(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光デバイス（１）であって、
前記デバイス（１）の動作中に少なくとも１つの動作ビーム（４）を供給する、電磁放射線の少なくとも１つの放射線源（２）と、
前記動作ビーム（４）を透過せず、かつ、出力開口部（６）を有するハウジング（３）と、を備え、
前記動作ビーム（４）を供給する前記放射線源（２）が、前記ハウジング（３）内に位置し、
前記動作ビーム（４）を供給する前記放射線源（２）及び前記出力開口部（６）が、前記デバイス（１）の作動中に前記動作ビーム（４）が前記出力開口部（６）を介して前記ハウジング（３）を出ることができるように配置され、
前記発光デバイスが、更に前記デバイス（１）の動作中に少なくとも１つの感知ビーム（１１）を供給する、電磁放射線の少なくとも１つの第２の放射線源（１６）と、  前記感知ビーム（１１）を検出する少なくとも１つの検出器（１４）と、
接触境界面（８）を有する少なくとも１つの感知用窓（７）と、を備え、
前記少なくとも１つの第２の放射線源（１６）及び前記少なくとも１つの検出器（１４）が、前記感知用窓（７）の全く同じ側に位置し、
反射体（１９）が、前記検出器（１４）と前記第２の放射線源（１６）とが位置する前記感知用窓（７）の前記側とは反対の前記感知用窓（７）の側に位置し、
前記検出器（１４）が、前記デバイス（１）の動作中に、前記感知ビーム（１１）を前記検出器（１４）に供給する前記少なくとも第２の放射線源（１６）からの経路上の前記感知ビーム（１１）が、前記感知用窓（７）の前記接触境界面（８）が空気と接触すると全内反射により前記感知用窓（７）の前記接触境界面（８）にて少なくとも一度反射されるように配置され、
前記発光デバイスが、更に前記動作ビーム（４）を供給する前記放射線源（２）及び前記検出器（１４）と通信し、かつ、前記検出器（１４）にて検出された前記感知ビーム（１１）に応答して前記動作ビーム（４）を供給する前記放射線源（２）の動作に影響を及ぼすように動作可能であるコントローラ（１５）を備える、発光デバイス。
【請求項２】
前記感知用窓（７）が、前記デバイス（１）の動作中に前記感知ビーム（１１）の導光体になる、請求項１に記載の発光デバイス（１）。
【請求項３】
前記感知用窓（７）が、前記感知ビーム（１１）の入側境界面（１２）になり、
前記接触境界面（８）に対する前記感知ビーム（１１）の前記入側境界面（１２）及び前記入側境界面（１２）での前記感知ビーム（１１）の入射角α１が、前記デバイス（１）の動作中に、前記感知ビーム（１１）が、前記接触境界面（８）が空気と接触すると前記接触境界面（８）において全内反射するように、配置される、請求項１〜２のいずれか一項に記載の発光デバイス（１）。
【請求項４】
前記感知用窓（７）が、前記感知ビーム（１１）の入側境界面（１２）になり、
前記接触境界面（８）に対する前記感知ビーム（１１）の前記入側境界面（１２）及び前記入側境界面（１２）での前記感知ビーム（１１）の入射角が、前記デバイス（１）の動作中に、前記感知ビーム（１１）が、前記接触境界面（８）が皮膚（５）と接触しても前記接触境界面（８）において全内反射しないように、配置される、請求項３に記載の発光デバイス（１）。
【請求項５】
前記感知用窓（７）が、前記ハウジング（３）の前記出力開口部（６）内に位置し、前記感知用窓（７）が、前記動作ビーム（４）及び前記感知ビーム（１１）を透過する材料で作製され、前記デバイス（１）動作中に、前記動作ビーム（４）が、前記感知用窓（７）を介して前記ハウジング（３）を出ることができる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光デバイス（１）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光デバイス（１）を備える、電磁脱毛装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイスの分野に関し、更には、家電機器、例えば、発光デバイスを含む電磁脱毛装置の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ脱毛又はレーザ脱毛技術は、毛を人の皮膚から除去するために、又は、新しい毛の成長を防止するためにさえ一般的に使用されている。電磁放射線の特定の波長領域における、毛、特に毛根の電磁吸収は、周囲の皮膚による吸収より大きい。したがって、選択された波長範囲の光で皮膚を治療するときに、毛根は、６０℃を上回る温度まで選択的に加熱することができ、新しい毛を生やす毛根の能力が失われる。したがって、光による治療は、人の皮膚での毛の成長を管理することが可能なり得る。
