(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１を超える数の走査平面で監視領域（２０）内の物体を検出するための光電センサ（１０）であって、光線（１６）を発射するための発光器（１２）、回転運動を生じさせるための駆動部（２８）、前記光線（１６）を周期的に変更させるために前記駆動部（２８）により回転軸（３０）を中心として回転させることが可能な偏向ユニット（１８）、前記回転運動と共に前記偏向ユニット（１８）の傾動を生じさせるために前記駆動部（２８）に結合された傾動ユニット（４２ｂ、４４）、前記監視領域（２０）において拡散反射又は直反射された光線（２２）から受光信号を生成するための受光器（２６）、及び前記受光信号に基づいて物体を検出するように構成された評価ユニット（５２）を備える光電センサ（１０）において、
前記傾動ユニット（４２ｂ、４４）がプロファイルホイール（４４）を備え、該プロファイルホイール（４４）のプロファイルが前記偏向ユニット（１８）の案内要素（４８）と係合しており、その結果前記傾動が生じること、及び、前記プロファイルホイール（４４）が減速機（４２）を介して前記駆動部（２８）に結合され、その結果前記駆動部（２８）の回転運動と共に一定の減速比で回転すること、及び
前記プロファイルホイール（４４）がカム板として構成され、該カム板（４４）が複数の弓形部を有し、その半径が各弓形部では一定であるが弓形部同士の間では異なり、更にその間に調整領域が挟まれているか、或いは、前記プロファイルホイール（４４）が高さプロファイルホイールとして構成され、該高さプロファイルホイール（４４）がそれぞれ一定の高さを有する複数の部分領域に分割され、該高さが部分領域ごとに変えられていること
を特徴とする光電センサ（１０）。
【請求項２】
前記減速機（４２）が、回転軸（３０）の周囲に配置された固定式のウォームギヤ（４２ａ）と、該ウォームギヤ（４２ａ）に側方から食い込んだ傾動ユニット（４２ｂ、４４）側の歯車（４２ｂ）とを備えるウォームギヤ型減速機として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記減速機（４２）が、回転軸（３０）に対して直交配置された固定式のトーラス状ホイール（４２ａ）であって、渦状に延在する歯をそのホイール面に有するトーラス状ホイール（４２ａ）と、該トーラス状ホイール（４２ａ）に対して垂直な方向に前記渦状の歯に食い込む傾動ユニット側の歯車（４２ｂ）とを備えるトーラス型減速機として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ（１０）。
【請求項４】
前記プロファイルホイール（４４）がカム板として構成され、前記歯車（４２ｂ）と共に一軸上で回転することを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ（１０）。
【請求項５】
前記減速機（４２）が、回転軸（３０）の周りに固定して配置された第１歯車（４２ａ）とそれに隣接した第２歯車（４２ｂ）とを備える平歯車として構成され、該第２歯車（４２ｂ）が前記第１歯車（４２ａ）に食い込むことにより前記回転軸（３０）に平行な軸を中心として回転することを特徴とする請求項１に記載のセンサ（１０）。
【請求項６】
前記プロファイルホイール（４４）が高さプロファイルホイールとして構成され、前記第２歯車（４２ｂ）と共に一軸上で回転することを特徴とする請求項５に記載のセンサ（１０）。
【請求項７】
１を超える数の走査平面で監視領域（２０）内の物体を検出する方法であって、光線（１６）が発射され、前記監視領域（２０）において拡散反射又は直反射された光線（２２）から受光信号が生成され、物体を検出するために該受光信号が評価され、前記光線（１６）が偏向ユニット（１８）の作用により前記監視領域（２０）を周期的に走査し、駆動部（２８）により前記偏向ユニット（１８）に回転運動をさせると同時に、該駆動部（２８）に結合された傾動ユニット（４２ｂ、４４）を用いて前記偏向ユニット（１８）の傾動を生じさせる方法において、
