JP2018066574A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行解析などに対応可能な分解能を有することが可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】動作検知装置１２０は、レーザ出射光５を出射するためのＬＤ部１０と、ＬＤ部１０からのレーザ出射光５を歩行者１の脚部２を含む走査領域３に向けて出射させる送光用ミラー２１と、歩行者１の脚部２からの反射光６を受光する受光用ミラー２２と、受光用ミラー２２からの反射光６を受光する受光部４０と、共振により送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を走査領域３に対応した角度範囲αで揺動させる駆動部と、送光用ミラー２１から走査領域３に向けて反射されるレーザ出射光５の時間情報（タイムスタンプ）を記憶し、記憶したレーザ出射光５の時間情報と、受光部４０により受光される反射光６の受光情報（距離情報）と、に基づいて、レーザ出射光５を反射する歩行者１の脚部２の移動速度および移動方向を計測する信号処理部と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、レーザ装置に関し、特に、光源部からの出射光を所定範囲に向けて反射させる第１反射部と、所定範囲からの反射光を反射する第２反射部とを備えたレーザ装置に関する。

従来、第１反射部および第２反射部を備えたレーザ装置などが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、測定用レーザ光（出射光）を出射するレーザ投光器と、計測対象物からの戻りレーザ光（反射光）を受光する受光器と、回転用モータにより回転駆動されるポリゴンミラーと、距離演算器とを備えたレーザセンサ装置（レーザ装置）が開示されている。この特許文献１に記載のレーザセンサ装置では、回転中のポリゴンミラーの周面（反射面）に測定用レーザ光が照射されて測定対象エリア（所定範囲）に向けて出射されるとともに、計測対象物からの戻りレーザ光が回転中のポリゴンミラーの周面（受光面）により反射されて受光器に導光されるように構成されている。なお、測定用レーザ光は、ポリゴンミラーの周面の回動（回転）に伴って、測定対象エリア内を所定の角度範囲で走査される。また、受光器は、走査中の戻りレーザ光を受光した際に、受光タイミング情報を距離演算器に出力する役割を有する。そして、距離演算器においては、レーザ投光器から出射される測定用レーザ光の出射タイミング情報と受光器からの受光タイミング情報とに基づいて、レーザセンサ装置から計測対象物までの距離が算出される。これにより、計測対象物までの距離情報に基づいて、測定対象エリア内の計測対象物の位置および形状が取得されるように構成されている。

特開２０１２−２２５８２１号公報

上記特許文献１に記載されたレーザセンサ装置では、回転用モータを用いてポリゴンミラーを回転させるため、静止しているかまたは比較的遅い速度で移動する計測対象物に対する距離計測についてはこれを行える。しかしながら、人間の歩行時の脚部の詳細な動きなどのより俊敏な動きを有する計測対象物の動作解析（歩行解析など）に計測対象を広げた場合、ポリゴンミラーを回転させて測定用レーザ光の反射光から距離情報を得る方式では、ポリゴンミラーの自重に起因した回転速度に限界が生じることなどの理由から、十分なサンプリング数（距離情報量）を得ることができないと考えられる。すなわち、上記特許文献１に記載されたレーザセンサ装置では、歩行解析などに対応可能な分解能（物理量を測定・識別できる能力）を得ることができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、十分なサンプリング数（計測情報量）を得ることによって、歩行解析などに対応可能な分解能を有することが可能なレーザ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるレーザ装置は、光源部と、光源部からの光を所定範囲に向けて反射させる第１反射部と、所定範囲からの反射光を反射する第２反射部と、第２反射部からの反射光を受光する受光部と、共振により第１反射部および第２反射部を所定範囲に対応した角度範囲で揺動させる駆動部と、第１反射部から所定範囲に向けて反射される光の情報を記憶し、記憶した光の情報と、受光部により受光される反射光の受光情報と、に基づいて、光を反射する対象の移動速度および移動方向を計測する計測部と、を備える。

この発明の一の局面によるレーザ装置は、上記のように、共振により第１反射部および第２反射部を所定範囲に対応した角度範囲で揺動させる駆動部と、第１反射部から所定範囲に向けて反射される光の情報を記憶し、記憶した光の情報と、受光部により受光される反射光の受光情報と、に基づいて、光を反射する対象の移動速度および移動方向を計測する計測部とを備える。これにより、たとえば、回転用モータを用いてポリゴンミラーを回転させるような構成と異なり、共振現象を利用して第１反射部および第２反射部を高い周波数（振動数）のもとで往復振動（揺動）させることができる。したがって、計測部により十分なサンプリング数（計測情報量）を取得しつつ、より俊敏な動きを有する対象物（たとえば人間の歩行時の脚部の詳細な動きなど）の状態変化を把握することができる。この結果、歩行解析などに対応可能な分解能（物理量を測定・識別できる能力）を有するレーザ装置を提供することができる。

上記一の局面によるレーザ装置において、好ましくは、受光情報は、受光部により受光される反射光の受光時間および受光角度を含む。このように構成すれば、受光部により受光される反射光の受光時間および受光角度を有効に利用して、光を反射する対象の移動速度および移動方向を精度よく計測することができる。

上記一の局面によるレーザ装置において、好ましくは、計測部は、第１反射部の所定の揺動角度毎の光の時間情報を記憶する。このように構成すれば、第１反射部の所定の揺動角度毎の光の時間情報に基づいて第１反射部から所定範囲に向けて反射される光の情報を構成することができるので、この第１反射部の所定の揺動角度毎の光の時間情報と、受光部により受光される反射光の受光情報とに基づいて、光を反射する対象の移動速度および移動方向を精度よく計測することができる。すなわち、１回の走査（スキャン動作）に１回しか光の時間情報（タイムスタンプ）を付与しない場合と比較して、１回の走査中（スキャン動作中）に所定の揺動角度刻み（たとえば１度毎）で付与された複数個の光の時間情報（タイムスタンプ）に基づいて、対象物の状態変化（たとえば歩行者の脚部（左右の足）の詳細な動きなど）を確実かつ詳細に計測することができる。

上記一の局面によるレーザ装置において、好ましくは、対象の移動速度および移動方向に基づいて、光源部から射出される光量を調整する制御部をさらに備える。このように構成すれば、レーザ装置から移動中の対象物までの距離に応じて、光源部から射出される出射光量が制御部によって適宜調整されるので、レーザ装置から対象物までの距離に応じた最適な条件で出射光を走査領域に向けて出射させることができる。したがって、対象物の状態変化の計測精度（感度）を高く維持することができる。

上記一の局面によるレーザ装置において、好ましくは、対象の移動速度および移動方向に基づいて、受光部が受光する反射光に基づく信号を調整する制御部をさらに備える。このように構成すれば、レーザ装置から移動中の対象物までの距離に応じて、受光部が受光する反射光に基づく信号が制御部によって適宜調整されるので、レーザ装置から対象物までの距離に応じた最適な条件で対象物からの反射光を受光することができる。したがって、対象物の状態変化の計測精度（感度）を高く維持することができる。

上記対象の移動速度および移動方向に基づいて光源部から射出される光量を調整する制御部をさらに備える構成において、好ましくは、制御部は、所定範囲に対する光の照射範囲に基づいて、検知条件を変える。このように構成すれば、俊敏かつ詳細な動きをする対象物の状態変化を、常に高い計測精度（感度）を有して把握することができる。

上記対象の移動速度および移動方向に基づいて光源部から射出される光量を調整する制御部をさらに備える構成において、好ましくは、制御部は、対象までの距離が第１距離である場合の光量を、対象までの距離が第１距離よりも小さい第２距離である場合の光量よりも大きくするか、または、対象までの距離が第１距離である場合の反射光に基づく信号を、対象までの距離が第２距離である場合の反射光に基づく信号よりも大きくする制御のうちの少なくとも一方を行う。このように構成すれば、レーザ装置から対象物までの距離が増加するにしたがって光量または反射光に基づく信号の少なくともいずれか一方を増加させることができる。反対に、レーザ装置から対象物までの距離が減少するにしたがって光量または反射光に基づく信号の少なくともいずれか一方を減少させることができる。この結果、対象物までの距離に関係なく、レーザ装置が有する計測精度（感度）を一定のレベルに維持することができる。