【０００３】
高出力の光源が必要であるために、レーザ脱毛は、長きにわたって専用の美容院及び診療所での使用に限定されている。
【０００４】
しかしながら、自宅で素人により使用されるべき家電機器としての電磁脱毛装置に対する要望がある。家電機器又は個人用ケア装置は携帯用装置のはずであるので、電磁毛髪除去装置には、安全上の諸問題の厳しい検討が必要である。
【０００５】
高出力光源を含む家電機器では、非管理のハウジングから漏れる強い光を回避するべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、消費者の眼に対する危険を低減する条件下でのみハウジングからのレーザ放射線の出射を可能にする発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、発光デバイスであって、デバイスの動作中に少なくとも１つの動作ビームを供給する、電磁放射線の少なくとも１つの放射線源と、出力開口部を有する、動作ビームを透過しないハウジングと、を備え、動作ビームを供給する放射線源が、ハウジング内に位置し、動作ビームを供給する放射線源及び出力開口部が、デバイスの動作中に動作ビームが出力開口部を介してハウジングを出ることができるように配置され、この発光デバイスが、更に、デバイスの動作中に少なくとも１つの感知ビームを供給する、電磁放射線の少なくとも１つの放射線源と、感知ビームを検出する少なくとも１つの検出器と、接触境界面を有する少なくとも１つの感知用窓と、を備え、検出器が、デバイスの動作中に、感知ビームを検出器に供給する放射線源からの経路上の感知ビームが、感知用窓の接触境界面が空気と接触すると全内反射により感知用窓の接触境界面にて少なくとも一度反射されるように配置され、この発光デバイスが、更に動作ビームを供給する放射線源及び検出器と通信し、かつ、検出器にて検出された感知ビームに応答して動作ビームを供給する放射線源の動作に影響を及ぼすように動作可能であるコントローラを備える、発光デバイスを提供する。
【０００８】
眼の安全は、感知用窓の少なくとも一部が空気のみと接触している限り動作ビームの危険な電磁放射線がデバイスから放射するのを防止することにより達成される。空気以外の物質、例えば人の皮膚が感知用窓の部分と接触するとすぐに、感知用窓の接触境界面での全内反射が乱されて、感知ビームのより少ない光が検出器に入射する。コントローラは、検出器に入射する光の量の変化に対する応答として、動作ビームを供給する放射線源の動作に影響を与えて、危険な放射線がデバイスのハウジングを出るのを防止する。
【０００９】
本発明の更なる態様は、本発明の第１の態様による発光デバイスを含む家電機器を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる態様による家電機器の実施例は、電磁脱毛装置である。
【００１１】
本発明の更に別の態様において、発光の方法であって、電磁放射線の少なくとも１つの動作ビームを生成する工程と、出力開口部を有する、動作ビームを透過しないハウジングを設置する工程とを含み、動作ビームが、ハウジングにおいて生成され、動作ビーム及び出力開口部が、デバイスの動作中に、動作ビームが、出力開口部を介してハウジングを出ることができるように配置され、この方法が、更に、電磁放射線の少なくとも１つの感知ビームを生成する工程と、感知ビームを検出する工程とを含み、感知用窓が、感知用窓の接触境界面が空気と接触すると感知用窓の接触境界面にて全内反射により検出され、この方法が、更に感知ビームの検出に応答して動作ビームの生成を制御する工程を含む、方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】レーザデバイスの前部の概略横断面図の例を示す図である。
【図２】レーザデバイスの一部の概略横断面図である。
【図３】レーザデバイスの一部の概略側面図である。
【図４】図３のレーザデバイスの概略上面図である。
【図５】レーザデバイスの一部の概略上面図である。
【図６】レーザデバイスの一部の更なる態様の概略上面図である。
【図７】レーザデバイスの一部の概略上面図である。
【図８】レーザデバイスの一部の概略側面図である。
【図９】図８に従ったレーザデバイスの概略上面図である。
【図１０】図８及び図９に従った感知窓の斜視図である。
【図１１】レーザデバイスの概略側面図である。
