(57)【要約】本発明は、放射装置（１）、及び、その中心点（ＭＰ）の周りで揺動可能なスキャンミラー（２）であって透明なカバー要素（４）を備えるハウジング（３）内部に配設されたスキャンミラー（２）、を含む送信器に関するものである。カバー要素（４）は少なくとも出射領域（４．２）内で、曲率中心（Ｋ）を有する単一中心的な半球殻（ＨＫ）の一部分によって形成されており、また、カバー要素（４）は曲率中心（Ｋ）及びスキャンミラー（２）の中心点（ＭＰ）が一致するようにスキャンミラー（２）を覆って配設されている。
2020531911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも１つのレーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発する放射装置（１）、及び、その中心点（ＭＰ）の周りで揺動可能なスキャンミラー（２）であって透明なカバー要素（４）を備えるハウジング（３）内部に配設されたスキャンミラー（２）、を含む送信器にして、
少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）の前記光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）が以下のように前記カバー要素（４）へ向けられている、すなわち、前記光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）が少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記カバー要素（４）を通って通過した後入射領域（４．１）内で前記中心点（ＭＰ）に当たりまた少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記スキャンミラー（２）での反射の後出射領域（４．２）内で再度前記カバー要素（４）を通過するように、前記カバー要素（４）へ向けられている、
送信器において、
前記カバー要素（４）が、少なくとも前記出射領域（４．２）にて曲率中心（Ｋ）を有する単一中心的な半球殻（ＨＫ）の一部分によって形成されており、また、前記曲率中心（Ｋ）及び前記スキャンミラー（２）の前記中心点（ＭＰ）が一致するように前記スキャンミラー（２）を覆って配設されていること、及び、
少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記カバー要素（４）を通過する前に、入射領域（４．１）内で、収束的に予めコリメートされており、また前記カバー要素（４）を再度通過した後、出射領域（４．２）内で完全にコリメートされていること、
を特徴とする送信器。
【請求項２】
請求項１に記載の送信器において、
前記カバー要素（４）が、前記入射領域（４．１）内で、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の第２の一部分によって又は別の単一中心的な半球殻の一部分によって形成されており、その際、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の曲率中心（Ｋ）及び前記別の単一中心的な半球殻の曲率中心が一致すること、
を特徴とする送信器。
【請求項３】
請求項２に記載の送信器において、
前記カバー要素（４）が完全な単一中心的な半球殻（ＨＫ）であること、
を特徴とする送信器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、それぞれ１つの角度を共に取り囲むように互いに調整された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を放射し、当該レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）がそれぞれ、前記入射領域（４．１）内で前記カバー要素（４）の表面に対して垂直に調整されていること、
を特徴とする送信器。
【請求項５】
請求項１に記載の送信器において、
前記カバー要素（４）に前記入射領域（４．１）内で１つの屈折要素（５）が配設又は形成されており、当該屈折要素（５）を介して少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項６】
請求項５に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、互いに平行に指向された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、前記屈折要素（５）が、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の仮想の接線面（Ｔ）に又は仮想の接面接線面（Ｔ）に対して平行に、配設されている１つの平坦な入射面（５．１）、及び、前記放射装置（１）が複数の前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発するのと同数の互いに傾斜された平坦な出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）、を有しており、その結果、少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が、前記入射面（５．１）に対して垂直に指向されている場合、それぞれ出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）での屈折を介して、前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項７】
請求項５に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、互いに平行に指向された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、また、前記屈折要素（５）が、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の仮想の接線面（Ｔ）に又は仮想の接線面（Ｔ）に対して平行に、配設されている１つの平坦な出射面（５．２３）を有していること、及び、
