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JP2005311680A - Visual sensor - Google Patents

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JP2005311680A
JP2005311680A JP2004125579A JP2004125579A JP2005311680A JP 2005311680 A JP2005311680 A JP 2005311680A JP 2004125579 A JP2004125579 A JP 2004125579A JP 2004125579 A JP2004125579 A JP 2004125579A JP 2005311680 A JP2005311680 A JP 2005311680A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical member
visual sensor
ambient light
incident
reflector
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004125579A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Takahashi
祐一 高橋
Takaya Kumaki
貴矢 熊木
Keiichi Nagano
恵一 永野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Seiki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Seiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Seiki Co Ltd filed Critical Nippon Seiki Co Ltd
Priority to JP2004125579A priority Critical patent/JP2005311680A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a visual sensor having no risk of generating a ghost image. <P>SOLUTION: An optical member 11 includes a translucent material having an incident plane 11a into which surrounding light L is incident, and a reflector 15 for reflecting the surrounding light L. An imaging means 13 images the surrounding light L reflected by the reflector 15. The optical member 11 has a concave 11b. The reflector 15 is a reflection layer formed on the concave 11b. The reflector 15 is of hyperboloid shape. The incident plane 11a of the optical member 11 is a spherical surface of which center is the focus f of the hyperboloid shape. The optical member 11 has a hole 11d disposed at the vertex of the rotational symmetry form of the reflector 15. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、広範囲の周囲光を反射部で反射させ、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 in which a wide range of ambient light is reflected by a reflecting portion and is imaged 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、撮像カメラ3によって周囲の様子を撮像するものである(図4参照)。
特開平10−160463号公報 特開2000−128031号公報
Conventionally, various omnidirectional vision sensors have been proposed, and for example, disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. Such an omnidirectional visual sensor 1 reflects ambient light with a hyperboloidal reflection mirror 2 and images the surroundings with an imaging camera 3 (see FIG. 4).
JP-A-10-160463 JP 2000-128031 A

撮像カメラ3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部を下向きにして、蓋体7から垂下するように配置されている。   The imaging camera 3 is disposed on the bottom wall portion 5 a of the case body 5. A cylindrical tube 6 made of a translucent material is provided on the side wall 5 b of the case body 5, and the reflection mirror 2 is disposed inside the tube 6. A lid body 7 is disposed in the upper opening 6 a of the cylindrical body 6, and the reflection mirror 2 is fixed to the lid body 7. The reflection mirror 2 has a hyperboloid shape, and is arranged so as to hang from the lid body 7 with the top of the hyperboloid shape facing downward.

しかし、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。そこで、本願出願人は、特願2003−339306号として、周囲光Lが入射する入射面11aと周囲光Lを反射させる反射層15とを有する光学部材11と、反射層15で反射された周囲光Lを撮像する撮像手段13と、を有する視覚センサ10を提案した(図5参照)。光学部材11は中実な透光性材料からなるものであり、光学部材11の反射層15は双曲面形状になっている。光学部材11の入射面11aは、反射層15の双曲面形状の焦点fを中心とする球面になっている。   However, the omnidirectional visual sensor 1 has a problem that it cannot be provided at low cost because of the large number of parts. In particular, the cylindrical body 6 made of a translucent material does not have any action optically. Therefore, if the cylindrical body 6 can be eliminated, the number of parts can be reduced. Therefore, the applicant of the present application, as Japanese Patent Application No. 2003-339306, discloses an optical member 11 having an incident surface 11a on which ambient light L is incident and a reflective layer 15 that reflects ambient light L, and the ambient light reflected by the reflective layer 15. The visual sensor 10 having the imaging means 13 for imaging the light L has been proposed (see FIG. 5). The optical member 11 is made of a solid translucent material, and the reflective layer 15 of the optical member 11 has a hyperboloid shape. The incident surface 11 a of the optical member 11 is a spherical surface centered on the hyperboloid focus f of the reflective layer 15.