【図１２】レーザデバイスの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の態様において、運転ビームを供給する、電磁放射線の放射線源及び感知ビームを供給する、電磁放射線の放射線源は、全く同一の放出源とすることができる。
【００１４】
本発明の代替態様において、動作ビームを供給する放射線源及び感知ビームを供給する放射線源は、互いと別個、即ち、電磁放射線の少なくとも２つの別々の放出源とすることができる。
【００１５】
動作ビームの放射線源及び感知ビームの放射線源が単一の電磁放射線源により供給される場合、本発明の態様による放射線源は、実際のエミッタから出射された放射線を感知ビーム及び動作ビームに分割するビームスプリッタを含むことができる。
【００１６】
本発明の別の態様において、感知ビーム並びに動作ビームが単一の源により供給され、放射線源は、移動可能又は切替え可能なミラーを含むことができる。
【００１７】
本発明の態様において、動作ビームの放射線源は、レーザとすることができる。
【００１８】
本発明の別の態様において、感知ビームの第２の放射線源は、発光ダイオードとすることができる。
【００１９】
本発明の更なる態様は、感知ビームの第２の放射線源がレーザダイオードであってもよい。
【００２０】
本発明の態様において、検出器は、電気出力信号を供給する任意の種類の放射線感応素子とすることができる。態様において、検出器は、半導体検出器とすることができる。半導体検出器の例は、フォトダイオード及びフォトトランジスタである。本発明の態様において、検出器は、単一の画素デバイスとすることができるが、本発明の別の態様では、検出器は複数の画素を有するデバイスであってもよい。例えば、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラは、複数の画素を有する検出器として使用することができる。本発明の更なる態様において、検出器は、皮膚検出器とすることができる。
【００２１】
本発明の態様において、感知用窓は、デバイスの動作中に感知ビームの導光体になる。導光体は、動作ビームの均質性を促進することができる。
【００２２】
本発明の態様は、感知用窓が感知ビームの入側境界面になることができることであり、接触境界面に対する感知ビームの入側境界面及び入側境界面での感知ビームの入射角は、デバイスの動作中に、接触境界面が空気と接触すると感知ビームは接触境界面において全内反射するように、配置される。
【００２３】
屈折率での全内反射は、臨界角αｃｒｉｔより大きいより高い屈折率ｎｈを有する媒体の方向から境界面に入射する光ビームの入射角については境界面の反対側上の材料のｎ１より高い屈折率ｎｈを有する媒体の間で境界面にて発生することができる。臨界角αｃｒｉｔは、
【００２４】
【数１】
0006033867.tif 000002
として決定することができる。
【００２５】
感知用窓の接触境界面が組織、例えば、皮膚と接触すると、全内反射が発生するための臨界角は、例えば、皮膚は、大気屈折率よりかなり高いほぼ１．４のｎ皮膚の屈折率を有するので大幅に変化し、このような、接触境界面での感知ビームの入射角が正しく選ばれた場合、接触境界面が組織、例えば、皮膚と接触すると、全内反射は消える。
【００２６】
したがって、本発明の態様において、感知用窓は、感知ビームの入側境界面になることができ、接触境界面に対する感知ビームの入側境界面及び入側境界面での感知ビームの入射角は、デバイスの動作中に、接触境界面が空気と接触しても感知ビームは接触境界面において全内反射しないように、配置することができる。
【００２７】
本発明の態様において、感知用窓は、ほぼ１．４９の屈折率を有する、ＰＭＭＡとして示すことが多いポリメタクリル酸メチルで作製することができる。
【００２８】
本発明は、発光デバイスが安全な条件下で操作されない場合、危険な放射線が動作ビームを供給する放射線源が位置するハウジングから発するのを防止することができる。動作ビームを供給する放射線源を収容するハウジングの出力開口部が皮膚と接触すると、動作ビームを供給する放射線源を収容するハウジングは、皮膚とともに、眼に危険な放射線の漏れが発生しそうにない密閉容積部を形成するため、安全であると考えることができる。
【００２９】
したがって、本発明の態様において、感知用窓は、ハウジングの出力開口部の近傍に位置することができる。感知用窓及びハウジングの出力開口部が互いの近傍に位置する場合、感知用窓が組織と接触すると、出力開口部も組織と接触するか又は組織により覆われて、危険な放射線がハウジング及び皮膚により形成された密閉容積部から漏出するのを防ぐ。
【００３０】