前記屈折要素（５）が、放射装置（１）が複数の前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発するのと同数の互いに傾斜された平坦な前記入射面（５．１１、・・・、５．１ｎ）、を有しており、その結果、少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が、前記射出（５．２３）に対して垂直に指向される場合、それぞれ入射面（５．１１、・・・、５．１ｎ）及び出射面（５．２３）での屈折を介して、前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項８】
請求項６に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、奇数のレーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）が一列に配置されており、複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうち中央の出射面は前記入射面（５．１）に対して平行に配置されており、また、前記複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちその他の出射面は複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちの前記中央の出射面に対して対称に配置されており、その結果、前記複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちその他の２つの出射面がそれぞれ対称的に互いに向かい合っており、またそれぞれが前記複数の出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちの前記中央の出射面と同じ角度をなしていること、
を特徴とする送信器。
【請求項９】
請求項５に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、互いに平行に指向された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、また、前記屈折要素（５）が、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の仮想の接線平面（Ｔ）に対して垂直に配設されている１つの平坦な入射面（５．１３）、１つの背面（５．３）、及び、前記放射装置（１）が複数の前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発するのと同数の互いに傾斜された平坦な出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）、を有しており、その結果、少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が、前記入射面（５．１３）に対して垂直に指向される場合、前記背面（５．３）によって反射され、また、それぞれ前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）での屈折を介して、前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項１０】
請求項３から９のいずれか一項に記載の送信器において、
前記屈折要素（５）が一体的な前記カバー要素（４）内に形成されていること、
を特徴とする送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライダースキャナ（ＬＩＤＡＲスキャナ（ＬＩＤＡＲ：light detection and ranging））用の送信器にして、コリメートされたレーザー光線を用いて少なくとも１つのスキャン角度領域をスキャンする送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
個々のスキャン点がほぼ無限遠に結像される距離測定においては、個々のスキャン角度領域は、２次元的なスキャンフィールド（スキャン野）のスキャンによって３次元的な拡がり（拡張）を有する、又は、１次元的なスキャンライン（スキャン線）のスキャンによって２次元的な拡がりを有する。
【０００３】
スキャンフィールド或いはスキャンラインの拡がりがスキャンミラーの最大の揺動角度により制限されている一方で、その深さは基本的に、一方では光線の強度が進行経路と共に指数関数的に減衰するというランベルト・ベールの法則によって決定されており、また他方では光線源の出力を制限する必要とされるレーザークラスによって制限されている。
【０００４】
大きなスキャン角度領域は、例えば広い領域が空間内で空白なしに観察されるべきであるところで重要となる。これに関する使用分野は例えば、航空、船舶航行、軍事技術、又は、路上車両の自動走行（自律走行）であり得る。
【０００５】
それを用いて大きなスキャン角度を網羅することが出来る回転性のミラーをスキャンミラーとして使用する場合、例えば内部でミラー軸が支持されている複数のホルダーといった、複数の更なる個別の構成要素（個別部品）が必要とされる。回転に伴い生じる摩擦は、摩耗及びそれにより生じる滑りを導く。複数の個別の構成部材からなる構成グループは、今日では通常、一体的に（単一部材的に）製造された構成グループよりも製造に関してより労力がかかり、また従ってより高価である。それらは小型化がより困難であり、また通常より高重量である。
【０００６】
一体的に個体ジョイントを介して１つのフレームと接続されている複数のＭＥＭＳミラー（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanic Systems）は、完全に消耗なしに機能し、その際、ＭＥＭＳミラーの中心点の周りで互いに１８０°ずれて配設されている２つの個体ジョイントは機械的に見て１つの回転軸を形成している。以下のような商用（市販）のＭＥＭＳミラーも存在する、即ち、１つの回転軸の周りでのみ揺動され得る、互いに垂直な２つの回転軸の周りで揺動され得る、又は、個別のサスペンション部（マウント部）を形成する３つ以上のジョイントの周りで揺動され得る、商用（市販）のＭＥＭＳミラーも存在する。その際フレームに対するＭＥＭＳミラーの揺動角度（偏向角度）は、個体ジョイント接続に基づいて、その都度、揺動されていないゼロ位置の周りで±約１０°に制限されている。摩擦のない駆動、高い値に到達可能なその駆動周波数、及び、昨今の比較的低い価格は、ＭＥＭＳミラーを目下、動的且つ小型でまた堅牢な装置にとって非常に魅力的なものとしている。
