JP2015079141A - 光照射装置およびこれを備えたレーザーポインター - Google Patents

Abstract

【課題】照射光源を安定に支持することができると共に、手振れ抑制することができる光照射装置およびこれを備えたレーザーポインターを提供する。
【解決手段】先端部にレーザー光源１４を有し、光軸方向に延在する光照射部３と、光照射部３における前半部の慣性モーメントと後半部の慣性モーメントとが同一になるように、光照射部３をシーソー様に支持する支点支持機構４と、光照射部３および支点支持機構４を収容すると共に、光軸方向に延在するケース部２と、ケース部２に収容され、ケース部２の軸線と光軸とが平行になるように、光照射部３の姿勢を矯正する姿勢制御機構５と、を更に備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、先端から指向性の高い光を照射する光照射装置およびこれを備えたレーザーポインターに関するものである。

従来、この種のレーザーポインターとして、手振れ防止装置付きレーザーポインター（以下、「ポインター」と言う。）が知られている（特許文献１参照）。
このポインターは、レーザーポインター本体と、レーザーポインター本体の先端部に収容したオイルバスと、オイルバス内に設けたレーザー光源と、レーザー光源に電力を供給する電源（乾電池）と、電源スイッチと、レーザー光駆動信号発生装置と、を備えている。
オイルバス内には、適度な粘性を持ったオイルが充填されており、このオイルと比重がほぼ同程度になるように、レーザー光源には重りが付加されている。これにより、レーザーポインター本体に手振れによる振動が生じても、この振動はオイルバス内のオイルによりレーザー光源には伝播されず、レーザーポイントがちらちら動くことがない。

実用新案登録第３０７１１５１号公報

このような、従来のレーザーポインターでは、手振れの影響をオイルで吸収することができるものの、レーザー光源が、オイルバス内で自由に浮遊するため、その基本姿勢を安定させることができない問題があった。

本発明は、慣性モーメントによる動き難さが手振れの抑制につながることに着目して為されたものであり、照射光源を安定に支持することができると共に、手振れ抑制することができる光照射装置およびこれを備えたレーザーポインターを提供することを課題としている。

本発明の光照射装置は、照射光源を有し、光軸方向に延在する光照射部と、光照射部における先端側の慣性モーメントと尾端側の慣性モーメントとが同一になるように、光照射部をシーソー様に支持する支点支持機構と、を備えたことを特徴とする。

この場合、光照射部および支点支持機構を収容すると共に、光軸方向に延在するケース部と、ケース部に収容され、ケース部の軸線と光軸とが平行になるように、光照射部の姿勢を矯正する姿勢制御機構と、を更に備えることが好ましい。

この場合、姿勢制御機構は、ケース部に対する光照射部の相対的な揺動を減衰させることが好ましい。

これらの場合、姿勢制御機構は、光軸方向において支点支持機構から外れたケース部に設けられたダンピング材と、光軸方向の直交するように光照射部に設けられ、ダンピング材に係合する係合片と、を有していることが好ましい。

また、支点支持機構は、相互に直交する２軸方向において、光照射部をシーソー様に支持することが好ましい。

この場合、支点支持機構は、光照射部およびケース部のいずれか一方に設けられた円錐状の支点突起、および他方に設けられ支点突起を受けると共に支点突起より広角に形成された凹状の円錐面と、光照射部の２軸方向における揺動を許容しつつ、支点突起の円錐面からの相対的な離脱を阻止する離脱阻止部と、を有していることが好ましい。

さらに、光照射部の尾端部に設けられたカウンター錘を、更に備えることが好ましい。

本発明のレーザーポインターは、照射光源をレーザー光源で構成した上記のいずれかの光照射装置と、レーザー光源用の電源電池を装着するための電池ケース部と、を備えたことを特徴とする。

この場合、電池ケース部は、支点支持機構に対し先端側に位置して光照射部に設けられた先端ケース部と、尾端側に位置して光照射部に設けられた尾端ケース部と、から成り、支点支持機構は、先端ケース部および尾端ケース部にそれぞれ電源電池を装着した状態で、光照射部における先端側の慣性モーメントと尾端側の慣性モーメントとが同一になるように、光照射部をシーソー様に支持することが好ましい。

