JP5583221B2 - 走行機構測定用のレーザプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、走行機構を測定するための、ないしはホイールアライメントのためのレーザプロジェクタに関する。

走行機構を測定するために、ないしはホイールアライメントのために、レーザ放射を利用することは、従来技術において知られている。レーザ放射と生体組織との相互作用によって生体組織の損傷が引き起こされるので、レーザ光源に起因するリスクを最小限に抑えるための保護対策が必要とされる。

そのような保護措置によって、危険な放射への接近が阻止されるようにすべきであるし、故障発生時にも適切な保護が保証されるようにすべきである。

公知のレーザ保護装置は保護ケーシングを備えており、このケーシングはいかなるレーザ放射も周囲へ放出させず、保護ケーシングが開いたときにはレーザの動作を中断する。

しかしながらこの種の保護ケーシングは、走行機構測定における用途には適していない。なぜならばこのような用途の場合、測定および投影の目的で保護ケーシングの外側でもレーザ放射を利用しなければならないからである。これに関する例は、光学的な走行機構測定システムないしはホイールアライメントシステム、レーザプロジェクタならびにレーザ距離測定機器である。

したがって本発明の課題は、走行機構測定のためにレーザ放射を供給する装置を改善することにあり、動作不良ないしは故障が発生したとしてもユーザに対するいかなるリスクもこの装置から生じないようにすることである。

発明の開示
この課題は、独立請求項に記載されているレーザプロジェクタならびにレーザプロジェクタの作動方法によって解決される。従属請求項には、独立請求項に係る発明の有利な実施形態が記載されている。

本発明による走行機構測定用のレーザプロジェクタには、レーザ光ビームを送出するレーザ光源と、このレーザ光ビームにより照射されるとパターン化されたレーザ光パターンを発生する光学素子と、検出器と、評価装置とが設けられている。検出器は、レーザ光源の動作時、パターン化されたレーザ光パターンの１つの領域により照射されるように配置されていて、この照射と相関する出力信号を発生する。評価装置は、検出器により発せられた出力信号をまえもって定められた少なくとも１つの目標値と比較し、大きな偏差が検出されるとレーザ光源をスイッチオフする。

本発明は、レーザ光ビームを送出するように構成されたレーザ光源と、レーザ光ビームにより照射されるとパターン化されたレーザ光パターンを発生する光学素子と、検出器とを備えたレーザプロジェクタにも関する。この検出器は、レーザ光源の動作中、パターン化されたレーザ光パターンの、著しく高い照射強度を有する部分領域により照射され、この部分領域をレーザ光パターンから除外するように配置されている。

さらに本発明は、レーザ光源と光学素子と反射器もしくはミラーとを備えたレーザプロジェクタにも関する。その際、反射器もしくはミラーは、動作中、光学素子により発せられたレーザ光パターンの少なくとも一部分により照射されて、その部分を偏向するように配置されている。

本発明によるレーザプロジェクタの場合、動作不良ないしは機能障害が検出され、すなわち、検出器により検出されたパターン化されたレーザ光パターンの部分領域の強度と、まえもって定められた目標値との偏差が検出される。このような動作不良が検出された場合、レーザ光源がスイッチオフされる。

著しく高い放射強度を有するレーザ光パターンの部分領域により検出器が照射され、この部分領域がレーザ光パターンからフェードアウトされ除かれることによって、安全性がさらに高められる。なぜならば、高い放射強度を有する領域に起因して大きい危険が発生するからであり、このような危険性は特に放射の集中した部分領域を除外することによって低減されるからである。

反射器を用いてレーザ光パターンを偏向することにより、レーザプロジェクタの全長を低減することができる。レーザプロジェクタの全長が低減されていれば、事前に決められているスペース状況にきわめて良好にマッチさせることができ、殊に狭い工場区域においても使用することができる。

１つの実施形態によれば、レーザプロジェクタはケーシングを有しており、このケーシングの少なくとも１つの領域は透過性に形成されている。ケーシングによって、レーザプロジェクタの部品は塵や湿気といった外部の影響から保護され、さらに光学素子近傍のレーザ光ビームの特に強い放射から周囲が保護される。ケーシングにおける少なくとも１つの領域が透過性に形成されることから、光学素子により発せられたレーザ光パターンをケーシングから出射させて、測定および／または投影の目的で利用することができる。

