Сборка оптической схемы

[Алексей Юдин]

Тут как раз задача сделать всё медленно, чтобы школьники себя почувствовали ремарковской женщиной!

А кто такие ремарковские женцины? Знаю - тургеневских. Знаю - некрасовских (это которые коня на скаку остановит, в горящую избу войдёт...). Но ремарковские... Аааа! Вспомнил! Это которые гвозди из стенок попой вытаскивают! (помнится, был у Ремарка такой эпизод, кажись, в "Чёрном обелиске"). Эти, что ли?

Ремарковские - это такие:

1. Выпивают залпом стакан водки.
2. Говорят: "Я хочу стать твоей совсем медленно!"
3. Затем уже происходит кульминация: "Он ощутил себя в ней, а она не противилась!"

[Fidel]

И в самом деле! - не будем ханжами!  Мы все были там 

[Дрюша]

Ну, ханжи - не ханжи... Мало ли где кто побывал... А тут, вот, дело-то всё не в месте чьего-то побывания, а в стакане водки и непременной немедленности. Вот, если бы с чувством, с толком, да с расстановкой, - тогда - другое дело.

Впрочем, давайте-ка дождёмся топик-стартера. Может, у него какие ещё соображения появятся? Или по части кодировки сигнала, модуляции и детектирования он в советах не нуждается? Ему бы - что-нибудь по части оптики... И, возможно, он очень удивится, если вдруг узнает, что рассеять свет хоть по матовой сфере, хоть по классной стене - дело нехитрое (как и любое дурное дело). А, вот, сконцентрировать, да попасть с полутора километров хотя бы в несколько сантиметров... Вот это уже - задачка не из простых. Неее, я не говорю, что не реальная, но - не самая простая. А если и простая, то не так-то. Тут даже не столько оптика важна (хотя и она - тоже), сколько механика. И как он собирается их высовывать на улицу, где снег и ветер, и звёзд ночной полёт... Впрочем... Впрочем, сейчас иногда попалаются евро-стекло-пакеты -не самые плохие, хотя и трёхслойные. Когда я покупал в магазине "Зенит" всё ту же пресловутую ЗРТ-457, то прямо на прилавке решил её проверить, и направил на соседний дом сквозь окно. К своему удивлению, я обнаружил, что даже при 60Х увеличении на апертуре 70 мм картинка была довольно чёткая. За дифракцию не поручусь, но для означенных в данной теме задач - вполне сошло бы. Тогда бы проще было набоковой стороне оконного проёма, прям дюбелями к бетону смонтировать достаточно жёсткий кронштейн, там - поворотную головку с микродвижениями по двум осям, и, собсбвенно, - оптическую систему. Всё в закрытом помещении. Другую трубу - с другой стороны окна. А вообще, даже если днём не будет видно самого лазерного луча, то стёкла будут бликовать, и отблески от двойных рефлексов будут чётко отбрасываться на стены и потолок, озаряя собою всё помещение класса. Но это - только жалкие проценты энергии, отражённые стеклом. Вообще же, лазер мощностью 1000 мВт, даже на пятне диаметром 6 см, даёт освещённость всего лишь в 6-10 раз меньше, чем прямые солнечные лучи. Ну, пускай из-за потерь будет ещё в 4-5 раз хуже. Ну, пускай стёкла отражают только 4-5% света. Но даже это - всё будет явственно заметно даже ярким солнечным днём.

Ещё вариант. Многие ноутбуки, компьютеры, телефоны оснащены интерфейсом IrDA. Тут переделки потребуются минимальные. Достаточно заменить инфракрасныйисточник/приёмник на ультражёлтый (сиречь, - инфраголубой, он же - просто зелёный).

А ещё, наверное, клёвый голубой лазер можно выломать из убитого блюрейного резака. Не знаю, какая там мощность, но, надо думать, - хорошая. Смею предположить, что качество оптики там лучше, чем в китайских указках. Кабы оно небыло дифракционным, то и смысла бы не было во всей этой его голубизне. И светоприёмник там, кстати, есть. И скорость выдерживается такая, что USB 2.0 - просто отдыхает. Ну, впрочем,тогда есть маза прокидывать не COM-порт, а сразу USB 2.0. Будет даже быстрее витой пары, и драйверов надыбать можно. Имитировать придётся прямой кабель. Там, правда, не так всё просто, как с COM-портом, но в природе такие вещи - существуют.

[Lib_serg]

Спасибо всем за помощь, проблема частично решена в личку, Дрюше огромное спасибо за помощь в подсказке организации связи, но программная реализация давно решена (опыты по проводной и оптической прямой), по прежнему не откажусь в полном решении поставленной задачи, необходима только визуализация (без модуляций лампочек, светодиодов и т.п.) и всё.

[Lib_serg]

А если просто повесить на стену напротив окна белый экран (если стенка белёная, то и так сойдёт)? Пульсирующее пятно от лазера при модуляции будет на нём видно. Ещё проще. Лазер я взял-бы таки красный - он меньше рассеивается атмосферой и пятно ярче. Вам же не лучик наблюдать. И фотоприёмник можно на нём расположить, если сигнал ещё для приёма нужен.

