JP2010140386A - Optical angle sensor - Google Patents

Optical angle sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2010140386A
JP2010140386A JP2008317933A JP2008317933A JP2010140386A JP 2010140386 A JP2010140386 A JP 2010140386A JP 2008317933 A JP2008317933 A JP 2008317933A JP 2008317933 A JP2008317933 A JP 2008317933A JP 2010140386 A JP2010140386 A JP 2010140386A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
color pattern
color
optical
angle
angle sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008317933A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5131177B2 (en
Inventor
Shinji Uchida
真司 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008317933A priority Critical patent/JP5131177B2/en
Publication of JP2010140386A publication Critical patent/JP2010140386A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5131177B2 publication Critical patent/JP5131177B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly accurate and small optical angle sensor which does not receive magnetic field influence within the wide range of rotation angles in a panning direction, a tilting direction, and a rotation direction as well. <P>SOLUTION: The optical angle sensor includes color patterns of two colors or more provided in a measurement target part, a light source with which the color patterns are irradiated, an optical lens for converging a transmitting or reflected light of the color patterns on the color patterns, and a multi-pixel optical sensor for detecting the intensity of light converged by the optical lens, measures a movement amount of a first color pattern in the panning direction to calculate a panning direction angle, and separates a second color pattern from the first color pattern to detect the second color pattern, measuring the movement amount of the second color pattern in the tilting direction and calculating a tilting direction angle. The optical angle sensor installs the color patterns on a spherical surface that rotates in accordance with the rotation of the measurement target, and measures a prescribed position of the color patterns so that the small optical angle sensor can perform measurement with high accuracy within the wide range. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、Pan、Tilt方向の2軸方向や、Pan、Tilt、Rotationの3軸方向に回転するカメラユニットや、ロボットの姿勢制御コントローラや、ゲーム機のジョイスティックに用いられる角度センサに関するものである。   The present invention relates to an angle sensor used in a camera unit that rotates in two axial directions of Pan and Tilt directions and in three axial directions of Pan, Tilt, and Rotation, a posture control controller of a robot, and a joystick of a game machine. .

特に、磁気影響がなく、測定角度範囲が広く、測定精度も高い、絶対位置計測が可能な光学式角度センサに関するものである。   In particular, the present invention relates to an optical angle sensor capable of absolute position measurement without magnetic influence, with a wide measurement angle range and high measurement accuracy.

従来の角度センサとしては、例えば以下の方式が提案されている。   For example, the following methods have been proposed as conventional angle sensors.

例えば特許文献1に示すように、測定対象物であるシャフトの円周方向にカラーブロックを貼り付け、そのカラーブロックに光を照射し、その反射光変化から回転角度を算出するものが提案されている。   For example, as shown in Patent Document 1, there has been proposed a method in which a color block is pasted in the circumferential direction of a shaft that is a measurement object, light is irradiated to the color block, and a rotation angle is calculated from the reflected light change. Yes.

また、特許文献2に示すように、測定対象物である回転体に、一体となった色パターンを装着し、回転角度に依存した色パターンの透過光量を検出し、回転角度を測定するものが提案されている。   Also, as shown in Patent Document 2, an integrated color pattern is attached to a rotating body that is a measurement object, and the amount of transmitted light of the color pattern depending on the rotation angle is detected and the rotation angle is measured. Proposed.

しかし、これらは、1軸の回転方向の角度を測定することが可能であるが、2軸同時に回転角度が変化するような場合には使用できない。   However, these can measure the angle of the rotation direction of one axis, but cannot be used when the rotation angle of the two axes changes simultaneously.

そこで、以下に示すような2軸角度センサが提案されている。   Therefore, a biaxial angle sensor as described below has been proposed.

例えば、光位置センサであるPSD素子 (Position Sensitive Detector)を用いた方式である。   For example, there is a method using a PSD element (Position Sensitive Detector) which is an optical position sensor.

測定対象物へ光を照射し、その反射光をPSD素子で受光し、受光面上での光スポットの位置を検出することで、PAN、Tilt方向の角度を算出するものである。   The angle of the PAN and Tilt directions is calculated by irradiating the measurement object with light, receiving the reflected light with a PSD element, and detecting the position of the light spot on the light receiving surface.

測定対象物の回転角度変化に対応して、PSD素子に入射する光の位置が変化するために、位置信号を検出することで、回転角度を算出することができるものである。   Since the position of light incident on the PSD element changes corresponding to the change in the rotation angle of the measurement object, the rotation angle can be calculated by detecting the position signal.

近年、Pan、Tilt方向の2軸の角度が測定できる角度センサに加えて、更に回転方向も測定できる3軸の角度センサの実用化が期待されている。   In recent years, in addition to an angle sensor that can measure two-axis angles in the Pan and Tilt directions, practical application of a three-axis angle sensor that can also measure the rotation direction is expected.

そこで、従来の2軸角度センサや1軸の角度センサを組み合わせて3軸の角度検出を行なうことが考えられるが、原理上困難であるので、以下に示すような新しい方式が提案されている。   Therefore, it is conceivable to detect a three-axis angle by combining a conventional two-axis angle sensor or a one-axis angle sensor. However, since it is difficult in principle, a new method as described below has been proposed.

例えば、特許文献3に記載されているように、誘導起電力を検出する方式である。   For example, as described in Patent Document 3, it is a method of detecting an induced electromotive force.

すなわち、球状の外面を持った半球面体部の外面に、巻回された第1コイルと、前記半球面体部が回転自在に係合する受け部材の凹所を囲んで設けられた第2コイルのいずれか一方に、互いに周波数の異なる電圧を供給し交代磁場を発生させ、これにより発生した誘導起電力を周波数毎に検出し、3軸の回転角度を算出する方式である。   That is, the first coil wound on the outer surface of the hemispherical body portion having a spherical outer surface and the second coil provided surrounding the recess of the receiving member with which the hemispherical body portion is rotatably engaged. In this method, voltages having mutually different frequencies are supplied to either one to generate an alternating magnetic field, the induced electromotive force generated thereby is detected for each frequency, and the rotation angle of the three axes is calculated.

また、特許文献4に示されているように、回折角度の変化を利用する方式も提案されている。   Further, as shown in Patent Document 4, a method using a change in diffraction angle has also been proposed.

すなわち、検出対象面に矩形格子を設け、この矩形格子に光を照射することで、0次回折光、±1次回折光が発生する。この回折光を、4分割フォトダイオード上に集光させて、各フォトダイオード上に集光するビームスポットが、矩形格子の角度変化に対応して移動することに伴う信号量変化を検出することで、3軸角度測定する方式である。   That is, by providing a rectangular grating on the detection target surface and irradiating the rectangular grating with light, 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light are generated. By converging this diffracted light on a four-divided photodiode, and detecting the change in signal amount as the beam spot focused on each photodiode moves in response to the change in the angle of the rectangular grating. This is a method of measuring a triaxial angle.

更には、特許文献5に示されているように、磁界強度を検出する方式も提案されている。   Furthermore, as shown in Patent Document 5, a method for detecting the magnetic field strength has also been proposed.

すなわち、回転体に2つの磁石を設け、複数の磁電変換素子を回転体から隔離して設置することにより、回転体からの磁界強度を複数の磁電変換素子で検出することで、回転角度を検出する方式である。   That is, by providing two magnets on the rotating body and installing a plurality of magnetoelectric conversion elements separately from the rotating body, the rotation angle is detected by detecting the magnetic field intensity from the rotating body with the plurality of magnetoelectric conversion elements. It is a method to do.

