JP2012114852A

JP2012114852A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2012114852A
Application number: JP2010264254A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Shindo; 高広神藤; Naomichi Ishiura; 直道石浦; Soshi Nomura; 壮志野村
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP5693179B2

Abstract

【課題】カメラを冷却するファンモータを備えた撮像装置において、カメラの取付場所や周辺の部品組付状態等によってカメラの共振周波数が変化しても、ファンモータの回転振動によってカメラが共振することを確実に防止できるようにする。
【解決手段】実際のカメラ１３の振動周波数を検出して、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍（共振周波数）とならないように該ファンモータ１４の回転速度（振動周波数）を調整する。ここで、カメラ１３の振動周波数の検出方法は、ファンモータ１４を回転させながらカメラ１３で静止状態の被写体１２を所定の撮像周期（所定時間間隔）で撮像して該被写体１２のマーク１２ａの位置を認識する処理を繰り返すことで、該カメラ１３の視野内で該被写体１２のマーク１２ａが振動する周期Ｔを検出して該カメラ１３の振動周波数を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラを送風により冷却するファンモータを備えた撮像装置に関する発明である。

カメラは、頻繁に撮像動作を繰り返すと撮像素子が発熱して、撮像信号に重畳するノイズが増加し、被写体の画像認識精度が低下する。このため、被写体の画像認識精度を高めるには、カメラを冷却する必要があり、そのために、ファンモータでカメラを強制的に冷却するようにしたものがある。

しかし、カメラにファンモータを設けると、ファンモータの回転振動によりカメラが振動して、撮像画像の振れが発生する。特に、カメラの振動周波数が共振周波数と一致すると、カメラの振動振幅が急激に大きくなって、撮像画像の振れ幅が急激に大きくなり、被写体の位置認識精度が顕著に悪化する。

一方、特許文献１（特開２００４−３９１４０号公報）は、ファンモータ付きの光ディスク装置を記載したものであるが、ファンモータの回転振動による光ディスクの共振を抑えるために、予め、光ディスクの共振周波数（固有周波数）をメモリに記憶しておき、ファンモータの回転により発生する振動の周波数が共振周波数の記憶値と一致しないようにファンモータの回転速度を制御するようにしている。

特開２００４−３９１４０号公報

上記特許文献１の光ディスク装置の振動低減技術をファンモータ付きの撮像装置に応用すると、予め、撮像装置のメモリにカメラの共振周波数を記憶しておき、ファンモータの回転により発生する振動の周波数が共振周波数の記憶値と一致しないようにファンモータの回転速度を制御することが考えられる。

しかし、カメラは、取り付ける場所の剛性によって共振周波数が変化し、更に、カメラの周辺の部品組付状態によっても共振周波数が変化するため、予め、共振周波数をメモリに記憶しておいても、カメラの取付場所や周辺の部品組付状態等によっては実際の共振周波数がメモリの記憶値と一致しない可能性があり、却ってカメラの振動を増大させてしまう可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、カメラの取付場所や周辺の部品組付状態等によってカメラの共振周波数が変化しても、ファンモータの回転振動によってカメラが共振することを確実に防止できる撮像装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、カメラを送風により冷却するファンモータを備えた撮像装置において、前記ファンモータの回転による前記カメラの振動周波数を検出する振動周波数検出手段と、前記振動周波数検出手段により検出した前記カメラの振動周波数が該ファンモータの振動周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、……）とならないように該ファンモータの回転速度を制御するファンモータ制御手段とを備えた構成としたものである。

本発明は、(1) カメラの振動周波数がファンモータの振動周波数の整数倍となると、カメラが共振してカメラの振れが顕著に大きくなり、また、(2) ファンモータの回転速度に応じてファンモータの振動周波数が変化するという特性を考慮して、実際のカメラの振動周波数を振動周波数検出手段により検出して、カメラの振動周波数がファンモータの振動周波数の整数倍（共振周波数）とならないように該ファンモータの回転速度（振動周波数）を制御するものであり、これにより、カメラの取付場所や周辺の部品組付状態等によってカメラの共振周波数が変化しても、ファンモータの回転振動によってカメラが共振することを確実に防止できて、被写体の位置認識精度等を向上できる。

