JP2015152550A - Laser marker - Google Patents

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龍 仲井
Ryu Nakai
龍 仲井
直顕 金田
Naoaki Kaneda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser marker that can emit a uniform laser beam regardless of an individual difference of a semiconductor laser outputting a plurality of laser lines.SOLUTION: Respective green semiconductor lasers 4 of a horizontal laser module outputting a laser line in a horizontal direction and of a vertical laser module outputting a laser line in a vertical direction are individually drive controlled by dedicated control sections. A drive control with a drive frequency preliminarily according to the individual difference is allowed as a drive frequency of the green semiconductor laser 4 used for the horizontal laser module, and a drive control with a drive frequency preliminarily according to the individual difference is allowed as a drive frequency of the green semiconductor laser 4 used for the vertical laser module. As a result, intensities of laser lines outputted from the two green semiconductor lasers 4 can be uniformized, and a uniform laser beam can be emitted.

Description

本発明は、建築工事や土木工事において使用されるレーザー照射器の光源である緑色半導体レーザー素子の安定かつ省エネを実現させるレーザーモジュールを備えたレーザー墨出し器に関するものである。   The present invention relates to a laser marking device provided with a laser module that realizes stable and energy saving of a green semiconductor laser element that is a light source of a laser irradiator used in construction work and civil engineering work.

構造物の側壁面や天井面あるいは床面などにレーザーラインを出力して表示する、いわゆるレーザー墨出し器の光源はこれまで波長670nm〜630nmの赤色半導体レーザーが多く使用されている。ところで、人間の目の視認性は、波長495−570 nmの緑色のほうが赤色より高いことは知られている。半導体レーザーとして、この緑色レーザー自体は存在し、すでに商品化されている。しかし、緑色半導体レーザーは、赤色半導体レーザーに比べて消費電力が高いという欠点がある。特に、レーザー墨出し器の作業環境から見て乾電池駆動が好まれることから、緑色半導体レーザーの消費電力が高い性質は、連続使用時間が短く、すぐに乾電池を交換する必要があり、コスト面でもマイナス面として認識されている。このため、特許文献1に記載されるように、電気的にパルス化された水平又は鉛直のラインレーザー光のパルスデューティ比を変えてON時間比を可変して出力する技術が提供されている。   A red semiconductor laser having a wavelength of 670 nm to 630 nm has so far been used as a light source of a so-called laser marking device that outputs and displays a laser line on a side wall surface, a ceiling surface or a floor surface of a structure. By the way, it is known that the visibility of human eyes is higher in green with a wavelength of 495-570 nm than in red. As a semiconductor laser, this green laser itself exists and has already been commercialized. However, the green semiconductor laser has a drawback of higher power consumption than the red semiconductor laser. In particular, since the dry cell drive is preferred from the viewpoint of the working environment of the laser marking device, the high power consumption of the green semiconductor laser means that the continuous use time is short and it is necessary to replace the dry cell immediately. It is recognized as a downside. For this reason, as described in Patent Document 1, there is provided a technique of changing and outputting an ON time ratio by changing a pulse duty ratio of an electrically pulsed horizontal or vertical line laser beam.

特開平11−295070号公報(請求項1、段落0025)JP 11-295070 A (Claim 1, paragraph 0025)

ところで、緑色半導体レーザーは、赤色半導体レーザーに比べて、出力光も不安定かつ個体差が大きく、製造段階においても均質な品質を維持することが難しいという欠点がある。このような商品的にも個体差がある緑色半導体レーザーを、特許文献1の図23に記載される制御装置のように、1つのレーザー駆動回路で水平方向と鉛直方向の2つの半導体レーザーを駆動した場合に、2つの半導体レーザーの個体差によって、水平方向と鉛直方向の出力光の強弱に違いが出るという問題があった。   By the way, the green semiconductor laser has the disadvantages that the output light is unstable and individual differences are larger than the red semiconductor laser, and it is difficult to maintain a uniform quality even in the manufacturing stage. Such a green semiconductor laser having individual differences in terms of merchandise is used to drive two semiconductor lasers in the horizontal and vertical directions with a single laser drive circuit, as in the control device described in FIG. In such a case, there is a problem in that the intensity of the output light in the horizontal direction and the vertical direction differs depending on the individual difference between the two semiconductor lasers.

