KR20200106211A - 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

광을 검출 영역에 투광하는 투광부(102)와, 투광부(102)에 의해 투광되어 검출 영역에서 반사된 광을 집광하는 렌즈(1032)와, 복수의 수광 소자를 가지며, 렌즈(1032)에 의해 집광된 광을 상기 수광 소자마다 수광하는 이미지 센서(1033)와, 이미지 센서(1033)에 의한 수광 결과에 기초하여, TOF 방식에 의해, 검출 영역에 존재하는 물체(2)까지의 거리를, 수광 소자가 위치하는 수광 위치마다 산출하는 거리 연산부(104)와, 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여, 검출 영역에 존재하는 물체(2)의 위치를 산출하는 위치 연산부(105)를 구비했다.

Description

검출 장치
본 발명은, 검출 영역에 존재하는 물체의 위치를 검출하는 검출 장치에 관한 것이다.
종래, 검출 영역에 존재하는 물체(피검출 대상)의 위치를 검출하는 검출 장치로서 엣지 센서가 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이 엣지 센서는, 투광부와 수광부가 대향 배치된 투과형이며, 수광부에 의한 수광 결과로부터 빛과 그림자의 경계의 위치를 검출함으로써, 물체의 엣지 위치를 검출 가능하게 하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2004-226372호 공보
그러나, 종래의 엣지 센서는 투과형이기 때문에, 검출 영역을 사이에 두고 양측에 센서(투광부와 수광부)를 설치할 필요가 있다. 또한, 종래의 엣지 센서는 투과형이기 때문에, 투광부와 수광부 사이에서 광축을 맞추는 것이 어렵다. 또한, 종래의 엣지 센서는 검출 범위가 좁다. 또한, 종래의 엣지 센서는, 평행도가 높은 레이저광 또는 텔레센트릭 렌즈 등을 이용할 필요가 있어, 광학계가 고가가 된다.
또, 종래의 엣지 센서에 있어서 텔레센트릭 렌즈를 이용한 경우에는, 하기 식(1)로부터 물체의 엣지 위치를 산출 가능하다. 식(1)에서, x1은 물체의 엣지 위치를 나타내고, x2는 수광부에서의 물체의 이미지의 엣지 위치를 나타내고, N은 텔레센트릭 렌즈의 배율을 나타낸다.
x1=NХx2 (1)
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 반사형이며, 물체의 위치를 검출 가능한 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 검출 장치는, 광을 검출 영역에 투광하는 투광부와, 투광부에 의해 투광되어 검출 영역에서 반사된 광을 집광하는 렌즈와, 복수의 수광 소자를 가지며, 렌즈에 의해 집광된 광을 상기 수광 소자마다 수광하는 이미지 센서와, 이미지 센서에 의한 수광 결과에 기초하여, TOF 방식에 의해, 검출 영역에 존재하는 물체까지의 거리를, 수광 소자가 위치하는 수광 위치마다 산출하는 거리 연산부와, 거리 연산부에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여, 검출 영역에 존재하는 물체의 위치를 산출하는 위치 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기와 같이 구성했기 때문에, 반사형이며, 물체의 위치를 검출 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 검출 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태 1에서의 센서 헤드의 구성예를 나타내는 도면이며, 도 2의 A는 센서 헤드의 내부 구조의 일례를 나타내는 도면이고, 도 2의 B는 센서 헤드의 외관의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 검출 장치의 동작예를 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에서의 투광부 및 수광부의 동작예를 나타내는 타이밍차트이다.
도 5는, 본 발명의 실시형태 1에서의 거리 연산부 및 위치 연산부의 동작예를 설명하기 위한 도면이며, 도 5의 A는 수광 위치와 수광 시각의 관계의 일례를 나타내는 도면이고, 도 5의 B는 수광 위치와 거리의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시형태 1에서의 거리 연산부 및 위치 연산부의 동작예를 설명하기 위한 도면이며, 도 6의 A는 수광 위치와 수광 시각의 관계의 일례를 나타내는 도면이고, 도 6의 B는 수광 위치와 거리의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에 관한 검출 장치의 동작의 구체예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1에서의 수광부에 의한 수광 결과 및 거리 연산부에 의한 연산 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 실시형태 2에 관한 검출 장치에 의한 폭산출을 설명하기 위한 도면이며, 도 9의 A는 물체와 수광부의 위치 관계의 일례를 나타내는 도면이고, 도 9의 B는 수광 위치와 거리의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
실시형태 1.
