JP3820948B2 - レーザー出力部の光軸調整装置及び光軸調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー墨出し装置などに用いられるレーザー出力部の光軸調整装置及び光軸調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
レーザー墨出し装置に用いるレーザー出力部における半導体レーザーと集光レンズとの光軸合わせ及び出力されるレーザー光の所定距離のところにおけるスポット径を所定値に合わせるために、特開2000−97701公報にはホルダーに対して第1可動体を介して半導体レーザーを取り付けるとともに、ホルダーに対して第2可動体を介して集光レンズを取り付け、ホルダーに対する第1可動体及び第2可動体の位置調整により、上記光軸合わせ及びスポット径の調節を行うものが示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されたものでは、ホルダーに第1可動体及び第2可動体を介して夫々半導体レーザーとレンズとを取り付けている上に、これら可動体をホルダーに対して位置調整自在に取り付けるための多くのねじやばねを必要としており、部品数が多く、小型化も困難である。また、ねじ部分のバックラッシュにより高精度な位置決め保持は困難である。
【0004】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは部品数が少なくて小型化が可能なレーザー出力部の光軸調整装置及び調整方法を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係るレーザー出力部の光軸調整装置は、筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整装置であって、ホルダーを固定する固定部と、固定部で固定されるとともに投光レンズが装着されたホルダーに対して半導体レーザーを投光軸方向に押し込む押し込み部と、出力されるレーザー光の照射位置位置及びスポット径の観測用の観測部と、固定部で固定されたホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する2方向に力を加えてホルダーに塑性変形させる調整部とを備えていることに特徴を有している。レーザー光のスポット径及び照射位置を観測しながら、調整を行うことができるようにしたものである。
【0008】
押し込み部は半導体レーザーから突出する電源ピンを受けて半導体レーザーの位置決めを行う位置決め穴を備えたものを好適に用いることができる。
【0009】
また、観測部が撮影機材を備えているのが好ましい。
【0010】
レーザー出力部と観測部との間に望遠レンズを介在させていてもよい。
【0011】
さらに本発明に係るレーザー出力部の光軸調整方法は、筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整方法であって、ホルダーを固定したレーザー出力部から出力されるレーザー光のスポット径を観測しつつホルダーへの半導体レーザーの押し込みを行うとともに、レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射位置を観測しつつホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する2方向に力を加えてホルダーを塑性変形させることに特徴を有している。
【0012】
この時、基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射点を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光の照射点を観測して上記基準となるレーザー出力部の照射点の観測値との比較で調整を行えばよい。
【0013】
つまり、基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射位置を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光の照射位置を観測して上記基準となるレーザー出力部の照射位置の観測値との比較でホルダーを塑性変形させたり、基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光のスポット径を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光のスポット径を観測して上記基準となるレーザー出力部のスポット径の観測値との比較でホルダーへの半導体レーザーの押し込みを行うのである。
【0014】
また、スポット径の比較による差異量から半導体レーザーの押し込み量を演算し、該押し込み量から押し込み操作用の操作部の操作量を演算したり、照射位置の比較による差異量から塑性変形量を演算し、該塑性変形量から塑性変形操作用の操作部の操作量を演算すれば、調整操作がより容易となる。
【0015】
また、投光軸方向と直交する2方向に力を加えることを複数回繰り返してホルダーに所要の塑性変形をさせるのが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図1は本発明に係るレーザー出力部を示しており、ペン型のレーザー墨出し器用である該レーザー出力部1は、長さ20mm弱の筒状のホルダー1と、半導体レーザー2、投光レンズ3、そして駆動回路基板4とからなる。図中20は半導体レーザー2から突出している電源ピンである。