本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、構造物の側壁面や天井面及び床面に水平方向のレーザーラインと垂直方向のレーザーラインを出力する半導体レーザーに個体差がある場合でも、均質なレーザー光を照射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。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to a semiconductor laser that outputs a horizontal laser line and a vertical laser line to a side wall surface, a ceiling surface, and a floor surface of a structure. An object of the present invention is to provide a laser marking device capable of irradiating a homogeneous laser beam even when there are individual differences.

上記した課題を解決するために、請求項1に係る発明が採用した構成を、図面を参照して説明すると、図1及び図2に示すように、構造物の側壁面や天井面及び床面に水平方向のレーザーラインL1と垂直方向のレーザーラインL2,L3を出力して表示するレーザー墨出し器1において、前記レーザー墨出し器1は、前記水平方向のレーザーラインL1を出力する水平レーザーモジュールと、前記垂直方向のレーザーラインL2,L3を出力する垂直レーザーモジュールと、からなり、前記水平レーザーモジュール及び前記垂直レーザーモジュールは、緑色の光ビームを発光するグリーン半導体レーザー4と、該グリーン半導体レーザー4から発光される光ビームをコリメータ光に変換するコリメータレンズ5と、コリメータ光をライン光に変換させるシリンドリカルレンズ6と、前記グリーン半導体レーザー4の駆動周波数とデューティ比とを制御することが可能な制御手段7と、をそれぞれ有し、前記制御手段7は、前記グリーン半導体レーザー4を当該グリーン半導体レーザー4の個体差に応じた駆動周波数で駆動制御すると共に、所定のデューティ比で駆動制御することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the configuration adopted by the invention according to claim 1 will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the side wall surface, the ceiling surface, and the floor surface of the structure are provided. In the laser marking device 1 that outputs and displays the horizontal laser line L1 and the vertical laser lines L2 and L3, the laser marking device 1 is a horizontal laser module that outputs the horizontal laser line L1. And a vertical laser module that outputs the vertical laser lines L2 and L3, the horizontal laser module and the vertical laser module each including a green semiconductor laser 4 that emits a green light beam, and the green semiconductor laser A collimator lens 5 for converting the light beam emitted from 4 into collimator light, and the collimator light as line light A cylindrical lens 6 to be converted and a control means 7 capable of controlling the driving frequency and the duty ratio of the green semiconductor laser 4 are respectively provided. The control means 7 controls the green semiconductor laser 4 to the green semiconductor laser 4. The drive control is performed at a drive frequency corresponding to the individual difference of the semiconductor laser 4 and the drive control is performed at a predetermined duty ratio.

請求項1に係る発明においては、水平方向のレーザーラインL1を出力する水平レーザーモジュールと、垂直方向のレーザーラインL2,L3を出力する垂直レーザーモジュールと、のそれぞれのグリーン半導体レーザー4が専用の制御部によって別々に駆動制御されるため、水平レーザーモジュールに用いられるグリーン半導体レーザー4の駆動周波数として、予めその個体差に応じた駆動周波数で駆動制御することができるとともに、垂直レーザーモジュールに用いられるグリーン半導体レーザー4の駆動周波数として、予めその個体差に応じた駆動周波数で駆動制御することができるため、2つのグリーン半導体レーザー4から出力されるレーザーラインの強弱を均質化することができ、均質なレーザー光を照射することができる。   In the invention according to claim 1, the green semiconductor laser 4 of each of the horizontal laser module that outputs the horizontal laser line L1 and the vertical laser module that outputs the vertical laser lines L2 and L3 is controlled exclusively. Since the driving is controlled separately by each unit, the driving frequency of the green semiconductor laser 4 used in the horizontal laser module can be controlled in advance at a driving frequency corresponding to the individual difference, and the green semiconductor laser 4 used in the vertical laser module Since the drive control of the semiconductor laser 4 can be controlled in advance at a drive frequency corresponding to the individual difference, the strengths of the laser lines output from the two green semiconductor lasers 4 can be homogenized, and are uniform. Laser light can be irradiated.