また、特許文献6にも示されているように、加速度、ジャイロ、磁気センサを複合させて、正確に回転角度を検出する方式も提案されている。   In addition, as disclosed in Patent Document 6, a method of accurately detecting a rotation angle by combining an acceleration, a gyroscope, and a magnetic sensor has been proposed.

すなわち、3軸の特定位置に、それぞれ加速度、ジャイロ、磁気センサを設け、3軸回転角度を算出する方式である。   In other words, the acceleration, gyroscope, and magnetic sensor are provided at specific positions on the three axes, respectively, to calculate the three-axis rotation angle.

また、特許文献7にも示されているような、モアレ縞を用いる方式も提案されている。   A method using moire fringes as shown in Patent Document 7 has also been proposed.

すなわち、測定対象に設けた格子に、測定対象から離れて設けられた光源から、光を照射することで発生したモアレ縞の変化を検出することで、3軸角度を算出する方式である。   That is, this is a method of calculating a triaxial angle by detecting a change in moire fringes generated by irradiating light on a grating provided in a measurement object from a light source provided away from the measurement object.

また、特許文献8に示すように、測定対象物であるターゲットマーカーの第1の色マーカーを検出して粗位置を算出し、更に第1〜3の色マーカーを検出して微位置を算出し、位置情報を得るとういう提案もなされている。
特開2005−134390号公報(第28頁、図3) 特開平11−264743号公報(第5頁、図3) 特許第3218327号公報(第5頁、図2) 特開2007−218842号公報(第11頁、図1) 特開2007−248069号公報(第13頁、図1) 特許第3797661号公報(第8頁、図1) 特許第3698796号公報(第19頁、図20) 特許第3626400号公報(第11頁、図2)
Moreover, as shown in Patent Document 8, the first color marker of the target marker that is the measurement object is detected to calculate the coarse position, and the first to third color markers are further detected to calculate the fine position. There have also been proposals to obtain location information.
JP 2005-134390 A (page 28, FIG. 3) JP-A-11-264743 (5th page, FIG. 3) Japanese Patent No. 3218327 (page 5, FIG. 2) JP 2007-218842 A (page 11, FIG. 1) JP 2007-248069 (page 13, FIG. 1) Japanese Patent No. 3797661 (page 8, FIG. 1) Japanese Patent No. 3698796 (page 19, FIG. 20) Japanese Patent No. 3626400 (page 11, FIG. 2)

しかしながら、前記従来の構成では、特に、磁気影響がなく、測定角度範囲が広い上に測定精度も高く、絶対位置計測が可能な角度センサを実現する事は困難であった。   However, with the conventional configuration, it has been difficult to realize an angle sensor that is not particularly affected by magnetism, has a wide measurement angle range, has high measurement accuracy, and can perform absolute position measurement.

例えば、2軸の角度測定のためにPSD素子を用いた場合について説明する。   For example, a case where a PSD element is used for biaxial angle measurement will be described.

PSD素子は、素子上にスポット光が照射された場合に、その重心位置を2つの電極へ流れる電流比を計測し算出するものであるが、スポットの形状が変化した場合に、測定位置が変化するとともに、温度変化が起った場合にも計測値が変化するため、位置検出精度が悪く、高精度な角度計測が困難であるという課題を有していた。   The PSD element measures and calculates the ratio of the current that flows to the two electrodes at the center of gravity when spot light is irradiated on the element, but the measurement position changes when the spot shape changes. At the same time, since the measurement value changes even when a temperature change occurs, there is a problem that the position detection accuracy is poor and it is difficult to perform highly accurate angle measurement.

また、例えば特許文献1や特許文献2に示した1軸の角度センサを複数個用いて、2軸や3軸の回転角度を測定する方法が考えられる。   Further, for example, a method of measuring a biaxial or triaxial rotational angle using a plurality of uniaxial angle sensors shown in Patent Document 1 and Patent Document 2 is conceivable.

しかし、2軸もしくは3軸の回転が独立に動くような場合は、各軸に個別に角度センサを複数個設けることは、物理構成上困難であり、測定できないという課題を有していた。   However, when the rotation of two or three axes moves independently, it is difficult to provide a plurality of angle sensors individually for each axis because of the physical configuration and cannot be measured.

また、3軸の角度測定をする場合にも、以下に示す課題を有している。   Moreover, even when measuring the angles of three axes, there are the following problems.

例えば従来の特許文献3の第5頁の図2にも示された誘導起電力を検出する方式や、特許文献5の第13頁、図1に示したような、磁石と磁気センサを用いた方式や特許文献6の第8頁、図1に示されている磁気センサを用いた方式は、磁気の影響を受けやすく、カメラやロボット等に使用されるモーターやアクチュエータの磁石やコイル磁場の影響を受け、測定信号が変化してしまい、正確な測定ができないという課題を有していた。   For example, a method for detecting the induced electromotive force shown in FIG. 2 on page 5 of the conventional patent document 3 or a magnet and a magnetic sensor as shown in FIG. 1 on page 13 of patent document 5 are used. 1 and the method using the magnetic sensor shown in FIG. 1 on page 8 of Patent Document 6 are easily affected by magnetism, and are affected by magnets and coil magnetic fields of motors and actuators used in cameras and robots. As a result, the measurement signal changes, and there is a problem that accurate measurement cannot be performed.

また、磁気を用いない方式として、例えば光を用いた方式が提案されている。   Further, as a method not using magnetism, for example, a method using light has been proposed.

例えば、特許文献4に開示されているように、回折光を4分割のフォトディテクターで受光する方式は、磁気の影響を受けないものの、測定の範囲が極めて狭いという課題を有していた。   For example, as disclosed in Patent Document 4, the method of receiving diffracted light with a four-divided photodetector has a problem that the range of measurement is extremely narrow although it is not affected by magnetism.

すなわち、測定対象部に設定された矩形格子の回転角度が大きくなった場合に、矩形格子からの回折光の反射角度も大きくなり、回折光が、4分割のフォトダイオードから大きくずれて、検出可能なフォトダイオード部分からはみ出してしまい、信号を検出できなくなってしまうという課題を有していた。   In other words, when the rotation angle of the rectangular grating set in the measurement target area increases, the reflection angle of the diffracted light from the rectangular grating also increases, and the diffracted light can be detected by deviating greatly from the quadrant photodiode. This causes a problem that the signal may not be detected because it protrudes from the photodiode portion.

一般にこれら角度センサは少なくとも10度以上の角度変化を測定する事が要望されており、これら従来の方式では要求に答える事は出来なかった。   In general, these angle sensors are required to measure an angle change of at least 10 degrees, and these conventional methods cannot meet the demand.

広い角度範囲で測定できる方式としては、例えば、特許文献7に開示されているように、モアレ縞を用いる方式が提案されている。この方式は、特許文献7 第19頁、図20にも示しているように測定対象からはなれた位置に光源を設けて、測定対象部に設けられた光センサでモアレ縞の変化を観察することで、入射角度変化を広範囲にわたって検出するものである。   As a method capable of measuring in a wide angle range, for example, as disclosed in Patent Document 7, a method using moire fringes has been proposed. In this method, as shown in Patent Document 7, page 19, FIG. 20, a light source is provided at a position away from the measurement object, and the change in moire fringes is observed with the optical sensor provided in the measurement object part. Thus, a change in incident angle is detected over a wide range.