【0017】
上記ホルダー1は、矩形断面の外形に円形断面の貫通穴を備えた筒状となっており、後端内部が半導体レーザー1が圧入固定される圧入部12となっている本体部11の前端にはくびれ部14を介して被調整部13を一体に備えている。そして投光レンズ3はこの被調整部13内に圧入や接着等により取り付けられる。
【0018】
そして、この種のレーザー出力部では、半導体レーザー2から出力されて投光レンズ3によって集光されるレーザー光は、所定の距離Lのところでのスポット径が所定値となるように投光レンズ3と半導体レーザー2との間の距離を調節する必要があるとともに、半導体レンズ2の光軸と投光レンズ3の中心位置とを合わせて光軸を一致させることで図2に示すずれdが生じないようにしておく必要があるが、ここではホルダー1の圧入部12に対する半導体レーザー2の圧入量の調整によって投光レンズ3と半導体レーザー2との間の距離を所定値とし、さらにホルダー1における投光レンズ3を保持している被調整部13を本体部11に対して投光軸と直交する方向に動かして塑性変形させることで、光軸を調整するようにしている。
【0019】
図3以下に上記調整に際して用いる調整装置を示す。この調整装置は、ベース5上にあってレーザー出力部のホルダー1を固定する固定ブロック6と、ホルダー1の被調整部13に対して調整のための力を加える調整ブロック7と、ホルダー1への半導体レーザー2の圧入量調整のための押し込みブロック8と、スクリーン50とからなるもので、上記固定ブロック6は、図5に示すように矩形断面となっているホルダー1の本体部11の隣接する2面を基準面に押し当てるレバー60とこのレバー60を押圧部62によって押圧するレバー61とからなる。
【0020】
調整ブロック7は、ハンドル75の回転操作によって図7中のX方向に作動する確動型のカム77と、このカム77によって動かされてホルダー1の被調整部13に対してY方向に力を加える可動爪71と、ハンドル76の回転操作によって図中Y方向に作動する確動型のカム78と、このカム78によって動かされてホルダー1の被調整部13に対してZ方向に力を加える可動爪72とからなる。
【0021】
さらに押し込みブロック8はハンドル80の回転操作によって移動して半導体レーザ2の後端を押圧することで、半導体レーザ2を固定ブロック6で保持されているホルダー1に押し込むものである。この押し込みブロック8は、図11に示すように、半導体レーザー2の電源ピン20が入る位置決め穴82を備えており、半導体レーザー2の回り止めを行っている。また、押し込みブロック8は、その内部に半導体レーザー2の電源ピン20に接続されて半導体レーザー2にレーザー光を出力させる駆動回路を内蔵したり、駆動回路に至る配線を内蔵したものが好ましい。
【0022】
今、被調整部13に投光レンズ3をセットするとともに、ホルダー1の圧入部に半導体レーザ12を軽く圧入した状態のホルダー1を固定ブロック6によって調整装置に固定し、この状態で半導体レーザー2を作動させてレーザー光を出力させ、所定距離のところに位置しているスクリーン50にレーザー光を照射する。この時、スクリーン50に照射したレーザー光のスポット径が所定値になっていなければ、押し込みブロック8を移動させることでホルダー1に対する半導体レーザー2の圧入量を調整することにより、投光レンズ3と半導体レーザー2との距離を調整し、上記スポット径を所定の値とする。
【0023】
また、スクリーン50のレーザー光の照射位置が本来のところに無ければ、ハンドル76,77を操作して可動爪71,72を動かすことで、被調整部13を投光軸と直交する2方向に動かすことで照射位置を合わせる。この時、ホルダー1に塑性変形を行わせることで、調整作業後も被調整部13がその位置を保つようにする。図12に上記調整作業のフローを示す。
【0024】
もっとも、ホルダー1が黄銅製である場合、塑性変形させるだけの力を加えることが困難であるために、ここではホルダー1の本体部11と被調整部13との間に断面積が他の部分に比してかなり小さくなったくびれ部14を設けることで、小さい力でもホルダー1に塑性変形を起こさせることができるようにしている。
【0025】
ところで、調整装置における固定ブロック6によってホルダー1を固定する面と、スクリーン50との位置関係を高い精度に保っておくことは困難であるために、実際の調整作業は次の用にして行うのが好ましい。
【0026】
すなわち、図13に示すように、予め校正をおこなったレーザー出力部(基準器)を固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光のスクリーン50上の照射位置及びスポット径を記憶(記録)し、その後、基準器を取り外して未調整のレーザー出力部(光出射部)をセットし、そのレーザー光のスクリーン50上での照射位置及びスポット径を上記の基準器によるそれと比較して、図14に示すように、基準器による照射位置と合致するように、被調整部13に力を加えて移動させ、また図15に示すように、基準器によるスポット径(基準径)と合致するように半導体レーザー2を押し込みブロック8の操作で押し込むのである。
【0027】
