(57)【要約】      （修正有）【課題】出射光の反射による妨害光が受光器に入射しない光電検出装置を提供する。【解決手段】本発明は光電式検出装置に関し、好ましくはパルス状の電磁放射を発する少なくとも１個の発光器(１１)、該発光器(１１)に関して設けられた少なくとも１個の受光器(１３)、及び、前記発光器(１１)から発せられた１次出射光(１７)を偏向して観察領域に向かう２次出射光(１９)にするとともに、前記観察領域で反射された放射光を前記受光器(１３)に向けて偏向することができる少なくとも１個のデフレクタ(１５)を備え、前記発光器(１１)と前記受光器(１３)の光軸が分離して配置されたレーザスキャナに関するものであり、一部領域が曲面状になった前面板(２１)を使用し、出射光が該前面板(２１)を通過するようにするとともに、該前面板(２１)の内側で反射される妨害光(２５)の一部から受光器(１３)を保護する少なくとも１個の遮光体(２３)を検出装置の内部に配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電式検出装置に関し、特に、好ましくはパルス状の電磁放射を発する少なくとも１個の発光器(１１)、該発光器(１１)に関して設けられた少なくとも１個の受光器(１３)、及び、前記発光器(１１)から発せられた１次出射光(１７)を偏向して観察領域に向かう２次出射光(１９)にするとともに、前記観察領域で反射された放射光を前記受光器(１３)に向けて偏向することができる少なくとも１個のデフレクタ(１５)を備え、前記発光器(１１)と前記受光器(１３)の光軸が分離して配置されたレーザスキャナにおいて、
少なくとも一部領域が曲面状になった前面板(２１)を使用し、少なくとも出射光が該前面板(２１)を通過するようにするとともに、該前面板(２１)の内側で反射される妨害光(２５)の少なくとも一部から受光器(１３)を保護する少なくとも１個の遮光体(２３)を検出装置の内部に配置したことを特徴とする光電式検出装置。
【請求項２】
前記遮光体(２３)が、デフレクタ(１５)による放射光の偏向角度に依存した形状を有する妨害光(２５)用遮蔽面(２７)を備えることを特徴とする請求項１に記載の光電式検出装置。
【請求項３】
前記遮蔽面(２７)が、前記デフレクタ(１５)の手前を伝播する１次出射光(１７)の伝播方向に対して略垂直に伸びる構成要素を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２に記載の光電式検出装置。
【請求項４】
前記遮蔽面(２７)が、前記デフレクタ(１５)と前記前面板(２１)との間を伝播する２次出射光(１９)の伝播方向に対して略平行に伸びる構成要素を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２又は３に記載の光電式検出装置。
【請求項５】
前記遮蔽面(２７)が平面であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項６】
前記遮蔽面(２７)が円弧状、特に円扇形又はリングの一部のような形状であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項７】
前記遮蔽面(２７)が曲面状であり、特に円錐面の一部であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項８】
前記遮光体(２３)が板状又は円板状であることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項９】
前記遮光体(２３)が前記前面板(２１)に結合されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項１０】
前記デフレクタ(１５)が前記発光器(１１)及び受光器(１３)に対して駆動可能であり、前記前面板(２１)が前記デフレクタ(１５)とともにに動かないようにされていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項１１】
前記遮光体(２３)が前記前面板(２１)に対して移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の光電式検出装置。
【請求項１２】
前記遮光体(２３)が前記デフレクタ(１５)とともに動かないようにされていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光電式検出装置。
【請求項１３】
前記遮光体(２３)が前記デフレクタ(１５)と一緒に移動可能であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項１４】
前記遮光体(２３)が前記デフレクタ(１５)と結合されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項１５】
前記遮光体(２３)が、前記観察領域に向けて出射される出射光(１７，１９)のための発光路に影響を与えないように、特に移動可能なデフレクタ(１５)がどの位置にあっても影響を与えないように、配置され且つ構成されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項１６】
前記遮光体(２３)が、前記デフレクタ(１５)に直接結合された支持体(２９)に取り付けられていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項１７】
前記支持体(２９)が、前記前面板(２１)と前記デフレクタ(１５)の偏向面(３１)との間に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の光電式検出装置。
【請求項１８】
前記支持体(２９)が、前記観察領域に向けて出射される出射光(１９)のための発光路及び前記観察領域から反射される検出光のための受光路を覆っていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の光電式検出装置。
【請求項１９】
前記支持体(２９)が、発光路及び受光路のいずれか一方が該支持体(２９)の影響を受けないように、形成及び／又は配置されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の光電式検出装置。