１つの実施形態によれば、検出器はケーシング内部に配置されている。これによって検出器は、周囲の悪影響からケーシングにより保護される。しかも、検出器から反射しレーザ光パターンから除外される放射はケーシング内に留まるので、検出器により除外され場合によっては反射される特に強い放射から周囲が保護される。

１つの実施形態によれば、検出器はケーシングの壁に取り付けられている。これによって、検出器をケーシング内部にきわめて簡単かつ確実に固定することができる。

１つの実施形態によれば、レーザプロジェクタは少なくとも１つの反射器を有しており、この反射器は、パターン化されたレーザ光パターンの少なくとも１つの部分領域を検出器に向けて偏向するように配置されている。

レーザ光パターンの部分領域を偏向する反射器を使用することによって、検出器の取り付け位置をフレキシブルに選定することができる。たとえば検出器を、パターン化されたレーザ光パターンにより照射される領域の外に配置することができる。

１つの実施形態によれば、反射器はケーシングの壁に取り付けられている。この反射器は、ケーシングの壁にきわめて簡単かつ低コストで固定することができる。

反射器を備えたレーザプロジェクタの１つの実施形態によれば、反射器に切り欠きまたは開口部が形成されており、レーザ光パターンの少なくとも１つの領域は反射器によって偏向されるのではなく、切り欠きもしくは開口部を介し反射器を貫通して出射するように構成されている。このようにすることで、偏向されたレーザ光パターンから所定の領域をフェードアウトして取り除くのがきわめて簡単になる。たとえば、特に放射の集中する強い領域をレーザ光パターンから除くことができ、これによって著しく強いレーザ放射に起因する危険を低減することができる。

１つの実施形態によれば、反射器の、レーザ光源とは反対側に検出器が配置されていて、レーザ光源の動作時にこの検出器は、反射器の切り欠きを通って出射するレーザ光パターンの部分領域により照射され、照射と相関する出力信号を発生する。これによりレーザプロジェクタの動作を著しく簡単かつ効果的に監視することができる。

１つの実施形態によれば、検出器は評価装置と接続されている。この評価装置は、検出器の発した出力信号をまえもって定められた少なくとも１つの目標値と比較し、検出器の発した出力信号とまえもって定められた目標値との間に大きな偏差が認められたならば、評価装置はレーザ光源を遮断する。検出器の発した出力信号がまえもって定められた目標値から隔たっており、機能障害が生じている場合には、レーザ光源がスイッチオフされることによって、レーザプロジェクタの安全性が高められる。

１つの実施形態によれば、切り欠きが反射器の領域に配置されており、この反射器はレーザ光源の動作中、高い放射強度を有するレーザ光パターンの部分領域により照射される。このようにすることによって、著しく高い放射強度を有する領域がレーザ光パターンから取り除かれる。レーザプロジェクタから出射するレーザ光パターンには、著しく高い放射強度を有する領域はもはや含まれていないので、レーザプロジェクタ動作時の安全性がさらに高められる。

さらに本発明は、レーザプロジェクタの作動方法殊に本発明によるレーザプロジェクタの作動方法にも関する。本発明によれば、最初のステップにおいてレーザ光源が予備パルスにより駆動制御されて、レーザ光源は第１の光出力もしくは第１の強度を有するレーザ光を送出する。予備パルスにより形成されたレーザ光の少なくとも一部分が検出器により捕捉され、検出器により形成される出力信号であり捕捉されたレーザ光と相関している信号が、評価装置により評価される。評価にあたりいかなる障害も発生していないことが評価装置により検出されると、レーザ光源は第２のステップにおいてメインパルスにより駆動制御され、レーザ光源は第２の光出力もしくは第２の強度を有するレーザ光を送出する。この場合、第２の光出力は第１の光出力よりも大きく、および／またはメインパルスによって、予備パルスによるものよりも長いレーザ光信号が送出される。

本発明によるこのような方法によって、レーザプロジェクタの著しく安全な動作を実現することができる。それというのも予備パルスによってレーザ光ビームが、危険の生じない低減された強度もしくは持続時間を有するようになり、このような予備パルスを用いることによって、メインパルスがトリガされる前に障害が発生したか否かが検出されるからである。メインパルスによって生じるレーザ光パターンは、その強度もしくは持続時間が予備パルスよりも大きいことから、動作不良が発生したときに著しく危険である。

本発明による方法の１つの実施形態によれば、評価にあたり評価装置によって障害が検出されると、レーザ光源がスイッチオフされる。障害検出後にレーザ光源がスイッチオフされて遮断されることにより、本発明によるレーザプロジェクタの動作安全性がなおいっそう高められる。

