JP2011169730A - レーザ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の走査方向を様々な向きに変化させやすく設置場所に応じた多様なエリア設定が可能な構成をより小型且つ簡易に実現する。
【解決手段】レーザ測定装置１は、偏向部４１を中心軸４２ａに対して相対的に変位させることで、空間に照射されるレーザ光Ｌ１の水平面に対する傾斜角度を変化させる傾斜角度変更部１００を備え、更に、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の走査経路上に配置される受光面９１を備え、当該受光面９１に入射するレーザ光Ｌ１の入射高さを検出する受光センサ９０が設けられている。そして、レーザダイオード１０にてレーザ光Ｌ１が発生してから当該レーザ光Ｌ１に応じた反射光がフォトダイオード２０によって検出されるまでの経過時間を検出すると共に、その経過時間と受光センサ９０によって検出された入射高さとに基づいて検出物体の位置を検出するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ測定装置に関するものである。

従来より、レーザ光を用いて検出物体までの距離や方位を検出する技術として例えば特許文献１のような装置が提供されている。この特許文献１の装置では、レーザ光発生手段からのレーザ光の光軸上に、レーザ光を透過させ、かつ検出物体からの反射光を検出手段に向けて反射する光アイソレータを設けている。さらに、光アイソレータを透過するレーザ光の光軸上において当該光軸方向の中心軸を中心として回動する凹面鏡を設け、この凹面鏡によってレーザ光を空間に向けて反射させると共に、検出物体からの反射光を光アイソレータに向けて反射させることで３６０°の水平走査を可能としている。

特許２７８９７４１号公報

ところで、特許文献１の技術では凹面鏡の回動により３６０°の水平走査を可能とし、検出領域（レーザ光による走査がなされる領域）を装置の周囲全体にまで拡大しているが、その一方で、検出領域が平面に限定されてしまうという問題がある。即ち、凹面鏡から空間に向けて反射されたレーザ光は所定平面（走査平面）内で走査がなされるため、その走査平面から外れた領域については検出が不能となる。

例えば、特許文献１のような水平走査タイプのレーザレーダ装置を用いて人の侵入検出を行おうとする場合、一般的には図１０（Ａ）のように一定の高さで水平走査がなされるようにレーザレーダ装置を配置する方法が考えられるが、このような配置とすると、下方のエリアが死角となり、例えば低姿勢（例えば匍匐前進のような姿勢）で進入する場合に検出ができなくなる（図１０（Ａ）の符号ＡＲ１参照）。また、図１０（Ｂ）のようにドアと平行に走査を行うような場合、ドアと走査エリアとの間に死角（符号ＡＲ２参照）ができるような場合もありうる。このような場合、レーザの走査方向をレイアウトに合わせて変更できることが望ましいが、特許文献１のような構成では、レイアウトに応じた微調整が困難であった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、レーザ光の走査方向を様々な向きに変化させやすく設置場所に応じた多様なエリア設定が可能な構成をより小型且つ簡易に実現することを目的とする。

請求項１の発明は、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生したときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、前記レーザ光発生手段又は前記偏向手段若しくは前記レーザ光発生手段から前記偏向手段までの経路上に配される光学部品を前記中心軸に対して相対的に変位させることで、前記空間に照射される前記レーザ光の前記中心軸と直交する水平面に対する傾斜角度を変化させる傾斜角度変更手段と、前記偏向手段からの前記レーザ光の走査経路上に配置される受光面を備え、当該受光面に入射する前記レーザ光の入射高さを検出する高さ検出手段と、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから当該レーザ光に応じた前記反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの経過時間を検出する時間検出手段と、前記高さ検出手段によって検出された前記入射高さと、前記時間検出手段によって検出された前記経過時間とに基づいて前記検出物体の位置を検出する位置検出手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ測定装置において、前記傾斜角度変更手段は、前記偏向手段を変位させることで当該偏向手段への前記レーザ光の入射角度を変更することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項２に記載のレーザ測定装置において、前記傾斜角度変更手段は、前記偏向手段を揺動可能に支持する支持機構と、外部操作可能な操作部と、前記操作部に対する外部操作に応じて前記支持機構による前記偏向手段の支持姿勢を変化させる連動機構と、を備えたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項２に記載のレーザ測定装置において、前記傾斜角度変更手段が、前記偏向手段を揺動可能な偏向手段駆動部と、前記偏向手段駆動部を制御する制御手段と、を備え、前記偏向手段駆動部が前記制御手段による制御に応じて前記偏向手段を駆動することで前記入射角度を変更することを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ測定装置において、前記高さ検出手段は、前記受光面が前記中心軸の方向に沿って長手状に延びる受光センサからなることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ測定装置において、前記高さ検出手段は、受光素子が前記中心軸の方向に並ぶ一次元センサからなることを特徴としている。

請求項１の発明は、レーザ光発生手段と、レーザ光発生手段にてレーザ光が発生したときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段によりレーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ反射光を光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、回動偏向手段を駆動する駆動手段とを備え、更に、レーザ光発生手段又は偏向手段若しくはレーザ光発生手段から偏向手段までの経路上に配される光学部品を中心軸に対して相対的に変位させることで、空間に照射されるレーザ光の中心軸と直交する水平面に対する傾斜角度を変化させる傾斜角度変更手段が設けられている。
このようにすると、レーザ光発生手段又は偏向手段若しくはこれらの間の経路に介在する光学部品を変位させることでレーザ光の傾斜角度を変化させることができるため、例えばケース全体を変位させるといった大掛かりな構成を用いずにレーザ光を様々な方向に照射できるようになり、設置場所に応じた多様なエリア設定が可能となる。
更に、偏向手段からのレーザ光の走査経路上に配置される受光面を備え、当該受光面に入射するレーザ光の入射高さを検出する高さ検出手段と、レーザ光発生手段にてレーザ光が発生してから当該レーザ光に応じた反射光が光検出手段によって検出されるまでの経過時間を検出する時間検出手段と、高さ検出手段によって検出された入射高さと、時間検出手段によって検出された経過時間とに基づいて検出物体の位置を検出する位置検出手段とが設けられている。
このようにすると、偏向手段の変位によって変わり得るレーザ光の向きを、所定位置（受光面）に実際に入射するレーザ光の高さを検出して求めることができるため、簡易かつ小型化可能な構成で精度の高い方向検出、ひいては精度の高い位置検出が可能となる。