검출 장치(1)는, 검출 영역에 존재하는 물체(피검출 대상)(2)의 위치 및 물체(2)의 폭을 계측한다. 이 검출 장치(1)는, 산업용(공업용) 센서로서 이용된다. 또한 실시형태 1에서는, 물체(2)의 검출 대상이 되는 면은, 후술하는 이미지 센서(1033)의 수광면에 대하여 평행(대략 평행의 의미를 포함)한 것으로 한다. 이 검출 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 계측 제어부(101), 투광부(102), 수광부(103), 거리 연산부(104), 위치 연산부(105), MPU(Micro Processing Unit)(106), 입출력부(107), 통신부(108), 표시부(109) 및 조작부(110)를 구비하고 있다. 또한, 검출 장치(1)는, 투광부(102) 및 수광부(103)와 검출 영역이 대향 배치된 반사형으로 구성되어 있다.
또, 투광부(102) 및 수광부(103)는 계측부(111)를 구성한다. 또한 도 2에서는, 계측 제어부(101), 투광부(102), 수광부(103), 거리 연산부(104), 위치 연산부(105) 및 MPU(106)이, 센서 헤드(112)에 탑재되어 있다. 도 2에 나타내는 센서 헤드(112)의 전면에는 필터(1121)가 설치되어 있다. 도 2에서는, 계측 제어부(101), 거리 연산부(104) 및 위치 연산부(105)의 도시를 생략하고 있다.
또한, 입출력부(107), 통신부(108), 표시부(109) 및 조작부(110)는, 인터페이스부(113)를 구성한다.
계측 제어부(101)는, MPU(106)을 통해 입력된 제어 정보에 기초하여 제어 신호를 생성한다. 제어 신호는, 이미지 센서(1033)에서의 광의 수광 동작에 따라서, 투광부(102)에서의 광의 투광 타이밍을 제어하는 신호이다. 이 계측 제어부(101)에 의해 생성된 제어 신호는, 투광부(102)에 출력된다.
투광부(102)는, 계측 제어부(101)로부터의 제어 신호에 따라서, 펄스형의 광을 검출 영역에 투광한다. 또, 투광부(102)가 투광하는 광의 빔형상은 미리 설정되어 있다. 도 2에서는, 투광부(102)는, 회로 기판인 투광 기판(도시하지 않음)(1021)과, 광을 발광하는 발광 소자(1022)와, 발광 소자(1022)의 전면에 배치된 조리개인 어퍼쳐(1023)와, 발광 소자(1022)에 의해 발광되어 어퍼쳐(1023)를 통과한 광을 확산하는 디퓨저(1024)로 구성되어 있다. 또한, 투광부(102)에 의해 투광되는 광의 폭 및 투광 주기는, 상정되는 물체(2)까지의 거리 또는 이동 속도 등에 의해 결정된다. 또한, 투광부(102)는, 투광하는 광을 변조해도 좋다.
수광부(103)는, 투광부(102)에 의해 투광되어 검출 영역에서 반사된 광을 수광한다. 도 2에서는, 수광부(103)는, 회로 기판인 수광 기판(도시하지 않음)(1031)과, 렌즈(1032)와, 이미지 센서(1033)로 구성되어 있다.
렌즈(1032)는, 투광부(102)에 의해 투광되어 검출 영역에서 반사된 광을 집광한다. 이 렌즈(1032)는 비텔레센트릭 렌즈다.
이미지 센서(1033)는, 복수의 수광 소자를 가지며, 렌즈(1032)에 의해 집광된 광을 상기 수광 소자마다 수광한다. 이하에서는, 이미지 센서(1033)는 리니어 타입이며, 복수의 수광 소자가 일차원 방향으로 배열되어 있는 것으로 한다. 리니어 타입의 이미지 센서(1033)는, 산업용 센서에 요구되는 고속 응답에 대응 가능하다. 이 이미지 센서(1033)에 의한 수광 결과를 나타내는 정보는 거리 연산부(104)에 출력된다.