前記傾動ユニット（４２ｂ、４４）のプロファイルホイール（４４）が前記偏向ユニット（１８）の案内要素（４８）と係合していること、そして、該プロファイルホイール（４４）が減速機（４２）を介した前記駆動部（２８）との結合を通じて該駆動部（２８）の回転運動と共に一定の減速比で回転すること、により前記回転運動から前記傾動が生じること、及び
前記プロファイルホイール（４４）がカム板として構成され、該カム板（４４）が複数の弓形部を有し、その半径が各弓形部では一定であるが弓形部同士の間では異なり、更にその間に調整領域が挟まれているか、或いは、前記プロファイルホイール（４４）が高さプロファイルホイールとして構成され、該高さプロファイルホイール（４４）がそれぞれ一定の高さを有する複数の部分領域に分割され、該高さが部分領域ごとに変えられていること、により複数の走査平面が走査されること
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の光電センサ、及び請求項１０のプレアンブルに記載の監視領域内の物体の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャナは様々な監視及び測定の仕事に用いられる。そのために、走査光線（スキャン光線）が領域を走査し、そこで拡散反射又は直反射された光が評価される。物体の距離、輪郭又は側面像に関する情報を得るために、通例、物体の有無の確定だけでなくその距離の測定も同時に行われる。このような測距用レーザスキャナは光通過時間の原理に従って作動する。この方法では、スキャナから監視対象空間へ発射された光が戻ってくるまでの所要時間が測定され、光速を用いて距離データが算出される。
【０００３】
光通過時間法としては、位相ベースの方法とパルスベースの方法という、２種類の方法が広く用いられている。位相ベースの方法では、発光器により走査光線が変調され、受光された走査光線の位相と基準位相との間の差が算出される。パルスベースの方法では、特徴的なパターン（例えば、数ナノ秒という狭い幅のパルス）が走査光線に刻印され、そのパターンの受信時点が特定される。一般にパルス平均法と呼ばれる方法では、複数のパルス又は一連のパルス列が送出され、受信されたパルスが統計的に評価される。
【０００４】
公知のレーザスキャナは、１つの監視平面の全体又は一部を周期的に走査するために、回転鏡又はポリゴンホイールを備えている。しかし、多くの用途では、単なる１つの平面の走査ではなく３次元的な空間領域の走査が必要である。従来の解決策の１つは、例えば特許文献１にあるように、レーザスキャナと物体との間に相対運動を生じさせるというものである。しかし、この方法は多大なコストを要するし、このように制御された相対運動を行うのに全く適していない用途も多い。
【０００５】
測定対象に対してレーザスキャナを相対運動させずに済むように、レーザスキャナを更に改良して３次元スキャナとしたものがある。３次元スキャナの実現に向けた例として、傾斜の異なる複数のカット面を有する格子状ミラーを偏向ユニットとして用いることにより複数の平面を走査できるようにした装置がある。この構成では、それぞれ１つのカット面に付随した複数の走査平面の間に角度の違いが生じる。その一方で、各走査平面の走査角度範囲はカット面の角度部分（典型的には１００度未満）に制限される。更に、実際には中央の走査平面しか「平らな面」にならないという不利な効果もある。これは、カット面の傾きが大きくなるほど、走査平面が構造上の制約を受けて非対称に曲がるからである。特に、走査平面が扇形に大きく広がると、走査線が湾曲してほとんど使い物にならなくなる。
【０００６】