【０００７】
しかしながら送信器用のスキャンミラーとして複数のＭＥＭＳミラーを用いる場合はしかしながら、制限された小さい揺動角度が欠点である。ＭＥＭＳミラーを介して反射されるレーザー光線にとっての最大のスキャン角度領域は、最大の揺動角度の４倍からもたらされ、従って最大で約４０°の値を取る。個々のＭＥＭＳミラーの複数のスキャン角度領域から、１つの合成されたより大きな角度領域を獲得するために、又は、互いに遠く離れて存在する複数のスキャン角度領域をもたらすために、複数のＭＥＭＳミラーを用いることは自明であろう。しかしながらそれにより、一方では、装置のコンパクトさが損なわれる可能性があり、また他方では、複数のＭＥＭＳミラーをそれらの運動経過に関して同期させるために技術的な措置が取られなければならない可能性がある。その代わりに、複数のレーザー光線を異なる入射角度でＭＥＭＳミラーへ指向させること、そしてその結果、それらが、互いに隣り合う複数の個別のスキャン角度領域にして１つの大きなスキャン角度領域を組み立てるスキャン角度領域をスキャンすることは、ＭＥＭＳミラーの上流のカバー要素にして従来技術に従えば平坦プレートの形態でのみ知られているカバー要素が個々のレーザー光線に異なる影響を与えることが欠点となる可能性がある。
【０００８】
スキャンミラーがＭＥＭＳミラーであるかどうかとは無関係に、スキャンミラーがハウジング内に入れられており、またカバー要素によって覆われており、また従って保護されていることには、複数の理由があり得る。この場合知られている限りにおいて常に、カバー要素は、揺動されていないミラーに対して平行に又は傾斜して配設された透明な平坦プレートである。
【０００９】
カバー要素へ入射する１つのレーザー光線は、これは場合によってはスキャンミラーへ指向される複数のレーザー光線及びスキャンミラーでの反射の後のそれぞれのレーザー光線に関係するものであるが、それ故、平坦プレートへの入射角に応じて、レーザー光線の強度を位置に応じて多少低減させる多少のフレネルロス（フレネル損失）を被る。更に、カバー要素での望まれない反射が起こり得る。
【００１０】
特許文献１からは、送信ユニット（出射ユニット）を備えた光学的な対象物検知ユニットが知られており、当該対象物検知ユニットは、レーザー光線を発するための送信機、その中心点の周りで１つ又は２つの回動方向の周りで回動可能なマイクロミラー、及び、送信光線経路内でマイクロミラーの下流側にこれを覆うように配設されている送信レンズ、を含んでいる。メニスカスレンズとして設計されている送信レンズはこの場合、送信ユニットのハウジングのカバーとしても機能することが出来る。この場合の欠点は、レーザー光線がマイクロミラーに向かって送信レンズを介さずには案内され得ないのでマイクロミラーがそれ自体のみではハウジング内へ組み込まれ得ないこと、である。
【００１１】
特許文献２からは、少なくとも２つの切り替え位置にて回動可能なＭＥＭＳミラーにして、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）で覆われるＭＥＭＳミラーを有する照射装置（投影装置）が知られている。屈折率分布型レンズは、平凸レンズであり、その平坦面はＭＥＭＳミラーに向けられて配置されている。屈折率分布型レンズを介して入射するおそらくは平行なレーザー光線束は、ＭＥＭＳミラー上へフォーカスされ、また、反射後に屈折率分布型レンズを新たに通過する際に場合によっては再度コリメートされる。一方では、ＭＥＭＳミラーが、屈折率分布型レンズの平坦面によって制限されて、非常に小さい回動領域しか有していないことが欠点であり、また他方では、場合によっては異なる入射角度から来る複数のレーザー光線が屈折率分布型レンズの平坦面での屈折に基づいてＭＥＭＳミラー上で同一の点に当たらないことが欠点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２０１２  ０２５  ２８１  Ａ１
【特許文献２】ＤＥ  １０  ２０１１  ００６  １５９  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、カバー要素によって保護されているスキャンミラーを有するライダースキャナ（ＬＩＤＡＲスキャナ）用の送信器にして、カバー要素にて可能な限り僅かなフレネルロスしか発生せず又望まれない反射が発生しない送信器、を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、請求項１の特徴を用いて解決される。有利な実施例は従属する下位請求項に記載されている。
【００１５】
本発明は以下において、複数の実施例及び図面に基づいてより詳細に説明される予定である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】放射装置を備える送信器に対する第１の実施例を示しており、当該放射装置は予めコリメートされたレーザー光線を発する。
【図２】放射装置を備える送信器に対する第２の実施例を示しており、当該放射装置は予めコリメートされた２本のレーザー光線であって、互いに１つの角度を取り囲むレーザー光線を発する。
【図３】図１及び図２に従う送信器内での１本のレーザー光線の光線経路に対する簡略化された光学図を示す。
【図４ａ】放射装置を備える送信器に対する第３の実施例を示しており、当該放射装置は予めコリメートされた互いに平行な２本のレーザー光線を発する。
【図４ｂ】図４ａに従う送信器の拡大された部分図を示している。
【図５】放射装置を備える送信器に対する第４の実施例の拡大された部分図を示しており、当該放射装置は予めコリメートされた互いに平行な３本のレーザー光線を１つの列に沿って発する。
【図６】放射装置を備える送信器に対する第５の実施例の拡大された部分図を示しており、当該放射装置は予めコリメートされた互いに平行な３本のレーザー光線を１つの列に沿って発する。
【図７】放射装置を備える送信器に対する第６の実施例の拡大された部分図を示しており、当該放射装置は予めコリメートされた互いに平行な３本のレーザー光線を１つの列に沿って発する。
【図８】放射装置を備える送信器に対する第７の実施例の拡大された部分図を示しており、当該放射装置は予めコリメートされた互いに平行な３本のレーザー光線を１つの列に沿って発する。