実施形態に係るレーザーポインターの平面視模式図（ａ）および側面視模式図（ｂ）である。 実施形態に係るレーザーポインターの手振れ抑制における基本原理の説明図である。 実施形態に係るレーザーポインターの手振れ抑制における動作説明図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る光照射装置を適用したレーザーポインターについて説明する。このレーザーポインターは、外力に対し動き難さの指標となる慣性モーメントを利用して、手振れを抑制可能とするものである。

図１（ａ）は、レーザーポインターの平面視模式図であり、図１（ｂ）は、レーザーポインターの側面視模式図である。これらの図に示すように、レーザーポインター１は、ユーザーによりハンドリングされ、光軸方向に長く形成されたケース部２と、ケース部２に収容され、光軸方向に延在する光照射部３と、ケース部２内において、光照射部３をシーソー様に支持する支点支持機構４と、ケース部２内において、光照射部３の姿勢をケース部２に倣うように矯正する姿勢制御機構５と、を備えている。

ケース部２は、全体として、角部を面取りした断面矩形の樹脂ケースで構成されている。ケース部２の先端部（前端部）には、レーザー光を照射するための透明な照射窓１１が設けられている。また、ケース部２の表面には、図示では省略したが、点灯スイッチが設けられている。そして、ケース部２には、シーソー様に揺動する光照射部３が、ケース部２内壁に対し所定の間隙を存して収容されている。なお、ケース部２は、上ケースと下ケースとから成る２分割構造とすることが好ましく、上ケースには、後述する乾電池Ｄを交換するための電池蓋を設けることが好ましい。

光照射部３は、レーザー光源１４（照射光源）およびその駆動回路１５から成る光源ユニット１３と、先端部（前端部）において光源ユニット１３を支持する照射部ベース１６と、照射部ベース１６の尾端部（後端部）に設けられたカウンター錘１７と、照射部ベース１６の前部に搭載した前部電池ケース１８（先端ケース部）と、照射部ベース１６の後部に搭載し後部電池ケース１９（尾端ケース部）と、を有している。すなわち、光照射部３には、レーザー光源１４の電源電池となる乾電池Ｄが、前後に分けて搭載される。

前部電池ケース１８および後部電池ケース１９には、それぞれ２本の乾電池Ｄがセット可能に構成されている。特に図示しないが、前部電池ケース１８および後部電池ケース１９の端子に接続されたリード線は、上記の点灯スイッチを介して、光源ユニット１３の駆動回路１５に接続されている。点灯スイッチをＯＮすることにより、レーザーダイオードで構成されたレーザー光源１４から、レーザー光（可視光）が照射される。

カウンター錘１７は、照射部ベース１６上において、光源ユニット１３との釣り合いを維持するものであり、鉛やタングステン等で構成されている。詳細は後述するが、４本の乾電池Ｄをセットした光照射部３は、支点支持機構４の支点２４を中心に、前後および左右の２軸方向においてバランスするようになっている。

支点支持機構４は、光照射部３における先端側の慣性モーメントと尾端側の慣性モーメントとが同一になるように、光照射部３を上記の２軸方向においてシーソー様に支持している。具体的には、支点支持機構４は、ケース部２の前後中間部において、底面に突設した円錐状の支点突起２１と、光照射部３の照射部ベース１６の前後中間部において、下面に凹設され凹状の円錐面２２ａと、円錐面２２ａの支点突起２１からの離脱を阻止する離脱阻止部２３と、で構成されている。なお、円錐面２２ａは、照射部ベース１６に突出するように形成した円錐受け部２２の下面に形成されている。

円錐面２２ａは、支点突起２１より広角（錐の角度が大きい）に形成されており、支点２４となる円錐面２２ａの頂部を支点突起２１の頂部で支持するようになっている。すなわち、光照射部３は、支点突起２１により、前後および左右の直交する２軸方向においてバランスし、且つ揺動可能に支持されている。

一方、離脱阻止部２３は、ケース部２の天面に設けられ、円錐受け部２２に対し微小間隙を存して対峙している。これにより、光照射部３の２軸方向における揺動を許容しつつ、円錐面２２ａ（円錐受け部２２）の支点突起２１からの離脱が阻止される。なお、光照射部３側に支点突起２１に相当する突起を設け、ケース部２側に円錐面２２ａに相当する受け面を設けるようにしてもよい。