請求項２の発明では、偏向手段を変位させることで当該偏向手段へのレーザ光の入射角度を変更するように傾斜角度変更手段が構成されている。このように比較的大きい偏向手段を変位させるようにすると、傾きの微調整を行いやすい構成を複雑な構成を用いずに実現しやすくなる。

請求項３の発明では、傾斜角度変更手段が、偏向手段を揺動可能に支持する支持機構と、外部操作可能な操作部と、操作部に対する外部操作に応じて支持機構による偏向手段の支持姿勢を変化させる連動機構とを備えている。このようにすると、外部操作によって偏向手段を変位させ得る構成を大掛かりで複雑な構成を用いることなく実現できる。また、ユーザが実際に操作部を操作しながら傾斜角度を変更できるため、傾斜角度の微調整が行いやすくなる。

請求項４の発明では、傾斜角度変更手段が、偏向手段を揺動可能な偏向手段駆動部と、偏向手段駆動部を制御する制御手段とを備えており、偏向手段駆動部は、制御手段による制御に応じて偏向手段を駆動することで入射角度を変更している。このようにすると、偏向手段駆動部に対する制御によって偏向手段を変位させることができるため、傾斜角度の変更作業に要する労力を抑えることができる。

請求項５の発明は、受光面が中心軸の方向に沿って長手状に延びる受光センサによって高さ検出手段が構成されている。このようにすると、より小型且つ安価な構成で高さ検出手段を実現することができ、装置全体の小型化、コスト低減を図りやすくなる。

請求項６の発明は、受光素子が中心軸の方向に並ぶ一次元センサによって高さ検出手段が構成されている。このようにすると、より一層小型且つ安価な構成で高さ検出手段を実現することができ、装置全体の一層の小型化、コスト低減を図りやすくなる。

図１は、第１実施形態に係るレーザ測定装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。 図２は、図１のレーザ測定装置の電気的構成を概略的に例示するブロック図である。 図３は、第１実施形態に係るレーザ測定装置で用いられる傾斜角度変更部を概略的に例示する斜視図である。 図４（Ａ）は、図３の傾斜角度変更部を概念的に示す側面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状態から傾斜角度を変更した様子を概念的に示す側面図である。 図５は、第１実施形態に係るレーザ測定装置の使用例を示す説明図である。 図６は、図５の使用例に関し、レーザの走査エリアを概念的に例示する斜視図である。 図７は、第１実施形態に係るレーザ測定装置についての図５とは異なる使用例を示す説明図である。 図８は、第２実施形態に係るレーザ測定装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。 図９（Ａ）は、第２実施形態に係るレーザ測定装置における偏向部の支持機構を概略的に例示する斜視図であり、図９（Ｂ）は、第２実施形態に係るレーザ測定装置における駆動部を概念的に例示する説明図である。 図１０（Ａ）は、従来のレーザ測定装置を用いた侵入検出方法の一例を示す説明図であり、図１０（Ｂ）は、従来における図１０（Ａ）とは異なる検出方法を例示する説明図である。

[第１実施形態]
以下、本発明のレーザ測定装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
（全体構成）
まず、図１、図２等を参照して第１実施形態に係るレーザ測定装置の全体構成について説明する。なお、図１は、第１実施形態に係るレーザ測定装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。また、図２は、図１のレーザ測定装置の電気的構成を概略的に例示するブロック図である。

図１に示すように、レーザ測定装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光Ｌ２を受光するフォトダイオード２０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。

レーザダイオード１０は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、図２に示すように、制御回路７０の制御により、図示しない駆動回路からパルス電流を受け、このパルス電流に応じたパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を間欠的に出射している。なお、図１では、レーザダイオード１０から検出物体に至るまでのレーザ光の経路を符号Ｌ１（太線矢印）にて概念的に例示し、検出物体からフォトダイオードに至るまでの反射光を符号Ｌ２にて概念的に例示している。

フォトダイオード２０は、「受光手段」の一例に相当するものであり、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生し、そのレーザ光Ｌ１が検出物体にて反射したとき、その反射光Ｌ２を受光して電気信号に変換している。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが偏向部４１に取り込まれる構成となっており、図１では、符号Ｌ２で示す２つのライン間の領域の反射光が取り込まれる例を示している。

レーザダイオード１０から出射されるレーザ光Ｌ１の光軸上にはレンズ６０が設けられている。このレンズ６０は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を平行光に変換している。

レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路上には、ミラー３０が設けられている。このミラー３０は、レンズ６０を透過したレーザ光Ｌ１の光軸に対して傾斜した反射面３０ａを備え、レンズ６０を透過したレーザ光Ｌ１を回動偏向機構４０に向けて反射させている。具体的には、レンズ６０を通過した水平方向のレーザ光Ｌ１をミラー３０によって垂直方向（後述する中心軸４２ａと平行な方向）に反射させており、その反射した垂直方向のレーザ光Ｌ１が回動偏向機構４０の偏向部４１に入射するようになっている。