この場合、振動周波数検出手段は、振動センサを用いるようにしても良いが、振動センサを用いると、その分、コストアップする欠点がある。
そこで、請求項２のように、ファンモータを回転させながらカメラで静止状態の被写体を撮像して該被写体の位置を認識する処理を該カメラの振動周期より短い周期で繰り返すことで、該カメラの視野内で該被写体が振動する周期を検出して該カメラの振動周波数を求めるようにすると良い。このようにすれば、振動センサを用いなくても、画像処理によりカメラの振動周波数を計測することができ、低コスト化の要求を満たすことができる。

更に、請求項３，４のように、ファンモータを回転させながらカメラで静止状態の被写体を撮像して該被写体の位置を認識する処理を該カメラの振動周期より短い周期で繰り返すことで、該カメラの視野内で該被写体が振動する振幅を検出して該カメラの振動振幅を求める振動振幅検出手段を備え、この振動振幅検出手段で検出したカメラの振動振幅が許容範囲内に収まるようにファンモータの回転速度を制御するようにしても良い。このようにすれば、カメラの振動を確実に許容範囲内に収めることができる。

図１は本発明の一実施例におけるカメラユニット（撮像装置）の構成例を示すブロック図である。図２はファンモータの回転速度とファンモータの振動周波数との関係を示す図である。図３はファンモータを回転させながら静止状態の被写体をカメラで撮像して該被写体の位置を認識する処理を所定周期で実行して該被写体の振れ量（カメラの振れ量）を計測して時系列的にプロットした図である。図４はファンモータ回転速度制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて撮像装置であるカメラユニット１１の構成例を説明する。
カメラユニット１１には、被写体１２を撮像するカメラ１３と、該カメラ１３を送風により冷却するファンモータ１４と、カメラ１３の撮像動作とファンモータ１４の回転速度（駆動電流又は印加電圧）を制御するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と表記する）１５とが組み付けられている。カメラ１３は、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の撮像素子１６とレンズ１７等の光学系から構成されている。ファンモータ１４を駆動するファンモータ駆動回路１８は、マイコン１５から出力される速度指令信号（駆動電流指令値又は印加電圧指令値）に基づいてファンモータ１４の駆動電流又は印加電圧を変化させることでファンモータ１４の回転速度を変化させる。

以上のように構成したカメラユニット１１は、部品実装機、工作機械等の各種の生産機械に組み付けられ、様々な被写体を撮像して画像処理して該被写体の形状や位置等を認識するのに用いられる。カメラ１３は、頻繁に撮像動作を繰り返すと撮像素子１６が発熱して、撮像信号に重畳するノイズが増加し、被写体の画像認識精度が低下する。この対策として、生産中は、ファンモータ１４を連続的又は間欠的に回転させてカメラ１３を冷却するようにしている。

しかし、ファンモータ１４を回転させると、その回転振動によりカメラ１３が振動して、撮像画像の振れが発生する。特に、カメラ１３の振動周波数が共振周波数と一致すると、カメラ１３の振動振幅が急激に大きくなって、撮像画像の振れ幅が急激に大きくなり、被写体の位置認識精度が顕著に悪化する。

この場合、以下のような振動周波数の特性がある。
（１）カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、……）となると、カメラ１３が共振してカメラの振れが顕著に大きくなる。
（２）ファンモータ１４の回転速度に応じてファンモータ１４の振動周波数が変化する。
（３）カメラ１３は、取り付ける場所によって共振周波数が変化し、更に、カメラ１３の周辺の部品組付状態によっても共振周波数が変化する。

このような振動周波数の特性を考慮して、本実施例では、実際のカメラ１３の振動周波数を検出して、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍（共振周波数）とならないように該ファンモータ１４の回転速度（振動周波数）を調整する。

ここで、図２に示すように、ファンモータ１４の振動周波数は、ファンモータ１４の回転速度に応じてリニアに変化し、ファンモータ１４の回転速度は、ファンモータ１４の駆動電流（又は印加電圧）に応じて変化する。従って、ファンモータ１４の駆動電流（又は印加電圧）に応じてファンモータ１４の振動周波数が変化することから、マイコン１５で生成する速度指令信号（駆動電流指令値又は印加電圧指令値）に基づいてファンモータ１４の振動周波数を算出することが可能である。