上記一の局面によるレーザ装置において、好ましくは、第１反射部は、第２反射部よりも垂直方向下側に配置されている。このように構成すれば、本発明のレーザ装置を、たとえば歩行者が歩行する床面に載置して対象物の状態変化（たとえば、歩行者の脚部（左右の足）の動きなど）を計測する場合に、走査用の光（出射光）を床面よりも若干高い位置に対応した領域に向けて容易に出射することができる。したがって、床面近傍を俊敏に移動するような対象物の状態変化（たとえば歩行者の脚部（左右の足）の詳細な動きなど）を確実に計測することができる。

上記一の局面によるレーザ装置において、好ましくは、第１反射部および第２反射部の揺動角度範囲は、９０度以上であり、かつ、第１反射部および第２反射部の共振周波数は、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下である。このように構成すれば、より俊敏かつ詳細な動きをする対象物の状態変化を確実に計測することができる。すなわち、歩行者（人間）の脚部（左右の足）の詳細な動きのみならず、特定エリアへの小動物（害獣）の侵入の有無の検出など、より高い分解能が要求される対象物の状態変化の測定に対して、本発明におけるレーザ装置を幅広く利用することができる。

本発明によれば、上記のように、十分なサンプリング数（計測情報量）を得ることによって、歩行解析などに対応可能な分解能を有することが可能なレーザ装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態による動作検知装置の概略的な構成を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による動作検知装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による共振型スキャナミラー部の構成を示した平面図である。 本発明の第１実施形態による動作検知装置により計測される歩行者の歩行動作を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による動作検知装置により行われる歩行者の歩行計測動作において出力されるデータの内容を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による動作検知装置により計測される歩行者の歩行動作を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態による動作検知装置により行われる歩行者の歩行計測動作の内容を説明するための模式図である。 本発明の第３実施形態による動作検知装置により行われる歩行者の歩行計測動作において出力されるデータの内容を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による動作検知装置により行われる歩行者の歩行計測動作において出力されるデータの内容を説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による動作検知装置１２０の構成について説明する。なお、動作検知装置１２０は、特許請求の範囲の「レーザ装置」の一例である。

（動作検知装置の概略構成）
本発明の第１実施形態による動作検知装置１２０（二点鎖線枠内）は、図２に示すように、レーザ計測部１００とデータ解析部１１０とによってシステム的に構成されている。レーザ計測部１００は、後述する歩行者１の状態変化（計測データ）を取得する機能を有するとともに、データ解析部１１０は、レーザ計測部１００が取得した計測データ（距離情報）に基づいて歩行者１の歩行状態を解析する役割を有する。また、動作検知装置１２０（二点鎖線枠内）は、図１および図５に示すように、床面４に載置されることにより、前方（Ｘ１側）を歩行する歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の動きを検出する際に使用される。したがって、動作検知装置１２０を用いることによって、歩行者１がどのような態様で床面４上を歩行しているのかが定量的に把握されるように構成されている。以下では、まず、レーザ計測部１００の構成について説明し、その後、データ解析部１１０の構成について説明する。なお、歩行者１の脚部２は、特許請求の範囲の「対象」の一例である。

（レーザ計測部の構成）
レーザ計測部１００は、図１に示すように、歩行者１が床面４を歩行する際の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の移動速度および移動方向（歩行の向き）などの状態変化（移動速度および移動方向の単位時間あたりの変化量）を高い分解能で検出する機能を有する。すなわち、レーザ出射光５がレーザ計測部１００から出射された時間と、このレーザ出射光５が脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）により反射されて反射光６となってレーザ計測部１００に戻る時間との差分となる「受光時間間隔」および「受光角度」に基づいて、歩行者１（右脚２ａおよび左脚２ｂ）までの距離、歩行者１の移動速度および移動方向を時々刻々計測するための計測装置である。この場合、レーザ計測部１００を中心に、レーザ計測部１００の前方（矢印Ｘ１方向）の走査領域３に対して角度範囲α（図３参照）でレーザ出射光５が２次元的に走査（スキャン）される。そして、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）によって反射された反射光６をレーザ計測部１００が受光することにより、歩行者１の状態変化が検出されるように構成されている。なお、レーザ出射光５は、特許請求の範囲の「光源部からの光」の一例である。また、角度範囲αは、特許請求の範囲の「所定範囲に対応した角度範囲」の一例である。

また、レーザ計測部１００は、図２に示すように、ＬＤ（レーザダイオード）部１０と、共振型スキャナミラー部２０（二点鎖線枠内）と、受光部４０と、主制御部９０とを備える。また、これらは、筐体６０（図１参照）内に収容されている。そして、筐体６０の内部には、レーザ出射光５を出射するための光学系１０１（二点鎖線枠内）と、反射光６を受光するための光学系１０２（二点鎖線枠内）とが設けられている。また、図１に示すように、筐体６０のＸ１側の前面には、横長の矩形形状の開口部６０ａが設けられている。そして、レーザ出射光５は、開口部６０ａを介して前方（矢印Ｘ１方向）に出射されるとともに、反射光６は、開口部６０ａを介して光学系１０２（矢印Ｘ２方向）に入射されるように構成されている。なお、ＬＤ部１０は、特許請求の範囲の「光源部」の一例である。

ＬＤ部１０は、レーザ出射光５を出射する機能を有する。また、共振型スキャナミラー部２０は、図３に示すように、送光用ミラー２１と、受光用ミラー２２と、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を揺動可能に支持する枠状の支持体２３と、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を揺動させるための駆動部５０とを含んでいる。なお、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１反射部」および「第２反射部」の一例である。

ここで、図２に示すように、出射側の光学系１０１は、集光レンズ１１と、送光用ミラー２１と、固定ミラー１２および１３と、受光部１４および１５とを含む。送光用ミラー２１は、ＬＤ部１０から出射されるとともに集光レンズ１１により平行光にされたレーザ出射光５を反射させる機能を有する。なお、送光用ミラー２１は、後述するミラー駆動制御部９２による駆動部５０の動作制御に基づいて、揺動軸線１５０まわりに矢印Ｒ１方向および矢印Ｒ２方向に揺動される。これにより、送光用ミラー２１は、レーザ出射光５をレーザ計測部１００から出射するとともに送光用ミラー２１自身が揺動されることによってレーザ出射光５を走査領域３内で走査（スキャン）する役割を有する。また、固定ミラー１２と受光部１４とによって送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５の出射強度がモニタリングされるとともに、固定ミラー１３と受光部１５とによって送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５の走査角度（光学スキャン角度）の上限値がモニタリングされる。そして、受光部１４および１５からの電気信号が、主制御部９０にフィードバックされる。これにより、レーザ出射光５の出射強度および光学スキャン角度のキャリブレーションが常に所定のタイミングで行われるように構成されている。

受光用ミラー２２は、歩行者１によって反射された反射光６を受光するとともに受光部４０に向けて反射（導光）させる機能を有する。ここで、受光側の光学系１０２は、受光用ミラー２２と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１と、集光レンズ３２とによって構成されている。バンドパスフィルタ３１は、反射光６のうちのある特定波長帯のみを透過させる役割を有する。集光レンズ３２は、バンドパスフィルタ３１を透過した反射光６を集光する役割を有する。これにより、受光用ミラー２２からの反射光６がバンドパスフィルタ３１および集光レンズ３２を介して受光部４０に入射されるように構成されている。

