JP5162135B2 - 光シャッター - Google Patents

Description

本発明は、個別のモジュールにより構成可能な光シャッターであって、各モジュールが、独立して機能する発光ユニット及び／又は受光ユニットを閉鎖されたケーシング内に備え、かつ、前記モジュールが、エネルギー及び／又は信号の伝送のために、互いに連なって結合可能である光シャッターに関するものである。

光シャッターは、発光部と受光部により決まる複数の光線を有しており、特に対象物の認識、対象物の高さや長さの決定、更に不規則な対象物を検知するために使用される。特に、例えば危険性のある範囲を監視するために、監視する範囲の色々な状態や空間的な状況に光シャッターを合わせることが必要である。そのために、US 2001/0040213 A1では、個別のモジュールで光シャッターを構成することが開示されており、それによれば、各モジュールが、中に発光ユニット又は受光ユニットが配置されかつ閉鎖されたケーシングを有する。光シャッターを構成するために、モジュールを互いに結合する。その際の使用条件に合わせるために、モジュールを直線又は屈曲して互いに接続することが可能である。この場合、固定した接続、フレキシブルなケーブルを介した接続、或いは又、回転可能なカップリングを介した揺動可能な接続も可能である。隣り合って接続するモジュールは、電気的なソケット接続を介して互いに接続される。このソケット接続を介して、一つには発光部と受光部にエネルギーを供給し、他方で発光部と受光部を制御しそして受信した情報を処理する信号を伝送する。電気的な接続のための機械的なソケット接続は、このソケット接続を特に回転できるようにしているときには摩耗することが多い。
US 2001/0040213 A1

本発明の課題は、頑丈な設計で光シャッターを多様に使用できるような、上で述べた種類の光シャッターを構成することにある。

この課題を本発明に従って、次のような特徴を有する光シャッターにより解決される。即ち、個別のモジュールにより構成可能な光シャッターであって、各モジュールが、独立して機能する発光ユニット及び／又は受光ユニットを閉鎖されたケーシング内に備え、かつ、前記モジュールが、エネルギー及び／又は信号の伝送のために、互いに連なって結合可能であるものにおいて、前記モジュールが、電気的に切り離して結合可能であることを特徴とする光シャッターである。

本発明に係る有利な実施形態を、従属請求項に記載している。

本発明によれば、光電子の光シャッターを個別モジュールで構成する。各モジュールは、中に発光ユニットないし受光ユニットがありかつ閉鎖されたケーシングを有する。個々のモジュールは、電気的な接続なしで互いに結合されている。そのために、誘導、容量、或いは光による伝送体を使用することもある。この伝送体を介して、電子回路用のエネルギーを各モジュールに送り込む。更に、この伝送体を介して信号やデータを伝送し、発光ユニット及び受光ユニットの機能を制御し、更に光シャッターが捉えた情報を中央処理装置に伝送する。

モジュールのケーシングには、それぞれ伝送体接合部が配置されており、ケーシング外側の接続面として構成されている。この接続面を互いに当接するようにしてモジュールを接続するために、互いに結合されたモジュールに配置された伝送体接合部が、一つの完全な伝送体を完成する。電気的なソケット接続がないため、この伝送体接合部はケーシングのフラットな表面として構成されており、汚染、湿気、その他の環境による影響を受け難くなる。従って、モジュール及びこれで構成した光シャッターは特に丈夫であり、厳しい周囲条件下での使用にも適している。

モジュールを発光モジュール及び受光ユニットとして構成することができ、その場合は、一つだけのユニット、即ち発光部のみ又は受光部のみを付属の電子回路と共に入れる。しかし、発光ユニットと受光ユニットを有するモジュールを設けることも可能であり、そのためには、例えば発光部と受光部が交互に配置される。モジュール内における発光ユニット及び／又は受光ユニットの構成は、光電子による光シャッターで公知の構成に相当する。

