이 저렴한 5mW 레이저 모듈 중 하나를 어둡게하는 방법은 무엇입니까?
나는 프레젠테이션을 위해 오래된 3x LR44 리튬 셀 레이저 포인터를 사용했습니다. 배터리가 서서히 소모되면서 출력 된 빔도 어두워졌습니다.
최근에 eBay에서 저렴한 650nm 레이저 모듈 중 하나를 구입했습니다 . 3-6V 등급이므로 3 개의 AA / AAA 배터리를 연결하여 작동하도록 설계된 것으로 보입니다. 나는 4 개의 배터리를 시도하고 연결했고 ~ 4.68V에서 매우 밝은 빔을 얻었다. 그런 다음 배터리를 2로 줄였고 놀랍게도 3.12V에서 똑같이 밝은 빔을 얻었습니다. 그런 다음 ~ 1.56V에서 하나의 배터리 만 사용하면 출력이 전혀 없습니다.
읽고 내 생각에서, 나는 지금이 금속 하우징에 아마 유사한 드라이버 보드,라고 가정 이 . 두 번째 추측은 중국 제조업체 가 이러한 드라이버 로만 이러한 레이저 다이오드 모듈을 제작 (판매) 한다는 것입니다. 이는 다이오드를 압도해도 5mW 이상의 출력이 발생하지 않도록하기위한 것입니다. 어리석은 사고로부터 나와 같은 사용자 를 보호하기 위해 타 버릴 것 입니다.
내 응용 프로그램의 경우 출력 된 빔이 모든 시도 된 전압에서 너무 밝습니다. 1mW 밝기 범위에서 빔을 더 많이 사용하고 싶습니다. 1mW가 더 안전하다고 가정합니다. (참고 : 5mW 레이저는 "약간 위험"하고 1mW 레이저는 "매우 안전"하다고 가정합니다. 그러나 내가 틀렸다면 수정하십시오. 기꺼이 직접 조사하지 않을 것입니다.)
그렇다면 누군가 전력을 낮추는 것이 효과가없는 이유를 설명해 주 시겠습니까?
보너스 질문 : PWM 변조를 사용하면 "실제 전압을 낮추는"대신 "고정 전압을 매우 빠르게 켜고 끌 수있는"해결책이 될 수 있다는 것을 알았습니다. 그 결과 매우 빈번하게 (따라서 사람의 눈으로는 눈에 띄지 않는) 깜박임이 발생합니다. (3V 또는 5V Arduino를 사용합니다.) 설치된 드라이버가이를 수용합니까? (이 드라이버가 실제로 PWM 전원에 의해 구동되도록 설계 되었습니까? .. 파열됩니까?) 그러면 레이저 빔이 덜 밝게 보일까요? 그리고 더 안전합니까?
업데이트 :
답변에서 수집 한 지식을 사용하여 모듈을 어둡게 할 수있었습니다. 실수는 다음과 같습니다. 전압을 낮추는 것뿐이었습니다! 두 개의 AA 배터리가 연결되고 (3.12V 측정) 70 Ohm 저항 (모듈에 대한 전류 제한)을 사용하면 빔이 심하게 어두워집니다. PWM이 필요하지 않습니다. 60 Ohm 저항은 필요한 출력을 산출합니다 (눈에 보이지만 짜증나게 밝지는 않음). 레이저 와트가 얼마인지 말할 수 없습니다.
경고 고지 : 5mW 레이저 (Class IIIR 또는 IIIa) 는 나쁜 환경에서 위험합니다! 깜박이지 않는 눈에 집중된 빔이있는 1mW (클래스 2) 레이저조차도 몇 피트 떨어진 곳에서 영구적 인 손상을 입힐 수 있습니다. 이 차트 또는 이 요약을 비교하십시오 .
저항없이 레이저 모듈을 연결하는 것은 아마도 위험했을 것입니다. 드라이버가없는 레이저 다이오드는 그 이상이었을 것입니다. 저항이 없으면 모듈은 높은 전류를 끌어 올 수 있으며 ( 비교 ) 원하는 것이 아닐 수도있는 전체 5mW를 출력 할 수 있습니다. 다행히 직접적인 반사가 발생, 빔은 매우 내가 소유하고있는 모듈에 집중하지된다 하고 그것을 선으로 확산이다. 그래서 이렇게 낮은 전원 모듈을 얻거나 (당신은 아마 슬프게도 중국어 판매자가 이러한 5mW까지의 사람처럼 그들을 제공하지 않는다>는 1mW 필요하지 않습니다) 어둡게 당신이 주변 사람들과 이러한 레이저를 운영하는 경우 출력을! 레이저 여야합니까? 일반적인 LED 및 렌즈로 투영하는 것을 고려하십시오.
답변
이러한 레이저 모듈에는 일반적으로 (한계 내에서) 다른 전압에서 레이저에 동일한 전류를 전달하는 전류 소스가 내장되어 있습니다.
또한 특정 전압 이하에서는 LED에서 발생하는 것처럼 레이저가 전도되지 않기 때문에 아무 일도 일어나지 않습니다.
