特開 2022-161639 測定装置、レーザ装置、及び、採点システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022161639

(43)【公開日】2022-10-21

(54)【発明の名称】測定装置、レーザ装置、及び、採点システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20221014BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221014BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20221014BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01C3/06 120Q

G02B26/10 104Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021066593

(22)【出願日】2021-04-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】森河 剛

(72)【発明者】

【氏名】手塚 耕一

(72)【発明者】

【氏名】飯田 弘一

(72)【発明者】

【氏名】境 克司

【テーマコード（参考）】

2F112

2H045

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA06

2F112CA12

2F112DA02

2F112DA25

2H045BA13

2H045BA22

2H045BA41

5J084AA04

5J084AA05

5J084AA10

5J084AA13

5J084AB07

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA36

5J084BA38

5J084BA50

5J084BB02

5J084BB04

5J084BB15

5J084BB27

5J084BB28

5J084CA23

5J084CA34

5J084EA04

(57)【要約】

【課題】高精度に形状を測定できる測定装置、レーザ装置、及び、採点システムを提供する。
【解決手段】測定装置は、第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、前記第１スロー軸と前記第２スロー軸とが直交するように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を合成する合成部と、前記合成部によって合成された合成レーザ光を出力する出力部と、前記出力部から出力された合成レーザ光の反射光を受光する受光部とを含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、
第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、
前記第１スロー軸と前記第２スロー軸とが直交するように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を合成する合成部と、
前記合成部によって合成された合成レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部から出力された合成レーザ光の反射光を受光する受光部と
を含む、測定装置。

【請求項2】

前記合成部は、
前記第１スロー軸及び前記第２スロー軸が直交した状態で前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光が入射され、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を合成して出力する光学合成素子を有する、請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記第１光源、前記第２光源、及び前記光学合成素子は、前記第１レーザ光の前記第１スロー軸方向における強度分布の中心と、前記第２レーザ光の前記第２スロー軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置される、請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、
前記第１スロー軸に対して直交する第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、
前記第１光源から出力される前記第１レーザ光をコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第２光源から出力される前記第２レーザ光をコリメートする第２コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズでコリメートされた前記第１レーザ光と、前記第２コリメータレンズでコリメートされた前記第２レーザ光とを合成して出力する光学合成素子と、
前記光学合成素子によって合成された合成レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部から出力された合成レーザ光の反射光を受光する受光部と
を含む、測定装置。

【請求項5】

前記第２光源は、前記第１光源に対して、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の伝搬方向に垂直な断面視において、前記第２スロー軸が前記第１スロー軸に対して直交するように配置される、請求項４に記載の測定装置。

【請求項6】

前記第１光源、前記第２光源、前記第１コリメータレンズ、前記第２コリメータレンズ、及び前記光学合成素子は、前記第１レーザ光の前記第１スロー軸方向における強度分布の中心と、前記第２レーザ光の前記第２スロー軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置される、請求項４又は５に記載の測定装置。

【請求項7】

前記出力部は、前記合成レーザ光を２軸方向に走査する走査装置である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項8】

第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、
第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、
前記第１スロー軸と前記第２スロー軸とが直交するように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を合成する合成部と
を含む、レーザ装置。

【請求項9】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の測定装置と、
前記測定装置から出力される前記合成レーザ光と、前記測定装置によって受光される前記反射光とに基づいて、対象物までの距離を測定する測距部と、
前記測距部によって測定される距離に基づいて前記対象物の動作を採点する採点部と
を含む、採点システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定装置、レーザ装置、及び、採点システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、２つの半導体レーザ素子を含む半導体レーザが提案されている。２つの半導体レーザ素子は、９０°の角度をなすチップ台の銅製ヒートシンク上に接着されている。各半導体レーザ素子は、略楕円形状のビーム断面を有するレーザビームを出射する。お互いに９０°異なったビーム分布を持つレーザビームが重なり合うと、４回対称の断面を有するビームとなる。特に重なり合った中央部分では、より円形に近い形状で強度が倍になった状態になる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０７－１４７４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の半導体レーザでは、２つのレーザビームの合成レーザ光の断面形状が４回対称になるのは半導体レーザからの距離が所定の距離になる位置に限られ、所定の距離よりも近い領域と、所定の距離よりも遠い領域とでは、合成レーザ光の断面形状は非対称である。

【0005】

このように合成レーザ光の断面形状が非対称な場合は、対象物の形状を正しく計測することができない。

【0006】

そこで、高精度に形状を測定できる測定装置、レーザ装置、及び、採点システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態の測定装置は、第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、前記第１スロー軸と前記第２スロー軸とが直交するように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を合成する合成部と、前記合成部によって合成された合成レーザ光を出力する出力部と、前記出力部から出力された合成レーザ光の反射光を受光する受光部とを含む。

