JP5295966B2 - 空間領域監視用カメラシステム - Google Patents
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Description
ゆえに近年、危険の源となる自動化設備を保護するために、カメラシステムを利用する試みがなされている。例えば独国特許公報第199 38 639 A1号はそのような装置を開示しているが、この場合、カメラは依然として光バリア又は光グリッドに似た仕方で作動している。これは、カメラが設備の前に配置された公知の線形パターンを監視しているためである。例えば欧州特許第1 543 270 B1号に開示されているような最近の手法では、カメラシステムを使って、監視されている設備を含む空間領域の3次元画像を記録することを試みている。次いで、適切な画像評価により、柔軟な仕方で仮想の安全ゲートが設備の周囲に区画される。
独国特許公報第10 2004 020 998 A1号は、先行技術装置、特に、安全関連のカメラシステム用の好ましい結像光学系(imaging optics)を開示している。しかし、この引例は、所望の機能的信頼性を確保し、その上、費用効率のよい取り付けが可能なこのようなカメラシステムの、安定していて信頼できる機械的設計についてなんら提案を行っていない。
このカメラシステムにおいて、(複数のピクセルを有する)画像センサと光学素子とを本質的に含むカメラユニットは、その対物レンズにより、又はその対物レンズ上で、システム本体上に固定されている。対物レンズは、光学素子と、光学素子が固定される対物レンズ本体部とを備えている。対物レンズ本体部が、システム本体の受け部に適合する取り付けフランジを有していることにより、システム本体への取り付け時に、カメラユニットの結像光学系(imaging optics)が整列される。この場合、受け部及び取り付けフランジの少なくとも部分的に補完し合う設計により、高い精度が可能になる。
本新規な手法は、結像光学系を含むカメラユニットを比較的容易に取り換えることができ、好ましい設計において調整に特別な費用を必要としないというさらなる利点を有している。これは、取り換えユニットの整列が、実質的に取り付けフランジの製造公差のみに依存しており、この製造公差は、CNC加工された金属製の、又は金属を含む対物レンズの場合、非常に小さくできるためである。
本発明の好ましい改良形態において、カメラユニットは、画像センサが固定される部品支持基体を有しており、この部品支持基体は、少なくとも1つの円錐整列ピンを介して対物レンズ本体部に固定されている。少なくとも1つの円錐整列ピンはその下端に、取り付けられた状態で部品支持基体が押し付けられる保持フランジ(bearing flange)を有しているのが好ましい。部品支持基体は、3つの円錐整列ピンを介して対物レンズ本体部に固定されているのが有利である。さらに、部品支持基体は、縁が保持フランジ上に乗る孔であって、整列ピンが大きめの寸法で(with an oversize)係合する孔を有しているのが好ましい。整列ピンはこの場合、対物レンズ上に配置されている。
この改良形態には、画像センサの重要なアクティブなピクセル面が、カメラユニットの結像光学系と正確に整列されるという利点がある。画像センサとセンサハウジングとの間の取り付け公差(ここでは存在せず)は回避される。画像センサはここで、部品支持基体の孔に直接整列され、他の種類の特別な位置マークを有していないのが有利である。これは、整列に対する製造公差の影響が、それによってさらに減少するためである。
この改良形態は封入部が、特にOリング、又は以下に記載する支持リングなどのさらなる取り付け要素の形態の、1つ以上の封止を含むことを妨げない。これには、画像センサがセンサハウジングなしで形成されている場合でも、画像センサのアクティブな面を環境の影響から保護することができるという利点がある。さらに、小さくてコンパクトなカメラユニットは、特に簡単で費用効率のよい仕方でシステム本体に固定することができ、これにより、欠陥のあるカメラユニットをあとで取り換えることも容易になる。
さらなる改良形態において、取り付けフランジは、対物レンズ本体部と一体に形成されている。対物レンズ本体部は回転対称であるのが好ましく、そのため、1回のチャック動作で(with a single chucking)回転部分として製造することができる。その結果、取り付けフランジは、光学素子用の受け部を、実質的に同心に囲んでいるのが好ましい。
さらなる改良形態において、結像光学系は入射瞳孔(entry pupil)を有し、対物レンズ本体部は、画像センサの反対側を向く外側であって、入射瞳孔に対して実質的に平坦である外側を有している。
