JP2016018559A - 物体検出用撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 物体の輪郭の認識に際して高解像度の画像を得る。【解決手段】 所定の捕捉領域であって、該捕捉領域を通って移動する物体を検出することが可能な捕捉領域と、該捕捉領域をそれぞれ１本の光線で照明するための少なくとも２つの照明ユニットと、前記物体の表面で反射された光を受光するための少なくとも２つの受光ユニットとを有する物体検出用撮像システムにおいて、１つの照明ユニットがそれぞれ１つの受光ユニットに割り当てられ、各照明ユニットがそれぞれ所定波長の光線を送出し、各受光ユニットがそれぞれ自身に割り当てられた所定波長の反射光を受光するように構成され、１つの受光ユニットが他の１つの受光ユニットとは異なる波長の光を受光する。【選択図】 図１

Description

本発明は、所定の捕捉領域であって、該捕捉領域を通って移動する物体を検出することが可能な捕捉領域と、前記捕捉領域をそれぞれ１本の光線で照明するための少なくとも２つの照明ユニットと、前記物体の表面で反射された光を受光するための少なくとも２つの受光ユニットとを有する、物体検出用撮像システムに関する。

今日の産業界では技術的な設備や施設の自動化の度合いが高まり続けており、場所Ａから場所Ｂまで物体（例えば荷物や組み立て部品）が自動運転で搬送されるということが行われている。その際、ベルトコンベヤに乗って移動する物体が正しく且つ必要な程度の細部まで検出されることが重要である。特に、例えば物体上の識別用バーコードを読み取る場合、一方で物体の輪郭が明瞭に認識され、他方で識別用バーコードが明瞭に認識されることが保証されなければならない。

そのため、公知の方法では、ベルトコンベヤが複数の照明ユニットにより異なる方向から照明され、該ベルトコンベヤに乗って移動する物体が、該物体の表面で反射される光を捕捉する受光ユニットにより検出される。

複数の照明ユニットを配置する際、設備の省スペース化のために、照明ユニットの光線が交差する可能性がある、又は交差せざるを得なくなる、という問題が生じる。ところがそうなると露出過度となり、受光ユニットの画質に悪影響が生じてしまう。

上述のようなスキャン装置であって、照明ユニットの光線の交差が生じて露出過度となる可能性がある装置が特許文献１に開示されている。そして同文献では、スキャン装置の駆動状態、特に照明及び／又は受光ユニットの駆動状態を変化させることにより露出過度の問題を解決することが提案されている。

具体的に言うと、特許文献１に記載の方法では、少なくとも１つの受光ユニットの受光感度を低減させること、及び／又は、１つの照明ユニットの発光強度を重畳領域において下げるか完全に消灯させることが行われる。

また、特許文献２からも同様に上述のようなスキャン装置が知られている。この装置ではスキャンの際に光線の交差による露出過度の問題の発生が認識されていた。

この問題に対する解決策として、照明ユニット及び受光ユニットの重畳領域である可能性がある領域にある物体が常に１つの照明ユニットだけで露光され、且つ１つの受光ユニットだけで捕捉されるように、ベルトコンベヤ上の物体を光パルスにより同期的に照明することが提案されている。

ＥＰ１８５０２６９Ｂ１ ＥＰ２１２６７８１Ｂ１

従って、本発明の課題は、物体検出用撮像システムにおいて、検出の際の露出過度が回避され、以て撮像システムの画質が高められるような改良を行うことにある。

上記課題は本発明に係る物体検出用撮像システムにより解決される。該撮像システムは、所定の捕捉領域であって、該捕捉領域を通って移動する物体を検出することが可能な捕捉領域と、前記捕捉領域をそれぞれ１本の光線で照明するための少なくとも２つの照明ユニットと、前記物体の表面で反射された光を受光するための少なくとも２つの受光ユニットとを有する。そして、１つの照明ユニットはそれぞれ１つの受光ユニットに割り当てられ、各照明ユニットはそれぞれ所定波長の光線を送出し、各受光ユニットはそれぞれ自身に割り当てられた所定波長の反射光を受光するように構成され、１つの受光ユニットが他の１つの受光ユニットとは異なる波長の光を受光する。