本発明の別の態様は、感知用窓がハウジングの出力開口部内に位置することができることであり、感知用窓はデバイスの動作中に動作ビーム並びに感知ビームを透過する材料で作製され、デバイスの動作中に、動作ビームは、感知用窓を介してハウジングを出ることができる。
【００３１】
少なくとも部分的に全く同じであるか又は重なり合う動作ビームのためのハウジングの出力開口部の領域及び感知ビームの領域は、検出器での感知ビームの状態、即ち、出力レベルから、ハウジングの開口部が組織と接触しているどうか確実に予測する手助けとなることができる。
【００３２】
本発明の態様において、動作ビームを供給する放射線源及び検出器と通信するコントローラは、接触境界面での内反射が発生しない、即ち、感知用窓の接触境界面が組織と接触していることが検出器にて検出されると、動作ビームを供給する放射線源の出力を高めるように動作可能とすることができる。
【００３３】
本発明の別の態様は、動作ビームを供給する放射線源及び検出器と通信するコントローラは、感知用窓が組織と接触していない、即ち、接触境界面での感知ビームの全内反射が発生し、検出器に入射する感知ビームの高い電力レベルが発生することが検出器にて検出されると、動作ビームをオフにするように動作可能とすることができることである。
【００３４】
本発明の態様において、動作ビームを供給する放射線源及び感知ビームを供給する放射線源は、動作ビームが第１の波長を有し、感知ビームが第２の波長を有するように配置することができ、第１の波長及び第２の波長は、互いに異なり、検出器は、感知ビームの第２の波長についてのみ感応する。
【００３５】
感知ビームの第２の波長についてのみ検出器の感度をもたらすと、全ての他の放射線の効果的な抑制が発生し、したがって、背景なし又は背景が低減された感知ビームの測定が検出器にて行われる。
【００３６】
本発明の態様において、感知ビームの少なくとも１つの第２の放射線源及び最低１つの検出器が、感知用窓の反対側に位置する。
【００３７】
本発明の別の態様において、感知ビーム及び少なくとも１つの検出器を供給する少なくとも１つの放射線源は、感知用窓の全く同じ側で位置することができ、感知ビームの第２の放射線源及び検出器と反対の感知用窓の側に、感知ビームを偏向させる反射体が位置する。
【００３８】
反射体を感知ビームのビーム経路内に設置すると、感知用窓の接触境界面でのビームのビーム成形が可能である。したがって、本発明の別の態様は、反射体は、反射された感知ビームが感知用窓の接触境界面上の延長された領域を覆うように設計することができることである。
【００３９】
本発明の別の態様において、反射体は、反射される感知ビームは、感知用窓を介してハウジングを出る動作ビームの横断面領域と全く同じか又はこれより小さい接触境界面上の領域を覆うように設計することができる。本発明の態様において、反射体は、反射された感知ビームが、感知用窓を介してハウジングを出る動作ビームの横断面領域の少なくとも６０％に達する接触境界面上の領域を覆うように設計することができる。
【００４０】
接触境界面での動作ビームの横断面領域の大部分が感知ビームによる埃残留物により覆われると、モニタされた領域上の液体又は汚れは、検出器にて検出されるべき信号全体に及ぼす影響の激しさが確かに少なくなる。即ち、広い領域をモニタすることにより、全内反射が望ましくない効果により失われる小さい領域は、モニタされた接触境界面の領域がより小さい場合と比較するとより有意度が小さくなる。更に、感知ビームにより覆われた感知用窓の接触境界面の領域が感知用窓を出る動作ビームの横断面領域とほとんど全く同じになると、組織による感知用窓の部分的な被覆のみが全対象範囲として検出されることを防止することができる。
【００４１】
本発明の態様において、反射体を感知用窓の外部の反射体によりもたらすことができる。
【００４２】
本発明の別の態様において、反射体を感知用窓の境界面の反射コーティングによりもたらすことができる。
【００４３】
本発明の更なる態様において、反射体を感知用窓の境界面にて全内反射によりもたらすことができる。
【００４４】
本発明の態様において、接触境界面に平行な横断面平面内の感知用窓は、鋸歯状の形状を有することができる。
【００４５】
接触境界面に平行な平面内の鋸歯状の横断面は、一次元において逆反射体のような特性を有する反射体を形成することができる。
【００４６】
本発明の別の態様は、感知用窓の境界面は、感知ビームの少なくとも一部に向けて境界面の逆反射特性を確保する角度を互いに形成する表面部の複数の対を含むことができることである。別の態様において、感知用窓は、互いと約７５°〜約９０°の範囲の角度を形成する表面部の複数の対を含むことができる。
【００４７】