回動偏向機構４０は、「回動偏向手段」の一例に相当するものであり、平坦な反射面４１ａを有するミラーからなる偏向部４１と、この偏向部４１を保持しつつ偏向部４１の傾斜角度を変更可能に構成される傾斜角度変更部１００と、この傾斜角度変更部１００に連結された軸部４２と、この軸部４２を回転可能に支持する図示しない軸受とを備えている。

偏向部４１は、「偏向手段」の一例に相当するものであり、ミラー３０で反射されたレーザ光Ｌ１の光軸上に配置されると共に、中心軸４２ａ（所定の中心軸）を中心として回動可能とされている。この偏向部４１は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を空間に向けて偏向（反射）させ、且つ検出物体からの反射光Ｌ２をフォトダイオード２０に向けて偏向（反射）させる構成をなしている。

また、偏向部４１の回転中心となる中心軸４２ａの方向は、ミラー３０から当該偏向部４１に入射するレーザ光Ｌ１の方向と一致しており、レーザ光Ｌ１が偏向部４１に入射する入射位置Ｐ１が中心軸４２ａ上の位置とされている。

なお、本実施形態では、中心軸４２ａの方向を垂直方向（Ｙ軸方向）としており、中心軸４２ａと直交する平面方向を水平方向としている。また、水平方向の内の所定方向をＸ軸方向として示している。

本実施形態では、偏向部４１は、当該偏向部４１に入射するレーザ光Ｌ１の方向と一致した方向の中心軸４２ａを中心として回転するようになっている。そして、この中心軸４２ａに対して偏向部４１の反射面４１ａが所望の角度で配置されるようになっている。例えば、図１の例では、偏向部４１の反射面４１ａが垂直方向（反射面４１ａに入射するレーザ光Ｌ１の方向）に対して４５°の角度で傾斜し、ミラー３０側から入射するレーザ光Ｌ１を水平方向に反射させている。この図１の状態のときには、偏向部４１の回転位置に関係なくレーザ光Ｌ１の入射角度が常に４５°で維持され、位置Ｐ１からのレーザ光Ｌ１の向きは絶えず水平方向（中心軸４２ａと直交する方向）となる。

一方、偏向部４１は、後述する傾斜角度変更部１００の動作によって例えば、図１の破線部分のように変位可能とされており、このように偏向部４１が変位したときには空間に照射されるレーザ光の角度が水平方向（中心軸４２ａと直交する平面方向）に対して上向き或いは下向きに傾斜するようになっている。なお、傾斜角度変更部１００の具体的構成や作用については後述する。

また、本実施形態に係るレーザ測定装置１では、偏向部４１における反射光を偏向する偏向領域（偏向部４１における反射面４１ａの領域）が、ミラー３０におけるレーザ光を反射する反射領域（ミラー３０における反射面３０ａの領域）よりも十分大きく構成されている。

更に、レーザ測定装置１には、回動偏向機構４０を駆動するモータ５０が設けられている。このモータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、軸部４２を回転させることで、軸部４２と連結された偏向部４１を回転駆動している。なお、モータ５０の具体的構成としては、例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、偏向部４１が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。また、本実施形態では、図１に示すように、モータ５０の軸部４２の回転角度位置（即ち偏向部４１の回転角度位置）を検出する回転角度位置センサ５２が設けられている。回転角度位置センサ５２は、ロータリーエンコーダなど、軸部４２の回転角度位置を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用できる。

また、回動偏向機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光Ｌ２の光路上には、フォトダイオード２０に向けて反射光を集光する集光レンズ６２が設けられ、その集光レンズ６２とフォトダイオード２０の間にはフィルタ６４が設けられている。集光レンズ６２は、偏向部４１からの反射光Ｌ２を集光してフォトダイオード２０に導くものであり、集光手段として機能している。

また、フィルタ６４は、回動偏向機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光Ｌ２の光路上において反射光Ｌ２を透過させ且つ反射光Ｌ２以外の光を除去するように機能するものである。このフィルタ６４は、例えば反射光Ｌ２に対応した特定波長の光（例えば一定領域の波長の光）のみを透過させそれ以外の光を遮断する波長選択フィルタによって構成されている。

また、本実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３０、レンズ６０、回動偏向機構４０、モータ５０等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３における偏向部４１の周囲には、当該偏向部４１を取り囲むようにレーザ光Ｌ１及び反射光Ｌ２の通過を可能とする窓状の導光部４が形成されている。導光部４は、偏向部４１に入光するレーザ光Ｌ１の光軸を中心とした環状形態で、ほぼ３６０°に亘って構成されており、この導光部４を閉塞する形態でガラス板等からなるレーザ光透過板５が配され、防塵が図られている。

（傾斜角度変更手段）
次に、「傾斜角度変更手段」として機能する傾斜角度変更部１００について説明する。図３は、第１実施形態に係るレーザ測定装置で用いられる傾斜角度変更部を概略的に例示する斜視図である。なお、図３では、偏向部４１の位置を二点鎖線にて仮想的に示し、更に、連結フレーム１２３や、軸保持部１２７についても二点鎖線にて仮想的に示している。また、図４（Ａ）は、図３の傾斜角度変更部を概念的に示す側面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状態から傾斜角度を変更した様子を示す側面図である。なお、図４では、軸部１１５及び軸部１１８は概念的に示しており、各軸部の両端部は省略して示している。

図３に示す傾斜角度変更部１００は、ケース３内において偏向部４１を中心軸４２ａ（図１）に対して相対的に変位させることで、空間に照射されるレーザ光Ｌ１の水平面（中心軸４２ａと直交する平面）に対する傾斜角度を変化させる構成をなしている。この傾斜角度変更部１００は、ユーザが操作部１２１を操作することに応じて偏向部４１が軸部１１５を中心として揺動するようになっており、偏向部４１の揺動に応じて偏向部４１へのレーザ光Ｌ１の入射角度が変更するようになっている。