ここで、図２を参照して、慣性モーメントを利用した手振れ抑制における基本原理について説明する。同図に示すように、支点支持機構４の支点２４から光照射部３の前半部における重心Ｇ１までの距離をｒ１とし、支点２４から光照射部３の後半部における重心Ｇ２までの距離をｒ２とする。前半部の重心Ｇ１には、ビームＢに支持された前半部の重量ｍ１が作用し、後半部の重心Ｇ２には、ビームＢに支持された後半部の重量ｍ２が作用している。この場合、前半部の重量ｍ１は、照射部ベース１６の前半部、光源ユニット１３、前部電池ケース１８およびこれに装着した２本の乾電池Ｄの重量の総和となる。同様に、後半部の重量ｍ２は、照射部ベース１６の後半部、カウンター錘１７、後部電池ケース１９およびこれに装着した２本の乾電池Ｄの重量の総和となる。

この状態において、ｍ１・（ｒ１）²＝ｍ２・（ｒ２）²となるように、支点支持機構４の支点２４が設定されている。すなわち、支点支持機構４は、光照射部３における前半部（先端側）の慣性モーメントと後半部（尾端側）の慣性モーメントとが同一になるように、光照射部３をシーソー様に支持している。この場合、前半部の慣性モーメントと後半部の慣性モーメントは、支点２４を中心にバランスしており、これら各慣性モーメントの値が大きいほど、外力によるビームＢの揺動が抑制される（慣性の持つ性質）。本実施形態では、乾電池Ｄを光照射部３に搭載して、慣性モーメントを可能な限り大きくしている。したがって、ケース部２を傾けても、或いはケース部２が揺動しても、光照射部３はほぼ元の姿勢を維持する（図３（ｃ）参照）。

もっとも、レーザーポインター１では、照射ポイントを移動させる等の大きな角度変化に対し、ケース部２の軸線方向とレーザー光の光軸方向とを合致させる必要がある。そこで、このレーザーポインター１では、ケース部２の大きな角度変化に対し、光照射部３の姿勢をケース部２に倣うように矯正する機能を持たせた上で、手振れ等のケース部２の小刻みな振動に対し、慣性モーメントによる吸収機能を生かすようにしている。具体的には、このレーザーポインター１には、上記の２つの機能を併せ持たせるべく、姿勢制御機構５が組み込まれている。

姿勢制御機構５は、ケース部２の軸線（中心線）と光軸とが平行になるように、光照射部３の姿勢を矯正すると共に、ケース部２に対する光照射部３の相対的な揺動を減衰させるよう、構成されている。具体的には、姿勢制御機構５は、支点支持機構４から僅かに後方に外れた位置において、ケース部２に設けられたダンピング材３１と、光軸方向の直交するように光照射部３に設けられ、ダンピング材３１に係合する係合片３２と、で構成されている。

係合片３２は、例えば十字状に或いは円板状に形成されている。これに対応して、ダンピング材３１は、ケース部２の内面の４か所に或いは環状に形成されている。ダンピング材３１は、係合片３２を介して、光照射部３の軸線（光軸）とケース部２の軸線とが平行になるように、光照射部３に微小な弾発力を作用させ且つ光照射部３の揺動を減衰（制振）する。

すなわち、ダンピング材３１は、ケース部２の大きな或いはゆっくりした角度変化（姿勢変化）に対し、これに倣うように光照射部３の角度をゆっくり追従変化させる。また、ダンピング材３１は、ケース部２の小刻みな或いは急激な角度変化に対し、これを吸収して、慣性モーメントによる角度維持（姿勢維持）を許容する。なお、ダンピング材３１として、ゲル状やゾル状（ゼリー状）の材料、柔軟性の袋に封入した高粘性流体、スポンジ、ばね等を用いることができる。

次に、図３を参照して、レーザーポインター１の手振れ抑制における動作について説明する。
図３（ａ）に示すように、静止状態におけるレーザーポインター１は、光照射部３の軸線（光軸）とケース部２の軸線とが平行になるように、光照射部３の姿勢が維持されている。すなわち、光照射部３の前半部と後半部とが、支点支持機構４に支持された状態で釣り合っている。また、この釣合い状態を維持すべく、姿勢制御機構５は、径方向から光照射部３に微小な且つ均等な弾発力を作用させている。

この状態から、図３（ｂ）に示すように、レーザー光の照射ポイントを移動させると、先行してケース部２が角度変化（姿勢変化）し、一瞬間をおいて、光照射部３がケース部２に倣うように角度変化（姿勢変化）する。すなわち、姿勢制御機構５の作用により、光照射部３の軸線（光軸）とケース部２の軸線とが平行になるように、光照射部３の角度変化が収束する。これにより、照射ポイントを移動が無理なく行われる。

