JPH0964445A - レーザ光出射装置の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の安全装置が異常な状態にある場合にも
動作する第２の安全対策装置を得る。 【解決手段】 半導体レーザ１４から出射されたレーザ
光はハーフミラー１８によってその一部が抽出される。
抽出されたレーザ光の一つをフォトトランジスタ２０に
入射させ、レーザの出力を電気的に検出する。フォトト
ランジスタ２０は入射したレーザ光の出力に正比例した
電圧を発生する。この電圧と電圧発生装置２２の電圧と
をコンパレータ２４で比較する。比較の結果レーザ出力
が所定基準を越えたと判断された時、コンパレータ２４
は電磁スイッチ２６に電磁スイッチ２６がオフになるよ
うな信号を出力し、レーザ光の出力を停止するようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、レーザ光の出力制
御に係り、より詳しくは予め制限されたレーザ出力を超
えないように制御する装置を備えたレーザ出射装置の安
全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザやガスレーザを使用した光
学式センサなどでは様々な安全対策を施すことになって
いる。例えばＪＩＳ規格クラスＩＩの基準の場合、レー
ザの最大出力は１ｍＷとされている。

【０００３】しかし、実際には上記クラスＩＩのレーザ
は、光学系の出力低下や素子の発熱による出力低下など
が発生しても安定した出力を得ることができるようにす
るため、１ｍＷ以上の出力が可能なレーザを使用するの
が一般的である。

【０００４】図４に従来例のレーザ出射ユニットを示
す。レーザ本体５４Ａから出射されたレーザ光は、コリ
メータレンズ５６で平行光になりケーシング５２の外部
に出射光として出力される。出射光の進行方向の反対側
に出射されたレーザ光は、レーザ本体５４Ａの図４の左
側のフォトトランジスタ５４Ｂに入射し、オートパワー
コントロール（以下、ＡＰＣという）回路５８によって
レーザ光出力をモニタリングするようになっている。

【０００５】ＡＰＣ回路５８は、モニタリングした信号
と、基準信号発生器６０からの信号とを比較装置６２で
比較し、両者が同じ値になるようにレーザ本体５４Ａへ
の供給電力を制御する。これにより、レーザ本体５４の
出力は、１ｍＷ以下の所定範囲の出力に維持される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡＰＣ
回路５８に誤動作や故障が発生したり、光学系に何らか
の異常が発生した場合、レーザ装置から１ｍＷ以上の出
力が出る可能性がある。

【０００７】本発明は上記事実を考慮し、オートパワー
コントロール回路の異常時等にレーザ光出力を抑制でき
るレーザ光出射装置の安全装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、レーザ本体からレーザ
光を発振させる際に、レーザ光出力をモニタリングし、
このモニタリングしたデータに基づいて自動的にレーザ
光出力を所定値に維持するオートパワーコントローラを
備えたレーザ光出射装置であって、レーザ本体へ電力を
供給する電力供給線に直列接続され、レーザ本体への電
力を供給・遮断する開閉器と、レーザ本体から出射する
レーザ光の一部を抽出するレーザ光抽出手段と、抽出さ
れたレーザ光の一部の強度を電気的に検出する光電変換
手段と、予め定められた基準信号を発生する基準信号発
生手段と、前記光電変換装置の出力信号と前記基準信号
とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較の結
果、前記光電変換手段からの出力信号が基準信号を越え
た場合に前記開閉器を制御して、レーザ光出射手段への
電力の供給を遮断する制御手段と、を有することを特徴
とする。