本実施形態に係るレーザー墨出し器の使用状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the use condition of the laser marking device which concerns on this embodiment. レーザー墨出し器に内蔵されるレーザーモジュールの概略図である。It is the schematic of the laser module incorporated in a laser marking device. 制御部の詳細な回路図である。It is a detailed circuit diagram of a control part.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るレーザー墨出し器の概略図である。図において、レーザー墨出し器1は、構造物の側壁面や天井面及び床面に水平方向のレーザーラインL1と垂直方向のレーザーラインL2,L3を出力して表示する。図示の実施形態のレーザー墨出し器1の場合には、1本の水平レーザーラインL1と2本の垂直レーザーラインL2,L3とを出力する3つのレーザーモジュールを内蔵している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a laser marking device according to this embodiment. In the figure, the laser marking device 1 outputs and displays horizontal laser lines L1 and vertical laser lines L2 and L3 on the side wall surface, ceiling surface and floor surface of the structure. In the case of the laser marking device 1 of the illustrated embodiment, three laser modules that output one horizontal laser line L1 and two vertical laser lines L2 and L3 are incorporated.

3つのレーザーモジュールは、図2に示すように、すべて同じ構造を有し、円柱状の外筒2と、該外筒2の内部に設けられる円柱状の内筒3と、緑色の光ビームを発光するグリーン半導体レーザー4と、該グリーン半導体レーザー4から発光される光ビームをコリメータ光に変換するコリメータレンズ5と、コリメータ光をライン光に変換させるシリンドリカルレンズ6と、前記グリーン半導体レーザー4の駆動周波数とデューティ比とを制御することが可能な制御手段7と、を有している。グリーン半導体レーザー4を外筒2のレーザー光の入口側に設置し、シリンドリカルレンズ6を外筒2のレーザー光出口側に設置する。コリメータレンズ5は、グリーン半導体レーザー4とシリンドリカルレンズ6の間の内筒3に設置し、グリーン半導体レーザー4と制御手段7を連結する。   As shown in FIG. 2, the three laser modules all have the same structure, and include a cylindrical outer cylinder 2, a cylindrical inner cylinder 3 provided inside the outer cylinder 2, and a green light beam. A green semiconductor laser 4 that emits light, a collimator lens 5 that converts a light beam emitted from the green semiconductor laser 4 into collimator light, a cylindrical lens 6 that converts collimator light into line light, and driving the green semiconductor laser 4 Control means 7 capable of controlling the frequency and the duty ratio. The green semiconductor laser 4 is installed on the laser beam entrance side of the outer cylinder 2, and the cylindrical lens 6 is installed on the laser beam exit side of the outer cylinder 2. The collimator lens 5 is installed in the inner cylinder 3 between the green semiconductor laser 4 and the cylindrical lens 6, and connects the green semiconductor laser 4 and the control means 7.

制御手段7は、電源供給部10、電源コントロール部11、DT比(デューティ比)が調整可能なPWM部13を含むCPU回路部12、から構成され、電源供給部10とCPU回路部12を連結し、CPU回路部12により電源コントロール部11へグリーン半導体レーザー4の個体差に応じた駆動周波数を有するDT比調整可能なPWM信号を送る。   The control means 7 includes a power supply unit 10, a power supply control unit 11, and a CPU circuit unit 12 including a PWM unit 13 whose DT ratio (duty ratio) can be adjusted, and connects the power supply unit 10 and the CPU circuit unit 12. Then, the CPU circuit unit 12 sends a PWM signal capable of adjusting the DT ratio having a driving frequency corresponding to the individual difference of the green semiconductor laser 4 to the power supply control unit 11.

