Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10385
(13) U
(46) 2014.10.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
F 21V 5/04
F 21Y 101/02
(2006.01)
(2006.01)
(54) ЛАЗЕРНЫЙ КАРАНДАШ
(21) Номер заявки: u 20140150
(22) 2014.04.16
(71) Заявители: Государственное науч-
ное учреждение "Институт физики
имени Б.И. Степанова Националь-
ной академии наук Беларуси" (BY);
Государственное научное учрежде-
ние "Институт химии новых матери-
алов Национальной академии наук
Беларуси" (BY); Научно-техниче-
ский центр им. Короля Абдулазиза
(SA)
(72) Авторы: Аль-Сауд Турки Сауд Мохам-
мед (SA); Алтамими Рашид Мохаммед
(SA); Агабеков Владимир Енокович
(BY); Муравский Александр Анатолье-
вич (BY); Казак Николай Станиславович
(BY); Белый Владимир Николаевич (BY);
Хило Николай Анатольевич (BY); Мить-
ковец Анатолий Иванович (BY); Курил-
кина Светлана Николаевна (BY); Ры-
жевич Анатолий Анатольевич (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY); Государст-
венное научное учреждение "Институт
химии новых материалов Националь-
ной академии наук Беларуси" (BY);
Научно-технический центр им. Короля
Абдулазиза (SA)
(57)
Лазерный карандаш, содержащий корпус для крепления, позиционирования и защиты
компонентов устройства, автономный блок питания с выключателем на основе стандарт-
ных электробатарей, лазерный диод и коллиматор, отличающийся тем, что на пути све-
тового пучка после коллиматора установлены телескоп, уменьшающий диаметр светового
пучка, и поляризатор, обеспечивающий степень поляризации выходного излучения не ме-
нее 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 каран-
даша, к блоку питания подключено защитное устройство, отключающее рабочий режим
лазерного излучения в случае отсутствия механического контакта выходного торца лазер-
ного карандаша с рабочей поверхностью.
Фиг. 1
BY10385U2014.10.30

2. BY 10385 U 2014.10.30
2
(56)
1. Интернет-источник: Карандаш. Материал из Википедии - свободной энциклопедии
(http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9A %D0 %B0 %D1 %80 %D0 %B0 %D0 %BD %D0 %B
4 % D0 %B0 %D1 %88).
2. Интернет-источник: Шариковая ручка. Материал из Википедии свободной энцикло-
педии (http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A8 %D0 %B0 %D1 %80 %D0 %B8 %D0 %BA %
D0 %BE %D0 %B2 %D0 %B0 %D1 %8F_ %D1 %80 %D1 %83 %D1 %87 %D0 %BA %D0
%B0).
3. Интернет-источник - Ручки шариковые автоматические (http://444.by/kanc/index.php
?mode = category&id = 76).
4. Интернет-источник: Графический планшет. Материал из Википедии - свободной
энциклопедии (http://ra.wikipedia.org/wiki/ %D0 %93 %D1 %80 %D0 %B0 %D1 %84 % D0
%B8 %D1 %87 %D0 %B5 %D1 %81 %D0 %BA %D0 %B8 %D0 %B9_ %D0 %BF %D0 %
BB %D0 %B0 %D0 %BD %D1 %88 %D0 %B5 %D1 %82).
5. Интернет-источник: Лазерная электронная ручка ShelPen для ввода информации в
компьютер, 2011 (http://scdsibir.com/files/Booklet_shelpen_ru.pdf).
6. Интернет-источник: Красные лазерные указки (http://www.fti-optronic.com/Krasnye-
lazernye-ukazki/Krasnye-lazernye-ukazki-63 5 -65 0-nm-KLM-P635-х-3.html).
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 марки-
ровке 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 изо-
бражений 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 боль-
шинстве случаев изображение наносится в виде следов истирающегося пишущего стерж-
ня 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 меха-
ническом 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 исполь-
зующиеся 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 необхо-
дим программно совместимый компьютер.
Известна лазерная электронная ручка ShelPen, 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 счи-
тывания с носителя необходим компьютер.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому лазерному карандашу яв-
ляется лазерная указка [6], состоящая из корпуса для крепления, позиционирования и за-