本発明の態様において、複数の感知ビームは感知ビームを供給する複数の放射線源により供給することができる。
【００４８】
感知用窓の接触境界面に入射する複数の感知ビームを使用することにより、感知用窓の異なる領域での感知用窓の複数の地点を同時にモニタすることができる。
【００４９】
本発明の態様において、２つの感知ビームを供給する２つの放射線源及び１つの検出器は、感知用窓の全く同じ側に位置し、感知ビームを供給する放射線源及び検出器と反対の感知用窓の側に、反射体が位置することができる。
【００５０】
本発明の別の態様において、検出器の較正は、皮膚との感知用窓の接触境界面の接触なしに感知ビームを測定することにより行うことができる。高い測定値は、「接触なし」の基準とすることができる。測定値は、皮膚接触が適用されたとき低減されることになり、一旦値が所定の閾値を下回ると、コントローラは、皮膚接触が確立されていると識別することになる。測定値が所与の閾値を上回ると、検出器は、皮膚接触が失われていると識別する。
【００５１】
本発明の態様において、較正は、発光デバイスの製造後に一度だけ行うことができる。
【００５２】
代替態様において、例えば、デバイスの電源が投入される度に自動較正を実行することができる。その後、デバイスは、常に最大測定値を検出して現在の「接触なし」の基準として受理する。
【００５３】
一態様において、２つ以上の感知ビームが交互に使用される場合、検出器にて検出された電力レベルは、両方とも、皮膚接触を識別するために所定の閾値を下回る必要があることが要求される場合もある。あるいは、検出器にて検出された電力レベルの一方のみが閾値を下回ったときに皮膚接触を識別すれば十分である場合がある。
【００５４】
本発明の態様において、ハウジングは、散乱光を感知ビームから吸収する色材とすることができる。
【００５５】
本発明の一態様において、感知ビームを供給する放射線源は、二相、即ち、放射線源オン及び放射線源オフで操作することができる。放射線源がオフになったときの測定信号は、放射線源がオンになったときの信号から差し引くことができる。このようにして、背景光のいかなる影響も排除することができる。
【００５６】
本発明の更なる態様において、コントローラは、ハードワイヤード電子回路とすることができる。
【００５７】
以下において、先に明らかにしたように、発光デバイスの特定の実施形態を本発明の態様の例示的な実施形態として添付図を参照して説明する。図を通して、全く同じ参照番号は、全く同じ部品を示す。
【００５８】
図１は、本発明の態様の目的及び機能性を示すために、ここではレーザデバイス１として形成される発光デバイスの概略図を示す。
【００５９】
レーザ光源、すなわち、高出力ダイオードレーザ２は、ハウジング３内に位置する。皮膚上の毛の成長に関する効果的な管理を可能にするために、レーザ光源２は、レーザ安全基準ＩＳＯ  ＥＮ  ６０８２５−１／２００７に従ったクラス１〜４のレーザ光源とすることができる。
【００６０】
デバイス１の動作中に、レーザ２は人の皮膚５上の毛の成長を管理する役目をする動作ビーム４を供給する。レーザ２は、本出願の意味において、動作ビームを供給する、電磁放射線の放射線源を成す。動作ビーム４は、出力開口部６を介してハウジング３を出ることができる。図１に概略的に示すように、動作中のレーザデバイス１は、動作ビーム４がハウジング３の出力開口部６を介して皮膚５に入ることができるように人の皮膚５上に置かれる。
【００６１】
本発明の態様によるデバイスによって防止されない限り、デバイス１が皮膚５から除去されたときに動作ビーム４でさえハウジング３を出る。
【００６２】
本発明の態様において、発光デバイスは、出力開口部６が皮膚５と接触しなくなると、ハウジング３からの動作ビーム４により眼に危険な放射線の発光を防止する。
【００６３】
図１に示す実施形態において、感知用窓７は、動作ビーム４の出側窓になるハウジング３の出力開口部６内にも位置するように延在するハウジング３内に位置する。感知用窓７は、デバイス１の動作中に皮膚５と接触させることができる接触境界面８を含む。
【００６４】
本発明の実施形態は、レーザ光源２の出力電力を低減するか、又は、動作中に感知用窓７の接触境界面８が皮膚５と接触しなくなると電源を完全に切断することを目的とする。
【００６５】
治療されるべき皮膚５は、光の障壁として使用され、かつ、動作中、接触境界面８と接触しているときの皮膚５は動作ビーム４の光がハウジング３から漏出するのを防止するので保護システムの一部と考えることができる。
【００６６】