Практически все более-менее разумные варианты предложенные здесь и которые ещё многим предстоит придумать и попытаться подсказать их мне уже испробованы и реализованы (ребята я занимаюсь этим очень давно и профессионально). Необходимо точное решение изложенное в топике т.к. сам не могу это сделать. Ранее было высказано что надо перестать маяться дурью и расходовать деньги спонсоров... это мои и преподавателя информатики из соседней школы личные средства как их расходовать дозвольте решать нам самим. Для более непонятливых расскажу что для меня всегда останется примером мой преподаватель по труду в поселковой СШ который, имея семью из жены (преподаватель физики которая отбивалась от моих диких идей про вечные двигатели пересчитывая их КПД и доказывая сопромат) и двух детей +собака и кошка  , нашему туристическому кружку (который он вёл) сам купил 4 импортных байдарки, 5 местную надувную лодку + палатки, и мы всё лето проводили на сплавах и походах, кроме того покупал неисчислимое количество инструмента и 3 станка, чтобы мы хоть чему нибудь научились в нашем глухом таёжном крае и это в ещё нищее совковое время.

[Дрюша]

программная реализация давно решена (опыты по проводной и оптической прямой), по прежнему не откажусь в полном решении поставленной задачи, необходима только визуализация (без модуляций лампочек, светодиодов и т.п.) и всё.

Ну, раз у Вас всё так расчудесно, то мне остаётся только похлопать в ладоши. Да только чой-то не верится. Как я уже писал, по самым грубым прикидкам дело выходит так, что луч зелёного лазера с расстояния 1.5 км даст пятно рассеяния никак не меньше 40 см. в диамете. Даже если свершится чудо, и он даст 20 см. в диаметре, то это - тоже немало. Проблема рассеивателя тут - ну никак не стоИт! Наоборот, тут может стоять проблема концентрации...

Одним словом, физика этого дела - ну никак не соответствует тому чертежу (схеме, эскизу), что приведён в старт-посте. Там, как я прнимаю, в предполагаемую оптическую систему попадает узенький тоненький лазерный луч. Таким он может быть с расстояния несколько десятков метров. Ну, - сотен. Но не полутора километов. Предельно малая расходимость луча определяется теорией дифракции света. Это если считать оптику абсолютно идеальной, и пренебречь всеми аберрациями, ошибками и неточностями изготовления, разъюстировками  и расфокусировками. Так, например, если на выходе из указки луч света имеет диаметр 2.2 мм, то угловой радиус пятна рассеяния будет никак не меньше одной угловой минуты. А угловой диаметр, соответственно, - двух угловых минут. Если диаметр луча составит 4.4 мм, то угловой диаметр расходящегося луча может быть 1 угловую минуту. Что такое угловая минута? Это считается пределом разрешающей способности человеческого глаза с остротой зрения 1. Под таким углом виден предмет, расстояние до которого примерно в 3500 раз больше его поперечного размера. Для растояния 1.5 км это примерно 43 см.

Чтобы уменьшить срепень расхождения луча есть только один способ: увеличить его диаметр. Так, например, если пропустить его наоборот (через окуляр и объектив) через телескоп, например, диаметром 100 мм ("ТАЛ-100R, "Мицар", "Юкон", на базе МТО-1000) и таким увеличением, чтобы выходной зрачок телескопа соответствовал бы диаметру лазерного луча (скажем, 25х для диаметра выходного зрачка 4 мм: 100/4=25), то возможная расходимость луча составит 2.4 угловых секунды или 1.72 см на расстоянии 1.5 км. То есть, луч-то фактически даже сходится (фокусируется) и тут есть явственная разница между фокусировкой на 1.5 км и на бесконечность, но всё равно никак нельзя будет сфокусировать луч света точнее чем в такое пятнышко. Можно заметить, что при диаметре около 4.3 см чисто теоретически, на пределе возможного можно сконцентрировать световую энергию объектив-в-объектив на расстоянии 1.5 км. Для 10-сантиметрового объектива это будет примерно 5.8 км, для 20-сантиметрового - примерно 23 км, короче, - пропорционально квадрату диаметра. Дальше - тоже можно, но с потерями. Ну, и понятно, что я тут не учёл влияние атмосферной турбулентности... Так что 23 км для 20-сантиметовой оптики - это где-нибудь только высоко в горах, между двумя вершинами...

[Lib_serg]

Прошу прощения, не учёл что в оптике это важно, диаметр пятна 10 см.

[Ivan7enych]

Прошу прощения, не учёл что в оптике это важно, диаметр пятна 10 см.

На таком диаметре пятно 200мВт указки будет достаточно ярким. Труба из картона (чтобы свет с улицы не мешал), на конце шар из тонкой бумаги - если в эту трубу попадет весь свет от указки - светиться будет хорошо и без всяких линз. Главное - попасть из той школы и не залупить в глаза школьникам тут.