受光部４０は、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）からなり、受光用ミラー２２からの反射光６を受光して電気信号に変換する機能を有する。なお、図１および図２に示すように、共振型スキャナミラー部２０における送光用ミラー２１と受光用ミラー２２との間には、送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５が受光用ミラー２２に直接的に回り込むのを防止するための分離壁６１が設けられている。

ここで、図１に示すように、分離壁６１は、板状（平板状）かつ扇形形状を有しており、分離壁６１は、水平方向（Ｘ−Ｙ平面内）に延びるように配置されている。また、分離壁６１には、分離壁６１の厚み方向（Ｚ軸方向）に延びる２つの貫通孔６１ａおよび６１ｂ（破線で示す）が設けられている。貫通孔６１ａは、分離壁６１のＹ１側の端部近傍に配置されているとともに、貫通孔６１ｂは、分離壁６１のＹ２側の端部近傍に配置されている。なお、送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５の一部は、固定ミラー１２（破線で示す）により反射された後、貫通孔６１ａを介して受光部１４に導かれる。また、送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５の一部は、固定ミラー１３（破線で示す）により反射された後、貫通孔６１ｂを介して受光部１５に導かれる。したがって、分離壁６１は、送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５が受光用ミラー２２に回り込むのを防止しつつ、２つの貫通孔６１ａおよび６１ｂにレーザ出射光５の一部を通過させてレーザ出射光５の検査用の光学系の一部を構成している。また、筐体６０は、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を収容するとともに床面４に載置可能に構成されている。

また、図２に示すように、主制御部９０は、レーザ計測部１００の制御処理を統括する役割を有する。また、レーザ計測部１００は、レーザ駆動部９１と、ミラー駆動制御部９２と、信号処理部（距離演算部）９３と、メモリ部９４と、ＩＦ（インターフェース）部９５とを備える。これらの構成要素は、主制御部９０の指令に基づいて動作制御されるように構成されている。なお、信号処理部（距離演算部）９３は、特許請求の範囲の「計測部」の一例である。

レーザ駆動部９１は、ＬＤ部１０を駆動する役割を有する。また、ミラー駆動制御部９２は、後述する共振型スキャナミラー部２０の駆動部５０の動作制御を行う役割を有しており、駆動部５０の駆動に伴って受光用ミラー２２が駆動されるように構成されている。信号処理部（距離演算部）９３は、受光部４０により変換された電気信号に基づいて歩行者１までの距離、移動速度および移動方向（存在方向）を演算する役割を有する。より具体的には、信号処理部９３は、歩行者１から反射された反射光６の受光時間間隔および受光角度（受光位置）に基づいて、歩行者１までの距離の単位時間あたりの変化量を演算するように構成されている。すなわち、信号処理部９３では、受光時間間隔および受光角度に基づいて、歩行者１までの距離情報と、歩行者１までの距離の単位時間あたりの変化量との両方が生成される。この点については、詳細を後述する。また、メモリ部９４には、主制御部９０が実行する制御プログラムなどが格納されている。ＩＦ部９５は、レーザ計測部１００に接続されるデータ解析部１１０とのインターフェースの役割を有する。

（スキャナミラー部の詳細な構成）
共振型スキャナミラー部２０における金属製の支持体２３は、図３に示すように、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術により形成されている。また、支持体２３は、Ｚ軸方向となる揺動軸線１５０まわりに捻れ変形可能に構成された揺動部２４を有する。

詳細には、揺動部２４は、Ｚ軸方向のＺ１側の端部に形成された固定部２４ａおよびＺ２側の端部に形成された固定部２４ｂと、固定部２４ａを起点として横方向（矢印Ｕ１方向および矢印Ｕ２方向）に往復蛇行しながら矢印Ｚ２方向に延びる捻れ部２５ａと、固定部２４ｂを起点として横方向（矢印Ｕ１方向および矢印Ｕ２方向）に往復蛇行しながら矢印Ｚ１方向に延びる捻れ部２５ｂとを有する。また、揺動部２４は、上記に加えて、捻れ部２５ａの固定部２４ａとは反対側（Ｚ２側）の部分と、捻れ部２５ｂの固定部２４ｂとは反対側（Ｚ１側）の部分とを連結するＺ軸方向に延びる連結部２６とを有する。そして、ミアンダ構造を構成する捻れ部２５ａおよび２５ｂは、全体として矢印Ｖ１方向（紙面手前方向）および矢印Ｖ２方向（紙面奥方向）に弾性変形可能に構成されている。

また、送光用ミラー２１の裏面２１ｂ（紙面奥側）および受光用ミラー２２の裏面２２ｂ（紙面奥側）が、連結部２６にそれぞれ接着されている。また、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２は、薄いガラス板材の表面（紙面手前側）上に反射膜が蒸着されている。そして、この反射膜が蒸着されていることによって、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２は、反射面２１ａおよび受光面２２ａを有する。また、この場合、送光用ミラー２１の反射面２１ａは、受光用ミラー２２の受光面２２ａと略同一面内に揃えられている。また、受光用ミラー２２の受光面２２ａの面積Ｓ２は、送光用ミラー２１の反射面２１ａの面積Ｓ１よりも大きい（面積Ｓ２＞面積Ｓ１である）。

ここで、第１実施形態では、図１に示すように、共振型スキャナミラー部２０は、揺動軸線１５０が垂直方向（Ｚ軸方向）に揃えられた状態で筐体６０内に設置されている。そして、共振型スキャナミラー部２０における揺動部２４の延びるＺ軸方向における下側（Ｚ２側）に送光用ミラー２１が配置されるとともに、上側（Ｚ１側）に受光用ミラー２２が配置されている。これにより、送光用ミラー２１は、床面４の近傍領域に対応した走査領域３（スキャン平面３ａ）に向けてＬＤ部１０からのレーザ出射光５を出射可能に筐体６０内に配置されている。

また、第１実施形態では、図３に示すように、駆動部５０は、永久磁石５１（破線で示す）と、電磁駆動用の電磁コイル部５２（破線で示す）とを含んでいる。永久磁石５１は、受光用ミラー２２の裏面２２ｂ（紙面奥側）に貼り付けられている。そして、電磁コイル部５２は、永久磁石５１の裏側（紙面奥側）に所定の離間間隔を隔てて配置されている。また、永久磁石５１の一方端部５１ａ（Ｕ１側）はＮ極を有し、他方端部５１ｂ（Ｕ２側）はＳ極を有する。そして、ミラー駆動制御部９２によって電磁コイル部５２の極性が所定の周波数で周期的に切り替えられることによって、永久磁石５１のＮ極側（一方端部５１ａ）が電磁コイル部５２に引き寄せられる状態と、永久磁石５１のＳ極側（他方端部５１ｂ）が電磁コイル部５２に引き寄せられる状態とが、所定の周波数（略２００Ｈｚ）で交互に切り替えられるように構成されている。

これにより、受光用ミラー２２が矢印Ｒ１方向および矢印Ｒ２方向に揺動されるように構成されている。また、固定部２４ａ（固定部２４ｂ）と連結部２６との間にミアンダ構造の捻れ部２５ａ（捻れ部２５ｂ）が設けられていることによって、受光用ミラー２２の揺動に伴って、連結部２６に固定されている送光用ミラー２１も単一の揺動軸線１５０まわりに矢印Ｒ１方向および矢印Ｒ２方向に一体的に（同期して）揺動されるように構成されている。この際、レーザ計測部１００では、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２の揺動する角度範囲αが略９０度であり、かつ、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２の共振周波数が略２００Ｈｚ（±１％以内の誤差を含む）で揺動されるように構成されている。なお、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２は、共に、正弦波の駆動パターンで駆動される。