【請求項２０】
前記支持体(２９)が、前記２次出射光(１９)の伝播方向に略垂直に伸びる円板の形になっていることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項２１】
前記支持体(２９)が、レンズ状又は球体の一部のような形状であることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項２２】
前記遮光体(２３)のための支持体(２９)が、一方では、特に好ましくは円板状の回転鏡から成るデフレクタ(１５)の前面の上部領域に結合され、他方では、特に平板状又は円板状の保持要素の前面領域に結合されており、前記保持要素は、前記１次出射光(１７)に略垂直に伸びるとともにその後部領域において前記デフレクタ(１５)の後部の下部領域に結合されており、該保持要素は、好ましくは、使用されている放射光に対して透明な材料で作成されるか、少なくとも前記受光路の領域において前記放射光を通すための切断部又は開口部を有することを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項２３】
前記遮光体(２３)が前記デフレクタ(１５)の前に配置された遮蔽要素(３３)から成り、該遮蔽要素(３３)の外壁面が前記妨害光(２５)に対する遮蔽面(２７)を構成することを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項２４】
前記遮蔽要素(３３)が、その長軸が１次出射光(１７)の伝播方向に略垂直であり、且つ、２次出射光(１９)の伝播方向に略平行に伸びる円筒状、特に中空円筒状のパイプ片の形状を有することを特徴とする請求項２３に記載の光電式検出装置。
【請求項２５】
前記遮蔽要素(３３)が、前記デフレクタ(１５)として組み入れられたプリズムに結合され、特に該プリズムの光入射・出射面(３５)に直接装着されていることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の光電式検出装置。
【請求項２６】
前記デフレクタ(１５)の偏向面(３１)と前記受光器(１３)との間の空間に少なくとも１個の平板状又は円板状の補助遮光体が配置されており、好ましくは、前記デフレクタ(１５)により前記受光器(１３)に向けて偏向される検出光と前記補助遮光体を含む平面とが互いに少なくとも略平行であることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項２７】
前記補助遮光体を含む平面が、前記検出光の伝播方向に少なくとも略平行であることを特徴とする請求項２６に記載の光電式検出装置。
【請求項２８】
前記受光器(１３)、特に該受光器(１３)の受光レンズの前に、少なくとも１個の塗膜状、線状又はテープ状の補助遮光体が配置されており、その大きさ及び向きが、予期される、特に２次的な妨害光反射に応じて選択されており、好ましくは、該補助遮光体が前記受光器(１３)に直接塗布されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項２９】
前記補助遮光体が、前記発光器(１１)の中心軸と前記受光器(１３)の中心軸との間の想定最短接続線に沿って伸びていることを特徴とする請求項２８に記載の光電式検出装置。
【請求項３０】
前記出射光及び検出光が、前記デフレクタ(１５)により９０度の角度で偏向されることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項３１】
前記デフレクタ(１５)が、前記発光器(１１)及び受光器(１３)に対して回転駆動可能であることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項３２】
前記デフレクタ(１５)の回転軸(３７)が前記１次出射光(１７)の伝播方向に略平行であることを特徴とする請求項３１に記載の光電式検出装置。
【請求項３３】
前記前面板(２１)の曲面状領域が、少なくとも球体の一部として構成されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項３４】
前記球体の中心(３９)が、前記デフレクタ(１５)の回転軸(３７)上にあることを特徴とする請求項３３に記載の光電式検出装置。
【請求項３５】
前記球体の中心(３９)が、前記デフレクタ(１５)の偏向面(３１)上にあることを特徴とする請求項３３又は３４に記載の光電式検出装置。
【請求項３６】
前記デフレクタ(１５)の回転軸(３７)が、前記観察領域から反射された検出光のための受光路と一致することを特徴とする請求項３１〜３５のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項３７】
前記デフレクタ(１５)の前に配置された遮蔽要素(３３)の長軸、特に中空円筒状のパイプ片の長軸が、前記デフレクタ(１５)の回転軸(３７)とその偏向面(３１)上で交差することを特徴とする請求項３１〜３６のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項３８】
前記デフレクタ(１５)が少なくとも鏡を含むことを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項３９】
前記デフレクタが少なくともプリズムを含むことを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項４０】
前記遮光体(２３)が、特に着色及び／又は吸光層の塗布により、前記妨害光(２５)を吸収するように構成されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項４１】
前記遮光体(２３)が、前記妨害光(２５)を反射するように構成されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【請求項４２】
前記遮光体(２３)が、前記妨害光(２５)を拡散させるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４０のいずれかに記載の光電式検出装置。
