(57)【要約】【課題】  対象物の位置に感度が依存せず、対象物の動きを正確に把握することができる動き検出装置を提供する。【解決手段】  対象領域に複数の輝点を投影する投影装置１１と、複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置１２と、撮像された像上の複数の輝点の移動に基づいて、対象領域に存在する対象物の動きを測定する測定手段１４と、撮像装置１２のレンズの主平面と複数の輝点のうちの任意の輝点との第１の距離、及び該輝点と投影装置１１を通る直線と主平面との交点と撮像装置１２との第２の距離を補正する補正手段２４とを備え、撮像装置１２は、光軸が測定される動きの方向に対して傾きを有するように設置され、補正手段２４は、撮像された輝点の位置情報に基づいて、傾きによって生じる第１、第２の距離の変化を補正するように構成される。【選択図】  図４
2006061223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象領域に複数の輝点を投影する投影装置と；
前記複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置と；
撮像された像上の前記複数の輝点の移動に基づいて、前記対象領域に存在する対象物の動きを測定する測定手段と；
前記撮像装置のレンズの主平面と前記複数の輝点のうちの任意の輝点との第１の距離、及び該輝点と前記投影装置を通る直線と前記主平面との交点と前記撮像装置との第２の距離を補正する補正手段とを備え；
前記撮像装置は、光軸が前記測定される動きの方向に対して傾きを有するように設置され、
前記補正手段は、撮像された輝点の位置情報に基づいて、前記傾きによって生じる前記第１、第２の距離の変化を補正する、
動き検出装置。
【請求項２】
対象領域に複数の輝点を投影する投影装置と；
前記複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置と；
撮像された像上の前記複数の輝点の移動に基づいて、前記対象領域に存在する対象物の動きを測定する測定手段とを備え；
前記撮像装置は、光軸が前記測定される動きの方向に対して傾きを有するように設置され、
前記投影装置は、前記対象領域に対して、前記撮像装置のレンズの主平面よりも離れた位置に設置される、
動き検出装置。
【請求項３】
前記測定結果に基づいて、前記動きの変動情報を生成する変動情報生成手段を備える；
請求項１又は請求項２に記載の動き検出装置。
【請求項４】
前記対象物は呼吸をするものであり；
前記変動情報に基づいて、前記対象物の呼吸の状態を判定する呼吸判定手段を備える；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の動き検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動き検出装置に関し、特に対象物の位置に感度が依存せず、対象物の動きを正確に把握することができる動き検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空間内、例えば風呂場やトイレ等での対象物、例えば人物の動きを検出する動き検出装置として、従来から、動き検出センサが提案されている。代表的な例としては、ベッド上の就寝者にパターンを投影し、投影されたパターンを連続的に撮像した画像からパターンの移動量を算出することで、就寝者の呼吸を監視する動き検出装置があった。この装置では、例えば呼吸の有無を検出するばかりでなく、呼吸運動の増減やその量を計測・モニタリングすることが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１７５５８２号公報  （第５−９頁、第１−１３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、以上のような従来の装置によれば、例えば、基線長を長くするためパターンを撮像する撮像装置を対象物の中心から外して設置した場合、撮像装置の光軸が対象物に対して斜めに設置されることがあった。これにより、例えば対象物の位置に対象物の高さ変動や呼吸信号等の感度が依存してしまうことがあり、対象物の動きを正確に把握しがたいことがあった。
【０００４】
そこで本発明は、対象物の位置に感度が依存せず、対象物の動きを正確に把握することができる動き検出装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による動き検出装置は、例えば図４に示すように、対象領域に複数の輝点を投影する投影装置１１と；複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置１２と；撮像された像上の複数の輝点の移動に基づいて、対象領域に存在する対象物の動きを測定する測定手段１４と；撮像装置１２のレンズの主平面と複数の輝点のうちの任意の輝点との第１の距離、及び該輝点と投影装置１１を通る直線と主平面との交点と撮像装置１２との第２の距離を補正する補正手段２４とを備え；撮像装置１２は、光軸が測定される動きの方向に対して傾きを有するように設置され、補正手段２４は、撮像された輝点の位置情報に基づいて、傾きによって生じる第１、第２の距離の変化を補正するように構成される。
【０００６】
このように構成すると、補正手段は、各輝点毎に、撮像された輝点の位置情報に基づいて、撮像装置の光軸の傾きによって生じる第１、第２の距離の変化を補正するので、対象物の位置に感度が依存せず、対象物の動きを正確に把握することができる動き検出装置を提供することができる。
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による動き検出装置は、例えば図４に示すように、対象領域に複数の輝点を投影する投影装置１１１と；複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置１２と；撮像された像上の複数の輝点の移動に基づいて、対象領域に存在する対象物の動きを測定する測定手段１４とを備え；撮像装置１２は、光軸が測定される動きの方向に対して傾きを有するように設置され、投影装置１１１は、対象領域に対して、撮像装置１２のレンズの主平面よりも離れた位置に設置されるように構成される。
【０００８】
このように構成すると、各輝点毎の撮像装置のレンズの主平面と輝点との距離の変動による感度の変動と、輝点と投影装置を通る直線と主平面との交点と撮像装置と距離の変動による感度の変動とが相殺されるので、対象物の位置に感度が依存せず、対象物の動きを正確に把握することができる動き検出装置を提供することができる。
【０００９】
また請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の動き検出装置では、測定結果に基づいて、動きの変動情報を生成する変動情報生成手段２２を備えるように構成してもよい。
【００１０】
このように構成すると、補正後の対象物の動きの変動情報を例えば医師等の診断の参考にすることができる。
【００１１】
また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の動き検出装置では、対象物は呼吸をするものであり；変動情報に基づいて、対象物の呼吸の状態を判定する呼吸判定手段２３を備えるように構成してもよい。
【００１２】
このように構成すると、対象物の呼吸の状態を容易に把握することができる。また、例えば、睡眠時無呼吸症候群（ＳＡＳ）や、その他の呼吸器疾患の診断に情報を利用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、対象領域に複数の輝点を投影する投影装置と、複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置と、撮像された像上の複数の輝点の移動に基づいて、対象領域に存在する対象物の動きを測定する測定手段と、撮像装置のレンズの主平面と複数の輝点のうちの任意の輝点との第１の距離、及び該輝点と投影装置を通る直線と主平面との交点と撮像装置との第２の距離を補正する補正手段とを備え、撮像装置は、光軸が測定される動きの方向に対して傾きを有するように設置され、補正手段は、撮像された輝点の位置情報に基づいて、傾きによって生じる第１、第２の距離の変化を補正するように構成されるので、対象物の位置に感度が依存せず、対象物の動きを正確に把握することができる動き検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１３を参照して説明する。各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。なお、本発明の第２の距離としての基線長（後述する）は、本発明の実施の形態では、任意の輝点と投影装置を通る直線と撮像装置のレンズの主平面との交点と、撮像装置（より具体的には結像レンズの光軸）との距離である。しかしながら、図１から図１１までの各図では、本発明の実施の形態に係る動き検出装置を原理的に説明するため、特に断りのない限り、投影装置が撮像装置のレンズの主平面にあり、かつ、当該主平面が対象領域の平面と平行であるものとして、単に投影装置と撮像装置との距離が基線長である場合で説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る動き検出装置としての呼吸モニタ１の模式的外観図である。呼吸モニタ１は、対象領域を監視するように構成されている。呼吸モニタ１は、対象領域に存在する対象物の高さ方向の動きを複数の測定点で測定する三次元センサ、本実施の形態では、ＦＧセンサ１０と、ＦＧセンサ１０を制御する演算装置２０とを含んで構成される。
