TW201909499A

TW201909499A - 雷射光輸出裝置

Info

Publication number: TW201909499A
Application number: TW107109552A
Authority: TW
Inventors: 池田敦志; 笹田充紀
Original assignee: 日商國譽股份有限公司; 日商司通辰有限公司
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-03-01
Also published as: JP2018182244A; CN108736310A

Abstract

本發明的課題係提供更進一步削減消費電力的雷射光輸出裝置。　　本發明的解決手段，係構成設為間歇性射出雷射光者，於一度的脈衝雷射光的射出機會中，比其雷射光的輸出或施加於雷射振盪器的電流或者電壓的大小收斂於所定收斂值還早，停止雷射光的輸出或雷射振盪器之電流或者電壓的施加的雷射光輸出裝置。

Description

雷射光輸出裝置

本發明係關於輸出應照射至對象之雷射光的雷射光輸出裝置。

雷射光輸出裝置的用途之一，可舉出雷射指示器。如公知般，雷射指示器係朝向對象面照射雷射光，使觀眾視覺上辨識出現於該對象面的光點(或亮點)者，在會議及課堂等場所被廣泛利用。

一般來說，雷射指示器係從乾電池或二次電池接收必要之電力的供給而驅動。對於為了可涵蓋長時間使用來說，當然要求盡可能削減消費電力。因此，嘗試利用在使用者按下操作按鍵之間，不連續輸出雷射光，而間歇性輸出脈衝雷射光，以謀求平均消費電力的抑制(例如參照後述專利文獻)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2016-021506號公報

[發明所欲解決之課題]

本發明之所期望的目的，係提供更進一步削減消費電力的雷射光輸出裝置。 [用以解決課題之手段]

為了解決上述的課題，在本發明中，構成設為間歇性射出雷射光者，於一度的脈衝雷射光的射出機會中，比其雷射光的輸出或施加於雷射振盪器的電流或者電壓的大小收斂於所定收斂值還早，停止雷射光的輸出或雷射振盪器之電流或者電壓的施加的雷射光輸出裝置。

更具體來說，於一度的脈衝雷射光的射出機會中，在其雷射光的輸出或施加於雷射振盪器的電流或者電壓的大小超越所定收斂值的過衝發生一次或數次時，停止雷射光的輸出或雷射振盪器之電流或者電壓的施加為佳。

於一度的脈衝雷射光的射出機會中，為了便利明顯縮短雷射光的輸出或對雷射振盪器施加電流或電壓之期間，附隨在連接於雷射振盪器且設置於對該雷射振盪器施加電流或電壓的電氣電路上之半導體開關元件的旁通電容器並不一定會發揮其效用。因此，可廢止該旁通電容器。

雷射光之射出的頻率設為例如10000Hz以上的高頻。

本發明可適用於例如朝對象面照射雷射光，讓觀眾視覺上辨識出現於該對象面之光點的雷射指示器。 [發明的效果]

依據本發明，可提供更進一步削減消費電力的雷射光輸出裝置。

參照圖面來說明本發明的一實施形態。本實施形態之雷射光輸出裝置1，係藉由雷射光的光點用以指示出所希望之處的雷射指示器。本雷射指示器1係與既存的雷射指示器相同，對顯示器或螢幕、白板、黑板等的表面、房間的牆壁面之對象面照射雷射光2，藉由出現於其照射位置的光點3，明示出使用者欲指示之處者。在照射位置反射的雷射光2係射入至包含使用者的觀眾的肉眼，觀眾的視覺辨識為光點3。

如圖1所示，本實施形態的雷射指示器1係於呈棒狀的框體11內，內藏振盪雷射光2的振盪器12及透鏡等的光學系、供給雷射振盪器12所需之電力的電性電路及成為電源的電池。電池係例如1個或複數個的乾電池，使用可再充電的二次電池亦可。

於雷射指示器1之框體11的前端側，作為用以受理使用者的手所致之應照射雷射光2之要旨的指令的開關，設置有按壓按鍵13。握持框體11的基端側的使用者以大拇指等按下該按壓按鍵13時，雷射振盪器12會振盪雷射光2，該雷射光2透過配置於框體11之前端部的光學系而射出至框體11外，照射至位於框體11指向之目標的對象面。

於圖2揭示用以對雷射振盪器12供給電力的電性電路的具體例。再者，圖中的Vba、Vref及Vbr分別是起由於電池的電源電壓。雷射振盪器12係對可視光波長的雷射光2進行振盪，例如半導體雷射元件(雷射二極體)。對該雷射振盪器12，施加於升壓電路部14中升壓的直流電壓。升壓電路部14係使用升壓DC/DC轉換控制器(XC9104D093MR-G)U1所成，將從電源即電池供給之3V的電壓升壓至7V為止。