しかし、3軸の回転角度を測定するには、複数個の光源を、測定対象から離れた位置に設置する必要があると共に、更に測定対象部には3つの格子ペアと3つの光センサを必要とするため、測定装置としては、非常に大掛かりな物となり、小型化は困難であるという課題を有していた。   However, in order to measure the rotation angle of the three axes, it is necessary to install a plurality of light sources at positions distant from the measurement target, and further, three lattice pairs and three optical sensors are required for the measurement target part. For this reason, the measuring apparatus is very large and has a problem that miniaturization is difficult.

更に、広い角度範囲を測定する方式としては、特許文献8に示した方法が提案されている。すなわち、対象物にターゲットマーカーを設置し、その3次元位置X-Y-Zを、ステレオカメラを用いて撮像した画像を予め準備したカラーパターンとマッチングすることにより算出するものである。   Furthermore, as a method for measuring a wide angle range, a method shown in Patent Document 8 has been proposed. In other words, a target marker is placed on the object, and its three-dimensional position X-Y-Z is calculated by matching an image captured using a stereo camera with a color pattern prepared in advance.

しかし、本方式ではカメラ光学系を用いて、カメラより離れた対象物に設置したターゲットマーカーのX-Y-Z座標を算出することはできるが、PAN-Tilt-Rotation方向の回転角度を、高精度に検出するのが困難であるという課題を有していた。また、ステレオカメラが必要なため装置の小型化にも課題を有していた。   However, in this method, the camera optical system can be used to calculate the XYZ coordinates of the target marker placed on the object distant from the camera, but the rotation angle in the PAN-Tilt-Rotation direction is detected with high accuracy. It had the subject that it was difficult. In addition, since a stereo camera is required, there is a problem in downsizing the apparatus.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、広い角度範囲で、磁気影響を受けない小型の光学式角度センサを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a small optical angle sensor that is not affected by a magnetic effect in a wide angle range.

前記従来の課題を解決するために、本発明の光学式角度センサは、測定対象部に設けられた少なくとも2色以上からなる色パターンと、前記色パターン上に光を照射する光源と、前記色パターンを透過もしくは反射した光を前記色パターンに集光する光学レンズと、前記光学レンズで集光された光の強度を検出する多画素光センサとを備え、第一の色成分からなる色パターンのPan方向の移動量を測定してPan方向角度を算出し、第二の色成分からなる色パターンを第一の色パターンから分離検出してTilt方向の移動量を測定してTilt方向角度を算出するものである。   In order to solve the conventional problems, an optical angle sensor according to the present invention includes a color pattern composed of at least two colors provided in a measurement target portion, a light source that irradiates light on the color pattern, and the color A color pattern comprising a first color component, comprising: an optical lens for condensing the light transmitted through or reflected by the pattern onto the color pattern; and a multi-pixel photosensor for detecting the intensity of the light collected by the optical lens. The Pan direction angle is calculated by measuring the Pan direction movement amount, and the color pattern consisting of the second color component is separated and detected from the first color pattern and the Tilt direction movement amount is measured to determine the Tilt direction angle. Is to be calculated.

本構成によって、広い角度範囲で、高精度な磁気影響を受けない小型の2軸光学式角度センサを提供できる。   With this configuration, it is possible to provide a small two-axis optical angle sensor that is not affected by magnetic effects with high accuracy in a wide angle range.

また、本発明の光学式角度センサは、測定対象部に設けられた少なくとも3色以上の色パターンと、前記色パターン上に光を照射する光源と、前記色パターンを透過もしくは反射した光を前記色パターンに集光する光学レンズと、前記光学レンズで集光された光の強度を検出する多画素光センサとを備え、第一の色成分からなる色パターンのPan方向の移動量を測定してPan方向角度を算出し、第二の色成分からなる色パターンを分離検出してTilt方向の移動量を測定してTilt方向角度を算出し、第三の色成分からなる色パターンを分離検出してRotation方向の回転角度を検出してRotation方向角度を算出するものである。   Further, the optical angle sensor of the present invention includes a color pattern of at least three colors provided in a measurement target portion, a light source that irradiates light on the color pattern, and light transmitted or reflected by the color pattern. An optical lens for condensing the color pattern and a multi-pixel optical sensor for detecting the intensity of the light collected by the optical lens, and measuring the amount of movement in the Pan direction of the color pattern composed of the first color component The Pan direction angle is calculated, the color pattern consisting of the second color component is separated and detected, the amount of movement in the Tilt direction is measured, the Tilt direction angle is calculated, and the color pattern consisting of the third color component is separated and detected. Then, the rotation angle in the rotation direction is detected to calculate the rotation direction angle.

本構成によって、広い角度範囲で、高精度な磁気影響を受けない小型の3軸光学式角度センサを提供できる。   With this configuration, it is possible to provide a small three-axis optical angle sensor that is not affected by high-precision magnetic effects in a wide angle range.

本発明の光学式角度センサによれば、広い角度範囲で測定可能で、しかも磁気影響を受けない高精度な小型の光学式角度センサを容易に実現することができる。   According to the optical angle sensor of the present invention, it is possible to easily realize a small and highly accurate optical angle sensor that can measure in a wide angle range and is not affected by magnetic influence.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における光学式角度センサの概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical angle sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、レンズユニット1は、例えば複数枚のレンズを鏡筒に組み込んだものである。   In FIG. 1, a lens unit 1 is a unit in which, for example, a plurality of lenses are incorporated in a lens barrel.

これにより、図1には記載していないが、被写体の像を撮像素子部2上に結像することができる。   Thereby, although not shown in FIG. 1, an image of the subject can be formed on the image sensor 2.

撮像素子部2は例えばCMOSセンサを用いる。これにより被写体の映像を電気信号に変換され、別個設けられた画像処理装置で画像情報を得ることができる。   For example, a CMOS sensor is used as the imaging element unit 2. As a result, the video of the subject is converted into an electrical signal, and image information can be obtained by an image processing apparatus provided separately.

レンズユニット1と撮像素子部2は一体となって設置されており、図には示していないが別途設けられた例えばVCM駆動アクチュエータにより、PAN、TILT、Rotation方向に駆動することができる。   Although the lens unit 1 and the image pickup device unit 2 are integrally installed, they can be driven in the PAN, TILT, and Rotation directions by, for example, a VCM drive actuator provided separately, although not shown in the drawing.

レンズユニット1の回転中心は特に限定するものでないが、図1に示すように多画素光センサ7の背面部のPAN、Tiltの回転軸が交差した点を回転中心に設定した場合を例に取り説明する。   Although the rotation center of the lens unit 1 is not particularly limited, as shown in FIG. 1, for example, the point where the rotation axis of the PAN and Tilt on the back of the multi-pixel photosensor 7 intersects is set as the rotation center. explain.

半球面体部3は、レンズユニット1の回転中心を中心点として、その形状が半球面体となるように設けられている。半球面体部3の材質は特に限定するものではなく、プラスティック、ガラス、金属等を用いる。   The hemispherical body portion 3 is provided so that its shape is a hemispherical body with the rotation center of the lens unit 1 as the center point. The material of the hemispherical body portion 3 is not particularly limited, and plastic, glass, metal or the like is used.

半球面体部3上には、色パターン4が形成されている。色パターンの材料は特に限定するものではないが、顔料や染料が好ましい。   A color pattern 4 is formed on the hemispherical body portion 3. The material of the color pattern is not particularly limited, but pigments and dyes are preferable.