【００１６】
本実施の形態では、対象物は、典型的には呼吸をするものである。すなわち、対象物は、例えば人物や動物である。本実施の形態では、対象物は人物２として説明する。また対象物の高さ方向の動きは呼吸による動きである。すなわち、高さ方向の動きは人物２の呼吸による動きである。また本実施の形態では、対象領域はベッド３上である。さらに言えば、対象領域はベッド３上で後述の撮像装置１２（図２参照）で撮像された領域である。また、ＦＧセンサ１０は、対象領域内の各測定点での高さも測定できるものでもある。
【００１７】
また、図中ベッド３上に、人物２が横たわって存在している。また、人物２の上には、さらに寝具４がかけられており、人物２の一部と、ベッド３の一部とを覆っている。この場合には、ＦＧセンサ１０は、寝具４の上面の高さ方向の動きを測定している。また寝具４を使用しない場合には、ＦＧセンサ１０は、人物２そのものの高さ方向の動きを測定する。
【００１８】
また、ベッド３の鉛直方向上方には、ＦＧセンサ１０が配置されている。ＦＧセンサ１０については後で詳述する。なお、図示では、ＦＧセンサ１０と演算装置２０とは別体として示してあるが、一体に構成してもよい。このようにすると、呼吸モニタ１を小型化することができる。演算装置２０は、典型的にはパソコン等のコンピュータである。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１のＦＧセンサ１０を説明するための模式的外観図である。ＦＧセンサ１０は、典型的には三角測量法を用いて人物２の高さ方向の動きを測定するように構成されている。ＦＧセンサ１０は、対象領域としてのベッド３にパターン光を投影する投影装置１１と、パターン光が投影されたベッド３を撮像する撮像装置１２と、撮像装置１２により撮像された像上のパターンの移動を測定する測定手段としての測定装置１４とを有している。さらに、測定装置１４は、測定されたパターンの移動に基づいて、対象物としての人物２の動きとしての高さ方向の動きの量、すなわち、高さ変化量を複数の点で測定するように構成される。また、投影装置１１と撮像装置１２は、測定装置１４に電気的に接続され、測定装置１４に制御されている。なお、本実施の形態では、測定装置１４は、演算装置２０と一体に構成されている。
【００２０】
投影装置１１の投影するパターン光は、典型的には輝点が配列されたものであり、複数の輝点である。すなわち、言い換えれば、投影装置１１は、対象領域としてのベッド３に複数の輝点を投影し、撮像装置１２は、複数の輝点が投影されたベッド３を撮像するように構成されている。
【００２１】
ここでは、投影されるパターン光は、図３で後述するような略正方格子状に配列された複数の輝点１１ｂで形成されたパターン１１ａである。図中投影装置１１は、ベッド３上にパターン１１ａを投影している。そして、ベッド３上に投影された複数の輝点は、ベッド３上の複数の測定点にそれぞれ対応する。すなわち各輝点の位置は測定点の位置である。さらに言えば、複数の測定点は人物２に投影された各輝点のうち撮像装置１２で撮像された像の画角内に存在する輝点に対応する。測定点とは、後述するように人物２の高さ方向の動きを測定できる点である。なお、ここで高さ方向の動きとは、前回（後述する１つ前に取得した像、すなわち、Ｎ−１フレーム）の測定時からの対象物の高さの変化である。また、複数の点で測定された人物２の高さ方向の動きは、図６で後述する輝点の移動に対応する（なお動きの量は輝点の移動量に対応）。
以下、各構成について説明する。
【００２２】
まず、ＦＧセンサ１０の設置について説明する。投影装置１１と、撮像装置１２は、ベッド３の鉛直方向上方に配置されている。図示では、ベッド３のおよそ中央部上方に投影装置１１が、人物２のおよそ足部上方に撮像装置１２が配置されている。ここでは、撮像装置１２の画角は、およそベッド３の中央部分で、人物２の上半身を撮像できるように設定されいる。なお、投影装置１１（具体的には後述のＦＧ素子１２２）が撮像装置１２の結像レンズ１２ａ（図５参照）の主平面１２ｃ（図５参照）上にある場合の投影装置１１と撮像装置１２の距離を基線長ｄ（図５参照）という。基線長ｄ（図５参照）は、三角測量法の基線方向の投影装置１１と撮像装置１２の間隔である。結像レンズ１２ａ（図５参照）の主平面１２ｃ（図５参照）とは、光学系の主点を含む光軸に対して垂直な平面のことをいう。
【００２３】
またＦＧセンサ１０は、投影装置１１と撮像装置１２とを結ぶ直線の方向すなわち三角測量法の基線方向がベッド３の長手方向の中心線と平行になるように設置されている。さらに言えば、ＦＧセンサ１０は、ＦＧセンサ１０の基線方向とベッド３の長手方向の中心線が平行であり、且つ投影装置１１と撮像装置１２とを結ぶ基線がベッド３の長手方向の中心線のおよそ鉛直上方に位置するように配置されている。なおここでは基線方向は、ベッド３の長手方向の中心線と平行である場合で説明するが、例えばベッド３の長手方向の中心線と直交する方向としてもよい。この場合であっても人物２の動きの測定には支障ない。
【００２４】
ここで基線長ｄ（図５参照）について説明する。ここでは、ＦＧセンサ１０は、図５で後述するように、パターンを形成する輝点の移動を測定するものである。この際に、例えば、対象物（ここでは人物２）の高さ又は高さ方向の動きが大きくなればなるほど、輝点の移動量も大きくなる。このため、図５で後述する概念によると、輝点の移動量が大きいと、比較すべき輝点の隣の輝点を飛び越してしまう現象が起こることがある。この場合、隣の輝点から移動したと判断され、測定される輝点の移動量は小さくなってしまうことがある。すなわち、正確に輝点の移動量を測定できない。基線長が短い場合には、輝点の移動量は小さく、上記の飛び越えが起こりにくいが、微小な動きに対してはノイズとの区別が難しくなる。また、基線長ｄ（図５参照）が長い場合には、例えば対象物の僅かな動きであっても、輝点の移動量に大きく反映されるので、微小な高さ又は高さ方向の動きの測定することができるが、例えば大きな動きがあった場合に飛び越えが起きることがある。
【００２５】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の投影装置１１を説明する模式的斜視図である。本図を参照して、呼吸モニタ１に適した投影装置１１について説明する。なおここでは、説明のために、対象領域を平面１０２とし、後述のレーザ光束Ｌ１を平面１０２に対して垂直に投射する場合で説明する。投影装置１１は、可干渉性の光束を発生する光束発生手段としての光束発生部１０５と、ファイバーグレーティング１２０（以下、単にグレーティング１２０という）とを備えている。光束発生部１０５により投射される可干渉性の光束は、典型的には赤外光レーザである。光束発生部１０５は、平行光束を発生するように構成されている。光束発生部１０５は、典型的には不図示のコリメータレンズを含んで構成される半導体レーザ装置であり、発生される平行光束は、レーザ光束Ｌ１である。そしてレーザ光束Ｌ１は、断面が略円形状あるいは略楕円形状の光束である。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。
【００２６】
またここでは、グレーティング１２０は、平面１０２に平行に（Ｚ軸に直角に）配置される。グレーティング１２０に、レーザ光Ｌ１を、Ｚ軸方向に入射させる。するとレーザ光Ｌ１は、個々の光ファイバー１２１により、そのレンズ効果を持つ面内で集光したのち、発散波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面１０２に複数の輝点アレイであるパターン１１ａが投影される。なお、グレーティング１２０を平面１０２に平行に配置するとは、例えば、グレーティング１２０を構成するＦＧ素子１２２の各光ファイバー１２１の軸線を含む平面と、平面１０２とが平行になるように配置することである。
