JP2015170856A - 監視フィールド内の対象を検出するためのデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察領域内の対象を検出するためのデバイス及び方法を提供する。【解決手段】監視領域内の対象を検出するための、センサ及びエミッタ（１１）を備えるデバイスを提供する。ここでエミッタ（１１）は以下の構成要素：ａ）ハウジング（１３）；ｂ）電磁放射線（１７）を放出するための放射源（３１）；及びｃ）放射源（３１）からエミッタからの出口点（２４）までの放射線（１７）の経路において放射線（１７）を伝導するよう形成された放射伝導構造（１９）を備え、放射伝導構造（１９）は放射線（１７）を焦点調節するための焦点調節要素（２３）を有する。上記放射伝導構造（１９）は、放射源（３１）からエミッタからの出口点（２４）までの放射線の経路において、２回の反射によって放射線（１７）を偏向するよう形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、監視フィールド内の対象を検出するための、特に光電子バリア又は光センサであるデバイス及び方法に関する。

光放射又は赤外線放射等の電磁放射によって動作する、対象を検出するためのデバイスは、様々な方法で使用できる。設計の変形例として光格子及び光カーテンも含む光センサ及び光電子バリアは、一般的な応用形態であり、これらも本発明と併せて特に興味深い。

このようなデバイスは、一般に電磁放射の１つ又は複数のエミッタと、放射線を検出するための１つ又は複数のセンサとを有する。エミッタは、デバイスの監視領域内の対象の存在に応じて電気信号を生成するために、１つ又は複数のセンサと共に動作する。エミッタが放出する放射の強度（デバイスの監視領域内の対象によって引き起こされる）の変化は、センサを用いて記録され、通常は電気信号である信号に変換される。その後、例えばマイクロプロセッサによってこの信号を更に処理してよい。更に、この信号（例えばデバイス、特に機械の操作ステータス等）に応じて更なるプロセスを制御できる可能性がある。

本発明は、また上述の特性及び機能の１つ又は複数を有していてもよい。

以前は一般的であったエミッタの設計（図９を参照）は、管状ハウジング、電磁放射線の放出のための放射源、焦点調節要素としてのレンズを有する。開口幅（ｈ）を有する開口部を放射源とレンズとの間に設け、長さ（ｆ）のキャビティを開口部とレンズとの間に配置する。センサは、センサにおける放射強度及びそれに伴ってデバイスの範囲が必然的に開口部の開口幅（ｈ）に依存するように、エミッタからある距離（Ｓ）を置いて位置決めされる。センサの位置においてエミッタが照射する面積は、一般にシステムの配向性のために及び規格要件によって制限され、一定なままである。従って、開口部の開口幅（ｈ）が増大すると、レシーバの位置における照射面積を一定なままとするために、レンズ及びキャビティの長さ（ｆ）も調整しなければならない、即ち増大させなければならない。従って、より大きな範囲を達成するために、より大きな焦点距離を有するレンズをエミッタと共に使用しなければならない。しかしながら、エミッタの構造サイズの増大は、多くの用途にとって望ましくない。図９は上述の関係を示している。

特許文献１は、監視領域内の対象を検出するためのデバイスを記載しており、このデバイスでは放射線の折り畳み及び／又は偏向が提供されるが、これは本発明とは異なる目的を追求している。公知のデバイスはエミッタ及びセンサを有し、これらはそれぞれハウジング、レンズ及び放射源（エミッタを含む）並びに／又はレシーバ（センサを含む）を有する。プリズムの形態の放射伝導構造は、レンズと放射源及び／又はレシーバとの間に設けられる。プリズムは、レンズと放射源及び／又はレシーバとの間において、放射線を約９０°の全反射によって偏向する。プリズムはフィルタとして作用し、全反射の限界角度より小さい角度の全反射のために設けられたプリズムの領域に当たる散乱光が反射しないため、結果として放出される及び／又は受信する散乱光がより少なくなる。

特許文献２は、観察領域内の対象を検出するための光電子デバイスを記載している。このデバイスを用いると、受信した光線の、センサのフロントパネルに対して平行な単一の偏向がもたらされる。しかしながら、小型化の効果が制限されている。

特許庁での調査により、更なる先行技術文献として特許文献３が明らかとなった。しかしながらこの文献は、例えば光格子等の観察領域内の対象を検出するためのデバイスに関するものではなく、プロジェクタ等の照明システムに関するものであり、これは異なる目標を有する異なる技術分野である。この先行技術によると、目標は、光線を強力に混合することにより、光線に可能な限りの空間的均一性を与えることであり、これは多重反射を必要とする。更に、別の目標は、光再利用によって発光効率を増大させることである。これとは対照的に、光格子等の観察領域内の対象を検出するためのデバイスには光線を混合しないことが望ましく、その代わりに光線は、まるで自由空間を進んでいるかのように、できる限り混合されない状態で伝導されるべきである。

