JP3123345U

JP3123345U - レーザポインタ

Info

Publication number: JP3123345U
Application number: JP2006003261U
Authority: JP
Inventors: 東條　公資
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2016-04-28

Abstract

【課題】環境温度の変化などのよって生じる出力強度の変動が最小限に抑えられた、安定で安全なレーザポインタを提供する。
【解決手段】半導体レーザ励起固体レーザを光源とする緑色レーザポインタにおいて、半導体レーザ励起固体レーザの出力光をモニターするために光を分岐するビームスプリッタ６の直径と、モニターのための検出器１０の受光面の直径あるいは辺の長さを、環境温度変化による出力光の位置または断面形状の変化をすべて包含するに十分な大きさに設定する。また検出器１０への入射光の角度を９０度以外とし、更に、検出器１０の窓板１４を擦りガラスとする。
【選択図】図１

Description

本考案は、レーザ墨出し器やレーザ表示装置およびプレゼンテーション等に用いられるレーザポインタに関する。

プレゼンテーション、墨出し器、アパレル用マーカー、組み立て用マーカー等において参照箇所を指し示すために、光を照射するポインタが用いられている。これらのポインタでは、指示対象からある程度離れた位置から光によって該当部分を点あるいは細い線で指示する。光を照射する対象までの距離に依らずに、使用者が意図する位置を明確に指し示すためには、ポインタから射出される光が略平行光であることが必要であり、このため光源としてレーザを用いるレーザポインタが広く使用されている。

レーザポインタの光源として使用されるレーザは、従来は赤色の半導体レーザが主として用いられている。その内部は、光源である半導体レーザ、電源、コリメータレンズで構成された点指示用ポインタ、あるいはコリメータレンズの後に円柱レンズを備え、円柱レンズで扇状に拡播する光線を放射させて、対象物上に細くて明確な直線状の投影像を得る墨出し器用のポインタなどがある。これらのポインタの出力光波長は、人間の視感度の低い赤色（６３５ｎｍ近傍）のものが大半であり、視認性の悪さが問題となっている。（特許文献１参照）

上記の赤色レーザポインタの視認性の問題点を解決するために、赤色より人間の視感度の高い緑色光を出力する半導体レーザ励起固体レーザを光源としたグリーンレーザポインタが提案されている（特許文献２参照）。グリーンレーザポインタに用いられる半導体レーザ励起固体レーザは、固体レーザ媒質と、この固体レーザ媒質を励起する半導体レーザと、固体レーザの共振器内に設置され固体レーザの発振出力を波長変換して外部に放出する非線形光学素子とで構成され、レーザの光出力を安定化させるため、出力光の一部分を分岐してその強度をモニターし、出力を安定化するフィードバック機構を具えているものが多い。このような半導体レーザ励起固体レーザの出力をさらに安定化する方法が提案されている（特許文献３参照）。
特開平２−２３５０１３号公報特許第２５００７５３号公報特開２００３-１５８３２３号公報

上述のように、赤色半導体レーザを光源とするポインタは、視感度の低い赤色光を用いることによる視認性の悪さが大きな問題として指摘されている。視認性を改善するために半導体レーザの出力を大きくすることは技術的には可能であるが、出力光が人の目に入る可能性があるこれらの製品では、その出力を約１ｍＷ以下に抑えるよう、「レーザー光線による障害の防止対策要綱」（労働省労働基準局発行基発第３９号）によって勧告されているため、その出力アップには限界がある。

人間の視感度の最も高い緑色域の波長を用いることがレーザポインタにとって最適であるが、緑色域の光を発振する半導体レーザは、現在は製作が困難である。このため、緑色域の光を発振する半導体レーザ励起固体レーザを光源として用いることが、レーザポインタとして最適の方法と考えられる。しかしながら、前掲の特許文献３に示されているように、従来の半導体レーザ励起固体レーザでは、筐体内部や様々な光学素子端面での反射や散乱、ＴＥＭ₀₀モードから外れた高次の横モードの存在により、レーザビームとして必要なＴＥＭ₀₀の主ビーム以外に、主ビームの周囲に発生する迷光や衛星光、高次モード光が避けられないという問題がある。このような迷光や衛星光が発生すると、出射光はこれらの光が混じり合ったものとなり、それらが干渉し合って干渉パターンを生じる。干渉パターンは環境温度の変動等によって、出力光の波長が変化するとそれに応じて変化する。また、光束の位置ずれも発生する。従来は、出射するレーザビームの干渉パターンの一部を分岐して光検出器に導いてモニターするので、そのモニター出力を用いた励起用半導体レーザのフィードバック制御において問題が生じる。すなわち、環境温度の変動によって干渉パターンが変化し、ビーム全体の断面の強度分布に変化が生ずると、ビーム断面の一部分のみのモニターでは全出力の変動を把握しきれず、レーザの全出力を安定化することが困難である。