色パターン4の形成方法としては、例えばインクジェット方式を用いる。ノズルを半球面体部へ向けて適切に噴射することで、所望の色パターン4を得ることができる。   As a method for forming the color pattern 4, for example, an inkjet method is used. A desired color pattern 4 can be obtained by appropriately ejecting the nozzle toward the hemispherical body.

本発明は、半球面体材料に直接色パターン4を形成することに限定するものではなく、例えば、プラスティック等のフィルムに色パターンを形成したものを、半球面体部3上に貼り付けても構わない。   The present invention is not limited to the direct formation of the color pattern 4 on the hemispherical material. For example, a material such as a plastic formed with a color pattern may be attached to the hemispherical body portion 3. .

光源5は例えば、LEDを用いる。本発明はLEDに限定するものではなく、LDもしくはハロゲンランプを用いても構わない。   For example, an LED is used as the light source 5. The present invention is not limited to LEDs, and LDs or halogen lamps may be used.

LEDとしては、例えば白色LEDを用いるのが好ましい。RGBの3色の色成分を有しており、半球面体部3上に設ける色パターンを、現状公知技術として用いられている、RGBの光の3原色やシアン、イエロー、マゼンタの補色を用いる事ができるため有用である。   For example, a white LED is preferably used as the LED. Three color components of RGB are used, and the color pattern provided on the hemispherical body portion 3 uses the three primary colors of RGB light and the complementary colors of cyan, yellow, and magenta, which are currently used as publicly known techniques. It is useful because it can.

光源5は、計測部分である半球面体部3上に設けられた色パターンの頂点部分に向けて照射するのが好ましい。   The light source 5 is preferably irradiated toward the apex portion of the color pattern provided on the hemispherical body portion 3 which is a measurement portion.

図では示していないが、光学レンズを用いて光源5からの光を集光し、半球面体部3上に照射すると、更に明るい照明ができるため好ましいといえる。   Although not shown in the drawing, it can be said that it is preferable to collect light from the light source 5 using an optical lens and irradiate it on the hemispherical body portion 3 because brighter illumination can be obtained.

多画素光センサ7は例えばCMOSセンサを用い、RGB画素を多数配列したものを用いる。高画素になると演算速度が遅くなるので、例えば30×30の900画素の多画素光センサ7を用いるのが好ましい。これにより例えば1KHz以上の高速の処理が容易に実現できる。   As the multi-pixel optical sensor 7, for example, a CMOS sensor is used, and a plurality of RGB pixels are arranged. For example, a 30 × 30 900-pixel multi-pixel optical sensor 7 is preferably used because the calculation speed is reduced when the number of pixels is high. Thereby, for example, high-speed processing of 1 KHz or more can be easily realized.

レンズ6は、半球面体部3上の色パターンを高倍率で多画素光センサ7上に結像させる働きを有する。これにより高精度で、色パターンの変化を検出することができる。   The lens 6 has a function of forming an image of the color pattern on the hemispherical body portion 3 on the multi-pixel photosensor 7 with high magnification. This makes it possible to detect a change in the color pattern with high accuracy.

かかる構成によれば、光源4から出射した光を半球面体部3上に設けられた色パターンに照射することで、色パターン4がレンズ6により多画素光センサ7上に結像する。このときレンズユニット1と撮像素子部2がPAN方向に回転すると、半球面体部3上の色パターン4が移動すると同時に多画素光センサ7に結像する像は、図1に示したPAN方向に移動する。この移動量を検出することで、PAN方向の回転角度を算出することができる。   According to this configuration, the color pattern 4 is imaged on the multi-pixel optical sensor 7 by the lens 6 by irradiating the light emitted from the light source 4 to the color pattern provided on the hemispherical body portion 3. At this time, when the lens unit 1 and the imaging element unit 2 rotate in the PAN direction, the color pattern 4 on the hemispherical body unit 3 moves, and at the same time, the image formed on the multi-pixel photosensor 7 is in the PAN direction shown in FIG. Moving. By detecting this amount of movement, the rotation angle in the PAN direction can be calculated.

次に、TILT方向の角度算出方法について説明する。レンズユニット1および撮像素子部2がTILT方向に回転すると、それらと一体的に形成された半球面体部3もTILT方向に回転する。   Next, a method for calculating the angle in the TILT direction will be described. When the lens unit 1 and the imaging element unit 2 rotate in the TILT direction, the hemispherical body unit 3 formed integrally with them also rotates in the TILT direction.

この時、半球面体部3の中心は、レンズユニット1および撮像素子部2の回転中心に設定されているので、多画素光センサ7との距離は変化しない。これにより、半球面体部3上の色パターン4をボケない画像で多画素光センサ7上に再現できる。   At this time, since the center of the hemispherical body portion 3 is set as the rotation center of the lens unit 1 and the image pickup device portion 2, the distance from the multi-pixel photosensor 7 does not change. Thereby, the color pattern 4 on the hemispherical body portion 3 can be reproduced on the multi-pixel optical sensor 7 with a blurred image.

半球面体部3上の色パターン4がTILT方向に移動することで多画素光センサ7上に結像した色パターン4も移動する。図に示したようにTILT方向に移動する。この移動量を検出することで、TILT方向の回転角度を算出することができる。   As the color pattern 4 on the hemispherical body portion 3 moves in the TILT direction, the color pattern 4 imaged on the multi-pixel photosensor 7 also moves. Move in the TILT direction as shown in the figure. By detecting this amount of movement, the rotation angle in the TILT direction can be calculated.

半球面体部3上の色パターン4は半球面体部3上に設定することが可能なので、最大±90度の範囲で回転角度測定が可能となる。   Since the color pattern 4 on the hemispherical body portion 3 can be set on the hemispherical body portion 3, the rotation angle can be measured in a range of ± 90 degrees at the maximum.

また、レンズユニット1および撮像素子部2には、大掛かりな測定装置を設置する必要がなく、本発明では半球面体部3およびその上に設けられた色パターンを設けるだけで測定できる。   Further, it is not necessary to install a large-scale measuring device in the lens unit 1 and the image pickup device unit 2, and in the present invention, measurement can be performed only by providing the hemispherical body unit 3 and the color pattern provided thereon.

これは、レンズユニット1および撮像素子部2等の駆動部分の質量付加を極力低減化できるとともに、測定対象に容易に取り付けることができるという点で、極めて有用といえる。   This can be said to be extremely useful in that the mass addition of the drive parts such as the lens unit 1 and the image pickup device unit 2 can be reduced as much as possible and can be easily attached to the measurement target.

なお、本実施の形態において、半球面体部3をレンズユニット1の回転中心に設置した、好ましい例について説明したが、必ずしも厳密な半球面体でなくても構わない。多画素光センサ7上に色パターンの像が結像すれば、移動方向が算出できる。   In the present embodiment, a preferred example in which the hemispherical body portion 3 is installed at the rotation center of the lens unit 1 has been described. However, the hemispherical body portion is not necessarily a strict hemispherical body. If a color pattern image is formed on the multi-pixel optical sensor 7, the moving direction can be calculated.

図2に、色パターン4の一例を示す。図2(a)は半球面体部3上に設けられた色パターン4で、縦横の格子状のパターンとなっている。   FIG. 2 shows an example of the color pattern 4. FIG. 2A shows a color pattern 4 provided on the hemispherical body portion 3, which is a vertical and horizontal grid pattern.