【請求項４３】
異なる高さに配置され、それぞれ前記前面板(２１)の赤道面に平行に伸びる一又は複数の平らな遮光体を備え、該遮光体がそれぞれ、出射光を通すための切断部分又は空き部分を備えるリング状又はリングの一部のような形状に構成されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の光電式検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電式検出装置に関し、特に、好ましくはパルス状の電磁放射を発する少なくとも１個の発光器、該発光器に関して設けられた少なくとも１個の受光器、及び、前記発光器から発せられた１次出射光を偏向して観察領域に向かう２次出射光にするとともに、前記観察領域で反射された放射光を前記受光器に向けて偏向することができる少なくとも１個のデフレクタを備え、前記発光器と前記受光器の光軸が分離して配置されたレーザスキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の検出装置は基本的に公知である。本発明は、発光器と受光器の光軸が同軸的に配置された装置とは対照的に、発光器と受光器の光軸が分離して配置された２軸型装置に関する。ここでは詳述しないが、この種の２軸型装置は、ある特定の用途において有利であることが分かっている。
【０００３】
これもここでは詳述しないが、種々の理由から、検出装置の前面板は、曲面状、特に球状又は球の一部のように形成することが、少なくともある特定の用途において有利である。前面板は、ほとんどの場合に出射光及び検出光の通過面を成すものであって、特に、検出装置の測定部品がケーシングにより周辺空間の影響から保護されている密閉型の機器で使用される。この場合、前面板は少なくともケーシングの一部を成す。
【０００４】
曲面状の前面板を備える検出装置では、前面板の内側で反射される出射光に起因する問題が生じうることが確認されている。例えば、ほぼ平行のあまり拡散しない光ビームがデフレクタの偏向面に向けて発せられ、この１次出射光がデフレクタにより偏向され、２次出射光として前面板を通じて観察領域に送られる場合、前面板の内側が２次出射光の一部を反射して検出装置の内部に戻ってしまうことがある。この妨害光は、検出装置側の幾何学的状態によっては受光器に命中することがあり、しかも、受光装置（例えば単独の受光器又はフォトダイオードアレイ）や、受光装置の前に配置された受光光学系（例えばレンズ）に直接到達することもある。
【０００５】
前面板の内側がコーティングされていない場合、放射光エネルギーの8〜10%程度が反射され、妨害光として検出装置の内部に戻る計算になる。例えば、約20Wのパルス出力を持つパルスレーザを光源として使用する場合、反射妨害光の出力は約1.6Wとなる。前面板の内側に反射防止加工を施した場合でも、出力100mW程度というかなりの量の妨害光が発生する。例えば、高い減衰力を持つ光井戸を受光路に組み込む等、特殊な手段を用いれば、妨害光の出力を更に低下させることは確かに可能ではある。しかし、レンズの傷や、表面形状の不完全さ、あるいは汚れが原因となって妨害光が拡散され、受光器に入射する妨害光の量が増加することもある。感度をできるだけ高くするために、検出装置は部分的に極めて高い検出性を示す。妨害光出力が1〜100nW程度という極端に低い量になると、前面板さえも観察領域内の物体として「見える」ようになるが、これはもちろん望ましいことではない。これを防ぐには、前面板の内側で反射される妨害光を少なくとも1/105〜1/108程度に減衰させなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の課題は、冒頭で説明したような検出装置において、できる限り簡単な方法で、出射光の望ましからぬ反射による受光器への妨害光の入射を最大限に回避するとともに、検出装置の発光路及び受光路が可能な限り影響を受けないようにした検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、冒頭で説明したような検出装置において、少なくとも一部領域が曲面状になった前面板を使用し、少なくとも出射光が該前面板を通過するようにするとともに、該前面板の内側で反射される妨害光の少なくとも一部から受光器を保護する少なくとも１個の遮光体を検出装置の内部に配置する、という構成を採用することにより解決される。
【０００８】
費用のかかるシミュレーション計算による広範な研究を行ったところ、検出装置の内部に一又は複数の遮光体を配置することで、検出装置の機能や性能に悪影響を与えることなく受光器を十分に保護することができる、という驚くべき結果が得られた。特に、本発明の解決手段である遮光体を用いて次のような基準を満たすことができることが分かった。
【０００９】
・本発明の遮光体の表面は、少なくとも妨害光の主要部分が遮光体により吸収されるような構成とすることができる。遮光体の表面構成（例えば遮光体に使用されるプラスチック材料の色）は、使用される放射光の波長に依存して決めることができる。
【００１０】
・同時に、本発明の遮光体の表面は、妨害光のうち未吸収部分に対して鏡面特性を有する構成とすることができる。このようにすれば、遮光体を適宜形状に成形することにより、未吸収の妨害光を的確に再反射し、妨害の恐れがない方向に偏向させることができるようになる。あるいはまた、光を的確に拡散させる表面形状を有する遮光体を用いることで、未吸収の妨害光の出力密度をできるだけ低く維持するようにしてもよい。
【００１１】
・本発明の遮光体は、十分な遮光効果を維持しながらも、出射光が通過する発光路に影響を与えず、即ち出射光と交差せず、しかも遮光体とデフレクタとの間の相対的配置とは無関係に、検出装置の内部に配置することができる。ある種の構造を有する検出装置（これについては後で詳述する）においては、２次出射光の出射高さが、発光器に対するデフレクタの向きに依存する。一方、出射光の出射高さは検出装置の内部における妨害光の伝播に影響を与える。その結果、デフレクタと発光器との間の相対的な向きの多くは、他の向きに比べて妨害光発生の危険性があまりないということになる。しかし、本発明では、検出装置内部の幾何学的環境が妨害光発生の危険性を伴う状況にあるときにはいつも受光器が遮光体により十分に遮光されることが保証されるように、遮光体を構成し、配置することができる。
