JP4365548B2 - 輝点アレイ発生装置及び監視装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、輝点アレイ発生装置とこれを用いた監視装置に関し、特に量産性に優れた、輝点アレイを発生できる輝点アレイ発生装置及びこれを用いた監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
輝点アレイ発生装置として、従来から、ファイバーグレーティング素子（ＦＧ素子）を用いたものがあった。ＦＧ素子は、直径が数１０ミクロン、長さ１０ｍｍ程度の光ファイバーを１００本程度シート状に並べて、それを２枚ファイバーが直交するように重ね合わせたものである。ＦＧ素子は、このシートの直交方向に、レーザー光Ｌ１を入射させると、レーザー光Ｌ１が、個々の光ファイバーの焦点で集光したのち、回折ビームアレイとなり、投影面に正方格子状に輝点アレイを投影することができた。また、ガラス又はプラスチック板の表面に小口径の球面あるいは非球面のレンズを規則的に配置したマイクロレンズアレイによっても、ＦＧ素子と同様の効果を得ることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上のような従来の装置によれば、輝点アレイ発生装置は、これに用いられるＦＧ素子の量産性が低く、例えば人物等を監視する監視装置への利用が簡便ではなかった。また、マイクロレンズアレイを用いた場合には、高ＮＡのマイクロレンズアレイを作成することが困難であったため、広範囲に輝点アレイを発生することができなかった。
【０００４】
そこで本発明は、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる輝点アレイ発生装置及びこれを用いた監視装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による輝点アレイ発生装置１は、例えば図２に示すように、可干渉性の光束を発生する光束発生手段５と；透明な部材の第１の面１３ａに複数のレンズ１１の形成された２次元マイクロレンズアレイ１０とを備え；前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ１１のレンズ面１２に入射し、レンズ面１２で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。
【０００６】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置１は、２次元マイクロレンズアレイ１０を備えるので、量産性が高い輝点アレイ発生装置を提供することができ、前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ１１のレンズ面１２に入射し、レンズ面１２で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置するので、輝点アレイを発生できる。
【０００７】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の輝点アレイ発生装置１では、レンズ面１２に高反射処理１１ａを施すとよい。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明による輝点アレイ発生装置１は、例えば図２、図３に示すように、可干渉性の光束を発生する光束発生手段５と；透明な部材の第１の面１３ａに複数のレンズ１１の形成された２次元マイクロレンズアレイ１０と；レンズ１１のレンズ面１２に対向し、レンズ面１２に近接して設けられた平面ミラー１４とを備え；前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ面１２に入射し、レンズ面１２を透過し、平面ミラー１４で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。
【０００９】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置１は、２次元マイクロレンズアレイ１０を備えるので、量産性が高い輝点アレイ発生装置を提供することができ、前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ面１２に入射し、レンズ面１２を透過し、平面ミラー１４で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置するので、輝点アレイを発生できる。
【００１０】
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項に記載の輝点アレイ発生装置１では、レンズ面１２への入射側に、光束発生手段５で発生された光束を反射または透過するビームスプリッタ１５を備え；ビームスプリッタ１５で反射または透過した光束がレンズ面１２で反射するように構成するとよい。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による輝点アレイ発生装置３０は、例えば図６に示すように、可干渉性の光束を発生する光束発生手段５；透明な第１の平板の一方の面に複数のレンズ３３の形成された第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と；透明な第２の平板の一方の面に、第１のマイクロレンズアレイ３１の複数のレンズ３３に対応する複数のレンズ３４の形成された第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを備え；第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを、前記対応するレンズ同士が対向するように近接して配置し；光束発生手段５を、前記発生した光束が、前記第１の平板の他方の面３７の側から入射し、前記第２の平板の他方の面３８の側から射出するように配置する。
【００１２】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置３０は、第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と、第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを備えるので、量産性が高い輝点アレイ発生装置を提供することができ、第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを、前記対応するレンズ同士が対向するように近接して配置し；光束発生手段５を、前記発生した光束が、前記第１の平板の他方の面３７の側から入射し、前記第２の平板の他方の面３８の側から射出するように配置するので、輝点アレイを発生できる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による監視装置１０１は、例えば図１０に示すように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の輝点アレイ発生装置１と；輝点アレイ発生装置１により照明された監視対象物２を継続的に撮像する撮像手段１１１とを備える。
【００１４】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置１と、輝点アレイ発生装置１により照明された監視対象物２を継続的に撮像する撮像手段１１１とを備えるので、量産性が高い監視装置１０１を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、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または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明による第１の実施の形態である輝点アレイ発生装置１の模式的斜視図である。ここで、ＸＹ軸を平面２内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられている。図中Ｚ軸上で平面２の上方には、輝点アレイ発生装置１が配置されている。輝点アレイ発生装置１は、平面２上に輝点アレイを投光している。
【００１７】