Практически все более-менее разумные варианты предложенные здесь и которые ещё многим предстоит придумать и попытаться подсказать их мне уже испробованы и реализованы (ребята я занимаюсь этим очень давно и профессионально)

Звучит очень сомнительно. Показали-бы, что уже сделали.

[Astrocaster]

Если вы говорите что деньги ваши, время, я думаю, вы тоже цените, как свое так и наше.

Вам уже предложили оптимальные варианты, а Дрюша в своем посте даже расписал оптическую теорию, я вам говорил что нужен для лазера BeamExpander, если на него нет денег то купите монокуляр с диаметром 50мм и при соответствующем подборе фокусирующей оптики вы сможете получить на том 1,5 километровом конце "точку" размером не более 60мм, луч лазера, как вам уже написали (200мвт например) будет прекрасно виден даже без концентратора. А уж для связки с фоторезистором или фотодиодом хватит с головой.

Действительно, главное не запулить в глаза школьников такой пушкой. И помните что отраженные лучи лазера мощностью более 300мвт вредны для зрения и нужно смотреть на них только через защитные очки.

[Lib_serg]

Всем спасибо. Можно закрывать.

[Дрюша]

диаметр пятна 10 см.

Для этого - тоже потребуется коллиматор диаметром не меньше 17 мм. Дифракционное качество и точная фокусировка - подразумевается. Голая лазерная указка так сделать не сумеет. По-любому придётся городить оптическую систему.

[Дрюша]

Звучит очень сомнительно. Показали-бы, что уже сделали.

В пределах одного стола и даже школьного класса (сколько там? Ну, - 8 метров... Ну, - 10) я допускаю. Дифракционный эффекты там ещё не так прут...

Просто, я этим тоже когда-то тоже занимался. Но задача стояла так, что уже готовые инфракрасные устройства типа IrDa заставить работать на расстоянии порядка километра. Со скоростью до 4 мегабит. Но IrDA даже в штатном режиме - не шибко стабильна...

[Незнайка]

На мой взгляд, существенной проблемой, к-рая здесь не была затронута, может оказаться нестабильность диаграммы направленности передатчика, например,  из-за рефракции атмосферы, к-рая в приземном слое весьма велика. Поэтому, пространственные фильтры типа диафрагм в приемнике, здесь скорее навредят, чем увеличат c/ш. На приемной стороне нужна собирающая линза с диаметром, бОльшим, чем диаметр коллиматора, а визуализатором может служить слегка запыленная плоско-параллельная стеклянная пластина (полированная), помещенная вблизи фокуса линзы. И самое главное, вся эта приемо-передающая лазерная система должна быть аттестована на предмет возможности применения в качестве учебного пособия: лазерное излучение и детишки - это не шутки!
Легко можно нарваться на неприятности.

[Дрюша]

Ну, диафрагмы-то можно подобрать вменяемого размера. Не обязательно размером с дифракционный спот, а можно раз в 10-20 и побольше. А нестабильность из-за атмосферной рефракции... Ну, если использовать простейший и тупейший протокол COM-порта, то тут трудно что-либо испортить. Для этого есть пороговые уровни сигнала. Ну, скажем, для обычного COM-порта пороговый уровень где-то 2-3 вольта, а номинал 12 вольт (причём, некоторые девайсы выдают 5 вольт, и всё равно работает). Если что, у меня где-то были расписаны микросхемы, которые есть в продаже, что к чему подключать... Ну, короче, если там при нормальных условиях будет выдаваться номинал, то я думаю, вряд ли атмосферная нестабильность приведёт к тому, что сигнал будет уменьшаться в 4-6 раз (!!!) по сравнению с номиналом.

Ну, с видимым лазером - всё банально просто. Там воочию видно, что куда попадает или не попадает. А когда я баловался с инфракрасной связью, то делал так. У меня был самодельный окуляр типа то ли Кёлльнера, то ли Рамсдена. Довольно большой, фокусом миллиметров 50. Там плоско-выпуклая полевая линза находится почти в фокальной плоскости. Ну, или чуть ближе - не суть. Так вот, прямо к ней, в самом центре, был приклеен светодиод (или фоторезистор для приёмника). Он отчётливо виден в поле зрения окуляра. И провода, которые туда к нему тянутся. Задача наведения решалась просто: поймать в окуляр изображение "той стороны", и привести его так, чтобы изображение объектива загородилось наклеенным светодиодом (резистором). Но протокол IrDA довольно тупой (он полудуплексный вследствии неизбежной засветки передающей стороной самой себя), и Windows на нём не хотит сторить сетку. Но если использовать не совсем IrDA, а просто оптические преобразователи и коллиматоры, то проблема самозасветки не встаёт, и это выглядит как обычный нуль-модем.  Но я до этого даже так и не дошёл. У меня только распознавалось, что обнаружено какое-то инфракрасное устройство, но даже непонятно какое. Там, видать, уже протокол более высокого уровня... Скажем, сотовый телефон сообщает, что он - именно сотовый телефон... Как он это делает? Наверное, есть какие-то соглашения о пакетах данных, которые уже осмысленные... Но мне с этого было не легче.