KR101956898B1 - 레이저광원의 출력제어장치 및 그를 포함하는 레이저 포인터 - Google Patents

Abstract

레이저광원의 사용시간을 향상시키면서 오작동에 의한 사고를 방지할 수 있는 레이저광원의 출력제어장치 및 그를 포함하는 레이저포인터가 제공된다. 출력제어장치는, 적어도 일부가 전원부와 레이저광원의 사이에 연결된 전력공급선로, 전력공급선로 상에 서로 연속하여 직렬로 배치된 제1스위칭모듈 및 제2스위칭모듈을 포함하는 스위칭부, 및 제1단자를 통해 상기 제1스위칭모듈과 연결되고, 제2단자를 통해 상기 제2스위칭모듈과 연결되어, 상기 제1스위칭모듈과 상기 제2스위칭모듈에 각각 병렬로 상기 레이저광원의 출력을 제어하는 스위칭신호를 인가하는 제1제어모듈을 포함하되, 상기 제1스위칭모듈에 인가되는 스위칭신호와 상기 제2스위칭모듈에 인가되는 스위칭신호는 동일 위상(phase)의 동일 진폭(amplitude)을 갖는 서로 동일한 펄스 신호이다.

Description

레이저광원의 출력제어장치 및 그를 포함하는 레이저 포인터{Power control device for laser light source and laser pointer having the same}

본 발명은 레이저광원의 출력제어장치 및 그를 포함하는 레이저포인터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저광원의 사용시간을 향상시키면서 오작동에 의한 사고를 방지할 수 있는 레이저광원의 출력제어장치 및 그를 포함하는 레이저포인터에 관한 것이다.

대형 스크린 등을 이용한 프리젠테이션이 일반화되면서 스크린의 위치를 지시하기 위한 레이저포인터의 사용이 빈번하게 되었다. 레이저포인터는 레이저 광원을 사용함에 따라 빛의 직진성이 매우 우수하여 원거리에 위치한 스크린에 조사하더라도 조사된 지점이 크게 확대되지 않아 빛이 흐려지지 않는 장점이 있다. 이러한 이유로 레이저 포인터는 프리젠테이션용 도구로 필수품이 되고 있다.

통상 레이저 포인터는 휴대의 편리성을 위하여 소형 배터리를 사용하는 것이 일반적이어서 사용시간이 짧은 단점이 있었다. 배터리의 사용량을 늘리기 위해서는 레이저 광원을 제어하는 스위칭 신호의 펄스폭을 줄이거나 스위칭 주기를 늘리는 방법이 있으나, 레이저광의 출력이 줄어드는 문제가 있다.

또한, 레이저광의 출력을 늘리기 위하여 펄스의 진폭을 크게 할 경우, 사람의 망막에 피해를 줄 우려가 있어 안전사고의 위험성이 매우 높다. 특히, 안전사고의 위험성 때문에 레이저 출력에 대한 제한은 법규로 엄격하게 제한하고 있고, 회로의 오작동으로 인한 안전사고 가능성까지 존재하여 오랫동안 단순히 펄스의 진폭을 낮춰 전체 출력을 낮게 유지하면서도 에너지 손실이 큰 제어회로를 사용하고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0079870호, (2012. 07. 16)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 레이저광원의 사용시간을 향상시키면서 오작동에 의한 사고를 방지할 수 있는 레이저광원의 출력제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 레이저광원의 사용시간을 향상시키면서 오작동에 의한 사고를 방지할 수 있는 레이저광원의 출력제어장치를 포함하는 레이저포인터를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저광원의 출력제어장치는, 적어도 일부가 전원부와 레이저광원의 사이에 연결된 전력공급선로와, 상기 전력공급선로 상에 서로 연속하여 직렬로 배치된 제1스위칭모듈 및 제2스위칭모듈을 포함하는 스위칭부와, 제1단자를 통해 상기 제1스위칭모듈과 연결되고, 제2단자를 통해 상기 제2스위칭모듈과 연결되어, 상기 제1스위칭모듈과 상기 제2스위칭모듈에 각각 병렬로 상기 레이저광원의 출력을 제어하는 스위칭신호를 인가하는 제1제어모듈을 포함하되, 상기 제1스위칭모듈에 인가되는 스위칭신호와 상기 제2스위칭모듈에 인가되는 스위칭신호는 동일 위상(phase)의 동일 진폭(amplitude)을 갖는 서로 동일한 펄스 신호이다.