또, 이미지 센서(1033)는, 상기 수광 결과를 나타내는 정보로서, 예컨대, 투광부(102)에 의해 광이 투광된 시각(투광 시각)을 기준으로, 각 수광 소자에서 광을 수광한 시각(수광 시각)인 지연 시간을 나타내는 정보를 출력해도 좋다. 또한, 투광부(102)가 광을 변조하고 있는 경우에는, 이미지 센서(1033)는, 상기 수광 결과를 나타내는 정보로서, 예컨대, 투광부(102)에 의해 투광된 광과 각 수광 소자에서 수광된 광의 위상차를 나타내는 정보를 출력해도 좋다.
거리 연산부(104)는, 이미지 센서(1033)에 의한 수광 결과에 기초하여, TOF(Time Of Flight) 방식에 의해, 이미지 센서(1033)로부터 물체(2)까지의 거리를, 수광 소자가 위치하는 수광 위치마다 산출한다. 이 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리를 나타내는 정보(거리 정보)는, 위치 연산부(105) 및 MPU(106)에 출력된다.
위치 연산부(105)는, 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여, 이미지 센서(1033)에 결상된 물체(2)의 이미지의 위치를 산출한다. 이 위치 연산부(105)에 의해 산출된 물체(2)의 이미지의 위치를 나타내는 정보(위치 정보)는 MPU(106)에 출력된다.
MPU(106)는, 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리 및 위치 연산부(105)에 의해 산출된 물체(2)의 이미지의 위치에 기초하여 물체(2)의 위치를 산출한다. 이 때, MPU(106)는, 이미지 센서(1033)에 결상된 물체(2)의 이미지의 위치, 이미지 센서(1033)로부터 물체(2)까지의 거리, 및, 렌즈(1032)의 촛점 거리에 기초하여, 물체(2)까지의 위치를 산출한다. 이 MPU(106)에 의해 산출된 물체(2)의 위치를 나타내는 정보는, 인터페이스부(113)에 출력된다.
또한, MPU(106)은, 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리 및 위치 연산부(105)에 의해 산출된 물체(2)의 이미지의 위치에 기초하여 물체(2)의 폭을 산출한다. 이 때, MPU(106)는, 이미지 센서(1033)에 결상된 물체(2)의 이미지의 폭, 이미지 센서(1033)로부터 물체(2)까지의 거리, 및, 렌즈(1032)의 촛점 거리에 기초하여 물체(2)의 폭을 산출한다. 이 MPU(106)에 의해 산출된 물체(2)의 폭을 나타내는 정보는 인터페이스부(113)에 출력된다. 또, MPU(106)에 의한 물체(2)의 폭의 산출에 관해서는 필수적인 처리는 아니며 실시하지 않아도 좋다.
또, 위치 연산부(105) 및 MPU(106)은, 「거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여 물체(2)의 위치를 산출하는 물체 위치 연산부」 및 「거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여 물체(2)의 폭을 산출하는 물체폭 연산부」를 구성한다.
또한, 계측 제어부(101), 거리 연산부(104) 및 위치 연산부(105)는, 시스템 LSI(Large Scale Integration) 등의 처리 회로, 또는 메모리 등에 기억된 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 등에 의해 실현된다.
입출력부(107)는, 검출 장치(1)에 대한 각종 설정을 입력하고, 제어 정보를 생성하여 MPU(106)에 출력한다. 이 제어 정보에는, 예컨대, 투광부(102)에 의한 광의 투광을 지시하는 트리거 신호, 또는, 투광부(102)에서 레이저광을 이용하는 경우에는 레이저광의 정지를 지시하는 정지 신호 등이 포함된다.
또한, 입출력부(107)는, MPU(106)로부터 입력된 정보를 출력한다. 이 때, 입출력부(107)는, 예컨대, 아날로그 출력을 행해도 좋고, 임계치를 판정하여 임계치를 넘은 경우에 온 출력을 행해도 좋다.
통신부(108)는, 이더넷(등록상표) 등의 네트워크를 통해 외부 장치와 통신하고, 예컨대 MPU(106)로부터 입력된 정보를 외부 장치에 송신한다.
표시부(109)는 각종 동작을 표시한다. 또한, 표시부(109)는, MPU(106)로부터 입력된 정보를 표시한다. 예컨대, 표시부(109)는, 물체(2)의 위치를 표시하는 경우에, 수광부(103)의 광축상을 영점으로 하여, 물체(2)가 광축으로부터 어느 정도 떨어진 장소에 위치하고 있는지를 수치로 표시한다.
조작부(110)는, 사용자 조작을 접수하고, 예컨대, 표시부(109)의 표시 전환 또는 검출 장치(1)에 대한 각종 설정 등을 행한다.