すなわち、図４に示すように、送光用ミラー２１（受光用ミラー２２）の光学スキャン角度が「−４５度」から「＋４５度」へ変化する（機械的スキャン角度は±２２．５度である）１回のスキャン動作が略５ミリ秒で行われる。また、１回のスキャン動作においては、スキャン角度が「１度」の刻みでレーザ出射光５の出射と反射光６の受光とが繰り返される。この場合、送光用ミラー２１が光学スキャン角度における「−４５度」から「＋４５度」へ一方方向に回動される際に、１度刻みでＬＤ部１０からレーザ出射光５が出射される。そして、光学スキャン角度が「＋４５度」に達した後は、レーザ出射光５が出射されずに「−４５度」の位置に回動される。したがって、信号処理部９３（図２参照）による歩行者１の脚部２までの距離の演算（距離計測）は、２００Ｈｚ（５ミリ秒）の半分に相当する２．５ミリ秒を９１本のレーザ出射光５で除した、約０．０２７ミリ秒の間隔で、繰り返し行われるように構成されている。

また、レーザ計測部１００では、レーザ出射光５および反射光６に基づく信号処理部９３による歩行者１までの距離の計測方法として、連続変調波（パワー変調波）の位相差を計測する位相差方式が適用されている。すなわち、光源（ＬＤ部１０）から出射された光（レーザ出射光５）が対象物（歩行者１）で反射し、センサ（受光部４０）に届くまでの単パルス光の飛行時間（遅れ時間）と光の速度（３×１０⁸ｍ／ｓ）とから、対象物（歩行者１）までの距離を取得するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式（パルスカウント方式）とは異なり、レーザ出射光５に付与した連続的な出射波形と反射光６の受光波形との位相差（時間差）を計測することによって、歩行者１までの距離（出射波形に対する受光波形の遅延量）が取得されるように構成されている。

この理由として、共振型スキャナミラー部２０は、略２００Ｈｚのスキャン速度で送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を揺動させるため、ＴＯＦ方式では、このスキャン速度に対応するためにより高速な処理回路と高速の単パルス光が必要になる。これに対して、位相差方式の場合には、レーザ出射光５の出射波形を比較的低い周波数に設定したままでも、レーザ出射光５の連続的な出射波形と反射光６の受光波形との位相差（時間差）を計測することが可能になる。ただし、反射光６にレーザ出射光５の出射波形が足し合わされるのを防ぐためにも、送光用ミラー２１と受光用ミラー２２とを光学的に分離するための分離壁６１（図１参照）が必要となる。

（データ解析部の構成）
次に、データ解析部１１０は、図２に示すように、記憶手段１１１と、脚部判別（位置検出）手段１１２と、距離変化算出手段１１３と、遊脚相／立脚相判別手段１１４と、遊脚相／立脚相移行期判別手段１１５と、踵接地−つま先接地期間判別手段１１６と、踵−つま先方向ベクトル算出手段１１７と、歩行解析データ出力部１１８と、ＩＦ（インターフェース）部１１９とを備える。データ解析部１１０は、上記した構成要素によって１つの制御部（演算部）の役割を有しており、レーザ計測部１００から送信される計測データ（距離情報および時間情報）に基づく歩行者１の歩行解析を行うように構成されている。さらに、データ解析部１１０は、レーザ計測部１００の主制御部９０に対する動作制御用の信号も出力するように構成されている。たとえば、データ解析部１１０は、レーザ計測部１００に対してゲインを調整するためのゲインコントロール信号を出力する。すなわち、ＬＤ部１０から射出されるレーザ出射光５の出力ゲインおよび受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインが予め調整された状態でレーザ計測部１００が動作されるように構成されている。なお、データ解析部１１０は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。

記憶手段１１１は、伝送路１２５およびＩＦ（インターフェース）部１１９を介してレーザ計測部１００から送信された計測データ（距離情報）を一時的に保存（記憶）するとともに、データ解析部１１０によって歩行解析が行われた後の解析結果を格納する役割を有する。脚部判別手段１１２は、レーザ計測部１００から送信された計測データ（距離情報）に基づいて、この計測データが歩行者１の脚部２であるか否かを判別するとともに、脚部２が床面４上のスキャン平面３ａ（図５参照）内のどの位置に存在しているかを検出する役割を有する。距離変化算出手段１１３は、計測データ（距離情報）に基づいて、単位時間あたりのレーザ計測部１００から脚部２までの距離変化量を算出する役割を有する。

また、遊脚相／立脚相判別手段１１４は、脚部２の状態が遊脚相（図５参照）か立脚相（図５参照）かを判別する役割を有する。また、遊脚相／立脚相移行期判別手段１１５は、脚部２の状態が遊脚相から立脚相へ移行する時期であるか否かを判別する役割を有する。踵接地−つま先接地期間判別手段１１６は、脚部２が踵接地の状態（図５参照）を経てつま先接地の状態（図５参照）になる期間を判別する役割を有する。踵−つま先方向ベクトル算出手段１１７は、踵接地の状態を経てつま先接地の状態になる際のつま先の進行方向を算出する役割を有する。歩行解析データ出力部１１８は、上記した各算出手段および判別手段に基づいて統合的に判断された歩行解析データを出力する役割を有する。

なお、レーザ計測部１００では、送光用ミラー２１からレーザ出射光５が出射される際の時間情報（タイムスタンプ）がスキャン動作を繰り返すたびに付与されるように構成されている。具体的には、図４に示すように、送光用ミラー２１が光学スキャン角度における「−４５度」から「＋４５度」へ一方方向に回動される際に、１度刻み（約０．０２７ミリ秒間隔）でＬＤ部１０からレーザ出射光５が出射される。そして、光学スキャン角度が「＋４５度」に達した後は、レーザ出射光５が出射されずに「−４５度」の位置に回動される。レーザ計測部１００では、この「−４５度」から「＋４５度」へ一方方向に回動される際に、この１回分のスキャン動作が行われて記憶手段１１１に順次記憶される時間情報（タイムスタンプ：Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３など）と、反射光６の受光部４０における受光に基づく歩行者１までの個々の距離情報（Ｄ１１、Ｄ１２・・・Ｄ９１など）とを、データ解析部１１０に送信するように構成されている。なお、時間情報（タイムスタンプ）は、特許請求の範囲の「第１反射部から所定範囲に向けて反射される光の情報」の一例である。また、距離情報は、特許請求の範囲の「受光部により受光される反射光の受光情報」の一例である。

そして、レーザ計測部１００では、１回分のスキャン動作が終了したのと同時に、記憶手段１１１に記憶された１個の時間情報（タイムスタンプ）と、生成された９１個の距離情報とがデータ解析部１１０に送信される。そして、５ミリ秒（略２００Ｈｚ）間隔で、新たな１個の時間情報と９１個の距離情報とが、順次、データ解析部１１０に送信されることが繰り返される。データ解析部１１０では、この十分なサンプリング数を有する時間情報および距離情報（計測情報量）に基づいて、以下に説明する歩行者１の歩行解析が行われる。なお、受光情報としての距離情報には、受光部４０により受光される反射光６の受光時間および受光角度（光学スキャン角度）の情報が含まれている。

また、上記したレーザ計測部１００およびデータ解析部１１０により構成される動作検知装置１２０は、次のようにして使用される。具体的には、図５に示すように、床面４に動作検知装置１２０を載置した状態で歩行者１が図中の左側（Ｘ１側）から右方向（矢印Ｘ２方向）に歩行してきたとする。ここで歩行者１の歩行状態を簡潔に説明する。

歩行者１の右脚２ａおよび左脚２ｂ（図１参照）が床面４に接地していた状態Ａから、たとえば、右脚２ａを一歩踏み出して歩行を開始する場合を考える。まず、右脚２ａは、足裏２ｃにおける踵２ｄおよびつま先２ｅの両方が床面４に接地している「立脚相」の状態Ａにある。次に、右脚２ａは、踵２ｄが床面４から離地する状態へと遷移する。なお、この状態Ｂも「立脚相」の状態に含まれる。そして、踵２ｄおよびつま先２ｅの両方が床面４から離地する「遊脚相」の状態Ｃへと遷移する。その後、右脚２ａは、踵２ｄが床面４に接地する「立脚相」の状態Ｄに遷移する。そして、僅かな時間差の後、つま先２ｅも床面４に接地することにより足裏２ｃ全体が床面４に接地する「立脚相」の状態Ａに遷移する。なお、右脚２ａがこの「立脚相」、「遊脚相」および「立脚相」の順に遷移する間は、左脚２ｂは、足裏２ｃ全体が床面４に接地する「立脚相」が維持されている。