상기 스위칭신호는 상기 레이저광원의 최대출력을 1mW이하로 제한하는 한계 펄스폭(pulse width)을 갖는 구형파(square wave)일 수 있다.

상기 스위칭신호의 펄스의 턴 온 시간은 한 주기의 1/20이하일 수 있다.

상기 스위칭부는, 상기 제1스위칭모듈의 스위칭신호와 상기 제2스위칭모듈의 스위칭신호 중 어느 하나에 오류가 생겨 펄스폭에 차이가 나는 경우, 펄스폭이 더 작은 스위칭신호로 상기 레이저광원의 출력을 제어할 수 있다.

상기 레이저광원은 파장 500~600nm 사이의 녹색광을 방출할 수 있다.

상기 제1제어모듈에 연결되어 상기 스위칭부로 인가되는 스위칭신호를 검사하고 스위칭신호 모두에 오류가 감지되면, 상기 전원부의 전력공급을 차단하는 제어를 하는 제2제어모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 제2제어모듈은, 상기 제1제어모듈로부터 비반전입력단으로 스위칭신호를 입력받는 제1연산증폭기와, 반전입력단이 상기 제1연산증폭기의 출력단과 연결된 제2연산증폭기와, 상기 제1연산증폭기와 상기 제2연산증폭기 사이에 연결된 저항, 및 상기 저항과 상기 제2연산증폭기 사이에 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 전원부와 상기 스위칭부 사이의 상기 전력공급선로에 배치되어 상기 전원부의 공급전력을 조절하는 전력변환모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저광원의 출력제어장치는, 전원부와, 상기 전원부로부터 전력을 제공받아 동작하는 레이저광원과, 상기 전원부와 상기 레이저광원 사이에서 전력을 제어하여 상기 레이저광원의 출력을 조절하는 출력제어장치를 포함한다.

본 발명에 따르면, 레이저광의 진폭을 크게 할 수 있어 전체적인 레이저광의 조도를 충분히 확보하면서도 레이저광의 출력을 낮게 유지할 수 있어 배터리 수명을 현저하게 증가시킬 수 있다.

또한, 레이저광의 진폭을 커짐에 따라 발생할 수 있는 출력제어장치의 오작동으로 인한 안전사고 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치의 블록 구성도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치의 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 레이저포인터(1)는 레이저광의 조도는 충분히 유지하면서 에너지 효율을 높여 배터리사용시간을 현저하게 증가시킬 수 있다. 특히, 레이저포인터(1)는 레이저광원(20)의 공급전원을 제공하는 선로 상에 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자를 동위상의 펄스 신호로 제어하는 출력제어장치(10)를 포함하여, 각종 소자 또는 회로의 손상이나 오작동에 의한 안전사고 발생 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.

본 발명의 레이저포인터(1)는 전원부(30)와, 전원부(30)로부터 전력을 제공받아 동작하는 레이저광원(20)과, 전원부(30)와 레이저광원(20) 사이에 전력을 제어하여 레이저광원(20)의 출력을 조절하는 출력제어장치(10)를 포함한다.

레이저광원(20)은 전력을 공급받아 레이저광을 출력하는 레이저소자로, 레이저 다이오드 등으로 이루어질 수 있다. 레이저광원(20)은 단파장의 레이저광을 방출하며, 적색광, 녹색광, 자색광 등 다양한 색상의 레이저광을 방출할 수 있다. 레이저광원(20)은 레이저광를 발생시키는 레이저소자를 포함하며, 필요에 따라 레이저광을 조절하는 렌즈 등 광학계를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저포인터(1)에서 사용하는 레이저광은 레이저포인터용으로 시인성이 매우 우수한 500~600nm 파장대의 녹색광 레이저일 수 있다.

