JP4239168B2 - Visual sensor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a visual sensor that reflects a wide range of ambient light with a reflecting member and picks up an image by an imaging means such as a CCD (Charge Coupled Device).
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。斯かる全方位視覚センサ1は、双曲面形状の反射ミラー2で周囲光を反射させ、CCD等の撮像素子3によって周囲の様子を撮像するものである(図5参照)。
撮像素子3は回路基板4上に搭載されており、撮像素子3が搭載された回路基板4はケース体5の底壁部5aに配置されている。ケース体5の側壁部5bには、透光性材料からなる円筒状の筒体6が設けられており、この筒体6の内部に反射ミラー2が配置されている。筒体6の上部開口6aには蓋体7が配設されており、この蓋体7に反射ミラー2が固定されている。反射ミラー2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、蓋体7から垂下するように配置されている。
The
全方位視覚センサ1は、仰角約20°までの視野範囲A1及び俯角約50°までの視野範囲A2を有しており、単一の撮像素子3で広い領域を監視できるという利点を有している。なお、視野範囲とは撮像素子3によって監視できる領域のことである。
The omnidirectional
しかしながら、全方位視覚センサ1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。特に、透光性材料からなる筒体6は、光学的には何ら作用を有しないのであるから、この筒体6を無くすことができれば、部品数を低減できる。本発明の第一の目的は、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供することである。
However, the omnidirectional
更に、全方位視覚センサ1は、蓋体7が妨げになるため、下向きの視野範囲A2に比較して、上向きの視野範囲A1が若干狭く、また、ケース体5の側壁部5bが妨げになって、下方に死角範囲Sを有しているという問題を有していた。本発明の第二の目的は、設計される視野範囲に自由度がある視覚センサを提供することである。
Furthermore, the omnidirectional
本発明は、請求項1に記載したように、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、前記光学部材と一体的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、を備えた視覚センサであって、前記光学部材は、凹部が形成された基部と、前記反射部材で反射された前記周囲光を前記撮像手段に導く導光部と、を有すると共に、前記反射部材は、前記凹部にコーティングされてなる反射層であるものである。 According to a first aspect of the present invention, an optical member made of a solid translucent material having an incident surface on which ambient light is incident, and the optical member are provided integrally with the optical member and reflect the ambient light. A visual sensor comprising: a reflecting member; and an imaging unit that images the ambient light reflected by the reflecting member , wherein the optical member is reflected by the reflecting member and a base portion having a recess. And a light guide portion that guides the ambient light to the imaging means, and the reflective member is a reflective layer that is coated on the concave portion .
また、本発明は、請求項2に記載したように、前記光学部材の少なくとも前記入射面に低反射層を形成したものである。 According to a second aspect of the present invention, a low reflective layer is formed on at least the incident surface of the optical member.
また、本発明は、請求項3に記載したように、前記反射層は、双曲面形状であるものである。 According to a third aspect of the present invention, the reflecting layer has a hyperboloid shape.
また、本発明は、請求項4に記載したように、前記入射面は、前記双曲面形状の焦点を中心とする球面であるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the incident surface is a spherical surface centered at the focal point of the hyperboloid shape.
また、本発明は、請求項5に記載したように、前記双曲面形状の焦点に向かう前記周囲光は、前記入射面で屈折して前記光学部材に入射するものである。 According to the present invention, as described in claim 5 , the ambient light traveling toward the hyperboloid focal point is refracted by the incident surface and incident on the optical member.
部品数を少なくすることができ、安価な視覚センサを提供することが可能になる。 The number of parts can be reduced, and an inexpensive visual sensor can be provided.
以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。図1及び図2は第一実施形態を示すものである。
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)とから構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show a first embodiment.