しかしながら、入射面11aから入射して反射層15で反射された周囲光Lだけでなく、光学部材11の入射面11aで内部反射して反射層15で反射された周囲光Mが撮像素子13によって撮像されるため、周囲光Mが不要な映像(所謂ゴースト像)になる虞があった。
本発明は、中実な透光性材料からなる光学部材を用いた視覚センサを更に改良し、ゴースト像が発生する虞がない視覚センサを提供するものである。
However, not only the ambient light L incident from the incident surface 11 a and reflected by the reflective layer 15 but also the ambient light M internally reflected by the incident surface 11 a of the optical member 11 and reflected by the reflective layer 15 is reflected by the imaging element 13. Since the image is captured, the ambient light M may become an unnecessary image (so-called ghost image).
The present invention further improves a visual sensor using an optical member made of a solid translucent material, and provides a visual sensor that does not cause a ghost image.

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と前記周囲光を反射させる回転対称形状の反射部とを有する中実な透光性材料からなる光学部材と、前記反射部で反射された前記周囲光を撮像する撮像手段と、を有する視覚センサであって、前記光学部材は、前記反射部の前記回転対称形状の頂部に設けられた穴部を有するものである。   According to the 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 a rotationally symmetric reflecting portion that reflects the ambient light, and An imaging means for imaging the ambient light reflected by the reflecting portion, wherein the optical member has a hole provided at the top of the rotationally symmetric shape of the reflecting portion. .

また、本発明は、請求項2に記載したように、前記穴部は、前記回転対称体形状の軸に沿う細長形状であるものである。   In the present invention, as described in claim 2, the hole has an elongated shape along the axis of the rotationally symmetric body shape.

また、本発明は、請求項3に記載したように、前記光学部材は凹部を有し、前記反射部は前記凹部に形成された反射層であるものである。   According to a third aspect of the present invention, the optical member has a concave portion, and the reflective portion is a reflective layer formed in the concave portion.

また、本発明は、請求項4に記載したように、前記光学部材の外周面の少なくとも一部に遮光部材を設けたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, a light shielding member is provided on at least a part of the outer peripheral surface of the optical member.

部品数が少なく安価であり、且つ、ゴースト像が発生する虞が少ない視覚センサを提供することが可能になる。   It is possible to provide a visual sensor that has a small number of parts, is inexpensive, and is less likely to generate a ghost image.

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 visual sensor 10 includes an optical member 11, a case body 12, an image sensor 13 (imaging means), and a circuit board 14.

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、周囲光Lが入射する球面形状の入射面11aと、双曲面形状の凹部11bとを有している。凹部11bの双曲面形状は、軸Xを中心とする回転対称体である。光学部材11の入射面11aは、前記双曲面形状の焦点fを中心とする球面となっている。前記双曲面形状の焦点fは、軸X上に位置している。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 optical member 11 is made of a solid translucent resin (for example, polycarbonate), and includes a spherical incident surface 11a on which the ambient light L is incident and a hyperboloid-shaped concave portion 11b. The hyperboloid shape of the recess 11b is a rotationally symmetric body about the axis X. The incident surface 11a of the optical member 11 is a spherical surface centered on the hyperboloid focus f. The focal point f of the hyperboloid is located on the axis X. In this specification, the “spherical surface” is at least a part of the surface of the sphere, not the entire surface of the sphere.