別の解決の手掛かりとして、追加の偏向ユニットを用いることが知られている。このユニットは、多くの場合、走査光線を第２の方向へ偏向させる揺動鏡の形で構成される。これにより走査平面の方向を変えることができる。しかし、２つの偏向ユニットを使用すると、コストが増大する上、より大きな組み立て空間が必要となる。それゆえ光学的及び機械的なコストが増大し、加えて発光信号及び受光信号の更なる損失が生じる。特許文献２に記載の追加的な揺動鏡を用いた特殊な解決策では、回転鏡の３６０度の走査範囲が分割される。前方の角度範囲では従来の方法で１つの平面が走査される。後方の角度範囲では、走査光線が何度か方向転換された後、揺動鏡に入射する。揺動鏡は回転鏡の偏向方向に交差する方向に揺動する。こうして、後方の角度範囲においては平面ではなく３次元空間の一部が走査される。
【０００７】
３次元的な走査領域の監視は、回転鏡、つまり回転軸及び走査平面を、その回転運動に加えて傾き運動をさせることによっても達成される。例えば、特許文献３に記載の装置では、発光器、受光器及び回転鏡を含む走査ユニット全体が偏向用円盤の上に設置されている。この偏向用円盤の向きを変えることで走査平面を変化させ、その結果全体として３次元空間領域の監視が行われる。しかし、この構成は偏向用円盤及び追加の傾動用駆動装置のために多大なコストがかかる。特許文献４には物体の３次元的な検出を行うための別のレーザレーダ装置が開示されている。この装置の偏向ユニットは、同文献で提案された多数の機構により追加的に傾動される。そのために、傾動部のための幾つかの実施形態では、回転モータに加えて、例えば回転鏡に直接接触した回転式カムを含む第２の駆動部が用いられる。しかし、それに応じて第２の駆動部を設け、制御し、同期させる必要がある。別の実施例では、案内軌道の中空プロファイル内を走行するコロを有する２つの回転アームが、径方向に１８０度の角度で対向した状態で偏向ユニットから外へ延伸するように配置されている。これにより、案内軌道の形状によって強制的に決まる傾き運動が回転運動に重畳される。しかし、その案内軌道は、走査パターンを１回転分よりも大きく拡張して、例えば複数平面型スキャナを構成するという場合に適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 197 41 730 B4
【特許文献２】DE 20 2009 012 114 U1
【特許文献３】DE 10 2008 032 216 A1
【特許文献４】EP 1 965 225 A2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記背景技術に鑑みて成された本発明の課題は、簡単な手段によって光電センサの監視領域を拡大できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１に記載の光電センサ及び請求項１０に記載の監視領域内の物体の検出方法により解決される。本発明に係るセンサは、その偏向ユニットが、回転運動だけでなく、その回転軸ひいては走査平面が変化するような傾き運動を行うことにより、２つ以上の走査平面を監視する。これにより、偏向ユニットの単なる回転により生じる走査平面（スキャン平面）よりも大きな空間領域を簡単な手段で監視することができる。本発明の基礎を成す技術思想は、前記回転運動と傾き運動を減速機により相互に結合するということにある。この減速機は、一定の減速比により、偏向ユニットよりも低速でプロファイルホイールを回転させる。案内要素がプロファイルの形状を偏向ユニットの傾動操作部へ伝える。減速機による減速比に応じて傾き運動が偏向ユニットの回転の複数回分にわたるため、この傾き運動を通じて複数の異なる走査平面が設定される。なお、案内要素に対して抗力を及ぼし、該要素を常にプロファイルに把持された状態で保持するために、バネ又は類似の要素を設けることが好ましい。遊びのない案内を実現する方法は他にも考えられる。
【００１１】
レーザスキャナの場合、物体の検出は通例、冒頭で触れた光通過時間法による距離の測定、角度エンコーダを通じた偏向ユニットの回転角の測定、及び、該回転角と角度に応じた傾き運動の既知の推移とに基づく傾き角の算定という手順を含む。これにより、３次元球面座標の半径及び２つの角度が定まる。