【００１２】
・本発明では、観察領域から反射されてくる放射光の受光路への影響が無視できる程度になるように、あるいは、受光損失、もしくは見込み受光面積の有効径の縮小量が、受容可能な限度の範囲内に留まるように、遮光体の構成及び配置を行うことによっても、十分な遮光効果を得ることができる。
【００１３】
・ある特定の構造を有する検出装置（これについては後で詳述する）において、遮光体を２次出射光の出射高さに対してできるだけ低い位置に配置することで、遮光体の有効幅あるいは有効角度範囲を最大化することが有意義である。本発明の遮光体を用いてそのような構成を実現できることは既にわかっている。即ち、検出装置のデフレクタを構成する回転鏡の回転領域内に遮光体が突出する等の形で検出装置の機能や性能を損なうことなく、比較的広い幅あるいは角度範囲に渡って十分な遮光効果を達成することができる。
【発明の実施の形態及び効果】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態については、各従属請求項、明細書及び図面に記載の通りである。
【００１５】
即ち、前記遮光体は、デフレクタによる放射光の偏向角度に依存した形状を有する妨害光用遮蔽面を備えるようにすることが好ましい。
【００１６】
この実施例は、検出光の進み方はデフレクタの偏向角の大きさに依存する、という知見に基づいている。本発明の別の好ましい実施形態にあるように、放射光の偏向角が90度の場合、デフレクタの回転に応じて、検出光が１つの平面を形成する。この場合、遮光体の遮蔽面も上記に合わせて平面状にすれば、遮光体の存在に起因する見込み受光面積の縮小量が最小になる。偏向角が90度から離れていくと、デフレクタが回転したときの検出面は平面状から円錐状に変わる。この場合、それに合わせて遮光体の遮蔽面も円錐の一部のような形状にすることで、検出光損失を最小化することができる。従って、一般に遮蔽面は、偏向角に従属する形で、いわゆる検出面（即ち検出光により形成される面）に平行に伸びるような構成とする。
【００１７】
以上の実施形態から、本発明では、遮光体の形状が固定式のデフレクタと可動式の（特に回転可能な）デフレクタのどちらを用いるかに依存することは明らかである。固定式の場合、検出装置は一方向にだけ「目を向ける」。一方、可動式デフレクタを用いる検出装置には、360度までの角度範囲に渡って周囲を走査できるスキャナがある。
【００１８】
遮光体の遮蔽面は平面にすることが好ましい。この平面は円弧状にすることができ、特に、円扇形又はリングの一部のような形状にすることができる。
【００１９】
更に、本発明では、遮光体を板状又は円板状にする。これは、検出光損失を最小限にするために遮光体を可能な限り薄く仕上げる上で好ましい。
【００２０】
本発明の別の実施例では、遮光体が前面板に結合される。遮光体は、前面板の構成要素とすること、即ち、前面板と一体成形することができる。前面板に対する遮光体の遮光特性は、例えば、遮光体に後からラッカーを塗ることにより実現することができる。別の方法として、前面板と遮光体を、例えば同一の材料から成り、ただ単に着色等の点で互いに区別される別々の部品とすることもできる。遮光体と前面板とは粘着により結合することが好ましい。
【００２１】
既に述べたように、本発明の検出装置は、発光器及び受光器に対して駆動可能なデフレクタを備えることができるが、その際、前面板がデフレクタとともに移動しないようにする（即ち、前面板を検出装置に対して固定する）。従って、デフレクタは、発光器及び受光器に対してだけでなく前面板に対しても移動する。
【００２２】
同様の検出装置において、既に述べた実施例に従い、遮光体を前面板に対して固定的に配置するとともに、例えば前面板に直接結合することができる。
【００２３】
別の方法として、本発明の好ましい実施形態では、遮光体が前面板に対して移動できるようにする。特に、遮光体がデフレクタとともに移動するようにする。このとき、遮光体を直接又は間接的にデフレクタに結合すれば、遮光体がデフレクタと一緒に移動するようになるため、遮光体専用の動力源が不要になる。
【００２４】
移動可能なデフレクタに遮光体を間接的に結合する場合、デフレクタに直接結合された支持体に遮光体を取り付けることができる。
【００２５】
前記支持体は、前面板とデフレクタの偏向面との間に配置することができる。その他に、支持体は、観察領域に向けて出射される出射光のための発光路及び観察領域から反射されてくる検出光のための受光路を覆うようにすることもできる。この場合、また別の方法として、前記支持体を、発光路及び受光路のいずれか一方が該支持体の影響を受けないように、形成及び／又は配置することもできる。
【００２６】
前記支持体は、使用される放射光に対して透過性を有する材料で作製することが好ましい。
【００２７】
例えば、前記支持体は、２次放射光の伝播方向にほぼ垂直に伸びる円板の形にすることができる。遮光体は、前記円板に設けたスリットに差し込む形で前記支持体に結合することができる一方、前記円板そのものは、平たく構成され、例えば半円状の断面を有する殻状のホルダを介して、あるいは、横にある保持アーム又は保持支柱を介して、例えば鏡のように構成されたデフレクタに結合される。
【００２８】
別の方法として、前記支持体をレンズ状又は球体の一部のような形状にすることができる。
【００２９】
本発明の別の実施例では、前記遮光体をデフレクタの前に配置された遮蔽要素により構成するとともに、妨害光の遮蔽面を前記遮蔽要素の外壁面により構成する。
【００３０】
前記遮蔽要素は、その長軸が１次出射光の伝播方向にほぼ垂直であり、かつ２次放射光の伝播方向にほぼ平行に伸びる円筒状、特に中空円筒状のパイプ片の形状にすることができる。
【００３１】
更に、本発明では、前記遮蔽要素を、前記デフレクタとして組み入れられたプリズムに結合するものとし、特に、プリズムの光入射・出射面に直接装着するものとする。
【００３２】
上記のような遮蔽要素を使用する場合、遮光体と、それとは別の支持体及び／又はホルダとから成る構造体は不要である。例えば中空円筒状に構成された遮蔽要素をデフレクタとなるプリズム上に直接装着し、その外壁面を遮蔽面とすることができる。
【００３３】