これには、照明ユニットの光線を多重に交差させることで撮像システムを非常にコンパクトに構成できるという利点がある。その際、各照明ユニットが異なる波長の光（特に異なる色の光線）を用いるため、露出過度になることがない。

また、従来技術に比べて撮像システムの駆動が容易であり、従って安定的に物体を捕捉できるという利点もある。なぜなら、駆動中に照明ユニット及び受光ユニットの機能（例えば照明の強度や持続時間あるいは物体の捕捉時点）を絶えず変更又は調節したり、同期させたりする必要がないからである。このような調節又は同期はベルトコンベヤの速さに応じて制御する必要があるが、本発明に係る撮像システムの制御はそのような従属性なしで設計できる。従って、本発明に係る撮像システムは様々なベルトコンベヤ（特に既存のもの）に容易に統合できる。

更に、本発明に係る撮像システムには寿命が長いという利点がある。これは、照明ユニット及び受光ユニットの連続的な駆動が保証されるため、スイッチのオン／オフのようなピーク負荷が照明ユニット及び受光ユニットに絶えずかかることがないからである。

好ましい実施例では、受光ユニットが、割り当てられた所定波長の光に対応した光学フィルタを有するライン走査カメラを含む。この構成によれば、各受光ユニットはそれ自身に割り当てられた所定波長の光のみを捕捉し、他の波長の反射光をカットすることができる。

別の好ましい実施例では、照明及び受光ユニットが所定波長の光線により画定される読み取り領域を備える。

更に別の好ましい実施例では、照明及び受光ユニットの読み取り領域が部分的に、好ましくは互いに４５度の角度で交差し、その交差部分において物体が少なくとも２つの異なる波長の光線で照明されるように、照明及び受光ユニットが配置される。

更に別の好ましい実施例では、互いに向けて配置された照明及び受光ユニットが複数設けられ、物体がそれに相応した数の光線により、それに相応した数の波長で照明され、その結果、該物体の全ての面が検出できる。

更に別の好ましい実施例では、前記光線が赤色、青色、黄色及び／又は緑色の波長を含む。

更に別の好ましい実施例では、互いに光線が交差している照明ユニットがそれぞれ異なる波長の光線を送出する。

更に別の好ましい実施例では、互いに光線が交差しない照明ユニットが同じ波長の光線を送出する。

本発明に係る装置又は本発明に係る方法は、前記と同様のやり方で仕上げていくことが可能であり、それにより同様の効果を奏する。そのような効果をもたらす特徴は、例えば本願の独立請求項に続く従属請求項に記載されているが、それらに限定されるものではない。

以下、本発明について、更なる特徴及び利点をも考慮しつつ、模範的な実施例に基づき、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明に係る撮像システムの構成図。 本発明に係る撮像システムの一実施例の詳細な構成図。 ５組の照明ユニット及び受光ユニットを備える、本発明に係る撮像システムの別の実施例の詳細な構成図。 ８組の照明ユニット及び受光ユニットを備える、本発明に係る撮像システムの別の実施例の詳細な構成図。

図１は本発明に係る撮像システム１の構成図である。この実施例のシステムは２つの照明ユニット２、２ａと２つの受光ユニット３、３ａを備えている。１つの照明ユニット２、２ａにそれぞれ１つの受光ユニット３、３ａが割り当てられ、ベルトコンベヤＦＢの一方の側において２つの照明ユニット２、２ａ又は受光ユニット３、３ａが互いに約４５度の角度で振り分けられている。

照明及び受光ユニット２、２ａ、３、３ａはベルトコンベヤＦＢ上に捕捉領域ＥＢを画定し、ベルトコンベヤＦＢの上で運ばれる物体Ｏが捕捉領域ＥＢにおいて照明ユニット２、２ａにより照明される。物体Ｏの表面で反射された光が受光ユニット３、３ａにより捕捉され、その結果、物体Ｏの輪郭を検出することができる。

このために各照明ユニット２、２ａは所定波長λ２、λ２ａの光線Ｌ２、Ｌ２ａ（特に異なる色の光）をベルトコンベヤＦＢに向けて送出する。光線Ｌ２、Ｌ２ａはそれぞれ照明及び受光ユニット２、２ａ、３、３ａに対して読み取り領域ＬＢを画定し、特に図中でベルトコンベヤＦＢに垂直に描かれた線により示されているように、それぞれ照明線を形成する。