【００１２】
本発明には、走査平面を変えるために追加の駆動部や追加の偏向ユニットを設ける必要がないという利点がある。これにより、製造コストや組み立てサイズ、機械的な不具合の発生、そして消費電力を抑えることができる。傾き運動の基準となる形状を予め定めておくことにより、その都度の用途に適合した走査が可能となる。減速機とプロファイルホイールによって信頼性が高く調和のとれた傾き運動が生じ、しかもその傾き運動は頑強且つ整備不要な方法で作り出される。
【００１３】
プロファイルホイールはカム板として構成されていることが好ましい。この場合、案内要素はカム板の外周上を走行し、それによりカム板の様々な半径をそれに対応した偏向ユニットの傾き角へ変換する。従って、カム板の形状を予め定めておくことで、非常に簡単に所望の傾き運動ひいては走査パターンを作り出すことができる。
【００１４】
カム板は複数の弓形部を有し、その半径は各弓形部では一定であるが弓形部同士の間では異なり、更にその間に調整領域が挟まれていることが好ましい。半径が一定の領域、つまり円弧状の領域内では、傾き角は変化しない。従って、各弓形部の半径を通じて１つの走査平面が決まり、それにより、弓形部同士の半径の違いに対応して相互に離間して張り出した複数の走査平面が確定する。こうして複数平面型スキャナが得られる。調整領域は半径を適宜増大又は減少させることによって弓形部毎の半径の違いを補うものであり、できれば、カム板全体の輪郭を滑らかにして、傾き運動が静穏に生じるようにする。もっとも、カム板はどのような形状でもよく、例えば半径が常時変化するような形状でもよい。このようにすると、傾きが連続的に変化するため、もはや本来の意味での複数の平面は存在せず、回転運動と傾き運動の重畳により決まるただ１つの空間領域が走査光線により検出されることになる。
【００１５】
別の好ましい実施形態においては、プロファイルホイールが高さプロファイルホイールとして構成されている。この場合、案内要素は、カム板の場合のように外周上を走行するのではなく、ホイール面の上を走行する。このホイール面は平らではなく、所望の傾動パターンに応じて高さが変化するプロファイル（高さプロファイル）を有している。高さプロファイルホイールの可能な形態についてはカム板の場合と同様のことが言える。例えば、高さプロファイルホイールにおいても、複数平面型スキャナを実現するために、そのプロファイルをそれぞれ一定の高さを有する複数の部分領域に分割し、その高さを部分領域ごとに変えることができる。この場合、部分領域の間に移行領域として上り又は下りの傾斜が設けられ、ここで案内要素の高さが切り替わる。この形態では転がり摩擦しか生じないため、機械装置が特に摩耗に強くなる。
【００１６】
好ましくは、減速機が、回転軸の周囲に配置された固定式のウォームギヤと、該ウォームギヤに側方から食い込んだ傾動ユニット側の歯車とを備えるウォームギヤ型減速機として構成される。実際にウォームギヤを用いる場合、らせん状に延在する歯をシャフトに設け、らせん状の歯に前記歯車を側面から食い込ませることになる。この場合、歯車がプロファイルホイールと共に一軸上で回転するようにすることが好ましい。
【００１７】
別の形態では、減速機が、回転軸に直交配置された固定式のトーラス（円環体）状ホイールであって、渦状に延在する歯をそのホイール面に有するトーラス状ホイールと、該トーラス状ホイールに対して垂直な方向に前記渦状の歯に食い込む傾動ユニット側の歯車とを備えるトーラス型減速機として構成される。この形態では、駆動シャフトを取り巻く円柱側面にらせんが形成されるのではなく、円環状の面上に渦状に延在する歯が形成される。前記歯車は渦状の歯に上側から食い込み、その歯の中で滑りながら回転する。トーラス型減速機は特にコンパクトで、整備が不要であり、動作が滑らかである。
【００１８】
前記２つの形態のいずれにおいても、プロファイルホイールはカム板として構成され、前記歯車と共に一軸上で回転することが好ましい。つまり、ウォームギヤ型減速機及びトーラス型減速機のいずれも回転を９０度ずれた回転軸へ伝えるものであり、この方向を向いて回転するカム板は、直線状の案内要素を通じて偏向ユニットを傾動させるのにまさに適している。
