(57)【要約】【課題】追尾対象を追尾して該追尾対象の位置を随時検知することにより、移動する測定対象の測定や指示された測定対象の測定を行えるようにすること。【解決手段】光信号処理部１０３〜１０５は、互いに波長の異なるレーザ光を、共通の光路Ａを介して測定対象に取り付けられたコーナーキューブ１００に出力し、又、コーナーキューブ１００で反射したレーザ光を各々検出する。制御部１０２は、光信号処理部１０３の光位置検出素子１１７の所定位置にレーザ光が戻るようにモータ１１０、１１１を制御し、これによって反射ミラー１１２の向きを制御して、レーザ光を追尾対象に追尾させる。制御部１０２は、光信号処理部１０４、１０５から出力されるレーザ光を追尾対象に追尾させつつ、光信号処理部１０４、１０５で検出した信号に基づいて、測定対象までの距離、測定対象の形状、位置、速度等を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の特性を測定するための測定用レーザ光を発生する測定用レーザ光発生手段と、前記測定用レーザ光が進む向きを制御する導光手段と、前記測定対象から戻った測定用レーザ光を使用して前記測定対象の特性を測定する測定手段と、追尾対象の位置を検知する位置検知手段と、前記位置検知手段で検知した前記追尾対象の位置に基づいて、前記測定用レーザ光が前記追尾対象に照射されるように前記導光手段を制御する制御手段とを備えて成り、
前記測定手段は、前記測定用レーザ光が前記測定対象に照射されるよう制御された状態で前記測定対象から戻った前記測定用レーザ光を使用して前記測定対象の特性を測定することを特徴とするレーザ測定装置。
【請求項２】
前記位置検知手段は、前記導光手段を介して前記追尾対象に追尾用レーザ光を照射する追尾用レーザ発生手段と、前記導光手段を介して前記追尾対象から戻った前記追尾用レーザ光を検出する光位置検出素子とを備えて成り、
前記制御手段は、前記追尾対象から戻る前記追尾用レーザ光が前記光位置検出素子の所定位置に戻るように前記導光手段を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ測定装置。
【請求項３】
前記導光手段には光ファイバケーブルが含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ測定装置。
【請求項４】
前記位置検知手段は、前記導光手段を介して所定の色を検知する色識別素子を有し、前記制御手段は、前記色識別素子が前記所定の色によって構成された追尾対象を検出するように前記導光手段を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ測定装置。
【請求項５】
前記位置検知手段は、音の大きさ及び方向を検知する音検知手段を有し、前記制御手段は、前記音検知手段が追尾対象である所定の音を検知するように前記導光手段を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ測定装置。
【請求項６】
前記音検知手段が所定の音の大きさ及び方向を検知したとき、該音の方向に威嚇する威嚇手段を備えて成ることを特徴とする請求項５記載のレーザ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置に関し、特に、所定の追尾対象に追尾しながら測定対象の測定を行うレーザ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レーザ光を使用して、所定位置から測定対象までの距離測定、測定対象の形状測定、測定対象の移動速度の測定、複数点間距離の測定等の各種測定を行うレーザ測定装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
レーザ光を使用することにより、測定対象から離れた場所で、測定対象までの距離、測定対象の形状、移動速度、複数点間距離等の測定を高精度に行うことが可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８２０４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８１５３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測定対象が移動する場合には、所定点から測定対象までの距離等が時々刻々と変化し又、測定対象の移動速度等も時々刻々と変化する場合があるため、測定対象を追尾しながら測定したいという要請がある。
また、測定対象から離れた位置で測定対象を指示し、該指示した測定対象を測定したいという要請もある。さらに、ある特定の色や音等の特定の事象が生じた場合に該事象が生じた場所に位置する測定対象を測定したいという要請もある。
【０００５】
本発明は、かかる要請に鑑みて成されたもので、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、追尾対象を追尾して該追尾対象の位置を随時検知することにより、移動する測定対象の測定や指示された測定対象の測定を行えるようにすることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、測定対象の特性を測定するための測定用レーザ光を発生する測定用レーザ光発生手段と、前記測定用レーザ光が進む向きを制御する導光手段と、前記測定対象から戻った測定用レーザ光を使用して前記測定対象の特性を測定する測定手段と、追尾対象の位置を検知する位置検知手段と、前記位置検知手段で検知した前記追尾対象の位置に基づいて、前記測定用レーザ光が前記追尾対象に照射されるように前記導光手段を制御する制御手段とを備えて成り、
前記測定手段は、前記測定用レーザ光が前記測定対象に照射されるよう制御された状態で前記測定対象から戻った前記測定用レーザ光を使用して前記測定対象の特性を測定することを特徴とするレーザ測定装置が提供される。測定手段は、測定用レーザ光が測定対象に照射されるよう制御された状態で前記測定対象から戻った前記測定用レーザ光を使用して前記測定対象の特性を測定する。
【０００７】