本発明の態様による最小接触要件は、一方ではデバイス安全性、及び他方ではデバイス取り扱いにより決定される。感知用窓７の必要な接触境界面８が大きいほど、レーザ光４が周囲の環境に伝搬するために残される空間が少なくなるにつれて安全レベルが高くなる。他方、接触領域の拡大化の要件は、デバイス取り扱いを妨げる恐れがあり、即ち、ユーザは、接触境界面８のより大きい領域が、使用中に皮膚と接触していることを確保しなければならず、その結果、接触要件を果たすためにユーザが行なわなければならない配慮が増大する。これは、むこうずねなどの骨ばった領域では特に難しい場合がある。必要な接触面積を低減すると、一般に、眼の安全を保証するために、更なる措置、例えば、動作ビーム４のビーム経路内に設置される拡散体の要件が厳しくなる場合がある。拡散体は、空間的可干渉性を低減して、ハウジング３を出る動作ビーム４の放射輝度を低減して、その結果、ビーム４の眼の危険を低減するために役立つことができる。
【００６７】
図１に示す実施形態において感知用窓７はハウジング３の出力開口部６内に位置するが、例えば、図１１に示す１つのような実施形態がある場合があり、感知用窓７’’’’は、ハウジング３の出力開口部６に隣接して位置する。
【００６８】
図１を更に参照すると、デバイス１の動作中の安全性は、感知ビーム１１の使用により確保される。ハウジング３において、電磁放射線の第２の放射線源１６は、感知ビーム１１を供給する。感知ビーム１１は、感知用窓７の入側境界面１２を介して矩形感知用窓７に入る。入側境界面１２での感知ビーム１１の入射角は、感知用窓７の接触境界面８が空気と接触すると接触境界面８での感知ビームが全内反射するように、選ばれる。接触境界面８での全内反射が発生すると、感知ビーム１１は、出力境界面１３を介して感知用窓７を出て、その後、感知ビーム１１の電力レベルを検出する検出器１４に入射する。
【００６９】
検出器１４は、コントローラ１５と通信しており、次に、コントローラ１５は、動作ビーム４を供給する放射線源２と通信している。コントローラ１５は、検出器１４により検出された感知ビーム１１の電力レベルをモニタする。接触境界面８での感知ビーム１１によりなされた全内反射が、例えば、感知用窓７の接触境界面８を皮膚５と接触させることにより乱されると、検出器１４にて検出される感知ビーム１１の電力レベルが下がる。検出器１４にて検出される電力レベルが一度特定の閾値を超えると、図１に示す実施形態におけるコントローラ１５は、動作ビームを供給する放射線源２の電源を切断し、したがって、動作ビームの一切の放射線がハウジング３から漏出するのを防止する。
【００７０】
図１の実施形態の機能性を図２ａ）及び図２ｂ）を参照してここで更に詳細に説明する。感知用窓７の接触境界面８での感知ビーム１１の全内反射は、接触境界面８での入射角α１が全内反射の臨界角αｃｒｉｔより大きくなると発生する。図示された実施形態において、感知用窓７は、接触境界面８が空気と接触すると全内反射の臨界角がαｃｒｉｔ＝４２°であるように、ほぼｎＰＭＭＡ＝１，４９の屈折率を有するＰＭＭＡで作製される。したがって、図示された実施形態において、入側境界面１２での感知ビーム１１の入射角α０は、接触境界面８での入射角α１が約５０°であるように選ばれる。これらの条件下で、感知用窓７の出口境界面１３での感知ビーム１１の入射角α２は、出側境界面１３での入射角α２が臨界角αｃｒｉｔより小さいように４０°になり、出側境界面１３から一切の全内反射が回避される。
【００７１】
図２ｂ）は、接触境界面８がほぼ１．４の屈折率ｎ皮膚を有する皮膚５と接触しており、αｃｒｉｔ＝６９°の全内反射の臨界角が発生する状況を示す。入射角α１は、図２ｂの状況において感知用窓７の接触境界面８と接触させた任意の材料から独立しているので、接触境界面８での入射角α１は、ＰＭＭＡの感知用窓７と接触境界面８と接触させた皮膚５との間の境界面８の臨界角より小さい。
【００７２】
感知ビーム１１のほとんど一切の光が図２ｂに示す状況において検出器１４上へ落ちることになるので、皮膚５が接触境界面８と接触している、検出器１４にて検出された電力レベルは、予め設定された閾値を下回ることになり、コントローラによる動作ビームのレーザ光源２の電源投入が可能である。
【００７３】
接触境界面８にて感知ビーム１１の全内反射の変化により感知ビームを切り替える原理は図３〜図１１に示す実施形態については同じであるが、それらの実施形態は、感知ビーム１１の全体的なビーム経路が異なるという点において、図１及び図２を参照して概略的に示す実施形態と異なる。
【００７４】
以下で詳細に説明する実施形態の大部分は、少なくとも２つの異なった放射線源、即ち、動作ビームを供給する少なくとも１つの第１の放射線源、及び、感知ビームを供給する１つの第２の放射線源を有することであるが、動作ビーム並びに感知ビームの両方を供給する単一の放射線源が使用される実施形態が実現可能であることは、当業者に明らかである。