図２の模式的斜視図を参照して、輝点アレイ発生装置１について説明する。輝点アレイ発生装置１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５と、２次元マイクロレンズアレイ１０（以下、単にレンズアレイ１０という）とを備えている。可干渉性の光束は、典型的にはレーザーである。光束発生部５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５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ー装置であり、発生される平行光束は、レーザー光束である。
【００１８】
図３の模式図を参照して、レンズアレイ１０について説明する。（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図の左半分に断面を示した部分断面図である。レンズアレイ１０は、例えば透明な部材としての平板の第１の面としての片面１３ａに、数１０ミクロンの周期で、複数の同一焦点距離、同一開口の凸レンズ１１が形成されたものである。形成するレンズ１１の数は、例えば、レーザー光束径を２ｍｍφ、レンズ１１のピッチを２０μｍとすると、１００×１００＝１００００個程度あれば、レーザ光束をカバーできる。また、１０×１０個以下でも輝点アレイを発生することはできる。また、レンズのピッチは、好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは１０〜５０μｍ程度である。また、第１の面は平面である。
【００１９】
ここでは、レンズアレイ１０は、複数のレンズ１１の表面１２（以下単にレンズ面１２という）に、さらに高反射処理を施したものを用いる。高反射処理は、典型的にはアルミコーティング１１ａである。このようにすると、レンズアレイ１０は、レンズ１１が平板の内側から見て（平板を構成する材料中から見て）凹面ミラーと同じ構成になるので、単に１枚の２次元マイクロレンズアレイに光を透過させた場合と比較して、容易にレンズ１１の短焦点化、大口径比（ＮＡ値）化ができる。これにより、レンズアレイ１０は、広範囲に輝点アレイを発生することができる。
【００２０】
また、図３（ｃ）に示すように、レンズアレイ１０は、レンズ面１２にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面１２に対して平板の外側に設けられた平面ミラー１４を備えるようにしてもよい。このようにすると、レンズアレイ１０は、光がレンズ１１に２回入射することになるので、レンズ面１２に高反射処理を施した場合と同様に、レンズ１１の短焦点化が容易にできる。
【００２１】
なお、レンズアレイ１０は、できるだけ隣接するレンズ１１同士の間の隙間が小さいことが望ましい。したがって、レンズ１１を直交格子状にならべるのであれば、開口形状は円形ではなく矩形にしてもよい。
【００２２】
図２に戻って、さらに輝点アレイ発生装置１について説明する。輝点アレイ発生装置１については、可干渉性の光束としてのレーザー光Ｌ１が、片面１３ａとは異なる第２の面としての他方の面１３ｂ（以下単に面１３ｂという）から平板に入射する。入射したレーザー光Ｌ１が、平板内を進行し、レンズ１１のレンズ面１２に入射し、レンズ面１２で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。これにより、レンズ面１２で反射されたレーザー光Ｌ１は互いに干渉して輝点アレイを生成する。また、図３（ｃ）で説明したように、平面ミラー１４を備える場合には、レーザー光Ｌ１が、面１３ｂから平板に入射し、レンズ面１２に入射し、レンズ面１２を透過して、平面ミラー１４で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。
【００２３】
また、輝点アレイ発生装置１は、レンズアレイ１０のレンズ面１２への入射側に、光束発生手段５で発生されたレーザー光Ｌ１を反射または透過するビームスプリッタ１５を備えている。輝点アレイ発生装置１は、ビームスプリッタ１５で反射または透過したレーザー光Ｌ１がレンズ面１２で反射するように構成されている。
【００２４】
これにより、輝点アレイ発生装置１では、レーザー光Ｌ１は、レンズアレイ１０に、Ｚ軸の垂直方向に入射させることで、ビームスプリッタ１５で反射し、レンズアレイ１０に入射する。入射したレーザー光Ｌ１は、個々のレンズ１１のレンズ面１２で反射し、レンズ１１の焦点で集光したのち、ビームスプリッタ１５を透過して、球面波となって広がって行き、干渉して、発生した輝点アレイの投影面である平面２に、正方格子状に輝点アレイ１０ａが発生される。
【００２５】
図４の模式図を参照して、輝点アレイ発生装置の別の例を説明する。（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図の一部を断面にした部分断面図である。本図の輝点アレイ発生装置は、図２の輝点アレイ発生装置１のレンズアレイ１０と、ビームスプリッタ１５とを一体に構成した場合である。この場合、レンズアレイ２０は、透明な部材としての三角プリズム（２角が４５°の直角プリズム）２５の第１の面としての正面２３ａに複数のレンズ２１を形成してある。第１の面は、平面である。また、複数のレンズ２１は、図中、正面２３ａの中心部に、正面２３ａの面積の１／９程度に形成されているが、レーザー光束径と三角プリズムとの大きさの関係により適宜きめてよく、例えば、正面２３ａが５ｍｍ□であるプリズムに光束径２ｍｍφのレーザー光を入射させる場合、４／２５程度である。
【００２６】
またレンズアレイ１０と同様に、レンズアレイ２０は、複数のレンズ２１の表面２２（以下レンズ面２２という）に、さらにアルミコーティング２２ａを施すようにする。さらに、レンズアレイ２０は、斜面２４にハーフミラー２４ａを形成する（以下斜面２４をハーフミラー面２４という）。実際には、後述の三角プリズム２６を貼り付けることにより、ハーフミラーとして機能する。さらにレンズアレイ１０と同様に、レンズアレイ２０は、レンズ面２２にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面２２に対向して設けられた平面ミラーを備えるようにしてもよい。
【００２７】
さらに、レンズアレイ２０は、三角プリズム２５と同一形状の三角プリズム２６を、ハーフミラー面２４に斜面２７を対応させて貼り付ける。このようにすることで、ハーフミラー面２４での全反射を防ぐことができるだけでなく、レンズ面２２で反射した光を面２８から同一条件で射出することができる。
【００２８】
これにより、レンズアレイ２０を用いた輝点アレイ発生装置１’では、レーザー光Ｌ１は、レンズアレイ２０の第２の面としての対面２３ｂからＺ軸の垂直方向即ち対面２３ｂに垂直に入射させる。入射したレーザー光Ｌ１は、三角プリズム内を進行し、ハーフミラー面２４で反射し、レンズ面２２に入射する。入射したレーザー光Ｌ１は、個々のレンズ２１のレンズ面２２で反射し、レンズ２１の焦点で集光したのち、ハーフミラー面２４及び斜面２７を透過して、面２８から出射され、球面波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面２に、レンズアレイ１０を用いた場合と同様に正方格子状に輝点アレイ１０ａが発生される。
【００２９】
また、図１０の模式的断面図を参照して、別の実施の形態で用いるレンズアレイを説明する。この実施の形態では、２角が等しくない直角プリズムに複数のレンズ２２’を形成している。本図の輝点アレイ発生装置は、図４の場合と同様に図２の輝点アレイ発生装置１のレンズアレイ１０と、ビームスプリッタ１５とを一体に構成した場合である。この場合、レンズアレイ２０’は、透明な部材としての三角プリズム（２角が等しくない直角プリズム）２５’の第１の面としての正面２３ａ’に複数のレンズ２１’を形成してある。
【００３０】
またレンズアレイ２０と同様に、レンズアレイ２０’は、複数のレンズ２１’の表面２２’（以下レンズ面２２’という）に、さらにアルミコーティング２２ａ’を施すようにする。さらに、レンズアレイ２０’は、斜面２４’にハーフミラー２４ａ’を形成する。さらにレンズアレイ２０と同様に、レンズアレイ２０’は、レンズ面２２’にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面２２’に対向して設けられた平面ミラーを備えるようにしてもよい。