【００２７】
また、グレーティング１２０は、２つのＦＧ素子１２２を含んで構成される。本実施の形態では、各ＦＧ素子１２２の平面は、互いに平行である。以下、各ＦＧ素子１２２の平面を素子平面という。また、本実施の形態では、２つのＦＧ素子１２２の光ファイバー１２１の軸線は、互いにほぼ直交している。
【００２８】
ＦＧ素子１２２は、例えば、直径が数１０ミクロン、長さ１０ｍｍ程度の光ファイバー１２１を数１０〜数１００本程度、平行にシート状に並べて構成したものである。また、２つのＦＧ素子１２２は、接触して配置してもよいし、それぞれの素子平面の法線方向に距離を空けて配置してもよい。この場合には、２つのＦＧ素子１２２の互いの距離は、パターン１１ａの投影に差支えない程度とする。レーザ光束Ｌ１は、典型的には、グレーティング１２２の素子平面に対して垂直に入射させる。なお、ここではＦＧ素子１２２を用いたグレーティング１２０で説明するが、これに限られずグレーティング１２０の代わりとして、例えば別の形態の回折素子やマイクロレンズアレイであってもよい。
【００２９】
このように、投影装置１１は、２つのＦＧ素子１２２を含んで構成されたグレーティング１２０により多くの光束を発生するので、複雑な光学系を必要とすることなく、光学筐体を小型化できる。さらに投影装置１１は、グレーティング１２０を用いることで、単純な構成で、複数の輝点１１ｂをパターン１１ａとして対象領域に投影でき、しかも、結像による投影と異なり、明瞭な輝点が得られる距離範囲が広い。なお、パターン１１ａは、典型的には正方格子状に配列された複数の輝点１１ｂである。また、輝点１１ｂの形状は楕円形を含む略円形である。
【００３０】
図２に戻って説明する。撮像装置１２は、結像光学系１２ａ（図５参照）と撮像素子１５（図５参照）を有するものである。撮像素子１５は、典型的にはＣＣＤ撮像素子である。また、撮像素子１５として、ＣＣＤの他にＣＭＯＳ構造の素子が最近盛んに発表されており、それらも当然使用可能である。特にこれらの中には、素子自体にフレーム間差算や二値化の機能を備えたものがあり、これらの素子の使用は好適である。
【００３１】
撮像装置１２は、前述の光束発生部１０５（図３参照）により発生されるレーザ光束Ｌ１の波長の周辺部以外の波長の光を減光するフィルタ１２ｂ（図５参照）を備えるとよい。フィルタ１２ｂは、典型的には干渉フィルタ等の光学フィルタであり、結像光学系１２ａの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮像装置１２は、撮像素子１５に受光する光のうち、投影装置１１より投影されたパターン１１ａの光の強度が相対的にあがるので、外乱光による影響を軽減できる。また、光束発生部１０５により発生されるレーザ光束Ｌ１は、典型的には赤外光レーザの光束である。また、レーザ光Ｌ１は、継続的に照射してもよいし、断続的に照射してもよい。断続的に照射する場合には、撮像装置１２による撮像を、照射のタイミングに同期させて行うようにする。
【００３２】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の構成例を示すブロック図である。本図を参照して、呼吸モニタ１の構成例について説明する。前述のように、演算装置２０は、測定装置１４と一体に構成されている。さらに言えば、測定装置１４は、後述の制御部２１に一体に構成される。そして投影装置１１と、撮像装置１２は、前述のように、測定装置１４に電気的に接続されており、制御されている。本実施の形態では、演算装置２０は、投影装置１１と、撮像装置１２に対し遠隔的に配置されている。具体的には、例えば、ベッド３の脇や、ベッド３が設置されている部屋とは別の部屋、例えばナースステーション等に設置される。
【００３３】
まず測定装置１４について説明する。測定装置１４は、上述したように、撮像装置１２で撮像された像上のパターンの移動を測定するものであり、さらに測定されたパターンの移動に基づいて、人物２の高さ方向の動きを複数の点で測定するものである。測定装置１４は、撮像装置１２で撮像した像を取得できるように構成されている。さらに測定装置１４は、撮像装置１２により撮像された像上の各輝点の移動を測定するように構成されている。なおここでは、投影された輝点も撮像された像上の輝点の像も、便宜上単に輝点という。またここでは、輝点の移動を測定するとは、輝点の移動の量（以下移動量という）を測定することをいう。さらに、測定される輝点の移動量は、輝点の移動方向を含む概念である。すなわち、測定される輝点の移動量には、移動した方向の情報も含まれるものとする。
【００３４】
ここで、測定装置１４による輝点の移動の測定について詳述する。測定装置１４は、撮像装置１２から取得した異なる２時点の像に基づいて、輝点の移動を測定するように構成されている。
【００３５】
ここで、異なる２時点の像に基づく、輝点の移動の測定について説明する。異なる２時点の像は、任意の時点とそのわずかに前の時点とするとよい。わずかに前とは、人物２の動きを検出するのに十分な時間間隔だけ前であればよい。この場合、人物２のわずかな動きも検出したいときは短く、例えば人物２の動きが大きくなり過ぎず、実質的にはほぼ動き無しとみなせる程度の時間、例えば０．１秒程度とすればよい。あるいはテレビ周期の１〜１０周期（１／３０〜１／３）とするとよい。また、人物２の大まかな動きを検出したいときは長く、例えば１０秒程度としてもよい。但し、本実施の形態のように、人物２の呼吸も検出する場合では長くし過ぎると、正確な呼吸の検出が行えなくなるので、例えば１分などにするのは適切でない。以下、任意の時点（現在）で取得した像を取得像、取得像よりわずかに前（過去）に取得した像を参照像として説明する。なお、参照像は、記憶部３１内に保存される。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、異なる２時点の像は、取得像（Ｎフレーム）と、取得像の１つ前に取得した像（Ｎ−１フレーム）とする。すなわち参照像は、取得像の１つ前に取得した像である。また、像の取得間隔は、例えば装置の処理速度や、上述のように検出したい動きの内容により適宜決めるとよいが、例えば０．１〜３秒、好ましくは０．１〜０．５秒程度とするとよい。また、より短い時間間隔で像を取得し、平均化またはフィルタリングの処理を行うことで、例えばランダムノイズの影響を低減できるので有効である。
【００３７】
なお、任意の時点とそのわずかに前の時点の異なる２時点の像に基づく、輝点の移動の測定で得られる波形（例えば輝点の移動量の総和など）は、距離の微分波形、すなわち高さ変化の推移を表す波形になる。また例えば、高さ推移を表すような波形を得たいときは、前記波形を積分すれば距離の波形、すなわち高さ推移を示す波形になる。
【００３８】
ここで、取得像と参照像は、例えば撮像装置１２により撮像された像であるが、それぞれの像上での、輝点の位置情報も含む概念である。すなわち、取得像と参照像は、各々の時点で、投影装置１１の投影により形成されたパターン１１ａの像である。なお、本実施の形態では、参照像は、例えば、いわゆる像としてではなく、各輝点の位置に関する、座標等の位置情報の形で、記憶部３１に保存される。なお、ここでの座標は例えば撮像装置１２で撮像された画像内で設定されるものである。このようにすると、後述する輝点の移動量を測定する際に、例えば輝点の座標や方向を比較するだけで済むので処理が単純になる。さらに、ここでは、輝点の位置は、輝点の重心位置とする。このようにすることで、僅かな輝点の移動も測定することができる。
【００３９】
また、輝点の移動量は、前述のように、記憶部３１に保存された参照像上の各輝点の位置情報と、取得像上の各輝点の位置情報とを比較することで、輝点の移動量を測定する。なお、それぞれの移動量は、例えば、輝点の位置が移動した画素数（何画素移動したか）を計数することで求められる。測定される輝点の移動量は、輝点の移動方向を含む概念である。すなわち、測定される輝点の移動量には、移動した方向の情報も含まれる。このようにすると、後述のように、差分像を生成しないで済むので処理を単純化できる。
【００４０】
なお上記では、輝点の位置情報を比較する場合で説明したが、参照像と取得像との差分像を作成してもよい。この場合、この差分像から対応する輝点の位置に基づいて、輝点の移動量を測定する。このようにすると、移動した輝点のみが差分像上に残るので、処理量を減らすことができる。
【００４１】