具体的には、偏向部４１を揺動可能に支持する支持機構１１０と、外部操作可能な操作部１２１と、操作部１２１に対する外部操作に応じて支持機構１１０による偏向部４１の支持姿勢を変化させる連動機構１３０とが設けられている。連動機構１３０は、軸部１１８、回動部１１９ａ、１１９ｂ、支持機構１１０によって構成されており、その連動動作については後述する。

支持機構１１０は、偏向部４１の裏面側に固定される一対の固定部材１１１，１１２を備え、これら固定部材を回動可能に、かつ所定方向にスライド可能に保持する支持台１１４とを備えている。支持台１１４は、中心軸４２ａ（図１）と直交する方向に沿って延びる軸部１１５と、この軸部１１５が固定される軸保持部１２７と、軸保持部１２７が固定される台座部１２６と、この台座部１２６に固定される一対の側部フレーム１２４、１２５と、これら側部フレーム１２４、１２５を連結する連結フレーム１２３とを備えている。この支持台１１４は、上述した軸部４２が下方に連結（具体的には、台座１２６の下部に連結）されるようになっており、軸部１１５が常に中心軸４２ａと直交する位置関係となるように軸部４２と一体的に回動するようになっている。

また、偏向部４１の下端部は、所定方向（中心軸４２ａと直交する方向であって且つ軸部１１５に沿った方向）に延びる軸部１１８に回動可能に保持されている。図３の例では、円筒状の回動部１１９ａ、１１９ｂが偏向部４１の裏面側且つ下端部側において幅方向両側にそれぞれ固定されており、この回動部１１９ａ、１１９ｂ内を軸部１１８が貫通する形態をなしている。このような構成により、偏向部４１の下端部側が軸部１１８に回動可能に支持されている。

また、軸部１１８の両端側は、台座部１２６の両側にそれぞれ固定される一対の側部フレーム１２４、１２５にそれぞれ支持されており、これら一対の側部フレーム１２４、１２５に沿ってスライド可能とされている。一対の側部フレーム１２４、１２５は互いに略平行に配置されており、中心軸４２ａと直交する方向であって且つ軸部１１５ａと直交する方向に沿って延びている。また、各側部フレーム１２４、１２５には、それぞれの延出方向に延びる形態で溝部１２４ａ、１２５ａが形成されている。

更に、図４に示すように、軸部１１８の中央部付近には、下方側に延出する延出部１１８ａが形成されている（図３では図示略）。この延出部１１８ａには図示しないねじ溝が形成され、このねじ溝には、ねじ部材１２０の螺合部１２２が螺合している。そして、ねじ部材１２０の操作部１２１が一方側に回転操作（例えば右回転操作）されたとき、ねじ部材１２０が延出部１１８ａに対して締め付けられ、他方側に回転操作（例えば左回転操作）されたときにねじ部材１２０が延出部１１８ａに対して緩められるようになっている。なお、ねじ部材１２０は、回転のみが許容され軸方向の移動が規制されるように連結フレーム１２３に保持されており、ねじ部材１２０の操作部１２１が上記一方側に回転操作されて延出部１１８ａに締め付けられると、軸部１１８が側部フレーム１２４、１２５の両溝部１２４ａ，１２５ａに沿って連結フレーム１２３側にスライドするようになっている。逆に、ねじ部材１２０が上記他方側に回転操作されて延出部１１８ａに対して緩められると、軸部１１８は、側部フレーム１２４、１２５の両溝部１２４ａ，１２５ａに沿って連結フレーム１２３から離れる側にスライドするようになっている。

また、偏向部４１の裏面側且つ長手方向中央部付近において幅方向両側には一対の固定部材１１１、１１２がそれぞれ固定されている。これら固定部材１１１、１１２には、偏向部４１の板面方向（即ち、反射面４１ａと平行な方向）に沿って溝部１１１ａ，１１２ａが長孔形状で形成されている。そして、両溝部１１１ａ、１１２ａ内を、それぞれ軸部１１５の一方側と他方側が貫通しており、軸部１１５が両溝部１１１ａ、１１２ａに沿ってスライド可能となっている。逆に、両固定部材１１１、１１２及びこれに固定される偏向部４１は、両溝部１１１ａ，１１２ａの案内により、偏向部４１の板面の方向にほぼ沿うようにスライド可能となっている。具体的には偏向部４１の中央部付近及び上端部側が偏向部４１の板面の方向にほぼ沿うように斜め上方又は斜め下方にスライド可能とされており、偏向部４１の下方側は、溝部１２４ａ、１２５ａに沿ってスライドするようになっている。

このように構成されているため、例えば、図３、図４（Ａ）の状態からねじ部材１２０の操作部１２１が一方側に回転操作されて軸部１１８が連結フレーム１２３側に近づくと、溝部１１１ａ，１１２ａの案内により偏向部４１及び固定部材１１１，１１２からなるユニットの中央部付近（レーザ光が入射する位置付近）が斜め下方に移動し、図４（Ｂ）のように偏向部４１の反射面４１ａがやや上向きに変化し、中心軸４２ａに対する反射面４１ａの角度αが大きくなるように変化する。逆に、図４（Ｂ）の状態からねじ部材１２０の操作部１２１が他方側に回転操作されて軸部１１８が連結フレーム１２３から離れると、溝部１１１ａ，１１２ａの案内により偏向部４１及び固定部材１１１，１１２からなるユニットの中央部付近（レーザ光が入射する位置付近）が斜め上方に移動し、図４（Ａ）のように偏向部４１の反射面４１ａがやや下向きに変化し、中心軸４２ａに対する反射面４１ａの角度αが小さくなるように変化する。