既に述べたように、デフレクタを移動可能にする場合、該デフレクタは発光器及び受光器に対して回転駆動可能にすることができる。
【００３４】
本発明に係る検出装置の好ましい構成においては、デフレクタの回転軸が１次出射光の伝播方向にほぼ平行に伸びるように構成すると有利である。例えば鏡の反射面やプリズムの一面により構成される偏向面の、１次出射光の伝播方向に対する傾きが45度であるとき、もし１次出射光の伝播方向が鉛直方向であれば、１次出射光は90度の角度で偏向され、２次出射光となって水平面内を伝わり、前面板を通って外に出る。
【００３５】
好ましい実施形態では、前面板の曲面部分を球体の一部として形成する。この場合、前記球体の中心がデフレクタの回転軸上に存在すると同時にデフレクタの偏向面上にも存在するようにすることができる。
【００３６】
その他に、デフレクタの回転軸が、観察領域から反射されてくる検出光のための受光路と一致するようにすることが好ましい。
【００３７】
デフレクタの前に配置された遮蔽要素、特に中空円筒状のパイプ片を使用する場合、該遮蔽要素の長手方向の軸がデフレクタの回転軸と該デフレクタの偏向面上で交差するように遮蔽要素を配置することが好ましい。
【００３８】
次に、本発明の模範的な例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３９】
以下に説明する、本発明に係る検出装置の各実施例は、検出装置が、回転軸３７の回りに回転可能なデフレクタ１５を備えるレーザスキャナとして構成されている点、及び、回転軸３７とデフレクタ１５の偏向面３１の交点を中心３９とする球体を備え、その球体上に、レーザスキャナの内部を外部から隔離する前面板２１がある点で共通している。従って、使用される放射光に対して透明である前面板２１は、球面の一部を成すことになる。
【００４０】
更に、全ての実施例は、発光器１１と受光器１３が２軸型の配置になっている点でも共通している。なお、ここで「発光器」及び「受光器」とは、いかなる場合も、レーザスキャナの発光装置又は受光装置の全体を意味する概念ではない、ということを理解しておく必要がある。各図において、スキャナの基板４３上に設置された受光器１３の受光レンズ、及び、基板４３内において発光器１１の発光路の途上に形成された、１次出射光１７のための通過口は、簡単に描かれている。
【００４１】
出射光１７を発生させるための発光ユニット（好ましくはレーザダイオードで構成）や、単一の受光器又はフォトダイオードアレイで構成される受光ユニットは、図に描かれていない。受光ユニットは、スキャナの周辺空間から受光路に沿って反射されてくる放射光の検出に用いられる。
【００４２】
スキャナの受光路は、デフレクタ１５の回転軸３７と一致している。即ち、回転軸３７は、円形の受光器（具体的には、受光レンズ）１３の中心を通っている。基板４３内に形成された発光器１１の通過口は、発光レンズの表面又は内部に位置しているが、回転軸３７から（従って、受光路から）ずれた位置にある。そして、レーザダイオードから発せられた１次出射光１７は、デフレクタ１５の偏向面３１で反射されるまで、回転軸３７と平行に（従って、受光路と平行に）進む。言い換えると、以下に説明する実施例において、レーザスキャナの発光路及び受光路は、ほぼ平行で互いにずれた位置関係にある。
【００４３】
このような配置の結果、球の中心３９から偏向面３１上での１次出射光１７の入射点までの距離、即ち、偏向面３１による反射後の２次出射光１９の高さは、デフレクタ１５の回転位置に依存するようになる。図１（第１の実施例）、図５及び図６（第２の実施例）並びに図９（第３の実施例）では、２次出射光１９の高さが最大になるという極端な状態を示している。この場合、球状に曲がった前面板２１の内側での２次出射光１９の入射点は、いわば「頂点」に位置する。デフレクタ１５を回転させると、偏向面３１上での１次出射光１７の入射点と球の中心３９との距離は短くなる。即ち、２次出射光１９及び前面板２１の内側での２次出射光１９の入射点が「沈んでいく」。
【００４４】
０度の位置として特徴づけられる「頂点」位置は、前面板２１の内側で反射される妨害光２５の傾きが最も急になる位置であるという点で非常に重要である。つまり、後で詳述する本発明に係る手段を講じない場合、妨害光２５は前記位置において最も急角度で受光レンズ１３に入射するのである。前面板２１により反射される妨害光２５による妨害効果は、デフレクタ１５の角度位置が０度から離れても消滅することはなく、単に低下するだけである。スキャナの具体的構成に依存するものの、重要なスキャン角度範囲は、どうしても０度の位置を中心として±４５度程度にはなる。
【００４５】
上述の状況が出発点となることは、後で詳しく説明する本発明のどの実施例にも当てはまる。各実施例の基本的な相違は、デフレクタ１５の構成、並びに、受光器１３を大幅にもしくは完全に妨害光２５から保護するための遮光体２３の構成及び配置にある。
【００４６】
本発明は、図示したように単一の発光器と単一の受光器を有する配置に限られるものではない。例えば、単一の受光器の代わりに複数の受光器を備える形に変えることも可能である。また、２個の発光器の間に１個の受光器を配置することも可能であり、更に言えば、例えば受光器の両側にある２個の発光器又は発光光学系の中心を直線上に配置するとともに、受光器又は受光光学系を、円形ではなく、１個の円から直径方向に対向する両側の切片を切り取った形にすることで、この領域に配置された発光器又は発光光学系を受光器の中心により近づけることができるようにしてもよい。
【００４７】
図１〜図３の実施例は、前面板２１に結合された遮光体２３を備えている。この遮光体２３は平板状であり、その厚みは面方向の広がりに比べて小さい。この板状遮光体２３は前面板２１と同じ材料でできており、前面板２１に接着されている。板状遮光体２３は、入射してくる妨害光２５を可能な限り吸収できるように着色してもよい。
【００４８】
本実施例では、遮光体２３が平たい板である。即ち、遮蔽面２７として機能する遮光体２３の上面が平面状に広がっている。そして、本実施例では、その平面が前面板２１の赤道面に平行に伸びている。従って、遮蔽面２７及び板状遮光体２３は、１次出射光１７の伝播方向に垂直であると同時に２次出射光１９の伝播方向に平行である。遮光体２３の厚みは薄いため、遮光体２３の存在によるスキャナの見込み受光面積の縮小量は極めて微少である。