そして、今度は、右脚２ａの足裏２ｃ全体が床面４に接地する「立脚相」が維持された状態で、左脚２ｂ（図１参照）が、上記した「立脚相」、「遊脚相」および「立脚相」の順（状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃ、状態Ｄおよび状態Ａの順）に遷移する。通常、歩行者１は、右脚２ａおよび左脚２ｂが交互にこの動作を繰り返すことによって矢印Ｘ２方向に歩行する。なお、歩行者１の歩行動作においては、状態Ａから状態Ｂ、状態Ｂから状態Ｃ、状態Ｃから状態Ｄへの移行期間に対して、状態Ｄから状態Ａへの移行期間は非常に短い。すなわち、踵２ｄの接地からつま先２ｅの接地までの時間は非常に短い。また、状態Ｄから状態Ａへの遷移は同じ「立脚相」で行われるので、床面４よりも若干上方の高さ位置で起こる現象である。

そして、歩行者１が矢印Ｘ２方向に歩行している状態で動作検知装置１２０が動作された場合、床面４よりも若干上方（約１５ｍｍ以上約２０ｍｍ以下）の高さ位置にレーザ出射光５が走査されるスキャン平面３ａが形成されるように構成されている。また、このスキャン平面３ａは、床面４よりも上方かつ、足（脚部２）の甲の高さ位置よりも低い位置である。これにより、動作検知装置１２０では、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃおよび状態Ｄの各々が検知されるように構成されている。すなわち、右脚２ａ（または左脚２ｂ）からの反射光６を検出する場合は、状態Ａ、状態Ｂまたは状態Ｄの「立脚相」の状態であると判別されるように構成されるとともに、反射光６を検出しない場合は、状態Ｃの「遊脚相」の状態であると判別されるように構成されている。さらには、以下に説明するように、スキャン平面３ａ内で起きる状態Ｄ（踵接地の状態）からその後の状態Ａ（つま先接地の状態）への遷移も確実に判別されるように構成されている。

歩行者１が動作検知装置１２０に向かって歩いてくる様子を図６に示す。図６においては、図５における右脚２ａの状態Ｂ、状態Ｃ、状態Ｄおよび状態Ａへの遷移を、時間ｔ１、時間ｔ２、時間ｔ３および時間ｔ４の各タイミングで示している。そして、各タイミングにおける動作検知装置１２０が検出する歩行状態の検出結果を示している。

まず、図５の状態Ｂに対応する時間ｔ１においては、右脚２ａのつま先２ｅが点群７ａ（太い実線）として検出されるとともに、左脚２ｂが点群７ｂ（太い実線）として検出される。また、図５の状態Ｃに対応する時間ｔ２においては、右脚２ａが消失される（検出されない）とともに、左脚２ｂが点群７ｂ（太い実線）として検出される。また、図５の状態Ｄに対応する時間ｔ３においては、右脚２ａの踵２ｄが点群７ａ（太い実線）として再び検出されるとともに、左脚２ｂが点群７ｂ（太い実線）として検出される。また、図５の状態Ａに対応する時間ｔ４においては、右脚２ａのつま先２ｅが点群７ａ（太い実線）として検出される左脚２ｂが点群７ｂ（太い実線）として検出される。

動作検知装置１２０では、共振型スキャナミラー部２０を略２００Ｈｚで共振させることによって、十分なサンプリング数を有する時間情報および距離情報に基づいて、図６における時間ｔ３の状態と時間ｔ４の状態とを確実に判別することが可能に構成されている。すなわち、データ解析部１１０の歩行解析が行われることによって、左脚２ｂの踵２ｄが床面４に接地した状態Ｄ（図５参照）と、僅かな時間差（時間ｔ４−時間ｔ３：約０．３〜０．５秒）の後、踵２ｄに加えて左脚２ｂのつま先２ｅが床面４に接地した状態Ａ（図５参照）との両方を検出することが可能に構成されている。すなわち、上述したように、信号処理部９３による距離計測（歩行者１までの距離情報と、歩行者１までの距離の単位時間あたりの変化量との両方の生成）が、約０．０２７ミリ秒の間隔で繰り返されるので、踵２ｄが床面４に接地した状態Ｄ（踵接地の状態）から踵２ｄに加えて左脚２ｂのつま先２ｅが床面４に接地した状態Ａ（つま先接地の状態）までがごく僅かな時間（約０．３以上約０．５秒以下）であっても、これらの状態変化量δ（図６参照）を十分に捕捉することが可能となる。このように、歩行者１が単に矢印Ｘ２方向に歩行している状態を検出することのみならず、右脚２ａおよび左脚２ｂの俊敏かつ詳細な状態変化量δ（歩行者１が移動速度および移動方向）までをも確実に検出するように構成されている。

また、図６からも明らかなように、レーザ出射光５を略９０度の角度範囲αを有して走査することによって、歩行者１の歩幅Ｌおよび足裏２ｃの詳細な移動方向（右脚２ａおよび左脚２ｂの運ばれる向き）が把握される。なお、足裏２ｃの詳細な移動方向については、データ解析部１１０における踵−つま先方向ベクトル算出手段１１７（図２参照）の処理に基づいて、時間ｔ３における踵２ｄの存在範囲（角度範囲β）と、時間ｔ４におけるつま先２ｅの存在範囲（角度範囲γ）との変化量から求められる。また、歩幅Ｌおよび足裏２ｃの移動方向が詳細に把握されることによって、歩行者１が走査領域３中のどの位置（エリア）を歩行中であるのかも把握される。このようにして、第１実施形態による動作検知装置１２０は構成されている。

なお、上記では、歩行者１の一般的な歩行動作の解析内容を例示したが、たとえば、脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の動きに不自由さを有する歩行者１の歩行動作を解析することによって、歩行者１の歩行能力を定量的に評価することが可能になる。この場合、歩行解析結果に基づいて、リハビリテーション時の歩行者１の転倒を予防する対策を講じることも可能になる。また、対象となる歩行解析としては、歩行時のつまずきやすさの判別、蟹股歩行・内股歩行の判別、洋式歩行（後方への蹴り出しを推進力とする歩行態様）・和式歩行（片脚を前方に出すだけで前進しようとする歩行態様）の判別、履物毎の歩行分析、足の接地タイミングによる歩行者１の重心位置の推移や拇指球接地の判別、さらには、すり足歩行（足が上がらない状態での歩行態様）の有無の判別などが挙げられる。また、歩行解析にあたって、広い床面４に専用の圧力センサを設置して大掛かりな計測系を設ける場合と異なり、動作検知装置１２０は、観察場所を選ばずどのような場所においても床面４に載置可能であり、かつ、床面４近傍の脚部２の運び具合（踵２ｄおよびつま先２ｅの運び具合）を高い分解能で計測することが可能である。また、単なる床面４のみならず、トレッドミル（屋内でランニングやウォーキングを行うための健康器具）に動作検知装置１２０を設置して、歩行解析データを取得しながら歩行訓練を行うことも可能になり、その適用範囲は非常に広い。したがって、動作検知装置１２０を歩行解析に使用することの利用価値は、非常に高い。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、電磁駆動力による共振により、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を走査領域３に対応した角度範囲αで揺動させる駆動部５０と、送光用ミラー２１から走査領域３に向けて反射されるレーザ出射光５の時間情報（タイムスタンプ）を記憶し、記憶したレーザ出射光５の時間情報と、受光部４０により受光される反射光の受光情報（距離情報）とに基づいて、光を反射する歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の移動速度および移動方向を計測する計測部５０とを備える。これにより、たとえば、回転用モータを用いてポリゴンミラーを回転させるような構成と異なり、電磁駆動力による共振現象を利用して送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を高い周波数（振動数）のもとで往復振動（揺動）させることができる。したがって、信号処理部９３により十分なサンプリング数（計測情報量）を取得しつつ、より俊敏な動きを有する歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の詳細な動き（状態変化）を把握することができる。この結果、歩行解析などに対応可能な分解能（物理量を測定・識別できる能力）を有するレーザ計測部１００を提供することができる。