さらに、測定装置１４により測定された輝点の移動量は、過去一定回数測定された、または過去一定期間内に測定された輝点の移動量の移動平均値、または期間平均値としてもよい。このようにすることで、ランダムノイズや窓から差し込む日光のちらつきなどによる突発的なノイズが軽減でき、測定した輝点の移動量の信頼性が向上する。
【００４２】
測定装置１４は、以上のような、輝点の移動の測定を、パターン１１ａを形成する各輝点毎に行うように構成される。すなわち、複数の輝点の位置が複数の測定点となる。測定装置１４は、パターン１１ａを形成する各輝点毎に測定した輝点の移動、すなわち、測定した輝点の移動量を測定結果として制御部２１へ出力する。すなわち、測定結果は、異なる２時点の像に基づいて測定した輝点の移動量である。この測定結果は図５で後述するように、各輝点（測定点）での対象物、ここでは人物２の高さ方向の動きに対応している。以下、この測定結果を動き情報と呼ぶ。測定装置１４は、各測定点での前記測定結果を動き情報として出力する。なお、人物２の高さ方向の動きは、例えば人物２の呼吸に伴う動きである。
【００４３】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の輝点の移動の概念について説明する概念的斜視図である。ここで、本図を参照して、輝点の移動の概念について説明する。ここでは、判りやすく、対象領域を平面１０２、対象物を物体１０３として説明する。さらにここでは、説明のために、参照像は、物体１０３が平面１０２に存在しないときのパターン１１ａの像であり、取得像は、物体１０３が平面１０２に存在しているときのパターン１１ａとして説明する。
【００４４】
図中物体１０３が、平面１０２上に載置されている。またＸＹ軸を平面１０２内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられており、物体１０３はＸＹ座標系の第１象限に置かれている。一方、図中Ｚ軸上で平面１０２の上方には、投影装置１１と、撮像装置１２とが配置されている。撮像装置１２は、投影装置１１によりパターン１１ａが投影された平面１０２を撮像する。すなわち、平面１０２上に載置された物体１０３を撮像する。
【００４５】
撮像装置１２の結像光学系としての結像レンズ１２ａは、ここでは、その光軸がＺ軸に一致するように配置されている。そして、結像レンズ１２ａは、平面１０２あるいは物体１０３上のパターン１１ａの像を、撮像装置１２の撮像素子１５の受像面１５’（イメージプレーン）に結像する。受像面１５’は、典型的にはＺ軸に直交する面である。さらに、受像面１５’内にｘｙ直交座標系をとり、Ｚ軸が、ｘｙ座標系の原点を通るようにする。平面１０２から結像レンズ１２ａと等距離で、結像レンズ１２ａからＹ軸の負の方向に距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れたところに、投影装置１１が配置されている。物体１０３と平面１０２には、投影装置１１により複数の輝点１１ｂが形成するパターン１１ａが投影される。なお、ｙ軸方向は、三角測量法の基線方向でもある。
【００４６】
投影装置１１により平面１０２に投影されたパターン１１ａは、物体１０３が存在する部分では、物体１０３に遮られ平面１０２には到達しない。ここで物体１０３が存在していれば、平面１０２上の点１０２ａに投射されるべき輝点１１ｂは、物体１０３上の点１０３ａに投射される。輝点１１ｂが点１０２ａから点１０３ａに移動したことにより、また結像レンズ１２ａと投影装置１１とが距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れているところから、受像面１５’上では、点１０２ａ’（ｘ，ｙ）に結像すべきところが点１０３ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に結像する。すなわち、物体１０３が存在しない時点と物体１０３が存在する時点とは、輝点１１ｂの像がｙ軸方向に距離δだけ移動することになる。
【００４７】
これは、例えば図６に示すように、撮像素子１５の受像面１５’に結像した輝点は、高さのある物体１０３により、δだけｙ軸方向に移動することになる。
【００４８】
このように、この輝点の移動量δを測定することにより、物体１０３上の点１０３ａの位置が三次元的に特定できる。すなわち、例えば点１０３ａの高さがわかる。このように、ある点が、物体１０３が存在しなければ受像面１５’上に結像すべき点と、受像面１５’上の実際の結像位置との差を測定することにより、物体１０３の高さの分布、言い換えれば三次元形状が測定できる。あるいは物体１０３の三次元座標が測定できる。また、輝点１１ｂの対応関係が不明にならない程度に、パターン１１ａのピッチ、すなわち輝点１１ｂのピッチを細かくすれば、物体１０３の高さの分布はそれだけ詳細に測定できることになる。
【００４９】
以上のような概念に基づいて、測定装置１４は、輝点の移動量を測定することで対象物の高さが測定できる。但しここでは、取得像と、取得像の１つ前に取得した像すなわち参照像に基づいて、高さ方向の動きを測定するので、輝点の移動量により高さの変化量を見ることになる。このため、このままでは、例えば人物２の絶対的な高さは測定できなくなるが、人物２の高さ方向の変化を測定できるので、人物２の高さ方向の動きを測定する場合には好適である。ただし、測定装置１４は、以下の図７で説明するように、測定された輝点の移動量に基づいて、人物２の実際の高さ変化量を演算するように構成されている。
【００５０】
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の測定装置１４による対象物の高さの演算について説明する線図である。なお、ここでは、図５と同様に、判りやすく、対象領域を平面１０２、対象物を物体１０３として説明する。さらに、説明のために、参照像は、物体１０３が平面１０２に存在しないときのパターン１１ａ（図５参照）の像であり、取得像は、物体１０３が平面１０２に存在しているときのパターン１１ａ（図５参照）として説明する。なお、ここでは、高さの変化を演算することも便宜上高さを演算するという。
【００５１】
本図は、撮像装置１２、投影装置１１、物体１０３、平面１０２との関係をＸ軸方向（図５参照）に見た側面図である。ここでは、物体１０３の高さがＺ１である場合で説明する。投影装置１１の中心（パターン光源の中心）と結像レンズ１２ａの中心とは、平面１０２に平行に距離ｄだけ離して配置されており、結像レンズ１２ａから受像面１５’（撮像素子１５）までの距離はｌ（エル）（結像レンズ１２ａの焦点とほぼ等しい）、結像レンズ１２ａから平面１０２までの距離はｈ、物体１０３の点１０３ａの平面１０２からの高さはＺ１である。物体１０３が平面１０２上に置かれた結果、受像面１５’上の点１０２ａ’はδだけ離れた点１０３ａ’に移動したとする。
【００５２】
図中結像レンズ１２ａの中心と点１０３ａとを結ぶ線が平面１０２と交差する点を１０２ａ”とすれば、点１０２ａと点１０２ａ”との距離Ｄは、三角形１０３ａ’−１０２ａ’−１２ａと三角形１０２ａ”−１０２ａ−１２ａとに注目すれば、Ｄ＝δ・ｈ／ｌであり、三角形１２ａ−１１−１０３ａと三角形１０２ａ”−１０２ａ−１０３ａに注目すれば、Ｄ＝（ｄ・Ｚ１）／（ｈ−Ｚ１）である。この両式からＺ１を求めると次式のようになる。
Ｚ１＝（ｈ２・δ）／（ｄ・ｌ＋ｈ・δ）  ………（１）
【００５３】
以上のようにして、測定装置１４は、物体１０３の高さを算出することができ、平面１０２が前回（Ｎ−１フレーム）の高さ、物体１０３が今回（Ｎフレーム）の高さと考えれば、この２時点間の実際の高さ変化量を算出することができる。装置１４は、各測定点での対象物の高さ変化量を測定結果として制御部２１へ出力する。この測定結果を高さ情報と呼ぶ。なお、ここで通常の呼吸検出の場合、（１）式のｈ・δの数値は、ｄ・ｌの数値よりも充分に小さいので、Ｚ１はδに比例するものとして扱うことができ、したがって次式（１’）を用いてＺ１を計算してもよい。なお、（１’）式中、Ｃは定数を示す。
Ｚ１＝Ｃ・ｈ２・δ  ………（１’）
なお、高さ変化に伴い、測定点の物体面内位置も若干変化するが、本発明の動き検出の主旨に対しては特段の影響を与えない。
【００５４】