一方、カメラ１３の振動周波数は、カメラ１３に振動センサを取り付けて検出するようにしても良いが、振動センサを用いると、その分、コストアップする欠点がある。
そこで、本実施例では、ファンモータ１４を回転させながらカメラ１３で静止状態の被写体１２を所定の撮像周期（所定時間間隔）で撮像して該被写体１２のマーク１２ａの位置を認識する処理を繰り返すことで、該カメラ１３の視野内で該被写体１２のマーク１２ａが振動する周期Ｔを検出して該カメラ１３の振動周波数を求める。ここで、被写体１２を撮像する周期は、カメラ１３の振動周期（マーク１２ａの振動周期）より短い周期であれば良いが、被写体１２のマーク１２ａの認識精度を確保できる範囲内で撮像周期を短くすることが望ましい。

図３は、ファンモータ１４を回転させながらカメラ１３で静止状態の被写体１２を所定の撮像周期で撮像して該被写体１２のマーク１２ａの位置を認識する処理を繰り返して、マーク１２ａの振動の中心位置（振動振幅＝０の位置）からの振れ量を計測し、その計測値を時系列的にプロットした図である。ここで、マーク１２ａの振動の中心位置（振動振幅＝０の位置）は、ファンモータ１４を停止させてカメラ１３を振動させない状態で、カメラ１３で静止状態の被写体１２を撮像して計測すれば良い。

マーク１２ａの振動の中心位置（振動振幅＝０の位置）からの振れ量の最大値がカメラ１３の振動振幅Ａ（マーク１２ａの振動振幅）であり、振れ量が最大値になる時間間隔がカメラ１３の振動周期Ｔ（マーク１２ａの振動周期）である。

更に、本実施例では、検出したカメラ１３の振動振幅Ａ（マーク１２ａの振動振幅）が許容範囲内に収まるか否かを判定して、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲を越える場合は、ファンモータ１４の回転速度（駆動電流又は印加電圧）を変更して、再度、カメラ１３の振動振幅Ａを計測するという処理を繰り返して、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるようにファンモータ１４の回転速度を調整する機能を備えている。

以上説明した本実施例のファンモータ１４の回転速度の制御は、マイコン１５によって図４のファンモータ回転速度制御プログラムに従って次のように実行される。本プログラムは、生産開始前に実行され、特許請求の範囲でいうファンモータ制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるように調整したファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）が書き替え可能な不揮発性のメモリ（図示せず）に記憶されているか否かを判定し、ファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）がメモリに記憶されていれば、ステップ１０２に進み、ファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）をメモリの記憶値に設定してファンモータ１４を回転駆動してカメラ１３を冷却する。

これに対し、上記ステップ１０１で、ファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）がメモリに記憶されていないと判定されれば、以下に説明するステップ１０３以降の処理によりカメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるようにファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）を調整する。

まず、ステップ１０３で、ファンモータ１４を停止させてカメラ１３を振動させない状態で、カメラ１３で被写体１２を撮像し、次のステップ１０４で、撮像した画像を処理して被写体１２のマーク１２ａの位置を認識し、その位置を振動中心位置（振動振幅＝０の位置）としてＲＡＭ等のメモリ（図示せず）に記憶する。

この後、ステップ１０５に進み、ファンモータ１４を起動して所定速度で回転させながら、カメラ１３で静止状態の被写体１２を所定の撮像周期で撮像して該被写体１２のマーク１２ａの位置を認識し、該マーク１２ａの振動の中心位置からの振れ量を計測して、その振れ量の計測点をメモリに時系列的に蓄積する処理を繰り返す。この際、被写体１２の撮像周期は、カメラ１３の振動周期（マーク１２ａの振動周期）より短い周期であれば良いが、被写体１２のマーク１２ａの認識精度を確保できる範囲内で撮像周期を短くすることが望ましい。また、ファンモータ１４の回転速度は、予め決められた回転速度に設定すれば良い。

上記ステップ１０５で、振れ量の計測処理を所定時間実行した後、ステップ１０６に進み、メモリに蓄積した振れ量の計測点の中から振れ量が最大値となる計測点Ｍ１を選択し、この振れ量が最大値となる計測点Ｍ１を、カメラ１３の振動振幅Ａ（マーク１２ａの振動振幅）の計測点としてメモリに記憶する。