【００３１】
また、レンズアレイ２０’は、三角プリズム２５’と同一形状の三角プリズム２６’を、ハーフミラー面２４’に斜面２７’を対応させて貼り付ける。
【００３２】
さらに、レンズアレイ２０’は、正面２３ａ’と対面２３ｂ’の一部を切り欠くことにより第２の面としての面２９を形成する。本図では、正面２３ａ’とハーフミラー面２４’（斜面２７’）とのなす角θ１を３０°として示している。この場合には、正面２３ａ’と面２９とのなす角θ２を６０°に形成する。これにより、レンズアレイ２０’は、面２９に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させたときに、正面２３ａ’に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させることができる。
【００３３】
また、レンズアレイ２０’は、一般には、θ２＝２θ１となるように、面２９を形成すれば、面２９に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させることにより、正面２３ａ’に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させることができる。
【００３４】
さらに、レンズアレイ２０’は、レーザー光Ｌ１のレンズ面２２’への入射方向の厚みを薄く形成できるので、レンズアレイ２０と比較して、より小型化することができると同時に、レンズのＮＡを大きくとることができる。またこの場合は、面２９にレーザー光Ｌ１を垂直に入射させることにより、投影面である平面２に、レンズアレイ２０を用いた場合と同様に正方格子状に輝点アレイ１０ａが発生される。
【００３５】
また、図５の模式図に示すように、輝点アレイ発生装置１は、ビームスプリッタ１５を備えずに、Ｚ軸上に光束発生部５を設けるようにしてもよい。この場合、輝点アレイ発生装置１は、光束発生部５が、レンズアレイ１０から射出された光の一部分を遮るので、発生される輝点アレイ１０ａの例えば中心部が欠けることになるが、より単純な構成とすることができる。
【００３６】
さらに、輝点アレイ発生装置１は、輝点アレイ１０ａが欠けない程度の位置に光束発生部５を設けるようにしてもよい（図中破線で表示）。この場合、輝点アレイ発生装置１は、光束発生部５より発生されるレーザー光Ｌ１のレンズアレイ１０への入射角が、レンズアレイ１０による輝点アレイの発生に差支えない程度例えば３０°以内とする。
【００３７】
以上のように、輝点アレイ発生装置１は、既存のレンズアレイをそのまま用いることができ、またレンズアレイ１０にアルミコーティング１２ａすることでレンズ１１の短焦点化（高ＮＡ化）ができるので、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる。
【００３８】
図６の模式図を参照して、本発明による第２の実施の形態である輝点アレイ発生装置３０について説明する。輝点アレイ発生装置３０は、図１で説明した輝点アレイ発生装置１と同様に、Ｚ軸上で平面２の上方に配置され、平面２上に輝点アレイを投光する。
【００３９】
輝点アレイ発生装置３０は、光束発生部５と、第１の２次元マイクロレンズアレイとしてのレンズアレイ３１と、第２の２次元マイクロレンズアレイとしてのレンズアレイ３２とを備えている。
【００４０】
また図７の部分断面図に示すように、輝点アレイ発生装置３０は、透明な第１の平板の一方の面に複数のレンズ３３の形成されたレンズアレイ３１と、透明な第２の平板の一方の面に、レンズアレイ３１の複数のレンズ３３に対応する複数のレンズ３４の形成されたレンズアレイ３２とを、対応するレンズ同士が対向するように近接して配置する。レンズアレイ３１、レンズアレイ３２は、典型的には前述のレンズアレイ１０と同様なものである。
【００４１】
輝点アレイ発生装置３０は、光束発生部５を、発生したレーザー光Ｌ１が、第１の平板の他方の面即ちレンズアレイ３１の他方の面３７（以下単に面３７という）の側から入射し、第２の平板の他方の面即ちレンズアレイ３２の他方の面３８（以下単に面３８という）の側から射出するように配置するようにする。
【００４２】
これにより、輝点アレイ発生装置３０では、レーザー光Ｌ１は、２枚のレンズアレイ３１、３２のレンズアレイ３１の面３７側からＺ軸方向に入射させることで、個々の２枚のレンズ３３、３４の合成焦点で集光したのち、球面波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面２に、正方格子状に輝点アレイ１０ａ’が発生される。
【００４３】
以上のように、輝点アレイ発生装置３０は、既存のレンズアレイをそのまま用いることができ、またレンズアレイ３１とレンズアレイ３２とを、互いのレンズ面３５、３６同士を対向させ、且つ対応するレンズ３３、３４同士が対向するように近接して配置することで短焦点化（高ＮＡ化）ができるので、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる。
【００４４】
また以上で説明した輝点アレイ発生装置１または輝点アレイ発生装置３０は、それぞれに用いるレンズアレイのレンズ面に波面精度の高いものを用いることで、光束発生部５で発生するレーザー光がさらに低出力なものを使用することができる。
【００４５】
さらに、以上で説明した輝点アレイ発生装置１または輝点アレイ発生装置３０は、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できるので、輝点アレイの各々の輝点の移動を測定する装置例えば、監視対象領域内に存在する人物や物体の監視や、人物の呼吸等の検出を行なうことで人物の状態を監視する監視装置、物体の３次元形状を測定する測定装置等に用いた場合に有効である。
以下、実施例として、輝点アレイ発生装置１を用いた、人物の呼吸等の検出を行なうことで人物の状態を監視する監視装置について説明する。
【００４６】
図８は、本発明による第３の実施の形態である監視装置１０１の模式的斜視図である。図中ベッド１０６上に監視対象物としての人物１０２が横たわって存在している。また、人物１０２の上には、さらに寝具１０３がかけられており、人物１０２の一部と、ベッド１０６の一部とを覆っている。
【００４７】
一方、人物１０２の腹部周辺直上には、輝点アレイ発生装置１により照明された人物１０２を継続的に撮像するための撮像手段としての撮像部１１１が設置されている。また人物１０２のおよそ足部又は頭部上方には（図示は足部上方の場合）、輝点アレイ発生装置１が設置され、人物１０２のおよそ腹部上の寝具１０３を中心に照明している。照明される範囲は、人物１０２の腹部、胸部、背部、および肩部が、就寝中に取りうる位置を網羅する範囲に設定するとよい。同様に、撮像部１１１による撮影領域の範囲も設定するとよい。
【００４８】
さらに、撮像部１１１と輝点アレイ発生装置１とは、撮像部１１１と輝点アレイ発生装置１を結ぶ軸と、ベッド１０６の中心線がおよそ平行になるように設置する。撮像部１１１と輝点アレイ発生装置１との設置場所は、例えば天井に設置するとよい。このように設置することで、人物１０２の周期的動き例えば呼吸を敏感に検出することができる。撮像部１１１は、複数の画素の配列された撮像素子を有するものであり、典型的にはＣＣＤカメラである。
【００４９】
ここで、図９の概念的斜視図を参照して、撮像装置１１０について説明する。ここでは、判りやすく人物１０２を、直方体形状をした物体１２０として、輝点アレイ発生装置１により照明される面を平面１２１として説明する。さらに判りやすく、物体１２０の変化（動き）を、物体１２０の存在するときと存在しないときで説明する。
【００５０】
図中物体１２０が、平面１２１上に載置されている。ＸＹ軸を平面１２１内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられており、物体１２０はＸＹ座標系の第１象限に置かれている。
【００５１】
一方、図中Ｚ軸上で平面１２１の上方には撮像部１１１が配置されている。撮像部１１１の結像レンズ１１１ａは、その光軸がＺ軸に一致するように配置されている。結像レンズ１１１ａが、平面１２１あるいは物体１２０の像を結像する撮像素子１１５の結像面１１５’（イメージプレーン）は、Ｚ軸に直交する面である。結像面内１１５’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。