【発明の効果】

【0008】

高精度に形状を測定できる測定装置、レーザ装置、及び、採点システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の測定装置１００を含む採点システム１０の一例を示す図である。

【図2】測定装置１００の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】測定装置１００の一例を示す図である。

【図4】投光部１１０とレーザ出力部１１０Ａを示す図である。

【図5】レーザダイオード１１１を説明する図である。

【図6】レーザダイオード１１１、１１２の配置を示す図である。

【図7】レーザダイオード１１１、１１２から出射され、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされるレーザ光の出射方向に垂直な断面における強度分布を説明する図である。

【図8】対象物５Ａの検出方法を説明する図である。

【図9】比較用の検出方法を説明する図である。

【図10】比較用の検出方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の測定装置、レーザ装置、及び、採点システムを適用した実施形態について説明する。

【0011】

＜実施形態＞
図１は、実施形態の測定装置１００を含む採点システム１０の一例を示す図である。採点システム１０は、複数の測定装置１００とＰＣ(Personal Computer)２０とを含む。図１には２つの測定装置１００を示す。

【0012】

採点システム１０は、一例として体操競技場に設けられ、２つの測定装置１００からレーザ光１００Ａ１、１００Ａ２を出射し、競技者５で反射された反射波を受光することによって、競技者５の体の各部までの距離と角度を測定する。競技者５の体は対象物の一例である。採点システム１０は、競技者５の骨格を認識し、認識した骨格の形状から技を判定し、ＰＣ２０のディスプレイ２０Ａに審判支援画面を表示する。審判支援画面は、競技の審判員の判断を支援する情報を表示する画面であり、一例として、測定した骨格の形状を三次元で複数の角度から表示するマルチアングルビューと、採点アルゴリズムに従って技の採点を自動的に行う自動採点ビューとを表示可能である。自動採点ビューでは、採点結果がディスプレイ２０Ａに表示される。

【0013】

２つの測定装置１００は、体操競技場の床又は壁等に設置され、ＰＣ２０と一例として無線通信によってデータ通信が可能である。２つの測定装置１００は、レーザ光１００Ａ１、１００Ａ２を二次元的にスキャン（走査）したときに競技者５で反射された反射波を受光し、競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータをＰＣ２０に送信する。競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータとは、体操競技場において、測定装置１００に対する競技者５の体の各部までの距離と角度を表すデータである。

【0014】

ＰＣ２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。ＰＣ２０は、主制御部２１、採点部２２、及びメモリ２３を有する。主制御部２１及び採点部２２は、ＰＣ２０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。メモリ２３はＰＣ２０のメモリを機能的に表したものである。

【0015】

主制御部２１は、ＰＣ２０の処理を統括する処理部であり、採点部２２が実行する処理以外の処理を実行する。採点部２２は、２つの測定装置１００から取得する競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータ等に基づいて、マルチアングルビュー又は自動採点ビューの審判支援画面をディスプレイ２０Ａに表示するための処理等を行う。自動採点ビューの審判支援画面を表示する際には、採点部２２は、２つの測定装置１００から取得する競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータから骨格を認識し、技を行っているときの基準となる骨格データとを比較することによって採点を行う。基準となる骨格データは、体のそれぞれの部位の角度や位置などを表す。メモリ２３は、主制御部２１及び採点部２２が処理を行うために必要なプログラム及びデータ等を格納する。

【0016】

図２は、測定装置１００の構成の一例を示すブロック図である。測定装置１００は、投光部１１０、受光部１２０、及びＥＣＵ(Electronic Control Unit：電子制御装置)１３０を含む。筐体１０１は、一例として箱型で樹脂製のケースであり、投光部１１０、受光部１２０、及びＥＣＵ１３０を収容する。

【0017】

投光部１１０は、レーザダイオード（ＬＤ）１１１、１１２、及び、ＭＥＭＳミラー(Micro Electro Mechanical Systems)１１８を有する。レーザダイオード１１１、１１２は、それぞれ第１光源、第２光源の一例である。レーザダイオード１１１が出射するレーザ光は第１レーザ光の一例であり、レーザダイオード１１２が出射するレーザ光は第２レーザ光の一例である。レーザダイオード１１１、１１２は、マルチモードレーザダイオードである。

【0018】

ＭＥＭＳミラー１１８は、レーザダイオード１１１、１１２から出射されるレーザ光を合成した合成レーザ光を二次元的に走査する走査装置の一例であるとともに、合成レーザ光を出力する出力部の一例である。ＭＥＭＳミラー１１８は、反射板の角度を検出し、角度を表す信号を出力するセンサを内蔵する。センサの出力信号は、一例として反射板の角度に応じた静電容量値を表す。投光部１１０は、レーザダイオード１１１、１１２及びＭＥＭＳミラー１１８以外にコリメータレンズ等の構成要素を有するが、ここでは省略する。

