JPH11508697A - 光学監視手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学簡素手段が、監視すべき区域の一方の端部に配置された複数のパターンフィールド、監視すべき区域の他方の端部にある、パターンフィールドとそれぞれ関連する対物レンズ、対物レンズからの画像光線を画像投射表面にそらせる反射器、対物レンズがその上にパターンフィールドの画像を投射し、この画像を走査して、対応する信号を、センサ手段により受信された画像がパターンフィールドと同一の光学的特徴を有するか否かを確かめる信号処理手段に送るセンサ手段からなる。別の例として、監視手段は、一連のパターンフィールドが監視すべき区域の対向する側に配置され、それぞれ対物レンズおよび反射器からなる二つのユニットが、監視すべき区域の対角線方向の対向する角に配置され、各々の場合に一つの対物レンズがこれに対して反対に配置されたパターンフィールドを走査するように、ユニットが回転可能に配置され、各々の反射器の反対側に、対物レンズがパターンフィールドの画像をその上に投射し、画像を走査して、対応する信号を、センサ手段により受信された画像がパターンフィールドと同一の光学的特徴を有するか否かを確かめる信号処理手段に送るセンサ手段が配置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 光学監視手段 本発明は光学監視手段に関するものである。 機械の周りの危険区域、警備区域、エレベータのドアの監視のため、またはア パートの安全性の監視のために、今までのところ、光電検出器およびこれを用い たビームアレイが用いられている。このようなビームアレイには、複数の能動素 子、すなわち、光源およびセンサを監視区域のいずれかの側に配置しなければな らず、このためにそのようなビームアレイのコストが増大するという欠点がある 。さらに、全ての能動素子は、同調させ、信号処理するために、配線により互い に接続しなければならない。これに必要な電気回路もまた、相当なコスト要因で ある。 独国特許公報3842142C1号には、物体を光学的に認識する手段が開示されてお り、この手段は、対物レンズがその上にパターンフィールドの画像を投射してい るセンサ手段、およびセンサ手段により受信された画像が、パターンフィールド と同一の光学的特徴を有するか否かを確かめるための信号処理手段を備えている 。したがって、監視区域の一方の端部には受動素子、すなわち、パターンフィー ルドがあるけれども、センサ手段は関連する対物レンズとともに、電源も制御線 も監視区域の一方の端部から他方の端部まで敷設されていてはならないように監 視区域の他方の端部に配置されている。さらに、能動素子の数が少なくなってい る。 これとは正反対に、本発明は、手頃な価格で提供でき、コンパクトな構造体を 確保することにより能動素子の数が少なくなった監視手段を作成することを目的 とするものである。 この目的を達成するために、本発明の光学監視手段は、監視すべき区域の一方 の端部にそれぞれ配置された複数のパターンフィールド、監視すべき区域の他方 の端部にあり、パターンフィールドにそれぞれ関連した対物レンズ、対物レンズ からの画像光線を画像投射表面上にそらせる反射器、および対物レンズがパター ンフィールドの画像をその上に投射し、画像を走査して、対応する信号を、セン サ手段が受信した画像がパターンフィールドと同一の光学的特徴を有するか否か を確かめる信号処理手段に送るセンサ手段により特徴付けられている。 監視手段は、上述した種類の検出器で構成され、複数の重畳された検出器を備 えている。この集成装置により監視手段が形成され、その機能は、ビームアレイ の機能と同等であり、監視手段のアレイを形成するために、いくつかの光検出器 が用いられている。それにもかかわらず、画像投射表面上の画像に応答し、対応 する信号を信号処理手段に送るために、一つのセンサ手段で十分である。このセ ンサ手段は、最も多くの場合にはＣＣＤカメラである。 