【０００９】請求項１に記載の発明によれば、通常時レ
ーザ本体はオートパワーコントローラによって安定した
レーザ出力を保っている。一方、レーザ本体から出射さ
れたレーザ光は、その一部がレーザ光抽出手段によって
抽出される。抽出された一部のレーザ光は光電変換手段
に入射し、入射光の強さに応じた電気信号が発生する。
この電気信号と、基準信号発生手段が発生した基準信号
とが比較手段によって比較される。通常時の光電変換手
段からの電気信号は基準信号よりも値が低く、比較手段
は装置が正常と判断し、制御手段に対して開閉器が電力
供給を続けるような制御信号を送る。ここで、何らかの
異常によりレーザ出力が予め定められた基準を越えた時
は光電変換手段からの電気信号が基準信号を越え、比較
手段は装置が異常であると判断し、制御手段に対して開
閉器が電力供給を遮断する制御信号を送る。開閉器はレ
ーザ本体へ電力を供給する供給線に直列に接続している
ので、オートパワーコントローラーが正常なレーザ出力
を制御できない場合にも、予め決められた強度以上のレ
ーザ光がレーザ光出射装置から出射されるのを阻止する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

（第１の発明の実施の形態）レーザ出射装置１０のケー
シング１２には、レーザ光出射に必要な光学装置であ
る、半導体レーザユニット１４、コリメータレンズ１６
が配置されている。

【００１１】半導体レーザユニット１４には、オートパ
ワーコントロール（以下、ＡＰＣという）回路２８を介
して、電源６６から電力が供給されるようになってい
る。

【００１２】半導体レーザ１４Ａは供給された電流に従
った強さのレーザ光を図１の左右に出射する。半導体レ
ーザ１４Ａは、ＧａＡｓ（ガリウムアルセナイド）など
のＰＮ接合ダイオードで、順方向の直流電流を流すこと
によりレーザ発振を得ることができる。半導体レーザ１
４Ａの図１の左側にはフォトダイオード１４Ｂが配設さ
れ、レーザ出力をモニタリングする役目を有している。

【００１３】コリメータレンズ１６はレーザ光を平行光
にするための装置である。半導体レーザ１４Ａから出射
されたレーザ光の進路上に（図では半導体レーザ１４の
右側）配置されている。

【００１４】ＡＰＣ回路２８は半導体レーザが所定基準
を満たすレーザを出射するように制御する回路である。
半導体レーザ１４Ａの出射光をフォトトランジスタ１４
Ｂでモニタリングし、フィードバック制御により所定基
準を満たすレーザ出力をする電力を半導体レーザ１４Ａ
に供給する。レーザ出射装置１０が正常な動作をしてい
る場合はＡＰＣ回路２８によって所定基準（例えば１ｍ
Ｗ以内）が守られている。

【００１５】ここで、本実施形態では、コリメータレン
ズ１６のレーザ光出射方向下流側に、ハーフミラー１８
が配置されている。ハーフミラー１８は、コリメータレ
ンズ１６から出射されたレーザ光の一部を抽出するレー
ザ光抽出手段としての役目を有している。レーザ光はハ
ーフミラー１８の入射面に入射し内部で二つに分光さ
れ、二つの出射面から出射される。入射したレーザ光と
進行方向が同じ出射光を通過光、進行方向が９０°偏向
されるように反射された出射光を抽出光と呼ぶ。通過光
はレーザ出射装置１０の出射光として利用され、抽出光
はレーザ出力の検査のためにフォトトランジスタ２０に
入射する。通過光と抽出光の分光比は、通過光の比率が
高い方が望ましく、抽出光は出力光をモニタリングする
ための必要最小限の光でよい。

【００１６】フォトトランジスタ２０は、光が入る入射
面と一対の端子を備えている。端子はコンパレータ２４
の一方の入力端と接続されており、端子間電圧は入射面
に入射した光の強さに応じた電圧になる。また、コンパ
レータ２４の他方の入力端には、電圧発生装置２２が接
続されている。電圧発生装置２２は任意の直流電圧に設
定することができ、適用されるレーザ光の最大出力に設
定されている。例えば、ＪＩＳ規格のクラスＩＩの基準
を満たすレーザ機器では、出射光の出力が１ｍＷ付近
（ただし、１ｍＷを越えないこと）に達したときの電圧
に設定されている。