制御手段7のより詳細な回路図は、図3に示すように、電源供給部10は、電源増圧ICU2のグランドと出力端子の間の第一コンデンサーC1及び第二コンデンサーC2とを並列に連結し、電源増圧ICU2の出力と入力端子間のダイオードD1及び入力端子と入力電源の間のインダクターL1を連結する。ダイオードD1のプラス極と電源増圧ICU2の入力端子を連結し、ダイオードD1のマイナス極と電源増圧ICU2の出力を連結する。第一コンデンサーC1はプラスとマイナス極を帯びたもので第一コンデンサーC1のマイナス極はグランド、第一コンデンサーC1のプラス極は電源供給部10の出力側となる。   As shown in FIG. 3, a more detailed circuit diagram of the control means 7 is that the power supply unit 10 connects the first capacitor C1 and the second capacitor C2 between the ground of the power booster ICU2 and the output terminal in parallel. The diode D1 between the output of the power booster ICU2 and the input terminal and the inductor L1 between the input terminal and the input power supply are connected. The positive pole of the diode D1 and the input terminal of the power booster ICU2 are connected, and the negative pole of the diode D1 and the output of the power booster ICU2 are connected. The first capacitor C1 has positive and negative poles. The negative pole of the first capacitor C1 is the ground, and the positive pole of the first capacitor C1 is the output side of the power supply unit 10.

CPU回路部12は、CPUU1の電源端子と電源供給部10の出力側と連結し、CPUU1のグランド端子にグランドをし、CPUのDT比調整可能PWM信号出力端子に電源コントロール部11に連結する。 The CPU circuit unit 12 is connected to the power supply terminal of the CPUU1 and the output side of the power supply unit 10, grounded to the ground terminal of the CPUU1, and connected to the power supply control unit 11 to the DT ratio adjustable PWM signal output terminal of the CPU.

電源コントロール部11は、第一バイボーラトランジスタQ1と第二バイボーラトランジスタQ2を含み、第一バイボーラトランジスタQ1のベースとDT比調整可能PWM信号出力端子を連結する。第一バイボーラトランジスタQ1のベースを第一抵抗R1と連結し、第一抵抗R1をグランドにつなぎ、第一バイボーラトランジスタQ1のエミッタをグランドにつなぐ。また、第一バイボーラトランジスタQ1のベースをグリーン半導体レーザー4(緑色半導体素子)のレーザーダイオードLDのマイナス極に接続する。一方、第一バイボーラトランジスタQ1のコレクタと第二バイボーラトランジスタQ2のベースにつなぎ、第二バイボーラトランジスタQ2のコレクタと第二抵抗R2を連結する。第二抵抗R2をグリーン半導体レーザー4の探知用フォトダイオードPDのプラスとつなぐ。第二バイボーラトランジスタQ2のベースと電源端子VCCの間に第三の抵抗R3と連結し、第二バイボーラトランジスタQ2のエミッタと第四抵抗R4をつなぎ、第四の抵抗R4をグランドにつなぐ。グリーン半導体レーザー4のレーザーダイオードLDのプラス極と探知用フォトダイオードPDのマイナス極を電源端子VCCと連結する。 The power control unit 11 includes a first bipolar transistor Q1 and a second bipolar transistor Q2, and connects the base of the first bipolar transistor Q1 and a DT ratio adjustable PWM signal output terminal. The base of the first bipolar transistor Q1 is connected to the first resistor R1, the first resistor R1 is connected to the ground, and the emitter of the first bipolar transistor Q1 is connected to the ground. The base of the first bipolar transistor Q1 is connected to the negative pole of the laser diode LD of the green semiconductor laser 4 (green semiconductor element). On the other hand, the collector of the first bipolar transistor Q1 and the base of the second bipolar transistor Q2 are connected, and the collector of the second bipolar transistor Q2 and the second resistor R2 are connected. The second resistor R2 is connected to the plus of the detection photodiode PD of the green semiconductor laser 4. A third resistor R3 is connected between the base of the second bipolar transistor Q2 and the power supply terminal VCC, the emitter of the second bipolar transistor Q2 and the fourth resistor R4 are connected, and the fourth resistor R4 is connected to the ground. The positive pole of the laser diode LD of the green semiconductor laser 4 and the negative pole of the detection photodiode PD are connected to the power supply terminal VCC.