【００５２】
平面１２１から結像レンズ１１１ａと等距離で、結像レンズ１１１ａからＹ軸の負の方向に距離ｄだけ離れたところに、輝点アレイ発生装置１が配置されている。物体１２０と平面１２１は、輝点アレイ発生装置１により輝点アレイ１０ａが照明される。
【００５３】
また、輝点アレイ発生装置１にレーザーのような略単一波長光源を用いる場合には、撮像部１１１は、この略単一波長の周辺部以外の波長の光を減光するフィルタ１１１ｂを備えるとよい。フィルタ１１１ｂは、典型的には光学フィルタであり、結像レンズ１１１ａの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮像部１１１は、撮像素子１１５に受光する光のうち、輝点アレイ発生装置１より照射された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。
【００５４】
輝点アレイ発生装置１により平面１２１に投影された輝点アレイ１０ａは、物体１２０が存在する部分は、物体１２０に遮られ平面１２１には到達しない。ここで物体１２０が存在しなければ、平面１２１上の点１２１ａに投射されるべき輝点は、物体１２０上の点１２０ａに投射される。輝点が点１２１ａから点１２０ａに移動したことにより、また結像レンズ１１１ａと輝点アレイ発生装置１とが距離ｄだけ離れているところから、結像面１１５’上では、点１２１ａ’（ｘ，ｙ）に結像すべきところが点１２０ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に結像する。即ち、物体１２０が存在しない時点と物体１２０が存在する時点とは、輝点がｙ軸方向に距離δだけ移動することになる。
【００５５】
また、撮像部１１１は、撮像素子１１５により得られた所定時間間隔の２フレームの画像の差分画像を生成する差分画像生成手段としての画像処理部１１４を備えるようにしてもよい。画像処理部１１４は、撮像素子１１５の各画素毎の差を取ることにより差分画像を生成する。所定時間間隔とは、物体１２０の細かい周期的動き即ち人物１０２の呼吸を監視するのに十分な間隔であり、例えば２〜５フレーム／秒程度であるが、さらに速く例えば１０フレーム／秒以上であってもよい。撮像部１１１は、差分画像を生成することにより、例えば太陽光により、人物１０２以外の物による陰影が人物１０２にかかっていたり、外乱光による照明強度が、人物１０２の部分部分でばらつきがあったりしていても、そのような陰影やばらつきの影響を排除できる。
【００５６】
また、撮像部１１１は、撮像素子１１５として動体検出素子を用いてもよい。動体検出素子は、例えば撮像素子１１５の各画素で、フレームの画素値を記憶し、１フレームずれた最新のフレームの画素値との差を取り、その差を閾値処理して値を出力する機能（２値化処理機能）を持った素子で、信号伝達過程でのノイズの影響をうけることなく、輝点が移動した差分画像を生成することができる。
【００５７】
さらに撮像部１１１は、例えば上述の動体検出素子を用いた場合でも、レーザー光Ｌ１は、低出力レーザーでもよく、また、継続的に照射することができる。
【００５８】
監視装置１０１は、撮像部１１１より画像又は差画像を入力し、入力した画像の２フレーム間の輝点の移動から人物１０２の形状変化を抽出する。これにより、監視装置１０１は、この形状変化を追うことで、人物１０２の呼吸や動きの検出をすることができる。また、差画像を用いた場合、入力する差画像上には、移動した輝点のみが残っているので、処理が簡便になる。人物１０２の呼吸や動きの検出は、輝点の移動から輝点移動量を算出して、この変化から検出してもよいし、また輝点移動量から三角法により人物１０２までの距離変化から検出してもよい。また移動した輝点の画素値の累積を算出して、この変化から検出してもよい。
【００５９】
以上では、監視装置１０１は、ベッド１０６上の人物１０２の動きを検出する場合について説明したが、これに限定されて適用されるものではなく、例えばトイレや浴室等、監視領域が限定される場合に、特に有効に働くものである。
【００６０】
また監視装置１０１は、単純な画像処理で、人物１０２の姿勢や外乱光に対して影響を受けることなく人物の呼吸を確実に検出することができる。これにより、監視装置１０１は、高齢者や病人が危機的状況に陥った場合に、迅速な救急対応の実現が可能になる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、可干渉性の光束を発生する光束発生手段と、透明な部材の第１の面に複数のレンズの形成された２次元マイクロレンズアレイとを備え、前記光束が、前記第１の面とは異なる第２の面から前記部材に入射し、前記レンズのレンズ面に入射し、該レンズ面で反射するように、前記光束発生手段を前記２次元マイクロレンズアレイに対して配置したので、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる輝点アレイ発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である輝点アレイ発生装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である輝点アレイ発生装置を説明する模式的斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態で用いる２次元マイクロレンズアレイを説明する（ａ）模式的斜視図、（ｂ）模式的部分断面図、（ｃ）平面ミラーを備えた場合の模式的部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いる三角プリズムを用いた場合の２次元マイクロレンズアレイを説明する（ａ）模式的斜視図、（ｂ）模式的部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態であるビームスプリッタを備えない場合の輝点アレイ発生装置を説明する模式的斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である輝点アレイ発生装置を説明する模式的斜視図である。
【図７】図６の場合における２次元マイクロレンズアレイを説明する模式的部分断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である監視装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態で用いる撮像装置の構成例を示す概念的斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態で用いる三角プリズムを用いた場合の２次元マイクロレンズアレイの一例を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
１、３０ 輝点アレイ発生装置
２ 平面
５ 光束発生部
１０ ２次元マイクロレンズアレイ
１０ａ 輝点アレイ
１１ レンズ
１２ レンズ面
１４ 平面ミラー
１５ ビームスプリッタ
２０ ２次元マイクロレンズアレイ（三角プリズム）
３１ 第１の２次元マイクロレンズアレイ
３２ 第２の２次元マイクロレンズアレイ
１０１ 監視装置
１０２ 人物
１１０ 撮像装置
１１１ 撮像部
１１５ 撮像素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、輝点アレイ発生装置とこれを用いた監視装置に関し、特に量産性に優れた、輝点アレイを発生できる輝点アレイ発生装置及びこれを用いた監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
輝点アレイ発生装置として、従来から、ファイバーグレーティング素子（ＦＧ素子）を用いたものがあった。ＦＧ素子は、直径が数１０ミクロン、長さ１０ｍｍ程度の光ファイバーを１００本程度シート状に並べて、それを２枚ファイバーが直交するように重ね合わせたものである。ＦＧ素子は、このシートの直交方向に、レーザー光Ｌ１を入射させると、レーザー光Ｌ１が、個々の光ファイバーの焦点で集光したのち、回折ビームアレイとなり、投影面に正方格子状に輝点アレイを投影することができた。また、ガラス又はプラスチック板の表面に小口径の球面あるいは非球面のレンズを規則的に配置したマイクロレンズアレイによっても、ＦＧ素子と同様の効果を得ることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上のような従来の装置によれば、輝点アレイ発生装置は、これに用いられるＦＧ素子の量産性が低く、例えば人物等を監視する監視装置への利用が簡便ではなかった。また、マイクロレンズアレイを用いた場合には、高ＮＡのマイクロレンズアレイを作成することが困難であったため、広範囲に輝点アレイを発生することができなかった。