레이저광원(20)은 전원부(30)를 통해 전력을 공급받는다. 이때, 전력변환모듈(500)은 적어도 일부가 전원부(30)와 레이저광원(20) 사이에 연결된 전력공급선로(100) 상에 배치되어 전원부(30)로부터 공급되는 공급전력을 조절하여 레이저광원(20)에 공급한다. 전력변환모듈(500)은 레이저광원(20)이 요구하는 전압과 전류로 설정하여 공급한다.

레이저광원(20)은 출력제어장치(10)에 의해 출력이 제어된다. 출력제어장치(10)는, 전력공급선로(100), 스위칭부(200), 제1제어모듈(300), 전력변환모듈(500) 등을 포함하여 레이저광원(20)을 제어하며, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)에 각각 인가되는 스위칭신호는 동일 위상(phase)의 동일 진폭(amplitude)을 갖는 서로 동일한 펄스 신호이다.

구체적으로 설명하면, 전력공급선로(100)는 적어도 일부가 전원부(30)와 레이저광원(20) 사이에 연결되어 전원부(30)로부터 전력을 공급하는 통로가 되며, 레이저광원(20)을 사이에 두고 전원부(30)와 접지선을 연결하는 전원선을 통칭한다. 전력공급선로(100)에는 전력변환모듈(500)과 스위칭부(200)가 연결된다. 전력변환모듈(500)은 앞서 설명한 바와 같이, 전원부(30)에서 공급하는 전력을 레이저광원(20)이 요구하는 전압과 전류로 조정하여 제공하는 역할을 한다.

한편, 스위칭부(200)는 전력공급선로(100)에 연결되어 레이저광원(20)의 출력을 제어한다. 스위칭부(200)는 전력공급선로(100) 상에 서로 연속하여 직렬로 배치된 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)을 포함한다. 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)은 각각 베이스(base)측이 제1제어모듈(300)과 연결된 반도체 소자로 이루어질 수 있으며, 이미터(emitter)와 콜렉터(collector)가 서로 직렬로 연결된 형태일 수 있다. 이러한 스위칭부(200)와 레이저광원(20) 사이에는 스위칭부(200)의 스위칭 동작에 의해 레이저광원(20)으로 인가되는 전류를 제어하기 위해 전류제어회로부(110) 등이 추가로 형성될 수도 있다.

제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)은 각각 제1제어모듈(300)을 통하여 제어된다. 제1제어모듈(300)은 제1단자(301)를 통해 제1스위칭모듈(210)과 연결되고, 제2단자(302)를 통해 제2스위칭모듈(220)과 연결되어, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)에 각각 병렬로 레이저광원(20)의 출력을 제어하는 스위칭신호를 인가한다. 제1제어모듈(300)은 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)에 인가하는 스위칭신호를 동일 위상(phase)의 동일 진폭(amplitude)을 갖는 서로 동일한 펄스 신호로 인가한다. 즉, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)은 제1제어모듈(300)에 연결되어 서로 동일한 스위칭신호에 의해 제어됨으로써, 사실상 하나의 스위칭소자와 같이 동작을 한다.

제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)이 레이저광원(20)에 전력을 인가하는 전력공급선로(100)에 직렬로 연결됨에 따라 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220) 중 어느 하나가 손상되거나 오작동을 일으키더라도 의도하지 않던 레이저광이 출력되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)이 직렬로 연결되면, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220) 중 어느 하나가 비정상적으로 동작하더라도 의도했던 출력 이상의 레이저광이 출력되지 않는다. 예를 들어, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220) 중 어느 하나가 손상이 발생하여 전류가 흐르지 못하면, 레이저광원(20)으로 공급되는 전력 자체가 차단되어 레이저광이 출력되지 않게 된다.