【００１７】コンパレータ２４はフォトトランジスタ２
０の出力電圧と、電圧発生装置２２の出力電圧とを比較
し、電磁スイッチ２６への制御信号を発生する役目を有
しており、レーザ出力が所定基準を満たしているかを判
断している。ここで、フォトトランジスタ２０の出力電
圧が電圧発生装置２２の出力電圧よりも低い場合、レー
ザ光は所定基準を満たす出力を満たしていることを示
す。また逆にフォトトランジスタ２０の出力電圧が電圧
発生装置２２の出力電圧よりも高い場合、レーザ出力が
異常に高いことを示す。コンパレータ２４の出力端子は
電磁スイッチ２６の１次側に接続され、電磁コイル２６
Ｂを励磁・非励磁させる制御信号として適用されてい
る。

【００１８】電磁スイッチは電磁コイル２６Ｃと、電磁
コイルの励磁・非励磁によって接点が変位する２次側の
スイッチＡ（本実施の形態ではオン・オフ）を備えてい
る。電磁スイッチ２６はコンパレータ２４の制御信号を
受けて、半導体レーザ１４への電力供給をオン・オフす
ることができるよう配置されている。すなわち、スイッ
チはＡＰＣ回路２８と半導体レーザ１４Ａとを結ぶ電力
供給線に直列に接続されている。

【００１９】次に、本実施の形態の作用を説明する。半
導体レーザ１４Ａから出射されたレーザ光はコリメータ
レンズ１６に入射し、平行光となる。平行光となったレ
ーザ光はハーフミラー１８によってその一部が抽出され
る。抽出された一部のレーザ光はフォトトランジスタ２
０に入射し、光の強さに応じた電圧が出力端子に発生し
て、電圧発生装置２２との電圧がコンパレータ２４で比
較される。ここで、レーザ光の出力が所定基準を満たす
ものならフォトトランジスタ２０の出力電圧は電圧発生
装置２２の電圧より低く、コンパレータ２４は電磁スイ
ッチ２６をオンの状態にする制御信号を送る。逆に、レ
ーザ光の出力が所定基準をオーバーした場合フォトトラ
ンジスタ２０の出力電圧は電圧発生装置２２の電圧より
も高くなり、コンパレータ２４は電磁スイッチ２６をオ
フの状態にする制御信号を送る。

【００２０】電磁スイッチ２６はコンパレータ２４から
の制御信号を受けてスイッチ２６Ａのオン・オフを決定
する。オンの状態ではＡＰＣ回路２８の出力が半導体レ
ーザ１４Ａへ電力を供給する。オフの状態ではＡＰＣ回
路２８と半導体レーザ１４Ａ間が遮断されて、レーザ光
の出射が遮断される。

【００２１】これを図２のフローチャートを用いて説明
する。ＡＰＣ回路２８及び光学系に異常がない場合、半
導体レーザ１４Ａは正常な強さのレーザを出力する。こ
の場合、フォトトランジスタ２０の出力端子の電圧は電
圧発生装置２２の出力端子の電圧よりも低いのでステッ
プ１００は肯定判定となり、コンパレータ２４はステッ
プ１０２にて電磁スイッチ２６をオンにする信号を出力
する。

【００２２】電磁スイッチ２６がオンになっている時は
ＡＰＣ回路２８の出力がそのまま半導体レーザ１４を駆
動する。ＡＰＣ回路２８は出射光が所定基準を満たす範
囲の強さのレーザを出力する。

【００２３】ＡＰＣ回路２８または光学系に異常が発生
しレーザ出力が所定基準を越えた場合、フォトトランジ
スタ２０の出力端子は電圧発生手段２２の出力端子より
も電圧が高くなる。この状態ではステップ１００で否定
判定がとられ、ステップ１０４にて電磁スイッチ２６が
オフの状態になる。ＡＰＣ回路２８での制御より電磁ス
イッチ２６によるオン・オフの制御のほうが優先順位が
高いので、ＡＰＣ回路２８や光学系に異常が発生してＡ
ＰＣ回路２８が異常な出力をしても半導体レーザ１４が
異常な出力をするのを阻止することができる。これによ
り、ＡＰＣ回路２８のみを用いた安全対策方法よりもよ
り確実な安全対策方法を得ることができる。