欧州特許第２１５７４４９Ａ１号 独国特許第１０３０８０８５Ａ１号 米国特許出願公開第２００５／０１６２８５３Ａ１号

本発明の目的は、観察領域内の対象を検出するためのデバイス及び方法を提供することである。上記デバイスは、同一の範囲を有するこのタイプの同等の公知のデバイスより小さいものとし、及び／又はサイズが同一であれば範囲が増大しているものとする。本発明の更なる利点及び目標は以下の説明から導かれる。

上記で定義した本目的は、請求項１に記載のデバイス及び請求項１０に記載の方法によって達成される。

監視領域内の対象を検出するための、センサ及びエミッタを備えるデバイスを開示し、ここでエミッタは以下の構成要素：
‐任意のハウジング；
‐電磁放射線を放出するための放射源；
‐放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において放射線を伝導及び／又は偏向するよう設計された放射伝導構造
を備え、ここで上記放射伝導構造は焦点調節のための焦点調節要素を有し、
ここで上記放射伝導構造は、放射源からエミッタからの（放射線の）出口点までの放射線の経路において、放射線を２回以上反射させることにより偏向するように形成されている。

更に、このようなデバイスを使用することにより、監視領域内の対象を検出するための方法を開示する。

本デバイス及び本方法の特徴を以下に説明する。ここで、たとえそのように特定していなくても、前記特徴は（個別に）好ましい特徴として見做されるべきである。これらの特徴は、これらが両立できないものでない限り、（監視領域内の対象を検出するためのいずれのデバイス又はいずれの方法の一部として）別個に実装してもよい。

本デバイスは好ましくは光学デバイス、特に光電子デバイスである。

放射源からエミッタの出口点までの放射線の経路（この経路は放射伝導構造によって画定される）は、好ましくは放射源とエミッタからの（放射線の）出口点との間の最短距離より少なくとも１０％、２０％、３０％、５０％又は１００％だけ長い。

ある実施形態の変形例によると、放射伝導構造によって画定される、放射源からエミッタ（又はエミッタの少なくとも１つのセクション）からの出口点までの放射線の経路の一部（上記経路の一部は放射伝導構造によって画定される）は、略Ｕ字型又はＶ字型となるように設計される。このセクションは好ましくは、その上で放射線が２回反射されることにより偏向される上述の経路のセクションである。

更に、放射源からエミッタ（又はエミッタの少なくとも１つのセクション）からの出口点までの放射線の経路の一部（上記経路の一部は放射伝導構造によって画定される）は、略螺旋形又は渦巻状又はウォーム状又はＳ字型となるように設計される。

別の実施形態によると、放射伝導構造は、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において、放射線を２回、３回、４回又はそれ以上偏向するよう、特に放射線を異なる方向に反射及び／又は伝導するよう設計される。

放射伝導構造は特に、放射源からエミッタからの（放射線の）出口点までの放射線の経路において、上述したように、２回の（好ましくは連続的な）反射に加えて、１回、２回、３回、又はそれ以上の追加の（好ましくは連続的な）反射を通して、放射線を偏向するよう設計してもよい。

上記２つの反射及び／又は上記追加の反射は、反射表面又はミラー化表面上での全反射又は反射であってよい。上記表面はコーティングされていてもよい。

放射伝導構造は、１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上の放射伝導要素を有している。放射伝導要素は、放射線を伝導及び／又は偏向するよう設計してもよい。これらは任意に反射性表面、例えば上述の反射表面若しくはミラー化した表面又は全反射を生成する表面であってもよい。特に放射伝導要素（又は放射伝導要素のいくつか）は、上述の２回の反射及び／又は上述の追加の反射によって放射線を偏向するように形成してもよい。

放射伝導要素（例えば上記／ある焦点調節要素）を、他の放射伝導要素のうちの１つ、２つ、３つ、４つ、若しくはそれ以上とは異なる材料又は異なる材料の組み合わせから製造すると有利である。

また、エミッタが、この放射伝導要素に当たる放射線のうちある程度（例えば少なくとも２０％若しくは４０％まで及び／又は最大８０％若しくは６０％）を反射し、放射線の残りを通過させることができる放射伝導要素を有すると有利である。２つ、３つ又はそれ以上のこのような放射伝導要素をエミッタに設けてもよい。

更に、放射伝導要素のうちの２つ、３つ、４つ又はそれ以上を、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において放射線が放射伝導要素に当たる順に、又は放射伝導要素を通過する順に、サイズが増大するように設けることが可能である。特に、放射伝導要素（又は放射伝導要素の一部）が反射性表面である場合、これら表面は前記の順序でサイズが増大するものであってもよい。従って、放射源又は（存在する場合は）開口部を起点とする放射線が分散する際に空間を節約でき、従ってエミッタからの出口点への経路において空間を増大させることができる。例えば、放射伝導要素のサイズは、経路上のこの位置において放射線に必要な空間によって必要となるサイズと同一でありさえすればよい。

放射伝導要素のうちの１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上を一体として、即ち１つの部分として（特に射出成形された部分として）併せて形成すると特に有利である。

