Лазерный карандаш

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук БеларусиГосударственное научное учреждение Институт химии новых материалов Национальной академии наук БеларусиНаучно-технический центр им. Короля Абдулазиза(72) Авторы Аль-Сауд Турки Сауд МохаммедАлтамими Рашид Мохаммед Муравский Александр АнатольевичКазак Николай Станиславович Белый Владимир НиколаевичХило Николай АнатольевичМитьковец Анатолий ИвановичКурилкина Светлана НиколаевнаРыжевич Анатолий Анатольевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиГосударственное научное учреждение Институт химии новых материалов Национальной академии наук БеларусиНаучно-технический центр им. Короля Абдулазиза(57) Лазерный карандаш, содержащий корпус для крепления, позиционирования и защиты компонентов устройства, автономный блок питания с выключателем на основе стандартных электробатарей, лазерный диод и коллиматор, отличающийся тем, что на пути светового пучка после коллиматора установлены телескоп, уменьшающий диаметр светового пучка, и поляризатор, обеспечивающий степень поляризации выходного излучения не менее 0,99, причем телескоп изготовлен с возможностью разъюстировки вдоль оптической оси устройства в пределах рабочего угла поляризатора с целью формирования фокусного пятна излучения диаметром 0,5-1 мм вблизи плоскости выходного торца лазерного карандаша, к блоку питания подключено защитное устройство, отключающее рабочий режим лазерного излучения в случае отсутствия механического контакта выходного торца лазерного карандаша с рабочей поверхностью.(56) 1. Интернет-источник Карандаш. Материал из Википедии - свободной энциклопедии(//// 0 9 0 0 1 80 0 0 0040 0 1 88). 2. Интернет-источник Шариковая ручка. Материал из Википедии свободной энциклопедии (//// 0 8 0 0 1 80 0 8 000 2 0 0 1 8 1 80 1 83 1 87 00 0). 3. Интернет-источник - Ручки шариковые автоматические (//444.//.76). 4. Интернет-источник Графический планшет. Материал из Википедии - свободной энциклопедии (//// 0 93 1 80 0 0 1 840 8 1 87 0 5 1 81 00 8 0 9 000 0 01 88 0 5 1 82). 5. Интернет-источник Лазерная электронная ручкадля ввода информации в компьютер, 2011 (//.//.). 6. Интернет-источник Красные лазерные указки (//.-./-/63 5 -65 0635-х-3.). Предлагаемая полезная модель относится к области оптики и электроники и может быть использована для формирования графических изображений и их записи на твердых и гибких носителях, в том числе прочных и влагостойких, чувствительных только к линейно поляризованному свету с высокой степенью поляризации, например, при ручной маркировке уникальных изделий или подписании ценных документов. В настоящее время существует много различных по принципу работы механических и электронных устройств, предназначенных для формирования и записи графических изображений на различных носителях. Наиболее широко распространен и повседневно используется графитный карандаш 1. Пишущий стержень карандаша может в большей или меньшей мере отличаться по химическому составу от графита и иметь при этом различные мягкость и цвет. В большинстве случаев изображение наносится в виде следов истирающегося пишущего стержня на поверхность бумаги, которая сама по себе в подавляющем большинстве случаев является непрочным и влагонестойким и потому недолговечным носителем. Кроме того,графитные изображения подвержены нежелательному смазыванию и стиранию при механическом контакте с предметами. Известны пишущие ручки, содержащие один 2 или более 3 пишущих стержней с шариковым пишущим узлом на конце обычно с пастой определенного цвета и использующиеся для записи графической информации. Данные устройства также предназначены преимущественно для письма по бумаге. Известны изготавливающиеся серийно графические планшеты для ввода графической информации 4. Информация записывается в электронном виде, но для осуществления и визуализации процесса записи, а также для последующего считывания с носителя необходим программно совместимый компьютер. Известна лазерная электронная ручка , предназначенная для ввода и записи графической информации 5. Это устройство при наличии в нем стержня с пастой может оставлять следы на обычной бумаге, однако, как и в предыдущем случае, предназначено для записи графической информации преимущественно в электронном виде, и для ее считывания с носителя необходим компьютер. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому лазерному карандашу является лазерная указка 6, состоящая из корпуса для крепления, позиционирования и за 2 103852014.10.30 щиты компонентов устройства, автономного блока питания с выключателем на основе стандартных электробатарей, лазерного диода (ЛД) и коллиматора. Лазерная указка 6 формирует коллимированный квазимонохроматический слаборасходящийся световой пучок, однако не позволяет получить линейно поляризованный с высокой степенью поляризации световой пучок, сфокусированный в плоскости выходного отверстия корпуса в световое пятно с видимым диаметром 0,5-1 мм, и не оборудована при этом защитным устройством, отключающим рабочий режим лазерного диода при отсутствии контакта выходного торца изделия с поверхностью. Задачей предлагаемой полезной модели является создание компактного энергетически автономного источника линейно - поляризованного квазимонохроматического света в видимом диапазоне, предпочтительно синего либо красного цвета, со степенью поляризации не менее 0,99, обеспечивающего формирование светового пучка видимого цвета с возможностью контролируемого уменьшения диаметра освещаемой зоны в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения и проходящей через выходной торец устройства, до величины 0,5-1 мм, с мощностью выходного излучения не менее 8 мВт, работающего в целях безопасности для органов зрения только при непосредственном контакте выходного торца устройства с рабочей поверхностью гибкого или жесткого носителя, чувствительного только к линейно поляризованному световому излучению с высокой степенью поляризации и с мощностью излучения не менее 8 мВт. Предлагаемый лазерный карандаш содержит корпус для крепления, позиционирования и защиты компонентов устройства, автономный блок питания с выключателем на основе стандартных электробатарей, лазерный диод и коллиматор. Лазерный карандаш обладает следующими отличительными признаками на пути светового пучка после коллиматора установлен телескоп, уменьшающий диаметр светового пучка, и поляризатор,обеспечивающий степень поляризации выходного излучения не менее 0,99, причем телескоп изготовлен с возможностью разъюстировки вдоль оптической оси устройства в пределах рабочего угла поляризатора с целью формирования фокусного пятна излучения диаметром 0,5-1 мм вблизи плоскости выходного торца лазерного карандаша, к блоку питания подключено защитное устройство, отключающее рабочий режим лазерного излучения в случае отсутствия механического контакта выходного торца лазерного карандаша с рабочей поверхностью. Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами, где на фиг. 1 показаны компоновка и оптическая схема лазерного карандаша на фиг. 2 приведена фотография изготовленного образца лазерного карандаша со сдвинутым кожухом с видом на преобразователь излучения блока питания на фиг. 3 приведена фотография изготовленного образца лазерного карандаша со сдвинутым кожухом с видом на стабилизатор тока блока питания на фиг. 4 приведена фотография внешнего вида изготовленного образца лазерного карандаша в сборе. Предлагаемый лазерный карандаш состоит из корпуса, включающего разборные каркас 1 и кожух 2, для крепления, позиционирования и защиты компонентов устройства,блока питания 3 с выключателем на основе стандартных электробатарей для обеспечения автономной работы лазерного диода 4, генерирующего квазимонохроматический свет,коллиматора 5, телескопа 6, уменьшающего диаметр пучка и выполненного с возможностью контролируемой разъюстировки вдоль его оптической оси, поляризатора 7, обеспечивающего линейную поляризацию проходящего сквозь него излучения со степенью поляризации не менее 0,99, защитного устройства, обеспечивающего отключение рабочего режима лазерного диода 4 в случае отсутствия механического контакта выходного торца изделия с рабочей поверхностью. Защитное устройство и выключатель не показаны на фиг. 1, поскольку могут быть выполнены в различных вариантах и установлены в различных местах. 