【図９】図４ａから図８に従う送信器内での１本のレーザー光線の光線経路に対する簡略化された光学図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に従う送信器は基本的に、図１、図２又は図４に示されているように、光線軸Ａ１、・・・、Ａｎを有する少なくとも１つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎを放射（出射）する放射装置（出射装置）１、及び、その中心点ＭＰの周りで揺動角度β分だけ揺動可能なスキャンミラー２、を含んでいる。スキャンミラー２は透明なカバー要素４を有するハウジング３内に配設されている。少なくとも１つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎの光線軸Ａ１、・・・、Ａｎは、以下のようにカバー要素４へ指向されている、すなわち、光線軸Ａ１、・・・、Ａｎは、少なくとも１つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが入射領域４．１内でカバー要素４を通って入った後にスキャンミラー２の中心点ＭＰに当たるように、指向されている。スキャンミラー２にて少なくとも１つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが反射した後にこの光線は新たに出射領域４．２内でカバー要素４を通って出ていく。
【００１８】
カバー要素４が、少なくとも出射領域４．２にて単一中心的な（単心的な、モノセントリックな）半球殻ＨＫ（以下単に半球殻ＨＫと称する）の一部分によって形成されていること、及び、半球殻ＨＫの曲率中心Ｋとスキャンミラー２の中心点ＭＰが一致するようにスキャンミラー２を覆って配設されていること、が本発明にとって本質的である。単一中心的（モノセントリック）とは、半球殻ＨＫの双方の表面の曲率中心が一致することを意味している。
【００１９】
カバー要素４は、望まれない光学的効果を避けつつスキャンミラー２を保護する機能のみを有している。それは少なくとも放射領域において単一中心的な半球殻ＨＫの一部分として設計されているので、それは、スキャンミラー２の中心点ＭＰから出射領域へ反射されるそれぞれのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎに対して同一に作用する。スキャンミラー２の中心点ＭＰへ指向されるそれぞれのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎのうちの主光線（中心光線）は、垂直方向で半球殻ＨＫの双方の表面へ反射され、また、従って屈折されることなくカバー要素４を通過する。レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎのその他の全ての光線は（正確にはレーザー光線束について説明するべきであるかもしれないが）、半球殻ＨＫは必然的にある程度の厚さを有しているので、避けられず境界面で屈折され、その際、半球殻ＨＫは拡散レンズ（散光レンズ）として作用する。半球殻ＨＫの避けることが出来ない光学的作用は、レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが放射装置１によって既に予めコリメートされて（プレコリメートされて）カバー要素４へ指向されることで、補償される。この場合、予めコリメートされる、とはレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが僅かな収束を有することを意味している。半球殻ＨＫの拡散作用によってレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎは完全にコリメートされる。
【００２０】
カバー要素４は完全な半球殻ＨＫであってもよい（図１参照）、またそれは入射領域４．１に屈折要素（偏向要素）５が統合されている或いは形成されている半球殻ＨＫであってもよい（図４参照ａ）、半球殻ＨＫは出射領域を含む一部分まで減少されており、また入射領域では揺動されていないスキャンミラーに対して平行に或いは傾けられて配設された平坦プレートであるようなものまでがカバー要素４であり得る。基本的に、カバー要素４は入射領域４．１及び出射領域４．２においても、異なる半径を有する２つの半球殻の一部分によって形成され得て、その際、両方の半球殻の曲率中心はスキャンミラーの中心点ＭＰに一致している。本発明の後続の説明に対しては、単純化して、入射領域４．１もまた同様に出射領域４．２も半球殻の一部分によって形成されるケースに対して、カバー要素自体が完全な半球殻であることを前提とする予定である。半球殻ＨＫは負の屈折力（負屈折力）を有している。それは、幾何学的なベース円（底部円）によって定義されており、当該幾何学的なベース円は半球殻ＨＫの底面の外周によって描かれ、また、面中心点を有している。面中心点は、半球殻ＨＫのまたこの半球殻ＨＫの全ての一部分の曲率中心Ｋである。すなわち、半球殻ＨＫは一部分へ縮小され、この一部分にも、割り当てられた仮想の完全な半球殻ＨＫのように、同じ曲率中心Ｋが割り当てられ得る。
【００２１】
入射領域４．２の様々な設計の異なる作用は、実施例に基づいて後に説明される。
【００２２】
カバー要素４は、必然的に幾何学的なベース円Ｇの面中心点がスキャンミラー２上でその中心点ＭＰに存在するように、スキャンミラー２を覆って配設されている。これは、製造上及び組み立て上もたらされた公差、長期ドリフト並びに予期される通りに悪化するビームの質を許容する公差偏差を含んでも成り立つものである。
【００２３】
少なくとも１つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎは、それがカバー要素４を入射領域４．１内で通過する前に、収束的に予めコリメートされ、そして、出射領域４．２内で新たにカバー要素４を通過した後で完全にコリメートされていることも、本発明にとって本質的である。
【００２４】
専門的には、例えばレーザーダイオードといったレーザー源の放射特性についての知識に関して、レーザー源と共にレーザー光線用の放射装置１を形成するコリメーターは、カバー要素４の光学的なパラメータを用いる調整に関して、送信器によって放射されるレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが完全にコリメートされているように計算される。放射装置１は、それがいくつのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎを放射するかに応じて、複数のレーザー源１．１及び複数のコリメーターを有している。その際複数のレーザー源１．１．はそれぞれ関連するコリメーター１．２の対象側の焦点Ｆ１．２の近傍に存在するものの、まさにその位置には存在してはおらず、その結果、レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎは放射装置１から出る際にはまだ完全にはコリメートされてはいない。