【００１９】
別の代案においては、減速機が、回転軸の周りに固定して配置された第１歯車とそれに隣接した第２歯車とを備える平歯車として構成され、該第２歯車が前記第１歯車に食い込むことにより前記回転軸に平行な軸を中心として回転する。このような減速機は特に簡単である。
【００２０】
この場合、前記プロファイルホイールは高さプロファイルホイールとして構成され、第２歯車と共に一軸上で回転することが好ましい。平歯車は回転を９０度ずれた回転軸ではなく平行な回転軸へ伝えるものであり、それゆえ、直線状の案内要素を通じてプロファイルホイールの回転運動を偏向ユニットの傾き運動に変換するには、カム板は好適ではなく、高さプロファイルホイールが適している。高さプロファイルは直接第２歯車上に予め設けておくことができる。このような一体型の構成にすれば部品が１つ減る。
【００２１】
本発明に係る方法は、前記と同様のやり方で仕上げていくことが可能であり、それにより同様の効果を奏する。そのような効果をもたらす特徴は、例えば本願の独立請求項に続く従属請求項に記載されているが、それらに限定されるものではない。
【００２２】
以下、本発明について、更なる特徴及び利点をも考慮しつつ、模範的な実施形態に基づき、添付の図面を参照ながら詳しく説明する。図面の内容は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】偏向ユニットをその回転と共に傾動させるための減速式伝動装置を有するレーザスキャナの断面図。
【図２】ウォームギヤ型減速機を介した回転と傾動の結合の実施形態の３次元図。
【図３】偏向ユニットの案内要素とウォームギヤ型減速機により回転運動に結合されたカム板との係合を示す、図２の一部拡大図。
【図４】トーラス型減速機を介した回転と傾動の結合の実施形態の３次元図。
【図５】偏向ユニットの案内要素とトーラス型減速機により回転運動に結合された高さプロファイルホイールとの係合を示す、図４の一部拡大図。
【図６】平歯車型減速機を介した回転と傾動の結合の実施形態の３次元図。
【図７】偏向ユニットの案内要素と平歯車型減速機により回転運動に結合されたカム板との係合を示す、図６の一部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１はレーザスキャナ１０の断面図である。物体検出用の光電センサの個々の要素の配置については他にも様々なものが考えられ、それらも本発明に含まれる。特に、レーザスキャナには様々な構成のものが知られており、そのいずれからでも適宜の変更を通じて本発明のレーザスキャナを得ることができる。従って図１は単に模範的なものと理解すべきである。
【００２５】
発光器１２（例えばＬＥＤ又はレーザダイオード）は発光光学系１４を介して発射光線（走査光線）１６を送出する。この光線は偏向ユニット１８に当たって方向転換した後、レーザスキャナ１０から監視領域２０へと射出する。走査光線１６が物体に当たると、直反射光又は拡散反射光２２がレーザスキャナ１０へと戻り、偏向ユニット１８に当たって再び方向転換した後、受光光学系２４により受光器２６上に収束される。なお、例えば回転に強い鏡胴（図示せず）を偏向ユニットに固定して発射光線１６を取り囲むことにより発光路と受光路を分離することも考えられる。
【００２６】
駆動部２８が回転軸３０を中心として偏向ユニット１８を回転させる。各時点における角度位置がエンコーダ（例えばフォーク状光遮断機３２ａと目盛り板３２ｂを備えるもの）により測定される。偏向ユニット１８と回転軸３０の間の傾き角が一定であれば、回転運動の間、走査光線１６は回転軸３０に対して垂直な走査平面を周期的に走査する。
【００２７】
しかし、本実施形態の偏向ユニット１８は、矢印３６で示したように、連結点３４を中心として傾動可能に設置されているため、矢印３８で示したような角度のずれが走査光線１６に生じる。従って、単純な走査平面ではなく、回転と傾動の重畳の状態に応じた走査曲線を有する空間領域が捕らえられる。