本實施形態的雷射指示器1係在按下按壓按鍵13之間，不是連續性持續射出雷射光2，而是射出間歇性的脈衝雷射光2。因此，在本實施形態中，透過電晶體及MOSFET等的半導體開關元件Q1、Q2、Q3、Q4來控制從升壓電路部14施加至雷射振盪器12的電流。

基本上，半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4點弧時，進行對雷射振盪器12的通電，雷射振盪器12輸出雷射光2。相反地，半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4消弧時，則不進行對雷射振盪器12的通電，雷射振盪器12不會輸出雷射光2。亦即，半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4點弧的期間是從雷射指示器1射出雷射光2的期間，半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4消弧的期間是雷射光2的射出停止的期間。

用以切換半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4的點弧/消弧的控制訊號，係於振盪電路部15中產生。振盪電路部15作為控制訊號所輸出之脈衝電流的頻率，進而雷射振盪器12所輸出之脈衝雷射光2的頻率(一秒間幾個脈衝雷射光2從框體11射出)係依存於電容器C7的電容。具體來說，電容器C7的電容越大則頻率越低。再者，邏輯電路IC(TC7SZ14F)U3係NOT閘極，使2號(IN)端子的輸入反轉而輸出至4號(OUT)端子。

另一方面，振盪電路部15作為控制電路所輸出之脈衝電流的DUTY比，進而雷射振盪器12所輸出之脈衝雷射光2的DUTY比(按下按壓按鍵13之期間中雷射光2射出之期間所佔的比例)係可透過可變電阻器(半固定電阻器)即微調電位計(TC33X-2-103E)VR1可透過具現之電阻的增減來調節。微調電位計VR1係根據接觸連結1號端子與3號端子的電阻體，且可沿著其滑動的滑動子的變位，1號端子-2號端子間的電阻，及2號端子-3號端子間的電阻分別變化者。與2號端子連接的滑動子越接近3號端子，則2號端子-3號端子間的電阻越小，振盪電路部15的微調電位計VR1所致之電阻越小。該微調電位計VR1係為了吸收起因於電路的各元件之特性的偏差(公差)之控制電流的DUTY比的偏差，讓DUT比與本來的設計值一致所存在者。本雷射指示器1的製造時，操作微調電位計VR1來達成所希望的DUTY比，然後固定其。

然後，振盪電路部15所輸出之脈衝電流的尖峰值係依存於電阻R9及電阻R10。但是，振盪電路部15所輸出的脈衝電流，係不會直接施加於後段的半導體開關Q3、Q4，而施加於控制應施加於該半導體開關Q3、Q4的基極之電流的前段的半導體開關Q1、Q2的基極。圖2所例示的電性電路之前段的半導體開關Q1、Q2係pnp型的雙極性電晶體，構成射極接地的放大電路，放大施加於其基極(從基極流出之負的)脈衝電流後，輸入至後段的半導體開關Q3、Q4的基極。

對於前段的半導體開關Q1、Q2的射極，賦予於調節器電路部16中被調整為一定的定電壓。調節器電路部16係包含分路調節器(分路電壓參考LM4040D20IDBZR)U2。該分路調節器U2係將1號(陽極)端子-2號(陰極)端子間的電壓維持成所定值。

於本雷射指示器1的電性電路，具備使雷射振盪器12所輸出之雷射光2的強度，換句話說是雷射振盪器12射出之光束的量接近所定收斂值的反饋功能。具體來說，使雷射振盪器12所輸出之雷射光2的一部分，射入至光檢測部，典型來說是光二極體17，並將接收其的光二極體17所輸出之電流，配合振盪電路部15所輸出之脈衝電流，施加於前段的半導體開關Q1、Q2的基極。

前段的放大電路係將pnp型電晶體Q1、Q2進行射極接地者。所以，利用接受雷射光2的光二極體17產生正電壓，連接於該光二極體17之前段的電晶體Q1、Q2的基極電流及集極電流分別變小。結果，後段的電晶體Q3、Q4的基極電流及集極電流也變小，流通於雷射振盪器12的施加電流減少，雷射振盪器12所輸出之雷射光2的強度減弱。

