CN103425148A - 雷射装置的温控方法及使用其的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雷射装置的温控方法及使用其的电子装置。电子装置(例如，雷射水平仪)包括雷射装置以及温度控制装置。温度控制装置包括绝热腔体、温度调节单元以及控制单元。控制单元循环调整绝热腔体内的腔体温度以使雷射装置输出预定功率，并持续侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。当环境温度位于雷射操作温度范围之外时，控制单元执行例外处理程序。藉此，电子装置可避免雷射装置于启动或运作过程中因过热而当机甚至烧毁。

Description

雷射装置的温控方法及使用其的电子装置

技术领域

一种雷射装置的温控方法及使用其的电子装置。电子装置(例如，雷射水平仪)包括雷射装置以及温度控制装置。温度控制装置包括绝热腔体、温度调节单元以及控制单元。控制单元循环调整绝热腔体内的腔体温度以使雷射装置输出预定功率，并持续侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。当环境温度位于雷射操作温度范围之外时，控制单元执行例外处理程序。藉此，电子装置可避免雷射装置于启动或运作过程中因过热而当机甚至烧毁。

背景技术

雷射的优点在于良好的直线性，许多机械设备利用雷射光进行距离量测、校验水平/垂直面、屏幕投影、工程建造、房屋装修…等用途，而目前常以红光、绿光等雷射装置作为工业用设备的一部分。相较于红光雷射，绿光雷射较不易被中和吸收、光束集中、操作温度范围较广且能够维持较低的消耗功率，绿光雷射的发射模块也因技术突破而大幅降低成本，因此许多厂商转而使用绿光雷射来制造例如雷射水平仪、雷射投影机等相关产品。

以往具有温度控制的工业用设备通常会量测雷射装置附近的运作温度，并利用温控设备(例如，绝热腔体、加热器…等)来避免雷射装置被外界环境温度所影响。然而，由于无法直接量测雷射装置的实际运作温度，雷射装置本身在运作中亦会散发热量，且温控设备无法完全排除外界环温的影响。因此，当工业用设备实际装设在温度过低或过高的环境下、或是运作时间过长时，偶尔还是会使雷射装置因超出其操作温度范围而导致当机甚至损毁。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的雷射装置易因超出其操作温度而当机甚至烧毁的缺陷，提供一种雷射装置的温控方法及使用其的电子装置，其避免雷射装置于启动或运作过程中因过热而当机甚至烧毁，同时帮助雷射装置适应更大范围的环境温度变化，并稳定雷射装置的输出功率。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种雷射装置的温控方法，其适用于电子装置，此电子装置包括雷射装置与绝热腔体。所述温控方法包括下列步骤。分别感测腔体温度以及雷射装置的环境温度。腔体温度为绝热腔体中所感测到的温度，且雷射装置装设于绝热腔体中。持续侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。当环境温度位于雷射操作温度范围之外时，关闭所述雷射装置。以及，当环境温度位于雷射操作温度范围之内时，循环调整所述腔体温度以使雷射装置输出预定功率。

在本发明的一实施例中，循环调整所述腔体温度以使雷射装置输出预定功率则包括下列步骤。逐次调整所述腔体温度以逐次判断雷射装置是否输出所数预定功率。以及，当雷射装置并未输出所述预定功率时，逐次侦测环境温度是否位于所述雷射操作温度范围。

在本发明的一实施例中，当雷射水平仪启动后，控制单元侦测所述环境温度是否位于雷射操作温度范围。当环境温度位于雷射操作温度范围之内时，控制单元启动温度调节单元藉以调整腔体温度为预定温度，并在绝热腔体位于预设温度后，启动雷射装置。