（高さ検出手段）
次に、「高さ検出手段」の一例に相当する受光センサ９０について説明する。
受光センサ９０は、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の走査経路上（走査エリア上）に配置される受光面９１を備えており、偏向部４１が受光センサ９０側を向いた所定の回動位置となったときにレーザ光Ｌ１が受光面９１に入射し、このとき受光面９１に入射するレーザ光Ｌ１の入射高さを検出するように機能する。具体的には、受光面９１が中心軸４２ａの方向（上下方向）に沿って長手状に延びる構成をなしており、例えば、受光素子が中心軸４２ａの方向に並ぶ一次元センサなどによって構成されている。

この受光センサ９０は、受光面９１において上下方向（中心軸４２ａと平行な方向）のどの位置にレーザ光Ｌ１が入射したかを検出できるようになっており、例えば、受光センサ９０において受光位置Ｐ３が検出されたときには、この受光位置Ｐ３が所定の基準位置からどの程度の高さにあるかを特定できるようになっている。具体的には、位置Ｐ１から水平方向にレーザ光Ｌ１が照射されるときの受光面９１での入射位置Ｐ２を基準位置としており、受光位置Ｐ３が検出されたときには、この基準位置Ｐ２からの高さＹ１が検出される。レーザ光Ｌ１が水平方向に照射されるときの偏向部４１における入射位置Ｐ１と受光センサ９における入射位置Ｐ２（基準位置）は装置構成によって予め特定できる位置であり、それら位置Ｐ１とＰ２との距離Ｘ１も予め定まっている値であるため、位置Ｐ３が検出され、距離Ｙ１が求められたときには、ｔａｎθ＝Ｙ１／Ｘ１の式によって傾斜角度θ（偏向部４１からのレーザ光Ｌ１と水平面とのなす角度）を求めることができる。なお、図３、図４のような機構を用いると、図４（Ａ）の場合と図４（Ｂ）の場合とでレーザ光Ｌ１の入射位置Ｐ１が若干異なるが、受光センサ９０を位置Ｐ１からある程度離れた位置に配置すれば、上記の入射位置の差は微少となるため無視することができる。

また、本実施形態で用いられる受光センサ９０は、偏向部４１の回転の基準位置を検出する手段として兼用してもよい。即ち、受光センサ９０がレーザ光Ｌ１を検出したタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングからの回転角度を回転角度位置検出センサ５２によって検出することで、受光センサ９０にレーザ光Ｌ１が入射するときの回動位置を基準回動位置とする偏向部４１の相対的な回動位置を検出することができる。

（検出処理）
次に、レーザ測定装置１で行われる検出処理について説明する。
本実施形態に係るレーザ測定装置１では、レーザダイオード１０からパルスレーザ光Ｌ１が出射される毎に、そのパルスレーザ光Ｌ１の反射光が検出されるか否かを判断しており、パルスレーザ光Ｌ１の反射光が検出されたときには、パルスレーザ光Ｌ１の出射から当該パルスレーザ光Ｌ１の反射光の受光までの経過時間に基づいて物体までの距離を算出する。具体的には、例えば、レーザダイオード１０でパルスレーザ光Ｌ１が照射されてから、フォトダイオード２０で当該パルスレーザ光Ｌ１の反射光が検出されるまでの時間Ｔを検出し、当該時間Ｔと光速Ｃとに基づいて、当該パルスレーザ光Ｌ１の経路の長さ（レーザダイオード１０で出射されてから物体で反射しフォトダイオード２０で受光されるまでの経路の長さ）Ｌａを算出する。また、レーザダイオード１０から原点位置（例えば位置Ｐ１）までの経路の長さＬｂは予め判明しており、原点位置（例えば位置Ｐ１）からフォトダイオード２０までの経路の長さＬｃも予め判明しているため、例えば、上記のように得られた経路の長さＬａからこれらＬｂ、Ｌｃを差し引き、さらに得られた値を１／２にすることで原点位置（例えば位置Ｐ１）から物体の検出位置までの距離を算出することができる。なお、このような算出値に対して補正を加えてもよい。

また、上記のようにパルスレーザ光Ｌ１の反射光が検出されたときには、当該パルスレーザ光Ｌ１が出射されたときの偏向部４１の回動位置を回転角度位置検出センサ５２の検出値に基づいて求め、水平方向における照射の向きを特定する。即ち、中心軸４２と直交する方向に関し、位置Ｐ１からどの方向にレーザ光Ｌ１が照射されたかを特定する。更に、上記のように、レーザ光Ｌ１と水平面とのなす角度θが特定できるため、反射光が検出されたときのパルスレーザ光Ｌ１の照射の向きを三次元的に特定できることとなる。

このように、本実施形態の構成によれば、パルスレーザ光Ｌ１の照射に対して当該パルスレーザ光Ｌ１の反射光が受光されたときには（即ち、検出物体が検出されたときには）、当該検出物体が検出された位置（検出位置）が位置Ｐ１からどの方向にあるかを三次元的に特定でき、且つ、その検出位置が位置Ｐ１からどの程度の距離にあるかを特定できることとなる。
なお、本実施形態では、制御回路７０が「時間検出手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０（レーザ光発生手段）にてレーザ光Ｌ１が発生してから当該レーザ光Ｌ１に応じた反射光Ｌ２が光検出手段によって検出されるまでの経過時間を検出するように機能する。また、制御回路７０は、「位置検出手段」の一例に相当し、受光センサ９０（高さ検出手段）によって検出された入射高さ（図１のＹ１）と、上記時間検出手段によって検出された経過時間とに基づいて検出物体の位置を検出するように機能する。