也就是說，射入至光二極體17之雷射光2的強度增加的話，雷射振盪器12所輸出之雷射光2的強度會減低，射入至光二極體17之雷射光2的強度減低的話，雷射振盪器12所輸出之雷射光2的強度會增加。於圖3揭示使雷射振盪器12輸出脈衝雷射光2時施加於該雷射振盪器12的電流(或電壓)的推移。再者，圖3之縱軸的施加電流量，係可當成雷射振盪器12所輸出之雷射光2的輸出或光束的量。將振盪電路部15所輸出之控制訊號賦予給半導體開關Q1、Q2而使半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4點弧後，在該狀態下經過充分時間時，如圖3以細線描繪般，雷射振盪器12之施加電流的大小及雷射光2的強度，係收斂於因應各電路元件的特性(常數)所訂定之所定收斂值。收斂值也可以當成反饋控制之目標值。

並聯連接於後段的半導體開關Q3、Q4之旁通電容器C4、C5係發揮抑制在對雷射振盪器12之施加電流的大小及雷射光2的強度收斂於收斂值的過程中跨越收斂值上下振動之狀況的作用(但是，如後所述，旁通電容器C4、C5可允許廢止)。然後，連接於後段的半導體開關Q3、Q4之基極的電阻R11、R12係規定該半導體開關Q3、Q4之基極電流的上限。亦即，電阻R11、R12係規定對雷射振盪器12之施加電流的上限及雷射光2之強度的上限。

又，於本雷射指示器1的電性電路，具備發生異常時遮斷雷射振盪器12的通電的安全功能。防障電路部18的半導體開關M2係存在於升壓電路部14的升壓DC/DC轉換控制器U1的3號(CE)端子與接地之間。該半導體開關M2係平常消弧，但其點弧時，施加於升壓電路部14的升壓DC/DC轉換控制器U1的3號端子的電壓成為0。因此，升壓DC/DC轉換控制器U1之內部電路的動作停止，成為升壓電路部14不對雷射振盪器12施加必要之直流電壓的狀態。防障電路部18所包含之推挽輸出子微型放大比較器(MCP6541T-I-OT)U4係比較3號(VIN+)端子的電壓與4號(VIN-)端子的電壓，後者低於前者之異常時，從1號(OUT)端子輸出對應5號(VDD)端子的電壓之大小的電壓。

如上所述，本雷射指示器1係間歇性射出脈衝雷射光2。如圖3所示，為了輸出脈衝雷射光2而開始對於雷射振盪器12的通電的時間點t₀ 之後，雷射振盪器12的施加電流量會急遽增加，引起超過所定收斂值的過衝。之後，施加電流量朝向收斂值減少，這次會引起低於收斂值的下衝。進而之後，如施加電流量再次增大而過衝，接著又下衝…般，施加電流量一邊重複過衝與下衝，一邊最後如以細線描繪般收斂於收斂值。

然而，在本實施形態中，如圖3以粗線描繪般，在比施加電流量收斂於收斂值還要更早很多的時間點t₁ ，使半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4消弧，中斷雷射振盪器12的通電。藉此，明顯縮短雷射振盪器12的通電期間，可大幅削減雷射指示器1所消費之平均的消費電力。中斷雷射振盪器12的通電的時間點t₁ 係設為於一度的脈衝雷射光2的射出機會中，雷射振盪器12的施加電流(或電壓)的大小超越收斂值的過衝發生一次乃至數次(十次以下)時為佳。

本實施形態中，振盪電路部15所輸出之脈衝控制訊號的DUTY比，雷射振盪器12的施加電流的DUTY比，亦即雷射振盪器12所輸出之脈衝雷射光2的DUTY比變得非常小。DUTY比當然低於50%，也可能低於10%。另一方面，對於為了將雷射振盪器12所輸出之雷射光2的光束的量，亦即照射至對象面之雷射光2的光點3的亮度設為充分的大小來說，被要求提高脈衝雷射光2的頻率，及/或增加脈衝雷射光2之輸出的尖峰，亦即雷射振盪器12的施加電流(或電壓)的尖峰。尤其，脈衝雷射光2的頻率設定為10000Hz以上。理想為將頻率設為35000Hz。脈衝雷射光2的DUTY比可利用增減微調電位計VR1所具現之電阻值來調節，雷射光2的一個一個脈衝之輸出的尖峰，可利用增減電阻R9、R10及/或電阻R11、R12的電阻值來調節。並且，脈衝雷射光2的頻率可利用增減電容器C7的電容值來調節。

在本實施形態中，構成一種朝向對象面照射雷射光2，使觀眾視覺上辨識出現於該對象面之光點3的雷射指示器1，設為間歇性射出雷射光2者，於一度的脈衝雷射光2的射出機會中，比其雷射光2的輸出或施加於雷射振盪器12的電流或者電壓的大小收斂於所定收斂值還早，停止雷射光2的輸出或雷射振盪器12之電流或者電壓的施加的雷射指示器。

