(57)【要約】【課題】極めて単純な機構で複数のレーザパターンを安定して照射表示することができ、信頼性や経済性に優れた小型軽量のレーザ光発射装置を提供する。【解決手段】本体１００に内蔵されたレーザ光源１から出射されたレーザ光線２を、出射孔１０１から外方の投影面に照射表示させるもので、本体内において、レーザ光源１から出射されたレーザ光線２の反射を伴わない光路上に、回転機構４を備えた一つの反射鏡３を、その反射面を回転軸４ａに対して傾け、その反射光２ａが出射孔から外方の投影面に直接導かれるように配置するとともに、回転機構４を介して反射鏡３の回転と非回転の動作切り替えを可能とし、反射鏡３の回転によりサークル形状のレーザパターン１０ｂを、反射鏡３の非回転によりスポット形状のレーザパターン１０ａを投影面に照射させる。【選択図】図２
2008040142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に内蔵されたレーザ光源から出射されたレーザ光線を、前記本体の一側端に設けられた出射孔から外方の投影面に照射表示させるレーザ光発射装置であって、
前記本体内において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の反射を伴わない光路上に、回転機構を備えた一つの反射鏡を、その反射面を回転軸に対して傾け、その反射光が前記出射孔から外方の投影面に直接導かれるように配置するとともに、前記回転機構を介して前記反射鏡の回転と非回転の動作切り替えを可能とし、前記反射鏡の回転によりサークル形状のレーザパターンを前記投影面に照射させ、前記反射鏡の非回転によりスポット形状のレーザパターンを前記投影面に照射させるようにしたことを特徴とするレーザ光発射装置。
【請求項２】
前記反射鏡は、その反射面が回転軸に対して垂直から０．１〜０．９度の範囲内で傾けられた状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光発射装置。
【請求項３】
前記レーザ光源と前記反射鏡間において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の光路上に対して挿入と待避が可能な移動機構を備えた少なくとも一つの光学素子を配置し、当該光学素子の挿入によりライン形状のレーザパターンを前記投影面に照射させ、前記光学素子の待避によりスポット形状のレーザパターンを前記投影面に照射させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光発射装置。
【請求項４】
前記反射鏡と前記出射孔間において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の光路上に対して挿入と待避が可能な移動機構を備えた少なくとも一つの光学素子を配置し、当該光学素子の挿入によりライン形状のレーザパターンを前記投影面に照射させ、前記光学素子の待避によりスポット形状のレーザパターンを前記投影面に照射させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のレーザ光発射装置。
【請求項５】
前記回転機構の動力として直流モータを使用し、当該直流モータの近傍において、直流モータの軸ブレを抑制するように磁石を配置したことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のレーザ光発射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼、機械、繊維、建築および土木等のあらゆる分野において、レーザ光を利用した位置決めや計測を行う際の光源とされるレーザモジュールや、会議や講演会などのプレゼンテーションの際に指示棒の替わりとして利用されるレーザポインタ等のレーザ光発射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を利用した位置決めや計測を行う際の光源とされるレーザモジュールや、会議や講演会などでのプレゼンテーションの際に利用されるレーザポインタ等のレーザ光発射装置は、通常は点あるいは線など単一のレーザパターンを照射表示するのが一般的であったが、近年その機能や表現力を高める目的で、一つの装置から点や線、および円・楕円などの複数のレーザパターンを切り替えて照射表示できるものが考案されている。
【０００３】
このように、線や円・楕円などのレーザパターンを照射表示するレーザポインタが、例えば特許文献１乃至特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開平７−６４０１９号公報
【特許文献２】特開平１０−２５３９２４号公報
【特許文献３】特開平１１−２８７９６７号公報
【０００４】
特許文献１及び特許文献２には、レーザ光線の光路上に配置した二枚の反射鏡を互いに直行する方向に同期しながら振動させることによって描画されるレーザパターンを投影面に照射表示する方法が開示されている。