The
光学部材11は、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16と、略円柱形状の導光部17とを有している。光学部材11の基部16は、周囲光Lが入射する球面形状の入射面16aと、双曲面形状の凹部16bとを有している。光学部材11の入射面16aは、前記双曲面形状の焦点f1を中心とする球面となっている。基部16の入射面16aと、導光部17の外周面17aには、夫々低反射層18,19がコーティングされている。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。
The
光学部材11の凹部16bには、アルミニウム(Al)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16bにコーティングされてなるものである。光学部材11の導光部17は、反射層15で反射された光を撮像素子13に導くものであり、撮像素子13に対向する出射面17bを有している。導光部17の出射面17bは焦点f2を中心とする球面となっている。なお、焦点f2は、凹部16bの双曲面形状(二葉曲面の一方)と対になる双曲面形状(二葉曲面の他方)の焦点である。ケース体12は、底壁部12aと、円筒状の側壁部12bとからなり、側壁部12bに光学部材11が固定されている。撮像素子13は回路基板14上に実装され、ケース体12の底壁部12bに固定されている。
A
周囲光Lは、入射面16aから基部16の内部に入射し、反射層15で反射され、導光部17によって撮像素子13に導かれる(図2参照)。双曲面形状の焦点f1に向かう周囲光Lは、入射面16aに垂直に入射するため、入射面16aで屈折することがない。反射層15で下方に反射された周囲光Lは、焦点f2を通り、出射面17bから出て、撮像素子13によって撮像される。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。
The ambient light L is incident on the inside of the
図3及び図4は第二実施形態を示すものである。第二実施形態は、光学部材21が異なるだけであり、他の構成は第一実施形態と同様であるので、同一の符号を付しその説明を省略する。
3 and 4 show a second embodiment. In the second embodiment, only the
光学部材21は、中実な透光性樹脂からなるものであり、略半球形状の基部26と、略円柱形状の導光部27とを有している。光学部材21の基部26は、周囲光Lが入射する入射面26aと、双曲面形状の凹部26bとを有している。光学部材21の凹部26bには、反射層25(反射部材)が形成されている。基部26の入射面26aには、低反射層28がコーティングされている。
The
周囲光Lは、入射面26aで屈折して、光学部材21の内部に入射し、反射層25で反射される(図4参照)。反射層25で下方に反射された周囲光Lは、撮像素子13によって撮像される。視覚センサ20は、俯角80°までの視野Dを有している。光学部材21の入射面26aの形状は、視野Dから入射し、入射面26aで屈折して、反射層25で反射され焦点f2に向かう周囲光Lの、各入射個所における各入射角Iが夫々等しく、且つ、各屈折角Rが夫々等しくなるような形状になっている。
The ambient light L is refracted by the
第一実施形態,第二実施形態によれば、従来は必要であった筒体6及び蓋体7が無く、部品数が少ないため、組付けが簡易になり、視覚センサ10を安価に製造することができる。
また、本発明によれば、視野範囲を適宜設計することができ、第一実施形態では、従来の蓋体7が無いため、上向きの視野範囲C1が従来の視野範囲A1よりも広くなり、第二実施形態では、下方から入射する周囲光Lが入射面21aにて屈折するため、下方の周囲光Lも撮像素子13で捕らえることができ、下向きの視野範囲Dが従来の視野範囲A2よりも広くなる。
According to the first embodiment and the second embodiment, the
In addition, according to the present invention, the visual field range can be appropriately designed. In the first embodiment, since the conventional lid body 7 is not provided, the upward visual field range C1 is wider than the conventional visual field range A1, In the second embodiment, since the ambient light L incident from below is refracted by the incident surface 21a, the lower ambient light L can also be captured by the
また、光学部材11,21に低反射層18,19,28を設けたことにより、周囲光Lが光学部材11,21に入射するときに、周囲光Lが反射することがなく、周囲光Lのロスが小さくなり、鮮明な画像が得られる。なお、反射層15は、双曲面形状に限定されるものではなく、例えば円錐形状であっても良い。
Further, by providing the
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、低反射層18,19,28は、少なくとも入射面16a,26aに形成されていれば良く、例えば出射面17b,27bにも設けても良い。
Further, the image pickup means is the
11 光学部材
13 撮像素子
15 反射層(反射部材)
16a 入射面
16b 凹部
21 光学部材
25 反射層(反射部材)
26a 入射面
26b 凹部
11
Claims (5)
前記光学部材は、凹部が形成された基部と、前記反射部材で反射された前記周囲光を前記撮像手段に導く導光部と、を有すると共に、
前記反射部材は、前記凹部にコーティングされてなる反射層であることを特徴とする視覚センサ。 An optical member made of a solid translucent material having an incident surface on which ambient light is incident, a reflecting member that is provided integrally with the optical member and reflects the ambient light, and the surroundings reflected by the reflecting member A visual sensor comprising imaging means for imaging light ,
The optical member includes a base portion having a recess, and a light guide portion that guides the ambient light reflected by the reflecting member to the imaging unit.
The visual sensor, wherein the reflective member is a reflective layer coated on the concave portion.
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