【００７５】
動作ビーム並びに感知ビームの単一の源を有する実施形態が、図１２に概略的に示されている。この実施形態において、放射線源９は、半導体レーザ２’’’’’及び移動可能なミラー１０で形成されている。レーザ２’’’’’から出射された放射線は、感知ビーム１１’’’’’を形成するためにミラー１０により反射されるか、又は、動作ビーム４を形成するために透過される。ミラー１０が図１２に示すような位置にあるとき、ビームを感知ビームのビーム経路に反射する。ミラーが引っ込められたとき、レーザ光源２’’’’’から出射された光は、動作ビーム４として出射される。
【００７６】
図２ａ）及び図２ｂ）を参照して先に説明したように、感知ビーム１１’’’’’は、感知用窓７が空気と接触すると感知ビーム１１’’’’’が感知用窓７の接触境界面８において全内反射するように、感知用窓７の入側境界面１２に入射する。接触境界面８からの反射の後、感知ビーム１１’’’’’は、感知用窓７の出側境界面１３を介して感知用窓７を出る。感知用窓７を出る感知ビーム１１’’’’’は、感知ビーム１１’’’’’の電力を検出する検出器１４に入射する。検出器１４は、コントローラ１５’’’’’と通信しており、次に、コントローラ１５’’’’’は、半導体レーザ２’’’’’及びミラー１０を操作する駆動装置と通信している。感知用窓７の接触境界面８での感知ビーム１１’’’’’の全内反射が乱されると、例えば、接触境界面８が皮膚と接触すると、検出器１４での感知ビーム１１’’’’’の電力レベルが下がる。電力レベルが特定の閾値を下回ると、検出器１４にて感知ビーム１１’’’’’の電力をモニタしているコントローラ１５’’’’’は、ミラー１０を動作している駆動装置を付勢して、動作ビーム４がハウジングから出射されるようにミラー１０を引っ込める。
【００７７】
代替実施形態において、ミラー１０は、ミラーの機械式の動きを回避する切替え可能なミラーとすることができる。
【００７８】
図１、図２及び図１１に示す実施形態において、感知ビーム１１及び検出器１４を供給する放射線源１６は、図３〜図９の実施形態内における感知用窓７の反対側１２、１３に位置するが、感知ビーム１１を供給する少なくとも１つの放射線源及び感知用窓７の接触境界面８にて全内反射の後感知ビームを検出する少なくとも１つの検出器は、感知用窓７と同じ側に位置する。
【００７９】
したがって、図３〜図９の実施形態が共通して有することは、放射線源及び検出器が位置する感知用窓７の側の反対側に、感知ビームのビーム経路を完了するために感知ビームを偏向する反射体が位置するという点である。
【００８０】
図３に示す実施形態において、感知用窓７の第１の側１７に、感知ビーム１１を供給する放射線源としての発光ダイオード１６、並びに、感知用窓７の接触境界面８での全内反射後に感知ビーム１１の電力レベルを検出する検出器１４がある。感知用窓７の第２の反対側１８に、感知ビーム１１を再方向付けするだけでなく感知ビーム１１のビーム成形をもたらす、反射体としての凹面鏡１９が位置する。
【００８１】
全内反射が感知用窓７の接触境界面８にて発生する条件下の感知ビーム１１のビーム経路を以下のように手短に説明するが、感知ビーム１１は、発光ダイオード１６から境界面８に向う方向に出射され、感知用窓７に入って、接触境界面８にて全内反射される。感知ビーム１１は、その後、反対側１８の窓７を出て、感知ビーム１１を検出器１４上へ集光するミラー１９により偏向させられる。その後、感知ビームは、再び感知用窓７に入って、感知用窓７を通過して、窓７を出た後に検出器１４により検出されている。ミラー１９は、接触境界面上の照明が検出器の上へ撮像されるように感知ビーム１１を集光する。
【００８２】
図３の横断面図から、この実施形態におけるミラーは一次元では湾曲であることが明らかである。図３に示す実施形態において、ミラー１９は、円筒状の反射鏡である。
【００８３】
図４は、図３のものと酷似している実施形態の上面図を示す。しかしながら、ミラー１９は、２次元で湾曲を含む。
【００８４】
図５は、図４の実施形態から派生しているが、２つ以上の感知ビーム１１’ａ、１１’ｂを供給する２つ以上の異なった第２の放射線源１６’を使用する別の実施形態を示す。２つの異なる発光ダイオード１６’は、感知用窓７の接触境界領域の異なる部分を照明するために使用される。
【００８５】