ここで、前記位置検知手段は、前記導光手段を介して前記追尾対象に追尾用レーザ光を照射する追尾用レーザ発生手段と、前記導光手段を介して前記追尾対象から戻った前記追尾用レーザ光を検出する光位置検出素子とを備えて成り、前記制御手段は、前記追尾対象から戻る前記追尾用レーザ光が前記光位置検出素子の所定位置に戻るように前記導光手段を制御するように構成してもよい。
また、前記導光手段には光ファイバケーブルが含まれているように構成してもよい。
【０００８】
また、前記位置検知手段は、前記導光手段を介して所定の色を検知する色識別素子を有し、前記制御手段は、前記色識別素子が前記所定の色によって構成された追尾対象を検出するように前記導光手段を制御するように構成してもよい。
また、前記位置検知手段は、音の大きさ及び方向を検知する音検知手段を有し、前記制御手段は、前記音検知手段が追尾対象である所定の音を検知するように前記導光手段を制御するように構成してもよい。
また、前記音検知手段が所定の音の大きさ及び方向を検知したとき、該音の方向に威嚇する威嚇手段を備えて成るように構成してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザ測定装置について説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の概略構成図、図２は本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の回路ブロック及び光学系を示す図である。
【００１０】
図１及び図２において、レーザ測定装置１０１は、複数の光信号処理部１０３、１０４、１０５、複数の光フィルタ１０６、１０７、データ通信用の通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０８、アンテナ１０９、複数のモータ１１０、１１１、反射ミラー１１２（モータ１１１及び反射ミラー１１２はガルバノミラーを構成する）、制御部１０２を備えている。
所定位置に固定して使用される主ケース１１８には、可動ケース１１３がＸ方向に（即ち、紙面に直交する面内で）回転可能に保持されている。主ケース１１８と可動ケース１１３との間には、モータ１１０を含むエンコーダ機能付き回転駆動部１１０１が設けられており、可動ケース１１３は回転駆動部１１０１によって、Ｘ方向に回転駆動される。
【００１１】
可動ケース１１３内には、制御部１０２、複数の光信号処理部１０３〜１０５、複数の光フィルタ１０６、１０７、通信Ｉ／Ｆ１０８、モータ１１１を含むエンコーダ機能付き回転駆動部１１１１、反射ミラー１１２が収容されている。
反射ミラー１１２は、モータ１１１を含む回転駆動部１１１１によってＹ方向に（即ち、紙面と平行な面内で）回転可能に保持されている。モータ１１１によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー１１２の回転中心は光路Ａ上にあり又、モータ１１１によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー１１２の回転軸は光路Ａと直交するように構成されている。
【００１２】
光路Ａを通って反射ミラー１１２で反射出力されたレーザ光は、トラッキング対象物（測定対象物）の方向に出力される。測定対象物の表面には、反射部材（例えばコーナーキューブ１００）が取り付けられており、該対象物（具体的にはコーナーキューブ１００）で反射したレーザ光はレーザ測定装置１０１側へ戻るように構成されている。
可動ケース１１３の回転軸は、光路Ａと平行になるように構成されている。換言すれば、可動ケース１１３の回転軸は、モータ１１１によって回転される反射ミラー１１２の回転軸と直交するように構成されている。前記回転駆動機構１１０１、１１１１は、各々、可動ケース１１３の回転駆動機能及び可動ケース１１３の回転量を検出するエンコーダ機能、反射ミラー１１２の回転駆動機能及び反射ミラー１１２の回転量を検出するエンコーダ機能を有しており、可動ケース１１３、反射ミラー１１２を連続旋回させることが可能な構成となっている。
【００１３】
制御部１０２はレーザ測定装置１０１全体の制御、モータ１１０、１１１等のレーザ測定装置１０１の構成要素の制御等を行う。また、制御部１０２は、光信号処理部１０３〜１０５で検出した光信号に基づいて対象物のトラッキング制御、対象物までの距離の算出処理、対象物の形状、位置、移動速度、移動方向、所定点から測定対象までの距離等の算出処理等を行う。
光信号処理部１０３は、第１の波長λ１（例えば、６３０ｎｍ）のレーザ光を光路Ａに出力するレーザ光発生部（例えば、半導体レーザ装置ＬＤ）１１５、レーザ光発生部１１５から入射した光の中の縦波（Ｐ波）成分のレーザ光を光路Ａに透過出力すると共に外部から光路Ａを介して入射したレーザ光の中の横波（Ｓ波）成分を光位置検出素子（ＰＳＤ）１１７側に反射出力する偏光ビームスプリッタ１１６、ビームスプリッタ１１６から出力される横波成分のレーザ光の位置を検出するＰＳＤ１１７を備えている。偏光ビームスプリッタ１１６は光路Ａに一致するように配設されている。ＰＳＤ１１７は、受光したレーザ光の位置を検出する機能を有しており、該受光したレーザ光の位置情報を出力信号として制御部１０２に出力する。尚、レーザ光発生部１１５から出力されるレーザ光は、追尾対象を追尾するための追尾用レーザ光として使用する。
【００１４】
光信号処理部１０４は、図２に示すように、光信号処理部１０３が利用するレーザ光の波長λ１とは異なる第２の波長λ２（例えば、８５０ｎｍ）のレーザ光を出力するレーザ光発生部（例えば、半導体レーザ装置ＬＤ）２０１、高周波発信器２０３、レーザ光発生部２０１から出力されたレーザ光を高周波発信器２０３の出力信号によって変調し出力する変調器２０２、変調器２０２から出力されたレーザ光の中の縦波（Ｐ波）成分のレーザ光を光路Ａに透過出力すると共に外部から光路Ａを介して入射したレーザ光の中の横波（Ｓ波）成分を位相差比較器２０４側に反射出力する偏光ビームスプリッタ２０５、ビームスプリッタ２０５から出力される横波成分のレーザ光を検出する光検出素子（ＰＤ）２０６を内部に有し、光検出素子２０６で検出した信号と高周波発信器２０３から出力される信号との間の位相差に相当する信号を出力する位相差比較器２０４を備えている。
【００１５】