다음으로, 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)의 동작예에 관해, 도 3을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, MPU(106)이 물체(2)의 위치 및 폭을 산출하는 경우를 나타낸다.
투광부(102)는, 계측 제어부(101)로부터의 제어 신호에 따라서, 펄스형의 광을 검출 영역에 투광한다(단계 ST1). 이 투광부(102)에 의해 투광된 광은, 검출 영역에 존재하는 물체(2)에 의해 반사되고, 렌즈(1032)를 통해 이미지 센서(1033)에 입사된다. 또, 검출 영역에 벽 등의 배경이 존재하는 경우에는, 투광부(102)에 의해 투광된 광은 상기 배경에서도 반사되고, 렌즈(1032)를 통해 이미지 센서(1033)에 입사된다.
이어서, 이미지 센서(1033)는, 입사된 광을 수광 소자마다 수광한다(단계 ST2). 도 4에 도시한 바와 같이, 이미지 센서(1033)의 각 수광 소자(Pixel No.0∼No.n)에서의 광(수광 펄스)의 수광 타이밍은, 투광부(102)에 의한 광(투광 펄스)의 투광 타이밍에 대하여, 물체(2)와의 사이의 거리에 따라서 지연된다. 이하에서는, 이미지 센서(1033)는, 상기 수광 결과를 나타내는 정보로서, 각 수광 소자에서의 수광 시각(지연 시간)을 나타내는 정보를 출력하는 것으로 한다. 이 이미지 센서(1033)에 의해 예컨대 도 5의 A 및 도 6의 A에 나타내는 바와 같은 수광 위치와 수광 시각의 관계가 얻어진다.
이어서, 거리 연산부(104)는, 이미지 센서(1033)에 의한 수광 결과에 기초하여, TOF 방식에 의해, 물체(2)까지의 거리를 수광 소자가 위치하는 수광 위치마다 산출한다(단계 ST3).
이 때, 거리 연산부(104)는, 우선, 이미지 센서(1033)에 의한 수광 결과에 기초하여, 하기 식(3)으로부터, 수광 위치마다 수광 소자에서 수광한 광이 반사된 위치(반사점)까지의 거리를 산출한다. 식(3)에서, di는 i번째의 수광 소자에서 수광한 광의 반사점까지의 거리를 나타내고, c는 광의 속도를 나타내고, tdi는 i번째의 수광 소자에서의 수광 시각을 나타내고 있다.
di=cХtdi/2 (3)
여기서, 식(3)에 의해 얻어지는 수광 위치로부터 반사점까지의 거리는, 수광부(103)의 광축에 대하여 각도 θi만큼 기울어진 방향의 거리이다. 또, 각도 θi는, 렌즈(1032) 상의 광축 위치와 i번째의 수광 위치를 연결하는 선분과, 광축이 이루는 각도이며, 이미 알려져 있다. 따라서, 거리 연산부(104)는, 수광 위치마다 각도 θi를 이용하여, 산출한 반사점까지의 거리를, 수광부(103)의 광축에 평행(대략 평행의 의미를 포함)한 거리로 변환한다.
그리고, 거리 연산부(104)는, 수광 위치마다, 상기 변환에 의해 얻어진 반사점까지의 거리로부터, 물체(2)까지의 거리를 얻는다. 여기서, 거리 연산부(104)는, 상기 변환에 의해 얻어진 반사점까지의 거리 중, 이미지 센서(1033)로부터 배경까지의 거리에 상당하는 것은 제외한다. 또한, 실시형태 1에서는, 물체(2)의 검출 대상이 되는 면은 이미지 센서(1033)의 수광면에 대하여 평행하기 때문에, 물체(2)까지의 거리는 수광 위치마다 각각 동일한 값이 된다. 이 거리 연산부(104)에 의해 예컨대 도 5의 B 및 도 6의 B에 나타내는 바와 같은 거리 정보가 얻어진다.
이어서, 위치 연산부(105)는, 거리 연산부(104)에 의해 얻어진 거리 정보에 기초하여, 이미지 센서(1033)에 결상된 물체(2)의 이미지의 위치를 산출한다(단계 ST4). 예컨대 도 5의 B 및 도 6의 B에서는 위치 연산부(105)가 이미지의 엣지 위치를 검출한 경우의 위치 정보를 나타낸다.