【0019】

受光部１２０は、受光素子１２１を有する。受光部１２０は、複数の受光素子１２１を有するが、図２では１つの受光素子１２１を示す。受光素子１２１は、一例としてＰＤ(Photo Diode)であり、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いることができる。受光部１２０は、複数の受光素子１２１以外の構成要素を有するが、ここでは省略する。

【0020】

ＥＣＵ１３０は、投光部１１０及び受光部１２０の制御を行う制御装置である。ＥＣＵ１３０は、レーザ発振回路１３１、ＭＥＭＳ駆動回路１３２、センサ信号入力部１３３、受光回路１３４、切替回路１３５、時間計測回路１３６、制御回路１３７、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１３８、及び通信部１３９を有する。ＣＰＵ１３８は、測距部の一例である。

【0021】

レーザ発振回路１３１は、水晶発振器等を含み、制御回路１３７によって制御されてレーザダイオード１１１、１１２にレーザ光を発振させる回路である。ＭＥＭＳ駆動回路１３２は、制御回路１３７によって制御されてＭＥＭＳミラー１１８にスキャンを行わせる回路であり、反射板を駆動するための電圧値を出力する。センサ信号入力部１３３は、ＭＥＭＳミラー１１８の反射板の角度を検出するセンサの検出値を表すセンサ信号が入力される回路であり、制御回路１３７は、センサ信号入力部１３３から入力されるセンサ信号を用いてＭＥＭＳミラー１１８のフィードバック制御を行う。

【0022】

受光回路１３４は、受光素子１２１の出力信号に対して増幅等の波形処理を行う回路である。切替回路１３５は、制御回路１３７によって制御されて複数の受光素子１２１を時系列的に切り替える回路である。受光回路１３４は、切替回路１３５によって切り替えられた（選択された）受光素子１２１の出力信号に対して増幅等の波形処理を行う。時間計測回路１３６は、制御回路１３７によって制御され、受光回路１３４の出力信号に基づいて、レーザダイオード１１１、１１２がレーザ光を発振してから受光素子１２１で受光されるまでの経過時間を計測し、計測した経過時間を表すデータをＣＰＵ１３８に出力する回路である。また、時間計測回路１３６は、受光回路１３４の出力信号に基づいて、受光強度が閾値以上になった場合には、受光強度が閾値以上になったことを表すデータをＣＰＵ１３８に出力する。受光強度が閾値以上になったことを表すデータは、対象物５Ａで反射されたレーザ光１００Ｂを受光したことを表し、対象物５Ａが存在することを表す。

【0023】

制御回路１３７は、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等によって実現され、ＣＰＵ１３８から入力されるコマンドに基づいて、レーザ発振回路１３１、ＭＥＭＳ駆動回路１３２、切替回路１３５、及び時間計測回路１３６の制御を行う回路である。

【0024】

ＣＰＵ１３８は、制御回路１３７及び通信部１３９を制御するＣＰＵチップであり、内部メモリを有する。ＣＰＵ１３８は、時間計測回路１３６から入力される経過時間を表すデータと、経過時間が得られたときのＭＥＭＳミラー１１８の角度を表す角度データとを用いて、競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータを生成する。時間計測回路１３６から入力される経過時間を表すデータに基づいて、測定装置１００から競技者５の体の各部までの距離を測定できる。このような距離の測定（測距）は、測距部としてのＣＰＵ１３８によって行われる。競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータは、測定装置１００から競技者５の体の各部までの距離と、距離の測定に用いる経過時間が得られたときのＭＥＭＳミラー１１８の角度を表す角度データとを関連付けたデータである。また、競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータは、経過時間が得られたときの時刻を表す時刻データを含んでよい。

【0025】

通信部１３９は、ＰＣ２０と無線通信を行う通信部であり、ＣＰＵ１３８によって生成される競技者５の動きの三次元的な位置を表すデータをＰＣ２０に送信する。通信部１３９は、例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）のような近距離無線通信、又は、無線ＬＡＮ(Local Area Network)等によってＰＣ２０と無線通信を行う。なお、通信部１３９は、データケーブル等を介してＰＣ２０と有線ＬＡＮ(Local Area Network)での通信を行ってもよい。また、複数の測定装置１００を用いる場合、同期させるための手段として各測定装置１００の通信部１３９を使用してもよい。