この時、図9に示すように、スクリーン50に代えてCCDカメラのような撮像手段51を用いて、基準器によるレーザー光のスポット径や照射位置を測定記憶することができるようにしておくとともに、調整対象となっているレーザー出力部をセットしてそのスポット径及び照射位置を測定した時、基準器によるスポット径及び照射位置との差を演算できるようにしておき、さらにスポット径の差異量から半導体レーザー2の調整に必要な押し込み量を、さらには該押し込み量を得るのに必要なハンドル80の操作量を演算して、これを調整作業者に示すとともに、照射位置の比較による差異量から塑性変形量(押さえ量)を演算し、該塑性変形量からハンドル75,76の各操作量を演算して調整作業者に示すならば、調整作業者はこれらの指示に基づいた操作量の操作をハンドル75,76,80に加えるだけで、スポット径及び照射位置を基準器によるものと一致させることができ、調整作業に熟練を必要としなくなる。もちろん、演算された操作量の回転をパルスモータなどで行わせるならば、調整作業の自動化も可能である。また、撮像手段51で得られた映像を作業者に見せるためのモニタ53を設けて基準器による映像と現在の映像とを重ねて表示することができるようにしておけば、モニタ53の映像を見ることで作業者はスポット径及び照射位置をどのように調整すべきか、あるいはきちんと調整されたかを容易に把握することができる。
【0028】
なお、ホルダー1を塑性変形させるにあたっては、そのスプリングバッグの点から、一回の操作で調整を完了することは困難である。このために、図18に示すように、投光軸方向と直交する2方向に力を加えて照射位置が基準位置に一するることを複数回繰り返してホルダー1に所要の塑性変形をさせるのが好ましい。調整し過ぎた場合は逆方向の力を加えることで基準位置に合わせる。
【0029】
図10はレーザー出力部と撮像手段51との間に像倍率を大きくすることなる望遠レンズ52を介在させることで、高精度な調整が行えるようにしたものを示している。また、図示例では望遠レンズ51としてカセグレン式のレフレックスタイプのものを用いることで、レーザー出力部から撮像手段51までの実際の距離を短くしている。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るレーザー出力部の光軸調整装置は、筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整装置であって、ホルダーを固定する固定部と、固定部で固定されるとともに投光レンズが装着されたホルダーに対して半導体レーザーを投光軸方向に押し込む押し込み部と、出力されるレーザー光の照射位置位置及びスポット径の観測用の観測部と、固定部で固定されたホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する2方向に力を加えてホルダーに塑性変形させる調整部とを備えているために、レーザー光のスポット径及び照射位置を観測しながら、スポット径及び照射位置を簡便に調整することができる。
【0035】
押し込み部は半導体レーザーから突出する電源ピンを受けて半導体レーザーの位置決めを行う位置決め穴を備えたものが半導体レーザーの位置決めを行って調整精度を高く保つのに有効である。
【0036】
また、観測部が撮影機材を備えていると、スポット径や照射位置の測定が腰囲となる。
【0037】
レーザー出力部と観測部との間に望遠レンズを介在させておけば、さらに高い精度で調整を行うことができる。
【0038】
また、本発明に係るレーザー出力部の光軸調整方法は、筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整方法であって、ホルダーを固定したレーザー出力部から出力されるレーザー光のスポット径を観測しつつホルダーへの半導体レーザーの押し込みを行うとともに、レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射位置を観測しつつホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する2方向に力を加えてホルダーを塑性変形させるために、簡便に調整操作を行うことができる。
【0039】
特に、基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射点を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光の照射点を観測して上記基準となるレーザー出力部の照射点の観測値との比較で調整を行うことで、つまり、基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射位置を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光の照射位置を観測して上記基準となるレーザー出力部の照射位置の観測値との比較でホルダーを塑性変形させたり、基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光のスポット径を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光のスポット径を観測して上記基準となるレーザー出力部のスポット径の観測値との比較でホルダーへの半導体レーザーの押し込みを行うことで、調整装置側の精度の影響を殆ど受けることなく調整を行うことができる。
【0040】
また、スポット径の比較による差異量から半導体レーザーの押し込み量を演算し、該押し込み量から押し込み操作用の操作部の操作量を演算したり、照射位置の比較による差異量から塑性変形量を演算し、該塑性変形量から塑性変形操作用の操作部の操作量を演算すれば、調整操作がより容易となる。