一方、図３（ｃ）に示すように、照射ポイントにおいて手振れが発生すると、ケース部２は微小に角度変化（姿勢変化）する。しかし、このケース部２の揺動は、姿勢制御機構５の減衰作用と、光照射部３の持つ慣性モーメントとにより吸収される。すなわち、ケース部２の急激な動きに対し、光照射部３はこれを吸収しつつ鈍い動きを奏する。したがって、光照射部３は、ケース部２が揺動してもその姿勢を維持し、照射ポイントにおけるレーザー光（スポット）の揺れが抑制される。

以上のように、本実施形態のレーザーポインター１によれば、光照射部３における前半部の慣性モーメントと後半部の慣性モーメントとが同一になるように、光照射部３を支点支持機構４がシーソー様に支持しているため、レーザー光源１４を安定に支持することができると共に、慣性を利用して手振れ抑制することができる。

また、姿勢制御機構５により、ケース部２の軸線と光軸とが平行になるように、光照射部３の姿勢を矯正するようにしているため、ケース部２の大きな角度変化に対し、光照射部３の姿勢をケース部２に倣うように矯正することができる。加えて、手振れ等のケース部２の小刻みな振動に対し、慣性モーメントによる吸収機能を生かすことができる。したがって、違和感のないレーザー照射が可能になる。

本発明の光照射装置は、上記のレーザーポインターの他、自動車のヘッドランプ、天吊りのスポット照明、懐中電灯（ヘッドライトを含む）等にも適用可能である。

１ レーザーポインター、２ ケース部、３ 光照射部、４ 支点支持機構、５ 姿勢制御機構、１４ レーザー光源、１６ 照射部ベース、１７ カウンター錘、１８ 前部電池ケース、１９ 後部電池ケース、２１ 支点突起、２２ａ 円錐面、２３ 離脱阻止部、２４ 支点、３１ ダンピング材、３２ 係合片、Ｄ 乾電池

Claims (9)

1. 照射光源を有し、光軸方向に延在する光照射部と、
   前記光照射部における先端側の慣性モーメントと尾端側の慣性モーメントとが同一になるように、前記光照射部をシーソー様に支持する支点支持機構と、を備えたことを特徴とする光照射装置。
2. 前記光照射部および前記支点支持機構を収容すると共に、前記光軸方向に延在するケース部と、
   前記ケース部に収容され、前記ケース部の軸線と前記光軸とが平行になるように、前記光照射部の姿勢を矯正する姿勢制御機構と、を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記姿勢制御機構は、前記ケース部に対する前記光照射部の相対的な揺動を減衰させることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記姿勢制御機構は、
   前記光軸方向において前記支点支持機構から外れた前記ケース部に設けられたダンピング材と、
   前記光軸方向の直交するように前記光照射部に設けられ、前記ダンピング材に係合する係合片と、を有していることを特徴とする請求項２または３に記載の光照射装置。
5. 前記支点支持機構は、相互に直交する２軸方向において、前記光照射部をシーソー様に支持することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の光照射装置。
6. 前記支点支持機構は、
   前記光照射部および前記ケース部のいずれか一方に設けられた円錐状の支点突起、および他方に設けられ前記支点突起を受けると共に前記支点突起より広角に形成された凹状の円錐面と、
   前記光照射部の前記２軸方向における揺動を許容しつつ、前記支点突起の前記円錐面からの相対的な離脱を阻止する離脱阻止部と、を有していることを特徴とする請求項５に記載の光照射装置。
7. 前記光照射部の尾端部に設けられたカウンター錘を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光照射装置。
8. 前記照射光源をレーザー光源で構成した請求項１ないし７のいずれかに記載の光照射装置と、
   前記レーザー光源用の電源電池を装着するための電池ケース部と、を備えたことを特徴とするレーザーポインター。
9. 前記電池ケース部は、前記支点支持機構に対し先端側に位置して前記光照射部に設けられた先端ケース部と、尾端側に位置して前記光照射部に設けられた尾端ケース部と、から成り、
   前記支点支持機構は、前記先端ケース部および前記尾端ケース部にそれぞれ前記電源電池を装着した状態で、前記光照射部における先端側の慣性モーメントと尾端側の慣性モーメントとが同一になるように、前記光照射部をシーソー様に支持することを特徴とする請求項８に記載のレーザーポインター。

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