【０００４】
そこで本発明は、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる輝点アレイ発生装置及びこれを用いた監視装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による輝点アレイ発生装置１は、例えば図２に示すように、可干渉性の光束を発生する光束発生手段５と；透明な部材の第１の面１３ａに複数のレンズ１１の形成された２次元マイクロレンズアレイ１０とを備え；前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ１１のレンズ面１２に入射し、レンズ面１２で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。
【０００６】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置１は、２次元マイクロレンズアレイ１０を備えるので、量産性が高い輝点アレイ発生装置を提供することができ、前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ１１のレンズ面１２に入射し、レンズ面１２で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置するので、輝点アレイを発生できる。
【０００７】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の輝点アレイ発生装置１では、レンズ面１２に高反射処理１１ａを施すとよい。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明による輝点アレイ発生装置１は、例えば図２、図３に示すように、可干渉性の光束を発生する光束発生手段５と；透明な部材の第１の面１３ａに複数のレンズ１１の形成された２次元マイクロレンズアレイ１０と；レンズ１１のレンズ面１２に対向し、レンズ面１２に近接して設けられた平面ミラー１４とを備え；前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ面１２に入射し、レンズ面１２を透過し、平面ミラー１４で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。
【０００９】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置１は、２次元マイクロレンズアレイ１０を備えるので、量産性が高い輝点アレイ発生装置を提供することができ、前記光束が、第１の面１３ａとは異なる第２の面１３ｂから前記部材に入射し、レンズ面１２に入射し、レンズ面１２を透過し、平面ミラー１４で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置するので、輝点アレイを発生できる。
【００１０】
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項に記載の輝点アレイ発生装置１では、レンズ面１２への入射側に、光束発生手段５で発生された光束を反射または透過するビームスプリッタ１５を備え；ビームスプリッタ１５で反射または透過した光束がレンズ面１２で反射するように構成するとよい。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による輝点アレイ発生装置３０は、例えば図６に示すように、可干渉性の光束を発生する光束発生手段５；透明な第１の平板の一方の面に複数のレンズ３３の形成された第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と；透明な第２の平板の一方の面に、第１のマイクロレンズアレイ３１の複数のレンズ３３に対応する複数のレンズ３４の形成された第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを備え；第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを、前記対応するレンズ同士が対向するように近接して配置し；光束発生手段５を、前記発生した光束が、前記第１の平板の他方の面３７の側から入射し、前記第２の平板の他方の面３８の側から射出するように配置する。
【００１２】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置３０は、第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と、第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを備えるので、量産性が高い輝点アレイ発生装置を提供することができ、第１の２次元マイクロレンズアレイ３１と第２の２次元マイクロレンズアレイ３２とを、前記対応するレンズ同士が対向するように近接して配置し；光束発生手段５を、前記発生した光束が、前記第１の平板の他方の面３７の側から入射し、前記第２の平板の他方の面３８の側から射出するように配置するので、輝点アレイを発生できる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による監視装置１０１は、例えば図１０に示すように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の輝点アレイ発生装置１と；輝点アレイ発生装置１により照明された監視対象物２を継続的に撮像する撮像手段１１１とを備える。
【００１４】
このように構成すると、輝点アレイ発生装置１と、輝点アレイ発生装置１により照明された監視対象物２を継続的に撮像する撮像手段１１１とを備えるので、量産性が高い監視装置１０１を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、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または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明による第１の実施の形態である輝点アレイ発生装置１の模式的斜視図である。ここで、ＸＹ軸を平面２内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられている。図中Ｚ軸上で平面２の上方には、輝点アレイ発生装置１が配置されている。輝点アレイ発生装置１は、平面２上に輝点アレイを投光している。
【００１７】
図２の模式的斜視図を参照して、輝点アレイ発生装置１について説明する。輝点アレイ発生装置１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５と、２次元マイクロレンズアレイ１０（以下、単にレンズアレイ１０という）とを備えている。可干渉性の光束は、典型的にはレーザーである。光束発生部５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５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ー装置であり、発生される平行光束は、レーザー光束である。
【００１８】
図３の模式図を参照して、レンズアレイ１０について説明する。（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図の左半分に断面を示した部分断面図である。レンズアレイ１０は、例えば透明な部材としての平板の第１の面としての片面１３ａに、数１０ミクロンの周期で、複数の同一焦点距離、同一開口の凸レンズ１１が形成されたものである。形成するレンズ１１の数は、例えば、レーザー光束径を２ｍｍφ、レンズ１１のピッチを２０μｍとすると、１００×１００＝１００００個程度あれば、レーザ光束をカバーできる。また、１０×１０個以下でも輝点アレイを発生することはできる。また、レンズのピッチは、好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは１０〜５０μｍ程度である。また、第１の面は平面である。