（第１実施形態の主な効果）
本実施形態では、更に、偏向部４１を中心軸４２ａに対して相対的に変位させることで、空間に照射されるレーザ光Ｌ１の水平面（中心軸４２ａと直交する平面）に対する傾斜角度θを変化させる傾斜角度変更手段が設けられている。このようにすると、例えばケース全体を変位させるといった大掛かりな構成を用いずにレーザ光Ｌ１を様々な方向に照射できるようになり、設置場所に応じた多様なエリア設定が可能となる。例えば、家Ｈの軒下にレーザ測定装置１を配置し、下方側を検出領域として壁Ｗに沿ってレーザ光Ｌ１を走査するような場合に、図１０（Ｂ）のように死角が生じるエリア設定から図５、図６のように死角をカバーするエリア設定に容易に変更することができ、ユーザの利便性を格段に高めることができる。なお、図６では、レーザレーダ装置１の構成は省略しており、レーザ光Ｌ１の経路を概念的に示している。また、図７のように家Ｈの外側に向けてレーザ光Ｌ１を照射する場合も同様であり、図１０（Ａ）のような死角が生じるエリア設定を変更したい場合に、図７のような死角を解消し得るエリア設定に容易に変更することができる。このように、本実施形態に係るレーザ測定装置１によれば、様々なレイアウトに適切に対応でき、走査方向の微調整なども行いやすくなる。

また、本実施形態に係るレーザレーダ装置１は、偏向部４１からのレーザ光の走査経路上に配置される受光面９１を備え、当該受光面９１に入射するレーザ光Ｌ１の入射高さを検出する受光センサ９０（高さ検出手段）と、レーザダイオード１０（レーザ光発生手段）にてレーザ光Ｌ１が発生してから当該レーザ光Ｌ１に応じた反射光がフォトダイオード２０（光検出手段）によって検出されるまでの経過時間を検出する時間検出手段と、受光センサ９０（高さ検出手段）によって検出された入射高さと、時間検出手段によって検出された経過時間とに基づいて検出物体の位置を検出する位置検出手段とが設けられている。このようにすると、偏向部４１の変位によって変わり得るレーザ光Ｌ１の向きを、所定位置（受光面）に実際に入射するレーザ光Ｌ１の高さを検出して求めることができるため、簡易かつ小型化可能な構成で精度の高い方向検出、ひいては精度の高い位置検出が可能となる。

また、本実施形態では、比較的大きい偏向部４１を変位させることで傾斜角度θを変更しているため、傾きの微調整を行いやすい構成を複雑な構成を用いずに実現しやすくなる。

また、傾斜角度変更部１００は、偏向部４１を揺動可能に支持する支持機構１１０と、外部操作可能な操作部１２１と、操作部１２１に対する外部操作に応じて支持機構１１０による偏向部４１の支持姿勢を変化させる連動機構１３０とを備えている。このようにすると、外部操作によって偏向部４１を変位させ得る構成を大掛かりで複雑な構成を用いることなく実現できる。また、ユーザが実際に操作部１２１を操作しながら傾斜角度θを変更できるため、傾斜角度θの微調整が行いやすくなる。

また、受光面９１が中心軸４２ａの方向に沿って長手状に延びる受光センサ９０によって高さ検出手段が構成されている。このようにすると、より小型且つ安価な構成で高さ検出手段を実現することができ、装置全体の小型化、コスト低減を図りやすくなる。特に、受光素子が中心軸４２ａの方向に並ぶ一次元センサによって高さ検出手段が構成されているため、より一層小型且つ安価な構成で高さ検出手段を実現することができ、装置全体の一層の小型化、コスト低減を図りやすくなる。

［第２実施形態]
次に第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係るレーザ測定装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。図９（Ａ）は、第２実施形態に係るレーザ測定装置における偏向部の支持機構を概略的に例示する斜視図であり、図９（Ｂ）は、第２実施形態に係るレーザ測定装置における駆動部を概念的に例示する説明図である。

本実施形態では、回動偏向機構２４０の構成が第１実施形態の回動偏向機構４０の構成と異なりそれ以外は第１実施形態と同様である。よって、第１実施形態と異なる部分について重点的に説明し、第１実施形態と同様の部分については第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るレーザ測定措置２００でも、レーザ光を発生させるレーザダイオード１０（レーザ光発生手段）と、レーザダイオード１０にてレーザ光Ｌ１が発生したときに、当該レーザ光Ｌ１が検出物体にて反射した反射光を検出するフォトダイオード２０（光検出手段）と、所定の中心軸４２ａを中心として回動可能に構成された偏向部４１（偏向手段）を備えるとともに、当該偏向部４１によりレーザ光Ｌ１を空間に向けて偏向させ、且つ反射光をフォトダイオード２０に向けて偏向する回動偏向機構２４０と、回動偏向機構２４０を回転駆動するモータ５０（駆動手段）とが設けられている。

また、本実施形態でも、ケース３内において偏向部４１を中心軸４２ａに対して相対的に変位させることで、空間に照射されるレーザ光Ｌ１の水平面（中心軸４２ａと直交する平面）に対する傾斜角度を変化させる傾斜角度変更部２１０が設けられている。そして、この傾斜角度変更部２１０の構成が第１実施形態と異なっている。本実施形態で用いられる傾斜角度変更部２１０は、偏向部４１を揺動可能な駆動部２８０が設けられ、この駆動部２８０を第１実施形態と同様の制御回路７０（図２も参照）によって制御している。そして、駆動部２８０が制御回路７０による制御に応じて偏向部４１を駆動することで、レーザ光Ｌ１の水平面に対する傾斜角度を変更している。なお、駆動部２８０は「偏向手段駆動部」の一例に相当し、制御回路７０は、「制御手段」の一例に相当する。