103852014.10.30 Лазерный карандаш работает следующим образом. Лазерный диод 4, подключенный к источнику питания 3, генерирует квзимонохроматическое лазерное излучение. Коллиматор 5 минимизирует расходимость этого излучения, после чего телескоп уменьшает диаметр светового пучка и посредством контролируемой разъюстировки вдоль оптической оси в пределах рабочего углового диапазона поляризатора 7 обеспечивает фокусировку светового пучка диаметром 0,5-1 мм в плоскости выходного торца устройства. Поляризатор 7 придает световому пучку линейную поляризацию со степенью поляризации не менее 0,99. Защитное устройство обеспечивает отключение рабочего режима излучения лазерного диода при отсутствии контакта выходного торца устройства с рабочей поверхностью. Возможность реализации предлагаемого лазерного карандаша подтверждается следующим. В настоящее время уже создано и серийно выпускается большое количество лазерных диодов и модулей на их основе, многие из которых генерируют излучение в видимом диапазоне, в том числе красное, синее, желтое, зеленое. По компоновке, показанной на фиг. 1, авторами данной заявки изготовлено два действующих образца лазерного карандаша на основе лазерных диодов 6517 и -445-50, генерирующих соответственно красное и синее излучение. По паспортным данным излучение этих диодов линейно поляризовано со степенью поляризации не менее 0,95, поэтому для обеспечения выполнения поставленной задачи использовался дополнительный поляризатор призма Глана, обеспечивающая степень поляризации не менее 0,99. Коллиматор собран из трех стеклянных положительных сферических линз. Трехкратный телескоп, уменьшающий диаметр светового пучка, состоит из двух стеклянных положительных сферических линз. Конструкцией лазерного карандаша предусмотрена возможность разъюстировки телескопа вдоль оптической оси на 5 мм от среднего расчетного положения, что позволяет производить точную фокусировку пучка в плоскости выходного торца лазерного карандаша. Видимый диаметр фокусного пятна может быть уменьшен до 0,5 мм. Электропитание изготовленных образцов лазерного карандаша осуществляется посредством блока питания (на фиг. 3 и 4 показаны с разных сторон электронные компоненты блока питания,обеспечивающие работу лазерного диода в рабочем и в ждущем режиме) на основе 2 стандартных батарей типа АА, опционально аккумуляторных. Блок питания обеспечивает непрерывную автономную работу лазерного карандаша в течение 15 ч. На фиг. 4 показана фотография внешнего вида изготовленного авторами данной заявки действующего образца лазерного карандаша в собранном состоянии. На торце, противоположном выходному,находится поворотный выключатель блока питания лазерного карандаша. Габариты образца определяются в основном размерами электробатарей, а также параметрами оптической схемы. Изготовленные образцы лазерного карандаша являются достаточно компактными диаметр - 18 мм длина - 240 мм, при этом обеспечивают достаточно высокую выходную мощность излучения 8 мВт для красного диода и 10 мВт для синего. Степень поляризации выходного излучения обоих изготовленных образцов составила величину 0,99. Защитное устройство, отключающее рабочий режим лазерного карандаша при отсутствии контакта выходного торца с рабочей поверхностью, может иметь различные варианты конструкций. В реализованных образцах лазерного карандаша оно выполнено на основе щелевой оптопары. После включения питания выключателем защитное устройство при соприкосновении с рабочей поверхностью включает лазерный диод в рабочий режим. При отсутствии контакта устройства с рабочей поверхностью лазерный диод находится в ждущем режиме, генерируя безопасное для глаз по уровню интенсивности даже в фокусной плоскости излучение, которое удобно использовать для позиционирования выходного торца устройства относительно рабочей поверхности носителя. Конструкцией, в случае необходимости, вместо выхода на ждущий режим может быть предусмотрено полное выключение лазерного диода. Таким образом, предлагаемый лазерный карандаш полностью применим для выполнения поставленной задачи. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5