なお、呼吸モニタ１は、ＦＧセンサ１０で測定された動きの量が閾値以下である測定点は、演算装置２０による演算に使用しないように構成することができる。本実施の形態では、測定装置１４で測定された動きの量が閾値以下である測定点のデータを演算装置２０へ出力しないように構成されている。閾値は典型的には人物２の呼吸の動きより小さく設定する。具体的には、人物２の呼吸より小さな動き、さらに言えばこの小さな動きに対応する輝点の移動量より小さく設定する。これにより、呼吸より小さな動きが測定された測定点を無視することができる。このようにすることで、例えばノイズによる影響を効果的に排除することができる。なお呼吸の動きより小さい動きとは、呼吸による高さ方向の動きの範囲より小さい動きのことをいう。上述のように、ここでは輝点の移動量は輝点の移動の変化量、言い換えれば動きの速度を示しているので、呼吸より小さな動きとは、例えば呼吸による高さ方向の動きの速度の範囲が２〜４０ｍｍ／ｓ程度である場合に２ｍｍ／ｓ以下の速度の動きのことをいう。すなわちこの場合閾値は２ｍｍ／ｓに設定するとよい。さらに言えば動きの速度の２ｍｍ／ｓに対応する輝点の移動量に設定する。例えば毎秒４回の画像取得を行っている場合には、輝点の移動量の閾値は、人物２の動きの量０．５ｍｍ（２ｍｍ／ｓ÷４）に対応する輝点の移動量に設定する。
【００５５】
また呼吸モニタ１は、ＦＧセンサ１０で測定された動きの周波数が閾値以上である測定点は、前記演算手段による演算に使用しないように構成するとよい。本実施の形態では、測定装置１４で測定された動きの周波数が閾値以上である測定点のデータを演算装置２０へ出力しないように構成されている。周波数の閾値は、例えば人物の呼吸の周波数より高い周波数、例えば毎分６０サイクル程度に設定するとよい。ところで、大人の呼吸数は、毎分５〜３０サイクル程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向があるので、これを考慮して上記周波数の閾値を設定するとよい。これにより、呼吸の周波数より高い周波数の動きが測定された測定点を無視することができる。このようにすることで、呼吸の動きに関係ない動き例えばノイズによる影響を効果的に排除することができる。
【００５６】
図４に戻って、演算装置２０について説明する。演算装置２０は、呼吸モニタ１を制御する制御部２１を備えている。さらに制御部２１には、記憶部３１が接続されている。記憶部３１は、撮像装置１２から取得した像を時系列的に記憶するようにするとよい。また記憶部３１には算出された情報等のデータが記憶できる。
【００５７】
制御部２１には、例えば人物２の状態を示す情報を出力する情報出力手段としてのディスプレイ４０が接続されている。ディスプレイ４０は典型的にはＬＣＤである。ディスプレイ４０は、例えば後述の変動情報生成部２２により生成される人物２の呼吸の波形パターンを表示することにより出力する。ディスプレイ４０は、典型的には呼吸の波形パターンをリアルタイム表示する。リアルタイム表示するとは、例えば後述の変動情報生成部２２により即時的に出力される人物２の呼吸の波形パターンを即時的に表示することである。なお、その場で情報を出力する必要のない場合には、ディスプレイ４０を備える必要は特にない。
【００５８】
また制御部２１には、呼吸モニタ１を操作するための情報を入力する入力装置３５が接続されている。入力装置３５は例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスである。本図では、入力装置３５は、演算装置２０に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。また本実施の形態では、入力装置３５を備える場合で説明するが、特に備えなくても問題ない。
【００５９】
さらに、制御部２１内には、測定装置１４の測定結果（動き情報、高さ情報等）に基づいて、人物２（図２参照）の高さ方向の動き、すなわち呼吸の動きの変動情報を生成する変動情報生成手段としての変動情報生成部２２と、撮像装置１２の結像レンズ１２ａ（図５参照）の主平面（図１２参照）と各輝点との第１の距離としての物体距離ｈ、及び各輝点と投影装置１１を通る直線と結像レンズ１２ａ（図５参照）との交点と、撮像装置１２との第２の距離としての基線長ｄ（図５参照）を補正する補正手段としての補正部２４とが備えられている。言い換えれば、演算装置２０は変動情報生成部２２と、補正部２４とを有している。なお、演算装置２０は、さらに、変動情報生成部２２によって生成される変動情報に基づいて、人物２の呼吸の状態を判定する呼吸判定手段としての呼吸判定部２３を備えてもよい。本実施の形態では、呼吸判定部２３を備える場合で説明する。
【００６０】
変動情報生成部２２は、測定装置１４によって測定された測定点の輝点の測定結果としての高さ変化量の総和を演算し、この総和を時間方向に並べて形成される変動情報としての体積変動量の波形パターン、言い換えれば、人物２の呼吸の波形パターンを生成するものである。このように、体積変動量を算出することで、例えば、人物２の呼吸の際の実際の吸入量等を知ることができる。変動情報生成部２２は、典型的には人物２の状態を示す変動情報としての人物２の呼吸の波形データをリアルタイム出力するように構成されている。リアルタイムに出力するとは、例えば撮像装置１２により撮像された像毎に演算される輝点ごとの高さ変化量の総和を即時的に出力することである。さらに言えばこの場合には、この総和をリアルタイムに出力することで、変動情報生成部２２は、時間方向に並べて形成される人物２の呼吸の波形パターンを生成することになる。さらに、変動情報生成部２２は、生成した人物２の呼吸の波形パターンをディスプレイ４０に出力するように構成されている。ディスプレイ４０は、上述したように当該人物２の呼吸の波形パターンを表示する。これにより、当該人物２の呼吸の波形パターンを例えば医師の診断の参考にすることができる。
図８は、呼吸の波形パターンの例を示した図である。
【００６１】
なお、変動情報生成部２２は、測定装置１４によって測定された測定点の輝点の移動量の総和を演算し、この総和を時間方向に並べて形成される変動情報としての人物２の呼吸の波形パターンを生成することもできる。輝点の移動量の総和を算出した人物２の呼吸の波形パターンは、ディスプレイ４０に表示したり、電子媒体等（例えばここでは記憶部３１）に保存するようにすればよい。この場合は、図７で説明した人物２の実際の高さ（絶対的な高さ）を演算しなくてもよいので、測定装置１４での計算量が少なくて済む。
【００６２】
呼吸判定部２３は、変動情報生成部２２によって生成された人物２の呼吸の波形パターンに基づいて、人物２の呼吸の状態を判定するように構成される。すなわち、呼吸判定部２３は、測定装置１４により複数の測定点で測定された動き情報、すなわち人物２の高さ方向の動きに基づいて、人物２の呼吸の状態を判定する。さらに、呼吸判定部２３は、測定装置１４によって測定された測定結果に基づいて、人物２の動きの種類を判定するようにも構成されている。
【００６３】
呼吸判定部２３により判定される人物２の動きの種類は、典型的には呼吸、体動、動き無し（不動）、呼吸運動低下である。なお体動とは、人物２の体の動きであり、例えば立ったり座ったりといった動きの他、手足の動きや寝返り等を広く含む概念である。
【００６４】
また、呼吸判定部２３は、変動情報生成部２２により生成された呼吸の波形パターンの周期的変化の振幅と周期（周波数）の両方又はいずれか一方に所定の上限下限の閾値を設定し、この閾値と比較して呼吸か否かを判定し、呼吸を検出するようにしてもよい。周期の上限下限の閾値は、例えば人物の呼吸の周期を含む範囲、例えば、下限を毎分５サイクル、上限を毎分６０サイクルに設定するとよい。ところで、大人の呼吸数は、毎分５〜３０回程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向がある。また、振幅の上限下限の範囲は、人物２の呼吸の振幅に相当する輝点の移動量を含む範囲、例えば、上限を２０ｍｍ程度、下限を１ｍｍ程度の人物２の高さ変化量に相当する輝点の移動量とするとよい。また、振幅や周期の変化等から人物２の状態の変化を検出、判定することもできる。
【００６５】
さらに、呼吸判定部２３は、呼吸数の検出を行うようにするとよい。呼吸数の検出は、例えば、動きが呼吸と判別された領域の輝点の移動量の総和の時間変化をフーリエ変換等のデータ処理を行うことで検出できる。
【００６６】
呼吸判定部２３は、呼吸を検出すると、変動情報生成部２２によって生成された人物２の呼吸の波形パターンに基づいて、人物２の呼吸の状態を判定するように構成される。呼吸判定部２３は、典型的には、人物２の呼吸の状態が、正常な呼吸状態であるか異常な呼吸状態であるかを判定するように構成される。
【００６７】