【００２４】（第２の発明の実施の形態）図３を用いて
第２の実施の形態に係るレーザ光出射装置の安全対策装
置の構成を説明する。なお、第１の実施の形態と同一の
箇所は同一符号を付して説明を省略する。この第２の実
施の形態の特徴は、出射口にシャッタ３０を設けたこと
にある。シャッタ３０はシャッタ駆動装置であるモータ
３２が回転することにより上下に移動し、上に移動した
状態でレーザ光を機械的に遮断することができる。

【００２５】通常シャッタ３０は図３において下側に位
置し、レーザ光はシャッタ３０によって遮断されずにケ
ーシング１２の外部に出射できる状態にある。コンパレ
ータ２４による比較の結果、レーザ光の出力が所定基準
を越えたと判断される場合にはシャッタ３０と電磁スイ
ッチ２６によりレーザ光の出射を抑制する。比較手段２
４は電磁スイッチ２６に２次側のスイッチ２６Ａがオフ
になる信号を出力し、モータ３２にはシャッタ３０が閉
の状態になるような信号を送る。電磁スイッチ２６によ
る電力供給の停止に加え、シャッタ３０を用いて機械的
にレーザ光の出射を抑制することでより確実な安全装置
を得ることができる。なお、このシャッタ３０の動作を
電磁スイッチ２６が動作したことを示す報知手段として
用いることもできる。

【００２６】なお、上記第１、第２の実施の形態では、
開閉器として機械的な動作をする電磁スイッチを２６を
用いたが、電気信号で端子間のオン・オフを制御できる
素子であればよく、例えばパワートランジスタなどの半
導体素子を使用してもよい。また、オン・オフの制御以
外にも異常を検出したらＡＰＣ回路２８と半導体レーザ
１４Ａ間の抵抗を高くしてレーザ出力を弱めるようにし
てもよい。

【００２７】さらに、レーザの出射に半導体レーザ１４
を用いたが、気体レーザ装置や固体レーザ装置などのあ
らゆるレーザ装置に本発明を適用することができる。

【００２８】本発明の実施の形態では光電変換手段とし
てフォトトランジスタ２０を用いたが、他にも光電管、
太陽電池などの光電変換装置が使用できる。

【００２９】コンパレータ２４はＡ／Ｄ変換装置とマイ
クロコンピュータを組み合わせた構成にしてもよい。こ
の場合、マイクロコンピュータからの制御で電磁スイッ
チ２６のオン・オフができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係るレーザ光
出射装置の安全装置は、オートパワーコントロール回路
や光学系に異常が発生したときに所定基準を越えたレー
ザ光が出射されるという問題を解消し、ＡＰＣ回路から
異常な制御信号が出力されてもレーザ光の出射を停止し
所定基準を守ることができるという優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の実施の形態に係るレーザ
出射手段のブロック図である。

【図２】本発明の第１の発明の実施の形態に係るレーザ
出射手段の安全手段の動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】本発明の第２の発明の実施の形態に係るレーザ
出射手段のブロック図である。

【図４】従来例として挙げたレーザ光出射手段のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１４ 半導体レーザ １８ ハーフミラー ２０ フォトトランジスタ ２２ 電圧発生装置 ２４ コンパレータ ２６ 電磁スイッチ ２８ オートパワーコントロール回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ本体からレーザ光を発振させる際
   に、レーザ光出力をモニタリングし、このモニタリング
   したデータに基づいて自動的にレーザ光出力を所定値に
   維持するオートパワーコントローラを備えたレーザ光出
   射装置であって、 レーザ本体へ電力を供給する電力供給線に直列接続さ
   れ、レーザ本体への電力を供給・遮断する開閉器と、 レーザ本体から出射するレーザ光の一部を抽出するレー
   ザ光抽出手段と、 抽出されたレーザ光の一部の強度を電気的に検出する光
   電変換手段と、 予め定められた基準信号を発生する基準信号発生手段
   と、 前記光電変換装置の出力信号と前記基準信号とを比較す
   る比較手段と、 前記比較手段による比較の結果、前記光電変換手段から
   の出力信号が基準信号を越えた場合に前記開閉器を制御
   して、レーザ光出射手段への電力の供給を遮断する制御
   手段と、を有することを特徴とするレーザ光出射装置の
   安全装置。