【００４９】
図１に示した０度の位置においては、受光器１３が遮光体２３によって妨害光２５から完全に保護される。なぜなら、前面板２１からの反射光は全て遮光体２３の遮蔽面２７に当たり、遮光体２３に吸収されない妨害光２５は、まず遮蔽面２７で反射され、更にデフレクタ１５（ここでは回転鏡として構成されている）の偏向面３１で反射されてから外へ出るため、受光器１３の方向に伝播することはないのである。
【００５０】
本実施例において、遮光体２３は、鏡１５が０度の位置から外へ回転するに従って沈んでいく２次出射光１９が遮光体２３に決して接触しないように計測されて配置される。同時に、遮光体２３は、基板４３からの距離が可能な限り小さくなるように配置される。
【００５１】
本実施例では、鏡１５を０度の位置から離れるように回転させると、受光器１３はもはや妨害光２５から完全には保護されなくなるものの、多くの用途に対してはなお十分に保護される。
【００５２】
図２及び図３は、鏡１５が図１に示した０度の位置から３０度だけ回転した様子を示す。本実施例のスキャナ構造に対するシミュレーション計算によれば、遮光体２３は、鏡の回転角が±１０度を超えるあたりから、もはや完全には前面板からの反射光を捕らえることができなくなる。それでも、図１〜図３の実施例で達成される妨害光２５の抑制効果は、数多くの用途にとって十分なものである。
【００５３】
図２及び図３に示したように、平らな板状遮光体２３はリングの一部のような形状を有している。このような平らな遮光体２３で得られる妨害光２５の抑制効果と同様の効果は、曲がった遮光体でも得られる。この場合、該遮光体の上面により構成される遮蔽面が鏡１５のどの回転位置に対しても２次出射光１９のすぐ下にくるように、遮光体を構成し、配置する。例えば、図１のような０度の位置では、２次出射光１９が、曲がった遮光体の頂点のすぐ上を通る。このように曲がった遮光体を用いる実施形態においては、平らな板状遮光体２３を用いる実施形態よりも見込み受光面積が小さくなることを考慮に入れる必要がある。
【００５４】
図４〜図８の実施例では、先の実施例と同様に平らでリングの一部のような形状を有する遮光体２３が、支持体２９（これについては後で詳述する）を介して回転鏡１５に結合されている。このため、遮光体２３は鏡１５と一緒に回転する。
【００５５】
遮光体２３を一緒に回転させることにより妨害光２５を抑制するという本発明の構想は、前面板２１が曲面状であるとともに発光器１１と受光器１３の配置が２軸型であるため、前面板からの反射光即ち前面板２１の内側で反射される妨害光２５が２次出射光１９より先に進み、しかもそれは何らかの形で回転鏡１５の向きに依存する、という知見に基づいている。
【００５６】
図４〜図８は、鏡１５と一緒に回転する遮光体２３を位置決めするための特に簡単な構造の例を示す。
【００５７】
本実施例では、平らな円板状の支持体２９に遮光体２３が取り付けられている。支持体２９は、２次出射光１９に対して垂直に、従って１次出射光１７及び鏡１５の回転軸３７に対して平行に伸びている。平板状の遮光体２３は、支持板（円板）２９に対して垂直に伸びている。円板２９は例えば超音波作孔により形成されたスリットを有しており、その中に遮光体２３が差し込まれ、その中で遮光体２３は円板２９に固定される。円板２９は、使用される放射光に対して光学的に透明な材料、例えばガラス又はプラスチックでできている。円板２９は、ホルダ４１を介して鏡１５に結合されている。ホルダ４１は、半円状の断面を有する殻の形をしており、その凸側を前方に向けた状態で回転鏡１５の上に嵌め込まれている。円板２９は、この殻状のホルダ４１に、例えば下から差し込むだけでよい。あるいは、円板２９のホルダとして、上記のように堅牢で完全な面を成す殻を用いる代わりに、複数の細い支柱を円板２９の縁と鏡１５の縁の間に架け渡してもよい。
【００５８】
支持板２９の内側から反射された出射光１９は逆行して発光器１１に投影される。つまり、反射光は発光路内に留まるため、受光路を妨害することはない。透過損失を最小限にするため、支持板２９の両面に反射防止層を設けてもよい。このことは、前面板２１についても同様である。
【００５９】
回転鏡１５が回転すると、円板状の支持板２９の内側での２次出射光１９の入射位置が、支持板２９の外縁付近に円形の軌道を描く。即ち、２次出射光１９は様々な位置で支持板２９を貫通する。ただし、このとき、支持板２９への２次出射光１９の入射角は常に一定である。従って、回転鏡１５が回転しても投光特性は変化しない。更に、２次出射光１９は、収差につながる可能性のある亀裂部、垂直辺あるいは稜部を通過することはない。
【００６０】
このように、支持板２９は、発光路内の投光環境を乱すことなく、スキャナの内部で遮光体２３にとって最適な位置に取り付けることができる。
【００６１】
回転鏡１５に支持板２９及び遮光体２３を固定するためのホルダ４１は完全に受光路及び発光路の外にあるため、スキャナの投光特性がホルダ４１によって影響されることはない。
【００６２】
図５及び図６に示した０度の位置において、受光器１３は遮光体２３により完全に妨害光２５から保護される。遮光体２３を前面板２１等に結合して固定するという構想とは異なり、遮光体２３を一緒に回転させるという構想では、鏡が０度の位置から離れた回転位置にあっても完全な保護効果が得られる。例として、図７及び図８に４５度の位置での保護状態を示す。前面板からの反射光はここでも確実に外向きに偏向されているため、妨害光２５が受光器１３に入射することはない。
【００６３】
遮光体２３を一緒に回転させるという構想は、前面板からの反射光が鏡１５のどの回転位置に対しても決して直接受光レンズ１３に入射しないように偏向される限り、全方向に有効であるということが、広範なシミュレーション計算によって証明できた。遮光体２３を一緒に回転させるという構想によるこの効果は、図４〜図８の実施例における構成とは異なる別の構成にも直接転用できる。例えば、可能な変形例として先に述べたような構成に転用可能である。
【００６４】
図４〜図８の実施例の変形例として、鏡１５の代わりにプリズムを使用し、その出射側に遮光体２３を直接取り付けることが可能である。
【００６５】