【００２８】
偏向ユニット１８の傾き運動もまた回転運動と同じく駆動部２８により作り出される。そのために、駆動部２８のシャフト４０の回転が減速式伝動装置（以下、減速機）４２を介してプロファイルホイール４４へ伝えられる。つまり、プロファイルホイール４４は矢印４６で示したようにシャフト４０と共に回転するが、その回転速度は減速比に応じて低くなる。プロファイルホイール４４の回転軸は減速機４２の種類に依存し、例えばシャフト４０の回転軸３０に垂直又は平行にすることができる。プロファイルホイール４４はその名前の通り所定のプロファイル（側面又は断面の輪郭）を有し、その形状は、プロファイルホイール４４のプロファイルと係合している案内要素４８が、矢印５０で示したようにプロファイルホイール４４の回転に従って上下に動くように決められている。一方、案内要素４８は偏向ユニット１８と係合しているか、あるいは該ユニットと連結されており、自身の上下動に応じて偏向ユニット１８に傾き運動をさせる。
【００２９】
以上のようにして、１つの共通のアクチュエータだけで偏向ユニット１８の回転運動のみならず傾き運動も生じさせる。原理的にはプロファイルホイール４４のために専用の駆動部を設けることも考えられるが、上記構成の方がはるかにコンパクトでコストが安い。なお、図１では減速機４２、プロファイルホイール４４及び案内要素４８が単に概略的に描かれている。これを具体的な機械要素でどのように実現できるかについては、後ほど図２〜図７を参照して様々な事例を提示する。
【００３０】
傾き運動により様々な走査パターンが可能となる。複数平面型スキャナという好ましい構成においては、傾動により走査平面を切り替えつつ、各切り替えの後で一定時間傾動を停止することで、設定された傾き角に対応する平面を走査する。プロファイルホイール４４は、シャフト４０が１回転する度に、減速機４２の減速比に応じた速度で前方へ回転する。例えば、４通りの姿勢に対応したスキャナであれば減速比４：１が選ばれる。この場合、シャフト４０が１回転する度にプロファイルホイール４４が９０度だけ前方へ回転する。プロファイルは、この９０度の大部分においてその時点の傾き角が一定にとどまる一方、残りの狭い部分においては次の平面に向けて新たな傾き角への調節が行われるように形成される。シャフト４０が４回転するとプロファイルホイール４４も完全に１回転し、走査パターンが繰り返される。
【００３１】
このような複数平面型スキャナでは、回転運動の角度領域のうち、新たな傾き角への調整が行われる角度領域はどの走査平面にも属さない。他方、そもそもほとんどのレーザスキャナは３６０度にわたる検出を行うわけではなく、一定の死角がある。そこで、傾き角の調整領域をその死角に配置することが好ましい。このようにすれば、全ての走査平面において３００度以上の走査角度が達成可能である。用途によっては、調整領域さえも測定技術的に利用して３６０度にわたる検出を行うことができる。
【００３２】
当然ながら傾き運動はこの例に限定されない。まず、減速機４２の減速比やプロファイルホイール４４のプロファイルを変えることにより、走査平面の数を３つ以下にしたり、非常に大きな数にしたりすることができる。一般に、用途の要求に応じてほぼ任意の空間パターンが実現可能である。例えば、平らな壁面に直線的な走査線を実現したり、二重円錐をらせん状に走査したりできる。
【００３３】
プロファイルホイール４４が完全に１回転した後、上記のような連続的な回転運動及び傾き運動が特別な反転動作なしで繰り返される。これにより、調和のとれた、静穏で寿命の長い運転が行われる。全ての摩擦運動は単にボールベアリング等の強度が高くて動作の滑らかな部品を用いて拡散させることが可能であり、傾動には板バネが利用できる。偏向ユニット１８、案内要素４８及びプロファイルホイール４４の間の結合等、各箇所の結合はそれぞれバネ等の要素を用いて遊びのない好ましい状態に保つことができる。