本考案は、上記の問題点を解決して出力の安定したレーザポインタを提供することを目的としており、光出力の一部をビームスプリッタで反射して検出器に入射させ、該検出器の出力に基づいて前記光出力を安定化させるフィードバック機構を具備する半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記ビームスプリッタの口径および前記検出器の受光面の口径が、使用範囲内の環境温度変化による出力光の位置または断面形状の変化をすべて包含するに十分な大きさに設定されており、前記ビームスプリッタを透過した光束の全体が前記レーザポインタの出射光として使用されることを特徴とする。また、前記検出器の受光面の保護窓板が擦りガラス状の表面を有することを特徴とする。更に、前記検出器への入射光束と検出器表面のなす角度が９０度以外であることを特徴とする。

光束断面のほぼ全域に亘る全光強度をモニターすることにより正確な自動出力制御が可能となり、環境温度の変化などの擾乱による光束の位置のずれや、強度分布の変化の影響による出力光強度が最小限に抑えられ、安定なレーザポインタが実現できる。

先に述べた環境温度の変動によって生ずる干渉パターンの変化や、迷光や衛星光の影響は、レーザビームの全域あるいはその周辺部に及ぶ。よって、モニターする部分が狭い場合にはビーム断面の一部分のみの光強度を監視することになり、レーザの出力全体を安定化することができない。しかし、衛星光および迷光を含めた広い範囲をモニターすれば、レーザパワーはほとんどその範囲に含まれ、上記のような擾乱によってビーム断面内の強度分布が変化しても、トータルパワーを正確にコントロールすることが可能である。よって本考案は、レーザの出力に含まれる衛星光および迷光をカバーするに十分な口径を持つビームスプリッタと、衛星光および迷光をカバーするに十分な径（または辺）の受光面を持つ検出器を主要構成要素とする。

以下に図１に従って本考案の実施例を説明する。図１はこの考案の実施形態にかかる半導体レーザ励起固体レーザを光源とするレーザポインタを模式的に示すものである。この図１において、固体レーザ結晶３と、出力側のミラー５とにより光共振器７が形成される。固体レーザ結晶３は、集光光学系２によって集光照射される半導体レーザ１の光により照射される。固体レーザ結晶３の半導体レーザ１側の端面には固体レーザ結晶３の吸収波長においては高透過率を示し、固体レーザ結晶３の発振波長においては高反射率を示す材料がコーティングが施されている。ミラー５は、光学ガラスなどからなり、その固体レーザ結晶３側の表面は凹面に研磨され、固体レーザ結晶３が発する光に対する反射コーティングが施されている。また、光共振器７の内部には非線形光学素子４が挿入されている。ミラー５の後部には、半透鏡などを用いたビームスプリッタ６と、ビームスプリッタ６で反射された光をモニターする検出器１０と、ビームスプリッタ６を透過した光束を拡大するビームエクスパンダ８が設けられている。

本実施例においては、固体レーザ結晶３にはＮｄ：ＹＶＯ_４結晶が用いられており、半導体レーザ１はＮｄ：ＹＶＯ_４の吸収ピーク波長８０８．５ｎｍの近傍の波長（８０５〜８１１ｎｍ）の光を発振するようにペルチエ素子を用いた温度コントローラ１２によって温度チューニングがされている。図１には示されていない電池によって半導体レーザ１が点灯されると、半導体レーザ１の発する光によって照射された固体レーザ結晶３が励起され、発生した１０６４ｎｍの光が出力側のミラー５と固体レーザ結晶３の半導体レーザ１側の端面との間で反射を繰り返して共振することによって増幅されて光強度が強まり、１０６４ｎｍの波長でレーザ発振する。こうして発振した基本波の光は、光共振器７中に挿入された非線形光学素子４によって第２高調波である５３２ｎｍの緑色光に波長変換される。ミラー５の表面に施された反射コーティングは、基本波１０６４ｎｍの光は反射し、第２高調波５３２ｎｍの光は透過する。これによって５３２ｎｍの光がミラー５から図の右方に出射する。出射した緑色光はビームエクスパンダ８によってビーム径を拡大された平行光となり、更に必要に応じて円柱レンズ９によって扇状ビームに変化される。