２組の照明及び受光ユニット２、２ａ、３、３ａの読み取り領域ＬＢ、もしくは２つの照明ユニット２、２ａの照明線は、物体Ｏの上で交差するため、照明ユニット２、２ａは異なる波長λ２、λ２ａの光線Ｌ２、Ｌ２ａ（特に異なる色の光）を送出する。各照明ユニット２、２ａにそれぞれ割り当てられた受光ユニット３、３ａは、それに対応する所定波長λ２、λ２ａ（つまり、特に割り当てられた色）の反射光だけを受光できるように設計されている。

すなわち特に、受光ユニット３、３ａは、自身に割り当てられた所定波長λ２、λ２ａに対応した光学フィルタを有する、照明線を捕捉するためのライン走査カメラを含む。具体的な実施例で言えば、一方の照明ユニット２は赤色の波長λ２の光線Ｌ２を送出し、他方の照明ユニット２ａは青色の波長λ２ａの光線Ｌ２ａを送出する。一方のライン走査カメラは光学フィルタを通じて赤色の波長λ２の反射光のみを受光し、同様に他方のライン走査カメラはそれに割り当てられた光学フィルタを通じて青色の波長λ２ａの反射光のみを受光する。

これにより、照明及び受光ユニット２、２ａ、３、３ａの両方の光線Ｌ２、Ｌ２ａが物体Ｏ上の交差点で互いに衝突するにも関わらず、物体Ｏの露出過度が避けられるため、各受光ユニット３、３ａ又はライン走査カメラは、他方の受光ユニット３ａ、３に割り当てられた照明ユニット２ａ、２により相互に影響されることがなく、干渉のない撮像を行うことができる。

図２に好ましい実施例を示す。同図において、図１と同一の符号は同一の要素を表している。

この実施例では、ベルトコンベヤＦＢが、１組の照明及び受光ユニット２、３により横から、別の１組の照明及び受光ユニット２ａ、３ａにより上から、それぞれ捕捉される。

これにより、図１の実施例とは違って、ベルトコンベヤＦＢの上で運ばれる物体Ｏは照明及び受光ユニット２、２ａ及び３、３ａにより２方向から検出される。この例では、照明及び受光ユニット２、２ａ及び３、３ａの両方の読み取り領域ＬＢが物体Ｏの２つの面上で交差する。

物体Ｏを照明するための２つの異なる波長λ２、λ２ａ（特に異なる色）の光がベルトコンベヤＦＢに対して水平及び垂直に用いられていること、そしてベルトコンベヤＦＢに対して水平又は垂直に配置された受光ユニット３、３ａがそれぞれの波長λ２、λ２ａのみに対応するように設計されていることから、光線Ｌ２、Ｌ２ａが相互に影響することなく、物体Ｏの輪郭を正しく認識することができる。

ベルトコンベヤＦＢ上の物体の輪郭を完全に検出するには、例えば図３に示した実施例のように複数組の照明及び受光ユニット２、２ａ〜２ｄ及び３、３ａ〜３ｄを設け、それに相応した数の光線Ｌ２、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄにより、それに相応した数の波長λ２、λ２ａ〜λ２ｄで、ベルトコンベヤＦＢ上の物体Ｏが照明されるようにする。

この例では、ベルトコンベヤＦＢの両側にそれぞれ２組の照明及び受光ユニット２、２ａ、２ｂ、２ｃ又は３、３ａ、３ｂ、３ｃが設けられ、ベルトコンベヤＦＢの一方の側に配置された２組の照明及び受光ユニット２、２ａ、２ｂ、２ｃ又は３、３ａ、３ｂ、３ｃがそれぞれ互いに約４５度の角度を成すように向きが調整されており、それぞれ波長λ２、λ２ａ及びλ２ｂ、λ２ｃを有する光線Ｌ２、Ｌ２ａ及びＬ２ｂ、Ｌ２ｃ（特に異なる色の光）が物体Ｏ上で部分的に交差する。