別の変形例として、円形の支持板２９の代わりにリング又はリング片を使用することができる。このようにすると、受光路のための中央領域が空くため、円板の材料に起因する透過損失がその分だけ避けられる。この場合、遮光体２３は、リングの内側の縁に接触するような幅に作製する。より良好な接触状態を得るために、遮光体２３をリングの中にわずかに押し込むようにしてもよい。
【００６６】
更に、別の方法として、異なる形態の円板、特に小さい円板を用いることもできる。これはとりわけ、走査範囲が３６０度ではなく例えば１８０度しかないスキャナのような、特殊な場合に有利である。支持板は、例えば鏡１５の下縁から受光器１３の光軸まで長方形状に伸び、その先で、少なくとも投光される見込み受光面積に対応する半径を有する半円形の円板片になる、という構成とすることができる。遮光体２３は、この円板片の領域内に取り付ける。鏡１５の回転による２次出射光１９の円形軌道は前記半円形の円板片の外を通っており、その走査範囲は１８０度しかないため、支持板の長方形部分に当たることはない。これにより、発光路内の透過損失や、支持板に起因する他の妨害作用が回避される。
【００６７】
いわゆる円錐形スキャナでは、出射光及び検出光がデフレクタにより９０度より大きい角度又は小さい角度で偏向されるが、このようなスキャナでは、遮光体用の支持板の最適形状が円ではなく楕円となり、偏向角の９０度からのずれが大きくなるに従って、その楕円が長くなる。
【００６８】
遮光体２３の取り付けに用いられる支持板２９は、先に説明したホルダ４１に固定する代わりに、別の好ましい実施例に従って、その上端を回転鏡１５の前面の上部領域に直接固定する一方、その下端を板状又は円板状の補助的な支持要素の前面領域に固定するようにしてもよい。前記補助保持板は水平に、即ち１次出射光１７に垂直に伸びる。つまり、この保持板は、受光器１３又は受光レンズのすぐ上で基板４３に平行に配置されることになる。
【００６９】
このように回転鏡１５、支持板２９及び補助保持板から成る立体を側面から見ると、３枚の別個の円板で組み立てられたプリズムのような外観を呈する。この場合、３枚の円板は、それぞれの接触点において、適切な手段によって互いに固定される。
【００７０】
受光器１３を超えて伸びる前記補助保持板は、下部領域即ち受光器１３に近い領域において支持板２９と回転鏡１５を結合するものであり、使用される放射光に対して透明な材料で作製することができる。別の方法として、あるいは前記方法に加えて、補助保持板に、例えば受光器１３の受光レンズと大きさ及び位置が一致する放射光通過用の切除部又は開口を設けてもよい。
【００７１】
図９及び図１０の実施例は、前面板からの反射光から受光路を保護する（即ち、前面板２１の内側における出射光の反射に起因する妨害光２５から受光器を遠ざける）ための別の手段を示している。
【００７２】
この実施例では、出射光及び検出光用のデフレクタ１５として鏡の代わりにプリズムが用いられている。前面板２１の方を向いたプリズム１５の光入射・出射面３５の上には、直径に比べて高さの低い中空円筒状又はパイプ状の遮蔽要素３３が取り付けられている。ここでは、中空円筒（パイプ）３３の壁２３が、妨害光２５に対して受光器１３を保護する遮光体となる。即ち、中空円筒３３の外面２７が、妨害光２５を吸収又は反射する遮蔽面を構成する。
【００７３】
中空円筒３３の長さは、中空円筒３３が前面板２１にできるだけ近づくような値に設定されている。このような構造により、プリズム１５の回転位置に関わらず、前面板からの反射光が直接受光路に入り、プリズム１５を通って受光レンズ１３に投射される、という問題が決して生じなくなる。
【００７４】
中空円筒３３は、例えば粘着によりプリズム１５に固定される。中空円筒３３の外面は、入射する妨害光２５のうち可能な限り大部分を吸収するコーティングを施すことが好ましい。同時に、中空円筒３３の外面に鏡面特性を与えることで、妨害光２５のうち未吸収の部分が無秩序に分散し、プリズム１５を通って受光レンズ１３に投射される、という問題を回避するようにする。
【００７５】
本発明を更に発展させ、遮光体２３に加えて、一又は複数の補助遮光体を検出装置の内部に配置してもよい。これは特に、いわゆる２次反射、即ち反射光の反射の捕捉又は減衰に役立つ。そのためには、本発明の別の好ましい発展形に従って、受光器１３の上方にある円錐状の空間を利用して補助遮光体を配置することができる。この空間の円錐形状は、受光器１３に対して回転する鏡１５の偏向面３１によってできるものである。つまり、この円錐状空間は鏡１５が回転しても影響を受けない。更に詳しく言えば、この円錐状空間の内部に追加の構成部品を配置しても鏡１５の回転を妨げることはないのである。
【００７６】
本発明のこの発展形では、円錐状空間内に一又は複数の垂直な補助遮光体を配置する。その際、補助遮光体の形状は平板状又は円板状とし、その厚みは受光器１３（ないし受光レンズ）の寸法に比べて薄くする。これらの補助遮光体は、各補助遮光体により決まる平面がいずれも検出光に平行になるように配置することが好ましい。つまり、補助遮光体は、受光器１３（ないし受光レンズ）の面に垂直になる。
【００７７】
これらの薄い垂直な補助遮光体の配置は様々な形をとることができる。複数の補助遮光体を互いに平行又は垂直に（即ち、格子状又は十字状に）配置してもよい。
【００７８】
変形例として、これらの垂直な補助遮光体は、水平に伸びる受光器１３の受光レンズに固定することができる。つまり、補助遮光体は鏡１５とは一緒に回転しない。別の方法として、垂直な補助遮光体を、下部領域において支持板２９及び回転鏡１５を互いに結合するために受光器１３を超えて水平に伸びる前記保持板に固定してもよい。この変形例では、垂直な補助遮光体も回転運動に加わり、受光器１３に対して回転する。特にこの変形例では、垂直な補助遮光体を単に互いに平行に配置すること、即ち、十字状や格子状には配置しないことが好ましい。この場合、これらの平行な補助遮光体の方向は、それらが回転鏡１５上での方向変更前及び変更後の検出光の伝播方向に垂直になるように選択する。
【００７９】
垂直な補助遮光体は、使用される放射光を透過させない材料で作製する。
【００８０】