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。

本発明によるレーザプロジェクタの第１の実施例を示す図 本発明によるレーザプロジェクタの第２の実施例を示す図 本発明によるレーザプロジェクタの第３の実施例を示す図 本発明によるレーザプロジェクタの第４の実施例を示す図 本発明によるレーザプロジェクタの第５の実施例を示す図 本発明によるレーザプロジェクタの作動方法において送出される光出力の時間経過特性を示すダイアグラム

図１には、動作中にレーザ放射８を送出するレーザ光源４を備えた本発明によるレーザプロジェクタ２の第１の実施例が示されている。

光源４から送出されるレーザ放射８の領域に光学素子６が設けられている。光学素子６は、レーザ放射８が照射されると、パターン化されたないしは所定の構造が与えられたレーザ光パターン９を発生する。レーザ光源４と光学素子６の周囲に保護ケーシング１２が形成されている。保護ケーシング１２は、光学素子６の一方の側すなわち光源４とは反対側に位置する側に、壁１８を備えている。壁１８は、少なくとも部分的に透過性に形成された領域を有しており、この領域を通って、光学素子６から生じたレーザ光パターン９が保護ケーシング１２から出射し、これを測定および／または投影のために利用することができる。

透過性に形成された領域の部分には検出器１０が配置されており、この部分は、レーザ光パターン９のうち特に放射の集中した領域（０次の回折）により照射される。検出器１０はレーザ光に対し非透過性であるので、検出器１０に入射するレーザ光パターン９の特に放射の集中した領域は減衰ないしは遮蔽され、壁１８の透過性領域を通って保護ケーシング１２から出射しない。

さらにこの場合、レーザ光パターン９の特に放射の集中した領域は検出器１０により捕捉され、捕捉されたレーザ光に対する応答として検出器１０から発せられた出力信号は、ここには図示されていない評価装置において所定の目標値と比較される。検出器１０により求められた値と所定の目標値との間に許容できない偏差が生じたならば、評価装置は故障が発生したものと判定し、レーザプロジェクタ２が動作しているときの安全性を確保する目的で、レーザ光源４をスイッチオフする。

光学素子６とは反対側で保護ケーシング１２の壁１８に検出器１０がじかに取り付けられていることによって、付加的な保持装置または取り付け構造が不要となる。検出器１０を、きわめて簡単に低コストで取り付けることができる。

図２には、本発明によるレーザプロジェクタ２の第２の実施例が示されている。ここに示されているレーザプロジェクタも、図１に示した本発明によるレーザプロジェクタ２の第１の実施例と同様の構造を有している。したがってレーザプロジェクタ２の素子のうち、図１で示した実施例におけるレーザプロジェクタ２と一致する素子について、ここでは繰り返し説明しない。

図１に示した実施例とは異なり図２に示されている実施例の検出器１０は、光学素子６とは反対側で少なくとも部分的に透過性に形成された保護ケーシング１２の壁１８に、じかには取り付けられていない。そうではなくこの場合には、光学素子６と保護ケーシング１２との間に取り付け構造体ないしは取り付け機構１４が設けられている。つまり検出器１０はこの取り付け構造体１４に設けられていて、検出器１０は光学素子６から発せられたレーザ光パターン９のうち特に放射の集中した領域によって照射される。

取り付け機構１４を使用することにより、検出器１０を第１の実施例の場合によりも光学素子６の近くに取り付けることができる。また、光学素子６と向き合った保護ケーシング１２の壁１８のうち、少なくとも部分的に透過性に構成された領域に機械的に過度な応力が加わるのも回避される。したがって、少なくとも部分的に透過性に形成された領域１８を損傷するリスクを生じさせることなく、検出器１０を確実に取り付けることができる。

取り付け機構１４に調節装置を設けることができ、これによって検出器１０のポジションを調節することができる。これにより、検出器１０がレーザ光パターン９の所望の領域たとえばレーザ光パターン９の特に放射の集中した領域によって照射されるよう、検出器１０をきわめて簡単かつ効果的にポジショニングすることができる。