光学部材11の凹部11bには、アルミニウム(Al)またはクロム(Cr)等の金属膜からなる反射層15(反射部)が蒸着等の方法によって形成されている。凹部11bの前記双曲面形状の頂部には、穴部11dが形成されている。穴部11dは、前記双曲面形状の軸Xに沿った細長形状になっている。ゴースト像の原因になる周囲光Mは穴部11dの周面によって反射されるため、撮像素子13に達することがない。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 reflective layer 15 (reflective portion) made of a metal film such as aluminum (Al) or chromium (Cr) is formed in the concave portion 11b of the optical member 11 by a method such as vapor deposition. A hole 11d is formed at the top of the hyperboloid shape of the recess 11b. The hole 11d has an elongated shape along the axis X of the hyperboloid shape. Since the ambient light M that causes the ghost image is reflected by the peripheral surface of the hole 11d, it does not reach the image sensor 13. The case body 12 includes a bottom wall portion 12a and a cylindrical side wall portion 12b, and the optical member 11 is fixed to the side wall portion 12b. The image sensor 13 is mounted on the circuit board 14 and is fixed to the bottom wall portion 12 b of the case body 12.

周囲光Lは、入射面11aから光学部材11の内部に入射し、反射層15で反射される(図2参照)。双曲面形状の焦点fに向かう周囲光Lは、入射面11aに垂直に入射するため、入射面11a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、出射面11c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 enters the optical member 11 from the incident surface 11a, and is reflected by the reflective layer 15 (see FIG. 2). Since the ambient light L toward the hyperboloid-shaped focal point f is incident perpendicularly to the incident surface 11a, it is not refracted by the incident surface 11a. The ambient light L reflected downward by the reflective layer 15 exits from the emission surface 11 c and is imaged by the image sensor 13. The visual sensor 10 has a visual field C1 from 0 ° to an elevation angle of about 30 ° and a visual field C2 from 0 ° to a depression angle of 30 °. The image data output from the image sensor 13 is output to an image processing unit (not shown) and is used for recognition of obstacles around the visual sensor 10.

図3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31の形状及び撮像素子13の位置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。   FIG. 3 shows a second embodiment. In the second embodiment, only the shape of the optical member 31 and the position of the image sensor 13 are different, and the other configurations are the same as those of the first embodiment.

光学部材31は、第一実施形態の光学部材11を斜めに切除した形状になっており、周囲光が入射する球面形状の入射面31aと、双曲面形状の凹部31bと、平面形状の傾斜面31eと、を有している。光学部材31の入射面31aは、前記双曲面形状の焦点fを中心とする球面となっている。凹部31bの前記双曲面形状の頂部には、穴部31dが形成されている。穴部31dは、前記双曲面形状の軸Xに沿った細長形状になっている。光学部材31の凹部31bには、反射層35(反射部)が形成されている。平面形状の傾斜面31eには、黒色塗装からなる遮光層36(遮光部材)が形成されている。撮像素子13は、前記双曲面形状の軸Xから所定間隔dだけオフセットされて配置されている。   The optical member 31 has a shape obtained by obliquely cutting the optical member 11 of the first embodiment, and includes a spherical incident surface 31a on which ambient light is incident, a hyperboloid concave portion 31b, and a planar inclined surface. 31e. The incident surface 31a of the optical member 31 is a spherical surface centered on the hyperboloid focus f. A hole 31d is formed at the top of the hyperboloid shape of the recess 31b. The hole 31d has an elongated shape along the axis X of the hyperboloid shape. A reflective layer 35 (reflective portion) is formed in the concave portion 31 b of the optical member 31. A light shielding layer 36 (light shielding member) made of black paint is formed on the planar inclined surface 31e. The image sensor 13 is arranged offset from the hyperboloid axis X by a predetermined distance d.

第一,第二実施形態によれば、従来は必要であった筒体6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。且つ、穴部11d,31dを設けたことにより、ゴースト像が発生する虞がない。なお、穴部11d,31dを軸Xに沿う細長形状にしたのは、ゴースト像の原因となる周囲光Mは、双曲面形状の軸Xを通ることに着目したものである。また、第二実施形態のように、傾斜面31eに遮光層36を設けることにより、傾斜面31eに当たりゴースト像の原因となるような周囲光を遮ることができる。   According to the first and second embodiments, since there is no cylindrical body 6 that is conventionally necessary and the number of parts is small, assembly is simplified and the visual sensor 10 can be manufactured at low cost. In addition, since the holes 11d and 31d are provided, there is no possibility that a ghost image is generated. The reason why the holes 11d and 31d are elongated along the axis X is that the ambient light M causing the ghost image passes through the hyperboloid axis X. Further, by providing the light shielding layer 36 on the inclined surface 31e as in the second embodiment, ambient light that hits the inclined surface 31e and causes a ghost image can be blocked.