이어서, MPU(106)는, 거리 연산부(104)에 의해 얻어진 거리 정보 및 위치 연산부(105)에 의해 얻어진 위치 정보에 기초하여 물체(2)의 위치를 산출한다(단계 ST5).
이 때, MPU(106)는, 하기 식(4)으로부터 물체(2)의 위치를 산출한다. 식(4)에서, x1은 물체(2)의 위치를 나타내고, x2는 물체(2)의 이미지의 위치(수광 위치)를 나타낸다. 또한, d는 물체(2)와 이미지 센서(1033) 사이의 거리를 나타내고, f는 렌즈(1032)와 이미지 센서(1033) 사이의 거리(촛점 거리)를 나타낸다. 또, 식(4)에서의 {(d-f)/f}는 광학계의 배율이다.
x1={(d-f)/f}Хx2 (4)
또한, MPU(106)은, 거리 연산부(104)에 의해 얻어진 거리 정보 및 위치 연산부(105)에 의해 얻어진 위치 정보에 기초하여 물체(2)의 폭을 산출한다(단계 ST6).
이 때, MPU(106)는, 하기 식(5)으로부터 물체(2)의 폭을 산출한다. 식(5)에서, w1은 물체(2)의 폭을 나타내고, w2는 물체(2)의 이미지의 폭을 나타낸다. 또, MPU(106)는, 위치 연산부(105)에 의해 이미지의 양끝의 위치가 검출되지 않는 경우에는, 폭산출 처리는 행하지 않는다.
w1={(d-f)/f}Хw2 (5)
여기서, 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)는, 센서(투광부(102) 및 수광부(103))와 검출 영역이 대향 배치된 반사형으로 구성되어 있다. 이것에 의해, 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)는, 검출 영역의 한쪽에만 센서를 설치하면 되고, 또한, 투광부(102)와 수광부(103) 사이에서의 광축맞춤이 불필요해져 설치 조건이 완화된다. 또한, 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)는 검출 범위가 넓어진다. 또한, 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)는, 이미지 센서(1033)와 물체(2) 사이의 거리를 산출할 수 있기 때문에, 비텔레센트릭 렌즈를 이용하더라도 물체(2)의 위치 및 폭을 산출할 수 있어, 종래 구성에 비해 저비용화를 실현할 수 있다.
다음으로, 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)의 동작의 구체예에 관해, 도 7, 8을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 검출 장치(1)가, 이미지 센서(1033)로부터 물체(2)까지의 거리와, 물체(2)의 엣지 위치(광축으로부터 물체(2)의 엣지까지의 거리 P1)를 산출하는 것으로 한다. 또한, 이미지 센서(1033)의 화소 피치(수광 소자 사이의 거리)는 20[μm]로 하고, 화소수(수광 소자수)는 256 화소로 하고, 렌즈(1032)의 촛점 거리는 20[mm]로 한다. 또한, 이미지 센서(1033)로부터 검출 영역에 존재하는 배경까지의 거리(도 7에 나타내는 db)가 3[m]인 것으로 한다.
이러한 조건에서, 투광부(102)가 펄스형의 광을 배경을 향해 투광하면, 예컨대 도 8에 도시한 바와 같이, 이미지 센서(1033)에 의해 수광 소자마다 수광 시각(지연 시간)이 얻어지고, 거리 연산부(104)에 의해 수광 위치마다의 반사점까지의 거리가 얻어진다. 그리고, 이미지 센서(1033)로부터 배경까지의 거리는 3[m]이기 때문에, 거리 연산부(104)는, 도 8로부터, 이미지 센서(1033)로부터 물체(2)까지의 거리로서 1.995[m]를 출력한다.
또한, 위치 연산부(105)는, 거리 연산부(104)에 의한 연산 결과로부터, 이미지 센서(1033)에 결상된 물체(2)의 이미지의 엣지 위치를 산출한다. 도 7, 8의 경우에는, 광축 위치에 대응하는 화소는 Pixel No.128이며, 물체(2)의 엣지 위치에 대응하는 화소의 하나 앞의 화소는 Pixel No.200이다. 따라서, 위치 연산부(105)는, Pixel No.128로부터 Pixel No.200까지의 거리로부터, 물체(2)의 이미지의 엣지 위치(광축으로부터 물체(2)의 이미지의 엣지까지의 거리)로서 0.00147[m]를 출력한다.