【0026】

図３は、測定装置１００の一例を示す図である。図３（Ａ）に示すように、測定装置１００は、筐体１０１、投光部１１０、及び受光部１２０を含む。投光部１１０は、レーザ装置の一例である。また、筐体１０１は、投光部１１０及び受光部１２０に対応した投光レンズ１０２Ａ及び受光レンズ１０２Ｂをそれぞれ有する。投光レンズ１０２Ａ及び受光レンズ１０２Ｂは筐体１０１に取り付けられている。なお、図３（Ａ）には図１の競技者５の代わりに対象物５Ａを示す。

【0027】

投光部１１０は、筐体１０１内に設けられ、レーザ出力部１１０Ａ、及びＭＥＭＳミラー１１８を有する。レーザ出力部１１０Ａは、図２に示す２つのレーザダイオード１１１、１１２と光学系を有し、レーザ光１００ＡをＭＥＭＳミラー１１８に向けて出力する。レーザ出力部１１０Ａの詳細については図４及び図５を用いて後述する。

【0028】

ＭＥＭＳミラー１１８は、レーザ光１００Ａをスキャンし、投光レンズ１０２Ａを通じて対象物５Ａに向けて出力する。ＭＥＭＳミラー１１８は、一例として図３（Ｂ）に示すように、始点Ｓから終点Ｅにかけて二次元的にラスタースキャンを行うことによって、対象物５Ａを全体的にスキャンする。ラスタースキャンを行う二次元的な領域は、対象物５Ａの全体を含む領域である。なお、レーザ光１００Ａは、図１に示すレーザ光１００Ａ１、１００Ａ２の各々に相当する。

【0029】

受光部１２０は、筐体１０１内に設けられ、受光素子１２１及び集光レンズ１２２を有する。対象物５Ａで反射された反射波としてのレーザ光１００Ｂは、受光レンズ１０２Ｂを通じて筐体１０１内に入射し、集光レンズ１２２で集光されて受光素子１２１で受光される。受光素子１２１は複数あり、図２に示すＥＣＵ１３０によって時系列的に１又は２以上の受光素子１２１が選択されて順番にレーザ光１００Ｂを受光する。

【0030】

測定装置１００は、レーザ光１００Ａを出射してからレーザ光１００Ｂとして受光するまでの時間と、レーザ光１００Ｂの受光強度と、ＭＥＭＳミラー１１８の角度とに基づいて、測定装置１００に対する対象物５Ａの各部の位置を表す三次元的なデータを生成し、ＰＣ２０に送信する。対象物５Ａの各部の位置を表す三次元的なデータは、対象物５Ａの形状の三次元的な位置を表すデータである。測定装置１００は、レーザ光１００Ａを二次元的にスキャンしながら出射から受光までの経過時間を計測するとともに、受光強度が対象物５Ａの有無を判断するための閾値以上になった領域をＣＰＵ１３８が認識することにより、ＣＰＵ１３８が測定装置１００に対する対象物５Ａの各部の位置を表す三次元的なデータを作成する。

【0031】

図４は、投光部１１０とレーザ出力部１１０Ａの一例を示す図である。ここでは、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。

【0032】

図４（Ａ）には＋Ｙ方向側からのＸＺ面視における構成を示し、図４（Ｂ）には＋Ｘ方向側からのＹＺ面視における構成を示す。すなわち、図４（Ａ）と図４（Ｂ）には、角度が９０度異なる方向から見た構成を示す。一例として、図４（Ａ）に示す構成は上面から見た構成であり、図４（Ｂ）に示す構成は側面から見た構成である。

【0033】

投光部１１０は、レーザダイオード１１１、１１２、コリメータレンズ１１３、１１４、反射ミラー１１５、偏光ビームスプリッタ１１６、反射ミラー１１７、及びＭＥＭＳミラー１１８を有する。これらのうち、レーザダイオード１１１、１１２、コリメータレンズ１１３、１１４、反射ミラー１１５、偏光ビームスプリッタ１１６、及び反射ミラー１１７は、レーザ出力部１１０Ａを構築する。コリメータレンズ１１３、１１４は、それぞれ、第１コリメータレンズ、第２コリメータレンズの一例である。偏光ビームスプリッタ１１６は、光学合成素子の一例であるとともに、合成部の一例である。

【0034】

図４（Ａ）に示すように、レーザダイオード１１１、１１２の出力側にはコリメータレンズ１１３、１１４がそれぞれ配置される。コリメータレンズ１１４の出力側には反射ミラー１１５が配置される。コリメータレンズ１１３と反射ミラー１１５の出力側には、偏光ビームスプリッタ１１６が配置され、偏光ビームスプリッタ１１６の出力側には反射ミラー１１７が配置される。また、図４（Ｂ）に示すように、反射ミラー１１７の出力側にはＭＥＭＳミラー１１８が配置される。

