JP2005109785A

JP2005109785A - 視覚センサ

Info

Publication number: JP2005109785A
Application number: JP2003339306A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Nagano; 恵一永野; Yuichi Takahashi; 祐一高橋
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】部品数が少なく安価に製造することが可能な視覚センサを提供する。
【解決手段】光学部材１１は、周囲光Ｌが入射する外周面１１ａと、周囲光Ｌを反射させる反射部１５とを有する中実な透光性材料からなる。撮像手段１３は、反射部１５で反射された周囲光Ｌを撮像する。光学部材１１は凹部１１ｂを有する。反射部１５は、凹部１１ｂに形成された反射層である。反射部１５は、双曲面形状である。光学部材１１の外周面１１ａは、双曲面形状の焦点ｆを中心とする球面である。
【選択図】図１

Description

本発明は、広範囲の周囲光を反射部で反射させ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像手段によって撮像する視覚センサに関するものである。

従来より、全方位視覚センサが種々提案されており、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。斯かる全方位視覚センサ１は、双曲面形状の反射ミラー２で周囲光を反射させ、撮像カメラ３によって周囲の様子を撮像するものである（図６参照）。
特開平１０−１６０４６３号公報特開２０００−１２８０３１号公報

撮像カメラ３は、ケース体５の底壁部５ａに配置されている。ケース体５の側壁部５ｂには、透光性材料からなる円筒状の筒体６が設けられており、この筒体６の内部に反射ミラー２が配置されている。筒体６の上部開口６ａには蓋体７が配設されており、この蓋体７に反射ミラー２が固定されている。反射ミラー２は、双曲面形状になっており、前記双曲面形状の頂点を下向きにして、蓋体７から垂下するように配置されている。

全方位視覚センサ１は、仰角約２０°までの視野範囲Ａ１及び俯角約５０°までの視野範囲Ａ２を有しており、単一の撮像カメラ３で広い領域を監視できるという利点を有している。なお、視野範囲とは撮像カメラ３によって監視できる領域のことである。

しかしながら、全方位視覚センサ１は、部品数が多いため、安価に提供することができないという問題を有していた。特に、透光性材料からなる筒体６は、光学的には何ら作用を有しないのであるから、この筒体６を無くすことができれば、部品数を低減できる。本発明の第一の目的は、部品数が少なく安価に製造することが可能な視覚センサを提供することである。

更に、全方位視覚センサ１は、蓋体７が妨げになるため、下向きの視野範囲Ａ２に比較して、上向きの視野範囲Ａ１が若干狭く、また、ケース体５の側壁部５ｂが妨げになって、下方に死角範囲Ｓを有しているという問題を有していた。本発明の第二の目的は、設計される視野範囲に自由度がある視覚センサを提供することである。

本発明は、請求項１に記載したように、周囲光Ｌが入射する外周面１１ａ，２１ａ，３１ａと前記周囲光Ｌを反射させる反射部１５，２５，３５とを有する透光性材料からなる光学部材１１，２１，３１と、前記反射部１５，２５，３５で反射された前記周囲光Ｌを撮像する撮像手段１３と、を有するものである。

また、本発明は、請求項２に記載したように、前記光学部材１１，２１，３１は凹部１１ｂ，２１ｂ，３１ｂを有し、前記反射部１５，２５，３５は前記凹部１１ｂ，２１ｂ，３１ｂに形成された反射層であるものである。

また、本発明は、請求項３に記載したように、前記反射部１５，２５，３５は、双曲面形状であるものである。

また、本発明は、請求項４に記載したように、前記光学部材１１，３１の前記外周面１１ａ，３１ａは、前記双曲面形状の焦点ｆを中心とする球面であるものである。

また、本発明は、請求項５に記載したように、前記光学部材２１の前記外周面２１ａは、非球面であることを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。

また、本発明は、請求項６に記載したように、前記双曲面形状の焦点ｆに向かう前記周囲光Ｌは、前記外周面２１ａで屈折して前記光学部材２１に入射することを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。

また、本発明は、請求項７に記載したように、前記撮像手段１３は、前記双曲面形状の中心軸からオフセットされた位置に配置されているものである。

部品数を少なくすることができ、安価な視覚センサを提供することが可能になる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。図１及び図２は第一実施形態を示すものである。
視覚センサ１０は、光学部材１１と、ケース体１２と、撮像素子１３（撮像手段）と、回路基板１４とから構成されている。

光学部材１１は、中実な透光性樹脂（例えばポリカーボネート）からなるものであり、周囲光Ｌが入射する球面形状の入射面１１ａと、双曲面形状の凹部１１ｂとを有している。光学部材１１の入射面１１ａは、前記双曲面形状の焦点ｆを中心とする球面となっている。なお、本明細書において、「球面」とは球の表面の少なくとも一部であり、球の表面全体ではない。

光学部材１１の凹部１１ｂには、アルミニウム（Ａｌ）またはクロム（Ｃｒ）等の金属膜からなる反射層１５（反射部）が蒸着等の方法によって形成されている。また、光学部材１１は、出射面１１ｃを有している。ケース体１２は、底壁部１２ａと、円筒状の側壁部１２ｂとからなり、側壁部１２ｂに光学部材１１が固定されている。撮像素子１３は回路基板１４上に実装され、ケース体１２の底壁部１２ｂに固定されている。

