser di un masterizzatore, è piuttosto ridicola per incendiare,
sebbene molto pericolosa per l'occhio. Inoltre, il fascio, per bruciacchiare
un po' le cose scure o accendere i fiammiferi, deve essere focalizzato sul
bersaglio. Significa che se regolate il punto all'infinito per avere il classico
fascio rettilineo da puntatore laser, la sezione del fascio risulta troppo
ampia per avere una densità energetica tale da bruciare. Chiunque abbia
giocato con delle lenti di ingrandimento, conosce questi banali principi di
ottica. Il DVD viene inciso a grande velocità perchè le ottiche
del pickup, focalizzano tutta l'energia emessa dal laser, in un punto di dimensioni
micrometriche. In quel punto si sviluppa un calore elevatissimo perchè
la densità energetica è alta. Con i moduli laser acquistabili
online (su ebay ne trovate a flotte), non si ha un fascio di grande qualità.
Un classico modulo, utilizza delle lenti plastiche che sono ovviamente peggiori
di quelle in vetro. Ha un alloggio della lente con un'apertura verso il diodo,
non totalmente aperta (quindi non cattura il 100% della luce del diodo), ed
infine, il fascio collimato ha una sezione molto più grande rispetto
al fascio che esce dai puntatori a penna. In ogni caso, è il sistema
più comodo ed econominco per contenere il nostro diodo e per collimarne
la luce.
-) Le tensioni nominali dei laser, sono molto
variabili, quindi non c'è un dato valido per tutti. Spesso nessuno
ne parla, ma una cosa importante è anche la tensione inversa del diodo
laser. Se per caso lo collegate inversamente, basta un nulla per distruggerlo.
Le tensioni massime inverse, sono spesso appena superiori alla tensione diretta.
Quindi, prestate molta attenzione alle polarità di alimentazione.
-) i diodi laser, esistono polarizzati sia con
il case a massa sia al contrario (cioè col case collegato al +). Nella
figura di seguito ho raccolto un po' di cadaveri che ho cotto, sottoponendoli
a sovraccarichi impossibili, per mostrare come si presentano e quali sono
le piedinature classiche. (esistono anche diodi piu complessi, con 5 pin,
o con architetture diverse, ma questi in foto sono i più comuni nelle
apparecchiature di oggi):
Questo è un altro motivo per star bene attenti a come sono saldati
sul pickup ottico. Spesso sono con il case a massa e spesso il fotodiodo è
messo a massa pure lui. Se quindi, prima di dissaldare, osservate che c'è
una pista che raccoglie 2 pins e l'altra solo 1, è sicuro che il +
è il pin singolo, mentre gli altri 2 vengono assiemati a massa.
Non tutti i diodi laser hanno il fotodiodo dentro, nonostante abbiano sempre
3 piedini.
Il fotodiodo, è utilizzato come feedback in circuiti che tengono costante
la luminosità del laser. Infatti l'intensità del laser, va diminuendo
con il suo surriscaldamento. Di solito nei masterizzatori, non viene usato
e non lo useremo nemmeno con il circuito di figura 1.
Ricordate che l'aletta dissipante dell'LM317, non è isolata ma è
collegata alla Vout. Quindi, se collegate aletta e modulo laser alla stessa
superficie dissipante, fate un corto circuito, pechè il modulo è
collegato alla carcassa del diodo che è a potenziale negativo.
I diodi laser "di potenza", sono molto costosi. Il modo più economico per procurarseli, è quello di trovare dei masterizzatori DVD rotti e smontarli. Un altro metodo sempre meno costoso di comprarli sciolti, è quello di acquistare un masterizzatore nuovo di pacca e distruggerlo (so che è brutto dirlo, ma ormai i masterizzatori hanno prezzi bassissimi). I masterizzatori CD, non vanno bene per il fatto che montano diodi infrarossi. Il diodo infrarosso emette luce invisibile, quindi è piuttosto inutile come puntatore. Ma tenete presente che, anche se il nostro occhio non vede l'infrarosso, quel diodo puo' rendervi ciechi se lo si punta nell'occhio. Eventualmente potete osservarne la luce attraverso le videocamere dei cellulari, che ormai sono di serie su tutti e ci mostrano l'infrarosso come luce bianca.
Per recuperare un diodo laser da un masterizzatore DVD, meglio
prendere pezzi per pc desktop e non per portatili. I portatili hanno dentro
dei drives molto compatti ed è facilissimo che montino un unico oggetto
con all'interno sia il diodo rosso che quello infrarosso con una forma inutilizzabile.
I diodi laser si trovano montati sul pickup ottico del masterizzatore. Per
alcuni modelli non è facile capire quale sia l'infrarosso e il rosso,
mentre per altri, si vede chiaramente che i due diodi, sono montati su dissipatori
di forma diversa. In questo caso, il dissipatore più grosso è
quello che monta il diodo rosso.
Estrarli senza un graffio, non è una cosa facile, specialmente se si
è al primo tentativo. Il pickup ottico è un gran assemblaggio
di componenti piccolissimi tenuti assieme da mix di viti, incastri e soprattutto
un sacco di colla. Personalmente, io me la cavo egregiamente con una pinza
ed un tronchese. Facendo leva con i 2 utensili sul dissipatore in senso torsionale,
lo spezzo, liberando il diodo.
Esempi pratici di realizzazioni a costo molto contenuto
Il primo assemblaggio che ho fatto, usa un modulo con un diodo bluray da 150mW (110mA - 5V) che ho comprato in America. Come contenitore, ho utilizzato una scatola metallica di sigarette. Per fissare tutto nel modo più indolore possibile, ho usato dei magneti in neodimio-ferro-boro, che ho recuperato smontando hardisk rotti e ottiche di lettori CD e DVD. Con i magneti, non ho dovuto forare le lamiere per fissare viti, non ho incollato nulla e tutto è facilissimamente rismontabile. Anche la batteria viene bloccata da un piccolo magnete. L'unica pecca, è l'interruttore, che sta tutto dentro alla scatola, ma non è fissato a nulla. Il tutto lo vedete nelle seguenti 3 foto:
Bluray1
Bluray2
Bluray3
Per il secondo laser, ho inscatolato tutto in un box di cartone da gioielleria. Il diodo è un rosso pescato da un masterizzatore DVD 8x. Lo alimento a 150mA, che in continuo è sicuramente tanto, ma funziona. Il modulo è fascettato su un dissipatore di alluminio (recuperato da un UPS esploso) su cui è anche bloccato il circuito limitatore. Le 2 foto seguenti mostrano l'assemblaggio finito:
Rosso8x-1
Rosso8x-2
Il terzo lavoro, fatto stavolta con un diodo rosso estirpato ad un DVD 16x, nasce con una base come il precedente. Ho sfruttato ancora un dissipatore di alluminio come base di supporto per il modulo ed il circuito. Così il tutto è anche maggiormente dissipante. Il contenitore è un'altra scatola di sigarette metallica, ma in questo caso, invece di usare i magneti, ho usato le viti originarie del dissipatore. Il risultato è nelle seguenti foto:
Rosso16x-1
Ho cambiato solo il pulsante, rispetto l'immagine precedente, perchè
quello di prima era immenso e non era facilmente piazzabile.
RICORDATE CHE
!!! LA LUCE LASER E' PERICOLOSA PER LA VISTA. MAI PUNTARE UN FASCIO LASER NEGLI OCCHI !!!