そして、次のステップ１０７で、メモリに蓄積した振れ量の計測点の中から、振れ量が最大値（カメラ１３の振動振幅Ａ）となる計測点Ｍ１と同一方向に振れ且つ振れ量の最大値と近似する振れ量の計測点を全て求め、更に、振れ量の最大値と近似する振れ量の計測点の中から、振れ量が最大値となる計測点Ｍ１に最も近い計測点Ｍ２を選択する。この後、ステップ１０８に進み、２つの計測点Ｍ１，Ｍ２の時間間隔からカメラ１３の振動周期Ｔ（マーク１２ａの振動周期）を求めて、カメラ１３の振動周波数を算出する。上述したステップ１０３〜１０８の処理が特許請求の範囲でいう振動周波数検出手段としての役割を果たし、更に、ステップ１０５及び１０６の処理が特許請求の範囲でいう振動振幅検出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０９に進み、ファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）に基づいてファンモータ１４の振動周波数を算出し、次のステップ１１０で、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、……）であるか否かを判定し、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍であれば、ファンモータ１４の回転振動によりカメラ１３が共振していると判断して、ステップ１１１に進み、ファンモータ１４の駆動電流値を所定値ΔＩだけ増加又は減少させてファンモータ１４の回転速度を所定値ΔＮｍだけ増加又は減少させることで、ファンモータ１４の振動周波数を所定値Δｆだけ増加又は減少させる。この後、上述したステップ１０５〜１１０の処理を再度実行する。これにより、カメラ１３の振動周波数とファンモータ１４の振動周波数を再度算出して、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍であるか否かを判定する処理を再度実行する。

以上の処理により、ステップ１１０で、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍ではないと判定されるまで、ファンモータ１４の駆動電流値を所定値ΔＩだけ増加又は減少させる処理を繰り返すことで、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍（共振周波数）とならないように該ファンモータ１４の回転速度（振動周波数）を調整する。

そして、ステップ１１０で、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍ではないと判定された時点で、カメラ１３の共振が発生していないと判断して、ステップ１１２に進み、現時点のファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）を変更せずに維持する。

この後、ステップ１１３に進み、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内であるか否かを判定し、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内であれば、ステップ１１４に進み、現時点のファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）を、書き替え可能な不揮発性のメモリ（図示せず）に記憶して、本プログラムを終了する。

これに対し、上記ステップ１１３で、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲を越えていると判定されれば、ステップ１１５に進み、上記ステップ１１１と同様の方法で、ファンモータ１４の駆動電流値を所定値ΔＩ’だけ増加又は減少させてファンモータ１４の回転速度を所定値ΔＮｍ’だけ増加又は減少させることで、ファンモータ１４の振動周波数を所定値Δｆ’だけ増加又は減少させる。

この後、ステップ１１６に進み、上記ステップ１０５と同様の方法で、カメラ１３で静止状態の被写体１２を所定の撮像周期で撮像してマーク１２ａの振動の中心位置からの振れ量を計測して、その振れ量の計測点をメモリに時系列的に蓄積する処理を繰り返す。

上記ステップ１１６で、振れ量の計測処理を所定時間実行した後、ステップ１１７に進み、メモリに蓄積した振れ量の計測点の中から振れ量が最大値となる計測点Ｍ１を選択し、この振れ量の最大値をカメラ１３の振動振幅Ａとする。この後、ステップ１１３に戻り、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内であるか否かを判定し、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲を越えていると判定されれば、再度、上記ステップ１１６→１１７→１１３の処理を繰り返す。

以上の処理により、ステップ１１３で、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内であると判定されるまで、ファンモータ１４の駆動電流値を所定値ΔＩ’だけ増加又は減少させる処理を繰り返すことで、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるようにファンモータ１４の回転速度（振動周波数）を調整する。そして、上記ステップ１１３で、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内であると判定された時点で、ステップ１１４に進み、現時点のファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）を、書き替え可能な不揮発性のメモリ（図示せず）に記憶して、本プログラムを終了する。

以上説明した本実施例では、実際のカメラ１３の振動周波数を検出して、カメラ１３の振動周波数がファンモータ１４の振動周波数の整数倍（共振周波数）とならないように該ファンモータ１４の回転速度（振動周波数）を制御するようにしたので、カメラ１３の取付場所や周辺の部品組付状態等によってカメラ１３の共振周波数が変化しても、ファンモータ１４の回転振動によってカメラ１３が共振することを確実に防止できて、被写体の位置認識精度等を向上できる。