更に、焦点調節要素のうちの１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上は、上述の一体型デバイス部分に含まれている。しかしながら代替として、これらは上述の一体型デバイス部分から離間していてもよい。例えばこれは、エミッタの、焦点調節要素が他の放射伝導要素（特に反射性放射伝導要素）とは異なる材料から製造される実施形態の場合に当てはまる。

好ましい実施形態の変形例では、放射伝導構造全体を一体として設計するか、又は放射伝導構造全体は、放射伝導構造の少なくとも一部を上述の一体型デバイス部分内に含み、この放射伝導構造は、上述の２回の反射及び／又は追加の反射によって、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において放射線を偏向するように形成される。

これらの手段はデバイスの製造コストを削減するのに役立つ。

放射伝導構造は、エミッタからの（放射線の）出口点への放射線の経路において、放射線を多数の（例えば２つ、３つ、４つ又はそれ以上の）別個の放射量の形態で伝導（及び／又は偏向）し、互いに分離された上記複数の独立した放射量を、（完全に又は少なくとも部分的に）異なる放射伝導要素（特に異なる反射性放射伝導要素）を介して、エミッタからの出口点へと伝導及び／又は偏向するように形成してもよい。複数の放射量は、同一又は異なる放射源から生じるものであってもよい。

あるいは又は更に、放射伝導構造は、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において、放射線を複数の放射量（例えば２つ、３つ、４つ又はそれ以上）に分割し、上記複数の独立した放射量を、１つ又は複数の分割点から、（完全に又は少なくとも部分的に）異なる複数の放射伝導要素（特に異なる複数の反射性放射伝導要素）を介して、エミッタからの出口点へと伝導及び／又は偏向するように形成してもよい。この分割は、例えば放射線が同一の放射源から生じる際に行っている。

放射源からエミッタからの出口点までの経路において放射線が分散する場合、この分割により、少数の大きな要素ではなく、これと比べて多数のより小さな放射伝導要素を使用できる。例えば、光錐は半分に分割でき、反射のための元の領域の半分の領域が得られる。そしてこれらのより小さな要素をより柔軟に位置決めできる。

複数の放射量全て又は１つ、２つ、３つ、４つ若しくはそれ以上の放射量は、放射源からエミッタからの出口点までの経路において再度結合される。また、同一の放射伝導要素を通して結合点から伝導及び／又は偏向される。これは任意に、放射線の分割の結果である放射量、又は異なる放射源から生じる放射量に当てはまる。

デバイスの及び／又はハウジングの、エミッタからの出口点と同一の側に、放射源を配設している。あるいは、放射源及びエミッタからの出口点を、デバイス及び／又はハウジングの異なる側に（好ましくは反対側に）設けてもよい。

２つ、３つ又はそれ以上のエミッタからの（放射線の）出口点をエミッタに設けることもできる。

この場合、異なる放射量（これに関しては更に前記を参照のこと）は、エミッタからの異なる出口点へと伝導及び／又は偏向される。

上述の出口点を任意に、エミッタ及び／又はハウジングの同一の側又は異なる側に配設してもよい。このようなエミッタは、例えばエミッタからの異なる出口点から、及び／又は異なる方向に、及び／又は異なるセンサへ放射線を放出できる。

放射源は電磁放射の線源であるが、光又は赤外線放射が好ましい。有利な実施形態によると、放射源は発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードである。

エミッタは、上述のような電磁放射線の放出のための放射源に加えて１つ又は複数の異なる放射源を有してもよい。この場合、有利には、放射伝導構造を、１つ又は複数の放射源からエミッタからの出口点（又は複数の出口点）までの放射線の経路においてこれらの放射線を伝導及び／又は偏向するようにも形成してもよい。

一実施形態によると、エミッタは２つ、３つ又はそれ以上の放射源を有し、これら放射源は、任意に（デバイスを起点として）同一の方向又は異なる方向に放出できる。あるいは又は更に、これら放射源は、デバイス及び／若しくはハウジングの同一の側に、又はデバイス及び／若しくはハウジングの異なる側に配設してもよい。

エミッタとセンサとを別個のユニットとして設計してもよく、これにより、例えばこれらが互いに対向して配設されるように、特に監視領域の反対側に配設されるように、これらを設置できる。

しかしながら、エミッタとセンサとを１つのユニットに結合することもできる。この場合、エミッタ及びセンサは、任意に同一の放射伝導構造を利用してもよく、及び／又はこれらはそれぞれ固有の放射伝導構造を有してもよい。

あるいは又は更に、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において放射線のうちのある程度を反射し（これらの放射線は上述の放射伝導要素に当たる）、残りの放射線を通過させることができ、この放射線を部分的に、上述の放射伝導要素に当たる反対の経路において反射し、残りの放射線を通過させるように、放射伝導要素を設計することを提供できる（このような要素に関する上の説明、及び図面の説明を参照のこと）。この変形例ではセンサは、前記反対の経路上を移動する放射線の通過を検出するための、上述の放射伝導要素の上側に設けられたレシーバを有していてもよい。