さらに、本発明は、最初に述べた種類の光検出器を備えた監視手段であって、 一連のパターンフィールドが監視すべき区域の対向する側に配置され、それぞれ 対物レンズおよび反射器を備えた二つのユニットが監視すべき区域の対角線方向 に対向した角に配置され、このユニットが、各々の場合に一つの対物レンズがそ の反対側に配置されたパターンフィールドを走査するように回転可能に配置され 、各々の反射器の反対側に、対物レンズがパターンフィールドの画像をその上に 投射し、画像を走査して、対応する信号を、センサ手段が受信した画像がパター ンフィールドと同一の光学的特徴を有するか否かを確かめる信号処理手段に送る センサ手段が配置されていることにより特徴付けられる監視手段に関するもので ある。この点に関して、二つのセンサ手段が必要とされるけれども、全体的に一 連の光学成分が不必要となる。 本発明の有利な形態によれば、センサ手段は、現在手頃な価格で市販されてい るようなＣＣＤカメラである。そのようなカメラを、信号処理手段に必要な信号 を送るような単純な様式で操作しても差支えない。 本発明のさらなる有利な特徴は、パターンフィールドの光学的特徴が、パター ンフィールドが所定の様式で明るい区画と暗い区画に分割されているようなもの であることである。そのようなパターンフィールドの場合、区画の明度または色 それぞれ、および処理する明るい区画と暗い区画との間のコントラストの両方を 用いることができる。 明るい区画がオレンジ色（マーカーカラー）であることが好ましく、蛍光着色 材料を含有することが特に好ましい。なぜならば、これによって、明るい区画を より容易に識別できるからである。 本発明のさらなる形態は、明るい区画および暗い区画が、例えば、黄色および 緑色のような補色を有することである。これは、特に単純な処理方法を実施でき ることを意味する。 最も単純な場合において、パターンフィールドは、四つの区画か設けられ、対 角線方向に対向して配置された区画が明るく、他の二つの区画が暗いように構成 されている。 監視装置において、パターンフィールドを帯状に設けることが好ましい。これ らは、単に必要な位置に施してもよい。 対物レンズとして、センサ手段上に十分に鮮明なパターンフィールドの画像を 形成するために、好ましくは、凸レンズおよびコリメータを用いることができる 。 センサ手段上のパターンフィールドの画像を改良するために、対物レンズまた は少なくとも凸レンズを、正確な焦点合せが可能であるように、光学軸に沿って 移動する摺動様式で配置する。 外部の影響を最大に防ぐために、検出器は、対物レンズに、区画の画像を除い て、センサ手段に投射される画像を消すダイヤフラムが設けられている点で特徴 付けられている。 画像投射表面上に、パターンフィールドの画像のみが形成され、他の画像は形 成されないように、各々の反射器を関連する対物レンズの光学軸に対して45°に 取り付けることがさらに好ましい。 この点に関して、反射器は好ましくは、下方に、対物レンズに向かって、一つ の検出器のパターンフィールドに対応する段階と等しいオフセットで配置されて いる。このことは、個々のパターンフィールドの画像が、画像投射区域において 間隙なく互いにフィットすることを意味する。 本発明の有利な形態によれば、この手段は、反射器が半透明鏡であること、並 びに半透明鏡の集成装置に関して、画像投射区域とは反対の基準区域において、 この集成装置が正確に機能していることを検査するために、画像投射区域に画像 に関連する参照画像が設けられていることにより特徴付けられる。画像投射表面 上の画像を走査するセンサ手段（ＣＣＤカメラ）は、検出器の光線路が妨害され ずに、センサ手段が画像の光学的特徴の変化を検出する場合に、この集成装置の 機能に故障があると結論を下すように、半透明鏡を通して参照区域を「見る」。 反射器は、側面に対して垂直なその頂面が画像投射表面を構成するアクリル高 分子袋の一つの側面を機械加工することにより製造される場合、特に単純な様式 で設けてもよい。 本発明の最後に述べる実施の形態の場合において、パターンフィールドのみが 走査されるような程度だけ、ユニットをあちこちに回転させられることが好まし い。