しかも、本実施例では、ファンモータ１４を回転させながらカメラ１３で静止状態の被写体１２を撮像して該被写体１２の位置を認識する処理を該カメラ１３の振動周期より短い周期で繰り返すことで、該カメラ１３の視野内で該被写体１２が振動する周期を検出して該カメラ１３の振動周波数を求めるようにしたので、振動センサを用いなくても、画像処理によりカメラ１３の振動周波数を計測することができ、低コスト化の要求を満たすことができる。

更に、本実施例では、カメラ１３の視野内で被写体１２が振動する振幅を検出して該カメラ１３の振動振幅Ａを求め、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるようにファンモータ１４の回転速度を調整するようにしたので、カメラ１３の振動を確実に許容範囲内に収めることができる。

尚、本発明は、カメラ１３の振動周波数を検出せずに、カメラ１３の振動振幅Ａのみを検出し、検出したカメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるようにファンモータ１４の回転速度を調整するようにしても良い。この場合も、カメラ１３の振動を許容範囲内に収めることができる。

また、図４のファンモータ回転速度制御プログラムでは、ファンモータ１４の駆動電流値を変更してファンモータ１４の回転速度を調整するようにしたが、ファンモータ１４の印加電圧を変更してファンモータ１４の回転速度を調整するようにしても良い。

また、図４のファンモータ回転速度制御プログラムでは、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるように調整したファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）が書き替え可能な不揮発性のメモリに記憶されている場合は、ファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）をメモリの記憶値に設定してファンモータ１４を回転駆動してカメラ１３を冷却するようにしたが、ファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）がメモリに記憶されている場合でも、カメラ１３の振動周波数や振動振幅Ａが変化した可能性があるとき、例えば、(1) カメラユニット１１の周辺の部品組付状態が変更されたとき、(2) カメラユニット１１の保守・点検等のためにカメラユニット１１を一旦取り外して付け直したとき、(3) 前回の駆動電流値の調整時から所定期間が経過したとき等）に、カメラ１３の振動振幅Ａが許容範囲内に収まるようにファンモータ１４の駆動電流値（回転速度）を再調整するようにしても良い。

また、図１の構成例では、カメラユニット１１にマイコン１５が内蔵されているが、カメラユニット１１からマイコン１５を分離した構成としたり、或は、マイコン１５の機能を、カメラユニット１１を取り付ける生産機械の制御装置に組み込むようにしても良い等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…カメラユニット、１２…被写体、１２ａ…マーク、１３…カメラ、１４…ファンモータ、１５…マイコン（ファンモータ制御手段，振動周波数検出手段，振動振幅検出手段）、１６…撮像素子、１７…レンズ、１８…ファンモータ駆動回路

Claims

被写体を撮像するカメラと、前記カメラを送風により冷却するファンモータとを備えた撮像装置において、
前記ファンモータの回転による前記カメラの振動周波数を検出する振動周波数検出手段と、
前記振動周波数検出手段により検出した前記カメラの振動周波数が該ファンモータの振動周波数の整数倍とならないように該ファンモータの回転速度を制御するファンモータ制御手段と
を備えていることを特徴とする撮像装置。
前記振動周波数検出手段は、前記ファンモータを回転させながら前記カメラで静止状態の被写体を撮像して該被写体の位置を認識する処理を該カメラの振動周期より短い周期で繰り返すことで、該カメラの視野内で該被写体が振動する周期を検出して該カメラの振動周波数を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記ファンモータを回転させながら前記カメラで静止状態の被写体を撮像して該被写体の位置を認識する処理を該カメラの振動周期より短い周期で繰り返すことで、該カメラの視野内で該被写体が振動する振幅を検出して該カメラの振動振幅を求める振動振幅検出手段を備え、
前記ファンモータ制御手段は、前記振動振幅検出手段で検出した前記カメラの振動振幅が許容範囲内に収まるように前記ファンモータの回転速度を制御する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
被写体を撮像するカメラと、前記カメラを冷却するファンモータとを備えた撮像装置において、
前記ファンモータの回転による前記カメラの振動振幅を検出する振動振幅検出手段と、前記振動振幅検出手段で検出した前記カメラの振動振幅が許容範囲内に収まるように前記ファンモータの回転速度を制御するファンモータ制御手段とを備え、
前記振動振幅検出手段は、前記ファンモータを回転させながら前記カメラで静止状態の被写体を撮像して該被写体の位置を認識する処理を該カメラの振動周期より短い周期で繰り返すことで、該カメラの視野内で該被写体が振動する振幅を検出して該カメラの振動振幅を求めることを特徴とする撮像装置。