図９（Ａ）に示すように、本実施形態でも第１実施形態と同様に偏向部４１が板状のミラーとして構成され、軸部４２に連結された支持フレーム２４３に回動可能に支持されている。そして、偏向部４１と支持フレーム２４３とが所定の中心軸４２ａを中心として一体的に回動するように構成されている。更に、支持フレーム２４３は、偏向部４１が中心軸４２ａと直交する回動軸４１ｂを中心として回動するようにこの偏向部４１を回動可能に支持している。より具体的には、モータ５０のロータの一部として構成された軸部４２がＹ軸方向に延びており、回転軸４１ｂは、この軸部４２の中心軸４２ａ上に位置すると共に当該中心軸４２ａと直交し、かつ偏向部４１の反射面４１ａに沿って当該反射面４１ａ上に位置している。偏向部４１はこのような回転軸４１ｂを中心として回動するようになっている。なお、図８では、偏向部４１の回転中心となる回転軸４１ｂを点によって概念的に示し、図９（Ａ）では、回転軸４１ｂを一点鎖線にて概念的に示している。

軸部４２によって偏向部４１を回動可能に支持する構成としては様々な構成を採りうるが、その一例としては、例えば、図９（Ａ）のようにすることができる。図９（Ａ）では、軸部４２の先端側に固定された支持フレーム２４３に一対の軸受２４５，２４５が設けられており、この軸受２４５、２４５に偏向部２４１の側方から突出する凸部２４４，２４４が回動可能に支持されている。

更に、本実施形態のレーザレーダ装置２００は、偏向部４１の所定箇所（具体的には偏向部４１の端部近傍）に当接しつつ回転するカム２８１と、このカム２８１をモータ２８２と連結する軸部２８３とを備えており、これらカム２８１及び軸部２８３がカム機構を構成している。このカム機構は、カム２８１の回転運動によって所定箇所（偏向部４１の端部近傍）に対して直線的運動を与える構成となっている。

更に軸部２８３を回転駆動するモータ２８２が設けられており、このモータ２８２が所定の回転軸２８１ａ（図８では、回転軸４１ｂと平行な軸）を中心として軸部２８３及びカム２８１を回転駆動するようになっている。このモータ２８２は、例えば、ステッピングモータなどによって構成されており、制御回路７０によって回転角度が制御されるようになっている。なお、モータ２８２は、偏向部４１と一体的に回動する電源（例えば充電可能な二次電池など）から電力供給を受けてもよく、外部の商用電源などからの電力供給を受ける構成でもよい。

次に、駆動部２８０による傾斜制御について説明する。
駆動部２８０では、図９（Ｂ）のように、モータ２８２に接続されるカム２８１が、様々な位置（例えば位置Ｐ１〜Ｐ８など）にて偏向部４１を支持しうる構成をなしており、カム２８１がどの位置で偏向部４１を支持するかによって偏向部４１の傾斜角度が定まるようになっている。各位置Ｐ１〜Ｐ８は、カム２８１の回転中心（回転軸２８１ａ）からの距離がそれぞれ異なっており、カム２８１による偏向部４１の支持位置がＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・と変化するにつれ、回転軸２８１ａから偏向部４１が次第に遠ざけられ、傾斜が変化するようになっている。カム２８１の外周面（偏向部４１と当接する面）は、ほぼ全周にわたって曲面とされており、各位置Ｐ１〜Ｐ８での曲率半径がそれぞれ異なるようになっている。カム２８１の外周面はＰ１からＰ２側に進むにつれ曲率半径が次第に大きくなるように構成され、さらに、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８と進むにつれ曲率半径が次第に大きくなるように構成されている。駆動部２８０では、モータ２８２によってカム２８１が矢印Ｆ１の方向に回転されるようになっており、カム２８１は、偏向部４１と当接しながら滑動し、その当接位置をＰ１からＰ２、Ｐ３、Ｐ４と順番に変化させていく。当接位置がＰ８となった後はさらに回転し、再び当接位置をＰ１とするようになっている。

このように構成される駆動部２８０は、ユーザによる指示があった場合（例えばユーザが図示しない操作部から指示データを入力した場合）に駆動が開始され、まず、制御回路７０からモータ２８２に対してユーザの指示に応じた回転角度のデータが与えられ、モータ２８２はその指示に応じた回転角度に設定される。そして、上述したように、カム２８１はモータ２８２の回転に応じて回転し、カム２８１の回転角度の変化に応じてカム２８１の中心（回転軸２８１ａ）から偏向部４１までの距離が変化するため、偏向部４１の傾斜角度は、カム２８１の回転角度に応じた傾斜角度に設定されることとなる。

なお、ここでは、ユーザによる指示に応じて偏向部４１を所定の傾斜角度に設定する例を示したが、このような例に限られない。例えば、制御回路７０が予め定められたプログラムに従ってモータ２８２を駆動し、偏向部４１の傾斜角度を自動的に変更するような構成であってもよい。

また、本実施形態でも、第１実施形態と同様の受光センサ９０（高さ検出手段）が設けられており、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の走査経路上に受光面９１が配置され、当該受光面９１に入射するレーザ光Ｌ１の入射高さを検出している。なお、本実施形態での受光センサ９０による高さの検出方法は第１実施形態と同様である。

