JP3121920U - レーザポインタ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザの駆動電流および温度制御に要する電力を最小化できて乾電池駆動によるポータブル使用が可能であり且つレーザ出力の方向が変動しないレーザポインタを提供する。
【解決手段】半導体レーザ（１）および非線形光学結晶（４）を支持する良熱伝導体のベース（１２）を筐体（１７）と熱絶縁し且つペルチェ素子（１３）を介して筐体（１７）に固定し、ペルチェ素子（１３）でベース（１２）の温度制御を行う。
【効果】携帯する人の体温や周囲の温度の影響を受けず、半導体レーザ（１）および非線形光学結晶（４）を一定の温度に保つことが出来る。
【選択図】図１

Description

本考案は、レーザポインタに関し、さらに詳しくは、半導体レーザの駆動電流および温度制御に要する電力を最小化できて乾電池駆動によるポータブル使用が可能であり且つレーザ出力の方向が変動しないレーザポインタに関する。

従来、半導体レーザのレーザ光により固体レーザ媒質を励起し、固体レーザ媒質を含む光共振器で基本波を発振し、それを非線形光学結晶により第二高調波に波長変換し、緑色の線状ビームを出すレーザポインタが知られている（例えば特許文献１，特許文献２参照。）。
特許第２５００７５３号公報 特開２００４−２８１９３２号公報

半導体レーザのレーザ光により固体レーザ媒質を励起する場合、固体レーザ結晶の吸収バンド（８０５ｎｍ〜８１１ｎｍ）にレーザ光の波長が合うように、半導体レーザを温度チューニングする必要がある。また、非線形光学結晶は、位相整合条件を満たすために、その温度を一定条件に制御する必要がある。
しかし、従来のレーザポインタでは、せいぜいヒートシンクを備える程度であるため、次のような問題点がある。
（１）小型で携帯可能なレーザポインタは、熱容量が小さいため、携帯する人の体温や周囲の温度の影響を受けやすく、ヒートシンクを備える程度では、半導体レーザの温度を一定に保てない。このため、温度変動しても出力に不足を生じないように十分な余裕をもたせて半導体レーザを駆動する必要があり、半導体レーザの駆動電流が大きくなってしまい、乾電池駆動が難しくなる。
（２）仮にペルチェ素子を用いて温度制御するにしても、携帯する人の体温や周囲の温度の影響を受けやすいと、温度制御に要する電力が大きくなってしまい、乾電池駆動が難しくなる。
（３）例えばＫＴＰを非線形光学素子として用いた場合、ＫＴＰで発生する第二高調波の出射方向が温度により変化するため、ＫＴＰに温度変動があると、レーザポインタからのレーザ出力の方向が変動してしまう。
そこで、本考案の目的は、半導体レーザの駆動電流および温度制御に要する電力を最小化できて乾電池駆動によるポータブル使用が可能であり且つレーザ出力の方向が変動しないレーザポインタを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶と、前記半導体レーザおよび前記非線形光学結晶を支持する良熱伝導体のベースとを有するレーザポインタにおいて、前記ベースを筐体と熱絶縁し且つペルチェ素子を介して筐体に固定すると共に前記ペルチェ素子により前記ベースの温度を制御する温度制御手段を具備したことを特徴とするレーザポインタを提供する。
上記第１の観点によるレーザポインタでは、半導体レーザおよび非線形光学結晶を支持する良熱伝導体のベースを筐体と熱絶縁し且つペルチェ素子を介して筐体に固定し、ペルチェ素子でベースの温度制御をしている。これにより、携帯する人の体温や周囲の温度の影響を受けず、半導体レーザおよび非線形光学結晶を一定の温度に保つことが出来る。従って、過剰な余裕を持たせて半導体レーザを駆動する必要がなくなり、半導体レーザの駆動電流を最小化でき、乾電池駆動が可能になる。また、ペルチェ素子を駆動するための電力が小さくて済み、温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動が可能になる。さらに、非線形光学素子で発生する第二高調波の出射方向の温度変化がないため、レーザ出力の方向も変動しなくなる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点によるレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質が、セラミックＹＡＧであることを特徴とするレーザポインタを提供する。
上記セラミックＹＡＧは、Ｎｄ：ＹＡＧの微細結晶を焼結したセラミックである。
固体レーザ媒質としては、Ｎｄ：ＹＡＧ単結晶、Ｎｄ：ＧｄＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＬＦなどを使用できる。しかし、性能のばらつきが大きいため、性能が低いものにも対応するために半導体レーザの出力に余裕をもたせる必要があり、出力の大きな半導体レーザを使用する必要があった。このため、実際に必要な以上の大きな電力を消費する場合があった。
これに対して、上記第２の観点によるレーザポインタでは、セラミックＹＡＧを使用するが、セラミックＹＡＧは性能のばらつきが小さいため、半導体レーザの出力に余裕をもたせる必要がなくなり、出力が大きな半導体レーザを使用する必要がなくなり、消費電力を小さくすることが出来る。