呼吸判定部２３による人物２の呼吸の状態の判定基準は、以下のようなことを考慮して、設定するようにするとよい。例えば、呼吸が検出されているときに、短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合又は、呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合には、例えば、自然気胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心疾患、または、脳出血などの脳血管疾患であると推測できるので、異常な呼吸状態であると判定するように設定する。また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、人物２の呼吸が停止したと推測できるので、異常な呼吸状態であると判定するように設定する。なお、短時間に呼吸パターンではなく人物２の体動が頻出した場合には、人物２が何らかの理由で苦しんで暴れているような状況が推測できるので、危険な状態であると判定するように設定するとよい。
【００６８】
図９は、正常及び異常な呼吸の波形パターンの一例について示した概要図である。正常な呼吸パターンは、図９（ａ）に示したような、周期的なパターンである。但し、大人の場合には、１分間の呼吸数として正常な範囲は、１０〜２０回程度である。異常な呼吸パターンは、例えば、チェーン−ストークス（Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ）呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、カスマウル（Ｋｕｓｓｍｕｌ）の大呼吸など、生理学的に体内に障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸パターンである。図９（ｂ）に、Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸の呼吸パターンを、図９（ｃ）に中枢性過換気の呼吸パターンを、図９（ｄ）に失調性呼吸の呼吸パターンをそれぞれ示す。さらに、図１０は、異常な呼吸の波形パターンに対応する病名または疾患箇所の表を示した図であり、上記の異常な呼吸パターンが発生した場合の、病名または疾患箇所について示す。
【００６９】
呼吸判定部２３は、それぞれの呼吸パターンの呼吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用して、人物２の呼吸パターンが上記のいずれの呼吸パターンに属するかを判別し、異常な呼吸であるか否か、すなわち、人物２が危険な状態を判定するようにするとよい。また以上のような呼吸パターンを、記憶部３１に保存しておくとよい。このようにすることで、これらのパターンと比較することで人物２の呼吸が正常であるか否かの判定が容易に行なえる。
【００７０】
また、上述したような呼吸判定部２３による判定結果は、ディスプレイ４０に表示するように構成される。呼吸判定部２３は、判定結果を変動情報生成部２２へ出力する。この場合には、変動情報生成部２２は、人物２の呼吸の波形パターンとともに判定結果をディスプレイ４０へ出力する。呼吸判定部２３による判定結果がディスプレイ４０に表示されることで、例えば測定者（医師等）は、人物２の異常を容易に認識することができる。
【００７１】
ところで、上述した（１）式によれば、ＦＧセンサ１０では、基線長ｄ（図１１参照）と対象物が存在する面までの物体距離ｈ（図１１参照）が一定なら、人物２の高さ方向の動きの検出感度は一定である。
【００７２】
図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の高さ方向の動きの検出感度について説明する線図である。なお、ここでは、判りやすく説明するために、基準となる対象物の位置（対象物の表面の位置）を平面１０２、動きによって変化した後の対象物の位置（対象物の表面の位置）を平面１０４として説明する。基準となる対象物の位置は、例えばＮ−１フレームでの対象物の位置、動きによって変化した後の対象物の位置は、例えばＮフレームでの対象物の位置である。さらに、説明のために、参照像は、対象物の表面の位置が平面１０２に存在したときのパターン１１ａ（図５参照）の像であり、取得像は、対象物の表面の位置が平面１０４に存在したときのパターン１１ａ（図５参照）として説明する。
【００７３】
三角測量法では、対象物の高さ方向の動きに対して、平面１０４上のＡＢとＣＤの距離は等しくなる。すなわち、輝点の移動量は、対象物の高さ方向の動きの量、すなわち、平面１０２と平面１０４との距離である高さ変化量Ｚ１に対して、基線長ｄ（図１１参照）と平面１０２までの物体距離ｈ（図１１参照）が一定でれば、輝点の位置が平面１０２上のどの位置であるかに拘わらず、感度が一定である。
【００７４】
しかしながら、基線長ｄをできるだけ長く取るために、本実施の形態のように、撮像装置１２を対象物の中心からずれた位置に配置し、その光軸を、ベッド３の上面の垂直方向、すなわち、人物２の高さの動きの方向に対して傾きを有するように設置することがある。
【００７５】
本実施の形態では、上述したように、ベッド３（図２参照）のおよそ中央部上方に投影装置１１が、人物２（図２参照）のおよそ足部上方に撮像装置１２が配置され、投影装置１１と撮像装置１２とは、ある程度距離を離して設置される。すなわち、撮像装置１２は、人物２の中心からずれた位置（水平方向に対してベッド３の外側の位置）に配置される。
【００７６】
撮像装置１２は、ここでは、その光軸を、ベッド３（図２参照）の上面の垂直方向、すなわち、人物２（図２参照）の高さの動きの方向に対して傾きを有するように設置する。このように構成することで、撮像装置１２と投影装置１１との距離を離して設置することが容易に行え、簡単に基線長ｄ（図５参照）を長くすることができる。言い換えれば、三角測量法の基線長を長く取ることが容易に行え、基線長ｄ（図５参照）が長くなるので、変化を敏感に検出できるようになる。
【００７７】
またここでは、投影装置１１は、その光軸をベッド３の上面の垂直方向に対し、およそ平行方向に設置される。すなわち、撮像装置１２の光軸は、投影装置１１の光軸に対して傾きを有して設置される。また、本実施の形態では、撮像装置１２の光軸は、対象領域としてのベッド３を通過する。すなわち、撮像装置１２は対象領域としてのベッド３を望むように設置される。さらに、本実施の形態では、投影装置１１は、後述する撮像装置１２の結像光学系としての結像レンズ１２ａ（図５参照）の主平面１２ｃ（図１２参照）よりも対象領域としてのベッド３（図２参照）に近い位置に設置されるが、これに限らず、遠い位置に設置しても良い。
【００７８】
なお、以上の説明では本発明の第２の距離としての基線長は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタを原理的に説明するため、投影装置１１が撮像装置１２の結像レンズ１２ａの主平面１２ｃにあり、かつ、当該主平面１２ｃが対象領域３の平面と平行であるものとして、単に投影装置１１と撮像装置１２との距離である場合で説明したが、以下の説明では、任意の輝点と投影装置１１を通る直線と撮像装置１２の結像レンズ１２ａの主平面１２ｃとの交点と、撮像装置１２との距離として説明する。
【００７９】
図１２は、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の撮像装置１２をその光軸が平面１０２の垂直方向に対して傾きを有するように設置した場合について説明する線図である。なお、ここでも、判りやすく説明するために、基準となる対象物の位置（対象物の表面の位置）を平面１０２、動きによって変化した後の対象物の位置（対象物の表面の位置）を平面１０４として説明する。基準となる対象物の位置は、例えばＮ−１フレームでの対象物の位置、動きによって変化した後の対象物の位置は、例えばＮフレームでの対象物の位置である。さらに、説明のために、参照像は、対象物の表面の位置が平面１０２に存在したときのパターン１１ａ（図５参照）の像であり、取得像は、対象物の表面の位置が平面１０４に存在したときのパターン１１ａ（図５参照）として説明する。
【００８０】
撮像装置１２を結像レンズ１２ａの光軸が対象物を通り、平面１０２の対象物の動きの方向、すなわち、垂直方向に対して傾きを有するように設置すると、結像レンズ１２ａの光軸に対して垂直に交わる主平面１２ｃ、受像面１５’は、平面１０２に対して、すなわち、水平方向に対して傾きを有する。主平面１２ｃが、投影装置１１側が高くなる（平面１０２から離れる）ように水平方向に対して傾きを有すると、撮像装置１２から水平方向に近い位置にある輝点Ａと、水平方向に遠い位置にある輝点Ｂとでは、輝点Ａでの物体距離ｈと、輝点Ｂでの物体距離ｈ’とが異なる値となる。すなわち、輝点Ｂの物体距離ｈ’は、輝点Ａの物体距離ｈよりも長くなる。さらに、同様に水平方向に対して傾きを有すると、輝点Ａと、輝点Ｂとでは、輝点Ａでの基線長ｄと、輝点Ｂでの基線長ｄ’とが異なる値となる。すなわち、輝点Ｂの基線長ｄ’は、輝点Ａの基線長ｄよりも短くなる。
【００８１】