また、本実施形態のレーザ測定装置２００は、偏向部４１の傾斜角度の調整方法を手動による調整から自動調整に変更した違いはあるが、空間に存在する物体の位置検出方法自体は第１実施形態と同様となっている。例えば、検出物体までの距離の検出方法や検出物体の方向の検出方法については第１実施形態と同様である。そして、本実施形態でも、制御回路７０が「時間検出手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０にてレーザ光が発生してから当該レーザ光に応じた前記反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの経過時間を検出するように機能する。また、制御回路７０は、「位置検出手段」の一例に相当し、受光センサ９０（高さ検出手段）によって検出された入射高さと、時間検出手段によって検出された経過時間とに基づいて検出物体の位置を検出するように機能する。

（第２実施形態の主な効果）
本実施形態では、傾斜角度変更部２１０が、偏向部４１を揺動可能な駆動部２８０と、駆動部２８０を制御する制御回路７０（制御手段）とを備えており、駆動部２８０は、制御回路７０による制御に応じて偏向部４１を駆動することで入射角度（偏向部４１の反射面４１ａに対するレーザ光Ｌ１の入射角度）を変更している。このようにすると、駆動部２８０に対する制御によって偏向部４１を変位させることができるため、傾斜角度の変更作業に要する労力を効果的に抑えることができる。

［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、偏向部４１を変位させる一例を示したが、偏向部４１を他の構成によって変位させてもよい。例えば、偏向部４１を支持する機構を図９（Ａ）と同様の構成とし、軸部４２の上端部側に偏向部４２を回動可能に保持する支持フレーム２４３を固定し、この支持フレーム２４３において偏向部４２を回動可能に保持する一対の軸受２４５、２４５を設けるようにすればよい。この構成では、一対の軸受２４５、２４５は、レーザ光Ｌ１の入射位置Ｐ１（図１、図８参照）を通り且つ中心軸４２ａと直交する回転軸４１ｂを中心として回動可能となるように偏向部４１を保持しており、その回転軸４１ｂが反射面４１上に位置するようになっているため、偏向部４１の傾斜角度に関係なく、反射面４１ａにおけるレーザ光Ｌ１の入射位置Ｐ１は常に同じ位置となる。この場合、手動操作可能な操作部を設け、凸部２４４、２４４が軸受２４５、２４５に対して回動する状態と、凸部２４４、２４４が軸受２４５、２４５に対して回動不能となる状態とに切り替えることができるようにすれば、偏向部４１を任意の傾斜角度に位置決めできるようになる。偏向部４１を任意の傾斜角度に位置決めする方法としては、例えば、図９（Ｂ）で説明したカム２８１を第２実施形態と同様に設けると共に、当該カム２８１を手動で回転できるように構成し、当該カム２８１を任意の位置で位置決めできるようにすればよい。或いは、支持フレーム２４３の側壁からねじ部材等の当接部材を挿入できるようにし、このねじ部材をある程度の深さまで挿入したときにねじ部材が凸部２４４に当接し、ねじ部材を緩めるとねじ部材と凸部２４４との当接が解除されるようにしてもよい。

上記実施形態では、傾斜角度変更手段として偏向部４１（偏向手段）を変更させる構成を例示したが、偏向部４１を変位させずにレーザダイオード１０（レーザ光発生手段）やミラー３０（レーザ光発生手段と偏向手段との間に介在する光学部品）を変位させる構成としてもよい。

１…レーザ測定装置
１０…レーザダイオード（レーザ光発生手段）
２０…フォトダイオード（光検出手段）
４０…回動偏向機構（回動偏向手段）
４１…偏向部（偏向手段）
５０…モータ（駆動手段）
７０…制御回路（時間検出手段、位置検出手段、制御手段）
９０…受光センサ（高さ検出手段）
９１…受光面
１００…傾斜角度変更部（傾斜角度変更手段）
１１０…支持機構
１２１…操作部
１３０…連動機構
２８０…駆動部

Claims (6)

1. レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、
   前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生したときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、
   所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
   前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
   前記レーザ光発生手段、又は前記偏向手段、若しくは前記レーザ光発生手段から前記偏向手段までの経路上に配される光学部品を前記中心軸に対して相対的に変位させることで、前記空間に照射される前記レーザ光の前記中心軸と直交する水平面に対する傾斜角度を変化させる傾斜角度変更手段と、
   前記偏向手段からの前記レーザ光の走査経路上に配置される受光面を備え、当該受光面に入射する前記レーザ光の入射高さを検出する高さ検出手段と、
   前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから当該レーザ光に応じた前記反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの経過時間を検出する時間検出手段と、
   前記高さ検出手段によって検出された前記入射高さと、前記時間検出手段によって検出された前記経過時間とに基づいて前記検出物体の位置を検出する位置検出手段と、
   を備えたことを特徴とするレーザ測定装置。
2. 前記傾斜角度変更手段は、前記偏向手段を変位させることで当該偏向手段への前記レーザ光の入射角度を変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザ測定装置。
3. 前記傾斜角度変更手段は、
   前記偏向手段を揺動可能に支持する支持機構と、
   外部操作可能な操作部と、
   前記操作部に対する外部操作に応じて前記支持機構による前記偏向手段の支持姿勢を変化させる連動機構と、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ測定装置。
4. 前記傾斜角度変更手段は、
   前記偏向手段を揺動可能な偏向手段駆動部と、
   前記偏向手段駆動部を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記偏向手段駆動部が前記制御手段による制御に応じて前記偏向手段を駆動することで前記入射角度を変更することを特徴とする請求項２に記載のレーザ測定装置。
5. 前記高さ検出手段は、前記受光面が前記中心軸の方向に沿って長手状に延びる受光センサからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ測定装置。
6. 前記高さ検出手段は、受光素子が前記中心軸の方向に並ぶ一次元センサからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ測定装置。

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