色パターン4は図2(b)と(c)に示すように縦と横方向のパターンで成り立っている。例えば図2(b)の縦縞のパターンが青色、図2(c)のパターンを赤色に設定されている。   The color pattern 4 is composed of vertical and horizontal patterns as shown in FIGS. For example, the vertical stripe pattern in FIG. 2B is set to blue, and the pattern in FIG. 2C is set to red.

従って図2(a)は青、赤色からなる2色の色パターンを合成することで構成されている。   Accordingly, FIG. 2A is configured by combining two color patterns of blue and red.

色パターン(a)から、(b)および(c)へ分離する方法は、例えば、多画素光センサ7を用いて行う。多画素光センサ7の各画素をRGBのカラーフィルターを用いたものを使用することで、多画素光センサ7上に結像した色パターンを色分離することができる。すなわち、青成分の画素からの信号のみを検出することで(a)の青色のパターンが、赤成分の画素からの信号のみを検出することで(b)の赤色のパターンを検出することができる。   The method of separating the color pattern (a) into (b) and (c) is performed using, for example, the multi-pixel photosensor 7. By using each pixel of the multi-pixel photosensor 7 using an RGB color filter, the color pattern formed on the multi-pixel photosensor 7 can be color-separated. That is, it is possible to detect the blue pattern of (a) by detecting only the signal from the blue component pixel and the red pattern of (b) by detecting only the signal from the red component pixel. .

なお、本発明では、多画素光センサ7で色分離を実施する例について述べたが、本発明はこれに限定するものではない。   In the present invention, an example in which color separation is performed by the multi-pixel photosensor 7 has been described, but the present invention is not limited to this.

レンズ6と多画素光センサ7の間に、例えば赤、青の色を分離するダイクロイックフィルターを設けることで、(b)の赤色のパターンを反射させ、(a)の青色のパターンを透過させてそれぞれの色パターンを2個の多画素光センサ7で検出しても構わない。この時多画素光センサ7はカラーフィルターのないものを用いるのが好ましい。より、高感度で高画素数で測定することができる。   For example, by providing a dichroic filter that separates red and blue colors between the lens 6 and the multi-pixel optical sensor 7, the red pattern in (b) is reflected and the blue pattern in (a) is transmitted. Each color pattern may be detected by two multi-pixel photosensors 7. At this time, it is preferable to use a multi-pixel optical sensor 7 without a color filter. Thus, measurement can be performed with high sensitivity and a high number of pixels.

また、本発明では色を赤色と青色を用いて説明したが、限定するものではない。赤色と緑色もしくは、青色と緑色の組み合わせを用いても構わない。また、単色光を複数用いても構わない。色パターンの各種パターンを、色分離できればなんら問題ない。   In the present invention, the colors are described using red and blue, but the color is not limited. A combination of red and green or blue and green may be used. A plurality of monochromatic lights may be used. There is no problem if the various color patterns can be color-separated.

図3は、レンズユニット1が回転した場合に、多画素光センサ7に結像した像が動く様子を示した図である。図3を用いて、角度検出する例について説明する。   FIG. 3 is a diagram showing how the image formed on the multi-pixel optical sensor 7 moves when the lens unit 1 rotates. An example of angle detection will be described with reference to FIG.

図3(a)は、ある時点でのPAN方向の角度を検出するための色パターンを示す。また(c)はTILT方向の角度変化を算出するための色パターンを示す。   FIG. 3A shows a color pattern for detecting the angle in the PAN direction at a certain time point. (C) shows a color pattern for calculating the angle change in the TILT direction.

図1にも示したように、レンズユニット1がPAN方向に回転した場合、多画素光センサ7に結像する像は、図3(b)に示した方向にシフトして検出される。このシフト量は、角度変化量に対応しているので、予めシフト量と角度変化量との関係を把握しておくことで、シフト量より角度変化量を算出することができる。図3(a)の色パターンの周期は一定なのでこの幅の中の変化は、測定値を補間することによりさらに高精度化できる。   As shown in FIG. 1, when the lens unit 1 rotates in the PAN direction, an image formed on the multi-pixel optical sensor 7 is detected by being shifted in the direction shown in FIG. Since the shift amount corresponds to the angle change amount, the angle change amount can be calculated from the shift amount by grasping the relationship between the shift amount and the angle change amount in advance. Since the period of the color pattern in FIG. 3 (a) is constant, the change in this width can be made more accurate by interpolating the measured values.

また、このシフト量は、PAN方向に回転時に、TILT方向の回転が発生したとしてもまったく問題なく独立に計測できる。   This shift amount can be measured independently without any problem even if rotation in the TILT direction occurs during rotation in the PAN direction.

また、図1のレンズユニット1がTILT方向に回転した場合は、図3(c)の色パターンの変化を検出することで算出できる。   Further, when the lens unit 1 in FIG. 1 rotates in the TILT direction, it can be calculated by detecting the change in the color pattern in FIG.

すなわち、図3(d)にも示したように、回転変化前後において多画素光センサ7によって検出した青色のパターンのシフト量を検出することで、PAN方向と同様にTILT方向も検出できる。   That is, as shown in FIG. 3D, the TILT direction can be detected in the same manner as the PAN direction by detecting the shift amount of the blue pattern detected by the multi-pixel photosensor 7 before and after the rotation change.

PAN方向の回転が発生したとしても、独立に検出しているので問題なく高精度に検出できる。   Even if rotation in the PAN direction occurs, it can be detected with high accuracy without problems because it is detected independently.

図(b)、図(c)に示した色パターンは、シフト方向を法線ベクトルとする破線を例にとり示している。これにより移動方向のシフト幅を容易に検出できる。   The color patterns shown in FIGS. (B) and (c) show a broken line with the shift direction as a normal vector as an example. Thereby, the shift width in the moving direction can be easily detected.

なお、本発明の色パターンはこの例に限定するものではない。線の太さ、線の方向、間隔は適切に設定することができる。また、破線に限定するものではないことはもちろんである。十字形状、丸形状、三角形状、四角形状、星形状等の任意形状を用いても構わない。   The color pattern of the present invention is not limited to this example. Line thickness, line direction, and spacing can be set appropriately. Of course, it is not limited to the broken line. An arbitrary shape such as a cross shape, a round shape, a triangular shape, a quadrangular shape, or a star shape may be used.

また、本実施例では、色の色調を一定にした場合について述べたが、色の階調を位置に応じて変化させても構わない。   In this embodiment, the case where the color tone is fixed has been described. However, the color gradation may be changed according to the position.

予め、位置と階調との関係を把握しておけば、階調を検出することでPAN、TILT方向の絶対位置を検出することができて極めて有用である。   If the relationship between the position and the gradation is known in advance, the absolute position in the PAN and TILT directions can be detected by detecting the gradation, which is extremely useful.

階調の検出は、各色パターンの階調を多値化することで、多画素光センサ7に入射する各色の光の強度も多値化するので、これを検出することで容易に階調を検出することができる。   In the gradation detection, the gradation of each color pattern is multi-valued, and the intensity of light of each color incident on the multi-pixel optical sensor 7 is also multi-valued. Therefore, the gradation can be easily detected by detecting this. Can be detected.

また、PAN、TILT方向の両方に用いても、問題ないことはいうまでもない。   Needless to say, there is no problem even if it is used in both the PAN and TILT directions.