図２に示されているレーザプロジェクタ２の動作は、図１に示した第１の実施例の動作に相応する。

図３には、本発明によるレーザプロジェクタ２の第３の実施例が示されており、この実施例によれば反射器１６が付加的に設けられている。この反射器１６は、光学素子６から発せられたレーザ光パターン９の所定の領域が、レーザ光パターン９の外側の領域に配置された検出器１０に向かって偏向されるように配置されている。反射器１６を使用することによって、検出器１０をレーザ光パターン９外側の任意の領域に配置することができる。このようにすれば、検出器１０のサイズとその電気端子の敷設を問題なく行うことができる。殊に検出器１０の電気端子を、動作中レーザ光パターン９により照射される領域に敷設する必要がない。さらに検出器１０は壁１８の透過性領域には取り付けられないので、検出器１０を簡単に取り付けることができる。

図３に示されている実施例によれば反射器１６は、光学素子６と向き合った保護ケーシング１２の壁１８にじかに取り付けられている。図示されていない択一的な実施例によれば反射器１６を取り付け機構に設けることもでき、この取り付け機構は、図２の第２の実施例に示した取り付け機構１４と同様に構成されていて、ケーシング１２の壁１８と光学素子６との間に配置されている。これによって、部分的に透過性に形成されている壁１８に反射器１６により機械的に過度な応力が加わるのが回避される。

さらにこれに加えて取り付け機構１４に、反射器１６のポジションを調節可能にする調節装置を設けることができる。これによって反射器１６がレーザ光パターン９の所望の領域により照射されてその領域が検出器１０へと向けられるように、きわめて簡単かつ効率的にポジショニングすることができる。

図４には、本発明によるレーザプロジェクタ２の第４の実施例が示されている。この実施例によれば反射器２０が設けられており、これによって光学素子６から発せられたすべてのレーザ光パターン９を偏向することができる。レーザ光パターン９は図示の実施例によれば反射器２０によって、レーザ光源４から発せられたレーザビーム８に対し９０°の角度で偏向される。ただし、図４に示されている９０°という角度は一例に過ぎない。図平面に対し垂直に延びる軸を中心に反射器２０を回転させることにより、広い範囲にわたり所望の出射角度を調節することができる。反射器２０の調節をすでにその製造時に行うことができ、反射器２０をそのポジションに固定することができる。これによれば反射器２０のポジションをきわめて精確に調節することができる。これに対する代案として、回転可能な反射器２０を備えたレーザプロジェクタ２を供給することができる。このようにすれば、レーザ光パターン９の出射角度を現場で反射器２０を回転させることにより調節し、個々の要求に整合させることができる。

反射器２０を使用することにより、レーザ光パターン９の出射方向におけるレーザプロジェクタ２の所要最小構造長ＬがＬ_neuに低減される。このため、スペースが狭い状況であっても、たとえば狭い作業場および／または狭い測定スペースにおいて生じるような狭い状況であっても、第４の実施例による本発明のレーザプロジェクタ２をうまく組み込むことができる。

図５には、反射器２０を備えたレーザプロジェクタ２の第５の実施例が示されている。図５に示されているレーザプロジェクタ２の構造は、図４に示したレーザプロジェクタ２に実質的に対応している。

図４に示した第４の実施例とは異なり第５の実施例の反射器２０には切り欠き２２が設けられており、この切り欠きを介して、光学素子６から発せられるレーザ光パターン９の所定の領域が反射器２０によって、反射器２０のうち光学素子６とは反対側の空間に当射される。

通常、切り欠き２２は、特に高い放射強度を有するレーザ光パターン９の領域（０次の回折）が切り欠きを通って当射し、それによってこの領域がレーザ光パターン９からフェードアウトされてそこから除かれてなくなるよう、位置決めされている。特に高い放射強度を有する領域が除かれてなくなることにより、レーザプロジェクタ２が動作しているときの安全性が高められる。

レーザ光パターン９から除かれた領域は、反射器２０においてレーザ光源４とは反対側に配置された検出器１０に当射する。検出器１０は、そこに当射したレーザ光パターン９の領域の放射強度と相関する出力信号を発生する。検出器１０により生成された出力信号は、図示されていない評価装置において少なくとも１つのまえもって定められた目標値と比較され、比較の結果、まえもって定められた限界値を超える偏差が生じていることが判明したならば、光源４がスイッチオフされる。

検出器１０により生成された出力信号とまえもって定められた目標値との比較により、レーザプロジェクタ２の動作不良を検出することができる。動作不良が検出されたときにレーザ光源４がスイッチオフされることにより、レーザプロジェクタ２が動作しているときの安全性が高められる。