したがって、ある監視検出器と次の検出器との間に、時間の間隙がない。 一方で、完全な回転によりユニットを回転させられることが好ましいこともあ る。この場合、対物レンズがパターンフィールドから離れて回転されるときに、 集成装置が正確に作動していることを検査するために、参照画像を走査する。そ の結果、ある監視検出器と次の検出器との間に間隙はないけれども、一方で、集 成装置の機能は連続的に検査される。 本発明の実施の形態を、添付した図面を参照してここに記載する。 図１は、光検出器を示す概略図である。 図２は、基本的に図１の光検出器から構成された監視手段を示す概略図である 。 図３は、図２の集成装置の詳細図である。 図４は、本発明の改良形態による監視手段を示している。 図５は、図４の本発明の実施の形態における光学手段およびセンサ手段を示す 概略図である。 図１は、監視区域Ｂの端部にパターンフィールド４を有する光検出器２を示し ている。監視区域の他方の端部にある対物レンズ６は、より詳しくはＣＣＤカメ ラであるセンサ手段８上にパターンフィールド４の画像を投射する。信号処理手 段10には、ＣＣＤカメラ８により受信された画像が、パターンフィールド４と同 一の光学的特徴を有するか否かを確かめるために、ＣＣＤカメラ８が接続されて いる。この目的のために、実際のパターンフィールドのものと同一の特徴を有す る参照パターンフィールドを信号処理手段10内に記憶させても差し支えない。 パターンフィールド４の光学的特徴は、パターンフィールド４が、明るい区画 12および暗い区画14に所定の様式で分割され、その対角線方向に対向した二つの 区画が明るく、他方の二つが暗い四つの区画が設けられているようなものである 。明るい区画は、オレンジ色であっても、蛍光着色材料を含有していてもよく、 一方暗い区画は、黒であってもよい。明るい区画12および暗い区画14はまた、例 えば、黄色および緑色のような補色であってもよい。 対物レンズ６は、センサ手段８上のパターンフィールド４の正確な画像形成を 確実にするために、凸レンズおよびコリメータからなっていてもよい。さらに、 対物レンズ６または少なくとも凸レンズは、光学軸に沿って摺動移動するように 配置されていてもよい。対物レンズ６に関して、干渉作用を避けるために、区画 の画像を除いて、センサ手段８上に対物レンズ６により投射される画像を消すダ イヤフラム（図示せず）を設けてもよい。 検出器は以下のように機能する。ある物体が監視区域に侵入すると、そのよう な物体は、原則として、パターンフィールドの明るい区画および／または暗い区 画に対して、異なる度合の明度または色を有する。カメラが明度または色におけ る差を検出し、信号処理手段が、例えば、監視されている機械を停止させる。明 るい区画および暗い区画を有するパターンフィールドにより、たとえ監視区域中 に侵入している物体が、例えば、明るい区画と同一の色または明度を有する場合 でさえも、それにもかかわらず、そのような物体の侵入を確実に検出する。なぜ ならば、この物体は、検出された光学的特徴がパターンフィールドのものとは異 なるように暗い区画も覆うからである。このようにして、検出器の反応は、物体 が侵入する毎に確保される。 このような検出器を用いて、より広い区域を監視できる監視手段を製造しても よい。この監視手段には、このような光検出器が二つ以上用いられ、複数の検出 器からの信号の処理が、一つのまたは二つの信号処理手段において行われる。 図２は、原則的に、上述した種類の光検出器を備え、それら検出器が重畳され た監視手段20を図示している。例えば、頂上の検出器のパターンフィールド４₁ が、レンズ22およびコリメータ24からなる対物レンズ６とともに図示されている 。このレンズは、パターンフィールドの鮮明な画像を形成するために、光学軸に 沿ってコリメータに関して摺動させることができる。対物レンズ６の背後に、対 物レンズからの画像光線を画像表面28上にそらせる反射器26₁から26nが設けられ 、こ の画像表面で、信号処理手段（図示せず）に対応信号を送るセンサ手段により画 像光線が走査または検出される。 