3. BY 10385 U 2014.10.30
3
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 пу-
чок, однако не позволяет получить линейно поляризованный с высокой степенью поляри-
зации световой пучок, сфокусированный в плоскости выходного отверстия корпуса в
световое пятно с видимым диаметром 0,5-1 мм, и не оборудована при этом защитным уст-
ройством, отключающим рабочий режим лазерного диода при отсутствии контакта вы-
ходного торца изделия с поверхностью.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание компактного энергетически
автономного источника линейно - поляризованного квазимонохроматического света в ви-
димом диапазоне, предпочтительно синего либо красного цвета, со степенью поляризации
не менее 0,99, обеспечивающего формирование светового пучка видимого цвета с воз-
можностью контролируемого уменьшения диаметра освещаемой зоны в плоскости, пер-
пендикулярной 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 непосредствен-
ном 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, позиционирова-
ния и защиты компонентов устройства, автономный блок питания с выключателем на ос-
нове стандартных электробатарей, лазерный диод и коллиматор. Лазерный карандаш
обладает следующими отличительными признаками: на пути светового пучка после кол-
лиматора установлен телескоп, уменьшающий диаметр светового пучка, и поляризатор,
обеспечивающий степень поляризации выходного излучения не менее 0,99, причем теле-
скоп изготовлен с возможностью разъюстировки вдоль оптической оси устройства в пре-
делах рабочего угла поляризатора с целью формирования фокусного пятна излучения
диаметром 0,5-1 мм вблизи плоскости выходного торца лазерного карандаша, к блоку пи-
тания подключено защитное устройство, отключающее рабочий режим лазерного излуче-
ния в случае отсутствия механического контакта выходного торца лазерного карандаша с
рабочей поверхностью.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами, где на фиг. 1 показа-
ны компоновка и оптическая схема лазерного карандаша; на фиг. 2 приведена фотография
изготовленного образца лазерного карандаша со сдвинутым кожухом с видом на преобра-
зователь излучения блока питания; на фиг. 3 приведена фотография изготовленного об-
разца лазерного карандаша со сдвинутым кожухом с видом на стабилизатор тока блока
питания; на фиг. 4 приведена фотография внешнего вида изготовленного образца лазерно-
го карандаша в сборе.
Предлагаемый лазерный карандаш состоит из корпуса, включающего разборные кар-
кас 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 возможно-
стью контролируемой разъюстировки вдоль его оптической оси, поляризатора 7, обеспе-
чивающего линейную поляризацию проходящего сквозь него излучения со степенью
поляризации не менее 0,99, защитного устройства, обеспечивающего отключение рабоче-
го режима лазерного диода 4 в случае отсутствия механического контакта выходного тор-
ца изделия с рабочей поверхностью. Защитное устройство и выключатель не показаны на
фиг. 1, поскольку могут быть выполнены в различных вариантах и установлены в различ-
ных местах.

4. BY 10385 U 2014.10.30
4
Лазерный карандаш работает следующим образом. Лазерный диод 4, подключенный к
источнику питания 3, генерирует квaзимонохроматическое лазерное излучение. Коллима-
тор 5 минимизирует расходимость этого излучения, после чего телескоп уменьшает диа-
метр 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. Поляриза-
тор 7 придает световому пучку линейную поляризацию со степенью поляризации не менее
0,99. Защитное устройство обеспечивает отключение рабочего режима излучения лазерно-
го диода при отсутствии контакта выходного торца устройства с рабочей поверхностью.
Возможность реализации предлагаемого лазерного карандаша подтверждается сле-
дующим. В настоящее время уже создано и серийно выпускается большое количество ла-
зерных диодов и модулей на их основе, многие из которых генерируют излучение в
видимом диапазоне, в том числе красное, синее, желтое, зеленое. По компоновке, пока-
занной на фиг. 1, авторами данной заявки изготовлено два действующих образца лазерно-
го карандаша на основе лазерных диодов QL6517SA и LD-445-50SG, генерирующих
соответственно красное и синее излучение. По паспортным данным излучение этих дио-
дов линейно поляризовано со степенью поляризации не менее 0,95, поэтому для обеспе-
чения 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, уменьшаю-
щий диаметр светового пучка, состоит из двух стеклянных положительных сферических
линз. Конструкцией лазерного карандаша предусмотрена возможность разъюстировки те-
лескопа вдоль оптической оси на 5 мм от среднего расчетного положения, что позволяет
производить точную фокусировку пучка в плоскости выходного торца лазерного каран-
даша. Видимый диаметр фокусного пятна может быть уменьшен до 0,5 мм. Электропита-
ние 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 образ-
ца 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 конструк-
ций. В реализованных образцах лазерного карандаша оно выполнено на основе щелевой
оптопары. После включения питания выключателем защитное устройство при соприкос-
новении с рабочей поверхностью включает лазерный диод в рабочий режим. При отсутст-
вии контакта устройства с рабочей поверхностью лазерный диод находится в ждущем
режиме, генерируя безопасное для глаз по уровню интенсивности даже в фокусной плос-
кости излучение, которое удобно использовать для позиционирования выходного торца
устройства относительно рабочей поверхности носителя. Конструкцией, в случае необходи-
мости, вместо выхода на ждущий режим может быть предусмотрено полное выключение
лазерного диода.
Таким образом, предлагаемый лазерный карандаш полностью применим для выпол-
нения поставленной задачи.

5. BY 10385 U 2014.10.30
5
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.