このように、本発明は、各角度の回転軸毎に、色パターンの色を割り当てるとともに、これを色分離することにより各方向での信号を分離検出することができるので、クロストークのない精度がよい安定な測定が実現できる。   As described above, according to the present invention, the color pattern color is assigned to each rotation axis of each angle, and the signals in each direction can be separated and detected by color separation of the color pattern, so that the accuracy without crosstalk is obtained. However, good and stable measurement can be realized.

(実施の形態2)
実施の形態1ではPAN、TILTの2軸方向に利用した場合について述べたが、実施の形態2では、PAN、TILT方向の回転角度の測定に加え、Rotation軸の回転角度も測定する場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the PAN and TILT are used in the two-axis directions has been described. In the second embodiment, the rotation angle of the Rotation axis is measured in addition to the measurement of the rotation angle in the PAN and TILT directions. To do.

図4は、本発明の実施の形態2の光学式角度センサの概略図である。   FIG. 4 is a schematic diagram of an optical angle sensor according to the second embodiment of the present invention.

実施の形態1で説明したように、光学レンズ41で集光した像は撮像素子部42上に結像する。図4には示していないが、レンズユニット41と撮像素子部42は、アクチュエータによりPAN、TILT、ROTATION方向に回転することができる。   As described in the first embodiment, the image condensed by the optical lens 41 is formed on the imaging element unit 42. Although not shown in FIG. 4, the lens unit 41 and the imaging element unit 42 can be rotated in the PAN, TILT, and ROTATION directions by an actuator.

レンズユニット1および撮像素子部42の回転中心位置を中心点として、半球面体部43が設けられている。図4では撮像素子部42の底面に接着した構造を示したが、これに限定するものではない。   A hemispherical body portion 43 is provided with the rotation center position of the lens unit 1 and the imaging element portion 42 as a center point. Although FIG. 4 shows a structure bonded to the bottom surface of the image sensor section 42, the structure is not limited to this.

半球面体部43上には色パターン44が設けられている。   A color pattern 44 is provided on the hemispherical body portion 43.

光源46から出射した光は、色パターン44の中央部を照射する。   The light emitted from the light source 46 irradiates the central portion of the color pattern 44.

色パターン44からの反射光は、光学レンズ45により集光され遮光フィルター47に到達する。   The reflected light from the color pattern 44 is collected by the optical lens 45 and reaches the light shielding filter 47.

遮光フィルター47は、特定の色を遮断するもので例えばダイクロイックフィルターを用いる。   The light blocking filter 47 blocks a specific color and uses, for example, a dichroic filter.

遮光フィルター47を通過した光は、多画素光センサ48に到達し、色パターンが結像される。   The light that has passed through the light blocking filter 47 reaches the multi-pixel optical sensor 48 and forms a color pattern.

図5は、PAN、TILT、ROTATION方向の3軸を測定するための色パターンの一例である。   FIG. 5 is an example of a color pattern for measuring three axes in the PAN, TILT, and ROTATION directions.

図5(a)は、半球面体部43上に設ける色パターン44の一例であり、同図に示した(b)、(c)、(d)から成り立っている。   FIG. 5A is an example of the color pattern 44 provided on the hemispherical body portion 43, and is composed of (b), (c), and (d) shown in FIG.

例えば(b)はPAN方向の測定用に用いる色パターンで、例えば赤色のパターンを使用する。(c)はTILT方向の測定用に用いる色パターンで、例えば青色を使用する。   For example, (b) is a color pattern used for measurement in the PAN direction. For example, a red pattern is used. (C) is a color pattern used for measurement in the TILT direction, and for example, blue is used.

(d)はRotation方向の角度検出用に用いるもので、例えば緑色の色パターンを使用する。   (D) is used for angle detection in the Rotation direction. For example, a green color pattern is used.

(d)のパターンは、例えば水平方向に周期的な平行線を用いる。   The pattern (d) uses, for example, periodic parallel lines in the horizontal direction.

次に、図5(d)のパターンを用いて、Rotation方向の回転角度を算出する方法について述べる。   Next, a method for calculating the rotation angle in the Rotation direction using the pattern of FIG.

図6を用いて、その算出方法について述べる。   The calculation method will be described with reference to FIG.

図6の(a-1)および(b-1)および(c-1)は色パターン44がRotation方向に回転する際、多画素光センサ上で観察される結像の例を示したものである。   (A-1), (b-1) and (c-1) in FIG. 6 show examples of image formation observed on the multi-pixel photosensor when the color pattern 44 rotates in the Rotation direction. is there.

(a-1)に比べて(b-1)は右方向に回転し、(c−1)は左方向に回転した場合を示している。   Compared to (a-1), (b-1) rotates to the right, and (c-1) shows the case to rotate to the left.

(a-2)、(b-2)、(c-2)は遮光フィルター47のパターンを示している。   (A-2), (b-2), and (c-2) show the pattern of the light shielding filter 47.

図に示した黒い線の部分は、緑色を反射し、赤色、青色を透過するフィルターを用いる。   The black line portion shown in the figure uses a filter that reflects green and transmits red and blue.

例えば、真空蒸着等の成膜プロセスで緑反射フィルターを形成する。これにより、緑色に関して周期的に光を遮断できる遮光フィルターが実現できる。   For example, the green reflection filter is formed by a film forming process such as vacuum deposition. Thereby, the light shielding filter which can interrupt | block light periodically regarding green is realizable.

また、撮像素子部の色フィルターにも用いられるような、公知の緑色の染料もしくは顔料等の吸収フィルターをウェットプロセスで形成しても構わない。   Further, an absorption filter such as a known green dye or pigment, which is also used for the color filter of the image pickup element portion, may be formed by a wet process.

遮光フィルター47を通過した光は、多画素光センサ48に到達する。多画素光センサ48で、例えば緑色だけの信号を抽出する。その一例を図6の(a-3)、(b-3)、(c-3)に示す。   The light that has passed through the light blocking filter 47 reaches the multi-pixel photosensor 48. For example, a signal of only green is extracted by the multi-pixel photosensor 48. An example is shown in (a-3), (b-3), and (c-3) of FIG.

(a-3)に示したように、ある周期をもったモアレ縞が観測することができる。   As shown in (a-3), moire fringes with a certain period can be observed.

モアレ縞のピッチは、色パターンと遮光フィルターの線のピッチをω、それぞれの格子の傾きをθとした場合、以下の式で示される。   The pitch of the moiré fringes is expressed by the following equation, where ω is the pitch of the line of the color pattern and the light shielding filter, and θ is the inclination of each grating.

モアレ縞のピッチ=ω/[2・sin(θ/2)]
従って、色パターンと遮光フィルターのピッチは一定で決まっているので、モアレ縞のピッチを測定することで傾きθを測定することができる。
Moire fringe pitch = ω / [2 · sin (θ / 2)]
Therefore, since the pitch between the color pattern and the light shielding filter is fixed, the inclination θ can be measured by measuring the pitch of moire fringes.

本実施例の場合、傾きθがRotation方向の回転角度となるように設定しているので、傾きθを求めることで回転角度が絶対値として算出できる。   In the present embodiment, since the inclination θ is set to be the rotation angle in the Rotation direction, the rotation angle can be calculated as an absolute value by obtaining the inclination θ.

傾きθは例えば、(a−3)にも示したように、最小ピーク値を有した画素を求め、それを最小自乗法で直線近似を行うのが好ましい。   For example, as shown in (a-3), the slope θ is preferably obtained by obtaining a pixel having the minimum peak value and performing linear approximation by the least square method.