또한, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220) 중 어느 하나가 단락(short-circuit)되어 연속적인 출력이 나오더라도 나머지 하나가 펄스 신호에 의해 스위칭 동작하여 레이저광원(20)은 정상적으로 동작하게 된다. 즉, 제1스위칭모듈(210)과 제2스위칭모듈(220)은 레이저광에 의한 안전사고를 방지하기 위한 일종의 보호회로로 회로에서 이상이 발생하게 되더라도 정상 출력 이상의 레이저광이 방출될 수 없도록 제어할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 스위칭부(200)는 제1스위칭모듈(210)의 스위칭신호와 제2스위칭모듈(220)의 스위칭신호 중 어느 하나에 오류가 생겨 펄스폭에 차이가 나는 경우에도 펄스폭이 더 작은 스위칭신호로 레이저광을 출력하거나, 펄스가 서로 중첩되는 영역에서만 스위칭 동작하여 레이저광을 출력하게 된다. 스위칭신호의 펄스의 턴 온 시간은 한 주기의 1/20 이하로 조절될 수 있다. 이러한 스위칭신호는, 펄스 폭 변조된 구형파(square wave) 일 수 있으며 특히 레이저광원(20)의 최대출력을 1mW이하로 제한하는 한계 펄스폭(pulse width)을 갖는 구형파일 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저포인터에 관하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치의 블록 구성도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저포인터(1)는 제1제어모듈(300)이 인가하는 스위칭 신호를 입력 받아 오류를 검출하고 전원부(30)를 제어하는 제2제어모듈(400)을 더 포함하는 것을 제외하면 앞서 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 제1 실시예에서 설명한 구성요소는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 의하면, 출력제어장치(10)는 제2제어모듈(400)을 더 포함한다. 제2제어모듈(400)은 제1제어모듈(300)에 연결되어 스위칭부(200)로 인가되는 스위칭신호를 검사하고, 스위칭신호 모두에 오류가 감지되면, 전원부(30)의 전력공급을 차단하는 제어를 한다. 즉, 전술한 제1제어모듈(300)이 인가하는 스위칭 신호 전체를 제2제어모듈(400)로 다시 검사하고, 스위칭 신호 모두에 오류가 있는 경우에는 레이저광원(20)으로 제공되는 전력 자체를 직접 차단할 수 있다. 제2제어모듈(400)은 전원부(30)와 스위칭부(200) 사이의 전력공급선로(100)에 배치되어 전원부(30)의 공급전력을 조절하는 전력변환모듈(500)에 연결되어 전력변환모듈(500)의 동작을 제어할 수 있으며 전력변환모듈(500)을 제어하여 레이저광원(20)으로 제공되는 전력을 직접 차단할 수 있다. 이를 통해 더욱 효과적으로 레이저포인터(1)의 오작동이나 그로인한 과출력 등을 방지하여 레이저포인터(1)의 안전성을 확보할 수 있다.

이하, 도 3를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저포인터에 관하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저포인터 및 레이저광원의 출력제어장치의 블록 구성도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저포인터(1)는 제1제어모듈(300)이 인가하는 스위칭 신호를 입력 받아 오류를 검출하고 전원부(30)를 제어하는 제2제어모듈(400)을 더 포함하는 것을 제외하면 앞서 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 제1 실시예에서 설명한 구성요소는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 의하면 출력제어장치(10)는 제2제어모듈(400)을 포함하며, 제2제어모듈(400)은 다수의 소자들로 구성될 수 있다. 제2제어모듈(400)은 예를 들어, 제1제어모듈(300)로부터 비반전입력단으로 스위칭신호를 입력받는 제1연산증폭기(401)와, 반전입력단이 제1연산증폭기(401)의 출력단과 연결된 제2연산증폭기(402)와, 제1연산증폭기(401)와 제2연산증폭기(402) 사이에 연결된 저항(403), 및 저항(403)과 제2연산증폭기(402) 사이에 병렬로 연결된 커패시터(404)를 포함하여 형성될 수 있다.

