JP6926439B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (8)
- 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、前記光を反射する歩行者の歩行速度および歩行方向を計測する計測部と、
前記歩行者の脚部の位置を検出するとともに、前記歩行者の脚部の接地の状態を判定する制御部と、を備え、
前記計測部は、前記第2反射部が揺動する揺動角度を分割した単位揺動角度毎の前記受光情報を記憶するように構成されている、レーザ装置。 - 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。
- 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。
- 前記制御部は、前記歩行者の歩行速度および歩行方向に基づき、前記歩行者までの距離によって、前記光源部から射出される光量または前記受光部が受光する反射光に基づく信号の振幅ゲインのうち少なくとも一方を調整する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ装置。
- 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に記載のレーザ装置。
- 前記制御部は、前記歩行者までの距離が第1距離である場合の前記光量を、前記歩行者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、前記歩行者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、前記歩行者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に記載のレーザ装置。
- 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1〜6のいずれか1項に記載のレーザ装置。
- 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1〜7のいずれか1項に記載のレーザ装置。
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