이어서, MPU(106)는, 거리 연산부(104) 및 위치 연산부(105)에 의한 연산 결과로부터 물체(2)의 엣지 위치를 산출한다. 도 8의 경우에는, 광학계의 배율은 98.75이다. 그리고, MPU(106)는, 물체(2)의 이미지의 엣지 위치에 광학계의 배율을 곱함으로써, 물체(2)의 엣지 위치(광축으로부터 물체(2)의 엣지까지의 거리 P1)로서 0.145[m]를 출력한다.
상기에서는, 복수의 수광 소자가 일차원 방향으로 배열된 리니어 타입의 이미지 센서(1033)를 이용한 경우를 나타냈다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 복수의 수광 소자가 이차원 방향으로 배열된 이미지 센서(1033)를 이용해도 좋다. 이것에 의해, 검출 장치(1)는, 검출 영역에 존재하는 물체(2)의 폭뿐만 아니라, 높이도 산출 가능해진다.
이상과 같이, 이 실시형태 1에 의하면, 광을 검출 영역에 투광하는 투광부(102)와, 투광부(102)에 의해 투광되어 검출 영역에서 반사된 광을 집광하는 렌즈(1032)와, 복수의 수광 소자를 가지며, 렌즈(1032)에 의해 집광된 광을 상기 수광 소자마다 수광하는 이미지 센서(1033)와, 이미지 센서(1033)에 의한 수광 결과에 기초하여, TOF 방식에 의해, 검출 영역에 존재하는 물체(2)까지의 거리를, 수광 소자가 위치하는 수광 위치마다 산출하는 거리 연산부(104)와, 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여 물체(2)의 위치를 산출하는 물체 위치 연산부를 구비했기 때문에, 반사형이며, 물체(2)의 위치를 검출 가능해진다.
또한, 검출 장치(1)는, 거리 연산부(104)에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여 물체(2)의 폭을 산출하는 물체폭 연산부를 구비함으로써, 물체(2)의 폭을 검출 가능해진다.
실시형태 2.
실시형태 1에서는, 물체(2)의 검출 대상이 되는 면이 이미지 센서(1033)의 수광면에 대하여 평행한 경우를 나타냈다. 그것에 대하여, 실시형태 2에서는, 물체(2)의 검출 대상이 되는 면이 이미지 센서(1033)의 수광면에 대하여 경사져 있어도, 물체(2)의 폭을 산출 가능하게 하는 구성을 나타낸다.
실시형태 2에 관한 검출 장치(1)의 구성예는, 도 1에 나타내는 실시형태 1에 관한 검출 장치(1)의 구성예와 동일하다.
거리 연산부(104)는, 각도 θi를 이용한 광축에 평행한 거리로의 변환 처리는 실시하지 않는다.
또한, MPU(106)은, 이미지 센서(1033)에 결상된 물체(2)의 이미지의 일단(一端)으로부터 광축 위치까지의 폭 및 상기 이미지의 타단(他端)으로부터 광축 위치까지의 폭, 상기 일단으로부터 물체(2)의 일단인 반사점까지의 거리 및 상기 타단으로부터 물체(2)의 타단인 반사점까지의 거리, 및, 상기 일단으로부터 렌즈(1032) 상의 광축 위치까지의 거리 및 상기 타단으로부터 렌즈(1032) 상의 광축 위치까지의 거리에 기초하여 물체(2)의 폭을 산출한다.
실시형태 2에서의 MPU(106)는, 하기 식(6)∼(8)로부터 물체(2)의 폭을 산출한다. 식(6)∼(8)에서, w0은 물체(2)의 폭이다. 또한, L1은, 이미지 센서(1033)에 결합된 물체(2)의 이미지의 일단(제1 수광 위치에 상당)으로부터 광축 위치까지의 폭을 나타내고, L2는, 상기 이미지의 타단(제2 수광 위치에 상당)으로부터 광축 위치까지의 폭을 나타낸다. 또한, d1m은, 제1 수광 위치로부터 물체(2)의 일단인 반사점(제1 엣지)까지의 거리를 나타내고, d2m은, 제2 수광 위치로부터 물체(2)의 타단인 반사점(제2 엣지)까지의 거리를 나타낸다. 또한, d1은, 제1 엣지와 렌즈(1032) 상의 광축 위치 사이의 거리를 나타내고, d2는, 제2 엣지와 렌즈(1032) 상의 광축 위치 사이의 거리를 나타낸다. 또한, d1f는, 렌즈(1032) 상의 광축 위치와 제1 수광 위치 사이의 거리를 나타내고, d2f는, 렌즈(1032) 상의 광축 위치와 제2 수광 위치 사이의 거리를 나타낸다. 또, d1f 및 d2f는 이미 알려져 있다. 이것에 의해, MPU(106)는, 물체(2)가, 이미지 센서(1033)의 수광면에 대하여 경사져 있어도 물체(2)의 폭을 산출 가능하다.