【００１９】
ここでは、レンズアレイ１０は、複数のレンズ１１の表面１２（以下単にレンズ面１２という）に、さらに高反射処理を施したものを用いる。高反射処理は、典型的にはアルミコーティング１１ａである。このようにすると、レンズアレイ１０は、レンズ１１が平板の内側から見て（平板を構成する材料中から見て）凹面ミラーと同じ構成になるので、単に１枚の２次元マイクロレンズアレイに光を透過させた場合と比較して、容易にレンズ１１の短焦点化、大口径比（ＮＡ値）化ができる。これにより、レンズアレイ１０は、広範囲に輝点アレイを発生することができる。
【００２０】
また、図３（ｃ）に示すように、レンズアレイ１０は、レンズ面１２にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面１２に対して平板の外側に設けられた平面ミラー１４を備えるようにしてもよい。このようにすると、レンズアレイ１０は、光がレンズ１１に２回入射することになるので、レンズ面１２に高反射処理を施した場合と同様に、レンズ１１の短焦点化が容易にできる。
【００２１】
なお、レンズアレイ１０は、できるだけ隣接するレンズ１１同士の間の隙間が小さいことが望ましい。したがって、レンズ１１を直交格子状にならべるのであれば、開口形状は円形ではなく矩形にしてもよい。
【００２２】
図２に戻って、さらに輝点アレイ発生装置１について説明する。輝点アレイ発生装置１については、可干渉性の光束としてのレーザー光Ｌ１が、片面１３ａとは異なる第２の面としての他方の面１３ｂ（以下単に面１３ｂという）から平板に入射する。入射したレーザー光Ｌ１が、平板内を進行し、レンズ１１のレンズ面１２に入射し、レンズ面１２で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。これにより、レンズ面１２で反射されたレーザー光Ｌ１は互いに干渉して輝点アレイを生成する。また、図３（ｃ）で説明したように、平面ミラー１４を備える場合には、レーザー光Ｌ１が、面１３ｂから平板に入射し、レンズ面１２に入射し、レンズ面１２を透過して、平面ミラー１４で反射するように、光束発生手段５を２次元マイクロレンズアレイ１０に対して配置する。
【００２３】
また、輝点アレイ発生装置１は、レンズアレイ１０のレンズ面１２への入射側に、光束発生手段５で発生されたレーザー光Ｌ１を反射または透過するビームスプリッタ１５を備えている。輝点アレイ発生装置１は、ビームスプリッタ１５で反射または透過したレーザー光Ｌ１がレンズ面１２で反射するように構成されている。
【００２４】
これにより、輝点アレイ発生装置１では、レーザー光Ｌ１は、レンズアレイ１０に、Ｚ軸の垂直方向に入射させることで、ビームスプリッタ１５で反射し、レンズアレイ１０に入射する。入射したレーザー光Ｌ１は、個々のレンズ１１のレンズ面１２で反射し、レンズ１１の焦点で集光したのち、ビームスプリッタ１５を透過して、球面波となって広がって行き、干渉して、発生した輝点アレイの投影面である平面２に、正方格子状に輝点アレイ１０ａが発生される。
【００２５】
図４の模式図を参照して、輝点アレイ発生装置の別の例を説明する。（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図の一部を断面にした部分断面図である。本図の輝点アレイ発生装置は、図２の輝点アレイ発生装置１のレンズアレイ１０と、ビームスプリッタ１５とを一体に構成した場合である。この場合、レンズアレイ２０は、透明な部材としての三角プリズム（２角が４５°の直角プリズム）２５の第１の面としての正面２３ａに複数のレンズ２１を形成してある。第１の面は、平面である。また、複数のレンズ２１は、図中、正面２３ａの中心部に、正面２３ａの面積の１／９程度に形成されているが、レーザー光束径と三角プリズムとの大きさの関係により適宜きめてよく、例えば、正面２３ａが５ｍｍ□であるプリズムに光束径２ｍｍφのレーザー光を入射させる場合、４／２５程度である。
【００２６】
またレンズアレイ１０と同様に、レンズアレイ２０は、複数のレンズ２１の表面２２（以下レンズ面２２という）に、さらにアルミコーティング２２ａを施すようにする。さらに、レンズアレイ２０は、斜面２４にハーフミラー２４ａを形成する（以下斜面２４をハーフミラー面２４という）。実際には、後述の三角プリズム２６を貼り付けることにより、ハーフミラーとして機能する。さらにレンズアレイ１０と同様に、レンズアレイ２０は、レンズ面２２にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面２２に対向して設けられた平面ミラーを備えるようにしてもよい。
【００２７】
さらに、レンズアレイ２０は、三角プリズム２５と同一形状の三角プリズム２６を、ハーフミラー面２４に斜面２７を対応させて貼り付ける。このようにすることで、ハーフミラー面２４での全反射を防ぐことができるだけでなく、レンズ面２２で反射した光を面２８から同一条件で射出することができる。
【００２８】
これにより、レンズアレイ２０を用いた輝点アレイ発生装置１’では、レーザー光Ｌ１は、レンズアレイ２０の第２の面としての対面２３ｂからＺ軸の垂直方向即ち対面２３ｂに垂直に入射させる。入射したレーザー光Ｌ１は、三角プリズム内を進行し、ハーフミラー面２４で反射し、レンズ面２２に入射する。入射したレーザー光Ｌ１は、個々のレンズ２１のレンズ面２２で反射し、レンズ２１の焦点で集光したのち、ハーフミラー面２４及び斜面２７を透過して、面２８から出射され、球面波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面２に、レンズアレイ１０を用いた場合と同様に正方格子状に輝点アレイ１０ａが発生される。
【００２９】
また、図１０の模式的断面図を参照して、別の実施の形態で用いるレンズアレイを説明する。この実施の形態では、２角が等しくない直角プリズムに複数のレンズ２２’を形成している。本図の輝点アレイ発生装置は、図４の場合と同様に図２の輝点アレイ発生装置１のレンズアレイ１０と、ビームスプリッタ１５とを一体に構成した場合である。この場合、レンズアレイ２０’は、透明な部材としての三角プリズム（２角が等しくない直角プリズム）２５’の第１の面としての正面２３ａ’に複数のレンズ２１’を形成してある。
【００３０】
またレンズアレイ２０と同様に、レンズアレイ２０’は、複数のレンズ２１’の表面２２’（以下レンズ面２２’という）に、さらにアルミコーティング２２ａ’を施すようにする。さらに、レンズアレイ２０’は、斜面２４’にハーフミラー２４ａ’を形成する。さらにレンズアレイ２０と同様に、レンズアレイ２０’は、レンズ面２２’にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面２２’に対向して設けられた平面ミラーを備えるようにしてもよい。
【００３１】
また、レンズアレイ２０’は、三角プリズム２５’と同一形状の三角プリズム２６’を、ハーフミラー面２４’に斜面２７’を対応させて貼り付ける。
【００３２】
さらに、レンズアレイ２０’は、正面２３ａ’と対面２３ｂ’の一部を切り欠くことにより第２の面としての面２９を形成する。本図では、正面２３ａ’とハーフミラー面２４’（斜面２７’）とのなす角θ１を３０°として示している。この場合には、正面２３ａ’と面２９とのなす角θ２を６０°に形成する。これにより、レンズアレイ２０’は、面２９に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させたときに、正面２３ａ’に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させることができる。
【００３３】
また、レンズアレイ２０’は、一般には、θ２＝２θ１となるように、面２９を形成すれば、面２９に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させることにより、正面２３ａ’に対して垂直にレーザー光Ｌ１を入射させることができる。