また、第１実施形態では、受光部４０により受光される反射光６の受光時間および受光角度（光学スキャン角度）を含むように受光情報としての距離情報を構成する。これにより、受光部４０により受光される反射光６の受光時間および受光角度（光学スキャン角度）を有効に利用して、光を反射する歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の移動速度および移動方向を精度よく計測することができる。

また、第１実施形態では、受光用ミラー２２よりも垂直方向（Ｚ軸方向）における下方（Ｚ２側）に送光用ミラー２１を配置する。これにより、レーザ計測部１００を歩行者１が歩行する床面４に載置して歩行者１の脚部２の動きを計測する場合に、走査用のレーザ出射光５を床面４よりも若干高い位置に対応した走査領域３に向けて容易に出射することができる。したがって、床面４近傍を俊敏に移動するような歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂの足裏２ｃの詳細な動き）の状態変化を確実に計測することができる。

また、第１実施形態では、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２の揺動する角度範囲αを略９０度に設定し、かつ、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２の共振周波数を略２００Ｈｚに設定する。これにより、より俊敏かつ詳細な動きをする歩行者１の脚部２の状態変化を確実に計測することができる。すなわち、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂの足裏２ｃ）の詳細な動きのみならず、特定エリアへの小動物（害獣）の侵入の有無の検出など、より高い分解能が要求されるこれらの計測対象物の状態変化の測定に対して、動作検知装置１２０を幅広く利用することができる。

また、第１実施形態では、ＬＤ部１０を送光用ミラー２１の側方に配置する。これにより、ＬＤ部１０を送光用ミラー２１の上方（矢印Ｚ１方向）に配置する場合などと比較してレーザ計測部１００の高さ方向の寸法を低減させることができる。これにより、レーザ計測部１００を歩行者１が歩行する床面４に載置して歩行者１の脚部２の動きを計測する場合に、ＬＤ部１０と送光用ミラー２１とをより床面４に近い高さ位置に配置することができる。したがって、走査領域３（スキャン平面３ａ）が低い位置に設定可能となる分、床面４近傍を俊敏に移動するような歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂの足裏２ｃ）の詳細な動きを容易に計測することができる。

また、第１実施形態では、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を単一の揺動軸線１５０まわりに一体的に揺動するように構成する。そして、受光用ミラー２２を電磁駆動力により共振させるように駆動部５０を構成する。これにより、電磁駆動力による受光用ミラー２２の揺動（駆動）に同期させて、送光用ミラー２１を単一の揺動軸線１５０まわりに容易に揺動させることができる。また、送光用ミラー２１の揺動軸と受光用ミラー２２の揺動軸とを別個に設ける必要がないので、動作検知装置１２０の部品点数の増加を抑制することができるとともに、動作検知装置１２０の構成を簡素化させることができる。

また、第１実施形態では、受光用ミラー２２の受光面２２ａの面積Ｓ２を送光用ミラー２１の反射面２１ａの面積Ｓ１よりも大きく構成する。これにより、走査領域３（スキャン平面３ａ）内に存在する歩行者１から反射された反射光６を相対的に面積の大きい受光用ミラー２２により確実に受光することができるとともに、受光部４０に確実に反射（導光）させることができる。

また、第１実施形態では、床面４の近傍領域に対応した走査領域３に向けてＬＤ部１０からのレーザ出射光５を出射可能に、送光用ミラー２１を筐体６０内に配置する。これにより、筐体６０を床面４に載置するだけで、走査用の光となるレーザ出射光５を床面４よりも若干高い位置に対応した走査領域３（スキャン平面３ａ）に向けて容易に出射させることができる。

また、第１実施形態では、送光用ミラー２１と受光用ミラー２２との間に設けられ、送光用ミラー２１からのレーザ出射光５が受光用ミラー２２に回り込むのを防止する分離壁６１を備える。そして、分離壁６１の厚み方向に沿って延びるとともに、送光用ミラー２１から出射されたレーザ出射光５の一部を受光部１４および１５にそれぞれ導光するための貫通孔６１ａおよび６１ｂを分離壁６１に設ける。これにより、分離壁６１によって送光用ミラー２１から出射されるレーザ出射光５の受光用ミラー２２への回り込みを防止しつつ、特定のレーザ出射光５のみを分離壁６１に設けられた貫通孔６１ａおよび６１ｂを介して受光部１４および１５にも導光することができるので、分離壁６１を有効に活用してレーザ出射光５側の光学系１０１を構成することができる。

また、第１実施形態では、歩行者１から反射された反射光６の受光時間間隔および受光角度に基づいて、歩行者１までの距離の単位時間あたりの変化量を取得するように信号処理部９３を構成する。これにより、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂの足裏２ｃ）の移動速度および移動方向などを高い精度を有して把握することができる。

また、第１実施形態では、信号処理部９３は、歩行中の歩行者１の脚部２の足裏２ｃが床面４に接地した立脚相の状態（状態Ａ、ＢおよびＤ）と、足裏２ｃが床面４から上方に移動する遊脚相の状態（状態Ｃ）とを判別可能に構成されている。これにより、受光部４０により受光される反射光６の受光時間間隔および受光角度に基づいて、たとえば、送光用ミラー２１からのレーザ出射光５が歩行者１の脚部２に反射された反射光６となって受光される場合と、この反射光６が受光されない場合との両方を検出することができる。したがって、歩行中の歩行者１の脚部２の足裏２ｃが床面４に接地した立脚相の状態（状態Ａ、ＢおよびＤ）と、足裏２ｃが床面４から上方に移動する遊脚相の状態（状態Ｃ）とを容易に判別することができる。これにより、走査用の光（レーザ出射光５）を床面４よりも若干高い位置に対応した走査領域３に向けて出射する動作検知装置１２０を用いても歩行者１の全体的な歩行動作（歩行態様）を確実に捉える（定量的に把握する）ことができる。

また、第１実施形態では、信号処理部９３は、遊脚相の状態（状態Ｃ）から立脚相の状態（状態Ａ）に移行する際の足裏２ｃにおける踵２ｄが床面４に接地する踵接地の状態Ｄと、踵接地の状態の後に足裏２ｃにおけるつま先２ｅが床面４に接地するつま先接地の状態Ａとを判別可能に構成されている。これにより、受光部４０により受光される反射光６の受光時間間隔および受光角度に基づいて、踵接地の状態Ｄと、その後に僅かの時間差で生じるつま先接地の状態Ａとの両方を検出することができる。したがって、歩行者１の歩行態様を詳細に観察する（定量的に把握する）ことができる。

［第２実施形態］
次に、図２および図７を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、歩行者１とレーザ計測部２００との距離に応じてレーザ出射光５の出射強度および反射光６の受光感度を調整するように動作検知装置２２０を構成した例について説明する。なお、図中において上記第１実施形態と同様の構成の部分には、同一の符号を付している。なお、動作検知装置２２０は、特許請求の範囲の「レーザ装置」の一例である。