出射光の一部は、光を一部反射し一部透過する半透鏡などを用いたビームスプリッタ６によって反射されて検出器１０の受光面に達する。本実施例に置いては検出器１０としてフォトダイオードを使用している。検出器１０の出力はＡＰＣ回路１１に送られる。ＡＰＣ回路１１は、検出器１０の出力をモニターし、検出器１０の出力が変動した時、その変動を打ち消すように励起源である半導体レーザ１の出力を加減して、レーザのパワーを自動的に制御する。これによって固体レーザの出力の変動が最小限に抑えられる。

ビームスプリッタ６および検出器１０直径は、主ビームの直系の約１０倍に設定される。なお、主ビームの直径は、ピーク強度の１／ｅ^２位置を外周とする円の直径で規定される。本考案における実際のビームスプリッタ６と主ビーム１３の関係を図３に、また検出器１０と主ビーム１３の関係を図４に示す。図３において、ビームスプリッタ６の径Ｄ１と、この上の主ビーム１３の照射領域の径ｄ１との関係は、
Ｄ１＞＝ｄ１×１０
を満たすように設定されている。また図４において、検出器１０の受光面の径Ｄ２と、この上の主ビーム１３の照射領域の径ｄ２は、
Ｄ２＞＝ｄ２×１０
を満たすように設定されている。検出器１０の受光面が円形ではなく、矩形の場合には、Ｄ２はその短い方の辺の長さとする。このことにより、光束の断面全域での光強度の変動が正確に検出器１０によってモニターされ、温度変動等の擾乱によって生ずる光束の位置のずれや、強度分布の変化の影響による出力光強度が最小限に抑えられる。

また、量産の場合のばらつきを考慮して、実験的に複数台の固体レーザについて迷光および衛星光のビーム中心からの距離を測定し、その最大値をカバーする大きさにビームスプリッタ６の直径と検出器１０の受光面の大きさは設定することも可能である。

また、図４に示すように、検出器１０に入射する光束は検出器１０の受光面に対して垂直ではなく、斜めに入射する。また受光面を保護するために具えられた窓板１４は、擦り硝子状の加工が施されている。これらのことによって、窓板１４内部の多重反射による干渉が抑制されて、波長が変化した時の干渉状態の変化による出力光強度の変化が抑えられる。

なお、図２に示すように固体レーザ結晶３と非線形光学素子４を接着剤等で張り合わせて結晶内部で光共振器７を構成することも可能である。この場合、非線形光学素子４の固体レーザ結晶３側の面には１０６４ｎｍにおいては高反射率を呈し、５３２ｎｍにおいては低反射率を呈するコーティングが施されている。

本考案は、レーザ墨出し器やレーザ表示装置およびプリゼンテーション等に用いられるレーザポインタに関する。

本考案にかかるレーザポインタの一実施例である。本考案にかかるレーザポインタの他の実施例である。本考案にかかるレーザポインタのビームスプリッタと光束の関係を示す図である。本考案にかかるレーザポインタの検出器と光束の関係を示す図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２集光光学系
３固体レーザ結晶
４非線形光学素子
５ミラー
６ビームスプリッタ
７光共振器
８ビームエクスパンダ
９円柱レンズ
１０検出器
１１ＡＰＣ回路
１２温度コントローラ
１３主ビーム
１４窓板

Claims

光出力の一部をビームスプリッタで反射して検出器に入射させ、当該検出器の出力に基づいて前記光出力を安定化させるフィードバック機構を具備する半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記ビームスプリッタの口径および前記検出器の受光面の口径が、使用範囲内の環境温度変化による出力光の位置または断面形状の変化をすべて包含するに十分な大きさに設定されており、前記ビームスプリッタを透過した光束の全体が前記レーザポインタの出射光として使用されることを特徴とするレーザポインタ。
検出器の受光面の保護窓板が擦りガラス状の表面を有することを特徴とする請求項１記載のレーザポインタ。
検出器への入射光束と検出器表面のなす角度が９０度以外であることを特徴とする請求項１記載のレーザポインタ。