光検出素子２０６は、所定レベル以上のレーザ光の有無を検出し、前記レーザ光のレベルに応じた信号を出力する。尚、光信号処理部１０４は、長い距離である第１の測定スケールの距離（例えば１００ｍまでの距離）の測定を行うためのものであり、したがって、レーザ光発生部２０１から出力されるレーザ光λ２は前記第１の測定スケールの距離の測定等に使用するものであり又、サイズの大きい対象物や遠くにある対象物の測定に使用する。
光信号処理部１０５は、光信号処理部１０３、１０４が利用するレーザ光の波長λ１、λ２とは異なる第３の波長λ３（例えば、６７０ｎｍ）のレーザ光を出力する点及び高周波発信器の出力信号周波数が相違する点を除いて、光信号処理部１０４と同様に構成されている。尚、光信号処理部１０５は、前記第１の測定スケールとは異なる測定スケール、例えば、前記第１の測定スケールよりも短い第２の測定スケールの距離（例えば２ｍまでの距離）の測定を行うためのものであり、したがって、光信号処理部１０５のレーザ光発生部から出力されるレーザ光λ３は前記第２の測定スケールの距離の測定等に使用するものであり又、サイズの小さい対象物や近くにある対象物の測定に使用する。
【００１６】
光フィルタ１０６は、第２の波長λ２のレーザ光を光信号処理部１０４側に反射すると共に、他の波長の光を透過するフィルタであり、例えばダイクロイックミラーによって構成された周波数依存型のハーフミラーである。光フィルタ１０６は、光路Ａに対して４５度傾いた状態で配設されており、光信号処理部１０４から出力された波長λ２のレーザ光は光フィルタ１０６で反射された後、波長λ１のレーザ光と同じように光路Ａを進むことになる。
光フィルタ１０７は、第３の波長λ３のレーザ光を光信号処理部１０５側に反射すると共に、他の波長の光を透過するフィルタであり、光フィルタ１０６と同様にダイクロイックミラーによって構成された周波数依存型のハーフミラーである。光フィルタ１０７は、光路Ａに対して４５度傾いた状態で配設されており、光信号処理部１０５から出力された波長λ３のレーザ光は光フィルタ１０７で反射された後、波長λ１、λ２のレーザ光と同じように光路Ａを進むことになる。
【００１７】
制御部１０２には、電気ケーブル１１４を介して複数のモータ１１０、１１１が接続されている。モータ１１０は、制御部１０２によって回転制御されるモータであり、制御部１０２からの制御信号に応答して回転し、回転駆動機構１１０１により可動ケース１１３をＸ方向に回転駆動する。モータ１１１は、制御部１０２によって回転制御されるモータで、制御部１０２からの制御信号に応答して回転し、回転駆動機構１１１１により反射ミラー１１２を、Ｘ方向と直交する方向であるＹ方向に回転駆動する。尚、可動ケース１１３の所定位置からの回転量及び反射ミラーの所定位置からの回転量は、各々、回転駆動機構１１０１、１１１１に含まれるエンコーダ機構によって検出される。
【００１８】
また、制御部１０２は、ＰＳＤ１１７で検出したレーザ光（戻り光）の位置に基づいて、反射ミラー１１２から測定対象物側に出力されるレーザ光の方向ずれの量（偏差量）を表す偏差量データを算出し、前記偏差量が零になるように反射ミラー１１２の是正量を演算し、前記偏差量が零になるようにモータ１１０、１１１を制御し、可動ケース１１０、反射ミラー１１２を回転駆動する。
通信Ｉ／Ｆ１０８は、制御部１０２で算出したデータ（例えば、所定位置から対象物までの距離、対象物の形状、対象物の移動速度等のデータ）を、アンテナ１０９から他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信するためのインタフェースである。
【００１９】
光フィルタ１０６、１０７、反射ミラー１１２は共通の光路Ａ上に配設されており、各光信号処理部１０３〜１０５側から測定対象物側へ出力するレーザ光及び測定対象物側から各光信号処理部１０３〜１０５側へ戻るレーザ光は前記光路Ａを経由するように構成されている。
図示していないが、レーザ測定装置１０１を駆動するための内蔵バッテリ、或いは、外部交流電源によって動作する仕様においてはスリップリングや変圧ユニット等が設けられている。
【００２０】
尚、光フィルタ１０６、１０７及び導光手段を構成する反射ミラー１１２は光経路手段を構成している。モータ１１０、１１１を含む回転駆動機構１１０１、１１１１は制御部１０２とともに反射ミラー１１２の向きを制御する制御手段を構成している。偏光ビームスプリッタ１１６、２０５、光位置検出素子１１７、光検出素子２０６は光検出手段を構成している。光信号処理部１０３は位置検知手段を構成し、光信号処理部１０４、１０５は制御部１０２とともに測定手段を構成している。光信号処理部１０４、１０５に含まれるレーザ光発生部は測定用レーザ光発生手段を構成し、光信号処理部１０３に含まれるレーザ光発生部１１５は追尾用レーザ発生手段を構成している。
【００２１】
以下、図１及び図２を用いて、本第１の実施の形態に係るレーザ測定装置１０１の動作を詳細に説明する。
先ず、電源を投入することによってレーザ測定装置１０１を起動させると、レーザ測定装置１０１は、モータ１１０、１１１を含む回転駆動機構１１０１、１１１１（回転駆動機構１１０１、１１１１によって自由度が２の回転駆動機構が構成される。）による反射ミラー１１２の方向制御により、測定対象物を発見する探査モードで動作する。
前記探査モードでは、反射ミラー１１２によって反射出力されるレーザ光が測定対象物（具体的には、測定対象物に取り付けたコーナーキューブ１００）に向くように、制御部１０２がモータ１１０、１１１を回転駆動する。
【００２２】
即ち、前記探査モードでは、対象物側（具体的には、対象物に取り付けられたコーナーキューブ１００）で反射された波長λ１の戻り光の横波がＰＳＤ１１７の所定位置（例えば、ＰＳＤ１１７の中心位置）で検出されるようになるまで、制御部１０２はモータ１１０、１１１を回転制御する。これにより、回転駆動機構１１０１、１１１１は、反射ミラー１１２の向きを制御して、対象物側で反射された波長λ１の戻り光の横波がＰＳＤ１１７の所定位置で検出されるようになる。
ここで、制御部１０２は探査制御手段を構成している。反射ミラー１１２の向きを時間とともに変えて探査を行う際の反射ミラー１１２の制御駆動パターン（探査パターン）として、直交軌跡系、斜交軌跡系、円軌跡系（螺旋、同心円方式）等の複数の探査パターンが標準パターンとして、制御部１０２内のメモリ（記憶手段）に予め準備されている。制御部１０２は、操作部（図示せず）によって指定された探査パターンを選択して、探査を行う。