Figure pct00001
실시형태 2에 관한 검출 장치(1)는, 예컨대 AGV(Automated Guided Vehicle) 등에 설치되는 충돌 방지용 센서(측역 센서)로서 이용할 수 있다. 종래, 이 종류의 충돌 방지용 센서로는, 레이저광을 반사하는 미러가 가동하는 레이저 스캔 방식의 센서가 이용되고 있다. 이것에 대하여, 실시형태 2에 관한 검출 장치(1)를 이용함으로써, 또한 상기 미러와 같은 가동부는 불필요하므로, 센서의 소형화가 가능하고, 또한, 진동 및 충격에 대한 내성이 높은 센서를 실현할 수 있다. 이 경우에는, 렌즈(1032)는 광각 렌즈인 것이 바람직하다.
또, 본원발명은 그 발명의 범위 내에서, 각 실시형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시형태의 임의의 구성 요소의 변형, 혹은 각 실시형태에서 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
본 발명에 관한 검출 장치는, 반사형이며, 물체의 위치를 검출 가능하고, 검출 영역에 존재하는 물체의 위치를 검출하는 검출 장치에 이용하기에 적합하다.
1 : 검출 장치
2 : 물체
101 : 계측 제어부
102 : 투광부
103 : 수광부
104 : 거리 연산부
105 : 위치 연산부
106 : MPU
107 : 입출력부
108 : 통신부
109 : 표시부
110 : 조작부
111 : 계측부
112 : 센서 헤드
113 : 인터페이스부
1021 : 투광 기판
1022 : 발광 소자
1023 : 어퍼쳐
1024 : 디퓨저
1031 : 수광 기판
1032 : 렌즈
1033 : 이미지 센서
1121 : 필터

Claims (7)

  1. 검출 장치에 있어서,
    광을 검출 영역에 투광하는 투광부와,
    상기 투광부에 의해 투광되어 상기 검출 영역에서 반사된 광을 집광하는 렌즈와,
    복수의 수광 소자를 가지며, 상기 렌즈에 의해 집광된 광을 상기 수광 소자마다 수광하는 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서에 의한 수광 결과에 기초하여, TOF 방식에 의해, 상기 검출 영역에 존재하는 물체까지의 거리를, 상기 수광 소자가 위치하는 수광 위치마다 산출하는 거리 연산부와,
    상기 거리 연산부에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여 상기 물체의 위치를 산출하는 물체 위치 연산부
    를 구비한 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물체 위치 연산부는, 상기 이미지 센서에 결상된 상기 물체의 이미지의 위치, 상기 이미지 센서로부터 상기 물체까지의 거리, 및 상기 렌즈의 촛점 거리에 기초하여, 상기 물체까지의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거리 연산부에 의해 산출된 수광 위치마다의 거리에 기초하여, 상기 물체의 폭을 산출하는 물체폭 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 물체폭 연산부는, 상기 이미지 센서에 결상된 상기 물체의 이미지의 폭, 상기 이미지 센서로부터 상기 물체까지의 거리, 및 상기 렌즈의 촛점 거리에 기초하여, 상기 물체의 폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 물체폭 연산부는, 상기 이미지 센서에 결상된 상기 물체의 이미지의 일단(一端)으로부터 광축 위치까지의 폭 및 상기 이미지의 타단(他端)으로부터 광축 위치까지의 폭, 상기 일단으로부터 상기 물체의 일단인 반사점까지의 거리 및 상기 타단으로부터 상기 물체의 타단인 반사점까지의 거리, 및 상기 일단으로부터 상기 렌즈 상의 광축 위치까지의 거리 및 상기 타단으로부터 상기 렌즈 상의 광축 위치까지의 거리에 기초하여, 상기 물체의 폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수광 소자는 일차원 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈는 비텔레센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
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