また、特許文献３には、レーザ光線の光路に配置した一枚の反射鏡を二次元方向に振動させることによって描画されるレーザパターンを投影面に照射表示する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、上記の従来技術において、特許文献１乃至特許文献３に開示された、二枚あるいは一枚の反射鏡を振動させる方法においては、反射鏡の振動制御を行うための複雑な機構が必要となり、比較的高価格になるという問題があった。
また、反射鏡を振動させることによってレーザ照射パターンを描画させるという動作原理のため、動作時の振動が使用者に不快感を与えるという問題があった。
さらには、その動作原理のため、持ち運びの際などの振動や衝撃、あるいは落下等による振動や衝撃に対して極めて弱く不安定で、信頼性の面でも問題があった。
【０００６】
これに対して、特許文献４に示すように、レーザ光線の光路上に配置された反射鏡の向きを複数に切替え、切り替えられた各々の光路上に、モータ軸に対して垂直から少し傾いた反射鏡を取り付けて回転させることによって円形パターンを表示させ、また別の光路上に、他の図形パターンを表示できる機構を配置することによって複数のレーザパターンを照射表示させる方法が開示されている。
【特許文献４】特開２００５−２９２７４９号公報
【０００７】
これによれば、反射鏡を振動させないので、ユーザーに不快感を与えるといった問題は解消されるとともに、またその振動に関連した複雑な制御機構も不要になるといった利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献４に開示された、光路を複数に切り替えて複数のレーザパターンを照射表示させる方法においては、光路の切り替えをするための反射鏡、円形パターンを照射するためにモータに取り付けられた反射鏡、さらには他の図形パターンを表示させる機構へレーザビームを導くための反射鏡など、多数の反射鏡を必要とするので、複雑で高価格になるという問題があった。
また、光路を切り替えて複数の図形パターンを表示させるための機構を配置するために、多くのスペースを必要とすることから、製品の小型化の面で制約がある。
さらに、照射口が図形パターンに沿った数、すなわち、点、円、線に対応して３個も存在するので、レーザ光を利用した位置決めや計測を行う際の光源とされるレーザモジュールとして使用するには適さない。また、会議や講演会などでのプレゼンテーションの際に利用されるレーザポインタとしても、図形パターンの変化とともに照射口が変わるため、微細な位置を指す場合にはポイントがずれるなど操作が煩雑になるといった問題もある。
【０００９】
そこで本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、極めて単純な機構で複数のレーザパターンを安定して照射表示することができ、信頼性や経済性に優れた小型軽量のレーザポインタなどのレーザ光発射装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のレーザ光発射装置は、本体に内蔵されたレーザ光源から出射されたレーザ光線を、前記本体の一側端に設けられた出射孔から外方の投影面に照射表示させるレーザ光発射装置であって、
前記本体内において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の反射を伴わない光路上に、回転機構を備えた一つの反射鏡を、その反射面を回転軸に対して傾け、その反射光が前記出射孔から外方の投影面に直接導かれるように配置するとともに、前記回転機構を介して前記反射鏡の回転と非回転の動作切り替えを可能とし、前記反射鏡の回転によりサークル形状のレーザパターンを前記投影面に照射させ、前記反射鏡の非回転によりスポット形状のレーザパターンを前記投影面に照射させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また請求項２に記載のレーザ光発射装置は、請求項１に記載の発明において、前記反射鏡は、その反射面が回転軸に対して垂直から０．１〜０．９度の範囲内で傾けられた状態で取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
さらに請求項３に記載のレーザ光発射装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記レーザ光源と前記反射鏡間において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の光路上に対して挿入と待避が可能な移動機構を備えた少なくとも一つの光学素子を配置し、当該光学素子の挿入によりライン形状のレーザパターンを前記投影面に照射させ、前記光学素子の待避によりスポット形状のレーザパターンを前記投影面に照射させるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また請求項４に記載のレーザ光発射装置は、請