特に、前面板２１が球面状に曲がっている場合、回転鏡１５が０度の位置（発光点即ち２次出射光１９が前面板２１の内側に入射する点が「頂点」にある位置）の両側約４５〜７５度の範囲内にあるときには常に、前面板からの反射光の反射光（即ち２次反射光）が細い線となって受光器１３（ないし受光レンズ）に入射する、ということが確認されている。更に、この線状の２次反射光については、常に（即ち、前記角度範囲における回転鏡１５の位置に関わらず）発光器１１の中心軸と受光器１３の中心軸との間の最短接続線を通る、との想定が可能である。
【００８１】
上記のような想定が可能である以上、これに対応すべく、本発明の別の好ましい実施例では、前記線状の２次反射光を徐々に弱めるように計測されて配置された平らな補助遮光体を受光器１３又は受光レンズに装着することを提案する。この補助遮光体は、例えば粘着テープ又は板金テープで構成することができる。あるいは、この補助遮光体を、ラッカーを受光器１３又は受光レンズの上に塗ることで構成してもよい。
【００８２】
これまで説明した本発明の各実施形態は、例えば以下のように変形することができる。
【００８３】
遮光体２３の遮蔽面２７又は中空円筒３３の外面は、鏡面状又は光沢面状にする代わりに、妨害光２５のうち未吸収の部分が拡散されるような構成にすることも可能である。これにより、検出装置の内部における未吸収の妨害光の出力密度を最小値まで低下させることができる。
【００８４】
前面板２１は、球の一部とは異なる形状にすることができる。例えば、卵形の前面板を使用してもよい。
【００８５】
円形とは異なる形状の支持板２９、即ちリング又はリングの一部の形をした支持板については既に述べた。このような配置においては、鏡の回転軸３７を中心として、発光器１１のうち回転軸３７に最も近くにある点までの半径より短い半径範囲の内側に、受光レンズ１３が位置するようにすることが好ましい。
【００８６】
一般に、支持板の形状及び／又は配置は、発光路又は受光路のいずれかが支持板に影響されないように、即ち、出射光又は検出光が支持板のところで妨害されることなく通過するように、決定することができる。
【００８７】
更に、受光レンズ１３は、いわゆる「光トラップ」として機能する、多数の遮光体を有する鏡胴として配置することができる。このような鏡胴は、スキャナ構造をあまりコンパクトにする必要が無く、鏡胴を比較的長くできる場合に特に有利である。
【００８８】
更に、回転鏡及び遮光体を一体成形した固形物からなる球体を回転可能なユニットとして構成することも可能である。この回転球体と該回転球体を囲む前面板との間には、例えば液体やゲル等の任意の媒体を入れることができる。
【００８９】
別の変形例として、発光器１１の光軸及び／又は受光器１３の光軸が鏡の回転軸３７に対して傾いた状態にすることができる。
【００９０】
１個の受光器１３と複数の発光器１１を備える構成では、発光器１１を受光器１３の周りに対称的に配置してもよく、非対称的に配置してもよい。
【００９１】
本発明に係る検出装置をスキャナとして構成する場合、走査範囲は基本的に０度から３６０度までの任意の角度にすることができる。
【００９２】
デフレクタ１５の回転軸３７を受光路の光軸と一致させることは必須ではない。このような同軸配置ではなく、回転軸３７の光軸と受光路の光軸とを互いに平行にずらした配置にしてもよい。
【００９３】
更に、２個以上の遮光体２３を検出装置の内部で使用してもよい。例えば、いずれも平らで赤道面に平行な多数の遮光体をそれぞれ異なる高さに配置することができる。２個の遮光体２３を用いる場合は、例えば一方の遮光体２３を赤道面より上に配置し、他方を下に配置することができる。別の方法として、あるいは前記方法に加えて、遮光体２３を交差させてもよい。
【００９４】
別の変形例では、遮光体２３が、赤道面に平行なリング平面を有するリングとして構成される。このリングには、出射光の通過口を作り出すために、一箇所又は複数箇所の切断部分又は空き部分を設ける。リングの切断部分は、遮光体２３が互いに距離をおいて円周方向に配置された複数の部分リングを含み、出射光がそれらの間を妨害されること無く通過できる、という形で実現できる。このような遮光体２３の使用により、出射光に影響を与えることなく、実用上全範囲にわたって受光器１３を保護することができる。
【００９５】
中空円筒３３については、図９及び図１０に示した実施形態との関係で説明したが、図４〜図８の実施例のように、デフレクタ１５が鏡であり、その前に支持板２９が配置された形態でも同様に使用可能である。この場合、妨害光２５に対して受光路を保護するための遮光体２３として、平板状要素の代わりにパイプを用いる。このパイプないし中空円筒は、例えば直接支持板に接着することができる。
【００９６】
円周方向に閉じた完全なパイプの代わりに、長さ方向に分割されたパイプを使用してもよい。
【００９７】
以上説明した実施例及び変形例は、互いに矛盾しない限りにおいて、組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザスキャナの概略側面図であって、デフレクタが第１の回転位置にある様子を示す図。
【図２】図１のレーザスキャナの透視図であって、デフレクタが第２の回転位置にある様子を示す図。
【図３】図２のレーザスキャナの平面図。
【図４】本発明の別の実施形態に係るレーザスキャナの概略透視図であって、デフレクタが第１の回転位置にある様子を示す図。
【図５】図４のレーザスキャナの側面図。
【図６】図４のレーザスキャナの平面図。
【図７】図４のレーザスキャナの平面図（図６に相当）であって、デフレクタが第２の回転位置にある様子を示す図。
【図８】図７のレーザスキャナの透視図。
【図９】本発明の別の実施形態に係るレーザスキャナの概略側面図であって、デフレクタが第１の回転位置にある様子を示す図。
【図１０】図９のレーザスキャナの平面図であって、デフレクタが第２の回転位置にある様子を示す図。
【符号の説明】
【００９９】
１１…発光器
１３…受光器
１５…デフレクタ
１７…１次出射光
１９…２次出射光
２１…前面板
２３…遮光体
２５…妨害光
２７…遮蔽面
２９…支持体
３１…偏向面
３３…遮蔽要素
３５…光入射・出射面
３７…回転軸
３９…球の中心
４１…ホルダ
４３…基板
【図１】
2005189857.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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