【0041】
また、投光軸方向と直交する2方向に力を加えることを複数回繰り返してホルダーに所要の塑性変形をさせることにより、ホルダーのスプリングバックの影響を排除して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザー出力部を示しており、(a)は分解斜視図、(b)は断面図、(c)は背面図である。
【図2】同上の位置ずれの調整動作についての説明図である。
【図3】本発明に係る調整装置の正面図である。
【図4】同上の平面図である。
【図5】同上の要部の左側面図である。
【図6】同上の調整ブロックの部分側面図である。
【図7】同上の調整ブロックの部分平面図である。
【図8】同上の調整ブロックの部分側面図である。
【図9】調整装置の他例の正面図である。
【図10】調整装置の更に他例の正面図である。
【図11】押し込みブロックと半導体レーザーの斜視図である。
【図12】調整方法を示すフローチャートである。
【図13】同上の他のフローチャートである。
【図14】同上の更に他のフローチャートである。
【図15】同上の別のフローチャートである。
【図16】同上の更に別のフローチャートである。
【図17】同上の他のフローチャートである。
【図18】同上のさらに他のフローチャートである。
【符号の説明】
1 ホルダー
2 半導体レーザー
3 投光レンズ
11 本体部
12 圧入部
13 被調整部
14 くびれ部
Claims (11)
- 筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整装置であって、ホルダーを固定する固定部と、固定部で固定されるとともに投光レンズが装着されたホルダーに対して半導体レーザーを投光軸方向に押し込む押し込み部と、出力されるレーザー光の照射位置位置及びスポット径の観測用の観測部と、固定部で固定されたホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する2方向に力を加えてホルダーに塑性変形させる調整部とを備えていることを特徴とするレーザー出力部の光軸調整装置。
- 押し込み部は半導体レーザーから突出する電源ピンを受けて半導体レーザーの位置決めを行う位置決め穴を備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザー出力部の光軸調整装置。
- 観測部が撮影機材を備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザー出力部の光軸調整装置。
- レーザー出力部と観測部との間に望遠レンズを介在させていることを特徴とする請求項1または3記載のレーザー出力部の光軸調整装置。
- 筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整方法であって、ホルダーを固定したレーザー出力部から出力されるレーザー光のスポット径を観測しつつホルダーへの半導体レーザーの押し込みを行うとともに、レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射位置を観測しつつホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する2方向に力を加えてホルダーを塑性変形させることを特徴とするレーザー出力部の光軸調整方法。
- 基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射点を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光の照射点を観測して上記基準となるレーザー出力部の照射点の観測値との比較で調整を行うことを特徴とする請求項5記載のレーザー出力部の光軸調整方法。
- 基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光の照射位置を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光の照射位置を観測して上記基準となるレーザー出力部の照射位置の観測値との比較でホルダーを塑性変形させることを特徴とする請求項6記載のレーザー出力部の光軸調整方法。
- 基準となるレーザー出力部のホルダーを固定して該レーザー出力部から出力されるレーザー光のスポット径を観測し、しかる後に光軸調整対象となるレーザー出力部を固定してそのレーザー光のスポット径を観測して上記基準となるレーザー出力部のスポット径の観測値との比較でホルダーへの半導体レーザーの押し込みを行うことを特徴とする請求項6記載のレーザー出力部の光軸調整方法。
- スポット径の比較による差異量から半導体レーザーの押し込み量を演算し、該押し込み量から押し込み操作用の操作部の操作量を演算していることを特徴とする請求項8記載のレーザー出力部の光軸調整方法。
- 照射位置の比較による差異量から塑性変形量を演算し、該塑性変形量から塑性変形操作用の操作部の操作量を演算していることを特徴とする請求項7記載のレーザー出力部の光軸調整方法。
- 投光軸方向と直交する2方向に力を加えることを複数回繰り返してホルダーに所要の塑性変形をさせることを特徴とする請求項5または7記載のレーザー出力部の光軸調整方法。
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