【0035】

図４（Ａ）には、コリメータレンズ１１３を通過して偏光ビームスプリッタ１１６に入射するレーザ光の光路Ａと、コリメータレンズ１１４を通過して反射ミラー１１５で反射されて偏光ビームスプリッタ１１６に入射するレーザ光の光路Ｂとを示す。反射ミラー１１５は全反射ミラー又は誘電体多層膜ミラーである。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）とは９０度異なる方向から示すため、光路Ａ、Ｂが重なっている。また、図４（Ｂ）では、図示の便宜上、反射ミラー１１５と偏光ビームスプリッタ１１６をＺ方向にずらして示す。

【0036】

レーザダイオード１１１、１１２から出射され、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされた２つのレーザ光は、ＸＺ平面内で光路Ａ、Ｂに沿って偏光ビームスプリッタ１１６に入射する。コリメータレンズ１１３、１１４でレーザ光をコリメートするとは、レーザ光をＦＡＳＴ軸方向において平行光に調整して出力することをいう。光路Ａのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１１６を透過し、光路Ｂのレーザ光は偏光ビームスプリッタ１１６で反射ミラー１１７に向けて反射されるため、光路Ａ、Ｂのレーザ光は偏光ビームスプリッタ１１６で合成されて反射ミラー１１７に向けて出力される。反射ミラー１１７は全反射ミラー又は誘電体多層膜ミラーである。

【0037】

偏光ビームスプリッタ１１６で合成されたレーザ光は、反射ミラー１１７で＋Ｙ方向側に反射され、ＭＥＭＳミラー１１８で反射されてレーザ光１００Ａとして＋Ｚ方向側に出力される。ＭＥＭＳミラー１１８をスキャンすることにより、レーザ光１００ＡをＸＹ平面内で二次元的にスキャンすることができる。測定装置１００と対象物５Ａとの距離に応じて、対象物５Ａの全体が含まれるようにＭＥＭＳミラー１１８をスキャンする範囲を設定することにより、競技者５のように動き回る対象物５Ａの体の全体をレーザ光１００Ａでスキャンすることができる。

【0038】

図５は、レーザダイオード１１１を説明する図である。レーザダイオード１１１、１１２は同一であるため、ここではレーザダイオード１１１について説明する。レーザダイオード１１１は、マルチモードレーザダイオードであり、図５（Ａ）に示すように、ＳＬＯＷ軸（スロー軸）とＦＡＳＴ軸（ファスト軸）を有する。マルチモードレーザダイオードは、高出力化するためにレーザ光の発光領域がＳＬＯＷ軸方向に広がっている。

【0039】

このため、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光の出射方向（伝搬方向）に垂直な断面の形状は、Ｘ軸方向が長く、Ｙ軸方向が短い略楕円形状になる。レーザ光の出射方向（伝搬方向）に垂直な断面の形状は、レーザ光の伝搬方向に垂直な断面視において得られる形状である。

【0040】

また、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向のレーザ光の強度分布と、Ｙ軸方向のレーザ光の強度分布とは横方向の拡がりが異なる。レーザ光の強度分布は、レーザ光の光量分布である。マルチモードレーザダイオードは、レーザ光の発光領域をＳＬＯＷ軸方向に広げることで高出力化を図りつつ、出射端面でのレーザ光の密度が低下させ、高出力化に伴う光学的損傷が起こりにくくしている。

【0041】

図６は、レーザダイオード１１１、１１２の配置を示す図である。レーザダイオード１１１、１１２は、レーザ光の出射方向に垂直な断面において、ＳＬＯＷ軸の方向が９０度異なるように投光部１１０に配置される。換言すれば、レーザダイオード１１２は、レーザダイオード１１１に対して、互いが出射するレーザ光の伝搬方向に垂直な断面視において、レーザダイオード１１２のレーザ光のＳＬＯＷ軸がレーザダイオード１１１のレーザ光のＳＬＯＷ軸に対して直交するように投光部１１０に配置される。レーザダイオード１１１のレーザ光のＳＬＯＷ軸は第１スロー軸の一例であり、レーザダイオード１１２のレーザ光のＳＬＯＷ軸は第２スロー軸の一例である。

【0042】

このように、レーザダイオード１１１、１１２が出射するレーザ光は、出射方向に垂直な断面において、ＳＬＯＷ軸の方向が９０度異なるため、偏光ビームスプリッタ１１６は、レーザダイオード１１１が出射するレーザ光のＳＬＯＷ軸と、レーザダイオード１１２が出射するレーザ光のＳＬＯＷ軸とが直交するように、２つのレーザ光を合成することになる。偏光ビームスプリッタ１１６には、レーザダイオード１１１が出射するレーザ光と、レーザダイオード１１２が出射するレーザ光とが、互いのＳＬＯＷ軸が直交した状態で入射される。