さらなる改良形態において、システム本体は、少なくとも第1及び第2のカメラユニット用の少なくとも2つの受け部を有しており、少なくとも2つの受け部は所定の位置にあり、互いに整列配置されている。システム本体は、少なくとも2つの受け部が共通の平面において互いに規定の距離を置いている実質的な平板であるのが好ましい。
さらなる改良形態において、システム本体は、取り付け部を取り外し可能に固定するための整列受け部を有している。取り付け部は、少なくとも1つの軸に沿って変位することのできる関節のあるアームであって、カメラシステムを建物の壁又は建物の天井、カラム、マストなどに取り付けるための固定要素を有する関節のあるアームであるのが好ましい。
さらなる改良形態において、整列受け部は、内周縁を有する切り抜き部であり、少なくとも3つの整列面が内縁に沿って配置されており、少なくとも3つの整列面は所定の位置にあり、カメラユニット用の少なくとも1つの受け部に対して整列されている。
この改良形態において、システム本体は、少なくとも1つの受け部と一体に形成されている。この改良形態は有利なことに、取り付け公差をさらに削減することに貢献する。カメラユニットの整列の精度がさらに向上する。
自動化設備全体を保護する装置を、図1に参照番号10で示す。装置10は、自動化設備(ここではロボット14)が配置される空間領域12を監視する。装置10は、空間領域12に向けられたカメラシステム16を含んでいる。カメラシステム16は、制御器18に接続されている。制御器18は、カメラシステム16により記録された空間領域12の画像を評価し、危険な状況が検知されたときに、その機能としてロボット14を停止するよう設計されている。
参照番号20は、空間領域12を照明するために任意で設けることができる光源を示している。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、光源20は、空間領域12内の物体までの距離を判断できるようにする伝播時間を有する光信号を生成することができる。しかし、現在の好ましい実施形態では、光源20は単に空間領域12を照明するだけである。空間領域12の3次元の検知は、立体画像記録により行われる。その結果、現在の好ましい例示的な実施形態のカメラシステム16は、図2〜図4を参照して以下に説明するように、少なくとも2つのカメラユニットを有する。
カメラシステム16の好ましい例示的な実施形態を、図2〜図4に示す。カメラシステム16はここで、実質的に平板の形態のシステム本体28(図4)を有している。板28はここで、おおよそ菱形のベース面を有している。システム本体28の4つの「角部」のうち3つに、全部で3つのカメラユニット30a、30b、30cが配置されている。カメラユニット30a、30b、30cの設計については、図5を参照しながら以下にさらに詳細に記載する。カメラユニット30の、システム本体28への固定については、図4を参照して以下にさらに説明する。
システム本体16は、取り付け部32をシステム本体16に接続するための整列受け部38を有している(図4参照)。整列受け部38はここで、内周縁40を有する実質的に三角形の開口部又は切り抜き部(cutout)である。内縁40に沿って、1本の直線上にはない3つの別個の整列面42が形成されている。各整列面42はここで、内縁40に沿った段差の形態である。
図4に示すように、この例示的な実施形態では、システム本体28は、それぞれカメラユニット30を挿入することのできる3つの受け部56を有している。受け部56は、段差縁輪郭(stepped edge profile)60を有する貫通開口部58の形態である。好ましい例示的な実施形態では、貫通開口部は、閉じた円形の延びた縁輪郭60を有する円形の貫通開口部58である。各貫通開口部58の内径は、システム本体28の裏側(図4の平面図の上側)において、システム本体28の反対の表側よりも大きい。これによって段差縁輪郭60は、対応するつなぎフランジを有するカメラユニット30をシステム本体28の裏側からはめることのできる円形の延びたフランジを形成している。
好ましい例示的な実施形態では、締め付け部材62、64は、取り付けフランジの裏側をつかんでいる。取り付けフランジについては、図5を参照して以下にさらに詳細に記載する。締め付け部材64はこの場合、部品支持基体66の切り抜き部68に係合しており、各カメラユニット30の回転位置も、受け部56の内側に独特の仕方で固定されている。