【００２３】
レーザ測定装置１０１は、探査モードが終了すると、移動する測定対象物を追尾するために追尾制御モードに移行する。追尾制御モードは、測定対象物が移動した場合に、前記対象物の移動に追従して、レーザ測定装置１０１から出力されるレーザ光を測定対象物（具体的には、測定対象物に取り付けたコーナーキューブ１００）に向かせるために、前記測定対象物からの波長λ１のレーザ光がＰＳＤ１１７の所定位置（例えば、座標原点）に戻るように、制御部１０２がモータ１１０、１１１を回転制御するモードである。
即ち、前記追尾制御モードでは、偏光ビームスプリッタ１１６によって反射された横波の戻り光が光位置検出素子１１７の所定位置（例えば、座標原点）に戻るように制御部１０２はモータ１１０、１１１を回転制御する。ここで、制御部１０２は追尾制御手段を構成している。これにより、各光信号処理部１０３〜１０５のレーザ光発生部１１５、２０１、２０４から出力されたレーザ光は測定対象物を捉えていることになる。
【００２４】
追尾制御モードを更に詳述すると、対象物が移動すれば、戻り光の位置はＰＳＤ１１７の所定位置から位置がずれる。制御部１０２は、この位置ずれ量（偏差量）のＸ軸成分、Ｙ軸成分を演算して、Ｘ軸成分及びＹ軸成分の是正量を算出する。前記是正量は可動ケース１１３の回転是正量及び反射ミラー１１２の回転是正量としてフィードバック制御される。即ち、制御部１０２は、Ｘ軸成分の是正量及びＹ軸成分の是正量に応じた量だけモータ１１０、１１１を回転制御し、これにより、レーザ光λ１は常に、測定対象物を追尾できることになる。
この追尾制御モードにおいて、対象物側からの波長λ２の戻り光は光信号処理部１０４に帰還して光検出素子２０６で検出され、位相差比較器２０４によって光検出素子２０６の検出出力信号と高周波発生器２０３の出力信号との位相差が検出され、該位相差を表す信号（位相差信号）は制御部１０２に出力される。制御部１０２は、前記位相差信号に基づいて所定位置（例えば反射ミラー１１２の中心位置）を基準とする対象物までの距離ｒを算出する。これにより、長い第１のスケールでの距離測定が行われる。
【００２５】
制御部１０２が、光信号処理部１０４からの出力信号に基づいて、所定位置を基準とする対象物の位置を算出する位置算出手段として機能する場合には、制御部１０２は、回転駆動機構１１０１による反射ミラー１１２の所定位置からの回転量θ及び回転駆動機構１１１１による可動ケース１１３の所定位置からの回転量φを、各回転駆動機構１１０１、１１１１のエンコーダ部からの信号に基づいて判別し、光検出素子２０６からの信号に基づいて、前記所定位置を基準として、球極座標系の対象物の位置情報（ｒ，θ，φ）を算出する。
制御部１０２で算出した位置情報等のデータは、制御部１０２から通信Ｉ／Ｆ１０８及びアンテナ１０９を介して他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信する。
【００２６】
制御部１０２は、複数点の中心間距離計測等の算出を行うように構成することも可能である。また、制御部１０２は、制御部１０２の内部クロックを基準として時間を算出し、対象物の距離情報、位置情報に基づいて対象物の三次元空間における速度、加速度を算出するように構成することも可能である。
尚、短い第２のスケールでの距離測定を行う場合には、光信号処理部１０５が波長λ３のレーザ光を利用して前記同様の処理を行い、これによって、前記第１の測定スケールよりも短い第２の測定スケールの距離測定等が行われる。
【００２７】
次に、測定対象物の形状や所定点間の距離等の静的な測定を行うモードである走査モードについて説明する。
前述した探査モードは、戻りレーザ光をＰＳＤ１１７の所定の検出領域に捉えるまで、所定の探査パターンに従って波長λ１のレーザ光で探査し、ＰＳＤ１１７が戻りレーザ光を検出するように構成している。
一方、走査モードは、前記探査モードで対象物を捉えた状態において、静止物体や動きの遅い移動体の形状等を測定するモードである。即ち、走査モードでは、静止物体や動きの遅い移動体を含む領域について、制御部１０２からモータ１１０、１１１に対して、レーザ光によって適切なパターンで走査を行うための指示を出す。
【００２８】
この場合、対象物側からの波長λ２の戻り光は光信号処理部１０５に帰還して、光検出素子２０６で検出され、位相差比較器２０４によって位相差が検出され、制御部１０２によって所定のデータ処理がリアルタイムでなされる。制御部１０２が、光信号処理部１０４からの出力信号に基づいて、対象物の形状を算出する形状算出手段として機能する場合には、対象物表面の曲面等の形状が算出される。
制御部１０２で算出した対象物の形状等のデータは、制御部１０２から通信Ｉ／Ｆ１０８及びアンテナ１０９を介して他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信する。
【００２９】
尚、サイズの小さな対象物の測定を行うために第２のスケールでの測定を行う場合には、光信号処理部１０５が波長λ３のレーザ光を利用して前記同様の処理を行う。これによって、前記第１の測定スケールよりも短い第２の測定スケールでの形状測定等が光信号処理部１０５を用いて行われ、サイズの小さな対象物の形状等の測定が行われる。
また、前記第１の実施の形態では構成を簡単にするために、反射ミラー１１２、モータ１１１を含む回転駆動機構１１１１以外にも、制御部１０２、光信号処理部１０３〜１０５、通信Ｉ／Ｆ１０８等の構成要素を可動ケース１１３内に収容するように構成したが、反射ミラー１１２及びモータ１１１を含む回転駆動機構１１１１のみを可動ケース１１３内に収容すると共に、前記他の構成要素は主ケース１１８内に収容するように構成してもよい。
また、前記光路Ａに光ファイバケーブルが含まれているように構成してもよい。この場合、反射ミラー１１２、回転駆動機構１１０１、１１１１を本体ケース１１８から切り離すと共に、反射ミラー１１２を前記光ファイバケーブルを介して光路Ａに接続し、制御部１０２で前記同様に回転駆動機構１１０１、１１１１を制御することにより、反射ミラー１１２の向きを制御するようにしてもよい。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の構成図である。本第２の実施の形態は、追尾対象として特定の色を使用する例である。
