JP5772828B2 - レーザ光源モジュール - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ、レーザメス、レーザ加工装置などの光源として用いられ、装置の筐体内に配置されるレーザ光源モジュールに関し、特に、半導体素子を用いたレーザ光源モジュールに関する。

レーザ光は、波長が一定であること、直進性が高いこと、直線偏光を効率よく得ることができる、などの特性からさまざまな装置で利用されている。近年では、高い出力の可視光を出力する半導体レーザが実現されており、これを用いて小型かつ高輝度のプロジェクタを作製することが提案されている。

レーザ光源から出射されるレーザ光は、単位面積当たりのエネルギーが高いものであることから、各種装置からレーザ光源が取り出されて、本来の用途以外にレーザ光が使用された場合には事故が発生する危険性が高い。このため、各種装置からレーザ光源が、レーザ光を出射可能な状態で取り出されることを防止するためのさまざまな提案がなされている。

特許文献１（特開２００８−１７１６５７号公報）には、光を供給する光源部と、光源部を支持する支持部と、光源部を覆う被覆部と、光源部へ電流を供給する電流供給部と光源部とを接続する配線部と、配線部に対して支持部側の位置、及び被覆部を貫かせて配置されたブレード部と、を有する光源モジュールが開示されている。

特許文献１には、上記の構成を備えることにより、光源モジュールから光源部を取り出すために、被覆部を取り外すと、配線部に対して支持部側の位置、及び被覆部を貫かせてブレード部を配置しているため、被覆部の取り外しとともにブレード部によって配線部が切断され、光源部への電力供給が遮断されると記載されている。

特許文献２（特開２００７−０１９４７６号公報）には、光を発振する光発振部を有するレーザ光源部と、レーザ光源部を支持する支持部と、レーザ光源部を支持部に固定する固定部材と、レーザ光源部を支持部から取り外す際に固定部材による前記レーザ光源部の固定状態を解除する動きに連動して、レーザ光源部における光発振部に電流を供給する電流経路を遮断する遮断手段とを有する装置が開示されている。

特許文献２には、上記の構成を備えることにより、筐体などの支持部からレーザ光源部を取り外す目的で固定部材によるレーザ光源部の固定状態を解除しようとすると、その動きに連動して遮断手段によりレーザ光源部の電流経路が遮断され、そのレーザ光源部は確実に発光できなくなるので、表示装置などからレーザ光源部を取り出して悪用することを未然に防止することができると記載されている。

特許文献３（特開２００８−１３５５０８号公報）には、レーザ光を射出する発光素子と、該発光素子を支持する支持部材と、該支持部材に固定され前記発光素子と電気的に接続された基板と、発光素子と支持部材とを電気的に接続し、電流を供給する配線と、少なくとも一部が光を透過可能であるとともに、基板に固定された発光素子を覆うカバー部材と、基板とカバー部材とを固定する固定部材とを備え、固定部材による前記基板と前記カバー部材との固定力が、支持部材と前記基板との固定力に比べて大きい装置が開示されている。

特許文献３には、上記の構成を備えることにより、発光素子を取り出す目的で、発光素子を覆っているカバー部材を取り外そうとすると、固定部材によるカバー部材と基板との接着力が、基板と固定部材との接着力に比べて大きいため、カバー部材は基板と一緒に支持部材から剥離され、発光素子と基板とを接続する配線が切断されるため、発光素子からのレーザ光の発光を確実に防止することができると記載されている。

特許文献４（特開２００９−１６４４４３号公報）には、光を射出する光源部と、光源部から射出した光の波長を変換する波長変換素子と、少なくとも光源部及び波長変換素子を収納する光源用筐体と、波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、を有し、温度調節部は、光源用筐体の外部に設けられる装置が開示されている。

特許文献４には、上記の構成を備えることにより、光源用筐体を備える本体部が温度調節部から引き離されると、温度調節部と波長変換素子との間での熱の伝導が遮断されることにより、波長変換素子の温度調節が停止され、波長変換素子における波長変換効率を低下させる。波長変換効率を低下させることで、本体部からの光の射出を低減させ、悪用や他の用途への転用の可能性を十分に低減できると記載されている。

特開２００８−１７１６５７号公報 特開２００７−０１９４７６号公報 特開２００８−１３５５０８号公報 特開２００９−１６４４４３号公報

特許文献１ないし特許文献３に記載の装置では、装置自体に設けられたレーザ装置用電源とレーザ装置とは分離されるものの、レーザ装置用電源と異なる電源によりレーザ装置を駆動した場合にはレーザ光が出力されてしまう。

