JP2006317301A - レーザー墨出し器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザーとして視認性の高いグリーンレーザーを用いた場合であっても、周囲温度に関わらず使用することができるレーザー墨出し器を提供すること。
【解決手段】光源としての半導体レーザー６ａを備えるレーザーモジュールと、分岐手段と、レンズと、レーザーモジュールと分岐手段及びレンズを収容する鏡筒と、レーザーモジュールの光量を制御するマイコン（制御手段）１１１と、鏡筒の傾きを検出する傾斜センサ（傾斜監視手段）５０と、ビーム光の発光パターンを切り換える発光パターン切換スイッチ１２０と、マイコン１１１を駆動する乾電池（電源）１０１をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ１０２と、を有するレーザー墨出し器において、前記マイコン１１１は、前記レーザーモジュールの起動時と再起動時及び発光パターンの切換時の何れにおいても、レーザーモジュールの出射光量を所定の時間を掛けて徐々に増加させていくよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築内外装作業等においてレーザー光を基準線として墨出しを行うためのレーザー墨出し器に関するものである。

建築現場等においては、墨出し作業には従来の墨壷に代えてレーザー墨出し器が使用されるに至っている。このレーザー墨出し器は、レーザー光による直線像を室内の壁面等に投影することによって部屋のレイアウトや間仕切り等のための墨出しを行うものであって、これについての提案も今までに種々なされている。

例えば、特許文献１に開示されたレーザー墨出し器においては、レーザー光源であるレーザーモジュールに内蔵されたホトディテクタによって半導体レーザーの光量を検出し、レーザー墨出し器から照射されるライン光の光量が所定値を超えないように半導体レーザーの出力を制御するようにしている。

しかし、半導体レーザーは、周囲の温度変化や半導体レーザー自体の発光による温度上昇により電流と光量の特性が変動してしまうため、同じ電流値でも環境によって光量が変化する。

このような光量の変動を抑制するために、半導体レーザーに内蔵されている光量検出用のホトディテクタによって半導体レーザーの光量を検出し、半導体レーザーの光量が常に予め設定した或る値になるよう半導体レーザーに流す電流を制御する必要がある。このような制御を一般的にＡＰＣ制御（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と称している。

特許第３４１６７６９号公報

ところで、従来のレーザー墨出し器は、レーザーモジュールの安価な赤色のレーザー光を出力する半導体レーザーが使用されていた。しかし、明るい場所で使用するような場合、ライン光が見にくくなることがあり、視認性の高い緑色のレーザー光を出力する半導体レーザーを使用することが検討されていた。

一方、ＡＰＣ制御方式を採用するレーザー墨出し器において半導体レーザーの光量を制御する制御回路が何らかの原因で故障した場合には、半導体レーザーの光量を設定値以下に制御することができなくなるため、半導体レーザーに内蔵されている光量検出用のホトディテクタからの出力が所定値を超えたときには半導体レーザーの発光を強制的に停止するレーザーモジュール保護回路が併設されている。

しかしながら、半導体レーザーとして赤色レーザーよりも視認性の高いグリーンレーザーを使用する場合、グリーンレーザーは、その特性上、低温にレーザー光の起動応答性が悪いために起動時にＡＰＣ制御を行うと半導体レーザーに流す電流値が不足しているものと判断され、半導体レーザーに流す電流値が目標とする光量が得られる電流値よりも大きくなってしまう。このため、起動時に半導体レーザーの光量が目標値を超えてしまい、保護回路が作動して半導体レーザーの発光が強制的に停止されてしまい、レーザー墨出し器を使用することができないという不具合が発生する。特に、レーザー墨出し器は屋外で使用されることもあるため、気温が低い場合には使用できないという事態が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、半導体レーザーとして視認性の高いグリーンレーザーを用いた場合であっても、周囲温度に関わらず使用することができるレーザー墨出し器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
光源としての半導体レーザーを備えるレーザーモジュールと、
該レーザーモジュールから照射されるビーム光を複数のビーム光に分岐する分岐手段と、
該分岐手段によって分岐された各ビーム光をライン光に変換するレンズと、
前記レーザーモジュールと分岐手段及びレンズを収容する鏡筒と、
前記レーザーモジュールの光量を制御する制御手段と、
前記鏡筒の傾きを検出する傾斜監視手段と、
前記レーザーモジュールから照射されるビーム光の発光パターンを切り換える発光パターン切換手段と、
前記制御手段を駆動する電源をＯＮ／ＯＦＦするスイッチと、
を有するレーザー墨出し器において、
前記制御手段は、前記レーザーモジュールの起動時と再起動時及び発光パターンの切換時の何れにおいても、レーザーモジュールの出射光量を所定の時間を掛けて徐々に増加させていくよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、半導体レーザーとして低温における起動応答性が悪いグリーンレーザーを使用した場合であっても、レーザーモジュールの起動時と再起動時及び発光パターンの切換時の何れにおいても、レーザーモジュールの出射光量を所定の時間を掛けて徐々に増加させていくよう制御するため、レーザーモジュールの起動応答性が悪いことに起因して発生する保護回路の作動が低減し、レーザー墨出し器を周囲温度に関わらず常に安定的に使用することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