開口部は、放射源とエミッタからの出口点との間に位置しており、ここで開口部は好ましくは、放射源と放射伝導構造との間に位置している。開口部は、０．１、０．３、０．５又は１ミリメートル超及び／又は１０、５、４又は３ミリメートル未満の開口幅を有している。

放射線の焦点調節を達成するための様々な選択肢がある。前記の焦点調節要素及び任意に１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上の追加の焦点調節要素（例えばガラス又はポリマー製）によってこれを行っている。複数の放射線は例えば順に焦点調節要素に当たってよく（例えば焦点調節要素によって順に反射されてよく）、及び／又は焦点調節要素を通過してもよい。

複数の焦点調節要素を設けると、これらはそれぞれエミッタが実施する全ての焦点調節の一部を達成できる。

焦点調節要素のうちの１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上は、例えはレンズ表面又は湾曲した反射性表面を備えてよい。レンズ表面又は湾曲した反射性表面を任意に、回転対称性、又は軸対象性、１つ、２つ、３つ、４つ又はそれ以上の対称軸を有するように設計している。あるいは、レンズ表面又は湾曲した反射性表面は自由形状の表面であってもよい。

本発明のある実施形態の変形例によると、２つ以上の異なるタイプの焦点調節要素をエミッタに設けてもよい。

更に、焦点調節要素又は（それぞれ）１つの焦点調節要素をエミッタからの出口点（又は複数の出口点）に配設することを提供することもできる。

デバイスはハウジングを有しており、少なくとも反射性放射伝導要素及び／又は（実質的には）放射伝導構造は好ましくはハウジング内部に位置する。

放射源及び／又は焦点調節要素及び／又は開口部もハウジング内に配設している。

ハウジング及び／又はハウジングを作製する材料は、任意に放射源が放出する放射線に関して及び／又は光に関して非透過性である。

一実施形態によると、開口部をハウジングによって形成してもよい。

放射伝導構造は、適切には放射源から実質的にハウジング内にあるエミッタからの出口点までの放射線の経路において、放射線を伝導（及び／若しくは偏向）するように、並びに／又はハウジング内にあるこのような放射線の経路を形成するよう構成されている。

好ましい実施形態によると、放射伝導構造並びに／又は放射伝導要素（特に反射照射伝導要素及び／若しくは焦点調節要素）のうちの１つ、２つ、３つ、４つ若しくはそれ以上は、ポリカーボネート又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）又はガラス製であってもよい。

デバイス及び／又はハウジングは任意にフロントパネルを有していてもよく、焦点調節要素を好ましくはフロントパネルと放射伝導構造の残りの部分との間に位置決めできる。

この場合、フロントパネルは適切にはエミッタからの出口点に配設される。

ある実施形態の変形例によると、放射線伝導構造は、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において、複数の放物線を複数の異なる方向（例えば２つ、３つ、４つ又はそれ以上）に順に伝導及び／又は偏向するよう設計される。３つ以上の方向が特に好ましく、３つの方向はそれぞれ、（３つの方向の）他の方向と（例えば少なくとも１０°、２０°、４０°又は６０°の角度で）交差して位置合わせされる。あるいは又は更に、放射伝導構造を、放射源から焦点調節要素までの放射線の経路において、放射線を３つの空間次元全てに伝導及び／又は偏向するよう設計してもよい。これにより、放射線の経路を延長するための追加の手段が構成され、またエミッタ内の空間のより良好な利用が可能となる。

あるいは又は更に、放射伝導構造を、放射線が放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において、前後に１回、２回、３回又はそれ以上伝導されるよう設計してもよい。放射線の経路を延長することもでき、このようにしてエミッタ内の空間をより良好に利用できる。

本明細書において、デバイスは主にエミッタの特徴に基づいて定義される。指定のない限り、本明細書に記載された特徴は、エミッタの特徴である。

しかしながら、エミッタと併せて本明細書に記載されている１つ又は複数の特徴を有するセンサも開示されており、このセンサは放射源（又は複数の放射源）の代わりに、電磁放射線を受信するための１つ又は複数のレシーバを有する。この場合の放射線は（エミッタと比べて）反対の経路（センサを通る）をとるため、この場合に関してここで開示する放射線の全ての方向及び経路の逆方向及び／又は反対方向も、ここで開示されているものとする。この場合「エミッタからの出口点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｅｘｉｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｍｉｔｔｅｒ）は、「センサへの入り口点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｅｎｔｒａｎｃｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ）」となる。レシーバは、有利にはフォトトランジスタ、感光性レジスタ又はフォトダイオードである。

本デバイスは、このようなセンサ及び／又はエミッタを本明細書に記載したように有してもよく、即ち本明細書に記載した構成要素を有するエミッタを、異なる設計のセンサと結合してもよく、又はその逆も同様である。

監視領域内の対象を検出するためのデバイスも開示する。このデバイスは、上述のように１つのセンサを有するが、エミッタをもたさない。この場合デバイスは、例えば固有の放射源をもたさない受動型センサとして形成してもよい。