反射器26₁から26_nの各々は、関連する対物レンズの光学軸に対して45°に取り 付けられており、反射器は、図２に示したように、一つの検出器のパターンフィ ールドに対応する段階と等しいオフセットで下方に、対物レンズに向かって配置 されている。この結果、画像表面28上にパターンフィールド４₁から４_nの画像が 間隙なく形成される。 図３に示すように、反射器は、その端面が画像表面28を構成しているアクリル 高分子体32の側面30上に位置している。反射器は、アクリル高分子体32の表面上 のコーティングまたは蒸着により製造してもよい。 図２に示したように、アクリル高分子体32は、その底面に、画像表面28上の画 像に関連する参照画像36が設けられた、関連する第二のアクリル高分子体34を有 している。図２において、単純にするために、参照画像36が、アクリル高分子体 34の底面から離れて図示されているが、参照画像36は実際には、アクリル高分子 体34の底面に設けられている。 反射器26は、本発明のこの実施の形態においては、画像表面28の反対側にある センサ手段に、パターンフィールドの画像および参照表面36の両方が「見える」 ように半透明鏡の形態にあり、この参照表面36を、信号処理に含めても、より詳 しくは集成装置の適切な作動を検査するために用いてもよい。 図４は、上述した種類の光検出器を備えた監視手段40の別の実施の形態を図示 している。監視手段40の場合、一連のパターンフィールド42および44が、監視区 域Ｃの側面に配置されている。それぞれ対物レンズ50および反射器52（図５）を 有する二つのユニット46および48が、監視区域Ｃの対角線方向の対向する角に配 置されている。このユニット46および48は、それぞれ、対向するパターンフィー ルド42および48を走査できるように回転可能に配置されている。回転軸は、この 場合、図５の平面に対して垂直である。 図５に示したように、対物レンズ50からの光線路は、例えば、オレンジ色のた めに設けられたフィルタ54に対する反射器52を介して、対応する色を有するフィ ールドに対応する受信器56までである。図１によるパターンフィールドを用いる 場合、さらなる受信器58が、二つの受信器が90°の位相シフトを有する信号の形 態にある出力を有するようにパターンフィールド４（図１）の他の側面に応答す る。図１のような複数の帯状パターンフィールドを組み立てると、図２のような 個々のパターンフィールドからなる帯状パターンフィールドが形成される。 パターンフィールドが、最初に一方の方向で、次いで、他方の方向で連続して 走査される程度だけ、ユニット46および48を回転可能にすることができる。別の 例として、ユニット46および48は、完全な回転により回転可能に構成してもよい 。このような回転の最中に、対物レンズ50がパターンフィールドからそれている 場合には、集成装置が適切に機能していることを検査するために、この対物レン ズは、それぞれ、ユニット46および48の後ろ側の適切な位置に設けられる参照フ ィールドに応答する。この集成装置において、ユニット46が区域Ｃ１を監視し、 ユニット48が区域Ｃ２を監視し、両方のユニットの操作性が同時に監視されるこ とが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 かを確かめる信号処理手段に送るセンサ手段が配置され ていることを特徴とする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光検出器から構成される監視手段であって、監視すべき区域(B)の一方の端 部に配置された複数のパターンフィールド(4)、監視すべき区域(B)の他方の端部 にある、該パターンフィールドとそれぞれ関連する対物レンズ(6)、該対物レン ズ(6)からの画像光線を画像投射表面(28)にそらせる反射器（26₁から26_n）、該 対物レンズ(6)がその上に前記パターンフィールド(4)の画像を投射し、該画像を 走査し、対応する信号を、センサ手段(8)により受信された画像が前記パターン フィールド(4)と同一の光学的特徴を有するか否かを確かめる信号処理手段(10) に送るセンサ手段(8)により特徴付けられる手段。 ２．光検出器から構成される監視手段であって、一連のパターンフイールド(4) が監視すべき区域(C)の対向する側に配置され、それぞれ対物レンズ(50)および 反射器(52)からなる二つのユニット（46および48）が、監視すべき区域(C)の対 角線方向の対向する角に配置され、各々の場合に一つの対物レンズ(50)がこれに 対して反対に配置されたパターンフィールド（42および44）を走査するように、 ユニット（46および48）が回転可能に配置され、各々の反射器(54)の反対側に、 前記対物レンズ(50)が前記パターンフィールドの画像をその上に投射し、該画像 を走査して、対応する信号を、センサ手段により受信された画像が前記パターン フィールド(4)と同一の光学的特徴を有するか否かを確かめる信号処理手段(10) に送るセンサ手段（56および58）が配置されていることを特徴とする手段。 ３．前記センサ手段(6)がＣＣＤカメラであることを特徴とする請求の範囲１ま たは２記載の手段。 ４．前記パターンフィールド(4)の光学的特徴が、該パターンフィールド(4)が明 るい区画(12)および暗い区画(14)に所定の様式で分割されるようなものであるこ とを特徴とする請求の範囲１または２記載の手段。 ５．前記明るい区画(12)がオレンジ色であることを特徴とする請求の範囲４記載 の手段。 ６．前記明るい区画(12)が蛍光着色材料を含有することを特徴とする請求の範囲 ４または５記載の手段。 ７．前記明るい区画(12)および暗い区画(14)が、例えば、黄色および緑色のよう な補色を有することを特徴とする請求の範囲４記載の手段。 ８．四つの区画が設けられ、対角線方向に対向する二つの区画(12)が明るく、他 の二つの区画(14)が暗いことを特徴とする請求の範囲４記載の手段。 ９．前記パターンフィールドが帯状で設けられていることを特徴とする請求の範 囲４から８までのいずれか１つに記載の手段。 10．前記対物レンズ(6)が凸レンズおよびコリメータからなることを特徴とする 請求の範囲１または２記載の手段。 11．前記対物レンズまたは少なくとも凸レンズが、光学軸に沿って摺動移動する ように配置されていることを特徴とする請求の範囲１、２または10いずれか１つ に記載の手段。 12．前記対物レンズに、前記区画（12および14）の画像を除いて、該対物レンズ (6)により前記センサ手段(8)上に投射される画像を消すダイヤフラムが設けられ ていることを特徴とする請求の範囲１、２または10いずれか１つに記載の手段。 13．各々の反射器が、関連する前記対物レンズ(6)の光学軸に対して45°の角度 にあることを特徴とする請求の範囲１または２記載の手段。 14．前記反射器が、一方の検出器のパターンフィールドに対応する段階と等しい オフセットで、下方に、前記対物レンズ(6)に向かって、配置されていることを 特徴とする請求の範囲13記載の手段。 15．前記反射器(26)が半透明鏡であり、該半透明鏡集成装置に関して、前記画像 投射区域(28)の反対側にある基準区域上で、前記画像に関連する参照画像(36)が 該画像投射区域(28)上に形成されることを特徴とする請求の範囲２から14までの いずれか１つに記載の手段。 16．前記反射器(26)が、側面(30)に対して垂直なその頂面が前記画像投射区域(2 8)を構成するアクリル高分子体(32)の一つの側面を機械加工することにより製造 されることを特徴とする請求の範囲２から15までのいずれか１つに記載の手段。 17．前記ユニット（46および48）が、前記パターンフィールド（42および44）の みが走査されるような程度だけ回転させられることを特徴とする請求の範囲２記 載の手段。 18．前記ユニット（46および48）が完全な回転により回転させられ、この場合、 前記対物レンズ(50)が前記パターンフィールド（42または44）からそれて回転さ れたときに、前記集成装置の正確な作動を検査するために、参照画像が検出され ることを特徴とする請求の範囲２記載の手段。