JPS60134671A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ロボットおよびその他の産業機器の視覚用に
用いられる産業用ビデオカメラに係り、特にその汎用性
の向上を指向した産業用ビデオカメラに関するものであ
る。

〔発明の背景〕

まず、従来の産業用ビデオカメラ（以後、単にカメラと
省略する）について説明する。

第１図は、従来のカメラを示す側断面図である。

この第１図において、１はカメラ本体、２は被写体であ
る。カメラ１において、３はレンズ系、４は撮像素子、
５は撮像素子４に付随する映像増幅回路および信号同期
回路等の回路部、また６はレンズ系３０光軸である。こ
のレンズ系３は、実際には複数枚のレンズよシ構成され
るが、ここでは簡略化して図示しである。

第２図は、第１図の光学系を示したものであシ、７は撮
像素子４（第１図参照）に形成された映像である。

これらの図に示すように、従来のカメラ１では、そのレ
ンズ系３の元軸６に、撮像素子４の中心が一致するよう
に構成されている。したがって、このよう力関係から、
被写体２は必然的に光軸６の廷長上に位置しなければな
らない。

言い換えれば、従来のカメラ１には、被写体２を光軸６
上にとらえる位置に設置しなければならないという制約
があった。さらに、被写体２が角度θなる傾斜面を有す
る場合、これに応じてカメラ１全体を角度θたけ傾斜さ
せる必要があった。

第３図は、第１．第２図に示した従来のカメラ１を取付
けた一例を示したものであり、ここでは垂直多関節形の
視覚機能付ロボットを示しである。

この第３図において、８はロボット本体であ如、９はロ
ボット８の支持台、１０は支持台９に取付けられたアー
ムで、支持台９よシ第１アーム１０α、第２アーム１０
Ａ　、第３アーム１０Ｃが順次連結されている。１１は
補助アーム１２によって、アーム１０に対して斜めに取
付けられたマニプレ、３　。

一夕である。

前述したように、従来のカメラ１には、被写体２を元軸
上にとらえられる位置に設置しなければならないという
制約があり、また一方、被写体、す々わち供給ワークは
、一般的に床面に対して平行な平面に置かれることが多
い。したがって、これらの制約条件から、一般的なロボ
ットにおいては、本来マニプレータ１１が取付けられる
アーム１０の先端にカメラ１を取付けなければならず、
このような構成とすることにより、被写体を光軸上にと
らえることができた。またさらに、被写体、すなわち供
給ワークの多種多様な表面状態に対応するため、一般的
なロボットにおいては、本来マニプレータ１１が取付け
られるアーム１０の先端にカメラ１を取付けなければな
らなかった。

さらにｍ３図に示すように、従来のカメラ１はアーム１
０の先端に設置されるため、マニプレータ１１は補助ア
ーム１２によりアーム１０の脇に取付けねばならず、こ
うしたことからロボット本、　４　。

体８の構成が、一般的なロボットとは異った特異なもの
となり、構造および制御系が複雑化する原因となった。

以上述べたように、従来のカメラ１には、様々な制約が
あるために、これを使用する機器の構造、制御が複雑化
し、これが普及を妨げる大き々原因となっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を解消して、光学
的制約を除くことにより汎用性のあるビデオカメラの提
供を、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係るロボットの構成は、少なくともレンズ系お
よび撮像素子と、この撮像素子の映像増幅回路および信
号同期回路よ多構成される、ビデオカメラにおいて、前
記撮像素子を、レンズ系の光軸に対して傾斜させること
によυあおシ効果を得、これにより被写体を斜め方向よ
り監視できるようにしたものであシ、また場合により、
前記レンズ系の移動によってシフト効果をも合わせて得
、これにより任意の傾斜面をもって被写体を斜め方向よ
り監視できるようにしたものであり、また必要に応じて
、上記平行移動と上記傾斜の少なくとも一方をステップ
モータによシ駆動するよう構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって説明する。

第４図は、本発明のカメラを示す側断面図、第５図は、
第４図の光学系を示す図である。

これらの図に卦いて、第１図、第２図と同一番号を付し
たものは同一部分である。

図において、本発明のカメラ１Ａでは、被写体２を視野
に補えるために、カメラ１Ａ全体を角度θまたけ傾け、
さらに撮像素子４を角度θ２傾斜させている。

こうすることにより、本発明のカメラ１Ａでは、いわゆ
る「あおり効果」が得られ、一般に撮像素子４によって
決められるよシも、見かけ上広い画角の被写体範囲を写
すことができる。

したがってこの効果にょ９、第４図、第５図に示すごと
く、本発明のカメラ１Ａは、被写体２を斜めから監視す
ることができ、前述した従来例にあったような制約を解
消し、汎用性を向上することができる。