特許文献４に記載の装置では、光源用筐体を備える本体部が温度調節部と分離した場合には波長変換効率が低下した状態のレーザ光が出力されることとなる。上述したように、レーザ光は単位面積当たりのエネルギーが高いものであるため、波長変換効率が低下した状態であっても人体、特に、眼に入射した場合には非常に危険となる。

また、特許文献１ないし特許文献４に記載の装置のいずれも、装置の筐体の一部を切除し、装置を実際に使用する状態でレーザ光を出力させるといった、装置を改造してレーザ光を本来の用途以外に用いる行為には対処することができない。

本発明は、装置外部に取り出されたときにレーザ光を出力することがなく、また、装置の一部が切除されるような改造が施された場合にもレーザ光を出力することのないレーザ光源モジュールを実現することを目的とする。

本発明のレーザ光源モジュールは、筐体に組み込まれて使用されるレーザ光源モジュールであって、
パスワードを記憶する記憶部を備え、入力された入力パスワードが前記記憶部に記憶されたパスワードと一致する場合に動作するレーザユニットと、
前記筐体の状態に応じて異なるデータを生成するパスワード設定機構と、
前記筐体が正規の状態にあるときに、前記パスワード設定機構が生成したデータにより、前記記憶部に記憶されたパスワードと一致する入力パスワードを生成するパスワード生成回路を備え、
前記筐体が複数の部材が組み合わされることにより形成されるものであり、
前記パスワード設定機構が、
複数の端子を接続する配線が施された前記筐体の一部を構成する蓋部パスワード設定機構と、
前記筐体を形成する複数の部材が組み合わされるときの接続箇所に設けられ、所定のデータ列を設定可能であるとともに、組み合わせが解除されるときに設定されたデータ列がリセットされる接続部パスワード設定機構と、を備え、 前記パスワード生成回路は、前記蓋部パスワード設定機構に示される複数の配線の接続状態と、接続部パスワード設定機構に示されるデータ列に基づいて前記入力パスワードを生成することを特徴とする。

上記構成を備える本願発明においては、筐体が正規の状態になければレーザユニットが動作しないので、装置外部に取り出されたときにレーザ光を出力することがなく、また、装置の一部が切除されるような改造が施された場合にもレーザ光を出力することのないレーザ光源モジュールが実現できる。

本発明によるレーザ光源モジュールを光源として用いたプロジェクタ１０１の一実施形態の構成を示すブロック図である。 レーザユニット１０２の構成を示す断面図である。 パスワード判定回路１０３の構成を示すブロック図である。 接続部パスワード設定機構１０８の具体的な構成を示す断面図である。 パスワード設定機構１０８の具体的な構成を示す図であり、図５（ａ）は、上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされる前の状態を示し、図５（ｂ）は上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされた状態を示し、図５（ｃ）は上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされた後に、上蓋４０１が開けられたときの状態を示す図である。 接続部パスワード設定機構１０８とパスワード生成回路１０６の接続状態を示す図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は図５（ａ）〜図５（ｃ）の状態に対応している。 蓋部パスワード設定機構１０７の構成を示す図であり、図７（ａ）はパスワードとして設定される端子Ｆ〜Ｋの接続関係を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した接続関係を実現する上蓋４０１または下蓋４０２の内部配線を示す図であり、図７（ｃ）は上蓋４０１または下蓋４０２が切り取られた状態を示す図である。 図８（ａ）はレーザ素子不能化回路１０４の一実施形態の構成を示すブロック図であり、図８（ｂ）はレーザ素子の電流−輝度特性を示す図である。 レーザ素子不能化回路１０４の他の実施形態の構成を示すブロック図である。 レーザ素子不能化回路１０４の他の実施形態の構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明によるレーザ光源モジュールを光源として用いたプロジェクタ１０１の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態では、光源以外の構成は一般的なプロジェクタの構成となるため、レーザ光源モジュールについてのみ図示し、これ以外の部分について、図示および説明は省略する。

レーザ光源モジュールは、レーザユニット１０２、パスワード生成回路１０６、蓋部パスワード設定機構１０７および接続部パスワード設定機構１０８から構成されている。レーザユニット１０２は、パスワード判定回路１０３、レーザ素子不能化回路１０４およびレーザ素子１０５から構成されている。

図２は、レーザユニット１０２の構成を示す断面図である。

レーザユニット１０２は、基板２０１上に形成されたセラミック多層基板２０３、セラミック多層基板２０３を覆う蓋２０２から構成されている。セラミック多層基板２０３内には、パスワード判定回路１０３およびレーザ素子不能化回路１０４からなる回路群２０４が形成され、その上面にはレーザ素子１０５がフェースダウンの状態で搭載されている。