また、ここに記載のエミッタ及びセンサは、デバイスから独立して開示される。

上述のような場合のより良好な実装可能性のために、監視領域内の対象を検出するための以下のようなデバイスもここに開示するものとする。上記デバイスはセンサ及びエミッタを含み、ここでセンサは以下の構成要素：Ａ）任意にハウジング；Ｂ）電磁放射を受信するためのレシーバ；並びにＣ）センサへの入り口点からの放射線の経路において放射線を伝導及び／又は偏向するよう形成された放射伝導構造を有し、ここで放射伝導構造は放射線を焦点調節するための焦点調節要素を有する。本デバイスは、放射伝導構造が、センサへの入り口点からレシーバまでの放射線の経路において、２回以上の反射によって放射線を偏向するように形成されることを特徴とする。

本デバイスに設けられるエミッタ及びセンサのタイプに関わらず、１つのエミッタが好ましくは１つのセンサと共に動作して、デバイスの監視領域内の対象の存在に応じて電気信号を生成する。本デバイスの監視領域内の対象によって引き起こされるエミッタが放出する放射線の強度の変化は、センサによって記録され、電気信号に変換される。その後、例えばマイクロプロセッサによって上記信号を更に処理できる。

更に、本明細書に記載のデバイスの使用、ここに記載のエミッタの使用、ここに記載のセンサの使用を、監視領域内の対象を検出するための方法と共に開示する。これらの方法は、本明細書に記載のデバイスを用いて実施され、及び／又は本明細書に記載の方法ステップを有する。

本明細書で使用する用語は、好ましくは当業者がそれらを理解するのと同様に理解されるものとする。所定の文脈において複数の解釈が可能である場合、好ましくは各解釈を個別に開示するものとする。あるいは又は更に、特に何かが不明なままである場合に関しては、本明細書中で与えられている好ましい定義を使用してもよい。

好ましい定義によると、開口部の開口幅は、その開口部の、互いから最も遠く離れた縁点間の距離に相当する。

放射線は好ましくは、Ａ）放射源からエミッタからの出口点まで（エミッタの場合）、又はＢ）センサへの入口点からレシーバまで（センサの場合）の放射線の経路において、放射伝導構造によって伝導及び／又は偏向される放射線である。本明細書において「放射線（ｒａｙｓ）（複数形）」、即ち複数の放射線について言及する場合、言及の内容は、この複数の放射線全体に対してだけでなく、この複数の放射線に含まれる個々の放射線に対しても（個別に）開示されている。特に「方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」と言う場合、それぞれの放射線の方向も開示され、この文脈において言及された内容は結果的に、複数の光線のうちのいくつか又は全てに対しても（個別に）当てはまる。

対象の存在（例えば放射源、焦点調節要素、放射伝導構造、放射伝導要素等）について本明細書において言及する場合、同一のタイプの追加の対象の存在が除外されることはない。換言すると、「１つの（ｏｎｅ）」対象について言及する場合、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」このような対象及び「１つ又は複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」このような対象も開示される。１つ、２つ、３つ若しくはそれ以上の追加の対象、又は全ての追加の対象でさえ、上記１つの対象又は主題と同一の特徴を任意に有している。

本明細書に記載のデバイス（又はデバイスの一部、例えばセンサ又はエミッタ）の適合性、性能、特性又は機能の形態で開示される作用も、本方法の方法ステップとして、特に対応するデバイス又は対応するデバイスの一部に応じて、及び対応するデバイス又は対応するデバイスの一部とは独立して（個別に及びいずれの組み合わせで）開示されている。

上述のデバイス又は上記デバイスの一部の特徴の使用を、本方法の方法ステップとして（個別に及びいずれの組み合わせで）開示する。

反対に、開示されているデバイス又はデバイスの一部は、ここで開示する方法と併せて言及される方法ステップの１つ又は複数を実行できる及び／又は実行するように形成される手段を有していてもよい。

更に、以下の各請求項は、先行する各請求項に戻って参照することによって（「先行する請求項のいずれか１項に従って（ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｎｙ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ ｃｌａｉｍｓ）」）開示される。

図面は概略図であり、正確な縮尺で描かれていない。

図１は、放射線の分割を伴うデバイスの第１の実施形態の変形例の側面図である。 図２は、放射線のＵ字型経路を有するデバイスの第２の実施形態の変形例の側面図である。 図３は、放射線の、部分的に略螺旋形の経路を形成する放射伝導構造の斜視図である。 図４は、ジグザグの放射線経路を有するデバイスの第３の実施形態の変形例の側面図である。 図５は、放射線のジグザグの経路を有するデバイスの第４の実施形態の変形例の側面図であり、ここでレンズは２つの湾曲した反射表面で置換されている。 図６は、一体化された焦点調節要素を備えた回転本体を有する放射伝導構造の（断面としての）斜視図である。 図７は、２つの放射源を有するデバイスの第５の実施形態の変形例からのデバイスの側面図である。 図８は、放射源及びレシーバを有するデバイスの第６の実施形態の変形例の側面図である。 図９は、導入部分に記載した状況を示すための先行技術によるデバイスを示す側面図である。