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載された発明において、前記反射鏡と前記出射孔間において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の光路上に対して挿入と待避が可能な移動機構を備えた少なくとも一つの光学素子を配置し、当該光学素子の挿入によりライン形状のレーザパターンを前記投影面に照射させ、前記光学素子の待避によりスポット形状のレーザパターンを前記投影面に照射させるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また請求項５に記載のレーザ光発射装置は、請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載された発明において、前記回転機構の動力として直流モータを使用し、当該直流モータの近傍において、直流モータの軸ブレを抑制するように磁石を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のレーザ光発射装置によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光線は、レーザ光線の反射を伴わない光路上に配置された反射鏡によって、本体の一側端に設けられた出射孔からレーザパターンの投影面の方向へ反射される。そして、反射鏡が非回転、すなわち停止しているときにはスポット形状のレーザパターンを照射表示し、反射鏡が回転しているときにはサークル形状のレーザパターンを照射表示することができる。
したがって、反射鏡が備えている回転機構の動力を入り切りするといった極めて単純な機構によって、照射表示するレーザパターンを切り替えることができる。
【００１６】
また、動作時の振動による不快感はなく、耐振動・耐衝撃性能に優れ、極めて信頼性に優れた小型軽量のレーザ光発射装置を提供することができる。さらに、反射鏡を一つにするようにして、使用する部品点数を必要最小限にしたことで、経済性に優れた製品を実現することができ、省スペース化にもなる。
さらに、特許文献４と異なり、レーザパターンがスポット形状とサークル形状であっても照射口は一つであり、反射鏡から反射光は出射孔に導かれ投影面の方向へ反射されるので、レーザパターンがスポット形状からサークル形状、あるいは逆にサークル形状からスポット形状に変わるときに投影面におけるレーザ光線の指す位置は大きく変化することはない。
よって、レーザ光を利用した位置決めや計測を行う際の光源とされるレーザモジュールとして使用するのに適し、また、会議や講演会などでのプレゼンテーションの際に利用されるレーザポインタとしてもポイントがずれないので好適である。
【００１７】
また請求項２に係る発明によれば、反射面が回転軸に対して垂直から０．１〜０．９度の範囲に傾けて取り付けられた反射鏡を回転させながらレーザ光線を反射させるので、そのレーザ光線は前記傾き角度の大きさに応じた振れ角で回転反射されて、サークル形状のレーザパターンを投影面に照射表示することができる。このように、反射鏡の反射面を僅かに傾けるだけでサークル形状のレーザパターンとすることができるので、省スペース化が図れる。
【００１８】
さらに請求項３に係る発明によれば、レーザ光源と反射鏡間において、レーザ光源から出射されたレーザ光線の光路上に対して挿入と待避が可能な移動機構を備えた少なくとも一つの光学素子を配置し、レーザ光線の光路上へ光学素子の挿入と待避を切り替えることによって、ライン形状とスポット形状のレーザパターンを切り替えて照射表示できる。
また請求項４に係る発明によれば、反射鏡と出射孔間において、レーザ光源から出射されたレーザ光線の光路上に対して挿入と待避が可能な移動機構を備えた少なくとも一つの光学素子を配置し、レーザ光線の光路上へ光学素子の挿入と待避を切り替えることによって、ライン形状とスポット形状のレーザパターンを切り替えて照射表示できる。
これによれば、一つの反射鏡の回転と停止、少なくとも一つの光学素子の挿入と待避という単純な動作の組み合わせによって複数のレーザパターンの照射表示を実現しているため、動作時の振動による不快感を感じることなく、耐振動・耐衝撃性能に優れているなど、極めて信頼性に優れた小型軽量のレーザ光発射装置を提供することができる。
さらに、使用する部品点数を必要最小限にしたことで、経済性に優れた製品を実現することができる。
【００１９】
また請求項５に係る発明によれば、反射鏡の回転機構として直流モータを使用するので、比較的安価で入手し易い小型軽量のものとすることができる。また、直流モータの近傍に磁石を配置することによって直流モータの軸ブレを抑制し、安定したレーザパターンを照射表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るレーザ光発射装置の外観斜視図である。本実施形態に係るレーザ光発射装置は、本体１００に内蔵されたレーザ光線出射部１から出射されたレーザ光線２を、本体１００の一側端に設けられた出射孔１０１から外方の投影面に照射表示させる装置であり、レーザ光を利用した位置決めや計測を行う際の光源とされるレーザモジュールや、会議や講演会などのプレゼンテーションの際に指示棒の替わりとして利用されるレーザポインタとして使用することができる。