【0043】

図７は、レーザダイオード１１１、１１２から出射され、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされたレーザ光の出射方向に垂直な断面における強度分布を説明する図である。図７（Ａ）には左側から右側にかけて、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＹ軸方向における強度分布、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＹ軸方向における強度分布、及び、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされたレーザ光の合成レーザ光のＹ軸方向における強度分布を示す。図７（Ｂ）には左側から右側にかけて、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＸ軸方向における強度分布、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＸ軸方向における強度分布、及び、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされたレーザ光の合成レーザ光のＸ軸方向における強度分布を示す。

【0044】

レーザダイオード１１１、１１２は、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされたレーザ光の出射方向に垂直な断面において、ＳＬＯＷ軸の方向が９０度異なるように配置されるため、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＸ軸方向における強度分布と、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＹ軸方向における強度分布とは等しい。同様に、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＹ軸方向における強度分布と、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＸ軸方向における強度分布とは等しい。このため、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光と、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光とを合成した合成レーザ光の強度分布は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで等しくなる。換言すれば、合成レーザ光の強度分布は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで対称である。

【0045】

このようなレーザダイオード１１１、１１２から出射され、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされたレーザ光のＳＬＯＷ軸の方向の分布を考慮して、レーザダイオード１１１、１１２、コリメータレンズ１１３、１１４、反射ミラー１１５、偏光ビームスプリッタ１１６は、次のように配置される。すなわち、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＳＬＯＷ軸方向における強度分布の中心と、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＳＬＯＷ軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置される。

【0046】

なお、図７（Ａ）に示す合成レーザ光のＹ軸方向の強度は、レーザダイオード１１１、１１２から出射され、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされた２つのレーザ光のＹ軸方向の強度を足し合わせたものであるため、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＹ軸方向（ＳＬＯＷ軸方向）の強度を２倍にした場合の強度分布よりは鋭いピークを持つ、シャープな分布になる。同様に、図７（Ｂ）に示す合成レーザ光のＸ軸方向の強度は、レーザダイオード１１１、１１２から出射され、コリメータレンズ１１３、１１４でコリメートされた２つのレーザ光のＸ軸方向の強度を足し合わせたものであるため、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＸ軸方向（ＳＬＯＷ軸方向）の強度を２倍にした場合の強度分布よりは鋭いピークを持つ、シャープな分布になる。

【0047】

図８は、対象物５Ａの検出方法を説明する図である。ここでは、ＭＥＭＳミラー１１８でレーザ光１００Ａをスキャンして対象物５Ａを検出する方法について説明する。図８の上側には、対象物５Ａとレーザ光１００Ａの断面を示す。ここでは、一例としてレーザ光１００Ａを＋Ｘ軸方向側にスキャンする場合について説明する。

【0048】

レーザ光１００Ａの断面形状は、図５（Ｂ）に示すレーザダイオード１１１の断面形状と、この断面形状をＸＹ平面内で９０度回転させた断面形状とを合わせた形状になる。レーザダイオード１１１、１１２は、レーザダイオード１１１から出射され、コリメータレンズ１１３でコリメートされたレーザ光のＳＬＯＷ軸方向における強度分布の中心と、レーザダイオード１１２から出射され、コリメータレンズ１１４でコリメートされたレーザ光のＳＬＯＷ軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置されるためである。

【0049】

また、図８の下側には、受光素子１２１で受光するレーザ光１００Ｂ（反射光）のＸ軸方向における光量の変化を示すとともに、対象物５Ａが存在するかどうかを判定するための閾値ＴＨを示す。対象物５Ａで反射されたレーザ光１００Ｂの光量が閾値ＴＨ以上になると、測定装置１００は対象物５Ａが存在すると判定する。対象物５Ａが存在するときのＭＥＭＳミラー１１８の角度と、存在すると判定したときの距離とによって対象物５Ａの三次元的な形状が分かる。なお、Ｘ座標がＸ０の位置は、Ｘ軸方向における対象物５Ａの端部（エッジ）に相当し、対象物５ＡはＸ０よりも＋Ｘ軸方向側に存在する。

【0050】

レーザ光１００ＡがＸ１の位置にいるときに受光素子１２１が受光し始めるが光量は閾値ＴＨ未満である。レーザ光１００Ａが＋Ｘ軸方向側にスキャンされてＸ２の位置に差し掛かると、光量が閾値ＴＨ以上になり、測定装置１００は対象物５Ａを検出する。また、レーザ光１００Ａの断面形状は、図７に示したようにＸ軸方向及びＹ軸方向において等しいため、レーザ光１００ＡをＹ軸方向にスキャンしたときにも同じタイミングで対象物５Ａを検出することができる。