第６図卦よひ第７図は、本発明の第２０夾施例を示した
もので、第７図は第６図のＡＡ断面図である。これらの
図において、第４図と同一番号を付したものは同一部分
である。

本実施例では、前述した本発明の第１の実施例にかける
撮像素子４の傾斜を、ステップモータにより駆動したも
のである。これらの図において、１３はステップモータ
、１４は減速機を示し、その構成例として、第６図では
、カメラ１Ａ内に設置し次小形ステップモータ１３にょ
９撮像素子４を傾斜させ、第７図では、傾斜角度のＮ＠
な制御を行うために、ステップモータ１３に減速機１４
を地付け、これをカメラ１Ａの外部に取付けた様子を示
している。本実施例によれば、ステップモータ１３は、
次の式（１）によって得られる角度θＭたけ回転するこ
とにょシ、撮像素子４を、前述した本発明のｍｌの実施
例における角度θ。

に傾斜させることができる。

θＭ＝θ、ＳＺ　Ｏ） 次に、本発明の第３の実施例を図面を用いて説明する。

第８図は、本発明のカメラを示す側断面図、第９図は、
第８図の光学系を示す図である。

これらの図にかいて、第１図〜第７図と同一番号を付し
たものはｌ１ｉＪ一部分である。

図において、本発明のカメラ１Ａでは、被写体２卦よび
撮像素子４の中心を結ぶ線上に、レンズ系３の中心を股
ｆｊｆ　している。これは言い換えれば、レンズ系５の
光軸６が、従来のｍ像素子４の中心から直角に延長しｆ
ｃ破線に対して、距１１１Ｌ７１２け被写体２側へ平行
移動した状態である。

こうすることによシ、本発明のカメラ１Ａでは、いわゆ
る「シフト効果」が得られ、見かけ上、広い画角の被写
体範囲を写すことができ、またそのときに結像倍率の変
化をひきおこさない映像７を得ることができる。

さらに本実施例のように、本発明のカメラ１Ａでは、被
写体２が角度θなる傾斜面を有するため、撮像素子４を
角度θ傾斜させている。こうすることにより、本発明の
カメラ１Ａでは、いわゆる「あおり効果」が得られ、被
写体２の傾斜を補正した映像７を得ることができる。

したがって、これらの効果により、第８図。

第９図に示すごとく、本発明のカメラ１Ａは、カメラ本
体を一定の方向に固定したｔまで、被写体２を斜めから
監視し、さらに被写体２の任意の傾斜面を補正した映像
７をとらえることができる。これにより前述した従来例
にあるような制約は解消され、ビデオカメラの汎用性の
向上をはかることができる。

第１０図および第１１図は、本発明の第４の実施例を示
したもので、第４図〜第９図と同一番号を付したものは
同一部分である。

本実施例では、′前述した本発明の第３の実施例におけ
るレンズ系３の平行移動、および撮像素子４の傾斜をス
テップモータによシ行ったものである。

第１０図において、１３はレンズ系３全平行移動させる
ためのステップモータ、１５は減速機１４を介してステ
ップモータ１３により回転するピニオンギア、１６はビ
ニオンギア１５と噛み合うラックで、一方はレンズ系３
に固定されている。また２０は、撮像素子４を傾斜させ
るためのステップモータであり、２１はステップモータ
２０の回転数を減じ、撮像素子４を傾斜させる減速機で
ある。

本実施例によれば、ステップモータ１３は、次の式（２
）によりレンズ系６の移動ｆＬをめ、式（３１により得
られる角度θＭ、りは回転することによシ、レンズ系６
を、前述し九本発明の第１の実施例における位置に平行
移動することができる。

Ｌ＝ｘＡＩＩ五 Ｘ、　（２） Ｌ θ３１１３”’箔ビＺ、　（３） また、ステップモータ２０は、次の式（４）によって得
られる角度θ均だけ回転することにより、撮像素子４を
角度θ傾斜させることができる。

θハ＝θ・Ｚ、　（４１ このように、モータ會使用した方法は他にも考えられ、
例えば第１１図のように、第１０図のラック・ピニオン
機構のかわ９にボールネジ１７ヲ使用すれば、やけ９式
（１）にてめた移動量りを、ステップモーター′５の１
回転当りのボールネジ１７の移動量で除し、その値だけ
ステップモータ１５を回転させることによシ、第１０図
と同じ効果を得ることができる。

以上述べてきた実施例において、撮像素子４はＭＯＳ　
、　ＣＣＤ　、　ＣＰＩ）等の固体撮像素子であるが、
撮像管を使用してもよいことはいうまで亀ない。

次に、本発明のカメラに関する応用例金、第１２図〜第
１５図により説明する。

第１２図（イ）、（Ｂ）は、第５図に示した従来例と同
様にして、本発明のカメラ１Δを垂直多関節形ロボット
８に応用した例を示すものである。なお、第１２図け）
は第４図〜第７図に示したビデオカメラを、第１２図（
ハ）は第８図〜第１１図に示したビデオカメラを利用し
た場合の例である。