このレーザ光発射装置によれば、図２に示すようなスポット形状のレーザパターン１０ａや、図３に示すようなサークル形状のレーザパターン１０ｂや、あるいは図４に示すようなライン形状のレーザパターン１０ｃを投影面に照射表示させることができる。
【００２２】
本体１００の外部表面には、電源スイッチ１０２や、種々のレーザパターンを選択するための押ボタンスイッチ１０３，１０４，１０５が設けられている。なお、押ボタンスイッチ１０３，１０４，１０５の押下に対応して自動的に電源をオンさせるようにしてもよい。
また、本体１００の内部には、上述したレーザ光線出射部１の他に、反射鏡３，反射鏡３を回転させる回転機構４，磁石５，光学素子６，光学素子６を保持する光学素子保持部品７，光学素子保持部品７を移動させる移動機構８，電池が格納された電源部９などが組み込まれている。
【００２３】
レーザ光線出射部１は、平行状態または集光状態のレーザ光線２を出射することができるレーザ光源であり、半導体レーザ光源や固体レーザ光源等から適宜選定することができる。特に装置の小型化を図るためには、可視光半導体レーザ光源を好適に使用することができる。この可視光半導体レーザ光源は、半導体レーザ素子とそのレーザ駆動制御回路と、平行状態または集光状態のレーザ光線を得るためのレンズなどから構成された汎用レーザ光源やレーザモジュールなどである。
【００２４】
反射鏡３は、図２に示すように、レーザ光線出射部１から出射されたレーザ光線２の光路上で、しかも反射光２ａを出射孔１０１から外方の投影面に直接導く位置に配置されている。すなわち、反射鏡３はレーザ光線出射部１から出射されたレーザ光線２をそのままダイレクトに受け、出射孔１０１側に反射するものであり、レーザ光線出射部１とその反射鏡３との間には、別の反射鏡は存在するものではなく、反射鏡３が受けるレーザ光線２は反射を伴う光線ではない。
また、反射鏡３は回転機構４を備え、その反射面は回転軸４ａに対して垂直から０．１〜０．９度の範囲で傾けられた状態で回転機構４に取り付けられている。そして、反射鏡３からの反射光が出射孔１０１から外方の投影面に直接導かれるように配置されている。
回転機構４は、反射鏡３を回転させることができる手段を適宜選定することができる。その回転機構の動力としては、低消費電力かつ小型軽量という点で、直流モータを好適に使用することができる。
【００２５】
ここで、反射鏡３の回転数としては、通常３５回転／秒以上、好ましくは４０〜３００回転／秒となるように回転機構４を調整する。前記回転数が３５回転／秒より小さい場合には、サークル形状の照射レーザパターンがチラツキを生じたり不安定になることがあり、一方、３００回転／秒より大きくしてもそれに相当する効果が得られず、無駄な電力を消費してしまうことになるからである。
【００２６】
磁石５は、回転機構４の近傍に配置されている。磁石５は、電磁石や永久磁石などを適宜選定できるが、電力を消費しない点においては、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石を用いることが好ましい。磁石５が発する磁界の向きは、前記回転機構４の動力として用いる直流モータの回転軸４ａの方向に対して直交するように配置することによって、効果的に回転軸の軸ブレを抑制することができる。
【００２７】
光学素子６は、レーザ光線を一方向のみ倍率を変えることができるレンズ等を適宜使用することができる。一般的には、ロッドレンズ、シリンダーレンズ、またはシリンドリカルレンズ、あるいは円筒面レンズや円筒面平凸レンズと呼ばれているものなどを好適に使用することができる。図２では、レーザ光線出射部１と反射鏡３との間に光学素子６を挿入できるように配置しているが、反射鏡３の前方に、すわなち、反射鏡３と出射孔１０１との間に挿入して配置することも可能である。また、これらの光学素子として、形状の異なるものを複数配置して、適宜切り替えながら使用することも可能である。
【００２８】
また、光学素子６は、光学素子保持部品７にて保持された状態で、レーザ光線２の光路上への挿入と待避を行う移動機構８を備えている。
移動機構８は、レーザ光線２の光路上へ光学素子６を挿入と待避させることができる手段を適宜選定することができる。その移動機構８の動力としては、低消費電力かつ小型軽量という点で、前記回転機構４の動力として使用したものと同等の直流モータを好適に使用することができる。すなわち、直流モータの正転と逆転を切り替えることによって、回転軸８ａの回りに光学素子６とともに光学素子保持部品７を回転させることにより、光学素子６の挿入と待避動作の切り替えを実現することができる。
【００２９】