蓋２０２の、レーザ素子１０５が出射するレーザ光が通る位置にはコリメートレンズ２０４が設けられている。蓋２０２は、基板２０１とともにセラミック多層基板２０３を機密封止（ハーメチックシール）している。

セラミック多層基板２０３には、レーザ素子１０５と熱膨張係数の近い、例えばＡｌＮなどの材料が用いられている。セラミック多層基板２０３にレーザ素子１０５と熱膨張係数の近い材料を用いることにより、セラミック多層基板２０３とレーザ素子１０５の位置関係を温度変化に因らない一定のものとすることができ、これにより安定したレーザ出力を得ることが可能となっている。

セラミック多層基板２０３は、上述したように基板２０１と蓋２０２により機密封止されている。蓋２０２が開けられたり、壊されたりして、セラミック多層基板２０３またはレーザ素子１０５が取り外された場合、セラミック多層基板２０３またはレーザ素子１０５に、ごみの付着、酸化などの化学反応、セラミック多層基板２０３とレーザ素子１０５位置関係がずれる、などによって正規の発振状態と異なるものとなり、レーザ出力を得ることができなくなる。

図３は、パスワード判定回路１０３の構成を示すブロック図である。

パスワード判定回路１０３は、パスワード記憶用不揮発性メモリ３０１、パスワード一時記憶メモリ３０２、スイッチ回数カウンタ３０３、比較回路３０４、および、判定回路３０５から構成されている。

パスワード記憶用不揮発性メモリ３０１は、パスワードを記憶するもので、記憶する記憶パスワードは製造が行われた工場の出荷時に設定、記憶される。

レーザユニット１０２に電源が投入されると、パスワード生成回路１０６は、蓋部パスワード設定機構１０７および接続部パスワード設定機構１０８に設定されたデータを参照してパスワードを生成し、生成された生成パスワードをパスワード出力Ｓ１としてパスワード一時記憶メモリ３０２へ出力する。パスワード一時記憶メモリ３０２は生成パスワードを記憶する。

スイッチ信号Ｓ２は、パスワード出力Ｓ１が出力されるごとに、パスワード＆スイッチ回数カウンタ３０３へ出力される。パスワード＆スイッチ回数カウンタ３０３は、パスワード出力Ｓ１が出力されるごとにカウントアップを行うため、パスワード＆スイッチ回数カウンタ３０３のカウント値を確認することにより、パスワード出力Ｓ１が出力された回数を確認することができる。

比較回路３０４は、パスワード一時記憶メモリ３０２が生成パスワードを記憶するごとに、パスワード一時記憶メモリ３０２に記憶された生成パスワードとパスワード記憶用不揮発性メモリ３０１に記憶された記憶パスワードとを比較し、これらが一致するかを示す比較結果を判定回路３０５へ出力する。

判定回路３０５は、比較回路３０４の出力が生成パスワードと記憶パスワードが一致することを示すものである場合には、レーザ素子１０５に対する電源供給を行わせる旨を示す判定信号Ｓ３をレーザ素子不能化回路１０４へ出力する。これにより、レーザ素子不能化回路１０４はレーザ素子１０５に対する電源供給を行う。

また、判定回路３０５は、比較回路３０４の出力が生成パスワードと記憶パスワードが一致しないことを示すものである場合には、パスワード＆スイッチ回数カウンタ３０３のカウント値を確認し、所定回数以下、例えば、３回以下であるかを確認する。所定回数以下である場合には、レーザ素子１０５に対する電源供給を行わない旨を示す判定信号Ｓ３をレーザ素子不能化回路１０４へ出力する。これにより、レーザ素子不能化回路１０４はレーザ素子１０５に対する電源供給は行わない。

また、判定回路３０５は、比較回路３０４の出力が生成パスワードと記憶パスワードが一致しないことを示すものであり、パスワード＆スイッチ回数カウンタ３０３のカウント値が所定回数を越えるものであることを確認した場合には、レーザ素子１０５に対する電源供給を不能化する旨を示す判定信号Ｓ３をレーザ素子不能化回路１０４へ出力する。これにより、レーザ素子不能化回路１０４はレーザ素子１０５に対する電源供給を不能化する処理を行う。

図４は、接続部パスワード設定機構１０８の具体的な構成を示す断面図である。プロジェクタ１０１の筐体を構成する上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされた状態のときに、複数設けられた接続部パスワード設定機構１０８が接触することによりデータが生成され、配線４０３を介してレーザユニット１０２に送出される。

