JP4433395B2 - 視覚センサ - Google Patents

Description

本発明は、広範囲の周囲光を反射部材で反射させ、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。かかる全方位視覚センサは、双曲面形状の反射ミラーで周囲光を反射させ、ＣＣＤ等の撮像素子によって周囲の様子を撮像するものである。
特開平１０−１６０４６３号公報 特開２０００−１２８０３１号公報

前記撮像素子は、回路基板上に搭載されており、前記撮像素子が搭載された前記回路基板はケース体の底壁部に配置されている。前記ケース体の側壁部には、透光性材料からなる円筒状の筒体が設けられており、この筒体の内部に反射ミラーが配置されている。前記筒体の上部開口には蓋体が配設されており、この蓋体に前記反射ミラーが固定されている。前記反射ミラーは、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、前記蓋体から垂下するように配置されている。

しかし、前述した全方位視覚センサは、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。つまり、透光性材料からなる前記筒体は、光学的には何ら作用を有しないのであるから、前記筒体を無くすことができれば、部品数を低減できる。そこで、本願出願人は、特願２００３−３３９３０６号及び特願２００３−３３９３０９号として、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案した。

かかる視覚センサ１は、図５に示すように、周囲光が入射する入射面２ａ及び双曲面形状の凹部２ｂに設けられる周囲光を反射させる反射層３を有する忠実な透光性材料からなる光学部材２と、反射層３で反射された周囲光を撮像するＣＣＤカメラ等かななる撮像手段４とを有するものである。撮像手段４は、回路基板５上に実装されるとともに、回路基板５とともにケース体６内に配設されるものである。ケース体６は、底壁部６ａ及び側壁部６ｂを有しており、底壁部６ａには回路基板６が配設固定されるとともに、側壁部６ｂの開口端部には、光学部材２の入射面２ａの終端から鉛直方向に延長形成される導光部２ｃの下端（ストレート部の終端）とが接合されている。尚、導光部２ｃは、反射層３にて反射した周囲光Ｌを出射面２ｄを介して撮像手段４へ導くものである。

しかしながら、導光部２ｃを有する中実構造を有する光学部材２を有する視覚センサ１にとって、導光部２ｃの外周面から不必要な光を入射しやすくなり、画像のコントラストを低下させてしまうといった問題点を有していた。

そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、本願出願人が提案した視覚センサを更に改良し、画像のコントラストを低下させる虞のない視覚センサを提供するものである。

本発明は、請求項１に記載した視覚センサのように、周囲光が入射する入射面を有する中実な透光性材料からなる光学部材と、前記光学部材の凹部に設けられ、前記周囲光を反射させる反射部材と、前記反射部材で反射された前記周囲光を撮像する撮像手段と、前記撮像手段を配設するケース体と、を備えた視覚センサであって、前記光学部材は、前記周囲光を前記撮像手段へ導く導光部を有すると共に、前記ケース体は、前記導光部に接合され前記導光部の少なくとも一部分を覆う延設部を有するものである。

また、請求項２に記載した視覚センサは、請求項１に記載した視覚センサにおいて、前記導光部と前記延設部とはシール剤を介して接合してなるものである。

また、請求項３に記載した視覚センサは、請求項１に記載した視覚センサにおいて、前記導光部と前記延設部とに回り止め機構を備えてなるものである。

広範囲の周囲光を反射部材で反射させ、撮像手段によって撮像する視覚センサに関し、導光部からの不必要な光の入射を防止できるため、画像のコントラストを低下させるといった不具合を生じさせず、所望の画像を得ることが可能になる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２において、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、反射層１５（反射部材）と、蓋体１６とから構成されている。

光学部材１１は、図３に示すように中実な透光性樹脂（例えばポリカーボネート）からなるものであり、略球形状の基部１７と、略円柱形状の導光部１８とを有している。光学部材１１の基部１７は、周囲光Ｌが入射する球面形状の入射面１７ａと、双曲面形状の凹部１７ｂとを有している。光学部材１１の入射面１７ａは、凹部１７ｂにおける双曲面の焦点ｆ１より上方に中心が位置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１７ｂ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が形成されている。反射層１５は、蒸着等の方法によって凹部１７ｂにコーティングされてなるものである。また双曲面形状の凹部１７ｂの頂部には、穴部１７ｃが設けられている。穴部１７ｃは、前記双曲面形状のＸ軸方向に沿った細長形状になっている。ゴースト像の原因になる周囲光Ｍは穴部１１ｄの周面によって反射されるため、撮像素子１３に達することが抑制される。

光学部材１１の導光部１８は、反射層１５で反射された光をＣＣＤカメラ等からなる撮像素子１３に導くものであり、略円柱形状になっている。導光部１８は、円筒形状の外周面１８ａと、撮像素子１３に対向する出射面１８ｂとを有している。導光部１８の外周面１８ａの一部分には、図３に示すようにＤカット部１８ｃが形成されている。導光部１８の出射面１８ｂは、対になる双曲面の焦点ｆ２に向かう光を撮像素子１３に向けて屈折させるとともに、撮像素子１３で結像させるものである。

ケース体１２は、図４に示すように、光学部材１１の導光部１８に対応した略円筒形状をなしており、非透光性の樹脂製材料からなる。ケース体１２は、底壁部１２ａと、円筒状の側壁部１２ｂとを有している。底壁部１２ａには、撮像素子１３を実装した回路基板１４が配設固定されている。また側壁部１２ｂの延長部分には、光学部材１１の導光部１８を覆う延設部１２ｃが形成されている。また、延設部１２ｃ（側壁部１２ｂ）における内壁１２ｃの一部分には、円筒の内面の一部分を平坦面とし、光学部材１１の導光部１８に形成されるＤカット部１８ｃに対応する位置決め部１２ｄが形成されている。