これを多画素光センサ48全体にわたって実施することにより、最小値を溝とした直線近似群が得られる。これら線群の間隔であるピッチを算出し、平均値を求めることで傾きを算出できる。   By carrying out this over the entire multi-pixel photosensor 48, a linear approximation group with the minimum value as the groove is obtained. The slope can be calculated by calculating the pitch, which is the interval between these line groups, and obtaining the average value.

すなわち、(b-3)に示したように、傾きに応じて線のピッチが変化していることがわかる。   That is, as shown in (b-3), it can be seen that the line pitch changes according to the inclination.

なお、多画素光センサ48の最小ピークを有した各画素の位置を用いて、モアレ縞のピッチを求める例について説明したがこれに限定するものではない。最大値を有する画素の位置を用いても構わない。   In addition, although the example which calculates | requires the pitch of a moire fringe using the position of each pixel which has the minimum peak of the multi-pixel optical sensor 48 was demonstrated, it is not limited to this. The position of the pixel having the maximum value may be used.

また、特定位置での信号の強度変化量から回転角度を算出しても構わない。   Further, the rotation angle may be calculated from the intensity change amount of the signal at the specific position.

(c−3)に、(b−3)と逆の左回転方向に同じだけ回転した場合を示している。   (C-3) shows a case where the rotation is the same in the counterclockwise direction opposite to (b-3).

図からもわかるように、線幅は同じであり、同じ絶対量の角度だけ変化していることがわかる。また、直線近似した直線の傾きは逆方向の左方向に傾いていることがわかる。   As can be seen from the figure, the line width is the same, and it can be seen that the angle changes by the same absolute amount. Further, it can be seen that the straight line approximated by the straight line is inclined in the opposite left direction.

これより、近似した直線の傾きを用いることで回転量だけでなく、回転方向も観測できることがわかる。実用上有用といえる。   From this, it can be seen that not only the rotation amount but also the rotation direction can be observed by using the approximate inclination of the straight line. It can be said that it is practically useful.

かかる構成により、PAN、TILT方向の回転が任意に生じた状態で、ROTATION方向に回転が生じた場合でも、Rotation方向の角度変化だけを色パターンを用いることで、分離検出できるために非常に精度よい角度測定が実現できる。   With this configuration, even if rotation occurs in the PAN and TILT directions and rotation occurs in the ROTATION direction, only the angular change in the Rotation direction can be separated and detected by using a color pattern. Good angle measurement can be realized.

本発明にかかる光学式角度センサは、広範囲の角度範囲で、高精度で、小型で計測できる特徴を有し、カメラ用の角度センサ等として有用である。またロボットの姿勢制御やゲーム機用ジョイスティックにも応用できる。   The optical angle sensor according to the present invention has characteristics that can be measured with high accuracy and small size in a wide range of angles, and is useful as an angle sensor for a camera or the like. It can also be applied to robot attitude control and joysticks for game consoles.

本発明の実施の形態1における2軸光学式角度センサの概略図Schematic of the biaxial optical angle sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における色パターンの一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of a color pattern in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1におけるPAN、TILT回転角測定の方法を説明する概略図Schematic explaining the method of PAN, TILT rotation angle measurement in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態2における3軸光学式角度センサの概略図Schematic diagram of a triaxial optical angle sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2におけるROTATION角度測定のための色パターンの一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of a color pattern for ROTATION angle measurement in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態2におけるROTATION回転角度算出の方法を説明する概略図Schematic explaining the ROTATION rotation angle calculation method in Embodiment 2 of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1,41 レンズユニット
2,42 撮像素子部
3,43 半球面体部
4,44 色パターン
5,45 光源
6,46 レンズ
7,48 多画素光センサ
47 遮光フィルター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41 Lens unit 2,42 Image pick-up element part 3,43 Hemispherical body part 4,44 Color pattern 5,45 Light source 6,46 Lens 7,48 Multi-pixel photosensor 47 Light-shielding filter

Claims (11)

測定対象部に設けられた少なくとも2色以上からなる色パターンと、前記色パターン上に光を照射する光源と、前記色パターンを透過もしくは反射した光を前記色パターンに集光する光学レンズと、前記光学レンズで集光された光の強度を検出する多画素光センサとを備え、第一の色成分からなる色パターンのPan方向の移動量を測定してPan方向角度を算出し、第二の色成分からなる色パターンを第一の色パターンから分離検出してTilt方向の移動量を測定してTilt方向角度を算出する光学式角度センサ。 A color pattern composed of at least two colors provided in a measurement target part; a light source that irradiates light on the color pattern; an optical lens that condenses light transmitted or reflected by the color pattern onto the color pattern; A multi-pixel optical sensor that detects the intensity of the light collected by the optical lens, calculates the Pan direction angle by measuring the amount of movement of the color pattern composed of the first color component in the Pan direction, An optical angle sensor that calculates a Tilt direction angle by measuring a movement amount in the Tilt direction by separating and detecting a color pattern composed of the color components from the first color pattern. 前記色パターンが、特定形状のマーカーを周期的に繰り返して配置されたことを特徴とする請求項1記載の光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to claim 1, wherein the color pattern is arranged by repeating a marker having a specific shape periodically. 前記特定形状のマーカーが、円形状もしくは四角形状もしくは三角形状もしく十字形状もしくは星形状である請求項2記載の光学式角度センサ。 3. The optical angle sensor according to claim 2, wherein the marker having the specific shape has a circular shape, a square shape, a triangular shape, a cross shape, or a star shape. 測定対象部の回転中心位置が中心点となる球面形状の半球面体体を設け、前記半球面体体上に前記色パターンを形成もしくは設置したことを特徴とする請求項1記載の光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to claim 1, wherein a spherical hemispherical body having a rotation center position of the measurement target portion as a central point is provided, and the color pattern is formed or installed on the hemispherical body. 測定対象部に設けられた少なくとも3色以上の色パターンと、前記色パターン上に光を照射する光源と、前記色パターンを透過もしくは反射した光を前記色パターンに集光する光学レンズと、前記光学レンズで集光された光の強度を検出する多画素光センサとを備え、第一の色成分からなる色パターンのPan方向の移動量を測定してPan方向角度を算出し、第二の色成分からなる色パターンを分離検出してTilt方向の移動量を測定してTilt方向角度を算出し、第三の色成分からなる色パターンを分離検出してRotation方向の回転角度を検出してRotation方向角度を算出する光学式角度センサ。 A color pattern of at least three colors provided in a measurement target part; a light source that irradiates light on the color pattern; an optical lens that focuses light transmitted or reflected by the color pattern onto the color pattern; A multi-pixel optical sensor that detects the intensity of the light collected by the optical lens, calculates the Pan direction angle by measuring the amount of movement of the color pattern made of the first color component in the Pan direction, Separately detect the color pattern consisting of color components and measure the amount of movement in the Tilt direction to calculate the Tilt direction angle, separate and detect the color pattern consisting of the third color component to detect the rotation angle in the Rotation direction Optical angle sensor that calculates rotation direction angle. 青色と赤色と緑色成分から形成された前記色パターンと、青色と赤色と緑色フィルターを周期的に各画素上に配置した前記多画素光センサとを備えた請求項5に記載の光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to claim 5, comprising: the color pattern formed of blue, red, and green components; and the multi-pixel photosensor in which blue, red, and green filters are periodically arranged on each pixel. . 格子状に形成された前記第三の色成分からなる色パターンと、前記色パターンと前記多画素光センサとの間に、前記第三の色成分を遮光させる格子状の遮光フィルターを設け、前記色パターンと前記遮光フィルターとで形成されたモアレ縞の変化量を前記多画素光センサで検出し、前記色パターンと前記多画素光センサとの回転方向の角度を算出する請求項5に記載の光学式角度センサ。 A color pattern composed of the third color component formed in a lattice shape, and a lattice-shaped light shielding filter that shields the third color component between the color pattern and the multi-pixel photosensor, The amount of change in moire fringes formed by a color pattern and the light shielding filter is detected by the multi-pixel photosensor, and an angle in a rotation direction between the color pattern and the multi-pixel photosensor is calculated. Optical angle sensor. 前記遮光フィルターが、前記第三の色成分からなる格子状の色パターンのピッチと同等である請求項7記載の光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to claim 7, wherein the light shielding filter is equivalent to a pitch of a grid-like color pattern made of the third color component. Pan方向に等間隔で形成されたマーカーを有する第一の色成分からなる色パターンと、
前記色パターンを前記多画素光センサで検出した後、色パターンの移動前後での画像を比較する画像比較手段とを有し、前記画像比較手段によりPan方向の移動量を検出し、前記移動量に基づいてPan方向角度を算出する請求項5記載の光学式角度センサ。
A color pattern composed of a first color component having markers formed at equal intervals in the Pan direction;
An image comparison unit that compares images before and after the movement of the color pattern after the color pattern is detected by the multi-pixel photosensor, and detects the movement amount in the Pan direction by the image comparison unit; The optical angle sensor according to claim 5, wherein the Pan direction angle is calculated based on the angle.
Tilt方向に等間隔で形成されたマーカーを有する第一の色成分からなる色パターンと、前記色パターンを前記多画素光センサで検出した後、色パターンの移動前後での画像を比較する画像比較手段とを有し、前記画像比較手段によりTilt方向の移動量を検出し、前記移動量に基づいてTilt方向角度を算出する請求項5記載の光学式角度センサ。 Image comparison for comparing a color pattern composed of a first color component having markers formed at equal intervals in the Tilt direction and an image before and after movement of the color pattern after the color pattern is detected by the multi-pixel photosensor. 6. The optical angle sensor according to claim 5, further comprising: means for detecting a movement amount in the Tilt direction by the image comparison means, and calculating a Tilt direction angle based on the movement amount. 前記測定対象部に設けられた色パターンが、位置により予め決められた階調に設定され、階調を測定する事により位置を算出する請求項5記載の光学式角度センサ。 6. The optical angle sensor according to claim 5, wherein a color pattern provided in the measurement target part is set to a gradation determined in advance by a position, and the position is calculated by measuring the gradation.
JP2008317933A 2008-12-15 2008-12-15 Optical angle sensor Expired - Fee Related JP5131177B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008317933A JP5131177B2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Optical angle sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008317933A JP5131177B2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Optical angle sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010140386A true JP2010140386A (en) 2010-06-24
JP5131177B2 JP5131177B2 (en) 2013-01-30