上記のように構成される制御手段7においては、CPU回路部12により電源コントロール部11へグリーン半導体レーザー4の個体差に応じた駆動周波数を有するDT比調整可能なPWM信号が送られる。このため、水平レーザーモジュールに用いられるグリーン半導体レーザー4の駆動周波数として、予めその個体差に応じた駆動周波数で駆動制御することができるとともに、垂直レーザーモジュールに用いられるグリーン半導体レーザー4の駆動周波数として、予めその個体差に応じた駆動周波数で駆動制御することができるため、2つのグリーン半導体レーザー4から出力されるレーザーラインの強弱を均質化することができ、均質なレーザー光を照射することができる。また、上記のPWM信号が、予め定めたDT比(例えば、30〜50%)によって駆動制御されるので、省エネ効果により乾電池を電源として使用されるレーザー墨出し器1を長時間にわたって使用することができる。   In the control means 7 configured as described above, the CPU circuit unit 12 sends a PWM signal with a DT ratio adjustable having a drive frequency corresponding to the individual difference of the green semiconductor laser 4 to the power supply control unit 11. For this reason, the driving frequency of the green semiconductor laser 4 used in the horizontal laser module can be controlled in advance at a driving frequency corresponding to the individual difference as the driving frequency of the green semiconductor laser 4 used in the horizontal laser module. Since the drive control can be performed in advance at a drive frequency corresponding to the individual difference, the intensity of the laser lines output from the two green semiconductor lasers 4 can be homogenized, and a homogeneous laser beam can be irradiated. it can. In addition, since the PWM signal is driven and controlled by a predetermined DT ratio (for example, 30 to 50%), the laser marking device 1 that uses a dry battery as a power source due to an energy saving effect is used for a long time. Can do.

1 レーザー墨出し器
4 グリーン半導体レーザー
5 コリメータレンズ
6 シリンドリカルレンズ
7 制御手段
10 電源供給部
11 電源コントロール部
12 CPU回路部
13 PWM部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser marking device 4 Green semiconductor laser 5 Collimator lens 6 Cylindrical lens 7 Control means 10 Power supply part 11 Power supply control part 12 CPU circuit part 13 PWM part

Claims (1)

構造物の側壁面や天井面及び床面に水平方向のレーザーラインと垂直方向のレーザーラインを出力して表示するレーザー墨出し器において、
前記レーザー墨出し器は、
前記水平方向のレーザーラインを出力する水平レーザーモジュールと、前記垂直方向のレーザーラインを出力する垂直レーザーモジュールと、からなり、
前記水平レーザーモジュール及び前記垂直レーザーモジュールは、
緑色の光ビームを発光するグリーン半導体レーザーと、該グリーン半導体レーザーから発光される光ビームをコリメータ光に変換するコリメータレンズと、コリメータ光をライン光に変換させるシリンドリカルレンズと、前記グリーン半導体レーザーの駆動周波数とデューティ比とを制御することが可能な制御手段と、をそれぞれ有し、
前記制御手段は、前記グリーン半導体レーザーを当該グリーン半導体レーザーの個体差に応じた駆動周波数で駆動制御すると共に、所定のデューティ比で駆動制御することを特徴とするレーザー墨出し器。
In the laser marking device that outputs and displays the horizontal laser line and the vertical laser line on the side wall surface, ceiling surface and floor surface of the structure,
The laser marking device is
The horizontal laser module that outputs the horizontal laser line, and the vertical laser module that outputs the vertical laser line,
The horizontal laser module and the vertical laser module are:
A green semiconductor laser that emits a green light beam, a collimator lens that converts the light beam emitted from the green semiconductor laser into collimator light, a cylindrical lens that converts collimator light into line light, and driving the green semiconductor laser Control means capable of controlling the frequency and the duty ratio,
The control means controls the drive of the green semiconductor laser at a drive frequency corresponding to the individual difference of the green semiconductor laser and controls the drive at a predetermined duty ratio.
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