図５は、パスワード設定機構１０８の具体的な構成を示す図である。図５（ａ）は、上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされる前の状態を示し、図５（ｂ）は上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされた状態を示し、図５（ｃ）は上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされた後に、上蓋４０１が開けられたときの状態を示す図である。

上蓋４０１には、複数のトグルスイッチ５０７が並設されたスイッチ５０１が設けられ、下蓋４０２にはスイッチ５０１の各トグルスイッチ５０７に対応する位置にデータピン５０６が立設されている。

図５において、スイッチ５０１の右端には電源受給用の電源受給ピン５０５が形成され、電源受給ピン５０５に対応する位置の下蓋４０２には電源供給ピン５０２が形成されている。

上蓋４０１と下蓋４０２が組み合わされた状態のときには、電源供給用の電極ピン５０２と常に接続状態とされる。電源受給ピン５０５は、各トグルスイッチ５０５の一端に共通に接続されている。

下蓋４０２には、直角に折れ曲がった形状のワイパー５０３が、一端近傍を中心として回動可能に軸支されている。上蓋４０１は、下蓋４０２と組み合わされるときには、ワイパー５０３の端部を押す寸法形状とされるため、図５（ｂ）に示すような上蓋４０１と下蓋４０２と組み合わされた状態のときには、反時計方向に回転し、トグルスイッチ５０７の上端を押さえる形態となる。

図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示す状態から、上蓋４０１が開けられて上方に移動すると、ワイパー５０３により上端が押さえられたトグルスイッチ５０７は閉じる方向に移動し、各トグルスイッチ５０７はすべて閉じた状態となる。

図６は、接続部パスワード設定機構１０８とパスワード生成回路１０６の接続状態を示す図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は図５（ａ）〜図５（ｃ）の状態に対応している。

装置利用者は、装置の取扱説明書などにより、既知であるデータを接続部パスワード設定機構１０８に設定する。図６（ｂ）に示す接続状態（筐体が正規の状態）のときには、パスワード生成回路１０６の入力端子Ａ〜Ｅには”01001”のデータが設定され、パスワード生成回路１０６は該入力データを基としてパスワードを生成する。その後、上蓋４０１が開けられた場合にはトグルスイッチ５０７への設定状態がクリアされるため、設定すべきデータを知らない第３者の使用下では、パスワード一時記憶メモリ３０２に記憶された生成パスワードと一致するパスワードをパスワード生成回路１０６が生成することはできず、レーザ素子１０５が出力を行うことはない。

図７は、蓋部パスワード設定機構１０７の構成を示す図であり、図７（ａ）はパスワードとして設定される端子Ｆ〜Ｋの接続関係を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した接続関係を実現する上蓋４０１または下蓋４０２の内部配線を示す図であり、図７（ｃ）は上蓋４０１または下蓋４０２が切り取られた状態を示す図である。

図７（ａ）に示すように、端子ＦとＨ、端子Ｇ，Ｉ，Ｋが接続されるような関係の場合（筐体が正規の状態）、端子Ｆを基準として見た場合には、端子Ｇ〜Ｋに示されるデータは、”01000”となる。また、端子Ｇを基準として見た場合には、端子Ｆ，Ｈ〜Ｋに示されるデータは、”00101”となる。

パスワード生成回路１０６には、予めどの端子を基準として各端子のデータを見るかが定められており、パスワード生成回路１０６は、上蓋４０１または下蓋４０２が取り付け状態にあるときに接続される各端子から正規のデータを読み取り、該読み取ったデータを基にパスワードを生成する。

図７（ｃ）に示すように、上蓋４０１または下蓋４０２が切り取られて切欠７０１が形成されると、図７（ａ）に示される接続関係を確認することができなくなり、パスワード生成回路１０６は正規のデータを読み取ることができない。このため、上蓋４０１または下蓋４０２が切り取られた状態では、パスワード一時記憶メモリ３０２に記憶された生成パスワードと一致するパスワードをパスワード生成回路１０６が生成することはできず、レーザ素子１０５が出力を行うことはない。

図８（ａ）はレーザ素子不能化回路１０４の一実施形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態におけるレーザ素子不能化回路１０４は、レーザ素子１０５に電流を供給する、通常使用電流原８０１、レーザ素子破壊用電流原８０２、判定信号Ｓ３の内容に応じて通常使用電流原８０１、レーザ素子破壊用電流原８０２による電流供給を指示する駆動制御部８０３により構成されている。

レーザ素子は、図８（ｂ）の電流−輝度特性に示されるように、ある値以上の電流となると電流値に応じて輝度が定まるものとなるが、絶対最大定格を超える破壊電流となると素子が破壊される。