先ず、本発明に係るレーザー墨出し器の構成を図３〜図８に基づいて説明する。

図３は本発明に係るレーザ墨出し器の側断面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は図３の矢視Ｃ方向の図、図７は図３のＤ−Ｄ線断面図、図８は本発明に係るレーザ墨出し器から照射されるレーザーライン光を示す斜視図である。

本実施の形態に係るレーザー墨出し器１００は、スタンド１、ベース２、ハウジング３、鏡筒５等によって構成されている。尚、以下の説明では、スタンド１側を下方、ハウジング３側を上方とする。

スタンド１は、当該レーザー墨出し器１００を不図示の床面上に載置するための３本の脚部を有しており、その上部には前記ベース２が水平方向に回動可能に支持されている。そして、このベース２には、前記鏡筒５を支持するフレーム８ａ，８ｂ（図７参照）と前記ハウジング３が設けられており、ハウジング３内には前記鏡筒５が収納されている。

鏡筒５は、その一端がジンバル機構４を介して前記フレーム８ａ，８ｂに揺動可能に懸架されており、ジンバル機構４によって常に鉛直方向に向くよう調整されている。この鏡筒５には、図４に示すように、光源である第１レーザーモジュール６と、第２レーザーモジュール２９と、第１レーザーモジュール６から出射されるビーム光を複数のビーム光に分岐するスプリッタ９及び該スプリッタ９から出射されるビーム光をライン光に変換するレンズ２６が設けられている（図３及び図７参照）。

本実施の形態において、前記第１レーザーモジュール６は、後述する水平、垂直及び鉛直（通り芯）方向の３つのライン光３７，３８，３９（図４及び図８参照）の光源として使用され、前記第２レーザーモジュール２９は、地墨点４０（図８参照）の光源として使用される。ここで、第１及び第２レーザーモジュール６，２９は、半導体レーザーを使用した光源であって、第１レーザーモジュール６は、視認性の高い波長５３２ｎｍの緑色のレーザービーム（グリーンレーザー）を出射し、第２レーザーモジュール２９は、波長６５０ｎｍの赤色のレーザービームを出射する。

又、前記スプリッタ９は、図４に示すように、２枚のハーフミラー９ａ，９ｂを有しており、第１レーザーモジュール６から出射されるビーム光は、第１ハーフミラー９ａによって直進方向のビーム光（水平レーザービーム）と直交方向のビーム光とに分岐される。そして、直交方向に分岐されたビーム光は、第２ハーフミラー９ｂによって斜め上方の垂直レーザービームと直進方向の通り芯レーザービームとに分岐される。

而して、スプリッタ９によってそれぞれの方向に分岐されたレーザービームは、それらの方向を微小に変えることができるウェッジプリズム１４を通過した後、ビーム径と略同等或は若干大き目の貫通孔を有する第１フランジ１７を通過する。ここで、偏角レンズ１４は、楔状の断面形状を有する円柱のレンズであり、鏡筒５に螺合するスリーブ１５の内側に接着剤等で固定され、スリーブ１５は固定手段であるナット１６によって鏡筒５に固定される。又、前記第１フランジ１７は、偏角したレーザービームと貫通孔の軸芯とが一致するように外周方向に調整可能であって、鏡筒５の出射口４１に不図示のねじによって固定されている。

そして、第１フランジ１７の先には、該第１フランジ１７と同様のレーザービームが貫通する貫通孔を有する第２フランジ１９が回動可能に軸支されている。この第２フランジ１９は、第１フランジ１７に設けられたねじ穴に第２フランジ１９に設けられた不図示のＵ溝を介して回動調整手段を構成する不図示の偏心ねじが挿入されており、この偏心ねじを回転させることによって、第２フランジ１９を第１フランジ１７に対して回転調整することができる。尚、第２フランジ１９を調整した後は、該第２フランジ１９がねじによって第１フランジ１７に固定される。

又、第２フランジ１９には、前記レンズ２６を収納するレンズホルダ２２がピン２３によって連結されている。

他方、鏡筒５の下端には、図４に示すように、スリーブ２８に内蔵された前記第２レーザーモジュール２９が下向きに配置されている。この第２レーザーモジュール２９は、その一端に半球状のキャップ３０が設けられており、球面溝が形成されたスリーブ２８内に収納され、その外周上には第２圧縮ばね３１が巻装されている。そして、スリーブ２８の後部には、９０°間隔で４方向から第２調整ねじ３２が設けられており、この第２調整ねじ３２によって第２圧縮ばね３１の抜け止めと第２レーザーモジュール２９から出射される地墨レーザービーム３３の光軸調整が行われる。

前記ジンバル機構４に懸架された鏡筒５には、鉛直のバランスを取るための不図示のウェイトと、該鏡筒５の揺れを停止させるためのブレーキ用の銅板３５とマグネット３６が備えられている。

又、前記フレーム８ａ，８ｂには、鏡筒５が過度に傾斜したときに第１及び第２レーザーモジュール６，２９からのビーム光の出射を停止させるための傾斜監視手段である傾斜センサ５０が設けられている。この傾斜センサ５０は、図５に示すように、光電センサの発光部５０ａから出射された光が、鏡筒５に設けられたプレート５０ｂの孔部を通過して光電センサの受光部５０ｃで受光された場合のみ、第１及び第２レーザーモジュール６，２９からのビーム光の出射を可能とするよう構成されている。尚、図５においては、鏡筒５の図示を省略している。

以上説明した構成要素を覆う前記ハウジング３には、図４に示すように、ライン光を照射するための複数の照射窓５１が形成されており、各照射窓５１には、当該レーザー墨出し器１００内への粉塵等の侵入を防ぐポリエステルフィルム等から成る防塵カバー５２が接着固定されている。

又、各照射窓５１の上面部には可動式のシャッター５３が設けられており、ユーザーの手動操作によってシャッター５３を開閉することができる。尚、各シャッター５３は、防塵カバー５２を保護する機能と、ライン光３７，３８，３９の照射をユーザーが選択的に行うことができる機能を有している。

次に、以上の構成を有するレーザー墨出し器１００の制御回路を図１に基づいて説明する。尚、図１は制御回路の構成図であり、本図においては、前記第２レーザーモジュール２９は図示を省略している。

図１において、１０１は制御回路に電圧を供給するための乾電池、１０２はスイッチ、１０３は乾電池１０１から供給される電圧を変換して前記第１レーザーモジュール６やマイコン１１１等に一定の電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ、１１１はマイコン、１１２は第１レーザーモジュール６の半導体レーザー６ａの光量を設定するＤ／Ａコンバータ、１１３はマイコン１１１からの信号を受けて半導体レーザー６ａをＯＮ／ＯＦＦするためのトランジスタである。尚、第１レーザーモジュール６には、ホトディテクタ６ｂが内蔵されている。

又、１０４，１０５，１０７，１０８，１１４，１１５，１１６，１１８は抵抗器、１０６はコンパレータ、１０９はコンパレータ１０６からの信号によって半導体レーザー６ａの発光を遮断するトランジスタ、１１７はオペアンプである。

更に、１１９は半導体レーザー６ａを駆動するためのトランジスタ、１２０は半導体レーザー６ａの発光パターンを連続発光又はパルス発光に切り換えるための信号を前記マイコン１１１に出力するための発光パターン切換スイッチ、５０はレーザー墨出し器１００が所定角度以上傾いたときにマイコン１１１に信号を出力する監視手段としての傾斜センサである。