本発明の態様において、発光ダイオード１６’は交互に活発化されることができ、２つのビーム１１’ａ及び１１’ｂの電力レベルは、検出器１４において互いに独立して検出することができる。接触境界面と皮膚との間の確立された接触の信号送信は、感知ビーム１１’ａ及び１１’ｂの一方のみが必要な電力レベルを下回ると確立することができる。
【００８６】
本発明の代替態様において、２つの感知ビーム１１’ａ号及び１１’ｂからの両方の電力信号は、確立した接触を信号で知らせるために共に特定の電力要件を満たさなければならない場合がある。
【００８７】
図６、図７、図８及び図９の実施形態は、全て、感知ビーム１１を供給する光源１６及び検出器１４と反対の感知用窓の側で感知用窓７’’及び７’’’に一体化される反射体を確かに実現する。
【００８８】
図６の実施形態において、発光ダイオード１６及び検出器１４の反対側の感知用窓７’’は、確かに凸面形状を有し、一方、凸面領域の表面２０は、反射金属被覆２１により被覆される。感知用窓７’’の表面２０にてこのようにして形成されたミラーは、原則的には、例えば、図５の実施形態に示すように外部ミラー１９と同じ機能性を有する。
【００８９】
図７〜１０に示す実施形態において、反射体は、感知用窓７’’’自体の境界面２３により形成される。感知用窓７’’’の片側２２は、感知用窓７’’’と手前の側２２の空気との間の境界面２３での全内反射が発生するように成形される。感知用窓７’’’の手前側２２は空気と接触しているだけであるので、全内反射の条件は、境界面２３の形状の妥当なデザイン並びに感知ビーム１１’’’、１１’’’ａ、１１’’’ｂのビーム経路を考慮して常に満たされることになる。これにより、感知用窓７’’’の更なる反射コーティングが回避される。
【００９０】
図７及び図８〜図１０に従った実施形態のそれぞれにおいて、感知ビーム１１、１１’’’ａ、１１’’’ｂのビーム経路は、接触境界面８での全内反射、及び、感知用窓７’’’の境界面２３での更なる全内反射１４を介して発光ダイオード１６、１６’’’から検出器まで走る。
【００９１】
図７に示す実施形態において、同様に、図８〜図１０の実施形態において、反射体をもたらす感知用窓７’’’の側２２での境界面２３は、少なくとも一方向で検出器１４上への感知ビーム１１、１１’’’ａ、１１’’’ｂの集光が全内反射により発生するように設計される鋸歯状の構造を有する。この形状は、逆反射並びに集光特性を有する。
【００９２】
したがって、境界面２３は、境界面２３の曲率半径に平行な横断面平面において見たときに互いに平行又はほぼ平行である表面部２４ａ、２４ｂの複数の対で形成される。
【００９３】
本発明の態様において、感知用窓７’’’は、ガラス、ポリカーボネート又はＰＭＭＡなど任意の光学用材料から射出成形又はフライス削りすることができる。
【００９４】
感知用窓又は導光体、及び、鋸歯構造体の形状は、材料の屈折率に左右される。したがって、形状は、使用される材料に従って調節することができる。
【００９５】
図５を参照して先に説明したように、やはり、図７の実施形態は、２つの異なった感知ビーム１１’’’ａ及び１１’’’ｂを供給する２発光ダイオード１６’’’を含む。２つの異なる発光ダイオード１６’’’は、感知用窓７’’’の接触境界領域の異なる部分を照明するために使用される。
【００９６】
発光ダイオード１６’’’は、交互に活発化されることができ、２つのビーム１１’’’ａ及び１１’’’ｂの電力レベルは、検出器１４において互いに独立して検出することができる。図７に示す実施形態において、２つの感知ビーム１１’ａ及び１１’ｂからの検出器１４における両方の電力信号は、確立した接触を信号で知らせるために特定の電力要件を満たさなければならない。このようにして、皮膚により接触境界面の一部を覆うだけで、ハウジングからすでに動作ビームの光の出射をもたらす場合があることを回避することができる。あるいは、及び、図８及び図９の実施形態に従って示したように、発光デバイスは、単一の源１６及び単一の検出器１４を含むことのみできる。
【００９７】
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に断らない限り、そのような寸法のそれぞれは、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ミリメートル」として開示される寸法は、「約４０ミリメートル」を意味するものである。
【図１】
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【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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