これより本発明を、図面に基づいて例示的により詳細に説明する。

図１、２、４、５、７、８は、監視領域内の対象を検出するためのデバイスの６つの実施形態の変形例を示し、図８以外ではエミッタ１１を１つだけ示す。完全なデバイスは適切には、エミッタ１１が放出する放射線１７を検出するためのセンサも有する。

このようなセンサは、先行技術から既知の様式で設計することもでき、又は原理的に本明細書に記載のエミッタ１１と同一の設計を有することもでき、ここで（図示していないエミッタ１１の場合の）放射源３１の代わりに（図示していないセンサの場合の）電磁放射線１７のためのレシーバを設けることになる。また、放射線１７は、（図示していないエミッタ１１の場合）放射源３１からエミッタからの出口点２４へと入るのではなく、逆転して、即ち（図示していないセンサの場合）センサへの入り口点からレシーバへと入ることになる。（図示していないセンサの場合の）センサへの入り口点は好ましくは、エミッタからの出口点２４に対応する。

図１、２、４、５、７に示すエミッタ１１及び／又は図８に示す結合したエミッタ／センサ１１／１２はそれぞれ、（回路基板２５上に配設された）放射源３１、ハウジング１３、開口部１４、複数の放射伝導要素２１（及び／又は２２（図８の場合））を有する放射伝導構造１９、並びに１つ又は複数の焦点調節要素２３を有し、図５によるデバイスの場合、放射伝導要素２１は同時に焦点調節要素２３である。これらは湾曲した表面であり、これら表面は一方で放射線１７を反射し、他方で放射線１７を焦点調節する。図１、２、４、７、８による他の実施形態の変形例では、焦点調節要素２３は、エミッタ１１からの放射線１７の出口点２４に設けられ、またこれはレンズとして設計される。焦点調節要素２３は放射伝導要素でもあり、放射伝導構造１９に属することもここで指摘しておく。しかしながら、これには他の放射伝導要素２１と区別するために別個の参照符号２３を割り当てている。

放射源３１は、特に光放射又は赤外線放射の形態の電磁放射及び／又は電磁放射線１７を放出するために設けられる。放射源３１は例えば、ＬＥＤ、赤外線ＬＥＤ又はレーザであってもよい。（同様の設計を有するセンサ（図示せず）の場合、放射源はレシーバで置換されることになり、これは例えばフォトトランジスタ、感光性レジスタ又はフォトダイオードであり得る。）図示した実施例では、放射源３１が放出する放射線１７を、放射線１７の経路を示す１つの矢印又は多数の矢印として、簡略化した形態で表す。簡潔性を理由として、全ての矢印に参照符号を付与してはいない。図示した例示的実施形態では、放射線１７は、１つ又は複数の放射源３１から任意の開口部１５（図示した実施例ではハウジング１３によって形成される）を通して、（放射線を伝導し、従って各放射源３１からエミッタからの放射線の出口点２４までの放射線経路を画定する）放射伝導構造１９へと進む。

この目的のために、放射伝導構造１９は複数の放射伝導要素２１を有し、この放射伝導用は今回の場合では放射線１７を反射し、図５に示す変形例の場合では放射線１７を更に焦点調節する要素である。別の専用の放射伝導要素２２を図８に示す。これは放射線１７を２つの放射量に分割し、ここで一方の放射量は反射し、他の一方の放射量は放射伝導要素２２を通過する。

図示した実施形態の変形例では、各場合において複数の放射伝導要素２１、２２を、放射線１７が、放射源３１からエミッタからの出口点２４までの放射線の経路において、連続的に放射伝導要素２１、２２を通過できるように配置する。

図７に示すように、複数の放射源３１をエミッタ１１に設けてもよい（それに応じて、複数のレシーバをセンサに設置することも考えられる）。図７による実施例では、放射線１７は別個の複数の放射量（矢印を参照）の形態で、放射源３１を始点として、部分的に異なる放射伝導要素２１を介して、上記複数の放射量が結合された後に焦点調節要素２３まで伝導される。よってエミッタ１１内の空間を良好に利用でき、複数の放射源３１によってエミッタの効率も向上する。

図１は概念的に同様の変形例を示し、この変形例では、放射線１７は開口部１５を通過して２つの放射量に分割され、ここで第１の放射量は、放射伝導構造１９の第１の放射伝導要素２１を用いて放射源３１からエミッタからの出口点２４へと伝導され、第２の放射量は第２の放射伝導要素２１を用いて伝導される。当然、放射線を３つ、４つ又はそれ以上の放射量に分割して、これらの放射量を、放射源からエミッタからの出口点２４への経路において、（完全に又は少なくとも部分的に）異なる放射伝導要素を用いて伝導及び／又は偏向することも可能となる。

放射源が放出する放射線は散乱するため、複数の放射量への分割により、放射源が放射する放射線の全体を伝導及び／又は偏向するために設計された放射伝導要素を使用する代わりに、前記複数の放射量を伝導及び／又は偏向するために設計された放射伝導要素を使用できるが、これは、放射線の全体を伝導及び／又は偏向するには小さすぎることになる。従って、少数のより大きな放射伝導要素を使用する代わりに、柔軟に位置決めできる複数のより小さな放射伝導要素を使用する。