【0051】

ここで、図９及び図１０を用いて比較用のレーザ光を用いた場合の対象物５Ａの検出方法について説明する。図９及び図１０は、比較用の検出方法を説明する図である。比較用のレーザ光を出力する測定装置は、レーザダイオード１１１、１１２の両方を含まず、レーザダイオード１１１のみを含む測定装置である。

【0052】

まず、図９を用いて、レーザダイオード１１１のみを含む測定装置でレーザ光５０をＸ軸方向にスキャンして対象物５Ａを検出する方法について説明する。レーザダイオード１１１が出射するレーザ光５０の出射方向に垂直な断面における形状は、Ｘ軸方向に長くＹ軸方向に短い略楕円形状である。レーザ光５０がＸ１の位置にいるときに受光素子１２１が受光し始めるが光量は閾値ＴＨ未満である。レーザ光５０が＋Ｘ軸方向側にスキャンされてＸ２の位置に差し掛かると、光量が閾値ＴＨ以上になり、比較用の測定装置は対象物５Ａを検出する。

【0053】

次に、図１０を用いて、レーザダイオード１１１のみを含む測定装置でレーザ光５０をＹ軸方向にスキャンして対象物５Ａを検出する場合について説明する。レーザダイオード１１１が出射するレーザ光５０の出射方向に垂直な断面における形状は、Ｘ軸方向に長くＹ軸方向に短い略楕円形状である。このため、レーザ光５０がＹ１の位置にいるときに受光素子１２１が受光し始めるが光量は閾値ＴＨ未満である。レーザ光５０が＋Ｙ軸方向側にスキャンされてＹ２の位置に差し掛かると、光量が閾値ＴＨ以上になり、比較用の測定装置は対象物５Ａを検出する。位置Ｙ１と位置Ｙ０との距離は、図９に示す位置Ｘ１と位置Ｘ０との距離よりも短く、位置Ｙ２と位置Ｙ０との距離は、図９に示す位置Ｘ２と位置Ｘ０との距離よりも短い。

【0054】

このため、レーザダイオード１１１のみを含む測定装置でレーザ光５０をＸ軸方向にスキャンする場合と、Ｙ軸方向にスキャンする場合とでは、対象物５Ａの端部（エッジ）を検出する位置が異なる。すなわち、Ｘ軸方向にスキャンする場合とＹ軸方向にスキャンする場合とで対象物５Ａの検出精度(エッジ検出位置)が異なる。

【0055】

これに対して、図８に示すように、実施形態の測定装置１００では、レーザ光１００Ａの出射方向に垂直な断面のサイズはＸ軸方向とＹ軸方向と等しく、ＸＹ平面内で９０度回転させても点対称な形状であるため、Ｘ軸方向にスキャンする場合とＹ軸方向にスキャンする場合とで対象物５Ａの検出精度(エッジ検出位置)が等しい。

【0056】

また、厳密に言えばレーザダイオード１１１、１１２が出射し、コリメータレンズ１１３、１１４でそれぞれコリメートされたレーザ光は、ＦＡＳＴ軸方向においては、平行光であるが、ＳＬＯＷ軸方向においては、平行光にならず拡がりながら伝搬する。このため、レーザ光１００Ａの断面のサイズは、測定装置１００から離れるにしたがって大きくなるが、Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の長さは、レーザダイオード１１１、１１２から出力されるレーザ光のＳＬＯＷ軸方向の長さで決まるため、測定装置１００からの距離によらずに常に等しい。このため、Ｘ軸方向にスキャンする場合とＹ軸方向にスキャンする場合とで対象物５Ａの検出精度(エッジ検出位置)は、測定装置１００からの距離によらずに常に等しくなる。

【0057】

したがって、高精度に形状を測定できる測定装置１００、投光部１１０（レーザ装置）、及び、採点システム１０を提供することができる。測定装置１００、投光部１１０（レーザ装置）、及び、採点システム１０の用途は、体操競技に限られるものではないが、体操競技のように測定装置１００からの競技者５までの距離が大きく変化しうる測定環境には非常に適している。また、閾値ＴＨを高くすることにより、対象物５Ａのエッジにより近い位置での検出が可能になる。

【0058】

また、レーザダイオード１１１、１１２のレーザ光のＳＬＯＷ軸同士が直交した状態でレーザダイオード１１１、１１２からレーザ光が入射され、２つのレーザ光を合成して出力する偏光ビームスプリッタ１１６を有する。このため、合成レーザ光の断面は、２つのＳＬＯＷ軸に対応した方向において対称になり、２つのＳＬＯＷ軸に対応した方向において対象物を等しい精度で検出可能である。