なお、以下の説明では、輝点Ａでの物体距離ｈと輝点Ｂでの物体距離ｈ’とを分けて説明する必要がない場合には単に「物体距離ｈ」という。同様に、輝点Ａの基線長ｄと輝点Ｂの基線長ｄ’は、分けて説明する必要がない場合には単に「基線長ｄ」という。
【００８２】
このように、輝点の位置によって、実際に基線長ｄ、物体距離ｈが異なると、δ（図７参照）から上述した（１）式でＺ１（図７参照）の値を求める場合に、輝点の位置に応じた実際の基線長ｄ、物体距離ｈを用いなければ、δ（図７参照）の量、すなわち、撮像される輝点の移動量に対するＺ１の値は、実際には高さ方向の動きの量（高さ変化量）が異なるにも拘わらず一定となってしまう。すなわち、例えば輝点Ａ、輝点Ｂでの輝点の移動量δ（図７参照）がともに１ピクセルである場合でも、実際には輝点Ｂでの高さ方向の動きの量（高さ変化量）は、輝点Ａでの高さ方向の動きの量（高さ変化量）よりも大きい。言い換えれば、一定の輝点Ａ、輝点Ｂでの高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度が一定ではなく、輝点の平面１０２上の位置に依存することになる。
【００８３】
そこで、本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１の演算装置２０は、上述したように、各輝点での物体距離ｈ及び各輝点での基線長ｄを補正する補正手段としての補正部２４（図４参照）を有する。
以下、続けて図１２を参照して、補正部２４（図４参照）による補正について詳細に説明する。
【００８４】
なお、撮像装置１２を結像レンズ１２ａの光軸が対象物を通らず、平面１０２の対象物の動きの方向、すなわち、垂直方向に対して傾きを有するように設置した場合（光軸を本図とは逆側に傾けた場合）、すなわち、撮像装置１２の画角を対象物の中央部分を外すように設置した場合でも、輝点の位置による物体距離ｈ、基線長ｄの短長の関係は、本図の場合と逆になるが、やはり輝点Ａ、輝点Ｂでの高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度が一定ではなくなる。
【００８５】
具体的には、補正部２４（図４参照）は、撮像された輝点の位置情報に基づいて、撮像装置１２の光軸の平面１０２の対象物の動きの方向、すなわち、垂直方向に対する傾きによって生じる物体距離ｈ、基線長ｄの変化を補正するように構成される。測定装置１４（図４参照）は、補正部２４によって補正された物体距離ｈ’、基線長ｄ’を上述の（１）式に用いて人物２の実際の高さ、すなわち、実際の高さ変化量を演算し、変動情報生成部２２（図４参照）は、当該高さ変化量の総和を演算して、人物２の呼吸の波形パターンを生成する。
【００８６】
さらに言えば、補正部２４（図４参照）は、光学系の配置から予め得ることができる垂直方向に対する結像レンズ１２ａの光軸の光軸角度θ、結像レンズ１２ａから受像面１５’（撮像素子１５）までの距離ｌ、基準となる物体距離ｈ、撮像された輝点の位置情報撮としての撮像された輝点の基準位置からのズレΔｘより、輝点Ｂでの物体距離ｈ’を計算する。本実施の形態では、基準となる物体距離ｈは、光軸と予め一定の高さとして仮定した平面１０４が交わる点Ａでの物体距離とする。さらに、撮像された輝点の基準位置は、輝点Ａの撮像された受像面１５’の光軸位置とする。このとき、対象物を平面１０２に平行な平面（フラットな面）と仮定しているので、補正部２４（図４参照）によって計算される輝点位置に対する物体距離ｈ’、基線長ｄ’は、上記の数値により各輝点毎に幾何学的に一義的に算出される。なお、実際の対象物は平面ではないが物体距離ｈに比較してその凹凸は充分小さく、影響は軽微である。
【００８７】
輝点Ｂでの物体距離ｈ’は、例えば、以下のようにして求めることができる。なお本図では、幾何学的な説明を容易にするため、主平面１２ｃと平行で輝点Ｂを通る直線と、点Ａを通る光軸との交点を点Ａ’とする。輝点Ｂを通る光線を主平面１２ｃ側に延長した直線と主平面１２ｃとの交点を点Ｂ’とする。ここで、幾何学的に、角度１１−１２−Ｂ’は光軸角度θと等しい。平面１０４の表面は平らで平面１０２と平行であると仮定すると、角度Ａ−Ｂ−Ａ’も同様に光軸角度θと等しい。
【００８８】
まず、長さＡ’Ｂは、三角形１２−Ａ’−Ｂに注目すると以下の（２）式で計算される。さらに、長さＡ’Ａは三角形Ａ−Ｂ−Ａ’ に注目すると以下の（３）式で計算される。また、Ａ’Ａは、輝点Ｂでの物体距離ｈ’と基準となる物体距離ｈとの差でもあるから（４）式で表すこともできる。
Ａ’Ｂ／ｈ’＝Δｘ／ｌ  ………（２）
Ａ’Ａ＝Ａ’Ｂ・tanθ  ………（３）
Ａ’Ａ＝ｈ’−ｈ  ………（４）
以上の（２）、（３）、（４）式から、輝点Ｂでの物体距離ｈ’は、（５）式によって計算することができる。
ｈ’＝ｌ・ｈ／（ｌ−Δｘ・tanθ）  ………（５）
【００８９】
同様に、補正部２４（図４参照）は、光軸角度θ、距離ｌ、基準となる物体距離ｈ、投影装置１１が設置されている位置、撮像された輝点の基準位置からのズレΔｘ等より、輝点Ｂでの基線長ｄ’を計算する。補正部２４（図４参照）によって計算される基線長ｄ’は、上記の数値により各基点毎に幾何学的に一義的に算出される。輝点Ｂでの基線長ｄ’は、例えば、次式（６）のようにして求めることができる。なお、（６）式中、ｄ０は投影装置１１（具体的には図３で示したＦＧ素子１２２）と撮像装置１２（具体的には結像レンズ１２ａ）との水平方向の距離、ｈ０は投影装置１１（具体的には図３で示したＦＧ素子１２２）と予め一定の高さとして仮定した平面１０４との垂直方向の距離を示す。
ｄ’＝ｄ０・ｈ０／（ｈ’− ｄ０・sinθ）  ………（６）
【００９０】
なお、測定装置１４（図４参照）は、補正部２４によって補正された物体距離ｈ’、基線長ｄ’を上述の（１）式に用いて演算すると、実際には撮像装置１２の光軸方向、すなわち、平面１０２の垂直方向に対して傾きを有した方向の高さ変化量を演算することになる。測定装置１４（図４参照）は、求められた高さ変化量にcosθを掛け合わせることで、平面１０２の垂直方向の高さ変化量を算出することができる。
【００９１】
以上で説明した本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタ１によれば、基線長ｄをできるだけ長く取るために、撮像装置１２を対象物の中心からずれた位置に配置し、その光軸を、ベッド３の上面の垂直方向、すなわち、人物２の高さの動きの方向に対して傾きを有するように設置しても、補正部２４（図４参照）が、撮像された輝点の位置情報に基づいて、光軸の傾きによって生じる物体距離ｈ、基線長ｄの変化を補正する。そして、測定装置１４（図４参照）、変動情報生成部２２（図４参照）は、補正部２４（図４参照）によって補正された物体距離ｈ’、基線長ｄ’を用いて、実際の高さ変化量、高さ変化量の総和を演算するので、対象物の対象領域上の位置に拘わらず、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度がほぼ一定となる。すなわち、対象領域上の位置によらず感度が一定で正確な測定結果や呼吸の波形パターンを得ることができ、高さ変化量、呼吸の波形パターンの感度が対象物の対象領域上の位置に依存されず、対象物の動きを正確に把握することができる。
【００９２】
また、対象領域を、例えば基線方向に分割して人物２の胸部と腹部の各領域の人物２の動きを区別して、閉塞性無呼吸や中枢性無呼吸の判定をしたり、慢性閉塞性肺疾患などによる呼吸運動の部位毎の評価をする場合にも、分割された領域毎、あるいは人物２の各部位に対応する領域毎で人物２の呼吸の波形パターンの感度が異なってしまうことがなく、人物２の状態を正確に把握することができる。
【００９３】
なお、以上のようにして補正部２４（図４参照）によって補正された物体距離ｈ’、基線長ｄ’は、実際には平面１０４は平らでないことが多いので若干の誤差はあるが、物体距離に対して平面１０４の凹凸が比較的小さければ、ほとんど無視することができる。また、平面１０４の平面１０２からの高さも、物体距離に対して比較的小さければ、輝点が平面１０２にあるものと仮定して、輝点毎の物体距離ｈ’、基線長ｄ’を求めることができる。
【００９４】
次に、図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る動き検出装置としての呼吸モニタ１ａの側面を概略的に示す線図である。なお、以下の説明では、ＦＧセンサ１０や演算装置２０等、第１の実施の形態と共通する構成については、重複した説明はできるだけ省略する。なお、ここでも、判りやすく説明するために、基準となる対象物の位置（対象物の表面の位置）を平面１０２、動きによって変化した後の対象物の位置（対象物の表面の位置）を平面１０４として説明する。基準となる対象物の位置は、例えばＮ−１フレームでの対象物の位置、動きによって変化した後の対象物の位置は、例えばＮフレームでの対象物の位置である。さらに、説明のために、参照像は、対象物の表面の位置が平面１０２に存在したときのパターン１１ａ（図５参照）の像であり、取得像は、対象物の表面の位置が平面１０４に存在したときのパターン１１ａ（図５参照）として説明する。