第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点によるレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質の反非線形光学結晶側の端面および前記非線形光学結晶の反固体レーザ媒質側の端面に、基本波に対するミラーコートが施され、前記両端面で光共振器を構成していることを特徴とするレーザポインタを提供する。
上記第３の観点によるレーザポインタでは、固体レーザ媒質の端面と非線形光学結晶の端面に基本波に対するミラーコートを施し、それぞれの端面で光共振器を形成することで、構造を単純化でき、温度制御対象をコンパクトにすることが出来る。よって、温度制御に要する電力を小さくすることが出来る。

第４の観点では、本発明は、前記第３の観点によるレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質のミラーコートが施されてない端面と前記非線形光学結晶のミラーコートが施されてない端面とが貼り合わされていることを特徴とするレーザポインタを提供する。
上記第４の観点によるレーザポインタでは、固体レーザ媒質と非線形光学結晶とを貼り合わせた構造なので、温度制御対象をさらにコンパクトにすることが出来る。よって、温度制御に要する電力をさらに小さくすることが出来る。

第５の観点では、本発明は、前記第１から前記第４のいずれかの観点によるレーザポインタにおいて、該レーザポインタが乾電池駆動であることを特徴とするレーザポインタを提供する。
上記第５の観点によるレーザポインタでは、乾電池駆動であるため、ポータブル使用可能なレーザポインタを実現できる。

本考案のレーザポインタによれば、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いシングルモードの半導体レーザを用いるため、駆動電流、および温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動によるポータブル使用が可能になる。

以下、図に示す実施例により本考案をさらに詳細に説明する。なお、これにより本考案が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るレーザポインタ１００を示す構成図である。
このレーザポインタ１００は、レーザ光を出射する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ２と、集光されたレーザ光で励起され基本波を誘導放出する固体レーザ媒質３と、基本波を第二高調波に変換する非線形光学結晶４と、光共振器６の一端を構成すると共に第二高調波を透過させるミラー５と、ミラー５を透過した第二高調波の一部を取り出すビームスプリッタ７と、ビームスプリッタ７を通過した第二高調波から赤外線をカットする赤外線カットフィルタ８と、赤外線カットフィルタ８を通過したビーム径を拡げると共に平行ビームにするビームエキスパンダ９と、ビームスプリッタ７で取り出した第二高調波を受光し電気信号に変換するフォトダイオード１０と、フォトダイオード１０での電気信号の強度が一定になるように半導体レーザ１の駆動電流を制御するＡＰＣ（Auto Power Control）回路１１と、半導体レーザ１，集光レンズ２，固体レーザ媒質３，非線形光学結晶４およびミラー５を支持するベース１２と、ベース１２を加熱／冷却するためのペルチェ素子１３と、ベース１２の温度を検出するためのサーミスタ１４と、サーミスタ１４で検出した温度が所定の温度になるようにペルチェ素子１３を駆動する温度制御回路１５と、電源としての乾電池１６と、人が携帯可能な大きさの円筒状の筐体１７と、バネ１８とを具備している。

半導体レーザ１は、固体レーザ媒質３の吸収ピークである波長８０４ｎｍ〜８１１ｎｍ（例えば８０８．５ｎｍ）の光を出すような温度範囲に温度制御される。

固体レーザ媒質３は、Ｎｄ：ＹＡＧの微細結晶を焼結したセラミックＹＡＧである。
固体レーザ媒質３の半導体レーザ側の端面には８０８.５ｎｍでは高透過率、１０６４ｎｍでは高反射率のコーティングが施されている。固体レーザ媒質３の半導体レーザ側の端面とミラー５の間で光共振器６が構成され、１０６４ｎｍのレーザ光が発振する。

非線形光学結晶４は、温度制御回路１５による制御温度範囲内で位相整合が行えるような分極反転周期で分極反転構造が形成された擬似位相整合素子である。擬似位相整合素子は、例えばＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃、ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＫＴｉＯＰＯ₄に分極反転処理を施すことにより得られる。