【００２５】
図１は、送信器に対する第１の実施例を図示している。放射装置１はこの場合、ちょうど１本のレーザー光線Ｓ１を放射している。図２に図示されている第２の実施例においては、放射装置１は２本のレーザー光線Ｓ１、Ｓ２を放射している。放射装置１は２本より多くのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎを発することも可能であり、それらの光線軸Ａ１、・・・、Ａｎは、それぞれ入射領域４．１の表面に対して垂直に指向されておりまた互いに１つの角を取り囲んでいる。
【００２６】
カバー要素４の設計は、両方の実施例に対して同一でありまた完全な半球殻ＨＫである。その結果、カバー要素４の入射領域４．１及び出射領域４．２はそれぞれ、この単一中心的な半球殻ＨＫの一部分を含んでいる。従ってカバー要素４は比較的簡潔に製造され得る。しかしながら、入射領域４．１及び出射領域４．２の外側では、カバー要素４は任意の形状的な形態を有することが可能である。
【００２７】
揺動されていないスキャンミラー２の垂線Ｌに対して少なくとも１つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎがスキャンミラー２に当たる入射角度α１、・・・αｎとは完全に無関係に、当該レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎの光線軸Ａ１、・・・、Ａｎは、カバー要素４が半球殻ＨＫとして形成されている場合には或いは少なくとも入射領域４．１及び出射領域４．２において半球殻ＨＫの一部分である場合には、スキャンミラー２での反射後に、その位置とは無関係に揺動中に常に垂直にカバー要素４へ当たる。それにより、通過するレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎの透過成分は、最大限であるだけでなく、スキャンミラー２が揺動する際も変化しない。
【００２８】
有利には、半球殻ＨＫ（カバー要素４）は、例えば射出成形によって、丈夫な壁厚を有して作製される。従ってそれはその壁厚による著しくビーム整形的な作用（ビームフォーミングな作用）を有している。
【００２９】
図３には、レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎの光線経路（光線の進行）に対しての簡略化され、展開された光学図を、送信器の第１及び第２の実施例にとってのレーザー光線Ｓ３を用いて表している。展開されるとはこの場合、スキャンミラー２での反射による光線の偏向（方向転換）が考慮されないままであることを意味している。放射装置１から来る予めコリメートされたレーザー光線Ｓ３は、負の屈折力ＦＨＫ、Ｆ｀ＨＫを有する半球殻ＨＫを２度通過することによって完全にコリメートされる。レーザー光線Ｓ３に対する完全なコリメーションは、コリメーター１．２が以下のように設計されていることによって達成される、すなわち、レーザー光線源１．１がコリメーター１．２を介して、半球殻ＨＫの対象側の焦点ＦＨＫの位置を通って伸びる結像面ＢＥへ結像されるように、コリメーター１．２が設計されていることによって、達成される。
【００３０】
図４ａには、送信器の第３の実施例に対する原理図が図示されている、図４ｂでは当該実施例の拡大された一部分が、カバー要素４（屈折要素５）を示している。図５から図８には、複数の別の実施例のためにそれぞれ異なって設計されたカバー要素４が示されている。これらの実施例は、先に挙げた２つの実施例とは、放射装置１が互いに平行に調整された光線軸Ａ１、・・・、Ａｎを有する少なくとも２つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎを発する点、及び、カバー要素４が、入射領域４．１に屈折要素５を含んでいるか、又は、以下のような要素として形成されている点、すなわちその要素を介して少なくとも２つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが中心点ＭＰ上へと導かれるような要素として形成されている点、で異なっている。
【００３１】
図４ａ及び図４ｂに従う第３の実施例及び図５に従う第４の実施例に従うと、屈折要素５は平坦な入射面５．１３を有しており、当該入射面５．１３は、半球殻ＨＫの仮想の接線平面（接面）Ｔに又は仮想の接線平面Ｔに対して平行に、配設されおり、また、屈折要素５は、放射装置１が発する複数のレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎと同数の、互いに傾斜した平坦な複数の出射面５．２１、・・・、５．２ｎを有している。その結果、少なくとも２つの平行なレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが、レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎのうちの１つを除いて、入射領域５．１３へ向かって垂直に調整される場合、それぞれ、出射面５．２１、・・・、５．２ｎでの屈折を介して中心点ＭＰ上へ導かれる。
【００３２】
有利には放射装置１は、図５に図示されている第４の実施例のように、奇数本のレーザー光線を発し、また、出射面５．２１、・・・、５．２ｎは一列に配置されている。その際、出射面５．２１、・・・、５．２ｎのうち中央の出射面は、１つの入射面５．１３と平行に配置されており、また、その他の出射面５．２１、・・・、５．２ｎは、出射面５．２１、・・・、５．２ｎのうち中央の出射面に対して対称に配置されている。その結果、その他の出射面（中央の出射面以外の出射面）５．２１、・・・、５．２ｎのうちの２つの出射面のそれぞれが互いに対称的に位置しており、また、それぞれが、出射面５．２１、・・・、５．２ｎのうち中央の出射面と同一の角度を取り囲んでいる。
【００３３】