これにより、物体Ｏはその両側で、交差する２本の光線Ｌ２、Ｌ２ａ又はＬ２ｂ、Ｌ２ｃにより、それぞれ２重に照明される。

更に、ベルトコンベヤＦＢの上方、従って、ベルトコンベヤＦＢの側方に配置された４組の照明及び受光ユニット２、２ａ〜２ｃ及び３、３ａ〜３ｃから垂直に距離をおいた位置に、物体Ｏを上から照明又は捕捉する別の照明及び受光ユニット２ｄ、３ｄが設けられている。

本発明に従い、この例では、交差する光線Ｌ２とＬ２ａ及びＬ２ｂとＬ２ｃは互いに異なる波長λ２とλ２ａ及びλ２ｂとλ２ｃ（特に異なる色の光）を有している。交差しない光線Ｌ２とＬ２ｂ及びＬ２ａとＬ２ｃ（つまり、ベルトコンベヤＦＢに対して特に斜めに対向配置された照明及び受光ユニット２と２ｂ、２ａと２ｃ、３と３ｂ及び３ａと３ｃ）は、互いに悪影響を及ぼすことがないため、波長λ２とλ２ｂ及びλ２ａとλ２ｃはそれぞれ同じ波長（特に同じ色の光）とすることができる。

具体例で言うと、斜めに対向配置された１組の照明ユニット２、２ｂは赤色の波長λ２、λ２ｂの光線Ｌ２、Ｌ２ｂを送出し、斜めに対向配置された別の１組の照明ユニット２ａ、２ｃは青色の波長λ２ａ、λ２ｃの光線Ｌ２ａ、Ｌ２ｃを送出するということである。照明ユニット２、２ａ〜２ｃに付属する受光ユニット３、３ａ〜３ｃはそれぞれ波長λ２、λ２ａ〜２ｃの光を受光するように設計されている。

垂直に配置された照明ユニット２ｄの光線Ｌ２ｄはベルトコンベヤＦＢの側方に配置された照明ユニット２、２ａ〜２ｃの全ての他の光線Ｌ２、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃと交差するため、垂直に配置された照明ユニット２ｄの光線Ｌ２ｄは他の光線Ｌ２、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃとは異なる波長λ２ｄを含む。模範例として波長λ２ｄを黄色とすることができる。このようにすれば、光線Ｌ２、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが交差しているにも関わらず、受光ユニット３、３ａ〜３ｄは物体の検出に際して何ら干渉を受けない。

図４に本発明に係る撮像システムの更に別の実施例を示す。この例では、前の実施例の構成の代わりに８組の照明及び受光ユニット２、２ａ〜２ｇ及び３、３ａ〜３ｇが設けられている。

照明及び受光ユニット２、２ａ〜２ｇ及び３、３ａ〜３ｇはベルトコンベヤＦＢを囲むようにフレームＲ上に組み付けられており、ベルトコンベヤの長さ方向に平行な物体Ｏの両側面がそれぞれ２つの照明ユニット２、２ａ又は２ｆ、２ｇにより照明され、それらに付属する２つの受光ユニット３、３ａ又は３ｆ、３ｇにより捕捉される。

側方の光線Ｌ２とＬ２ａ又はＬ２ｆとＬ２ｇは互いに異なる波長λ２とλ２ａ又はλ２ｆとλ２ｇを有している。

物体Ｏの前面及び背面は別の２つの照明ユニット２ｂ、２ｃにより照明され、それらに付属する２つの受光ユニット３ｂ、３ｃにより同様に捕捉されるが、この２つの照明ユニット２ｂ、２ｃも互いに異なる波長λ２ｂ、λ２ｃ（特に異なる色）の光線Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃを送出する。

側面の検出に加えて、物体Ｏの上面が、上側のフレームＲに設けられた照明ユニット２ｄ、２ｅにより、異なる波長λ２ｄ、λ２ｅの光線Ｌ２ｄ、Ｌ２ｅで照明される。それらに付属する受光ユニット３ｄ、３ｅによって上側の照明ユニット２ｄ、２ｅの波長λ２ｄ、λ２ｅを持つ反射光を捕捉することにより、物体Ｏの上面の輪郭が検出される。

異なる波長λ２、λ２ａ〜λ２ｇの光線Ｌ２、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇを送出することで、露出過度になることなく、従って干渉なしで、物体Ｏの各面を捕捉できる。