個別のモジュールは、それぞれ二つの伝送体接合部を有するため、モジュールを互いに連続して繋ぎ合わせることができる。このときのエネルギー供給は、一つのモジュールから次のモジュールへと送られる。信号及び情報の伝送は、モジュール結合を介してモジュールの連続する配置全体を通り抜けるバスシステムによると好ましい。各モジュールは独立して機能するユニットとなっているため、任意の数で配置のモジュールを互いに繋いで結合することが、そのようなバスシステムとの関連で可能になる。例えば光シャッターを、一列の発光部モジュールと反対側列の受光部モジュールにより構成することができる。同様に、発光部モジュールと受光部モジュールを隣り合わせに接続し交互に結合することもできる。製造上これは著しい利点をもたらす。必要とするのはごく僅かな基本モジュールだけであり、それを使って大きさや配置に関して異なった要求に合わせた光シャッターを構成することが可能である。又、各モジュールを組み付け前に分けて機能のテストを行うことができ、それが更に生産を簡単にし信頼性を向上することになる。取り付けられた光シャッターでも、モジュール構成であることにより欠陥を探すことが容易になり、欠陥のあるモジュールを交換することで迅速で簡単な修理が可能になる。バスシステムを介して各モジュールは、全体システムの中で自己の位置を判断し、制御により対応して機能することができる。これは、複雑な光シャッターを据え付けるときだけでなく、改造や修理交換のときにも可能である。

重なって連なるモジュールの配置形状は、伝送体接合部の配置と構成により決まる。伝送体接合部の接続面が、モジュールの長手軸と垂直に構成されていると、モジュールを直線的に隣り合わせて繋ぐことができる。これは光シャッターの最も簡単な構成である。空間的な状況に合わせるために、屈曲した配列の光シャッターを必要とするときに、重なって連なるモジュール間の所望の角度に対応して接続面を配置することがある。重なって連なるモジュールの配列で高いフレキシビリティを希望する場合は、重なって連なるモジュールを様々な角度に設定するために、ケーシングが接続面の位置で接続面に対して垂直な回転軸を中心に回転できると好ましい。モジュールがフラットな接続面で当接しているため、このように回転可能にすることは、複雑なケーシング構造を意味するものではない。必要とするのは、伝送体接合部を回転軸に対して回転対称的に構成するだけである。

好ましい実施形態においては、モジュールを誘導結合するようにしている。そこでは、伝送体接合部を、それぞれ誘導伝送体のマグネット芯の一部により形成している。結合するモジュールの接続面を隣り合わせで繋ぐときに、マグネット芯が完全な伝送体マグネットとなるように、マグネット芯をケーシング内で各接続面に配置している。

容量接続のときには、ケーシングの接続面にコンデンサプレートを配置しており、接続面を互いに当接するときに、このコンデンサプレートが容量伝送体の結合コンデンサを完全なものとする。

光学的に結合するときは、入光ないし受光面のある光ファイバーを、結合するモジュールの互いに当接する接続面に配置している。

エネルギー供給及びデータ交信を同様な方法或いは又異なった方法で、誘導、容量、光により結合可能であることが問題なく分かる。例えば、エネルギー伝達を誘導結合により行い、他方でデータと情報の伝送を光学的な結合により行うこともできる。又、容量によるエネルギー伝達を光学的なデータ伝送と組み合わせることもできる。全体として別の組み合わせも同様に可能である。

以下において、図に示した実施形態を使って、本発明を詳細に説明する。

第１実施形態では光シャッターは個別のモジュール１０で構成されており、それを図１に示している。

モジュール１０は、全面を閉じた直方体形状のケーシング１２を有しており、その中に光電子ユニットが収容されている。光電子ユニットは、発光ユニット或いは受光ユニット、或いは発光ユニットと受光ユニットの組み合わせでもよい。そのような発光ユニットや受光ユニットは公知の従来技術である。それらは、光を出す発光要素ないし光を受光する受光要素を有しており、そしてこれらの要素を制御するための、そして信号を評価して次に送るための電子回路を有する。図示している実施形態では、モジュール１０は長手方向に延伸したケーシング１２として構成されており、その中に複数の発光要素ないし受光要素が、ケーシング１２の長手方向に延伸する列で配置されている。図１の発光ユニット又は受光ユニットでは、発光要素又は受光要素の各レンズ１４のみが外観的にわかる。

長く延伸したケーシング１２の両側端部には、それぞれケーシング１２の蓋となった側面が接続面１６として構成されており、その面はフラットな面としてケーシング１２の長手軸に垂直に延伸している。複数のモジュール１０を隣り合わせに繋いで一つの光シャッターとする必要があるときは、このモジュール１０をケーシング１２の接続面１６で隣り合わせに繋ぐ。そのとき隣り合って繋がるモジュール１０の接続面１６は、ぴたりと合って当接する。