【００９５】
本発明の第２の実施の形態に係る呼吸モニタ１ａは、基本的に第１の実施の形態で説明した呼吸モニタ１と略同様な構成であるが、補正部２４（図４参照）を備えず、投影装置１１１が、対象領域としての平面１０２（図１、図２では対象領域としてのベッド３）に対して、撮像装置１２の結像レンズ１２ａの主平面１２ｃよりも離れた位置に設置される点で異なる。
【００９６】
上述したように、撮像装置１２を結像レンズ１２ａの光軸が対象物を通り、平面１０２の対象物の動きの方向、すなわち、垂直方向に対して傾きを有するように設置すると、主平面１２ｃが、投影装置１１１側が高くなる（平面１０２から離れる）ように水平方向に対して傾きを有する。撮像装置１２から水平方向に近い位置にある輝点Ａと、水平方向に遠い位置にある輝点Ｂとでは、輝点Ｂの物体距離ｈ’が、輝点Ａの物体距離ｈよりも長くなる。物体距離が長くなると、上述の（１）式より、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度は低くなる。すなわち、撮像装置１２から水平方向に遠い位置にある輝点ほど、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度は低くなる。
【００９７】
一方、本実施の形態のように、投影装置１１１を対象領域としての平面１０２に対して、撮像装置１２の結像レンズ１２ａの主平面１２ｃよりも離れた位置に設置すると、投影装置１１１から輝点Ａへの光線と主平面１２ｃとの交点は、投影装置１１１から輝点Ｂへの光線と主平面１２ｃとの交点よりも、撮像装置１２に近い位置となる。つまり、輝点Ｂの基線長ｄ’は、輝点Ａの基線長ｄよりも長くなり、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度は高くなる。すなわち、撮像装置１２から水平方向に遠い位置にある輝点ほど、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度は高くなる。
【００９８】
つまり、撮像装置１２から水平方向に遠い位置にある輝点ほど、物体距離ｈが長くなり、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する感度は低くなるが、基線長ｄも長くなり、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する感度は高くなる。言い換えれば、物体距離ｈが長くなることによる感度の低下は、基線長ｄも長くなることによる感度の向上により相殺される。基線長ｄが長くなることによる感度の向上は、物体距離ｈも長くなることによる感度の低下により相殺されるということもできる。したがって、対象物の対象領域上の位置による感度の変動は目立たなくなる。このように、投影装置１１１を対象物の対象領域上の位置による感度の依存が小さくなるように設置することで、各輝点毎に物体距離ｈ、基線長ｄを補正する必要がないため、演算装置２０での計算量が少なくなり、迅速な処理が可能となる。また、各輝点での物体距離ｈ、基線長ｄは、基準となる輝点、例えば、光軸と平面１０４が交わる点Ａの物体距離ｈ、基線長ｄを用いればよい。
【００９９】
投影装置１１１は、典型的には、対象物の対象領域上の位置に拘わらず、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度変化が検出範囲内で充分小さくなる位置に設置する。投影装置１１１を設置する位置は、具体的には、光学系の配置から予め得ることができる垂直方向に対する結像レンズ１２ａの光軸の光軸角度θ、結像レンズ１２ａから受像面１５’（撮像素子１５）までの距離ｌ、基準となる物体距離ｈ、撮像装置１２が設置されている位置等から計算により求めても良いし、一度、投影装置１１１を据え付けてから、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量等を実測して、感度変化が検出範囲内で充分小さくなる位置を求めても良い。
【０１００】
以上で説明した本発明の第２の実施の形態に係る呼吸モニタ１ａによれば、基線長ｄをできるだけ長く取るために、撮像装置１２を対象物の中心からずれた位置に配置し、その光軸を、ベッド３の上面の垂直方向、すなわち、人物２の高さの動きの方向に対して傾きを有するように設置しても、投影装置１１１が、対象領域に対して、撮像装置１２の結像レンズ１２ａの主平面１２ｃよりも離れた位置に設置されるので、対象物の対象領域上の位置に応じて物体距離ｈが変動することによる感度の変動は、基線長ｄも位置に応じて変動することで相殺される。したがって、対象物の対象領域上の位置に拘わらず、高さ方向の動きの量（高さ変化量）に対する輝点の移動量、すなわち感度がほぼ一定となる。すなわち、対象領域上の位置によらず感度が一定で正確な測定結果や呼吸の波形パターンを得ることができ、高さ変化量、呼吸の波形パターンの感度が対象物の対象領域上の位置に依存されず、対象物の動きを正確に把握することができる。
【０１０１】
なお、以上で説明した本発明の第１、第２の実施の形態に係る呼吸モニタ１、１ａは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの模式的外観図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタのＦＧセンサを説明するための模式的外観図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの投影装置を説明する模式的斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの輝点の移動の概念について説明する概念的斜視図である。
【図６】図５の場合での受像面に結像した輝点について説明する模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの測定装置による対象物の高さの演算について説明する線図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの呼吸の波形パターンの一例を示す概要図である。
【図９】正常及び異常な呼吸の波形パターンの一例について示した概要図である。
【図１０】異常な呼吸の波形パターンに対応する病名または疾患箇所の表を示した図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの高さ方向の動きの検出感度について説明する線図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る呼吸モニタの撮像装置をその光軸が平面の垂直方向に対して傾きを有するように設置した場合について説明する線図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る呼吸モニタの側面を概略的に示す線図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１、１ａ  呼吸モニタ
２  人物
３  ベッド
１０  ＦＧセンサ
１１、１１１  投影装置
１１ａ  パターン
１１ｂ  輝点
１２  撮像装置
１２ａ  結像レンズ
１２ｃ  主平面
１４  測定装置
２０  演算装置
２１  制御部
２２  変動情報生成部
２３  呼吸判定部
２４  補正部
４０  ディスプレイ
１０２  平面
１０３  物体
１０５  光束発生部
１２０  グレーティング
１２１  光ファイバー
１２２  ＦＧ素子
【図１】
2006061223.tif 000003
【図２】
2006061223.tif 000004
【図３】
2006061223.tif 000005
【図４】
2006061223.tif 000006
【図５】
2006061223.tif 000007
【図６】
2006061223.tif 000008
【図７】
2006061223.tif 000009
【図８】
2006061223.tif 000010
【図９】
2006061223.tif 000011
【図１０】
2006061223.tif 000012
【図１１】
2006061223.tif 000013
【図１２】
2006061223.tif 000014
【図１３】
2006061223.tif 000015