図６に示すような放射伝導構造１９によって、放射線１７を更に多数に分割できる。これに関して特筆すべきは、回転本体としてのこの放射伝導構造の設計である。従って、ここで示す実施例では、放射源からエミッタからの出口点までの放射線の経路において放射線が当たる第１の放射伝導要素（底部の２１）は、略円錐又は円錐台の形態である。円錐又は円錐台の形態の放射伝導要素２１の表面は実際には便宜上、基部から先端の方向に湾曲している（即ち、円錐又は円錐台を有する場合と同様に、長手方向断面において真っすぐではない）ため、より一般的な用語では、上記の放射伝導要素２１は先細になる及び／又は先端部を形成する回転本体である。放射伝導要素２１により、放射線は反射され、よって略径方向外向きに伝導される。続いて放射線は、好ましくは略円錐台の形態の（又はより一般には：先細回転本体として設計された）更なる放射伝導要素（側部の２１）によって反射され、これにより、略円錐又は円錐台の形態の放射伝導要素（頂部の２１）に再び当たるまで偏向される。後者の場合は、より一般的な用語で言うと、先細になる及び／又は先端部を形成する回転本体利用する。放射線はここで結合され、続いて略同一方向に伝導される。続いて放射線は、焦点調節要素２３によって任意に焦点調節される。しかしながら放射伝導構造１９は、回転対称性の代わりに、１つ、２つ、３つ、３つ又はそれ以上の対称軸を有していてもよい。例えばこれは、正方形、長方形又は多角形（特に通常は多角形）の断面を有していてもよい。この場合、ここに記載の第１の放射伝導要素と、これもまたここに記載の任意の放射伝導要素（これを用いて放射線を結合する）とを、例えば略角錐形状に設計する選択肢がある。図６と併せて記載する変形例は、その断面において図１に示したものと似ていてもよい。この実施例でも再び、複数の放射量はエミッタ１１からの出口点２４に達する前に結合され、この点から放射伝導構造１９を通ってエミッタからの出口点２４へとまとめて伝導される。

焦点調節要素２３は有利には、図１、２、４、７、８に示すように、エミッタからの出口点２４に位置する。しかしながらこれは必須ではない。複数の焦点調節要素２３を設ける可能性も存在し、焦点調節要素２３を例えば、放射線１７がこれら焦点調節要素を、例えば図５に示すように放射源３１から出口点２４までの放射線の経路において連続的に通過するように配設してもよい。あるいは又は更に、焦点調節要素２３を、例えば図１に示すように放射線が分割される場合、それぞれが放射線の一部（放射量）を焦点調節するように形成してもよい。

放射伝導構造１９は、好ましくは放射線１７を、放射源３１から焦点調節要素２３までの経路において、互いからある距離だけ離間するよう分散及び／又は移動させることができる。例えば図１、２、４、７、９に示すように、これは、放射伝導構造１９が放射線１７を繰り返し偏向するという事実、特に放射線１７を反射して、放射線１７がエミッタからの出口点２４に到達する前に放射線を異なる方向（例えば２、３、４又はそれ以上）に連続的に伝導するという事実により達成される。

例えばこれもまた図１、２、４、５、７、８に示すように、各放射伝導構造１９は、放射線１７を１つの方向に伝導及び／若しくは偏向するように、又は放射源３１とエミッタからの出口点２４との間の直接接続に対して（例えば少なくとも１０°、２０°、３０°又は６０°の角度で）横方向に位置合わせされた複数（例えば２、３、４若しくはそれ以上）の方向に連続的に伝導及び／若しくは偏向するように形成してもよい。

特に、放射源３１からエミッタからの出口点２４までの放射線１７の経路において、各放射線１７が既に一方向に通過した経路の一部を再び通って戻るように、放射線１７を前後に１回以上伝導すると有利である。このような変形例は、例えば図１、２に示してあり、また図３による放射伝導構造によっても達成できるであろう。

放射源３１からエミッタからの出口点２４までの経路を延長する更なる可能性は、放射伝導構造１９を用いて、放射線１７を同一平面内にない少なくとも３つの方向に伝導及び／又は偏向することからなる。これは図３の実施例に示したもの等の放射伝導構造によって達成される。従って３つの空間次元全てが利用される。

放射源３１と出口点２４との間の経路を延長するための別の可能性は、放射伝導構造１９を、放射源からエミッタからの出口点までの経路において、複数の放射線を順に複数の方向に伝導及び／又は偏向するよう設計することであり、これらの方向の１つ又は複数は、少なくとも２回、３回又は４回繰り返される反復パターンを形成する。このようにして、放射伝導構造１９は、放射線１７の略渦巻状（例えば図３を参照）、略螺旋状、略Ｓ字型又はジグザグの経路を形成できる。