尚、光学部材１１のＤカット部１８ｃとケース体１２の位置決め部１２ｄとで、ケース体１２に対する光学部材１１の配設位置が定まる位置決め機構を構成するとともに、ケース体１２に対する光学部材１１の回り止め機構をも構成するものである。また、光学部材１１とケース体１２との接合条件としては、撮像素子１３及び回路基板１４とを収納するケース体１２の収納空間Ｓの密閉性を確保するため、シール剤がケース体１２及び光学部材１１との接合部分、即ち導光部１８の外周面１８ａと延設部１２ｃの内壁１２ｃとの間に紫外線硬化型接着剤やシリコーンゴム等のシール剤が配設されることになる。

周囲光Ｌは、入射面１７ａから基部１７の内部に入射し、反射層１５で反射され、導光部１８によって撮像素子１３に導かれる。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。

蓋体１６は、樹脂製材料から構成され、反射層１５が形成される凹部１７ｂ上を覆うように光学部材１１（基部１７）の開口端部１７ｄに配設される。蓋体１６は、凹部１７ｂへの水や塵等の侵入を防止するべく、接着剤を介して密閉性良く開口端部１７ｄ上に配設される。

かかる視覚センサ１０は、周囲光Ｌが入射する入射面１７ａを有する中実な透光性材料からなる光学部材１１と、光学部材１１の双曲面形状の凹部１７ｂに設けられ、周囲光Ｌを反射させる反射層１５と、反射層１５で反射された周囲光Ｌを撮像する撮像素子１３と、を備えた視覚センサに関し、光学部材１１に一体に設けられ周囲光Ｌを撮像素子１３へ導く導光部１８と、撮像素子１３を配設するためのケース体１２とを備え、ケース体１２の一部を延長してなる延設部１２ｃと導光部１８とを接合するとともに、延設部１２ｃによって導光部１８の外周面１８ａを覆ってなるものである。

従って、導光部１８に照射される周囲光Ｍは、ケース体１２の延設部１２ｃによって遮られるため、画像のコントラストを低下させるといった不具合を発生することがない。

また、導光部１８と延設部１２ｃとに、Ｄカット部１８ｃ及び位置決め部１２ｄから構成される位置決め機構及び回り止め機構を備え、また、導光部１８と延設部１２ｃとは、前記シール剤を介して接続してなることから、視覚センサ１０の組立性を向上させることができ、しかも前記回り止め機構を構成することから、光学部材１１及びケース体１２の何れか一方が回転する際に発生する前記シール剤の破損の発生がなくなり、ケース体１２における収納空間Ｓの密閉性を向上させることが可能となる。

尚、反射層１５は、双曲面形状の凹部１７ｂに形成されることに限定されるものではなく、例えば円錐形状の凹部に形成されるものであっても良い。また、各実施形態の反射部材は、凹部１７ｂにコーティングされた反射膜１５であったが、例えば、金属薄板からなる反射部材を光学部材１１にインサート成形しても良い。また、撮像手段はＣＣＤ等の撮像素子１３であったが、例えばＣＭＯＳカメラであっても良い。

また、本発明の実施形態では、光学部材１１とケース体１２との回り止め機構において、光学部材１１にＤカット部１８ｃを設け、またケース体１２に位置決め部１２ｄを設けることで前記回り止め機構を構成するものであるが、本発明の回る止め機構は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、光学部材１１の導光部１８の外周面を多角形状とし、またケース体１２の延設部１２ｃの内壁１２を導光部１８の外周面に合わせて多角形状の位置決め部とし、これらを回り止め機構とするものであっても良い。

また、本発明の実施形態では、延設部１２ｃによって導光部１８の外周面１８ａ全体をものであったが、周囲光Ｍの入射条件によって、導光部１８の半分を覆うものであっても良い。

本発明の実施形態の視覚センサを示す断面図である。 同上実施形態の光路を示す説明図である。 同上実施形態の光学部材を示す図である。 同上実施形態のケース体を示す図である。 従来の視覚センサを示す断面図である。

１０ 視覚センサ
１１ 光学部材
１２ ケース体
１２ａ 底壁部
１２ｂ 側壁部
１２ｃ 延設部
１２ｄ 位置決め部
１３ 撮像素子（撮像手段）
１５ 反射層（反射部材）
１７ 基部
１７ａ 入射面
１７ｂ 凹部
１８ 導光部
１８ａ 外周面
１８ｂ 出射面
１８ｃ Ｄカット部
Ｓ 収納空間

Claims (3)

1. 周囲光が入射する入射面を有する中実な透光性材料からなる光学部材と、前記光学部材の凹部に設けられ、前記周囲光を反射させる反射部材と、前記反射部材で反射された前記周囲光を撮像する撮像手段と、前記撮像手段を配設するケース体と、を備えた視覚センサであって、
   前記光学部材は、前記周囲光を前記撮像手段へ導く導光部を有すると共に、前記ケース体は、前記導光部に接合され前記導光部の少なくとも一部分を覆う延設部を有することを特徴とする視覚センサ。
2. 前記導光部と前記延設部とはシール剤を介して接合してなることを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。
3. 前記導光部と前記延設部とに回り止め機構を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の視覚センサ。
   

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