更具體來說，於一度的脈衝雷射光2的射出機會中，在其雷射光2的輸出或施加於雷射振盪器12的電流或者電壓的大小超越所定收斂值的過衝發生一次或數次的時間點t₁ ，停止雷射光2的輸出或雷射振盪器12之電流或者電壓的施加。

依據本實施形態，相較於既有的雷射指示器，可實現更進一步減低消費電力的省電力雷射指示器1，可利用相同電池更長時間持續使用雷射指示器1(電池的壽命延長)。

再者，本發明並不限於以上詳述的實施形態。例如，於一度的脈衝雷射光的射出機會中，為了便利明顯縮短雷射光2的輸出或對雷射振盪器12施加電流或電壓之期間，附隨在連接於雷射振盪器12且設置於對該雷射振盪器12施加電流或電壓的電氣電路上之半導體開關元件Q3、Q4的旁通電容器C4、C5並不一定會充分發揮其效用。所以，如圖4所示，也可廢止該旁通電容器C4、C5。藉此，不僅實現零件數量及成本的削減，也有迴避旁通電容器C4、C5所致之電力消費的優點。

本發明之雷射光輸出裝置的用途，並不限定於藉由雷射光的光點用以指示出所希望之處的雷射指示器。例如本發明也可適用於對人體照射雷射光來進行治療的醫療用機器、測量計、粒徑分析及非破壞檢查所用的計測機器、條碼讀取機及指向裝置(使用雷射的滑鼠)的光源、光碟的讀取及寫入所用的光源、光通訊的光源、施加穿孔及切削、切斷等之各種加工的雷射加工機、照準儀及水準儀、雷射導引、全像術、如雷射光秀的娛樂領域、其他。

此外，各部的具體構造，也在不脫離本發明的要旨的範圍中可進行各種變形。 [產業上之利用可能性]

本發明可適用於應照射至對象之雷射光的雷射光輸出裝置。

1‧‧‧雷射光輸出裝置(雷射指示器)

2‧‧‧雷射光

3‧‧‧光點

11‧‧‧框體

12‧‧‧雷射振盪器

13‧‧‧按壓按鍵

14‧‧‧升壓電路部

15‧‧‧振盪電路部

16‧‧‧調節器電路部

17‧‧‧光二極體

Q1‧‧‧半導體開關元件

Q2‧‧‧半導體開關元件

Q3‧‧‧半導體開關元件

Q4‧‧‧半導體開關元件

R9‧‧‧電阻

R10‧‧‧電阻

R11‧‧‧電阻

R12‧‧‧電阻

U1‧‧‧升壓DC/DC轉換控制器

U2‧‧‧分路調節器

U3‧‧‧邏輯電路IC

C4‧‧‧旁通電容器

C5‧‧‧旁通電容器

[圖1]本發明之一實施形態的雷射光輸出裝置的立體圖。　　[圖2]同實施型態的雷射光輸出裝置的電性電路圖。　　[圖3]揭示同實施形態的雷射光輸出裝置所具備之雷射振盪器的施加電流的推移的時序圖。　　[圖4]本發明之一變形例的雷射光輸出裝置的電性電路圖。

Claims

一種雷射光輸出裝置，其特徵為：　　設為間歇性射出雷射光者，於一度的脈衝雷射光的射出機會中，比其雷射光的輸出或施加於雷射振盪器的電流或者電壓的大小收斂於所定收斂值還早，停止雷射光的輸出或雷射振盪器之電流或者電壓的施加。
如申請專利範圍第1項所記載之雷射光輸出裝置，其中，　　於一度的脈衝雷射光的射出機會中，在其雷射光的輸出或施加於雷射振盪器的電流或者電壓的大小超越所定收斂值的過衝發生一次或數次時，停止雷射光的輸出或雷射振盪器之電流或者電壓的施加。
如申請專利範圍第1項所記載之雷射光輸出裝置，其中，　　廢止附隨在連接於雷射振盪器，且設置於對該雷射振盪器施加電流或電壓的電性電路上的半導體開關元件的旁通電容器。
如申請專利範圍第1項所記載之雷射光輸出裝置，其中，　　將雷射光之射出的頻率設為10000Hz以上。
如申請專利範圍第1項所記載之雷射光輸出裝置，其中，　　是一種朝對象面照射雷射光，讓觀眾視覺上辨識出現於該對象面之光點的雷射指示器。