ベース１２は、アルミや銅、銅タングステンなどの良熱伝導体を削りだしたものである。
バネ１８は、ペルチェ素子１３を挟んでベース１２を筐体１７に押しつけるように付勢すると共にベース１２の他の部分を筐体１７から浮かすようにベース１２を支持している。
バネ１８が熱伝達しないように、バネ１８の全体またはベース１２に接触する部分は高分子材料でできている。
他方、ベース１２とペルチェ素子１３の間およびペルチェ素子１３と筐体１７の間には熱伝導性グリースまたは熱伝導シートを挟み、熱伝導を良くしている。

実施例１に係るレーザポインタ１００によれば、半導体レーザ１および非線形光学結晶４を支持する良熱伝導体のベース１２を筐体１７と熱絶縁し且つペルチェ素子１３を介して筐体１７に固定し、ペルチェ素子１３でベース１２の温度制御をしているから、携帯する人の体温や周囲の温度の影響を受けず、半導体レーザ１および非線形光学結晶４を一定の温度に保つことが出来る。従って、過剰な余裕を持たせて半導体レーザ１を駆動する必要がなくなり、半導体レーザ１の駆動電流を最小化でき、乾電池駆動が可能になる。また、ペルチェ素子１３を駆動するための電力が小さくて済み、温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動が可能になる。さらに、非線形光学素子４で発生する第二高調波の出射方向の温度変化がないため、レーザ出力の方向も変動しなくなる。

図２は、実施例２に係るレーザポインタ２００を示す構成図である。
このレーザポインタ２００では、固体レーザ媒質３と非線形光学結晶４を接着剤などで貼り合せ、非線形光学結晶４の反半導体レーザ側の端面には１０６４ｎｍでは高反射率、５３２ｎｍでは低反射率のコーティングが施されている。つまり、結晶内部で光共振器６が構成されている。そして、ミラー５が省略されている。その他は、実施例１に係るレーザポインタ１００と同じである。

実施例２に係るレーザポインタ２００によれば、固体レーザ媒質３と非線形光学結晶４とを貼り合わせることで温度制御対象をコンパクトにすることが出来るため、温度制御に要する電力をさらに小さくすることが出来る。

固体レーザ媒質３として、セラミックＹＡＧの代わりに、Ｎｄ：ＹＡＧ単結晶、Ｎｄ：ＧｄＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＬＦなどを用いてもよい。

ベース１２とペルチェ素子１３とを接着またはハンダ付けにより一体化してもよい。

ベース１２をペルチェ素子１３を挟んで筐体１７にねじ止めしてもよい。

ビームエキスパンダ９の外に円柱レンズを設けて扇状ビームを出力し、スポット状でなく、ライン状のポインタにしてもよい。この場合、円柱レンズには、ゴーストを防ぐために５３２ｎｍに対するＡＲコートを施すのが好ましい。

本考案のレーザポインタは、プレゼンテーションやレーザ墨出し器やレーザ表示装置等に利用できる。

実施例１に係るレーザポインタを示す構成説明図である。 実施例２に係るレーザポインタを示す構成説明図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ
３ 固体レーザ媒質
４ 非線形光学結晶
６ 光共振器
１２ ベース
１３ ペルチェ素子
１４ サーミスタ
１５ 温度制御回路
１６ 乾電池
１７ 筐体
１８ バネ
１００，２００ レーザポインタ

Claims (5)

1. 半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶と、前記半導体レーザおよび前記非線形光学結晶を支持する良熱伝導体のベースとを有するレーザポインタにおいて、前記ベースを筐体と熱絶縁し且つペルチェ素子を介して筐体に固定すると共に前記ペルチェ素子により前記ベースの温度を制御する温度制御手段を具備したことを特徴とするレーザポインタ。
2. 請求項１に記載のレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質が、セラミックＹＡＧであることを特徴とするレーザポインタ。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質の反非線形光学結晶側の端面および前記非線形光学結晶の反固体レーザ媒質側の端面に、基本波に対するミラーコートが施され、前記両端面で光共振器を構成していることを特徴とするレーザポインタ。
4. 請求項３に記載のレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質のミラーコートが施されてない端面と前記非線形光学結晶のミラーコートが施されてない端面とが貼り合わされていることを特徴とするレーザポインタ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザポインタにおいて、該レーザポインタが乾電池駆動であることを特徴とするレーザポインタ。

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