第一,第二実施形態の光学部材11,31の入射面11a,31aは球面であったが、非球面であっても良い。また、反射層15,35は、双曲面形状に限定されるものではなく、例えば円錐形状等の回転対象形状であっても良い。   Although the incident surfaces 11a and 31a of the optical members 11 and 31 of the first and second embodiments are spherical surfaces, they may be aspherical surfaces. Further, the reflection layers 15 and 35 are not limited to the hyperboloid shape, and may be a rotation target shape such as a conical shape, for example.

また、各実施形態の反射部は凹部11b,31bにコーティングした反射層15,35であったが、例えば、金属薄板からなる反射部を光学部材11,31にインサート成形しても良い。また、撮像手段は、例えばCMOS型撮像素子であっても良い。また、穴部11d,31dの周面に遮光層を形成しても良いし、穴部11d,31dに遮光性の樹脂を充填しても良い。   Moreover, although the reflective part of each embodiment was the reflective layers 15 and 35 coated to the recessed parts 11b and 31b, you may insert-mold the reflective part which consists of a metal thin plate in the optical members 11 and 31, for example. Further, the imaging means may be, for example, a CMOS type imaging device. Further, a light shielding layer may be formed on the peripheral surfaces of the holes 11d and 31d, or the holes 11d and 31d may be filled with a light shielding resin.

本発明の第一実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 1st embodiment of this invention. 同上第一実施形態を示す光路説明図。Optical path explanatory drawing which shows 1st embodiment same as the above. 本発明の第二実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 2nd embodiment of this invention. 従来例を示す断面図。Sectional drawing which shows a prior art example. 他の従来例を示す断面図。Sectional drawing which shows another prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11 光学部材
11a 入射面
11b 凹部
11d 穴部
13 撮像素子
15 反射層(反射部)
31 光学部材
31a 入射面
31b 凹部
31d 穴部
35 反射層(反射部)
36 遮光層(遮光部材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Optical member 11a Incident surface 11b Recessed part 11d Hole part 13 Image pick-up element 15 Reflective layer (reflective part)
31 Optical member 31a Incident surface 31b Recessed part 31d Hole part 35 Reflective layer (reflective part)
36 Light-shielding layer (light-shielding member)

Claims (4)

周囲光が入射する入射面と前記周囲光を反射させる回転対称形状の反射部とを有する中実な透光性材料からなる光学部材と、前記反射部で反射された前記周囲光を撮像する撮像手段と、を有する視覚センサであって、
前記光学部材は、前記反射部の前記回転対称形状の頂部に設けられた穴部を有す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 and a rotationally symmetric reflecting portion that reflects the ambient light, and imaging that captures the ambient light reflected by the reflective portion A visual sensor having means,
The optical member has a hole provided at a top of the rotationally symmetric shape of the reflecting portion.
前記穴部は、前記回転対称体形状の軸に沿う細長形状であることを特徴とする請求項1に記載の視覚センサ。   The visual sensor according to claim 1, wherein the hole has an elongated shape along an axis of the rotationally symmetric body shape. 前記光学部材は凹部を有し、前記反射部は前記凹部に形成された反射層であることを特徴とする請求項1に記載の視覚センサ。   The visual sensor according to claim 1, wherein the optical member has a concave portion, and the reflective portion is a reflective layer formed in the concave portion. 前記光学部材の外周面の少なくとも一部に遮光部材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の視覚センサ。   The visual sensor according to claim 1, wherein a light shielding member is provided on at least a part of an outer peripheral surface of the optical member.
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