図３において、レーザ測定装置３０１は、色識別素子を構成するカラー画像検出素子（カラーＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）３０３、光信号処理部３０４、光フィルタ３０５、データ通信用の通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）３０６、アンテナ３０７、複数のモータ３０８、３０９、反射ミラー３１０、制御部３０２を備えている。
主ケース３１３内には、制御部３０２、ＣＣＤ３０３、光信号処理部３０４、光フィルタ３０５、通信Ｉ／Ｆ３０６及びモータ３０８が収容されていると共に、アンテナ３０７が外部に突出するように主ケース３１３に取り付けられている。
【００３１】
主ケース３１３は所定位置に固定して使用される。可動ケース３１１内には、モータ３０９及び反射ミラー３１０が収容されている。モータ３０９及び反射ミラー３１０によってガルバノミラーが構成されている。尚、前記第１の実施の形態ではモータ１１０、１１１を有する回転駆動機構１１０１、１１１１を使用したが、本実施の形態では、ステッピングモータ３０８、３０９を使用している。これにより、制御部３０２は、ステッピングモータ３０８、３０９へ供給したパルス数によって後述するＸ方向やＹ方向への回転量を把握することができる。
【００３２】
反射ミラー３１０は可動ケース３１１内の所定位置に、Ｙ方向に（即ち、紙面と平行な面内で）回転可能なように保持されている。反射ミラー３１０はモータ３０９によってＹ方向に回転駆動される。モータ３０９によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー３１０の回転中心は光路Ａ上にあり又、モータ３０９によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー３１０の回転軸は光路Ａと直交するように構成されている。
可動ケース３１１は回転機構により、Ｘ方向に（即ち、紙面に直交する面内で）回転可能な状態で主ケース３１３に保持されており、モータ３０８によってＸ方向に回転駆動される。可動ケース３１１の回転軸は、光路Ａと平行になるように構成されている。換言すれば、可動ケース３１１の回転軸は、モータ３０９によって回転される反射ミラー３１０の回転軸と直交するように構成されている。前記回転機構は回転駆動機能、可動ケース３１３の回転量を検出するエンコーダ機能とを有しており、可動ケース３１３を連続旋回させることが可能な構成となっている。
【００３３】
制御部３０２はレーザ測定装置３０１全体の制御、モータ３０８、３０９等のレーザ測定装置３０１の構成要素の制御等を行う。また、制御部３０２は、光信号処理部３０４で検出した信号に基づいて測定対象物の形状、位置、移動速度、移動方向、所定点から測定対象までの距離等の算出処理を行う。
カラー画像検出素子３０３は色を検出可能なＣＣＤによって構成されており、色を識別することが可能な色識別素子である。また、カラー画像検出素子３０３は、レーザ光のように収束した光を受光した場合には、前記受光した光の位置を検出することができる機能（ＰＳＤと同じ機能）を有している。また、カラー画像検出素子３０３は、画像認識機能を有しており、対象物から受光した光に基づいて、前記対象物の形状を認識することが可能な素子である。
【００３４】
このため、カラー画像検出素子３０３は、反射ミラー３１０、光路Ａ及びビームスプリッタ３０５を介して対象物から受光した特定色（特定波長帯）の収束光（例えばレーザ光）の位置を検出する機能を有しており、該受光した収束光の位置情報を出力信号として制御部３０２に出力する。したがって、カラー画像検出素子３０３から出力される位置情報の信号を用いて、後述するように、追尾対象を追尾制御することができる。
光信号処理部３０４は、前記第１の実施の形態における光信号処理部１０４と同様に構成されている。尚、光信号処理部３０４から出力されるレーザ光は、所定の基準位置と測定対象間の距離や、所定位置を基準とする測定対象の位置、測定対象の形状、複数点間の距離等を測定するために使用するものである。
【００３５】
制御部３０２には、電気ケーブル３１２を介して複数のモータ３０８、３０９が接続されている。モータ３０８は、制御部３０２によって回転制御されるモータで、制御部３０２からの制御信号に応答して可動ケース３１１をＸ方向に回転駆動する。モータ３０９は、制御部３０２によって回転制御されるモータで、制御部３０２からの制御信号に応答して反射ミラー３１０を、Ｘ方向と直交する方向であるＹ方向に回転駆動する。
また、制御部３０２は、ＣＣＤ３０３で検出した特定色の光の位置に基づいて、反射ミラー３１０の向きのずれ量（偏差量）を表す偏差量データを算出し、前記偏差量が零になるように反射ミラー３１０の是正量を演算し、前記偏差量が零になるようにモータ３０８、３０９を回転制御し、前記偏差量が零になるように可動ケース３１１、反射ミラー３１０を回転駆動する。
【００３６】
これにより、制御部３０２は、ＣＣＤ３０３が常に所定色の追従対象を検出するようにモータ３０８、３０９を回転制御する。尚、ＣＣＤ３０３が前記所定色の追従対象を追従して検出している状態では、光信号処理部３０４から出力するレーザ光が、前記所定色の追従対象と同一位置にある測定対象に照射されると共に前記測定対象から戻るレーザ光が光信号処理部３０４に戻ることになる。
通信Ｉ／Ｆ３０６は、制御部３０２で算出したデータ（例えば、測定対象物の形状、所定位置から測定対象物までの距離、測定対象物の移動速度等のデータ）を、アンテナ３０７から他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信するためのインタフェースである。
【００３７】
光フィルタ３０５、反射ミラー３１０は共通の光路Ａ上に配設されており、光信号処理部３０４側から測定対象物側へ出力するレーザ光及び測定対象物側から光信号処理部３０４側へ戻るレーザ光は前記光路Ａを経由するように構成されている。また、ＣＣＤ３０３で受光する外部からの光も光路Ａを経由するように構成されている。