駆動制御部８０３は、判定回路３０５からレーザ素子１０５に対する電源供給を行わせる旨を示す判定信号Ｓ３を受け付けた場合には（図３参照）、絶対最大定格以下の電流を供給する通常使用電流原８０１による電流供給を行わせ、判定回路３０５からレーザ素子１０５に対する電源供給を不能化する旨を示す判定信号Ｓ３を受け付けた場合には破壊電流を供給するレーザ素子破壊用電流原８０２による電流供給を行わせ、レーザ素子１０５を破壊する。

図９はレーザ素子不能化回路１０４の他の実施形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態におけるレーザ素子不能化回路１０４は、レーザ素子１０５に並列に設けられた発熱体駆動回路９０２、導電材料９０４、および判定信号Ｓ３に応じて発熱体駆動回路９０２を動作させる駆動制御部９０１と、発熱体駆動回路９０２による駆動電流により発熱して導電材料９０４を加熱する発熱体９０３から構成されている。

駆動制御部９０１は、判定回路３０５からレーザ素子１０５に対する電源供給を不能化する旨を示す判定信号Ｓ３を受け付けると、発熱体駆動回路９０２を動作させて発熱体９０３を発熱させる。これにより、導電材料９０４が加熱して溶融し、レーザ素子１０５は両端が短絡状態とされて電流が流れないものとなる。

図１０はレーザ素子不能化回路１０４の他の実施形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態におけるレーザ素子不能化回路１０４は、レーザ素子１０５への電流供給経路に設けられた抵抗体１００３、抵抗体１００３の両端に接続し、抵抗体１００３のみへの電流供給が可能な抵抗破壊用電流原１００２、および、抵抗破壊用電流原１００２へ動作を制御する駆動制御部１００１から構成されている。

駆動制御部１００１は、判定回路３０５からレーザ素子１０５に対する電源供給を不能化する旨を示す判定信号Ｓ３を受け付けると、抵抗破壊用電流原１００２を動作させて抵抗体１００３を発熱させて焼き切る。これにより、レーザ素子１０５に電流が流れないものとなる。

この出願は２０１０年７月２３日に出願された日本出願特願２０１０−１６５９９１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０１ プロジェクタ
１０２ レーザユニット
１０３ パスワード判定回路
１０４ レーザ素子不能化回路
１０５ レーザ素子
１０６ パスワード生成回路
１０７ 蓋部パスワード設定機構
１０８ 接続部パスワード設定機構
２０１ 基板
２０２ 蓋
２０３ セラミック多層基板
２０４ コリメートレンズ
３０１ パスワード記憶用不揮発性メモリ
３０２ パスワード一時記憶メモリ
３０３ パスワード＆スイッチ回数カウンタ
３０４ 比較回路
３０５ 判定回路

Claims (2)

1. 筐体に組み込まれて使用されるレーザ光源モジュールであって、
   パスワードを記憶する記憶部を備え、入力された入力パスワードが前記記憶部に記憶されたパスワードと一致する場合に動作するレーザユニットと、
   前記筐体の状態に応じて異なるデータを生成するパスワード設定機構と、
   前記筐体が正規の状態にあるときに、前記パスワード設定機構が生成したデータにより、前記記憶部に記憶されたパスワードと一致する入力パスワードを生成するパスワード生成回路を備え、
   前記筐体が複数の部材が組み合わされることにより形成されるものであり、
   前記パスワード設定機構が、
   複数の端子を接続する配線が施された前記筐体の一部を構成する蓋部パスワード設定機構と、
   前記筐体を形成する複数の部材が組み合わされるときの接続箇所に設けられ、所定のデータ列を設定可能であるとともに、組み合わせが解除されるときに設定されたデータ列がリセットされる接続部パスワード設定機構と、を備え、
   前記パスワード生成回路は、前記蓋部パスワード設定機構に示される複数の配線の接続状態と、接続部パスワード設定機構に示されるデータ列に基づいて前記入力パスワードを生成することを特徴とするレーザ光源モジュール。
2. 請求項１に記載のレーザ光源モジュールにおいて、
   前記レーザユニットは、
   レーザ光を出力するレーザ素子と、
   前記レーザ素子を不能化することが可能なレーザ素子不能化回路と、
   前記記憶部を備え、前記パスワード生成回路からの入力パスワードが前記記憶部に記憶されたパスワードと所定回数を超えて一致しない場合には、前記レーザ素子不能化回路により前記レーザ素子を不能化するパスワード判定回路とを備えることを特徴とするレーザ光源モジュール。

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