このように構成されたレーザ光発射装置において、図２に示すように、光学素子６を待避するとともに回転機構４を介して反射鏡３を非回転とした状態で、レーザ光線出射部１からレーザ光線２を出射させると、出射されたレーザ光線２は、レーザ光線の光路上に配置された反射鏡３によって、レーザパターンを照射表示させる投影面の方向へと反射され、投影面上でスポット形状のレーザパターン１０ａが照射表示される。
【００３０】
この状態で、図３に示すように、回転機構４を介して反射鏡３を回転させると、その反射面は上述したように回転機構４の回転軸に対して垂直から０．１〜０．９度傾けて取り付けられているため、レーザ光線２は前記傾き角度の大きさに応じた振れ角で回転反射されて、投影面上にサークル形状のレーザパターン１０ｂが照射表示される。
【００３１】
そして、図４に示すように、反射鏡３の回転を停止した状態にて、移動機構８を介してレーザ光線２の光路上に光学素子６を挿入すると、レーザ光線２がシート状に変換されて、ライン形状のレーザパターン１０ｃが投影面に照射表示される。
【００３２】
次に、本実施形態に係るレーザ光発射装置を使用して実験した結果を示す。これは、図２に示す構成・配置となるように、各部品を本体１００の内部に固定して実施した。
【００３３】
レーザ光線出射部１には、波長６３５ｎｍ、出力約１ｍＷの赤色半導体レーザモジュールをレーザ光源として使用した。このレーザ光源は、半導体レーザ素子とその駆動回路、およびコリメートレンズから構成されているものである。
【００３４】
反射鏡３は、その反射面が回転機構４として使用した直流モータの回転軸４ａに対して垂直から約０．６度傾けて取り付けた。ここで、直流モータに接するように円筒形のネオジム磁石５を配置固定した。また、レーザ光線出射部１と反射鏡３の間に、曲率半径約３６ｍｍのガラス製円筒面平凸レンズからなる光学素子６を配置した。この円筒面平凸レンズは、光学素子保持部品７を介して直流モータに取り付けられており、直流モータを正転または逆転させることによって、レーザ光線２の光路上への挿入と待避が可能である。
【００３５】
本実験において、レーザ光線出射部１からレーザ光線を出射させた状態において、反射鏡３の回転と停止動作、および光学素子６（円筒面平凸レンズ）の待避と挿入動作を適宜組み合わせることによって、以下に示す表１に示すようなレーザパターンを投影面に照射表示することができる。
【００３６】
【表１】
2008040142.tif 000003
【００３７】
以上のように本発明の実施形態に係るレーザ光発射装置によれば、極めて単純な機構で複数のレーザパターンを切り替えて照射表示することができる。すなわち、レーザ光線２の光路上に配置された反射鏡３の回転と停止を切り替えることによって、サークル形状とスポット形状のレーザパターンを切り替えて照射表示できる。さらに、レーザ光線２の光路上へ光学素子６の挿入と待避を切り替えることによって、ライン形状とスポット形状のレーザパターンを切り替えて照射表示できる。
【００３８】
また、本発明の実施形態に係るレーザ光発射装置によれば、一つの反射鏡３の回転と停止、少なくとも一つの光学素子６の挿入と待避という単純な動作の組み合わせによって複数のレーザパターンの照射表示を実現しているため、動作時の振動による不快感をほとんど感じることなく、耐振動・耐衝撃性能に優れているなど、極めて信頼性に優れた小型軽量のレーザ光発射装置を提供することができる。さらに、使用する部品点数を必要最小限にしたことで、経済性に優れた製品を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ光発射装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザ光発射装置においてスポット形状のレーザパターンを照射表示する場合を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザ光発射装置においてサークル形状のレーザパターンを照射表示する場合を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザ光発射装置においてライン形状のレーザパターンを照射表示する場合を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    レーザ光線出射部（レーザ光源）
２    レーザ光線
２ａ  反射光
３    反射鏡
４    反射鏡の回転機構（直流モータ）
４ａ  回転軸
５    磁石
６    光学素子（円筒面平凸レンズ）
７    光学素子保持部品
８    光学素子の移動機構（直流モータ）
８ａ  回転軸
９    電源部
１０ａ  スポット形状のレーザパターン
１０ｂ  サークル形状のレーザパターン
１０ｃ  ライン形状のレーザパターン
１００    本体
１０１    出射孔
１０２    電源スイッチ
１０３    押ボタンスイッチ
１０４    押ボタンスイッチ
１０５    押ボタンスイッチ
【図１】
2008040142.tif 000004
【図２】
2008040142.tif 000005
【図３】
2008040142.tif 000006
【図４】
2008040142.tif 000007