ここで、以上の構成を有する制御回路の動作について説明する。

トランジスタ１１９によって第１レーザーモジュール６の半導体レーザー６ａに電流を流すと該半導体レーザー６ａが発光し、第１レーザーモジュール６に内蔵されているホトディテクタ６ｂからは半導体レーザー６ａの光量に比例した電流が出力される。この電流値は抵抗器１１６によって電圧に変換され、この電圧はオペアンプ１１７の反転入力端子に入力される。又、同時にマイコン１１１からの信号に従ってＤ／Ａコンバータから出力された光量設定電圧もオペアンプ１１７の非反転入力端子に入力される。

オペアンプ１１７は、光量設定値と実際の光量（ホトディテクタ６ｂからの出力）との比較演算を行う加減算増幅器であり、抵抗器１１４，１１５，１１８の設定値に応じて入力された信号の加減算及び増幅を行い、その結果をトランジスタ１１９のベース端子に入力し、第１レーザーモジュール６から照射されるビーム光の光量が予め設定された値になるよう電流の制御を行う。

又、これとは別にホトディテクタ６ｂの信号は、コンパレータ１０６の反転入力端子に入力され、コンパレータ１０６の非反転入力端子には抵抗器１０４，１０５で設定された電圧が入力される。すると、コンパレータ１０６では、抵抗器１０４，１０５で設定された電圧と実際の電圧（実際の光量（ホトディテクタ６ｂからの出力）に対応する電圧）との比較を行い、実際の電圧の方が設定値よりも高い場合には、抵抗器１０７，１０８を介してトランジスタ１０９がＯＮされて半導体レーザー６ａの発光が強制的に停止される。

次に、マイコン１１１の動作を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

先ず、スイッチ１０２をＯＮすると（ステップ２０１）、乾電池１０１からＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に電圧が供給され、この電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１０３によって変換されて半導体レーザー６ａ、マイコン１１１、オペアンプ１１７、コンパレータ１０６等に所定の電圧が供給される（ステップ２０１）。

次に、マイコン１１１によってトランジスタ１１３をＯＦＦし（ステップ２０２）、マイコン１１１からＤ／Ａコンバータ１１２にデータ信号を送り、Ｄ／Ａコンバータ１１２の出力電圧（光量設定電圧）を一定の時間を掛けて目標値になるよう徐々に増加させる（ステップ２０３）。すると、それに従って半導体レーザー６ａの光量も一定の時間を掛けて目標値まで徐々に上昇する。

次に、マイコン１１１で発光パターン切換スイッチ１２０からの信号が出力されているか否かが判別され（ステップ２０５）、発光パターン切換信号があれば（ステップ２０５での判別結果がＹＥＳであれば）、マイコン１１１は、トランジスタ１１３の駆動パターンを連続駆動又はパルス駆動に切り換える（ステップ２０６）。ここで、パルス駆動は、半導体レーザー６ａをパルス発光させることによって乾電池１０１の使用時間を長くするための省エネモードである。そして、このときもステップ２０３と同様にマイコン１１１からＤ／Ａコンバータ１１２にデータ信号を送り、Ｄ／Ａコンバータ１１２の出力電圧（光量設定電圧）を一定の時間を掛けて０から目標値になるまで徐々に増加させる（ステップ２０７）。

次に、傾斜センサ１２１からの信号をマイコン１１１によって検出し、墨出し器本体の傾きが所定の角度以内であるか否かが判別される（ステップ２０８）。墨出し器本体の傾きが所定の角度以上であった場合（ステップ２０８での判別結果がＹＥＳである場合）には、墨出し器としての精度が保証されないためにトランジスタ１１３をＯＮして（ステップ２０９）、半導体レーザー６ａをＯＦＦする（ステップ２１０）。

そして、墨出し器本体の傾きが所定の角度以内であるか否かが再び判別され（ステップ２１１）、墨出し器本体の傾きが所定の角度以内になった場合（ステップ２１１での判別結果がＮＯである場合）には、トランジスタ１１３を再びＯＦＦする（ステップ２１２）。又、このときもステップ２０３と同様にマイコン１１１からＤ／Ａコンバータ１１２にデータ信号を送り、Ｄ／Ａコンバータ１１２の出力電圧（光量設定電圧）を一定の時間を掛けて０から目標値になるまで徐々に増加さる（ステップ２１３）。すると、半導体レーザー６ａの光量も再び一定の時間を掛けて目標値まで徐々に上昇する。