一つのモジュール１０から次のモジュールに発光ユニット及び／又は受光ユニット用の供給エネルギーを送るために、又データ信号と情報信号を伝送するために、電気的に切り離された伝送体が役割を果たし、図１と２の実施形態ではその伝送体が、誘導伝送体として構成されている。そのために各モジュール１０は両端面で、接続面１６にある伝送体接合部１８を有する。伝送体接合部１８はＵ字形状のマグネット芯２０により形成されており、両方のマグネット芯脚部が接続面１６に垂直に延伸して自由端面２２で面同士が繋って接続面１６に当接するように、マグネット芯がケーシング１２に配置されている。ケーシング１２の内部でマグネット芯２０上には、それぞれ伝送体コイル２４が設けられる。特に、Ｕ字形状マグネット芯２０の中央部分を取り巻く伝送体コイル２４を、例えばケーシング１２内に配置されかつ発光ユニット及び／又は受光ユニットの電子回路が付けられた導体プレート２６上に配置していることがある。

二つのモジュール１０を、その端部の接続面１６により面で隣り合わせて繋ぐと、両モジュール１０の伝送体接合部１８にあるマグネット芯２０の端面２２は、面を同じくして互いに当接する。それにより両モジュール１０のマグネット芯２０が互いに繋がって、図２で示されるようにリング形状のクローズで繋がった伝送体マグネットに繋がる。よって、互いに当接するモジュール１０にある伝送体接合部１８の伝送体コイル２４が、共通の伝送体マグネットと一緒になって、両モジュール１０を互いに結合する誘導伝送体を形成する。

この伝送体を介して一方で、データ信号と情報信号を伝送することができる。他方では発光ユニット及び／又は受光ユニット用の供給エネルギーも、この伝送体を介して送られる。このために例えば高周波交流電圧、例えば周波数約１２５ｋＨｚのものが使用され、場合により推計学的に周波数変調されることもある（スプレッドスペクトル法）。

図１と２で示しているように、接続面１６がモジュール１０の長手軸に垂直に配置されているときには、互いに直線的にのみモジュール１０を隣り合わせて繋ぐことができる。レンズ１４の付いたモジュール１０の最端部にある発光要素及び／又は受光要素は、互いに当接するモジュール１０の端部側レンズ１４どうしの間隔がモジュール１０にある複数のレンズ１４の間隔に相当するように、接続面１６から離れて配置されていると好ましい。それにより光シャッターは、等しい走査間隔で一つのモジュールから次のモジュールに続き、一つのモジュール１０から次のモジュール１０への移行部分で、光シャッターの分解能ロスが発生しない。

図３と４は、モジュール１０を光シャッターに結合する第２実施形態を示している。この第２実施形態が第１実施形態と同じ箇所では同じ参照番号を使っており、前述の説明を参照されたい。

図３と４の実施形態では、モジュール１０のケーシング１２はその端部で接続面１６を有しており、その面はケーシング１２の長手軸に平行に、そしてレンズ１４の光線方向に垂直に延伸している。このために、ケーシング１２は、一つの端部において下側で突出する突起２８と、他端部では上側で突出する突起３０を有する。ケーシング１２の一端にある下側突起２８と他端にある上側突起３０は、互いに補完した形で構成されており、隣り合って当接モジュール１０の突起２８と３０が相対して嵌り合って、ケーシング１２の全高さと同じになる。この場合、下側突起２８の上側及び上側突起３０の下側にある接続面１６は、ケーシング１２の長手軸に平行にそれぞれ構成されている。これは図３により分かるが、図においては一つのモジュール１０を次のモジュール１０より上方に持ち上げて示している。

