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コラム:FG視覚センサ

私たちが医療・福祉向けに開発している装置は、からだの微小な動きを非接触無侵襲で検出する技術がベースになっています。そのために欠かすことができないのがFG視覚センサです。FG視覚センサとは、半導体レーザとFG(ファイバーグレーティング)素子、それにCCDカメラを組み合わせたものです。レーザ光をおよそ5mm角のFG素子に照射すると、光の回折現象によりスクリーン上に2,000個程度の輝点を投影することができます。これをCCDカメラで撮影し、輝点の移動量を計測することでからだの微小な動きを非接触・無拘束で計測できます。
図1 FG視覚センサの構成
図1 FG視覚センサの構成
スクリーンが平坦であれば、輝点は規則正しく並びますが、図2のようにスクリーンに凹凸があると、凹凸の高さ分だけ輝点は左右にずれます。図3は、凹凸のあるスクリーン上に並んだ輝点をCCDカメラで撮影した画像です。輝点が右に動いているときはスクリーンが凸に、左に動いているときは凹に動いた状態です。
図2 スクリーンに凹凸があると
図2 スクリーンに凹凸があると
図3 固体撮像素子の映像
図3 固体撮像素子の映像
人が呼吸をすると胸が動きます。また、食べ物を飲み込めば喉の表面が動きます。胸や喉に投影した輝点を動画で撮影し、輝点がどのように動いたのかを画像解析すれば、からだの微小な動きを時系列で検出することができます。図4のように、胸の動きを時間の経過とともにプロットすれば呼吸波形が得られます。
図4 呼吸波形の取得
図4 呼吸波形の取得
一方、喉に当てた輝点一つひとつの動きを解析し、各輝点が前に動いたのか、後ろに動いたのかをプロットすると、喉表面の3次元形状を把握することができます。この図が時間の経過とともにどのように動いたかを調べることで、飲み込む力を評価することができます。
図5 のどに当てた輝点か3D画像を取得
図5 のどに当てた輝点から3D画像を取得
このように、FG視覚センサによる輝点画像を解析することにより、非接触・無侵襲の評価装置や見守り装置を実現しています。

さらに、固体撮像素子の前には、照射している光しか通さないフィルタを配置しています。そのため、カメラの映像は輝点のみとなり(図3)、人の様子は撮影されません。FG視覚センサは、プライバシを保ち、必要な情報だけを取得するセンサなのです。