【００３４】
さらに、レンズアレイ２０’は、レーザー光Ｌ１のレンズ面２２’への入射方向の厚みを薄く形成できるので、レンズアレイ２０と比較して、より小型化することができると同時に、レンズのＮＡを大きくとることができる。またこの場合は、面２９にレーザー光Ｌ１を垂直に入射させることにより、投影面である平面２に、レンズアレイ２０を用いた場合と同様に正方格子状に輝点アレイ１０ａが発生される。
【００３５】
また、図５の模式図に示すように、輝点アレイ発生装置１は、ビームスプリッタ１５を備えずに、Ｚ軸上に光束発生部５を設けるようにしてもよい。この場合、輝点アレイ発生装置１は、光束発生部５が、レンズアレイ１０から射出された光の一部分を遮るので、発生される輝点アレイ１０ａの例えば中心部が欠けることになるが、より単純な構成とすることができる。
【００３６】
さらに、輝点アレイ発生装置１は、輝点アレイ１０ａが欠けない程度の位置に光束発生部５を設けるようにしてもよい（図中破線で表示）。この場合、輝点アレイ発生装置１は、光束発生部５より発生されるレーザー光Ｌ１のレンズアレイ１０への入射角が、レンズアレイ１０による輝点アレイの発生に差支えない程度例えば３０°以内とする。
【００３７】
以上のように、輝点アレイ発生装置１は、既存のレンズアレイをそのまま用いることができ、またレンズアレイ１０にアルミコーティング１２ａすることでレンズ１１の短焦点化（高ＮＡ化）ができるので、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる。
【００３８】
図６の模式図を参照して、本発明による第２の実施の形態である輝点アレイ発生装置３０について説明する。輝点アレイ発生装置３０は、図１で説明した輝点アレイ発生装置１と同様に、Ｚ軸上で平面２の上方に配置され、平面２上に輝点アレイを投光する。
【００３９】
輝点アレイ発生装置３０は、光束発生部５と、第１の２次元マイクロレンズアレイとしてのレンズアレイ３１と、第２の２次元マイクロレンズアレイとしてのレンズアレイ３２とを備えている。
【００４０】
また図７の部分断面図に示すように、輝点アレイ発生装置３０は、透明な第１の平板の一方の面に複数のレンズ３３の形成されたレンズアレイ３１と、透明な第２の平板の一方の面に、レンズアレイ３１の複数のレンズ３３に対応する複数のレンズ３４の形成されたレンズアレイ３２とを、対応するレンズ同士が対向するように近接して配置する。レンズアレイ３１、レンズアレイ３２は、典型的には前述のレンズアレイ１０と同様なものである。
【００４１】
輝点アレイ発生装置３０は、光束発生部５を、発生したレーザー光Ｌ１が、第１の平板の他方の面即ちレンズアレイ３１の他方の面３７（以下単に面３７という）の側から入射し、第２の平板の他方の面即ちレンズアレイ３２の他方の面３８（以下単に面３８という）の側から射出するように配置するようにする。
【００４２】
これにより、輝点アレイ発生装置３０では、レーザー光Ｌ１は、２枚のレンズアレイ３１、３２のレンズアレイ３１の面３７側からＺ軸方向に入射させることで、個々の２枚のレンズ３３、３４の合成焦点で集光したのち、球面波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面２に、正方格子状に輝点アレイ１０ａ’が発生される。
【００４３】
以上のように、輝点アレイ発生装置３０は、既存のレンズアレイをそのまま用いることができ、またレンズアレイ３１とレンズアレイ３２とを、互いのレンズ面３５、３６同士を対向させ、且つ対応するレンズ３３、３４同士が対向するように近接して配置することで短焦点化（高ＮＡ化）ができるので、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる。
【００４４】
また以上で説明した輝点アレイ発生装置１または輝点アレイ発生装置３０は、それぞれに用いるレンズアレイのレンズ面に波面精度の高いものを用いることで、光束発生部５で発生するレーザー光がさらに低出力なものを使用することができる。
【００４５】
さらに、以上で説明した輝点アレイ発生装置１または輝点アレイ発生装置３０は、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できるので、輝点アレイの各々の輝点の移動を測定する装置例えば、監視対象領域内に存在する人物や物体の監視や、人物の呼吸等の検出を行なうことで人物の状態を監視する監視装置、物体の３次元形状を測定する測定装置等に用いた場合に有効である。
以下、実施例として、輝点アレイ発生装置１を用いた、人物の呼吸等の検出を行なうことで人物の状態を監視する監視装置について説明する。
【００４６】
図８は、本発明による第３の実施の形態である監視装置１０１の模式的斜視図である。図中ベッド１０６上に監視対象物としての人物１０２が横たわって存在している。また、人物１０２の上には、さらに寝具１０３がかけられており、人物１０２の一部と、ベッド１０６の一部とを覆っている。
【００４７】
一方、人物１０２の腹部周辺直上には、輝点アレイ発生装置１により照明された人物１０２を継続的に撮像するための撮像手段としての撮像部１１１が設置されている。また人物１０２のおよそ足部又は頭部上方には（図示は足部上方の場合）、輝点アレイ発生装置１が設置され、人物１０２のおよそ腹部上の寝具１０３を中心に照明している。照明される範囲は、人物１０２の腹部、胸部、背部、および肩部が、就寝中に取りうる位置を網羅する範囲に設定するとよい。同様に、撮像部１１１による撮影領域の範囲も設定するとよい。
【００４８】
さらに、撮像部１１１と輝点アレイ発生装置１とは、撮像部１１１と輝点アレイ発生装置１を結ぶ軸と、ベッド１０６の中心線がおよそ平行になるように設置する。撮像部１１１と輝点アレイ発生装置１との設置場所は、例えば天井に設置するとよい。このように設置することで、人物１０２の周期的動き例えば呼吸を敏感に検出することができる。撮像部１１１は、複数の画素の配列された撮像素子を有するものであり、典型的にはＣＣＤカメラである。
【００４９】
ここで、図９の概念的斜視図を参照して、撮像装置１１０について説明する。ここでは、判りやすく人物１０２を、直方体形状をした物体１２０として、輝点アレイ発生装置１により照明される面を平面１２１として説明する。さらに判りやすく、物体１２０の変化（動き）を、物体１２０の存在するときと存在しないときで説明する。
【００５０】
図中物体１２０が、平面１２１上に載置されている。ＸＹ軸を平面１２１内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられており、物体１２０はＸＹ座標系の第１象限に置かれている。
【００５１】
一方、図中Ｚ軸上で平面１２１の上方には撮像部１１１が配置されている。撮像部１１１の結像レンズ１１１ａは、その光軸がＺ軸に一致するように配置されている。結像レンズ１１１ａが、平面１２１あるいは物体１２０の像を結像する撮像素子１１５の結像面１１５’（イメージプレーン）は、Ｚ軸に直交する面である。結像面内１１５’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。
【００５２】
平面１２１から結像レンズ１１１ａと等距離で、結像レンズ１１１ａからＹ軸の負の方向に距離ｄだけ離れたところに、輝点アレイ発生装置１が配置されている。物体１２０と平面１２１は、輝点アレイ発生装置１により輝点アレイ１０ａが照明される。
【００５３】
また、輝点アレイ発生装置１にレーザーのような略単一波長光源を用いる場合には、撮像部１１１は、この略単一波長の周辺部以外の波長の光を減光するフィルタ１１１ｂを備えるとよい。フィルタ１１１ｂは、典型的には光学フィルタであり、結像レンズ１１１ａの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮像部１１１は、撮像素子１１５に受光する光のうち、輝点アレイ発生装置１より照射された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。
【００５４】