図示していないが、レーザ測定装置３０１を駆動するための内蔵バッテリ、或いは、外部交流電源によって動作する仕様においてはスリップリングや変圧ユニット等が設けられている。
尚、制御部３０２及び光信号処理部３０４は測定手段を構成し、フィルタ３０５及び導光手段を構成する反射ミラー３１０は光経路手段を構成している。色識別素子であるカラーＣＣＤ３０３は位置検知手段を構成している。モータ３０８、３１０は制御部３０２とともに反射ミラー３１０を回転制御する制御手段を構成している。
【００３８】
図４は、図３に示した第２の実施の形態の動作を説明するための説明図で、図３と同一部分には同一符号を付している。
図４において、レーザ測定装置３０１には、レーザ測定装置３０１を移動できるように車輪が取り付けられている例である。４０３は、測定対象である板部材である。４０２は、板部材４０３における測定位置（換言すれば、追尾対象）を示すための位置指示器（例えば、レーザポインタ）であり、所定色（例えば、赤色）の収束光（例えばレーザ光）を出力する。使用者４０１は、位置指示器４０２を使用して、板部材４０３の所望の位置に赤色レーザ光を照射する。これにより、板部材４０３には、赤色レーザ光によって赤色光の点４０４が示される。前記赤色光の点４０４が、本実施の形態における追尾対象であり又、該点４０４で示された位置が測定対象となる。
【００３９】
以下、図３及び図４を用いて、本第２の実施の形態に関して、本第２の実施の形態の特徴である、追尾対象を追尾しつつ測定対象を測定する追尾モードにつき説明する。
先ず、使用者４０１は、位置指示器４０２を用いて、板部材４０３の一端部４０５の位置を示すために、板部材４０３の一端部４０５に赤色光点４０４を当てる。
レーザ測定装置３０１は、探査モードにおいて、制御部３０２がモータ３０８、３０９を駆動制御することによって反射ミラー３１０の向きを制御し、ＣＣＤ３０３が追尾対象である赤色光点４０４を検出すると、追尾モードに移行する。
【００４０】
追尾モードにおいて、使用者４０１が位置指示器４０２をＦ方向に移動操作することによって、赤色光点４０４を板部材４０３の一端部４０５から他端部４０６までＦ方向に移動させると、制御部３０２は、赤色光点４０４からの光がＣＣＤ３０３の所定位置（例えば、所定の座標原点）に戻るようにモータ３０８、３０９を回転制御する。これにより、ＣＣＤ３０３は、赤色光点４０４の移動に追従して赤色光点４０４を検出することになる。
これと同時に、制御部３０２は、レーザ測定装置３０１のレーザ光処理部３０４からレーザ光を照射する。レーザ光処理部３０４から出力されるレーザ光は、板部材４０３における赤色光点４０４によって照射された位置に照射されるため、赤色光点４０４の移動に追尾して、前記レーザ光の照射位置が移動することになる。
【００４１】
即ち、前記追尾モードでは、赤色光点４０４からの光がＣＣＤ３０３の前記所定位置に戻るように制御部３０２はモータ３０８、３０９を回転制御する。ここで、制御部３０２は追尾制御手段を構成している。これにより、光信号処理部３０４のレーザ光発生部から出力されたレーザ光は測定対象である板部材４０３における赤色光点４０４の位置を捉えていることになる。
追尾対象４０４が移動すれば、ＣＣＤ３０３で受光する光の位置はＣＣＤ３０３の前記所定位置から位置ずれする。制御部３０２は、この位置ずれ量（偏差量）のＸ軸成分、Ｙ軸成分を演算して、Ｘ軸成分及びＹ軸成分の是正量を算出する。前記是正量は可動ケース３１１の回転是正量及び反射ミラー３１０の回転是正量としてフィードバック制御される。即ち、制御部３０２は、Ｘ軸成分の是正量及びＹ軸成分の是正量に応じた量だけモータ３０８、３０９を回転制御し、これにより、レーザ光λは常に、追尾対象である赤色光点４０４を追尾できることになる。
【００４２】
この追尾モードにおいて、光信号処理部３０４から出力された波長λのレーザ光は板部材４０３における赤色光点４０４の位置で反射され、板部材４０３からの前記戻り光は光信号処理部３０４に帰還して検出される。使用者４０１が赤色光点４０４を、板部材４０３の一端部４０５から他端部４０６まで移動させることにより、光信号処理部３０４から出力されたレーザ光を板部材４０３の一端部４０５から他端部４０６まで移動させることができる。
このときに、制御部３０２がモータ３０８、３０９を回転駆動した量や光信号処理部３０４で検出した信号に基づいて、制御部３０２は所定のデータ処理を行い、板部材４０３の長さが算出される。尚、板部材４０３の端部であること、即ち、現在検出している点が一端部４０５や他端部４０６であることは、例えば、板部材４０３の角部とそれ以外の部分では反射する光量が異なるため、光信号処理部３０４で検出する光量が変化することによって判別できる。
【００４３】
以上のように、追尾対象として特定の色を使用することにより、レーザポインタなどを使用して遠隔的にレーザ測定装置３０１の測定位置を誘導することが可能になり、所望の測定対象の測定を行うことが可能になる。また、色彩情報につては感性評価を定量的に扱うことにより、高精度な追尾制御が可能になる。また、色の同一性や近似性の判定には、ファジー制御等により感性工学的に定量化して扱うことにより、判定精度を向上させることが可能になる。
【００４４】
尚、本第２の実施の形態では、追尾対象である赤色光点４０４を追尾することによって測定対象である板部材４０３の長さを測定する例を説明したが、種々の変形が可能である。
例えば、制御部３０２が、光信号処理部３０４の出力信号に基づいて、所定位置（例えば、反射ミラー３１０の中心位置）を基準とする板部材４０３の特定位置を算出する位置算出手段として機能する場合には、赤色光点４０４で板部材４０３上の所望の点を指示することにより、制御部３０２はモータ３０９による反射ミラー３１０の回転位置及びモータ３０８による可動ケース３１１の回転位置を判別し、光信号処理部３０４の出力信号に基づいて、前記所定位置を基準として、対象の位置情報例えば、ＸＹＺ座標（Ｚ，Ｙ，Ｚ）を算出するように構成すればよい。
また、一端部４０５と他端部４０６の中点を光点４０４で指示するなど、複数の特定点間の２分割点や３分割点など分割点のケガキも可能である。
【００４５】
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザ測定装置の構成図である。本第３の実施の形態は、追尾対象として特定の音を使用する例である。