本発明の好ましい例示的な実施形態では、これは、参照により組み込まれる独国特許第01 2004 020 331 C1号に記載のCMOS画像センサである。画像センサ72は、部品支持基体66の下側に配置されている。好ましい例示的な実施形態では、画像センサ72は、専用のセンサハウジングなしで、部品支持基体66に直接接合されている。適切なボンディングワイヤを参照番号74で示している。ゆえに、画像センサ72を有する半導体チップは、部品支持基体66に「裸」で固定されている。
好ましい例示的な実施形態では、対物レンズ本体部76は回転対称の回転部分であって、取り付けフランジ78は外側に向かって突き出しており(outwardly pointing)、対物レンズ本体部76の最大外径を決定する周方向のフランジである。しかし、原則として、対物レンズ本体部76は、曲がった(angular)基本形状を有していてもよい。
Claims (8)
- 空間領域(12)を監視するためのカメラシステムであって、
画像センサ(72)及び結像光学系を形成するための複数の光学素子(84)を有する少なくとも1つのカメラユニット(30)と、前記カメラユニット(30)を受ける少なくとも1つの受け部(56)を有するシステム本体(28)と、前記空間領域(12)に対して前記システム本体(28)を整列させるための取り付け部(32)と、前記光学素子(84)を配置するとともに、取り付けフランジ(78)を有する対物レンズ本体部(76)と、前記画像センサ(72)が固定される部品支持基体(66)とを備え、
前記部品支持基体(66)は、少なくとも1つの円錐整列ピン(98)を介して前記対物レンズ本体部(76)に固定されるとともに、前記対物レンズ本体部(76)は、前記取り付けフランジ(78)により前記受け部(56)内に固定され、
前記少なくとも1つの円錐整列ピン(98)が配置される支持リング(92)をさらに有し、前記支持リング(92)と前記対物レンズ本体部(76)とにはねじ溝が形成され、前記対物レンズ本体部(76)が、前記支持リング(92)に対してねじ付けられることにより取り付けられて固定されている、カメラシステム。 - 前記画像センサ(72)が、センサハウジングを介さず、前記部品支持基体(66)に直接接合されている、請求項1に記載のカメラシステム。
- 前記部品支持基体(66)及び前記対物レンズ本体部(76)が、前記画像センサ(72)用の防塵のための封入部(104)を形成している、請求項1又は2に記載のカメラシステム。
- 前記取り付けフランジ(78)が、前記対物レンズ本体部(76)と一体に形成されている、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のカメラシステム。
- 前記結像光学系が入射瞳孔(112)を有し、前記対物レンズ本体部(76)が、前記画像センサ(72)の反対側にあって、前記入射瞳孔(112)に対して実質的に平坦な外面(108)を有している、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のカメラシステム。
- 前記システム本体(28)が、少なくとも第1及び第2のカメラユニット(30a、30b、30c)用の少なくとも2つの受け部(56a、56b、56c) を有しており、前記少なくとも2つの受け部(56a、56b、56c)は、所定かつ不変の位置に配置され、互いに整列されている、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のカメラシステム。
- 空間領域(12)を監視するためのカメラシステムであって、
画像センサ(72)及び結像光学系を形成するための複数の光学素子(84)を有する少なくとも1つのカメラユニット(30)と、前記カメラユニット(30)を受ける少なくとも1つの受け部(56)を有するシステム本体(28)と、前記空間領域(12)に対して前記システム本体(28)を整列させるための取り付け部(32)と、前記光学素子(84)を配置するとともに、取り付けフランジ(78)を有する対物レンズ本体部(76)とを備え、
前記対物レンズ本体部(76)は、前記取り付けフランジ(78)により前記受け部(56)内に固定され、
前記システム本体(28)が、前記取り付け部(32)を取り外し可能に固定するための整列受け部(38)を有し、前記整列受け部(38)が、内周縁(40)を有する切り抜き部であり、少なくとも3つの整列面(42)が前記内縁(40)に沿って配置されており、前記少なくとも3つの整列面(42)が所定の位置にあり、前記カメラユニット(30)の前記少なくとも1つの受け部(56)に対して整列されている、カメラシステム。 - 前記カメラユニット(30)の前記少なくとも1つの受け部(56)が、前記システム本体(28)に一体に形成されている、請求項7に記載のカメラシステム。
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