이러한 구성을 통해 전원부(30)와 스위칭부(200) 사이의 전력공급선로(100)에 배치되어 전원부(30)의 공급전력을 조절하는 전력변환모듈(500)의 동작을 제2제어모듈(400)로 직접 제어할 수 있다. 이러한 경우 제2 제어모듈(400)로 입력되는 스위칭신호에 오류가 감지되면 제2제어모듈(400)을 구성하는 소자들의 논리 동작에 의해 전력변환모듈(500)로 오프 신호가 입력될 수 있다. 이를 통해 전력변환모듈(500)의 동작을 제어하여 공급전력을 바로 차단할 수 있다. 이와 같이 논리회로를 적용하여 제2제어모듈(400)을 형성하고 제2제어모듈(400)로 전력변환모듈(500)을 직접 제어함으로써 레이저포인터(1)의 오작동이나 그로 인한 과출력 등을 효과적으로 방지하고 레이저포인터(1)의 안전성을 확보할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 레이저포인터 10: 출력제어장치
20: 레이저광원 30: 전원부
100: 전력공급선로 110: 전류제어회로부
200: 스위칭부 210: 제1스위칭모듈
220: 제2스위칭모듈 300: 제1제어모듈
301: 제1단자 302: 제2단자
400: 제2제어모듈 401: 제1연산증폭기
402: 제2연산증폭기 403: 저항
404: 커패시터 500: 전력변환모듈

Claims (9)

1. 적어도 일부가 전원부와 레이저광원의 사이에 연결된 전력공급선로;
   상기 전력공급선로 상에 서로 연속하여 직렬로 배치된 제1스위칭모듈 및 제2스위칭모듈을 포함하는 스위칭부; 및
   제1단자를 통해 상기 제1스위칭모듈과 연결되고, 제2단자를 통해 상기 제2스위칭모듈과 연결되어, 상기 제1스위칭모듈과 상기 제2스위칭모듈에 각각 병렬로 상기 레이저광원의 출력을 제어하는 스위칭신호를 인가하는 제1제어모듈을 포함하되,
   상기 제1스위칭모듈에 인가되는 스위칭신호와 상기 제2스위칭모듈에 인가되는 스위칭신호는 동일 위상(phase)의 동일 진폭(amplitude)을 갖는 서로 동일한 펄스 신호인 레이저광원의 출력제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭신호는 상기 레이저광원의 최대출력을 1mW이하로 제한하는 한계 펄스폭(pulse width)을 갖는 구형파(square wave)인 레이저광원의 출력제어장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭신호의 펄스의 턴 온 시간은 한 주기의 1/20이하인 레이저광원의 출력제어장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭부는, 상기 제1스위칭모듈의 스위칭신호와 상기 제2스위칭모듈의 스위칭신호 중 어느 하나에 오류가 생겨 펄스폭에 차이가 나는 경우, 펄스폭이 더 작은 스위칭신호로 상기 레이저광원의 출력을 제어하는 레이저광원의 출력제어장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 레이저광원은 파장 500~600nm 사이의 녹색광을 방출하는 레이저다이오드인 레이저광원의 출력제어장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1제어모듈에 연결되어 상기 스위칭부로 인가되는 스위칭신호를 검사하고 스위칭신호 모두에 오류가 감지되면, 상기 전원부의 전력공급을 차단하는 제어를 하는 제2제어모듈을 더 포함하는 레이저광원의 출력제어장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2제어모듈은,
   상기 제1제어모듈로부터 비반전입력단으로 스위칭신호를 입력받는 제1연산증폭기와,
   반전입력단이 상기 제1연산증폭기의 출력단과 연결된 제2연산증폭기와,
   상기 제1연산증폭기와 상기 제2연산증폭기 사이에 연결된 저항, 및
   상기 저항과 상기 제2연산증폭기 사이에 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 레이저광원의 출력제어장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전원부와 상기 스위칭부 사이의 상기 전력공급선로에 배치되어 상기 전원부의 공급전력을 조절하는 전력변환모듈을 더 포함하는 레이저광원의 출력제어장치.
9. 전원부;
   상기 전원부로부터 전력을 제공받아 동작하는 레이저광원; 및
   상기 전원부와 상기 레이저광원 사이에서 전력을 제어하여 상기 레이저광원의 출력을 조절하는 제1항 내지 8항 중 어느 한 항의 출력제어장치를 포함하는 레이저포인터.
   

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