次に、スイッチ１０２がＯＦＦであるか否かが判別され（ステップ２１５）、スイッチ１０２がＯＮ状態を維持している場合（ステップ２１５での判別結果がＮＯである場合）には、処理はステップ２０５に戻り、発光パターン切換スイッチ１２０からの発光パターン切換信号の有無、傾斜センサ５０からの信号の有無をマイコン１１１によって常に監視しながら半導体レーザー６ａを発光させる。

他方、スイッチ１０２がＯＦＦされた場合（ステップ２１５での判別結果がＹＥＳである場合）には、乾電池１０１からの電圧供給が遮断され、半導体レーザー６ａがＯＦＦされる（ステップ２１６）。

以上のように、本実施の形態によれば、半導体レーザー６ａとして低温における起動応答性が悪いグリーンレーザーを使用した場合であっても、該半導体レーザー６ａの発光を開始するときには、その光量が所定値に達するまで所定の時間を掛けて半導体レーザー６ａの光量を徐々に増加させていくようにしたため、半導体レーザー６ａの光量が目標値を超えることがない。このため、保護回路が作動して半導体レーザー６ａの発光が強制的に停止されるという不具合が発生することがなく、レーザー墨出し器１００を環境温度に関わらず常に安定的に使用することができる。

又、半導体レーザー６ａの発光パターンの切り換え及び墨出し器本体の傾きによる発光停止状態からの復帰時においても、半導体レーザー６ａの光量が所定値に達するまで所定の時間を掛けて光量を徐々に増加させていくようにしたため、半導体レーザー６ａの光量が目標値を超えることがなく、保護回路が作動して半導体レーザー６ａの発光が強制的に停止されるという不具合が発生することがない。

本発明に係るレーザ墨出し器の制御回路の構成図である。 本発明に係るレーザ墨出し器のマイコンの動作を示すフローチャートである。 本発明に係るレーザ墨出し器の側断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図３の矢視Ｃ方向の図である。 図３のＤ−Ｄ線断面図である。 本発明に係るレーザ墨出し器から照射されるレーザーライン光を示す斜視図である。

符号の説明

１ スタンド
２ ベース
３ ハウジング
４ ジンバル機構
５ 鏡筒
６ 第１レーザーモジュール
６ａ 半導体レーザー
６ｂ ホトディテクタ
８ａ，８ｂ フレーム
９ スプリッタ（分岐手段）
９ａ，９ｂ ハーフミラー
１４ ウェッジプリズム
１５ スリーブ
１６ ナット
１７ 第１フランジ
１９ 第２フランジ
２２ レンズホルダ
２３ ピン
２６ レンズ
２８ スリーブ
２９ 第２レーザーモジュール
３０ キャップ
３１ 第１圧縮ばね
３２ 第２調整ねじ
３３ 地墨レーザービーム
３５ 銅板
３６ マグネット
３７〜３９ ライン光
４０ 地墨点
４１ 出射口
５０ 傾斜センサ（傾斜監視手段）
５１ 照射窓
５２ 防塵カバー
５３ シャッター
１００ レーザー墨出し器
１０１ 乾電池（電源）
１０２ スイッチ
１０３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０４〜１０８ 抵抗器
１０６ コンパレータ
１０９ トランジスタ
１１１ マイコン（制御手段）
１１２ Ｄ／Ａコンバータ
１１３ トランジスタ
１１４〜１１８ 抵抗器
１１７ オペアンプ
１１９ トランジスタ
１２０ 発光パターン切換スイッチ（発光パターン切換手段）

Claims (1)

1. 光源としての半導体レーザーを備えるレーザーモジュールと、
   該レーザーモジュールから照射されるビーム光を複数のビーム光に分岐する分岐手段と、
   該分岐手段によって分岐された各ビーム光をライン光に変換するレンズと、
   前記レーザーモジュールと分岐手段及びレンズを収容する鏡筒と、
   前記レーザーモジュールの光量を制御する制御手段と、
   前記鏡筒の傾きを検出する傾斜監視手段と、
   前記レーザーモジュールから照射されるビーム光の発光パターンを切り換える発光パターン切換手段と、
   前記制御手段を駆動する電源をＯＮ／ＯＦＦするスイッチと、
   を有するレーザー墨出し器において、
   前記制御手段は、前記レーザーモジュールの起動時と再起動時及び発光パターンの切換時の何れにおいても、レーザーモジュールの出射光量を所定の時間を掛けて徐々に増加させていくよう制御することを特徴とするレーザー墨出し器。

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