本発明の第２実施形態による動作検知装置２２０（図１参照）は、レーザ計測部２００とデータ解析部２１０とを備える。また、動作検知装置２２０では、図７に示すように、歩行者１が動作検知装置２２０から相対的に遠い位置Ｐ１（第１ステップエリア）を歩行している状態から順次位置Ｐ２（第２ステップエリア）、位置Ｐ３（第３ステップエリア）および位置Ｐ４（第４ステップエリア）へと歩行者１が移動する状態もデータ解析部２１０により把握されるように構成されている。なお、位置Ｐ１〜Ｐ４に至る移動エリアの特定は、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の１歩・１歩（１ステップ）に対応している。なお、この点については、上記の第１実施形態によるデータ解析部１１０においても同様である。なお、データ解析部２１０は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。

ここで、第２実施形態における動作検知装置２２０では、歩行者１の移動速度および移動方向に応じて、ＬＤ部１０（図２参照）から射出されるレーザ出射光５（図２参照）の出力ゲインおよび受光部４０（図２参照）が受光する入力信号の振幅ゲインが、それぞれ調整されるように構成されている。

すなわち、図７に示すように、歩行者１が動作検知装置２２０から相対的に遠い位置Ｐ１を歩行している際にＬＤ部１０（図１参照）から射出されるレーザ出射光５の出力ゲインおよび受光部４０（図１参照）が受光する入力信号の振幅ゲインは、相対的に大きく調整される。反対に、歩行者１が動作検知装置２２０から相対的に近い位置Ｐ２を順次歩行している際にＬＤ部１０から射出されるレーザ出射光５の出力ゲインおよび受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインは、相対的に小さく調整される。また、出力ゲインおよび振幅ゲインは、位置Ｐ１からＰ２、位置Ｐ２からＰ３、位置Ｐ３からＰ４へと動作検知装置２２０に近づくにしたがって、段階的に大きくなるように調整される。

このように、歩行者１の状態変化（位置Ｐ１からＰ４への移動）毎に出力ゲインおよび振幅ゲインが調整される。これにより、位置Ｐ１におけるレーザ計測部２００の計測感度が相対的に高くなり、位置Ｐ４におけるレーザ計測部２００の計測感度が相対的に低くなるように構成されている。なお、位置Ｐ１およびＰ２、位置Ｐ２およびＰ３、位置Ｐ３およびＰ４は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１距離」および「第２距離」の一例である。なお、第２実施形態における動作検知装置２２０のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、上記のように、歩行者１の移動速度および移動方向に基づいて、ＬＤ部１０から射出されるレーザ出射光５の出力ゲインを調整するようにデータ解析部２１０を構成する。これにより、動作検知装置２２０から移動中の歩行者１までの距離に応じて、ＬＤ部１０から射出されるレーザ出射光５の光量がデータ解析部２１０によって適宜調整されるので、動作検知装置２２０から歩行者１までの距離に応じた最適な条件でレーザ出射光５を走査領域３に向けて出射させることができる。したがって、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の詳細な動きの計測精度（感度）を高く維持することができる。

また、第２実施形態では、歩行者１の移動速度および移動方向に基づいて、受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインを調整するようにデータ解析部２１０を構成する。これにより、動作検知装置２２０から移動中の歩行者１までの距離に応じて、受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインがデータ解析部２１０によって適宜調整されるので、動作検知装置２２０から歩行者１までの距離に応じた最適な条件で歩行者１からの反射光を受光することができる。したがって、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の詳細な動きの計測精度（感度）を高く維持することができる。

また、第２実施形態では、歩行者１の１ステップ（１歩）の状態変化毎に、出力ゲインおよび振幅ゲインの両方を調整するようにデータ解析部２１０を構成する。これにより、俊敏かつ詳細な動きをする歩行者１の状態変化を常に高い計測精度（感度）を有して把握することができる。

また、第２実施形態では、歩行者１までの距離が位置Ｐ１である場合の出力ゲインおよび振幅ゲインを、歩行者１までの距離が位置Ｐ１よりも小さい位置Ｐ２（Ｐ３、Ｐ４）である場合の出力ゲインおよび振幅ゲインよりもそれぞれ大きく構成する。これにより、レーザ計測部２００から歩行者１までの距離が増加するにしたがって出力ゲインおよび振幅ゲインを増加させることができる。反対に、レーザ計測部２００から歩行者１までの距離が減少するにしたがって出力ゲインおよび振幅ゲインを減少させることができる。この結果、歩行者１までの距離に関係なく、レーザ計測部２００が有する計測精度（感度）を一定のレベルに維持することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１、図２、図８および図９を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、送光用ミラー２１からレーザ出射光５が出射される際の時間情報（タイムスタンプ）が送光用ミラー２１の単位揺動角度（光学スキャン角度）における「１度」毎に付与されるように動作検知装置３２０を構成した例について説明する。なお、図中において上記第１実施形態と同様の構成の部分には、同一の符号を付している。また、単位揺動角度（１度）は、特許請求の範囲の「所定の揺動角度」の一例である。また、動作検知装置３２０は、特許請求の範囲の「レーザ装置」の一例である。

本発明の第３実施形態による動作検知装置３２０（図１参照）は、レーザ計測部３００とデータ解析部３１０とを備える。そして、レーザ計測部３００では、送光用ミラー２１からレーザ出射光５が出射される際の時間情報（タイムスタンプ）が送光用ミラー２１の単位揺動角度である「１度」毎に付与されるように構成されている。

具体的には、図８に示すように、送光用ミラー２１が光学スキャン角度における「−４５度」から「＋４５度」へ一方方向に回動される際に、１度刻み（約０．０２７ミリ秒間隔）でＬＤ部１０からレーザ出射光５が出射される。そして、光学スキャン角度が「＋４５度」に達した後は、レーザ出射光５が出射されずに「−４５度」の位置に回動される。レーザ計測部３００では、この「−４５度」から「＋４５度」へ一方方向に回動される際に、反射光６の受光部４０における受光に基づく歩行者１までの距離情報に加えて、ＬＤ部１０からレーザ出射光５が出射されるたびに（約０．０２７ミリ秒間隔で）、このレーザ出射光５が出射された時間情報をデータ解析部３１０に送信するように構成されている。すなわち、個々の距離情報には、受光部４０により受光される反射光６の受光時間（＝出射時間情報＋０．０２７ミリ秒）および光学スキャン角度が含まれる。

これにより、データ解析部３１０の記憶手段１１１には図９に示すようなデータが順次蓄積されるように構成されている。すなわち、図９における「データ構成例」として例示す「Ｄ２３：Ｔ２０３」というデータについては、スキャン回数番号が２回目かつスキャン角度が「−４３度」において「Ｔ２０３」という時間情報が紐付けされて構成されている。このようなデータ（タイムスタンプ）が、レーザ計測部３００においてスキャン回数毎に生成されてデータ解析部３１０に送信される。

なお、略２００Ｈｚ（±１％以内の誤差を含む）で揺動される送光用ミラー２１は正弦波パターンで駆動されるので、光学スキャン角度が１度刻みであっても、レーザ出射光５が出射された時間情報は２．５ミリ秒（２００Ｈｚ（５ミリ秒）の半分）を単純に９１分割した時間にはならない。すなわち、正弦波の駆動パターンで駆動される送光用ミラー２１が１度刻みで回動される際の各々の回動角度を通過する時間（たとえば、第１回目のスキャンにおける「Ｔ１０１」〜「Ｔ１９１」までの各時間情報）は、予め用意された正弦波テーブルが有する係数に基づいて計算によって求められている。そして、「Ｔ１０１」〜「Ｔ１９１」の各タイミングでＬＤ部１０からレーザ出射光５が出射されるとともに、反射光６の受光部４０における受光に基づく歩行者１までの距離情報と、この「Ｔ１０１」〜「Ｔ１９１」の各時間情報とが１対１対応で紐付けされている。