于另一观点而言，本发明提出一种电子装置。此电子装置包括雷射装置以及温度控制装置。雷射装置用以发射雷射光线。温度控制装置则包括绝热腔体、温度调节单元、控制单元、第一温度传感器以及第二温度传感器。所述温度调节单元及雷射装置设置于所述绝热腔体中。温度调节单元用以调节所述绝热腔体的腔体温度，第一温度传感器及第二温度传感器分别感测所述腔体温度以及雷射装置的环境温度。控制单元循环调整所述腔体温度以使雷射装置输出所述预定功率，并持续侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。并且，当环境温度位于雷射操作温度范围之外时，控制单元关闭所述雷射装置。

本电子装置的其余实施细节请参照上述说明，在此不加赘述。

基于上述，本发明实施例所述的雷射装置的温控方法及使用其的电子装置可藉由量测环境温度来自动判断雷射装置的运作温度是否位于雷射操作温度范围内，藉以避免雷射装置于启动或运作过程中因过热而当机甚至烧毁。电子装置并可同时控制绝热腔体内的操作温度，让电子装置能自行调适雷射装置的运作温度，帮助雷射装置适应更大范围的环境温度变化，并使其输出功率能够稳定输出。

附图说明

图1是根据本发明一实施例说明雷射水平仪的装置方块图。

图2是绝热腔体中各个装置的设置示意图。

图3是根据本发明一实施例说明雷射装置的温控方法的流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

绿光雷射装置相较于红光雷射模块而言具有较佳的操作温度范围(例如摄氏20度至30度)，但是其操作区间仍稍嫌狭小。若具有雷射装置的电子装置(例如，工业用设备、雷射水平仪)通过温度调节单元(例如，热电制冷器(Thermoelectric Cooler；TEC)与绝热腔体)以及相应的温控程序来加以调控，则可将上述绿光雷射装置的操作温度范围扩大，例如摄氏负15度至45度。

但是，当环境温度发生过大的变化时，电子装置的温度调节单元将无法排除外界环温的影响，导致绿光雷射模块原本良好的输出功率因而下降，使得余热的增加速率提升。当外界环温过高(例，摄氏50度以上)或是过低(例，外界环温为摄氏-15度以下)时，将导致绿光雷射模块无法运作。因此，使用者在温度过低或过高的环境下操作上述电子装置时，还是会使雷射装置因超出其操作温度范围而导致当机甚至损毁。

于此，本发明实施例便在雷射模块的温控程序中增加环境温度的自动侦测机制，防止雷射模块在操作过程中会因操作温度过高或过低而烧毁或损坏。换句话说，当电子装置的雷射模块位于某一温度环境时，本发明实施例会检测雷射模块的输出功率，并且当上述输出功率并不等于预定功率时，立即调整温度调节单元以调整雷射模块的操作温度，以搜寻雷射模块的最佳操作温度。并且，于此同时，电子装置在每次搜寻最佳操作温度后，亦会判断雷射模块的环境温度是否已超出预设的雷射操作温度范围，从而及时执行例外处理程序，以关闭雷射模块以避免其损毁。部分实施例并会通过例外处理程序来立即告知使用者、及时调整操作温度，或是进行相应的补救措施。也就是，本发明实施例在每个步骤环节中皆进行雷射装置的温度确认，以确实避免雷射装置过热(导致烧毁)或过冷(功率不足)。以下揭示符合本发明实施例精神的实现方式，本实施例藉由雷射水平仪来作为上述电子装置的主要适例，本技术领域的人员应可类推至相应具有雷射及温控功能的相应装置中，例如雷射投影机、工业用设备…等。

图1是根据本发明一实施例说明雷射水平仪100的装置方块图。请参照图1，雷射水平仪100包括雷射装置110以及温度控制装置130。于本实施例中，雷射水平仪100更包括水平调整装置120以及功率控制装置140。雷射装置110用以发射雷射光线LD。本实施例以绿光雷射模块作为实现方式，但应用本实施例者应可轻易得知，雷射装置110亦可采用红光或其它熟知的雷射发射模块取代。

水平调整装置120主要包括倾角传感器121，其它部件则更包括水平调整单元123、致动马达125以及水平工作台127。倾角传感器121与雷射装置110相连动，并且倾角传感器121可设置于水平工作台127上。当雷射水平仪100开始运行时，倾角传感器121感测到水平工作台127的水平倾角以提供水平感测讯号。水平调整装置120接收倾角传感器121的水平感测讯号，以控制雷射装置110以及倾角传感器121的水平位置，藉以使雷射光线LD达到水平状态。详细来说，水平调整装置120的水平调整单元123(本实施例以微控制器作为举例)接收水平感测讯号来调整与水平工作台127相应作动的致动马达125。藉由致动马达125的作动调整水平工作台127的水平位置，从而连带调整雷射装置110，使其发射的雷射光线LD达到符合量测精度要求的水平状态。

温度控制装置130包括绝热腔体131、温度调节单元133、控制单元135、第一温度传感器137以及第二温度传感器139。绝热腔体131可设置于水平工作台127上，其用以将腔体内部的温度与外部环境温度相隔绝。为了方便说明，绝热腔体131内部的设置情况可参照图2，图2是绝热腔体131中各个装置的设置示意图。图2仅略微绘示雷射模块110、温度调节单元133、绝热腔体131以及光电转换器141的相应设置关系，省略了绝热腔体131内的其它装置。

请同时参考图1与图2，温度调节单元133(例如，热电制冷器)及雷射装置110设置于绝热腔体131中。于本实施例中，绝热腔体131的内部为金属盒，此金属盒将会接触到温度调节单元133，藉以迅速且均匀地导热/散热绝热腔体131。绝热腔体131的外部则为保温盒。

本实施例的温度调节单元133以热电制冷器(TEC)作为举例，热电制冷器接收由控制单元135所传送的温控讯号C，藉以调节绝热腔体131的腔体温度。部分实施例亦会在热电制冷器上装设散热片以加速热交换。其它实施例则可能会以加热片等装置来实现温度调节单元133。第一温度传感器137及第二温度传感器139分别感测感测绝热腔体131的腔体温度以及雷射装置110的环境温度。于本实施例的相关适例中，第一温度传感器137用以量测绝热腔体131的内部金属盒温度，据以作为相等或相近于绝热腔体131内部的腔体温度。本实施例的第二温度传感器139可装设于雷射装置110裸露于绝热腔体131外的雷射发射孔，以获得接近于雷射装置110的操作温度。但，应用本实施例者亦可利用其它实现方式来通过第一温度传感器137、第二温度传感器139以量测所述腔体温度及雷射装置的操作温度，其实施方式不受限于此。

控制单元135则会通过温控讯号C来控制温度调节单元133，藉以循环调整所述腔体温度。由于雷射装置110在适度地操作温度下(也就是当雷射装置110的运作温度位于雷射操作温度范围中时)，即可正常输出预定功率，因此本实施例利用功率控制装置140及控制单元135相互配合，使雷射装置110输出所述预定功率，并且持续侦测环境温度是否位于雷射装置110的雷射操作温度范围。

尤其是，当环境温度位于雷射装置110的雷射操作温度范围之外时，控制单元135便会关闭雷射装置110，于部分实施例中，控制单元135在关闭雷射装置110的前后或同时，亦会执行预定好的警示程序。本实施例所述的警示程序可以例如是，控制单元135耦接警示装置150(例，发光二极管装置、发声装置)，藉以通过亮灯、发出音效…等做法来提示使用者。或是，部分实施例的警示程序可为，控制单元135会通过温度调节单元133来调整温度，藉以让环境温度改变为可以启动雷射装置110的情况，然后再开启雷射装置110以执行雷射水平仪100的功用。

当环境温度位于雷射操作温度范围之内时，控制单元135及功率控制装置140便会循环调整绝热腔体131的腔体温度，以使雷射装置110输出预定功率。详言之，功率控制装置140耦接雷射装置110以及温度控制装置130，其包括光电转换器141(例如，光电二极管)以及自动功率控制单元(automatic powercontroller；APC)143。光电转换器141藉由光电转换，以从所撷取的部份雷射光线LD中产生功率回授讯号PD。自动功率控制单元143则依据雷射装置110规格上所规定的预定功率来检测功率回授讯号PD。换句话说，本实施例可将雷射装置110规格上所规定的预定功率转换为具有固定准位的预定功率讯号，功率控制装置140的自动功率控制单元143依据所述预定功率讯号检测所述功率回授讯号PD，以判断雷射装置110是否输出所述预定功率。对于雷射装置110的温控方法的相关致动流程请同时参阅下述实施例。

图3是根据本发明一实施例说明雷射装置110的温控方法的流程图。应用本实施例者应可知晓，本发明实施例适用于具有雷射装置110的相关电子装置中，例如雷射投影机、雷射水平仪…等。请同时参阅图1与图3，当启动包括有雷射装置110的电子装置(例，雷射水平仪)之后(步骤S300)，第一温度传感器137及第二温度传感器139分别感测腔体温度以及雷射装置110的环境温度(步骤S310)，其中腔体温度为绝热腔体131中所感测到的温度，而雷射装置110装设于绝热腔体131中。于步骤S320中，控制单元135侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围，此时的雷射装置110仍未启动。

当步骤S320为否(亦即环境温度位于雷射操作温度范围之外)时，表示雷射装置110于此时启动将会有较高机率损毁，控制单元135因此而直接进入步骤S360，以执行所述例外处理程序。上述例外处理程序于本实施例中可包括下述步骤：关闭雷射装置110(步骤S361)、或是关闭温度调节单元133(步骤S362)、或是执行警示程序(步骤S363)、或是上述三个步骤的任意组合。也就是说，应用本实施例者可依据设计需求及不同的情况，在执行例外处理程序(步骤S360)时，可从这三个步骤S361~S363中任意择一执行；从三个步骤S361~S363中选择其中两个依任意执行；或是依照设计需求来任意组合这三个步骤S361~S363的先后执行顺序，藉以实现本发明实施例所述的例外处理程序。

先后关闭雷射装置110及关闭温度调节单元133，并执行警示程序，而此处所指的警示程序已于前面实施例中揭示，在此不予赘述。相对地，当步骤S320为是(亦即环境温度位于雷射操作温度范围之内)时，控制单元135便可开始循环调整绝热腔体131的腔体温度，以使雷射装置110得以输出预定功率。

详言之，本实施例在当步骤S320为是之后，控制单元135启动温度调节单元133，同时传送预设的温控讯号C至温度调节单元133，藉以调整腔体温度为预定温度(步骤S321)，并且判断绝热腔体131的腔体温度是否达到预设温度(步骤S322)。当在绝热腔体131位于预设温度后，启动雷射装置110(步骤S323)，使雷射装置110发射雷射光线LD。

于此时，水平调整装置120(尤其是倾角传感器121)也会进行相应动作，在此不予赘述。此外，功率控制装置140藉由光电转换从雷射光线LD产生功率回授讯号PD(步骤S325)，并依据预定功率讯号检测功率回授讯号PD以输出功率判断讯号至控制单元135，让控制单元135判断雷射装置110是否输出所述预定功率(步骤S326)。

当步骤S326为是(亦即侦测雷射装置110已输出所述预定功率时)，控制单元135便维持输出至温度调节单元133的温控讯号C，以维持腔体温度(步骤S327)。相对地，步骤S326为否(亦即侦测雷射装置110并未输出所述预定功率时)，控制单元135将会于步骤S330~S343中逐次调整温控讯号C以调整腔体温度，并藉以逐次判断雷射装置110是否输出所述预定功率，且当雷射装置110并未输出预定功率时，控制单元135逐次侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围中。

于本实施例中，『逐次调整所述腔体温度，并逐次判断雷射装置110是否输出预定功率』的步骤可以主要分成以下多个细项步骤S330~S343。步骤S330(包括步骤S331~S334)是控制单元135逐次提高腔体温度，藉以逐次判断雷射装置110是否输出预定功率，从而在雷射装置110没有输出预定功率时而逐次侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。若步骤S330执行提高腔体温度的次数大于预定提高次数时，则进入步骤S335，控制单元135调整所述腔体温度回到预定温度。然后，于步骤S336(包括步骤S337~S343)中，控制单元135逐次降低其腔体温度，藉以逐次判断雷射装置110是否输出该预定功率，从而逐次侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。

以下详细说明步骤S330，步骤S330包含有细项步骤S331~S334。于步骤S331中，控制单元135再次侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围。若步骤S331为是(环境温度是否位于雷射操作温度范围之内)，控制单元135将温控讯号C的准位提高预定电压V1(步骤S332)。之后，功率控制装置140判断雷射装置110是否输出所述预定功率(步骤S333)。若步骤S331为否，控制单元135则立即执行例外处理程序(步骤S360)，例如关闭雷射装置110或关闭温度调节单元133或执行警示程序或为上述步骤的任意组合。

当步骤S333为是，控制单元135则维持腔体温度(步骤S327)。相对地，若步骤S333为否，控制单元135便会判断步骤S331~S333的执行次数是否达到预定提高次数(步骤S334)。当步骤S331~S333的执行次数并未达到预定提高次数时，则回到步骤S331循环执行。换句话说，控制单元135于步骤S331~S334中将循序地每次将温控讯号C的准位提高预定电压V1后，使自动功率控制单元143判断雷射装置110是否输出预定功率。当雷射装置110还是没有输出预定功率时，重复步骤S331~S334，如此往复执行于预定提高次数(例如，6次)。「预定提高次数」会依照温度调节单元133每次增加/减少该预定电压V1的温度差异作为判断依据来调整其数值，应用本实施例者可依其需求制定此数值，下述的「预定降低次数」也为类似揭示。

当控制单元135循环提高温控讯号C的准位已达预定提高次数且雷射装置110仍未输出预定功率时(亦即，步骤S334为是)，控制单元135便控制温度调节单元133以调整腔体温度回到步骤S321所述的预定温度(步骤S335)，并且将温控讯号C的准位降低预定电压V1(步骤S337)。之后，功率控制装置140判断雷射装置110是否输出所述预定功率(步骤S338)。若步骤S338为是，则同样进入步骤S327。若步骤S338为否，控制单元135逐次侦测环境温度是否位于雷射操作温度范围(步骤S340)。

类似于上述步骤S331~S334，控制单元135于步骤S336(包含步骤S337~S343)亦将循序地每次将温控讯号C的准位降低预定电压V1后(步骤S341)，使自动功率控制单元143判断雷射装置110是否输出预定功率(步骤S342)。当雷射装置110还是没有输出预定功率时(步骤S343)，重复步骤S340~S352，如此往复执行于预定降低次数(例如，6次)。相关详明请参考上述揭示，部分说明不予赘述。

当控制单元135循环降低温控讯号C的准位已达预定降低次数且雷射装置110仍未输出预定功率时(亦即，步骤S343为是)，此时可认定环境温度不适宜操作此电子装置(雷射水平仪100)，或是此雷射装置110已经受损而为不良品。因此，控制单元135便执行例外处理程序(步骤S360)，例如关闭雷射装置110、关闭温度调节单元133和/或执行警示程序。

综上所述，本发明实施例所述的雷射装置的温控方法及使用其的电子装置，其藉由量测环境温度来自动判断雷射装置的运作温度是否位于雷射操作温度范围内，避免雷射装置于启动或运作过程中因过热而当机甚至烧毁。电子装置(例如，雷射水平仪)并可同时控制绝热腔体内的操作温度，让电子装置能自行调适雷射装置的运作温度，帮助雷射装置适应更大范围的环境温度变化，并使其输出功率能够稳定输出。

虽然本发明已以实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (11)