図１〜８に示すように、放射伝導構造１９全体（図１〜６、図７〜８）又は２つ以上の放射伝導要素２１（図６）を一体として形成してもよく、任意に１つ又は複数の焦点調節要素２３も含む。このような部分は例えば、射出成形によって安価に製造できる。

放射源３１をエミッタからの出口点２４に対していずれの位置に配設してよいことが、図２で確認できる。例えば図２に示すように、放射源３１及び焦点調節要素２３をエミッタ１１若しくはハウジング１３の同一の側に配設してもよく、又は図１、４、５、７、８に示すように、放射源３１及び焦点調節要素２３をエミッタ１１若しくはハウジング１３の異なる側、特に反対側に配設してもよい。複数の放射源３１を設ける場合、これらもまた、エミッタ１１又はハウジングの同一の側又は異なる側に配設してもよい。

光センサを含む図８による変形例では、エミッタ１１とセンサ１２とは１つのユニットとして結合される。これらはデバイス１１、１２として設計され、有利にはここで図示するように共通のハウジング１３を有する。放射源３１が放出する放射線（実線の矢印）は、放射線のデバイス１１、１２からの出口点２４への経路に沿って、放射伝導要素２２上で反射される。デバイス１１、１２から出た後、放射線は対象１０に当たり、対象１０によって部分的に反射される。反射した放射線（点線の矢印）は、入り口点２６においてデバイス１１、１２へと入射し、上述の点２６からレシーバ４１への放射線の経路において前記の放射伝導要素２２に当たり、続いて上述の放射伝導要素を通過してレシーバ４１に到達し検出される。

原理的に、エミッタの構成に放射伝導要素２２を使用することもできる。この放射伝導要素は図８に示されており、これは入射放射のうちのある程度を反射し、ある程度を通過させる（放射伝導要素２２についての議論及び更に上の図８を参照のこと）。上記放射伝導要素を用いて放射線１７を２つの放射量に分割でき、更にこれら放射量を、上述のように例えば異なる放射量として伝導できる。

１０ 対象
１１ エミッタ
１２ センサ
１３ ハウジング
１５ 開口部
１７ 放射線
１９ 放射伝導構造
２１ 放射伝導要素（反射性）
２２ 放射伝導要素（方向に応じて反射性／透過性）
２３ 焦点調節要素
２４ エミッタからの出口点
２５ 回路基板
２６ センサへの入り口点
３１ 放射源／ＬＥＤ
４１ レシーバ

Claims (10)

1. 監視領域内の対象を検出するための、センサ及びエミッタを備えるデバイスであって、
   前記エミッタは以下の構成要素：
   ‐ハウジング；
   ‐電磁放射線を放出するための放射源；
   ‐前記放射源から前記エミッタからの出口点までの前記放射線の経路において前記放射線を伝導するよう設計された放射伝導構造
   を備え、
   前記放射伝導構造は、前記放射線を焦点調節するための焦点調節要素を有するデバイスにおいて、
   前記放射伝導構造は、前記放射源から前記エミッタからの前記出口点までの前記放射線の前記経路において、２回以上の反射によって前記放射線を偏向するように形成されていることを特徴とする、デバイス。
2. 前記放射伝導構造によって形成される前記放射源から前記エミッタからの前記出口点までの前記放射線の前記経路の一部は、少なくとも部分的に略Ｓ字型又はジグザグとなるよう形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記放射源から前記エミッタからの前記出口点までの前記放射線の前記経路において、２回の反射によって前記放射線を偏向するよう形成された前記放射伝導構造の少なくとも一部は、好ましくは前記焦点調節要素を有し、かつ特に射出成形された部分として、一体に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記放射伝導構造は複数の放射伝導要素を有し、
   前記放射伝導構造は、前記エミッタからの前記出口点への前記放射線の前記経路において、前記放射線を複数の別個の放射量の形態で伝導し、互いに分離された前記複数の独立した放射量を、少なくとも部分的に異なる前記放射伝導要素を介して、前記エミッタからの前記出口点へと伝導するように形成されている
   ことを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記放射伝導構造は、前記放射源から前記エミッタからの前記出口点までの前記放射線の前記経路において、前記放射線を複数の放射量に分割し、前記複数の独立した放射量を、少なくとも部分的に異なる前記放射伝導要素を介して、分割点から前記エミッタからの前記出口点へと伝導するよう形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記放射伝導要素は、前記放射源から前記エミッタからの前記出口点までの前記放射線の前記経路において、前記放射線が前記放射伝導要素に当たる順に、又は前記放射伝導要素を通過する順に、サイズが増大することを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記エミッタは、前記放射源に加えて、電磁放射線の放出のための１つ又は複数の追加の放射源を有し、
   前記放射伝導構造は、１つ又は複数の前記追加の放射源から前記エミッタからの前記出口点への前記放射線の経路において前記放射線を伝導するようにも形成されている
   ことを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記放射伝導要素の１つは、前記放射伝導要素に当たる前記放射線のうちある程度を反射し、前記放射線の残りを通過させることができるよう形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記エミッタと前記センサとは１つのユニットに結合され、光センサを形成することを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイスを用いた、監視領域内の対象を検出するための方法。

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