【0059】

また、レーザダイオード１１１、１１２、及び偏光ビームスプリッタ１１６は、レーザダイオード１１１のレーザ光のＳＬＯＷ軸方向における強度分布の中心と、レーザダイオード１１２のレーザ光のＳＬＯＷ軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置される。このため、合成レーザ光の断面は、２つのＳＬＯＷ軸に対応した方向において完全に対称になり、２つのＳＬＯＷ軸に対応した方向において対象物をより等しい精度で検出可能である。

【0060】

また、合成レーザ光のＸ軸方向及びＹ軸方向の強度分布は、レーザダイオード１１１又は１１２のいずれか一方から、合成レーザ光と同一の強度で出力され、コリメータレンズ１１３又は１１４のいずれか一方でコリメートされたレーザ光のＳＬＯＷ軸方向の強度分布よりも鋭いピークを持つシャープな分布になる。このため、従来よりも対象物５Ａのエッジの近くで検出可能になる。

【0061】

また、ＭＥＭＳミラー１１８は、合成レーザ光を２軸方向に走査する走査装置であるため、対象物５Ａの全体をスキャンすることができ、対象物５Ａの全体までの距離を測定することができる。

【0062】

また、採点システム１０は、測定装置１００と、測定装置１００から出力される合成レーザ光と測定装置１００によって受光される反射光とに基づいて対象物５Ａまでの距離を測定するＣＰＵ１３８と、ＣＰＵ１３８によって測定される距離に基づいて対象物５Ａの動作を採点する採点部２２とを含む。このため、対象物までの距離によらずに高精度に距離を測定し、より正確に採点できる採点システム１０を提供することができる。

【0063】

以上、本発明の例示的な実施形態の測定装置、レーザ装置、及び、採点システムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、
第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、
前記第１スロー軸と前記第２スロー軸とが直交するように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を合成する合成部と、
前記合成部によって合成された合成レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部から出力された合成レーザ光の反射光を受光する受光部と
を含む、測定装置。
（付記２）
前記合成部は、前記第１スロー軸及び前記第２スロー軸が直交した状態で前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光が入射され、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を合成して出力する光学合成素子を有する、付記１に記載の測定装置。
（付記３）
前記第１光源、前記第２光源、及び前記光学合成素子は、前記第１レーザ光の前記第１スロー軸方向における強度分布の中心と、前記第２レーザ光の前記第２スロー軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置される、付記２に記載の測定装置。
（付記４）
第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、
前記第１スロー軸に対して直交する第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、
前記第１光源から出力される前記第１レーザ光をコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第２光源から出力される前記第２レーザ光をコリメートする第２コリメータレンズ(114)と、
前記第１コリメータレンズでコリメートされた前記第１レーザ光と、前記第２コリメータレンズ(114)でコリメートされた前記第２レーザ光とを合成して出力する光学合成素子と、
前記光学合成素子によって合成された合成レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部から出力された合成レーザ光の反射光を受光する受光部と
を含む、測定装置。
（付記５）
前記第２光源は、前記第１光源に対して、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の伝搬方向に垂直な断面視において、前記第２スロー軸が前記第１スロー軸に対して直交するように配置される、付記４に記載の測定装置。
（付記６）
前記第１光源、前記第２光源、前記第１コリメータレンズ、前記第２コリメータレンズ(114)、及び前記光学合成素子は、前記第１レーザ光の前記第１スロー軸方向における強度分布の中心と、前記第２レーザ光の前記第２スロー軸方向における強度分布の中心とが一致するようにアライメントされた状態で配置される、付記４又は５に記載の測定装置。
（付記７）
前記出力部は、前記合成レーザ光を２軸方向に走査する走査装置である、付記１乃至６のいずれか１項に記載の測定装置。
（付記８）
第１スロー軸を有する第１レーザ光を出力する第１光源と、
第２スロー軸を有する第２レーザ光を出力する第２光源と、
前記第１スロー軸と前記第２スロー軸とが直交するように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を合成する合成部と
を含む、レーザ装置。
（付記９）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の測定装置と、
前記測定装置から出力される前記合成レーザ光と、前記測定装置によって受光される前記反射光とに基づいて、対象物までの距離を測定する測距部と、
前記測距部によって測定される距離に基づいて前記対象物の動作を採点する採点部と
を含む、採点システム。

【符号の説明】

【0064】

５ 競技者
５Ａ 対象物
１０ 採点システム
２０ ＰＣ
２２ 採点部
１００ 測定装置
１１０ 投光部
１１１、１１２ レーザダイオード
１１３、１１４ コリメータレンズ
１１６ 偏光ビームスプリッタ
１１８ ＭＥＭＳミラー
１２０ 受光部
１３８ ＣＰＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】