輝点アレイ発生装置１により平面１２１に投影された輝点アレイ１０ａは、物体１２０が存在する部分は、物体１２０に遮られ平面１２１には到達しない。ここで物体１２０が存在しなければ、平面１２１上の点１２１ａに投射されるべき輝点は、物体１２０上の点１２０ａに投射される。輝点が点１２１ａから点１２０ａに移動したことにより、また結像レンズ１１１ａと輝点アレイ発生装置１とが距離ｄだけ離れているところから、結像面１１５’上では、点１２１ａ’（ｘ，ｙ）に結像すべきところが点１２０ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に結像する。即ち、物体１２０が存在しない時点と物体１２０が存在する時点とは、輝点がｙ軸方向に距離δだけ移動することになる。
【００５５】
また、撮像部１１１は、撮像素子１１５により得られた所定時間間隔の２フレームの画像の差分画像を生成する差分画像生成手段としての画像処理部１１４を備えるようにしてもよい。画像処理部１１４は、撮像素子１１５の各画素毎の差を取ることにより差分画像を生成する。所定時間間隔とは、物体１２０の細かい周期的動き即ち人物１０２の呼吸を監視するのに十分な間隔であり、例えば２〜５フレーム／秒程度であるが、さらに速く例えば１０フレーム／秒以上であってもよい。撮像部１１１は、差分画像を生成することにより、例えば太陽光により、人物１０２以外の物による陰影が人物１０２にかかっていたり、外乱光による照明強度が、人物１０２の部分部分でばらつきがあったりしていても、そのような陰影やばらつきの影響を排除できる。
【００５６】
また、撮像部１１１は、撮像素子１１５として動体検出素子を用いてもよい。動体検出素子は、例えば撮像素子１１５の各画素で、フレームの画素値を記憶し、１フレームずれた最新のフレームの画素値との差を取り、その差を閾値処理して値を出力する機能（２値化処理機能）を持った素子で、信号伝達過程でのノイズの影響をうけることなく、輝点が移動した差分画像を生成することができる。
【００５７】
さらに撮像部１１１は、例えば上述の動体検出素子を用いた場合でも、レーザー光Ｌ１は、低出力レーザーでもよく、また、継続的に照射することができる。
【００５８】
監視装置１０１は、撮像部１１１より画像又は差画像を入力し、入力した画像の２フレーム間の輝点の移動から人物１０２の形状変化を抽出する。これにより、監視装置１０１は、この形状変化を追うことで、人物１０２の呼吸や動きの検出をすることができる。また、差画像を用いた場合、入力する差画像上には、移動した輝点のみが残っているので、処理が簡便になる。人物１０２の呼吸や動きの検出は、輝点の移動から輝点移動量を算出して、この変化から検出してもよいし、また輝点移動量から三角法により人物１０２までの距離変化から検出してもよい。また移動した輝点の画素値の累積を算出して、この変化から検出してもよい。
【００５９】
以上では、監視装置１０１は、ベッド１０６上の人物１０２の動きを検出する場合について説明したが、これに限定されて適用されるものではなく、例えばトイレや浴室等、監視領域が限定される場合に、特に有効に働くものである。
【００６０】
また監視装置１０１は、単純な画像処理で、人物１０２の姿勢や外乱光に対して影響を受けることなく人物の呼吸を確実に検出することができる。これにより、監視装置１０１は、高齢者や病人が危機的状況に陥った場合に、迅速な救急対応の実現が可能になる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、可干渉性の光束を発生する光束発生手段と、透明な部材の第１の面に複数のレンズの形成された２次元マイクロレンズアレイとを備え、前記光束が、前記第１の面とは異なる第２の面から前記部材に入射し、前記レンズのレンズ面に入射し、該レンズ面で反射するように、前記光束発生手段を前記２次元マイクロレンズアレイに対して配置したので、量産性が高く、広範囲に輝点アレイを発生できる輝点アレイ発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である輝点アレイ発生装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である輝点アレイ発生装置を説明する模式的斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態で用いる２次元マイクロレンズアレイを説明する（ａ）模式的斜視図、（ｂ）模式的部分断面図、（ｃ）平面ミラーを備えた場合の模式的部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いる三角プリズムを用いた場合の２次元マイクロレンズアレイを説明する（ａ）模式的斜視図、（ｂ）模式的部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態であるビームスプリッタを備えない場合の輝点アレイ発生装置を説明する模式的斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である輝点アレイ発生装置を説明する模式的斜視図である。
【図７】図６の場合における２次元マイクロレンズアレイを説明する模式的部分断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である監視装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態で用いる撮像装置の構成例を示す概念的斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態で用いる三角プリズムを用いた場合の２次元マイクロレンズアレイの一例を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
１、３０ 輝点アレイ発生装置
２ 平面
５ 光束発生部
１０ ２次元マイクロレンズアレイ
１０ａ 輝点アレイ
１１ レンズ
１２ レンズ面
１４ 平面ミラー
１５ ビームスプリッタ
２０ ２次元マイクロレンズアレイ（三角プリズム）
３１ 第１の２次元マイクロレンズアレイ
３２ 第２の２次元マイクロレンズアレイ
１０１ 監視装置
１０２ 人物
１１０ 撮像装置
１１１ 撮像部
１１５ 撮像素子
Claims (6)
- 可干渉性の光束を発生する光束発生手段と；
透明な部材の第１の面に複数のレンズの形成された２次元マイクロレンズアレイとを備え；
前記光束が、前記第１の面とは異なる第２の面から前記部材に入射し、前記レンズのレンズ面に入射し、該レンズ面で反射するように、前記光束発生手段を前記２次元マイクロレンズアレイに対して配置した；
輝点アレイ発生装置。 - 前記レンズ面に高反射処理を施した、請求項１に記載の輝点アレイ発生装置。
- 可干渉性の光束を発生する光束発生手段と；
透明な部材の第１の面に複数のレンズの形成された２次元マイクロレンズアレイと；
前記レンズのレンズ面に対向し、前記レンズ面に近接して設けられた平面ミラーとを備え；
前記光束が、前記第１の面とは異なる第２の面から前記部材に入射し、前記レンズ面に入射し、該レンズ面を透過し、前記平面ミラーで反射するように、前記光束発生手段を前記２次元マイクロレンズアレイに対して配置した；
輝点アレイ発生装置。 - 前記レンズ面への入射側に、前記光束発生手段で発生された光束を反射または透過するビームスプリッタを備え；
前記ビームスプリッタで反射または透過した光束が前記レンズ面で反射するように構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の輝点アレイ発生装置。 - 可干渉性の光束を発生する光束発生手段と；
透明な第１の平板の一方の面に複数のレンズの形成された第１の２次元マイクロレンズアレイと；
透明な第２の平板の一方の面に、前記第１のマイクロレンズアレイの前記複数のレンズに対応する複数のレンズの形成された第２の２次元マイクロレンズアレイとを備え；
前記第１の２次元マイクロレンズアレイと第２の２次元マイクロレンズアレイとを、前記対応するレンズ同士が対向するように近接して配置し；
前記光束発生手段を、前記発生した光束が、前記第１の平板の他方の面の側から入射し、前記第２の平板の他方の面の側から射出するように配置した；
輝点アレイ発生装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の輝点アレイ発生装置と；
前記輝点アレイ発生装置により照明された監視対象物を継続的に撮像する撮像手段とを備える；
監視装置。
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