Family

ID=42350459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008317933A Expired - Fee Related JP5131177B2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Optical angle sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5131177B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012004952A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 パナソニック株式会社 Camera drive device
CN104374338A (en) * 2014-09-28 2015-02-25 北京航空航天大学 Single-axis rotation angle vision measurement method based on fixed camera and single target

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000111673A (en) * 1998-09-30 2000-04-21 Seiko Epson Corp Information processor
JP2005308706A (en) * 2004-03-22 2005-11-04 Tamagawa Seiki Co Ltd Position detector and body to be detected
JP2007096069A (en) * 2005-09-29 2007-04-12 Nikon Corp Alignment method, overlapping accuracy measurement method, exposure method, alignment apparatus, exposure apparatus, and overlapping accuracy measurement apparatus
JP2008140077A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Tamagawa Seiki Co Ltd Absolute angle detection system for sphere, sphere actuator, and pointing device
JP2008281372A (en) * 2007-05-08 2008-11-20 Sharp Corp Position detection device and electronic device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000111673A (en) * 1998-09-30 2000-04-21 Seiko Epson Corp Information processor
JP2005308706A (en) * 2004-03-22 2005-11-04 Tamagawa Seiki Co Ltd Position detector and body to be detected
JP2007096069A (en) * 2005-09-29 2007-04-12 Nikon Corp Alignment method, overlapping accuracy measurement method, exposure method, alignment apparatus, exposure apparatus, and overlapping accuracy measurement apparatus
JP2008140077A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Tamagawa Seiki Co Ltd Absolute angle detection system for sphere, sphere actuator, and pointing device
JP2008281372A (en) * 2007-05-08 2008-11-20 Sharp Corp Position detection device and electronic device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012004952A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 パナソニック株式会社 Camera drive device
JPWO2012004952A1 (en) * 2010-07-07 2013-09-02 パナソニック株式会社 Camera drive device
US8767120B2 (en) 2010-07-07 2014-07-01 Panasonic Corporation Camera drive device
JP5802192B2 (en) * 2010-07-07 2015-10-28 パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブアメリカPanasonic Intellectual Property Corporation of America Camera drive device
CN104374338A (en) * 2014-09-28 2015-02-25 北京航空航天大学 Single-axis rotation angle vision measurement method based on fixed camera and single target

Also Published As

Publication number Publication date
JP5131177B2 (en) 2013-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10230894B2 (en) Image-capturing device and image processing method
US10088296B2 (en) Method for optically measuring three-dimensional coordinates and calibration of a three-dimensional measuring device
US9602811B2 (en) Method for optically measuring three-dimensional coordinates and controlling a three-dimensional measuring device
CN101762243A (en) Structured light vision method for measuring three-dimensional profile of restricted space
JP6016912B2 (en) 3D measuring device and 3D measuring method
MX2011002160A (en) Specimen roughness detecting method, and apparatus for the method.
JP2018004278A (en) Measurement apparatus
CN109297680A (en) The detection method and device of light shaft offset error amount
JP2009025189A (en) Measuring instrument
KR102553096B1 (en) Rotary encoder system
JP2017528714A (en) Method for optical measurement of three-dimensional coordinates and control of a three-dimensional measuring device
JP5131177B2 (en) Optical angle sensor
JP2023115356A (en) Measurement device, imaging device, control method, and program
CN110322561A (en) 3D camera and its measurement method for the unordered sorting of robot
JP2008145121A (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
CN110471050A (en) The method of structure light imaging system and scanning scene
JP2009210509A (en) Three-dimensional shape measuring device and three-dimensional shape measuring computer program
US11885650B2 (en) Motion encoder
JP2008154195A (en) Method of creating pattern for calibration of lens, pattern for calibration of lens, method and device for calibrating lens utilizing pattern for calibration, and method and device for calibrating imaging apparatus
KR101720793B1 (en) Apparatus for measuring rotation angle and method for operating the same
JP2008170282A (en) Shape measuring device
JP6632406B2 (en) Distance calculation device, imaging device, and distance calculation method
WO2022054167A1 (en) Position estimation method, position estimation device, and program
JP4003274B2 (en) Distance measuring device
JP2007187524A (en) Magnetic mapping device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111018

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20111114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120731

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120918

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121009

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121022

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151116

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5131177

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151116

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees