CN1118116C - 激光光源装置和激光发光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光光源装置和激光发光方法，尤其是可以发生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光，由巴特莱效应突出峰值亮度的激光光源装置。定时电路形成定时信号，使得激励型激光光源发生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光，抽运用激光器根据定时电路的输出信号抽运激励型激光光源，该间歇脉冲光是比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭，灭灯时间为光入射至人眼感到亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小。

Description

激光光源装置和激光发光方法
技术领域
本发明涉及激光光源装置和激光发光方法，尤其涉及可产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光，通过巴特莱(バ-トレ-)效应，突出峰值亮度的激光光源装置和激光发光方法。
背景技术
以往存在各种对对象物照射激光用的激光照射装置，近年来其用途广泛，并迅速普及。
这些激光照射装置一般采用连续发光的激光。
现有激光照射装置照射近距离对象物的时候问题相对少些，但照射远距离对象物时，就有光扩散、照射光衰减这种问题。
这种照射激光的衰减，使用者难以确认，尤其是周围明亮的白天，有确认极其困难，作业效率下降这种问题。
为了解决照射光的衰减，首先可考虑增大光源输出，但有激光对人体的影响增加，危险性增高，而且消耗功率增加这种问题。
此外，还有随着激光输出增加，保护设备也增加，造成成本变高，而且难以处理这种深层次问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题提出的，由激光光源；和对该激光光源驱动为发出具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光用的驱动装置所组成，该间歇脉冲光是比正常人闪烁(眨眼；フリッカ-)值周期长的点亮熄灭，灭灯时间构成为光入射至人眼感出亮度之后使眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小。
本发明还由激励型激光光源；对该激励型激光光源形成定时信号以产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光的定时电路；和根据该定时电路的输出信号对激励型激光光源进行抽运用的抽运用激光器所组成，该间歇脉冲光是比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭，灭灯时间构成为光入射至人眼感出亮度之后使眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小。
本发明第一方面的激光光源装置，其特征在于，包括：
一激光光源；以及
驱动所述激光光源使之产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光的驱动装置，
所述间歇脉冲光具有比正常人闪烁值40～50Hz周期长的点亮熄灭周期，该脉冲光灭灯所需时间设定为长于50ms这一光入射至人眼感出亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度所需的时间。
本发明第二方面的激光发光方法，按间歇脉冲光产生激光源所发出的激光束，其特征在于，使得点亮熄灭比正常人闪烁值40～50Hz周期长，灭灯时间长于50ms这一光入射至人眼感出亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度所需的时间。
而且，本发明还可以将规定的点亮熄灭时间设定为可通过巴特莱效应获得突出点亮熄灭光效果的频率。
此外，本发明还可以将规定点亮熄灭时间设定为6Hz～15Hz。
本发明的间歇脉冲光若将点灯时间设为T，还可以将灭灯时间大致设定为2T。
本发明的激光发光方法，将激光光源构成为产生具有点亮熄灭时间的间歇脉冲光，以便该点亮熄灭时间为比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭，灭灯时间为光入射至人眼感出亮度之后使眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小。
本发明中，定时电路形成定时信号，以便激励型激光光源产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光，抽运用激光器根据定时电路的输出信号，对激励型激光光源进行抽运，该间歇脉冲光是比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭，灭灯时间为光入射至人眼感出亮度之后使眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小。
附图说明
附图示出的是本发明实施例。
图1示出的是本发明第一实施例激光振荡装置1000。
图2是激光器振荡状态的说明图。
图3是激光器振荡状态的说明图。
图4是激光器振荡状态的说明图。
图5示出的是第二实施例激光振荡装置2000。
图6示出的是第三实施例激光振荡装置3000。
图7是本发明的原理图。
图8(a)是示意增增益开关的模式图，示出的是时间与激励强度的关系。
图8(b)是示意增益开关的模式图，示出的是时间与光强的关系。
图8(c)是示意增益开关的模式图，示出的是时间与反转分布的关系。
图9示出的反转分布与光强的关系。
图10(a)是相对半导体激光器的连续供给脉冲的周期T在τFL＜T-τ场合的说明图。
图10(b)是相对半导体激光器的连续供给脉冲的周期T在τFL＞T-τ场合的说明图。
图11(a)示出的是半导体激光器消耗电流与半导体激光器输出的关系。
图11(b)示出的是半导体激光器的输出与光谐振器内基波的输出的关系。
图11(c)示出的是插入非线性光学介质400时光谐振器内基波的输出与二次谐波(SHG)输出的关系。
图11(d)示出的是半导体激光器消耗电流与二次谐波(SGH)输出的关系。
图12是连续驱动激光器振荡装置1000时与本发明脉冲驱动时候的对比图。
图13示意的是应用例。
图14示意的是应用例。
图15示意的是应用例。
图16示意的是应用例。
具体实施方式
根据附图说明本发明实施例。
这里就本发明原理作若干说明。
人类的眼睛在光源发光时可以在瞬间辨识其发光，但是然后就象感出余光那样弥散，使光的辨识性变差。而且，一般来说点亮熄灭的光源比连续发光的光源容易辨识。图7图示了这种状态，实线是脉冲驱动的激光，虚线是人类眼睛对光脉冲的响应。
光源灭灯的话，一定时间以后人类的眼睛再次恢复到最大感光度。
因而，为了对人眼，以最大感光度给予刺激，在一定时间后眼晴感光度恢复到最大感光度的状态下，可以间歇驱动，发出下一光脉冲。
另外，正常人可以以40～50Hz大小为界辨识点亮熄灭。需要形成比该闪烁值周期长的点亮熄灭。
根据实验可知，通过脉冲驱动与点亮熄灭动作的组合，最易辨识的点亮熄灭为6Hz～15Hz。另外，闪烁光的频率为10Hz大小时可感出峰值亮度得到加强的现象称为巴特莱效应，也称为布鲁布—巴特莱(Brucke-Bartley)效应。
已知巴特莱效应当点灯时间与灭灯时间之比为1∶1时，可获得最大效应，这意味着，点灯时间50ms之间人眼的感光度达到最高值，灭灯时间50ms之间感光度恢复到最大感光度。通过将灭灯时间设定为50ms以上，可以由下一次光脉冲有效地刺激人眼睛。
另外，拉长光源点灯时间的话，人眼的感光度下降。已知一般在发光后50～120ms附近产生峰值，然后逐渐减小，渐近至一定值。通过使发光时间为50～120ms大小，可以使感光度与光源驱动功率的比例为最佳。
第一实施例
图1示出的是第一实施例激光振荡装置1000的电气组成，由定时电路100、激光二极管驱动电路200、激光光源300和控制部400组成。
定时电路100是对激光二极管驱动电路200进行控制驱动，由激光光源300产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光用的装置。
激光二极管驱动电路200相当于驱动装置，因而根据定时电路100的控制信号，驱动激光光源300。
激光光源300是产生规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光的激光光源。本第一实施例激光光源300是激励型激光光源，由激励激光装置310和包含光谐振器在内的激励型激光器320所组成。另外激励激光装置310相当于抽运用激光管。
激励激光装置310起到抽运光发生装置的作用，激励型激光器320通过使光在电介质反射膜与输出反射镜之间往返，将光长时间禁闭，可以使光谐振并放大。
另外，第一实施例的激励激光装置310采用的是半导体激光器，但只要是可以出射激光的元件，可以采用任何元件。
激光光源300不限于激励型激光器，只要是可以发生激光的装置，可以采用任何装置。
控制部400是对包含定时电路100在内的激光谐振装置100整体进行控制的，因而由包含CPU的运算处理装置组成。
如上所述构成的本实施例，如图2所示，激光光源300可以产生200KHz、3mW激光。而且，对于脉冲发光，可以如“关于激光光源”所述达到节能目的。
而且，如图3所示，定时电路100构成为驱动激光二极管驱动电路200，从而光脉冲发光时间T例如为30ms，灭灯时间为2T，一周期为3T。
具体来说，光脉冲发光时间T构成为与光入射至人眼后感出亮度最高的时间大体一致，灭灯时间构成为与光入射至人眼感到亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度所用的时间大体一致。
而且，关于灭灯时间，为了进一步抑制抽运激励型激光光源所用的抽运用激光器的消耗功率，使之为光脉冲发光时间二倍大小。本实施例中，点亮时间47ms，灭灯时间为94ms，但不限于该时间，可作适当变更。
因此，便在感光度最高状态下使激光脉冲入射到人眼，因而极容易辨认。而且，不仅容易辨认，而且平均输出达1mW大小，可以进一步提高对人体的安全性。此外，抽运激励型激光光源用的抽运用激光器的消耗功率为三分之一，可以达到减小消耗功率的意图。
连续发光的激光场合，输出额定值为1mW以下的话，有关其安全装备的措施相对宽松，但在明亮的地方却难以辨认。反之，如图3所示进行间歇方波发光的话，若一定时间内发光量低于1mW，便可以对人体采用相对宽松的保持措施，即便在明亮的地方仍然可以使辨认性提高。
另外，如图4所示，定时电路100也可以构成为光脉冲发光时间为T’，灭灯时间为2T’，一周期为3T’，每一周期3T’设定为10ms以下，这时，激光平均输出为1mW大小。
但间歇方波发光的周期较短的话，辨认时便总体上被平均，辨认度与脉冲发光尽管相同，却具有可谋求节能的效果。
另外，根据操作现场的需要对连续脉冲驱动、间歇脉冲驱动、每一周期10ms以下的间隙脉冲驱动进行切换的话，就更有效。
第二实施例
接下来说明第一实施例激光振荡装置1000电气组成的变形例。图5说明的是本实施例的第二实施例，示出激光振荡装置2000的电气组成，由定时电路100、激光二极管驱动电路200、激光光源300、控制部400组成。
第一实施例的激光光源300采用激励型激光器，而第二实施例激光光源300采用通常的激光二极管来替代激励型激光器。另外，激光二极管可以采用任何类型的半导体激光器。
其他组成的作用、效果等与第一实施例相同，故省略说明。
第三实施例
图6说明的是本发明第三实施例，示出激光振荡装置3000的电气组成，由定时电路100、驱动部250、激光部350、控制部400、截光装置500组成。
第三实施例由激光部350连续发生激光光脉冲，由截光装置变换为所要点亮熄灭时间的间歇脉冲光。
驱动部250驱动截光装置500。
截光装置500通过使激光部350发出的连续脉冲光断续，可发生所需点亮熄灭时间的间歇脉冲光。
另外，截光装置500可采用由机械快门、AO(声光元件)、EO(电光元件)等组成的截光器。
定时电路100确定使截光装置500动作的定时。
控制部400形成为对定时电路100进行控制驱动，通过驱动部250使截光装置500动作。
如上所述构成的第三实施例，与第一、第二实施例相同，可发生所需点亮熄灭时间的间歇脉冲光。
而且，激光部350可采用任何类型激光光源。
其他组成的作用、效果等与第一实施例相同，故而省略说明。
关于激光光源
这里说明第一实施例的激光光源300。
图8(a)、图8(b)和图8(c)是示意增益开关的模式图，图8(a)是时间与激励强度关系的示意图，图8(b)是时间与光强关系的示意图，图8(c)是时间与反转分布关系的示意图。
观察这些图，可以理解，一定激励时间之后发生最大光强。
接下来图9分别分开表示反转分布与光强的关系。对半导体激光器供给连续波驱功率的话，便相应第一脉冲产生最大光强，此后，光强下降，收敛于一定的光强，因而光输出最为有效。因而设法仅仅用第一脉冲。
利用图10(a)和图10(b)说明向半导体激光器供给连续脉冲驱动功率的情形。
图10(a)是对半导体激光器的连续供给脉冲的周期T为τFL＜T-τ时的情形。这里，τFL为荧光寿命，τ为脉冲宽度。
反之，图10(b)是对半导体激光器的连续供给脉冲的频率T为τFL＜T-τ时的情形。
参见图10(b)便理解，在τFL(荧光寿命)期间将下一脉冲加到半导体激光器上，可在余下的反转分布上加上新的反转分布，可有效地连续发生最大光强的光。
接下来，根据图11(a)至图11(d)，说明半导体激光器输出与插入非线性光学介质100时的输出的关系。
图11(a)示出的是半导体激光器消耗电流与半导体激光器输出的关系，在电流大于偏置电流以后具有线性关系。
图11(b)示出的是半导体激光器输出与光谐振器内基波输出的关系，当电流大于偏置电流以后具有线性关系。
图11(c)示出的是插入非线性光学介质时光谐振器内的基波输出与二次谐波(SHG)输出的关系，可以理解，二次谐波(SHG)输出与光谐振器内的基波输出的平方成正比。
因而，半导体激光器的消耗电流与二次谐波(SHG)输出的关系便如图11(d)所示，与平方成正比。
因而，在光谐振器内插入非线形光学介质，激光驱动装置在荧光寿命τFL内加下一驱动脉冲这样来驱动激光光源100的半导体激光器的话，就可能如图12所示高能效地使激光器振荡。
具体来说，如图12，按脉冲宽度τ、脉冲峰值电流IP、脉冲周期T来驱动激光光源100半导体激光器的话，便产生光脉冲宽度τ’、光脉冲峰值输出PSH P的激光。
另外，激光驱动装置连续驱动激光光源300时(不过生成与平均脉冲输出PSH av相同的连续输出PSH CW时，令连续工作电流为Icw的话，半导体激光器的消耗电流与二次谐波(SHG)输出的关系是与平方成正比，因而只发生比光脉冲峰值输出 PSH P小的输出即连续光输出PSH CW的激光。
而且，脉冲驱动时动作是间歇的，因而做成按平均值与连续动作相比较。脉冲驱动时的平均脉冲电流为Iav，比连续动作电流Icw小。
因而，不限于激励激光器采用半导体激光器的话，通过脉冲驱动发生与连续波相同输出的激光时，具有可节约Icw-Iav电流的效果。
应用例
说明第一至第三实施例应用例。该应用例是应用于激光对准装置的例子。
激光对准装置如图13和图15所示，由框体1；形成于该框体1前端附近，以水平俯仰轴2为中心转动自如装配的俯仰框架3；以沿直方向装配的摆动轴4为中心相对该俯仰框架3摆动自如形成的激光振荡装置5所组成。
俯仰框架3的底边部朝向后方形成有水平辅助框架6，该水平辅助框架6形成有水平杆7。该水平杆7通过弹簧8与框体1联结，靠弹簧8的弹性恢复力在相对俯仰轴3顺时针方向加上势能。
在相对杆7基本正交的方向上竖立俯仰螺杆10，使与俯仰螺杆10螺合的螺母11同突出设置于该螺母11上的固定杆12配合。俯仰螺杆10与载置于框体1上的俯仰电动机9的输出轴联结，可以靠俯仰电动机9的驱动力使俯仰框架3的倾斜度改变。
俯仰框架3的侧边如图15所示形成有垂直辅助框架13，该垂直辅助框架13通过齿轮盒14装配有摆动电动机15。由该齿轮盒14在水平方向上延伸有引导转轴16和摆动螺杆17，摆动螺杆17与摆动电动机15的输出轴联结。而且，与摆动螺杆17拧合的螺母块18滑动自如地嵌合在引导转轴16上。
激光振荡装置5的后端部在水平方向装配有水平突出杆19，该水平突出杆19与形成于螺母块18的配合杆20配合。而且，在水平突出杆19与垂直辅助框架13之间置有弹性弹簧21，激光振荡装置5靠该弹性弹簧21的弹性恢复力在水平方向上即图15中右向加有势能。
如上所述构成的激光对准装置，通过俯仰电动机与摆动电动机15的驱动，可在相正交两个方向上转动。
图16示出的是在管线设置工程中的使用例，利用具有本实施例激光振荡装置1000的激光对准装置2000，观察对准目标3000。
即便在有阳光的明亮环境中，也可以方便地照射目标3000。
如上所述构成的本发明，驱动装置驱动激光光源发出规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光，该间歇脉冲光是比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭，灭灯时间为光入射至人眼感到亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小，因而，可以以最大感光度给人眼以刺激，因而具有即便环境明亮仍使辨认性提高的效果。
而且，本发明形成为定时电路形成定时信号，使得激励型光源发生规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光，抽运用激光器根据定时电路的输出信号抽运激励型激光光源，该间歇脉冲光是比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭，灭灯时间为光入射到人眼感到亮度之后眼晴感光度恢复到最大感光度的时间大小。
本发明的规定点亮熄灭时间可设定为按巴特莱效应可获得点亮熄灭光突出效果的频率。
本发明也可以将规定点亮熄灭时间设定为6Hz～15Hz。
本发明间歇脉冲光中可以将点灯时间设定为T，而灭灯时间设定为大致2T。
本发明的激光发光方法，激光光源是比正常人闪烁值周期长的点亮熄灭光源，可以以具有点亮熄灭时间的间歇脉冲光形式发生，灭灯时间为光入射至人眼感到亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度的时间大小。

Claims (9)

1.一种激光光源装置，其特征在于，包括：
一激光光源；以及
驱动所述激光光源使之产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光的驱动装置，
所述间歇脉冲光具有比正常人闪烁值40～50Hz周期长的点亮熄灭周期，该脉冲光灭灯所需时间设定为长于50ms这一光入射至人眼感出亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度所需的时间。
2.如权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，包括：
一激励型激光光源；
一用于形成定时信号以便所述激励型激光光源产生具有规定点亮熄灭时间的间歇脉冲光的定时电路；以及
用于抽运所述激励型激光光源并根据定时电路的输出信号产生所述间歇脉冲光的抽运用激光器。
3.如权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述规定的点亮熄灭时间属于靠巴特莱效应可获得点亮熄灭光凸显效应的频率。
4.如权利要求1或2所述的激光光源装置，其特征在于，所述规定的点亮熄灭时间其范围为6Hz～15Hz。
5.如权利要求1或2所述的激光光源装置，其特征在于，所述间歇脉冲光设定为，令点亮时间定义为T，灭灯时间则基本上为2T。
6.一种按间歇脉冲光产生激光源所发出的激光束的方法，其特征在于，使得点亮熄灭比正常人闪烁值40～50Hz周期长，灭灯时间长于50ms这一光入射至人眼感出亮度之后眼睛感光度恢复到最大感光度所需的时间。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述规定点亮熄灭时间属于靠巴特莱效应可获得点亮熄灭光凸显效应的频率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述规定点亮熄灭时间其范围为6Hz～15Hz。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述间歇脉冲光设定为，令点亮时间定义为T，灭灯时间则基本上为2T。
CN97102056A 1996-01-12 1997-01-10 激光光源装置和激光发光方法 Expired - Lifetime CN1118116C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2180796 1996-01-12
JP21807/96 1996-01-12
JP21807/1996 1996-01-12

Publications (2)

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