図５において、レーザ測定装置５０１は、光信号処理部５０３、音響解析部５０４、増幅器５０５、複数のモータ５０８、５０９、反射ミラー５１０、制御部５０２、取り付け部５０６によって可動ケース５１１に取り付けられた音響インテンシティ・プローブ５０７、光フィルタ５１４、音源等を照射するための照射用レーザ光を発生する照射用レーザ光発生部５１５を備えている。レーザ光発生部５１５から出力されるレーザ光は、音源等を照射して威嚇するための威嚇用レーザ光等として使用される。
音響インテンシティ・プローブ５０７は、相互の位置関係が所定距離に設定された複数（例えば、２〜４個）のプローブ（音強度検出器）を有しており、前記各プローブで検出した音の強さを、音響信号として複数のスカラー量の信号を出力する音響検出機器であり、音検知手段を構成している。
【００４６】
主ケース５１３内には、制御部５０２、光信号処理部５０３、ステッピングモータ５０８、光フィルタ５１４、レーザ光発生部５１５が収容されている。光信号処理部５０３は、図１の光信号処理部１０４、１０５と同様の構成であり、その内部に、測定用レーザ光発生手段を構成する測定用レーザ光発生部を有している。前記測定用レーザ光発生部から出力される測定用レーザ光を威嚇用レーザ光として使用することも可能である。
主ケース５１３は所定位置に固定して使用される。可動ケース５１１内には、ステッピングモータ５０９及び反射ミラー５１０が収容されている。モータ５０９及び反射ミラー５１０によってガルバノミラーが構成されている。また、取り付け部５０６及び音響インテンシティ・プローブ５０７も通常は可動ケース５１１に配設されるが、他の離れた場所に配設することも可能である。
【００４７】
反射ミラー５１０は可動ケース５１１内の所定位置に、Ｙ方向に（即ち、紙面と平行な面内で）回転可能なように保持されている。反射ミラー５１０はモータ５０９によってＹ方向に回転駆動される。モータ５０９によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー５１０の回転中心は光路Ａ上にあり又、モータ５０９によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー５１０の回転軸は光路Ａと直交するように構成されている。
可動ケース５１１は回転機構により、Ｘ方向に（即ち、紙面に直交する面内で）回転可能な状態で主ケース５１３に保持されており、モータ５０８によってＸ方向に回転駆動される。可動ケース５１１の回転軸は、光路Ａと平行になるように構成されている。換言すれば、可動ケース５１１の回転軸は、モータ５０９によって回転される反射ミラー５１０の回転軸と直交するように構成されている。前記回転機構は回転駆動機能、可動ケース５１３の回転量を検出するエンコーダ機能とを有しており、可動ケース５１３を連続旋回させることが可能な構成となっている。
【００４８】
制御部５０２はレーザ測定装置５０１全体の制御、モータ５０８、５０９等のレーザ測定装置５０１の構成要素の制御等を行う。また、制御部５０２は、光信号処理部５０３で検出した信号に基づいて測定対象物の形状、位置、移動速度、移動方向、所定点から測定対象までの距離等の算出処理を行う。
音響インテンシティ・プローブ５０７で検出した音響信号は、増幅器５０５で増幅された後、音響解析部５０４によって解析される。音響解析部５０４は、音響インテンシティ・プローブ５０７からの音響信号（複数のスカラー量で表される各プローブからの音の強さの信号）を解析して、追尾対象である音の強さ及び音源の方向（ベクトル量）を表す音響データ信号を制御部５０２に出力する。
【００４９】
制御部５０２は、音響解析部５０４からの音響データ信号に基づいてモータ５０８、５０９を回転制御することにより、光信号処理部から出力した測定用レーザ光が偏光ビームスプリッタ５１４を介して、前記追尾対象と同一位置に位置する測定対象に照射されるように、反射ミラー５１０の向きを制御する。前記追尾対象と同一位置に位置する測定対象から戻ったレーザ光が光信号処理部５０３で検出される状態において、該測定対象に対して威嚇を行う場合には、レーザ光発生部５１５から威嚇用レーザ光が前記測定対象に照射される。
【００５０】
尚、測定対象を測定するのみであれば、必ずしもレーザ光発生部５１５は不要であるが、後述するように、一定の異様な物音を検出した場合には泥棒の侵入等のような異常事態が発生したと判断して、レーザ光発生部５１５を使用してレーザ光による威嚇を行うように構成することができる。
制御部５０２には、電気ケーブル５１２を介して複数のモータ５０８、５０９が接続されている。モータ５０８は、制御部５０２によって回転制御されるモータで、制御部５０２からの制御信号に応答して可動ケース５１１をＸ方向に回転駆動する。モータ５０９は、制御部５０２によって回転制御されるモータで、制御部５０２からの制御信号に応答して反射ミラー５１０を、Ｘ方向と直交する方向であるＹ方向に回転駆動する。
【００５１】
また、制御部５０２は、音響インテンシティ・プローブ５０７で検出した音響信号に基づいて、反射ミラー５１０の向きのずれ量（偏差量）を表す偏差量データを算出し、前記偏差量が零になるように反射ミラー５１０の是正量を演算し、前記偏差量が零になるようにモータ５０８、５０９を回転制御し、可動ケース５１１、反射ミラー５１０を回転駆動する。これにより、制御部５０２は、追尾対象でもある測定対象が反射ミラー５１０を介して光信号処理部５０３で検出されるように制御する。
【００５２】
ビームスプリッタ５１４、反射ミラー５１０は光路Ａ上に配設されており、光信号処理部５０３側から対象側へ出力するレーザ光及び対象側から光信号処理部５０３側へ戻るレーザ光は光路Ａを経由するように構成されている。図示していないが、レーザ測定装置５０１を駆動するための内蔵バッテリ、或いは、外部交流電源によって動作する仕様においてはスリップリングや変圧ユニット等が設けられている。
尚、制御部５０２及び光信号処理部５０３は測定手段を構成し、ビームスプリッタ５１４及び導光手段を構成する反射ミラー５１０は光経路手段を構成している。モータ５０８、５０９は制御部５０２とともに反射ミラー５１０の向きを制御する制御手段を構成している。音響解析部５０４、増幅器５０５及び音響インテンシブ・プローブ５０７は特定の音源（音の方向、強さ及び周波数特性）を検知する音源検知手段を構成しており又、前記音源の位置を検知する位置検知手段を構成している。