周囲光Ｌは、入射面１１ａから光学部材１１の内部に入射し、反射層１５で反射される（図２参照）。双曲面形状の焦点ｆに向かう周囲光Ｌは、入射面１１ａに垂直に入射するため、入射面１１ａで屈折することがない。反射層１５で下方に反射された周囲光Ｌは、出射面１１ｃから出て、撮像素子１３によって撮像される。視覚センサ１０は、０°から仰角約３０°までの視野Ｃ１及び０°から俯角３０°までの視野Ｃ２を有している。撮像素子１３から出力された画像データは、図示しない画像処理部に出力され、視覚センサ１０の周囲にある障害物の認識等に利用される。

図３及び図４は第二実施形態を示すものである。第二実施形態は、光学部材２１が異なるだけであり、他の構成は第一実施形態と同様であるので、同一の符号を付しその説明を省略する。

光学部材２１は、中実な透光性樹脂からなるものであり、周囲光Ｌが入射する球面形状の入射面２１ａと、双曲面形状の凹部２１ｂとを有している。光学部材２１の入射面２１ａは、前記双曲面形状の焦点ｆの上方に位置する点Ｐを中心とする球面となっている。光学部材２１の凹部２１ｂには、反射層２５（反射部）が形成されている。

周囲光Ｌは、入射面２１ａで屈折して、光学部材２１の内部に入射し、反射層２５で反射される（図４参照）。反射層２５で下方に反射された周囲光Ｌは、撮像素子１３によって撮像される。視覚センサ２０は、俯角８０°までの視野Ｄを有している。

図５は第三実施形態を示すものである。第三実施形態は、光学部材３１の形状及び撮像素子１３の位置が異なるだけであり、他の構成は第一実施形態と同様であるので、同一の符号を付しその説明を省略する。

光学部材３１は、第一実施形態の光学部材１１を斜めに切除した形状になっており、周囲光が入射する球面形状の入射面３１ａと、双曲面形状の凹部３１ｂとを有している。光学部材３１の入射面３１ａは、前記双曲面形状の焦点ｆを中心とする球面となっている。光学部材３１の凹部３１ｂには、反射層３５（反射部）が形成されている。撮像素子１３は、前記双曲面形状の中心軸Ｘから所定間隔ｄだけオフセットされて配置されている。

第一実施形態〜第三実施形態によれば、従来は必要であった筒体６及び蓋体７が無く、部品数が少ないため、組付けが簡易になり、視覚センサ１０を安価に製造することができる。
また、本発明によれば、視野範囲を適宜設計することができ、第一実施形態では、従来の蓋体７が無いため、上向きの視野範囲Ｃ１が従来の視野範囲Ａ１よりも広くなり、第二実施形態では、下方から入射する周囲光Ｌが入射面２１ａにて屈折するため、下方の周囲光Ｌも撮像素子１３で捕らえることができ、下向きの視野範囲Ｄが従来の視野範囲Ａ２よりも広くなる。また、第三実施形態によれば、左右一方だけしか監視できないが、小型化，高精彩化が可能になる。

なお、光学部材１１，２１，３１の入射面１１ａ，２１ａ，３１ａは球面であったが、非球面であっても良い。また、反射層１５は、双曲面形状に限定されるものではなく、例えば円錐形状であっても良い。

また、各実施形態の反射部は凹部１１ｂ，２１ｂ，３１ｂにコーティングした反射層１５，２５，３５であったが、例えば、金属薄板からなる反射部を光学部材１１，２１，３１にインサート成形しても良い。また、撮像手段は、例えばＣＭＯＳ型撮像素子であっても良い。

本発明の第一実施形態を示す断面図。同上第一実施形態を示す光路説明図。本発明の第二実施形態を示す断面図。同上第二実施形態を示す光路説明図。本発明の第三実施形態を示す断面図。従来例を示す断面図。

符号の説明

１１光学部材
１１ａ入射面
１１ｂ凹部
１３撮像素子
１５反射層（反射部）
２１光学部材
２１ａ入射面
２１ｂ凹部
２５反射層（反射部）
３１光学部材
３１ａ入射面
３１ｂ凹部
３５反射層（反射部）

Claims

周囲光が入射する外周面と前記周囲光を反射させる反射部とを有する透光性材料からなる光学部材と、前記反射部で反射された前記周囲光を撮像する撮像手段と、を有することを特徴とする視覚センサ。
前記光学部材は凹部を有し、前記反射部は前記凹部に形成された反射層であることを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。
前記反射部は、双曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。
前記光学部材の前記外周面は、前記双曲面形状の焦点を中心とする球面であることを特徴とする請求項３に記載の視覚センサ。
前記光学部材の前記外周面は、非球面であることを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。
前記双曲面形状の焦点に向かう前記周囲光は、前記外周面で屈折して前記光学部材に入射することを特徴とする請求項３に記載の視覚センサ。
前記撮像手段は、前記双曲面形状の中心軸からオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の視覚センサ。