【００３４】
さて、具体的な実施例をいくつか説明する前に、図１に従ってレーザスキャナ１０の説明を済ませておく。発射光線１６を発生させるため、そして受光器２６において拡散反射光２２から生成される受光信号を評価するために、制御及び評価ユニット５２が発光器１２及び受光器２６と接続されている。受光信号の評価において、物体が検出されたか否かが確認される。制御及び評価ユニット５２は更に駆動部２８を制御し、エンコーダ３２ａ−ｂから角度信号を受け取る。
【００３５】
制御及び評価ユニット５２は物体の検出とともに位置の測定も行うことが好ましい。そのために、球面座標の３つの値が特定される。まず距離は、冒頭で触れた光通過時間法で測定される。物体検出のための回転運動に関する第１の角度はエンコーダ３２ａ−ｂの出力から直接分かる。第２の角度は制御及び評価ユニット５２により傾き角として測定される。そのために、プロファイルホイール４４の各回転位置と傾き角との関係をパラメータ化しておくか、記憶させておく。プロファイルホイール４４の最新の回転位置は、減速機４２を介して、エンコーダ３２ａ−ｂにより測定されるシャフト４０の回転位置と直接関連付けられている。従って、制御及び評価ユニット５２は、前記回転位置と傾き角との関係から第２の角度も知ることができる。なお、減速機４２による減速があるため、シャフト４０の回転位置の検出は１回転を超えて行う必要がある。例えば、４通りの姿勢に対応したスキャナの場合のように減速比が４：１であれば、回転位置は４×３６０度＝１４４０度に及ぶ。なお、プロファイルホイール４４の回転位置又は偏向ユニット１８の傾き角を別のセンサで、あるいは発射光線１６を通じて測定することも考えられる。
【００３６】
評価の結果は、例えば、特に安全技術的な用途のための二値的な物体確認信号、検出座標付きの物体リスト、あるいは２次元又は３次元の生画像等、所望の形で出力５４に供給される。
【００３７】
レーザスキャナ１０は、光線１６及び２２の出射領域及び入射領域に前面ガラス５８を有するケーシング５６により防護されている。前面ガラス５８は、例えば可視光、赤外光及び／又は紫外光等、使用する波長に対して透明である。
【００３８】
図２はウォームギヤ型減速機を介した回転と傾動の結合の実施形態を３次元図で示している。装置の下部は静止部分であって、図では単に固定した台座として描かれ、その詳細を示す代わりに駆動部２８の参照符号が付されている。上部は回転鏡として構成された偏向ユニット１８であって、内部に延在する（従ってこの図では見えない）シャフト４０により、鏡ホルダ６０と共に回転駆動される。このウォームギヤ型減速機は、前記静止部分に固定され、静止したウォームギヤ４２ａと、鏡ホルダ６０と共に駆動される歯車４２ｂとを含む。ウォームギヤ４２ａはシャフト４０を通すための孔を内部に有し、歯車４２ｂはウォームギヤ４２ａに食い込んでいる。プロファイルホイール４４は歯車４２ｂとともに一軸上で回転するか、該歯車４２ｂと共通の部品として（本実施形態ではカム板として）形成される。案内要素４８は従動輪６２を用いてプロファイルホイール４４の外周上に乗っており、接触箇所におけるプロファイルホイール４４の半径に応じて、偏向ユニット１８を連結点３４に対して所定の傾き位置へと押し動かす。回転軸に対する回転質量のバランスをとるために、鏡ホルダ６０は歯車４２ｂの反対側に重り６４を備えている。
【００３９】
図３は図２に示したプロファイルホイール４４と案内要素４８の結合部分の拡大図である。歯車４２ｂのウォームギヤ４２ａへの食い込みにより、プロファイルホイール４４が偏向ユニット１８の回転軸に垂直な軸を中心として回転駆動される。減速機４２の減速比に応じて、プロファイルホイール４４は、例えば偏向ユニット１８の３回転又は４回転に対して１回転という低速で回転する。これにより、適宜減速された傾き運動が偏向ユニット１８の回転運動に重畳される。この傾き運動は複数回の回転の後に繰り返される。
【００４０】