図示しないが、所定波長λ２、λ２ａ〜２ｇを含む通常光を送出する照明ユニット２、２ａ〜２ｇを用いる実施例も可能である。受光ユニット３、３ａ〜３ｇにのみ、異なる波長λ２、λ２ａ〜２ｇに対応する光学フィルタがそれぞれ装備され、その結果、各受光ユニット３、３ａ〜３ｇは、各々の光学フィルタに応じて、該受光ユニット３、３ａ〜３ｇに対する所定の波長λ２、λ２ａ〜λ２ｇの光だけをそれぞれ受光する。これにより、他の波長λ２、λ２ａ〜λ２ｇによって各受光ユニット３、３ａ〜３ｇに露出過度又は悪影響が生じることが回避される。

以上により、物体の正確な撮像と撮像システムの設計の簡素化が達成される。

１…撮像システム
２、２ａ〜２ｇ…照明ユニット
３、３ａ〜３ｇ…受光ユニット
ＥＢ…捕捉領域
ＦＢ…ベルトコンベヤ
Ｌ２、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ…光線
ＬＢ…読み取り領域
λ２、λ２ａ〜λ２ｇ…波長
Ｏ…物体
Ｒ…フレーム

Claims (8)

1. 所定の捕捉領域（ＥＢ）であって、該捕捉領域（ＥＢ）を通って移動する物体（Ｏ）を検出することが可能な捕捉領域（ＥＢ）と、それぞれ１本の光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）で前記捕捉領域（ＥＢ）を互いに照明する照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）であって、該光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）が交差する、少なくとも２つの照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）と、前記物体（Ｏ）の表面で反射された光を受光するための少なくとも２つの受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）とを有し、１つの照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）が１つの受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）に割り当てられている、物体（Ｏ）を検出するための撮像システム（１）において、
   各照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）がそれぞれ所定波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）を送出し、各受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）がそれぞれ自身に割り当てられた所定波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の反射光を受光するように構成され、１つの受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）が他の１つの受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）とは異なる波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の光を受光すること
   を特徴とする撮像システム（１）。
2. 前記受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）が、割り当てられた所定波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の光に対応した光学フィルタを有するライン走査カメラを含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム（１）。
3. 前記照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）及び前記受光ユニット（３、３ａ〜３ｇ）が所定波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）により画定される読み取り領域（ＬＢ）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像システム（１）。
4. 前記照明及び受光ユニット（２、２ａ〜２ｇ；３、３ａ〜３ｇ）の前記読み取り領域（ＬＢ）が部分的に、好ましくは互いに４５度の角度で交差し、その交差部分において物体（Ｏ）が少なくとも２つの異なる波長（λ２、λ２ａ；λ２ａ、λ２ｂ；λ２、λ２ｄ；λ２ｂ、λ２ｄ；λ２ｃ、λ２ｂ；λ２ｃ、λ２ｄ；λ２ｂ、λ２ｅ；λ２ｄ、λ２ｅ；λ２ｃ、λ２ｅ；λ２ｆ、λ２ｇ）の光線（Ｌ２、Ｌ２ａ；Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ；Ｌ２、Ｌ２ｄ；Ｌ２ｂ、Ｌ２ｄ；Ｌ２ｃ、Ｌ２ｂ；Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ；Ｌ２ｂ、Ｌ２ｅ；Ｌ２ｄ、Ｌ２ｅ；Ｌ２ｃ、Ｌ２ｅ；Ｌ２ｆ、Ｌ２ｇ）で照明されるように、該前記照明及び受光ユニット（２、２ａ〜２ｇ；３、３ａ〜３ｇ）が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像システム（１）。
5. 互いに向けて配置された照明及び受光ユニット（２、２ａ〜２ｇ；３、３ａ〜３ｇ）が複数設けられ、物体（Ｏ）がそれに相応した数の光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）により、それに相応した数の波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）で照明され、その結果、該物体（Ｏ）の全ての面が検出できることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像システム（１）。
6. 前記光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）が赤色、青色、黄色及び／又は緑色の波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像システム（１）。
7. 互いに光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）が交差している照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）がそれぞれ異なる波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の光線を送出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像システム（１）。
8. 互いに光線（Ｌ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇ）が交差しない照明ユニット（２、２ａ〜２ｇ）が同じ波長（λ２、λ２ａ〜λ２ｇ）の光線を送出することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の撮像システム（１）。

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