고갈 된 배터리는 여전히 충분히 높은 전압에서 약간의 전류를 전달하지만 밝은 광선에 충분한 전류를 제공하지 않는다고 가정합니다.
따라서 레이저를 어둡게하려면 전류를 조절해야합니다.이 경우 드라이버 또는 드라이버 출력을 수정하거나 (최소 전압 이상을 유지하면서 전류 감소) PWM을 사용해야합니다.
전위계를 사용하여 전류를 제한하지만 너무 많은 전압을 떨어 뜨리지 않는 저항 범위가 있는지 확인할 수 있습니다. 계산에는 사양이 필요합니다.
저주파 (20Hz에서 시작)에서 PWM을 시도하고 어떤 일이 발생하는지 확인할 수 있지만 (일부에서는 작동 함) 일반적으로 더 높은 주파수는 이러한 드라이버에서 작동하지 않습니다. 대부분의 경우 입력 및 출력에 커패시터가있어 너무 느리게 반응하고 수행하려는 작업을 필터링합니다.
때문에 우선, 눈 (아닌 파워 미터)에 의해 레이저 광의 강도를 판정하는 것은 곤란하다 밝은 과 매우 밝은이 거의 같은 것. 나는 당신이 간접적으로 빔을 확산 표면에 비추는 것으로 가정하고 있습니다.
이러한 적색 레이저에 대한 두 가지 접근 방식 ... 한 가지 유형은 세 개의 리드가있는 레이저 다이오드 모듈을 사용합니다.
- 하나의 리드는 레이저 다이오드에 전류를 공급합니다.
- 하나의 리드는 전류 출력이 레이저 출력에 비례하는 포토 다이오드에 연결됩니다.
- 공통 리드에는 레이저 다이오드 전류와 광 다이오드 전류가 모두 포함됩니다.
(에서https://www.newport.com/t/laser-diode-technology)
이 접근 방식은 공급 전압과 무관 한 일정한 레이저 전력을 유지하기 위해 광 다이오드 전류를 사용하여 레이저 다이오드 전류를 조절하는 일부 외부 반도체를 사용합니다. 이 조절 회로는 너무 높은 공급 전압으로 인해 과열 및 / 또는 과전압 파괴가 발생할 수 있습니다.
레귤레이터 회로는 응답 시간에 따라 PWM과 호환 되거나 호환 되지 않을 수 있습니다.
다른 접근 방식은 훨씬 더 간단합니다. 빨간색 레이저 다이오드를 사용하는 직렬 저항 (대략 100 옴 값)입니다. 이들은 종종 <1mW 레이저 출력으로 표시 됩니다.
- 측정 된 레이저 전압 : 실온에서 2.11V
- 4.5V 공급에서 공급되는 68 ohm 직렬 저항으로 측정 된 레이저 전류 : ~ 20mA.
이 배열은 PWM을 매우 잘 받아들입니다. 레이저 전류는 직렬 저항에 의해서만 제한되기 때문에 4.5V보다 높은 공급 전압은 더 높은 레이저 전류, 더 높은 열 방출 및 레이저 소손 위험을 초래합니다. 사진에 보이는 것은 거의 보이지 않을 정도로 작은 레이저 다이오드와 순간 직렬 스위치입니다. 스프링 접점은 3 배터리 (각 1.5V) 스트링의 음극 끝단에 연결됩니다. 표면 실장 직렬 저항은 순간 스위치에 의해 숨겨집니다.
이 사진에는 금속 쉘에 고정 된 플라스틱 초점 렌즈가 있습니다.
합리적인 선형 레이저 작동에는 최소한의 다이오드 전류가 필요합니다. 이 임계 값 아래에서는 레이저보다 LED가 많으며 광 출력이 약합니다. PWM은 이러한 "1mW"적색 레이저에 대해 전류 없음과 약 20mA 사이에서 전환되어야합니다.
아래 사진에서 직렬 순간 스위치가 제거되고 시준 렌즈가 제거되었지만 표면 실장 직렬 저항은 남아 있습니다. 빨간색 와이어와 검은 색 와이어는 4.5V의 DC 전압을 공급합니다.
레이저 출력 빔은 빠르게 발산하고 렌즈없이 매우 "타원형"빔 프로파일 (높이 및 날씬함)을 제공합니다.
@ocrdu가 지적했듯이 전원 공급 장치 컨트롤러는 서로 다른 공급 전압에서 레이저를 통해 동일한 구동 전류를 구동하려고합니다.
레이저 광은 너무 밝아서 눈의 원뿔을 포화시키고 레이저의 밝기를 추정 할 수 없습니다. 광학 파워는 변하지 만 눈에는 똑같이 보입니다. [1]
[1] DC Hood, T Ilves, E Maurer, B Wandell 및 E Buckingham, "주변 강도의 함수로서의 인간 원뿔 채도 : 동적 범위의 변화 모델 테스트", Vision Research , 18 (8), 1978, 페이지 983-993,https://doi.org/10.1016/0042-6989(78)90026-3