プロファイルホイール４４はそれぞれ一定の半径を有する複数の弓形部（セグメント）に分かれた好ましい構造を有している。従動輪６２がプロファイルホイール４４の一定半径の部分を通過する間、傾き角は一定に保たれ、特定の平面が走査される。弓形部と弓形部の間には正又は負の傾斜を有する領域があり、ここで弓形部同士の間の一定半径の差を補うことにより新たな傾き角が設定される。調整領域におけるその都度のストロークを小さく保つことによって、傾き運動つまりは偏向ユニット１８全体の運動が非常に滑らかに維持される。例えば４つの走査平面が２．５度ずつずれた傾き角で設定される。
【００４１】
反転動作の際にも傾き角の変化を小さく保つため、走査平面を上り及び下りの階段状にずらして設定してもよい。例えば７つの走査平面がある場合、角度が−７．５度、−２．５度、＋２．５度、＋７．５度、＋５度、０度、−５度と順次設定される。このようにすれば、７．５度から−７．５度まで全体で１５度という最大の傾動が最後に生じることが回避され、全てのストロークが５度以下に抑えられる。
【００４２】
図４はトーラス型減速機を介した回転と傾動の結合の実施形態を３次元図で示している。図５はそれに付随した拡大図であって、図４のプロファイルホイール４４と案内要素４８の結合を示している。なお、本明細書全体に共通のことであるが、図中の同一の参照符号は同一又は相互に対応する特徴部分を示している。
【００４３】
図２及び図３の実施形態とは異なり、本実施形態では、らせん状ではなく渦状に延在する歯を有するトーラス板４２ａが減速機４２の固定部分となっている。原理的には、これは１本のウォームギヤの円柱側面上に３次元的に形成された歯をトーラス板の円形の平面へ向けて上から押しつぶしたものである。トーラス型減速機は、構造の高さがより低く、また特に滑らかに、緊密に結合した状態で作動することが可能である。なお、減速機が異なることを除けば、図２及び図３の実施形態と図４及び図５の実施形態は大部分が相互に対応する。例えば、トーラス型減速機の場合でも、歯車４２ｂはシャフト４０の回転軸に垂直な軸を中心として回転する。同様にプロファイルホイール４４はカム板として構成され、そのためにあらゆる幾何学的な形態が考えられる。
【００４４】
図６は平歯車型減速機を介した回転と傾動の結合の実施形態を３次元図で示している。図７はそれに付随した拡大図であって、図４のプロファイルホイール４４と案内要素４８との結合を示している。この実施形態もまた、前述の各実施形態と大部分が対応している。
【００４５】
ただし、本実施形態の減速機４２は、シャフト４０（図６ではこれが内部にあって見えないため、参照符号でその位置だけを示している）上に配置された第１歯車４２ａと、該第１歯車４２ａと噛み合って平歯車を構成し、偏向ユニット１８とともに動く第２歯車４２ｂとを備える平歯車型減速機である。平歯車型の噛み合いであるため、第２歯車４２ｂは回転軸３０に平行な軸を中心として回転する。そのため本実施形態のプロファイルホイール４４はカム板ではなく、高さプロファイルホイールという好ましい形態で構成されている。つまり、板の外周における半径を変化させるのではなく、プロファイルホイールの面上に高さプロファイルを配置することによってプロファイルが設定されている。図７から容易に分かるように、この高さプロファイルは、与えられた幾何学的な形状によって案内要素４８に所望の上下動を行わせる。高さプロファイルは第２歯車４２ｂ上に直接形成してもよい。このようにすれば追加の部品が不要となる。
【００４６】
以上、ウォームギヤ型、トーラス型及び平歯車型という３つの減速機の例においてカム板又は高さプロファイルホイールで示したように、図１に概略的に示した本発明の構成には置き換え可能な部分が数多く存在する。また、特に低速回転で低周波数の走査を行う場合に用いられるジェネバ機構型減速機等、他の減速機も考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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