そして、データ解析部３１０では、図９に示されるデータに基づいて、歩行者１の状態変化が高い分解能（物理量を測定・識別できる能力）で計測されるように構成されている。なお、第３実施形態における動作検知装置３２０のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、上記のように、送光用ミラー２１から走査領域３に向けてレーザ出射光５が出射される際の時間情報が送光用ミラー２１の単位揺動角度である１度毎に付与されるように構成されている。そして、時間情報と、受光部４０により受光される反射光６の受光時間間隔および受光角度とに基づいて、歩行者１の状態変化を計測するようにレーザ計測部３００の信号処理部９３を構成する。これにより、送光用ミラー２１の単位揺動角度（光学スキャン角度）における１度毎の光の時間情報（タイムスタンプ）に基づいて送光用ミラー２１から走査領域３に向けて反射される光の情報を構成することができるので、送光用ミラー２１の単位揺動角度（光学スキャン角度）における１度毎の光の時間情報と、受光部４０により受光される反射光の受光情報とに基づいて、光を反射する歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂ）の移動速度および移動方向を精度よく計測することができる。すなわち、１回のスキャン動作について１回しか時間情報（タイムスタンプ）を付与しない場合と比較して、１回のスキャン動作中に単位揺動角度である１度毎で付与された９１個の時間情報（タイムスタンプ）に基づいて、歩行者１の脚部２（右脚２ａおよび左脚２ｂの足裏２ｃ）の動きを確実かつ詳細に計測することができる。すなわち、上記第１実施形態の場合よりもさらなるサンプリング数（計測情報量）の取得に基づいて歩行者１の歩行解析を高精度に行うことができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２の揺動する角度範囲αを略９０度に設定したが、本発明はこれに限られない。たとえば、角度範囲αを９０度以上１１０度以下のいずれかの角度範囲αに設定するように共振型スキャナミラー部２０を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、送光用ミラー２１および受光用ミラー２２の共振周波数を略２００Ｈｚに設定したが、本発明はこれに限られない。たとえば、共振周波数を１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下のいずれかの共振周波数に設定するように共振型スキャナミラー部２０（駆動部５０）を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、駆動部５０を永久磁石５１と電磁力により永久磁石５１を揺動させる電磁コイル部５２とによって構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ミアンダ構造を有する捻れ部２５ａおよび２５ｂの部分に圧電体（電圧が印加されると極性に応じてＶ１側またはＶ２側に伸縮変形を起こす圧電素子）を組み込んでもよい。そして、所定のパターンに制御された電圧を圧電体に印加することによって、連結部２６に保持されている送光用ミラー２１および受光用ミラー２２を所定の角度範囲で揺動させるように共振型スキャナミラー部２０を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、永久磁石５１を受光用ミラー２２の裏面２２ｂに貼り付けるとともに電磁コイル部５２を永久磁石５１の裏側に対向配置させたが、本発明はこれに限られない。すなわち、受光用ミラー２２の内部に支持体２３から引き回された電磁コイル部５２を設けるとともに、受光用ミラー２２の両側端（図３におけるＵ１側およびＵ２側）に所定の離間間隔を隔てて一対の永久磁石５１を配置して駆動部５０を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、送光用ミラー２１の反射面２１ａを受光用ミラー２２の受光面２２ａと略同一面内に揃えて共振型スキャナミラー部２０を構成したが、本発明はこれに限られない。本発明では、送光用ミラー２１の反射面２１ａと受光用ミラー２２の受光面２２ａとを略同一面内に揃えなくてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、光学スキャン角度が「±４５度」（機械的スキャン角度が±２２．５度）に設定された共振型スキャナミラー部２０に対して本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。機械的スキャン角度が±２２．５度以外の機械的スキャン角度に設定された共振型スキャナミラー部に対して本発明を適用してもよい。

また、上記第２実施形態では、歩行者１の移動速度および移動方向に応じて、ＬＤ部１０から射出されるレーザ出射光５の出力ゲインおよび受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインの両方を調整するようにデータ解析部２１０を構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、レーザ出射光５の出力ゲインまたは受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインのいずれか一方を調整するようにデータ解析部２１０を構成してもよい。

また、上記第２実施形態では、歩行者１の歩行位置（位置Ｐ１〜Ｐ４）に応じて、レーザ出射光５の出力ゲインおよび受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインの両方を調整するようにデータ解析部２１０を構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、共振型スキャナミラー部２０から出射されるレーザ出射光５の１回のスキャン動作毎にレーザ出射光５の出力ゲインまたは受光部４０が受光する入力信号の振幅ゲインの少なくともいずれか一方を調整するようにデータ解析部２１０を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、１つの筐体６０内にレーザ計測部１００（２００、３００）とデータ解析部１１０（２１０、３１０）とを収容して動作検知装置１２０（２２０、３２０）を構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、レーザ計測部１００（２００、３００）を単体として構成し、データ解析部１１０（２１０、３１０）がＰＣ（パーソナルコンピュータ）や携帯端末に設けられていてもよい。そして、ＰＣや携帯端末を単体のレーザ計測部１００（２００、３００）に無線または有線で接続することによって動作検知装置１２０（２２０、３２０）を構成してもよい。

１ 歩行者
２ 脚部（対象）
２ａ 右脚
２ｂ 左脚
２ｃ 足裏
２ｄ 踵（かかと）
２ｅ つま先
３ 走査領域
３ａ スキャン平面
４ 床面
５ レーザ出射光（光源部からの光）
６ 反射光
１０ ＬＤ部（光源部）
１４、１５ 受光部
２０ 共振型スキャナミラー部
２１ 送光用ミラー（第１反射部）
２２ 受光用ミラー（第２反射部）
２３ 支持体
２４ 揺動部
４０ 受光部
５０ 駆動部
５１ 永久磁石
５２ 電磁コイル部
６０ 筐体
６１ 分離壁
６１ａ ６１ｂ 貫通孔
９０ 主制御部
９３ 信号処理部（計測部）
１００、２００、３００ レーザ計測部
１１０、２１０、３１０ データ解析部（制御部）
１２０、２２０、３２０ 動作検知装置（レーザ装置）
１５０ 揺動軸線
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 位置（第１距離、第２距離）
α 角度範囲（所定範囲に対応した角度範囲）

Claims (9)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を所定範囲に向けて反射させる第１反射部と、
   前記所定範囲からの反射光を反射する第２反射部と、
   前記第２反射部からの反射光を受光する受光部と、
   共振により前記第１反射部および前記第２反射部を前記所定範囲に対応した角度範囲で揺動させる駆動部と、
   前記第１反射部から前記所定範囲に向けて反射される光の情報を記憶し、記憶した前記光の情報と、前記受光部により受光される反射光の受光情報と、に基づいて、前記光を反射する対象の移動速度および移動方向を計測する計測部と、を備える、レーザ装置。
2. 前記受光情報は、前記受光部により受光される反射光の受光時間および受光角度を含む、請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記計測部は、前記第１反射部の所定の揺動角度毎の前記光の時間情報を記憶する、請求項１または２に記載のレーザ装置。
4. 前記対象の移動速度および移動方向に基づいて、前記光源部から射出される光量を調整する制御部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
5. 前記対象の移動速度および移動方向に基づいて、前記受光部が受光する反射光に基づく信号を調整する制御部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
6. 前記制御部は、前記所定範囲に対する光の照射範囲に基づいて、検知条件を変える、請求項４または５に記載のレーザ装置。
7. 前記制御部は、前記対象までの距離が第１距離である場合の前記光量を、前記対象までの距離が前記第１距離よりも小さい第２距離である場合の前記光量よりも大きくするか、または、前記対象までの距離が前記第１距離である場合の前記反射光に基づく信号を、前記対象までの距離が前記第２距離である場合の前記反射光に基づく信号よりも大きくする制御のうちの少なくとも一方を行う、請求項４または５に記載のレーザ装置。
8. 前記第１反射部は、前記第２反射部よりも垂直方向下側に配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
9. 前記第１反射部および前記第２反射部の揺動角度範囲は、９０度以上であり、かつ、前記第１反射部および前記第２反射部の共振周波数は、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ装置。

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