図６に図示されている第５の実施例は、以下の点で第３及び第４の実施例とは異なっている、すなわち、平坦な入射面５．１３が半球殻ＨＫの仮想の接線平面Ｔに対して垂直に配置されており、また、入射面５．１３に対して４５°分だけ傾斜されている反射面（背面）５．３を有しており、その結果、少なくとも２つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが、その光線軸Ａ１、・・・、Ａｎが入射面５．１３に対して垂直に調整されている場合、反射面５．３によって反射されまたそれぞれ出射面５．２１、・・・、５．２ｎでの屈折を介して中心点ＭＰに導かれることによって、第３及び第４の実施例とは異なっている。
【００３４】
１つの入射面５．１３は、仮想の接線平面Ｔと０°から９０°の間で異なる角度を取り囲んでいてもよく、その結果、放射装置１をスキャンミラー２に対するその相対位置に関して与えられた構成自由度に応じて配設することが可能である。
【００３５】
図７に図示されている第６の実施例は、屈折要素５が放射装置１が発する複数のレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎと同数の入射面５．１１、・・・、５．１ｎを有していることによって、第３から第５の実施例とは異なっている。
【００３６】
図８に図示されている第７の実施例は、カバー要素５が唯一つの出射面５．２３を有していることによって、第６の実施例とは異なっている。
【００３７】
屈折要素５に対する最後に挙げられた２つの実施は、レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎにとっての屈折を２つの面で分けることが出来るので、特に有利である。
【００３８】
屈折要素５の上述の全ての実施は、個々のレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎのためにそれぞれ１つのくさび部を、割り当てられたそれぞれの入射面５．１１、・・・、５．１ｎ及び割り当てられたそれぞれの出射面５．２１、・・・、５．２ｎが互いに傾斜して配置されていることによって、形成している。複数のレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎのうちの１つのレーザー光線Ｓ３のためには、屈折要素は、出射面５．２３に対して平行な入射面５．１１を有する平坦なプレートであってもよい。
【００３９】
図９には、レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎの光線経路に対する簡略化され展開された光学図が、第３から第７の実施例のためのレーザー光線Ｓ3を用いて図示されている。展開されるとはこの場合、スキャンミラー２での反射による、また、屈折要素５での屈折による或いはそこでの屈折及び反射による、光線の偏向（方向転換）が考慮されないままであるであることを意味している。放射装置１から来る予めコリメートされたレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎは、屈折要素５を通過する際のその光線軸Ａ１、・・・、Ａｎの傾きに依存して、異なって屈折されまた従って偏向される。代替的に、図９にはレーザー光線Ｓ3の光線経路が図示されており、当該レーザー光線Ｓ3のために屈折要素５は単に平坦なプレートとして作用している。屈折要素５は結像的には作用せず、その結果、予めコリメートされたレーザー光線の完全なコリメーションは、半球殻ＨＫを介した簡潔な結像によって行われる。
【００４０】
レーザー光線Ｓ3に対する完全なコリメーションは更に、半球殻ＨＫの対象側の焦点ＦＨＫの位置を通って伸びる結像面ＢＥへレーザー光線源１．１がコリメーター１．２及び屈折要素５を介して結像されるように、コリメーター１．２が構成されているによって、達成される。
【００４１】
屈折要素５は、個別的に製造された構成部材としてカバー要素４に組み込まれていてもよい、又は、有利には一体的にカバー要素４に形成されている。
【００４２】
第１及び第２の実施例は、本発明に従う送信器の第１のタイプに属するものであり、当該第１のタイプにおいては、第２のタイプとは異なり、レーザー光線の総数とは無関係にまたそれらのレーザー光線が互いに形成する角度とは無関係に、同一のカバー要素４を用いることが可能である。
【００４３】
第３、第４及び第５の実施例は本発明に従う送信器の第２のタイプに属している。第１のタイプとは異なり、この場合、放射装置１のために市販のレーザーダイオードアレイを用いることが可能であり、当該レーザーダイオードアレイにおいては全てのレーザーダイオード要素はレーザー光線を同一方向へ放射する。
【符号の説明】
【００４４】
１                        放射装置（照射装置）
１．１                    レーザー光線源
１．２                    コリメーター
２                        スキャンミラー
３                        ハウジング
４                        カバー要素
４．１                    （カバー要素４の）入射領域
４．２                    （カバー要素４の）出射領域
５                        屈折要素
５．１１、・・・、５．１ｎ  （屈折要素５）の入射面
５．２１、・・・、５．２ｎ  （屈折要素５）の出射面
５．３                    （屈折要素５）の反射面
Ｓ１、・・・、Ｓｎ          レーザー光線
Ａ１、・・・、Ａｎ          （レーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎの）光線軸
ＭＰ                      （スキャンミラー２の）中心点
Ｔ                        仮想の接線平面
Ｌ                        垂線
ＨＫ                      単一中心的な半球殻
Ｋ                        （単一中心的な半球殻ＨＫ）の曲率中心
α１、・・・、αｎ          入射角度
β                        （スキャンミラー２の）揺動角度
Ｆ１．２                    コリメーターの対象側の焦点
Ｆ｀１．２                  コリメーターの結像側の焦点
ＢＥ                      結像面
ＦＨＫ                      半球殻の対象側の焦点
Ｆ｀ＨＫ                    半球殻の結像側の焦点
【図１】
2020531911.tif 000003
【図２】
2020531911.tif 000004
【図３】
2020531911.tif 000005
【図４ａ】
2020531911.tif 000006
【図４ｂ】
2020531911.tif 000007
【図５】
2020531911.tif 000008
【図６】
2020531911.tif 000009
【図７】
2020531911.tif 000010
【図８】
2020531911.tif 000011
【図９】
2020531911.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月1日(2020.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
特許文献２からは、少なくとも２つの切り替え位置にて回動可能なＭＥＭＳミラーにして、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）で覆われるＭＥＭＳミラーを有する照射装置（投影装置）が知られている。屈折率分布型レンズはそれぞれ、非常にポジティブに屈折的な平凸レンズ又は非常にポジティブに屈折的なメニスカスであり、その平坦面又は凹面はそれぞれ、ＭＥＭＳミラーに向けられて配置されている。屈折率分布型レンズを介して入射するおそらくは平行なレーザー光線束は、ＭＥＭＳミラー上へフォーカスされ、また、反射後に屈折率分布型レンズを新たに通過する際に場合によっては再度コリメートされる。一方では、ＭＥＭＳミラーが、屈折率分布型レンズの平坦面によって制限されて、非常に小さい回動領域しか有していないことが欠点であり、また他方では、場合によっては異なる入射角度から来る複数のレーザー光線が屈折率分布型レンズの平坦面又は凹面のそれぞれでの屈折に基づいてＭＥＭＳミラー上で同一の点に当たらないことが欠点である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図４ａには、送信器の第３の実施例に対する原理図が図示されている、図４ｂでは当該実施例の拡大された一部分が、屈折要素５を示している。図５から図８には、複数の別の実施例のためにそれぞれ異なって設計された屈折要素５が示されている。これらの実施例は、先に挙げた２つの実施例とは、放射装置１が互いに平行に調整された光線軸Ａ１、・・・、Ａｎを有する少なくとも２つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎを発する点、及び、カバー要素４が、入射領域４．１に屈折要素５を含んでいるか、又は、以下のような要素として形成されている点、すなわちその要素を介して少なくとも２つのレーザー光線Ｓ１、・・・、Ｓｎが中心点ＭＰ上へと導かれるような要素として形成されている点、で異なっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも１つのレーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発する放射装置（１）、及び、その中心点（ＭＰ）の周りで揺動可能なスキャンミラー（２）であって透明なカバー要素（４）を備えるハウジング（３）内部に配設されたスキャンミラー（２）、を含む送信器にして、
少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）の前記光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）が以下のように前記カバー要素（４）へ向けられている、すなわち、前記光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）が少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記カバー要素（４）を通って通過した後入射領域（４．１）内で前記中心点（ＭＰ）に当たりまた少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記スキャンミラー（２）での反射の後出射領域（４．２）内で再度前記カバー要素（４）を通過するように、前記カバー要素（４）へ向けられている、
送信器において、
前記カバー要素（４）が、少なくとも前記出射領域（４．２）にて曲率中心（Ｋ）を有する単一中心的な半球殻（ＨＫ）の一部分によって形成されており、また、前記曲率中心（Ｋ）及び前記スキャンミラー（２）の前記中心点（ＭＰ）が一致するように前記スキャンミラー（２）を覆って配設されており、それにより前記カバー要素（４）が、前記スキャンミラー（２）の前記中心点（ＭＰ）から前記出射領域（４．２）へ反射されるそれぞれのレーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）に対して同一に作用すること、及び、
少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記カバー要素（４）を通過する前に、入射領域（４．１）内で、収束的に予めコリメートされており、また前記半球殻の対象側の焦点（ＦＨＫ）の位置を通って伸びる結像面（ＢＥ）へレーザー光線源（１．１）を結像することによって、前記カバー要素（４）を再度通過した後、出射領域（４．２）内で完全にコリメートされていること、
を特徴とする送信器。
【請求項２】
請求項１に記載の送信器において、
前記カバー要素（４）が、前記入射領域（４．１）内で、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の第２の一部分によって又は別の単一中心的な半球殻の一部分によって形成されており、その際、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の曲率中心（Ｋ）及び前記別の単一中心的な半球殻の曲率中心が一致すること、
を特徴とする送信器。
【請求項３】
請求項２に記載の送信器において、
前記カバー要素（４）が完全な単一中心的な半球殻（ＨＫ）であること、