図６には、本発明による方法においてレーザ光源４から送出された光出力Ｐ（ｙ軸）と時間ｔ（ｘ軸）との関係を示すダイアグラムが描かれている。

本発明による方法によれば、レーザ光源４はまずはじめに長さｔ１の予備パルスによって駆動され、出力Ｐ１、長さｔ１のレーザ光ビーム８を発生する。予備パルスにより発せられた光パターン９の部分領域が検出器１０により捕捉され、図１〜図５を参照しながら説明したようにして評価装置へ供給される。

評価装置により評価されても動作不良が検出されなければ、すなわち検出器１０により求められた値がまえもって定められた目標値を中心とする所定の範囲内にあれば、レーザ光源４はいっそう長い長さｔ２を有するメインパルスによって駆動され、いっそう大きい出力Ｐ２といっそう長い長さｔ２を有するレーザ光ビーム８を発生する。本来の測定もしくは投影は、メインパルスにより発せられたレーザ光パターン９により実施される。

大きい出力Ｐ２といっそう長いスイッチオン時間ｔ２を有する本来のメインパルスの前に、まずは出力Ｐ１が低減されスイッチオン時間ｔ１の短くされた予備パルスがトリガされ、予備パルスにより発せられたレーザ光パターン９の検出および評価により動作不良が検出されたならば、メインパルスの送出が確実に阻止されることによって、レーザプロジェクタ２動作時の安全性が高められる。

Claims (8)

1. レーザ光ビーム（８）を送出するレーザ光源（４）と、
   前記レーザ光ビーム（８）により照射されると、パターン化されたレーザ光パターン（９）を発生する光学素子（６）と、
   検出器（１０）とが設けられており、
   該検出器（１０）は、前記レーザ光源（４）の動作時、前記パターン化されたレーザ光パターン（９）の少なくとも１つの部分領域により照射され、該照射と相関する出力信号を発生する、
   走行機構測定用のレーザプロジェクタ（２）において、
   前記検出器（１０）は、動作中、前記パターン化されたレーザ光パターン（９）の、０次の回折による放射強度を有する少なくとも１つの部分領域により照射され、前記パターン化されたレーザ光パターン（９）の該部分領域を、前記レーザ光パターン（９）から除くことを特徴とする、
   走行機構測定用のレーザプロジェクタ。
2. 前記レーザプロジェクタは評価装置を有しており、該評価装置は、前記検出器（１０）により発せられた出力信号をまえもって定められた少なくとも１つの目標値と比較し、該評価装置は、前記出力信号と目標値との偏差が、前もって定められた限界値を超えると、前記レーザ光源（４）をスイッチオフする、請求項１記載のレーザプロジェクタ。
3. ケーシング（１２）が設けられており、該ケーシング（１２）の少なくとも１つの領域は透過性に形成されており、該ケーシング（１２）内部の、前記レーザ光パターン（９）の、０次の回折による放射強度を有する少なくとも１つの部分領域が照射される位置に、前記検出器（１０）が配置されている、請求項１または２記載のレーザプロジェクタ。
4. 前記検出器（１０）は前記ケーシングの壁に取り付けられている、請求項３記載のレーザプロジェクタ。
5. 前記検出器（１０）の配置位置に、前記検出器（１０）の代わりに、反射器（１６）が設けられており、該反射器（１６）は、前記パターン化されたレーザ光パターン（９）の部分領域を前記検出器（１０）へ向けて偏向する、請求項３記載のレーザプロジェクタ。
6. 前記反射器（１０）は前記ケーシング（１２）の壁に取り付けられている、請求項５記載のレーザプロジェクタ。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載のレーザプロジェクタ（２）の作動方法において、
   レーザ光源（４）が予備パルスにより駆動されて、該レーザ光源（４）は第１の強度を有するレーザ光を送出し、
   前記予備パルスにより発せられたレーザ光の少なくとも一部分が検出器（１０）により捕捉され、該検出器（１０）により発せられた出力信号が評価装置により評価され、
   前記検出器（１０）により求められた値が、まえもって定められた目標値を中心とする所定の範囲内にあれば、前記レーザ光源（４）はメインパルスにより駆動制御されて、該レーザ光源（４）は第２の強度を有するレーザ光を送出し、
   前記第２の強度は前記第１の強度よりも大きく、および／または前記メインパルスによる照射期間は前記予備パルスによる照射期間よりも長いことを特徴とする、
   レーザプロジェクタ（２）の作動方法。
8. 前記評価装置が
   前記検出器（１０）により求められた値が、まえもって定められた目標値を中心とする所定の範囲内を超えたことを検出すると、前記レーザ光源（４）はスイッチオフされる、請求項７記載の方法。

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