ケーシング１２の内部でそれぞれ突起２８と３０の中には、誘導伝送体の伝送体接合部１８が配置されている。伝送体接合部はそれぞれマグネット芯３２を有しており、そのマグネット芯は回転対称のナベ形芯又は皿形芯として構成されている。各マグネット芯３２の底部はケーシング１２の内部にあるのに対し、マグネット芯３２のナベ形状外側及び中心ピンの回転対称なフリー面は、接続面１６に面として並んでフリー状態にある。ケーシング１２の内部でマグネット芯３２上にそれぞれ伝送体コイルがあり、それが導体プレート２６に接続していると好ましい。隣接してモジュール１０を繋ぐ時に、接続面１６を上下にセットすると、伝送体接合部１８にあるマグネット芯３２のフリーな面が接して繋がるため、クローズになった伝送体マグネット芯が形成され、その一つの伝送体コイルは一つのモジュールに、そして別の伝送体コイルが別のモジュールに配置されている。マグネット芯３２が回転対称で構成されているため、図４で分かるように、モジュール１０を相対的に揺動させることができる。ここで回転軸は伝送体の回転軸である。これにより、隣り合って繋がるモジュール１０は、互いに対して任意の位置をとることができる。そのとき、一方の伝送体接合部１８のマグネット芯３２にある中心ピンは、接続面１６を超えて突出していることがあるのに対し、反対側にある伝送体接合部１８のマグネット芯３２にある中心ピンは、接続面１６に沈み込んでいる。それにより嵌め合わせた中心ピンは同時に、モジュール１０が揺動運動するための回転軸受を形成することがある。

図３で示すように、モジュール１０の端で最端部にあるレンズ１４が、上側突起３０上で回転軸の軸中心に配置されていると好ましい。以上のようにしてここでも、接続場所でレンズ１４の走査間隔が変わることなく、モジュール１０を隣り合わせで繋ぐことができる。

光シャッター用モジュールの第１実施形態の遠視外観図。 第１実施形態の連結した二つのモジュールを通る縦方向部分断面図。 第２実施形態の連結した二つのモジュールを通る縦方向部分断面図。 第２実施形態の二つのモジュールを結合した上部外観図。

符号の説明

１０ モジュール
１２ ケーシング
１４ レンズ
１６ 接続面
１８ 伝送体接合部
２０ マグネット芯
２２ 端面
２４ 伝送体コイル
２６ 導体プレート
２８ 下側突起
３０ 上側突起
３２ マグネット芯

Claims (8)

1. 個別のモジュール（１０）により構成可能な光シャッターであって、
   各モジュール（１０）が、独立して機能する発光ユニット及び／又は受光ユニットを閉鎖されたケーシング（１２）内に備え、かつ、
   前記モジュール（１０）が、エネルギー又は信号の伝送のために、互いに連なって結合可能であるものにおいて、
   前記モジュール（１０）が、電気的に切り離して結合可能であること、及び、
   上記モジュール（１０）が、そのケーシング（１２）の相対する端部で、それぞれ伝送体接合部（１８）を有すること、及び、
   互いに結合する上記モジュール（１０）が、そのケーシング端部の各伝送体接合部（１８）が互いに当接し一つの伝送体を完成するように、そのケーシング（１２）端部を使って隣り合って繋ぎ合わされること、及び、
   上記モジュール（１０）のケーシング（１２）が、長く延伸しており、かつ、上記ケーシング（１２）の長手軸に平行で一列に配置される少なくとも二つの発光要素及び／又は受光要素を有すること、
   を特徴とする光シャッター。
2. 請求項１に記載の光シャッターにおいて、上記モジュール（１０）が誘導結合可能であることを特徴とするもの。
3. 請求項１に記載の光シャッターにおいて、上記モジュール（１０）が容量結合可能であることを特徴とするもの。
4. 請求項１に記載の光シャッターにおいて、上記モジュール（１０）が光学的に結合可能であることを特徴とするもの。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光シャッターにおいて、
   上記伝送体接合部（１８）が、上記ケーシング（１２）の接続面（１６）に配置されており、かつ、
   上記接続面（１６）が、接続するモジュール（１０）に互いにフラットに隣り合って当接していることを特徴とするもの。
6. 請求項５に記載の光シャッターにおいて、上記接続面（１６）が、上記ケーシング（１０）の長手軸に対して角度を成して配置されることを特徴とするもの。
7. 請求項５に記載の光シャッターにおいて、上記接続面（１６）が、上記ケーシング（１２）の長手軸に平行に配置されており、かつ、
   隣り合って当接するケーシング（１２）の端部が、上記接続面（１６）の範囲で重なって嵌っていること、
   を特徴とするもの。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光シャッターにおいて、
   上記隣り合って接続するケーシング（１２）が、上記接続面（１６）の面において相対的に回転可能であること、及び、
   上記伝送体が、上記接続面（１６）に垂直な回転軸に対して回転対称的であること、
   を特徴とするもの。

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