【００５３】
図６は、図５に示した第３の実施の形態の動作を説明するための説明図で、図５と同一部分には同一符号を付している。図６において、レーザ測定装置５０１には、レーザ測定装置５０１を移動できるように車輪が取り付けられている。６０１は追尾対象であるとともに測定対象である家屋への侵入者、６０２は部屋のドア、６０３はドアノブである。
以下、図５及び図６を用いて、本第３の実施の形態に関して、特に、追尾対象を追尾しつつ測定対象を測定する追尾モードについて詳細に説明する。
【００５４】
今、レーザ測定装置５０１は探査モードにあり、音響インテンシブ・プローブ５０７によって家屋内を音響的に走査しているものとする。この場合、音響的な走査と同時に、反射ミラー５１０を駆動して、光信号処理部５０３によりドア６０２のノブ６０３の位置や形状等の認識を行うようにしてもよい。
この状態で、家屋への侵入者６０１が廊下で所定レベル以上の音（異常音）をたてると、音響インテンシティ・プローブ５０７は追尾対象である前記異常音を検出し、音の大きさ及び音源（この場合は侵入者６０１）の方向を算出するための音響信号を出力する。
【００５５】
前記音響信号は、増幅器５０５で増幅された後、音響解析部５０４によって解析される。音響解析部５０４は、音響インテンシティ・プローブ５０７からの音響信号に基づいて、追尾対象である音の強さ及び音源（侵入者６０１）の方向を表す音響データ信号を制御部５０２に出力する。制御部５０２は、音響解析部５０４からの前記音響データ信号に基づいてモータ５０８、５０９を回転制御して、測定対象である侵入者６０１が反射ミラー５１０及びビームスプリッタ５１４を介して光信号処理部５０３で検出されるように制御する。
以後、レーザ測定装置１は追尾制御モードに移行する。音響インテンシティ・プローブ５０７で検出する音響信号が最大ベクトルとなる方向に反射ミラー５１０の向きを制御する。音強度解析は通常の音圧域より周波数域を狭くすることによって、ノイズや派生音などの影響をさけることができ、検出精度をより高精度にすることが可能になる。
【００５６】
この場合、追尾対象は音の発生点、測定対象は侵入者６０１であるが、追尾対象と測定対象が同一位置に位置することになるため、侵入者６０１からの光を光信号処理部５０３で検出することにより、制御部５０２は光信号処理部５０３の検出データに基づいて、侵入者６０１の顔や姿勢等の侵入者の特徴の測定、侵入者の位置、移動速度等を算出することが可能になる。
制御部５０２の記憶手段（図示せず）に居住者の顔や姿勢等の特徴のデータを予め記憶しておき、光信号処理部５０３で検出した侵入者６０１の特徴と前記記憶手段に記憶した特徴データが一致するか否かを判別することにより、動いている人が居住者なのかあるいは本当の侵入者なのかを判別するようにしてもよい。
【００５７】
このとき、制御部５０２は、レーザ光発生部５１５から出力されるレーザ光は航路Ａを通って出力されるように配設されているため、制御部５０２が、検出した人６０１が侵入者であると判断した場合には、レーザ光発生部５１５から、所定の安全性基準を満足するような強度の威嚇用レーザ光を発生させることにより、該レーザ光を侵入者６０１に照射して威嚇する。前記レーザ光の色は赤色や青色など適宜選択使用する。これにより、家屋などにおけるセキュリティの確保にも効果的に使用可能である。
以上のように、本第３の実施の形態によれば、音による誘導制御が可能になる。測定対象が見えなくても移動物体の認知が可能になるため、追尾制御における初期の追尾が容易になる。また、暴走族の取り締まりなどにも効果的である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ測定装置によれば、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、追尾対象を追尾して該追尾対象の位置を随時検知することにより、移動する測定対象の測定や指示された測定対象の測定を行うことが可能になる。また、威嚇を行うようにすれば、セキュリティの確保などにも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の回路ブロック及び光学系を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の全体構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ測定装置の全体構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ測定装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１００・・・コーナーキューブ
１０１、３０１、５０１・・・レーザ測定装置
１０２・・・制御手段、測定手段を構成する制御部
１０３・・・位置検知手段を構成する光信号処理部
１０４、１０５、３０４、５０３・・・測定手段を構成する光信号処理部
１０６、１０７・・・光経路手段を構成する光フィルタ
１０８、３０６、・・・通信インタフェース
１０９、３０７・・・アンテナ
１１０、１１１、３０８、３０９、５０８、５０９・・・制御手段を構成するモータ
１１２、３１０、５１０・・・導光手段を構成する反射ミラー
１１３、３１１、５１１・・・可動ケース
１１４、３１２、５１２・・・電気ケーブル
１１５、２０１、５１５・・・レーザ光発生手段としてのレーザ光発生部
１１６、３０５、５１４・・・光検出手段を構成する偏光ビームスプリッタ
１１７・・・光検出手段を構成する光位置検出素子
１１８、３１３、５１３・・・主ケース
２０６・・・光検出手段を構成する光検出素子
３０３・・・位置検知手段を構成するカラーＣＣＤ
５０４・・・位置検知手段を構成する音響解析部
５０５・・・位置検知手段を構成する増幅器
５０７・・・位置検知手段を構成する音響インテンシブ・プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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