この第１２図（イ）、（ロ）において、第３図と同一番
号を付したものは同一部分である。

前述したように、本発明のカメラ１Ａは、被写体を斜め
から監視できるので、従来例に示したような取付は位置
に関する制約がなく々ヤ、取付は台１８によって、アー
ム１０側面に設置され、１１　。

ている。こうすることによ如、マニプレータ１１は、そ
の本来の取付は位置であるアーム１０先端部に取付ける
ことができ、被写体であるワークを斜め方向からカメラ
１Ａで監視しつつ、マニプレータ１１ハ、ワークの上方
から作業を行うことができる。

第１３図（濁、ψ）は、第１２図（ロ）、ψ）と同様に
、本発明のカメラ１ｊｌ水平摂関節形（スカシ形）ロボ
ット８に応用した例を示すものである。この場合も、第
１３図に）は第４図〜第７図に示したビデオカメラを第
１３図に）は第８図〜第１１図に示したビデオカメラを
利用した場合を示す。

この応用例においても、第１２図０．（ロ）の場合と同
様に、カメラ１Ａはアーム１０ｂの先端部側面に取付け
られ、マニプレータ１１がアーム１０Ａの先端部中心に
取付けられた上下軸１０Ｃに設置されている。したがっ
て、マニプレータ１１は、通常の水平多関節形ロボット
と同様に、ワークに上方よシ作業を行い、これをカメラ
１Ａが斜め方向から監視している。

・１２　・ 第１４図および第１５図は、カメラとロボット本体を分
離して設置した場合の応用例を示したもので、第１４図
は、両者の配置状態を示す斜視図、＃４１５図は、第１
４図を上方よシ跳めた図である。

この応用例では、本発明のカメラ１Ａは置き台１９によ
って、ロボット８の動作領域２０の外部に設置されてい
る。これは前述したように、本発明のカメラ１Ａが、斜
め方向から被写体を監視することが可能であるためで、
この応用例に示すように、本発明のカメラ１Ａは、ロボ
ット８の動作領域２０の外部から、内部に置かれている
ワーク等の被写体を監視することができる。

以上述べたように、本発明のカメラによれば、被写体を
斜めから監視すること、さらには、斜めから監視し、か
つ被写体の任意の傾斜面に対しても補正した映像を得る
ことが可能なため、取付けに関する自由度を拡張でき、
汎用性の向上が図れる。またこれによシ、本発明のカメ
ラは一般に使用されているロボット等の基本構成を変え
ることなしに取付けることができるため、視覚機能の普
及に大きく貢献することができる。

さらに、上記実施例は、垂直多関節形と水平多関節形の
ロボットに適用したものであるが、本発明はこれらに限
らず、他の直交座標形、円筒座標形、極座標形のロボッ
トにも応用でき、さらにロボット以外の、視覚を必要と
する機器にも同様に適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によればビデオカメ
ラの汎用性を向上することができ、ロボット等をはじめ
とする産業機器の視覚機能の普及に大きく貢献すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のビデオカメラを示す側断面図、第２図
は、第１図の光学系の説明図ｓ′ｌｓ３図は、従来のビ
デオカメラの応用例を示す図、第４図、第８図は、本発
明の一実施例に係るビデオカメラを示す側断面図、第５
図、第９図は、それぞれ第４図、第８図の光学系の説明
図、第６図および第７図、第１０図および第１１図は、
本発明の他の実施例に係るビデオカメラの側断面図、第
１２図〜第１５図は、本発明のビデオカメラの応用例を
示した図である。 １（１ｊ）・・・ビデオカメラ　２・・・被写体３・・
・レンズ系　４・・・撮像素子 ６・・・光軸　８・・・ロボット本体 １０・・・アーム　１１・・・マニプレータ葉ｌ劉 第２旧 慕３図 ＄４０ 茎Ｆ３図 ＄ｂ図 叢７図 第ｔｏ配 ０ 第１１記 π 第１２図ＣＡ） ｏｂ 第１２　図（Ｂ） ＄１３￥Ｊ　ＣＡ） 茶！３図ＣＢ） 茶７４　ｆｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　少なくともレンズ系および撮像素子と、この撮像素
   子の映像信号処理回路よυ構成されるビデオカメラにお
   いて、前記撮像素子を、レンズ系の光軸に対して傾斜さ
   せることによりあおシ効果を得、これにより被写体を斜
   め方向よ如監視できることを特徴とするビデオカメラ。 ２、　前記レンズ系の光軸を平行移動させて、シフト効
   果をうろことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ビデオカメラ。 ３、　前記レンズ系の平行移動と、前記撮像素子の傾斜
   の少なくとも一方をステップモータにより駆動すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のビ
   デオカメラ。