を特徴とする送信器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、それぞれ１つの角度を共に取り囲むように互いに調整された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を放射し、当該レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）がそれぞれ、前記入射領域（４．１）内で前記カバー要素（４）の表面に対して垂直に調整されていること、
を特徴とする送信器。
【請求項５】
請求項１に記載の送信器において、
前記カバー要素（４）に前記入射領域（４．１）内で１つの屈折要素（５）が配設又は形成されており、当該屈折要素（５）を介して少なくとも１つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項６】
請求項５に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、互いに平行に指向された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、前記屈折要素（５）が、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の仮想の接線面（Ｔ）に又は仮想の接面接線面（Ｔ）に対して平行に、配設されている１つの平坦な入射面（５．１）、及び、前記放射装置（１）が複数の前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発するのと同数の互いに傾斜された平坦な出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）、を有しており、その結果、少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が、前記入射面（５．１）に対して垂直に指向されている場合、それぞれ出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）での屈折を介して、前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項７】
請求項５に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、互いに平行に指向された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、また、前記屈折要素（５）が、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の仮想の接線面（Ｔ）に又は仮想の接線面（Ｔ）に対して平行に、配設されている１つの平坦な出射面（５．２３）を有していること、及び、
前記屈折要素（５）が、放射装置（１）が複数の前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発するのと同数の互いに傾斜された平坦な前記入射面（５．１１、・・・、５．１ｎ）、を有しており、その結果、少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が、前記射出（５．２３）に対して垂直に指向される場合、それぞれ入射面（５．１１、・・・、５．１ｎ）及び出射面（５．２３）での屈折を介して、前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項８】
請求項６に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、奇数のレーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）が一列に配置されており、複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうち中央の出射面は前記入射面（５．１）に対して平行に配置されており、また、前記複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちその他の出射面は複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちの前記中央の出射面に対して対称に配置されており、その結果、前記複数の前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちその他の２つの出射面がそれぞれ対称的に互いに向かい合っており、またそれぞれが前記複数の出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）のうちの前記中央の出射面と同じ角度をなしていること、
を特徴とする送信器。
【請求項９】
請求項５に記載の送信器において、
前記放射装置（１）が、互いに平行に指向された光線軸（Ａ１、・・・、Ａｎ）を有する少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発し、また、前記屈折要素（５）が、前記単一中心的な半球殻（ＨＫ）の仮想の接線平面（Ｔ）に対して垂直に配設されている１つの平坦な入射面（５．１３）、１つの背面（５．３）、及び、前記放射装置（１）が複数の前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）を発するのと同数の互いに傾斜された平坦な出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）、を有しており、その結果、少なくとも２つの前記レーザー光線（Ｓ１、・・・、Ｓｎ）が、前記入射面（５．１３）に対して垂直に指向される場合、前記背面（５．３）によって反射され、また、それぞれ前記出射面（５．２１、・・・、５．２ｎ）での屈折を介して、前記中心点（ＭＰ）へ導かれること、
を特徴とする送信器。
【請求項１０】
請求項５から９のいずれか一項に記載の送信器において、
前記屈折要素（５）が一体的な前記カバー要素（４）内に形成されていること、
を特徴とする送信器。
【国際調査報告】
2020531911.tif 000013
2020531911.tif 000014
2020531911.tif 000015
2020531911.tif 000016
2020531911.tif 000017
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