1. 一种雷射装置的温控方法，其特征在于，适用于电子装置，其中该电子装置包括该雷射装置与绝热腔体，该温控方法包括：

分别感测腔体温度以及该雷射装置的环境温度，其中该腔体温度为该绝热腔体中所感测到的温度，且该雷射装置装设于该绝热腔体中；

持续侦测该环境温度是否位于该雷射操作温度范围；

当该环境温度位于雷射操作温度范围之外时，执行例外处理程序；以及

当该环境温度位于该雷射操作温度范围之内时，循环调整该腔体温度以使该雷射装置输出预定功率。

2. 如权利要求1所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，该例外处理程序包括：关闭该雷射装置、或停止调整该腔体温度、或执行警示程序、或上述步骤的任意组合。

3. 如权利要求1所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，循环调整该腔体温度以使该雷射装置输出该预定功率包括下列步骤：

逐次调整该腔体温度以逐次判断该雷射装置是否输出该预定功率；以及

当该雷射装置并未输出该预定功率时，逐次侦测该环境温度是否位于该雷射操作温度范围。

4. 如权利要求3所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，循环调整该腔体温度以使该雷射装置输出该预定功率更包括下列步骤：

当侦测该雷射装置输出该预定功率时，维持该腔体温度。

5. 如权利要求3所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，逐次调整该腔体温度，并逐次判断该雷射装置是否输出该预定功率包括下列步骤：

逐次提高该腔体温度，藉以逐次判断该雷射装置是否输出该预定功率，从而逐次侦测该环境温度是否位于该雷射操作温度范围；

调整该腔体温度回到该预定温度；以及

逐次降低该腔体温度，藉以逐次判断该雷射装置是否输出该预定功率，从而逐次侦测该环境温度是否位于该雷射操作温度范围。

6. 如权利要求5所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，逐次提高该腔体温度，并逐次判断该雷射装置是否输出该预定功率包括下列步骤：

将温控讯号的准位提高预定电压以提高该腔体温度，其中该温控讯号对应该腔体温度；

判断该雷射装置是否输出该预定功率；

当该雷射装置并未输出该预定功率时，判断侦测该环境温度是否位于该雷射操作温度范围；以及

当该环境温度位于该雷射操作温度范围之内时，判断提高该腔体温度的次数是否大于预定提高次数，且当提高该腔体温度的次数小于该预定提高次数时，重复提高该腔体温度的步骤。

7. 如权利要求6所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，逐次提高该腔体温度，并逐次判断该雷射装置是否输出该预定功率更包括下列步骤：

当提高该腔体温度的次数大于该预定提高次数时，调整该腔体温度回到该预定温度。

8. 如权利要求5所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，循环调整该腔体温度以使该雷射装置输出该预定功率更包括下列步骤：

判断降低该腔体温度的次数是否大于预定降低次数，且当降低该腔体温度的次数大于该预定降低次数时，执行例外处理程序。

9. 如权利要求1所述的雷射装置的温控方法，其特征在于，更包括：

启动该电子装置后，侦测该环境温度是否位于该雷射操作温度范围；

当该环境温度位于该雷射操作温度范围之内时，调整该腔体温度为预定温度，并当该绝热腔体位于该预设温度后，启动该雷射装置。

10. 一种电子装置，其特征在于，包括：

雷射装置，发射雷射光线；以及

温度控制装置，包括绝热腔体、温度调节单元、控制单元、第一温度传感器以及第二温度传感器，该温度调节单元及该雷射装置设置于该绝热腔体中，该温度调节单元调节该绝热腔体的腔体温度，该第一温度传感器及该第二温度传感器分别感测该腔体温度以及该雷射装置的环境温度，

其中，该控制单元循环调整该腔体温度以使该雷射装置输出预定功率，并持续侦测该环境温度是否位于雷射操作温度范围，且当该环境温度位于该雷射操作温度范围之外时，该控制单元执行例外处理程序。

11. 如权利要求10所述的电子装置，其特征在于，该例外处理程序包括：关闭该雷射装置、或关闭该温度控制装置、或执行警示程序、或上述步骤的任意组合。

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