(57)【要約】【課題】作業者の目視読取を遮ることなく、対象となる設備もしくは装置に簡単に設置することができ、しかも小型で比較的単純な構成で実現できる読み取り用撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態によれば、任意の平面上に配置されたメータを撮像し、撮像した前記メータの画像を画像データとして取得する撮像装置において、前記メータの画像が入射される撮像レンズと、前記撮像レンズから入射される画像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を保持する第１保持部と、前記撮像レンズを保持する第２保持部とを備える。前記第１保持部により前記撮像素子を保持する位置を制御する第１制御、前記第２保持部により前記撮像レンズを保持する位置を制御する第２制御、の少なくとも１つを用いて前記撮像レンズの主平面と前記撮像素子とがなす角度を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の外側平面の上に配置されたメータを被写体として斜めの位置から撮像し、撮像した前記メータの画像を画像データとして取得する撮像装置において、
前記メータの前記画像が入射される撮像レンズと、
前記撮像レンズから入射される前記画像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子を保持する第１保持部と、
前記撮像レンズを保持する第２保持部と、
を有し、
前記第１保持部により前記撮像素子を保持する位置を制御する第１制御、前記第２保持部により前記撮像レンズを保持する位置を制御する第２制御、の少なくとも１つを用いて前記撮像レンズの主平面と前記撮像素子とがなす角度を制御する撮像装置。
【請求項２】
前記第１保持部および前記第２保持部は、前記撮像素子の延長面である第１延長面と前記撮像レンズの主平面の延長面である第２延長面とが、前記メータが配置されている前記外側平面の延長面である第３延長面と１つの軸である第１軸とで交わるように、前記第１制御による前記撮像素子の傾きの制御、前記第２制御による前記撮像レンズの主平面の傾きの制御、の少なくとも１つを用いる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１保持部および前記第２保持部は、前記第１制御による前記撮像素子の上下位置の制御、前記第２制御による前記撮像レンズの主平面の上下位置を制御の、の少なくとも１つを用いて前記撮像レンズの主平面と前記撮像素子とがなす相対的な上下位置を制御する請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１保持部および前記第２保持部は、前記被写体である前記メータが前記撮像素子で撮像される際の歪を補正するように、前記第１保持部が前記撮像素子の上下位置を制御し、前記第２保持部が前記主平面の上下位置を制御する請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記外側平面に前記メータが複数配置され、複数の前記メータの前記画像をまとめて取得する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記メータの画像データを出力する出力端子を更に有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
装置の外側平面の上に配置されたメータを被写体として斜めの位置から撮像し、撮像した前記メータの画像を画像データとして取得するメータ画像の撮像方法において、
前記メータの前記画像が入射される撮像レンズの傾きの制御、
前記撮像レンズから入射される前記画像を撮像する撮像素子から構成される撮像素子の傾きの制御、の少なくとも１つを用いて、
前記撮像レンズの主平面と前記撮像素子とがなす角度を制御するメータ画像の撮像方法。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
装置の前記外側平面の上に配置された前記メータを斜めの位置から撮像するように前記撮像装置を固定する固定金具と、を有する撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、設備や装置に設置されるメータの表示情報を取得する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場内の各種装置に設置されているメータは、装置の状態を視覚的に認識させるものであり、例えば電圧、電流、空気圧力、水圧、温度、湿度などを表している。作業者は、これらメータが示している値（メータ値とも呼ぶ）を定期的に読み取り、記録し、状態を確認することで、装置の状態を把握することができる。
【０００３】
近年ＩｏＴの普及により、各種メータをネットワークで繋げ、メータ値を直接デジタルデータとしてネットワーク経由で収集することで、データ値を作業者が定期的に読み取る作業をしなくても、管理できるような新しい装置が普及している。
しかしながら、従来から使用している装置においては、上述したようなメータ値を直接デジタルデータとしてネットワーク経由で収集出来る新しい装備のメータに交換するのは多大な負担となってしまうため、装置はそのまま継続使用し、カメラを用いてメータ値を読み取り、読み取ったメータ値をデジタルデータに変換し管理するような運用が増えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９３５７０号公報
【特許文献２】特開２０００−１８４３５７号公報
【特許文献３】特開平１１−２７５４３６号公報
【特許文献４】特開２００１−１４７１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、撮像したメータの画像データからメータ値を抽出しデジタルデータ値に確実に変換できるようにメータの表示面全体を鮮明に撮像することができ、かつ作業者が目視によりメータ値を読み取る際に視界が妨げられることがない撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の撮像装置は、装置の外側平面上に配置されたメータを撮像し、撮像した前記メータの画像を画像データとして取得する撮像装置において、前記メータの画像が入射される撮像レンズと、前記撮像レンズから入射される画像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を保持する第１保持部と、前記撮像レンズを保持する第２保持部とを備える。
【０００７】
前記第１保持部により前記撮像素子を保持する位置を制御する第１制御、前記第２保持部により前記撮像レンズを保持する位置を制御する第２制御、の少なくとも１つを用いて前記撮像レンズの主平面と前記撮像素子とがなす角度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る撮像装置を含むシステム全体の構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る撮像装置の撮像対象であるメータの種類の例を示す図である。
【図３】図３は、第１の本実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る撮像装置において、アオリにより被写体を斜めの位置から撮像する一例を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る撮像装置が、アオリにより被写体を撮像した場合の、被写体と撮像された像との関係の例を示す図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係る撮像装置が、アオリに加えシフトにより被写体を撮像した場合の、被写体と撮像された像との関係の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る撮像装置について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置を含むシステム全体の構成例を示す図である。
図１（Ａ）は、撮像装置１を含むシステム全体を斜め上方から俯瞰した例を示している。本システムは、撮像装置１、制御盤２、撮像装置１を制御盤２に取り付けるための固定金具３、撮像装置１の被写体であるメータ４を含む。撮像装置１は、アオリ機構を有する。アオリ機構については、図３を用いて詳細に説明する。
【００１０】
制御盤２は、工場内に設置されている装置に配置されている制御盤である。装置は、設備と呼んでもよい。
メータ４は、制御盤２のある一平面上に配置されている。図１（Ａ）の例は、一平面上に５つのメータが配置されている例である。
図１（Ｂ）は、撮像装置１を含むシステム全体を、撮像装置１の被写体であるメータ４を正面に見る位置から俯瞰した例を示している。撮像装置１が固定金具３により設置される位置は、メータ４が配置されている位置との水平方向の距離において、出来るだけ近い位置に設置されることが望ましい。
【００１１】
図１（Ｃ）は、撮像装置１を含むシステム全体を、撮像装置１の被写体であるメータ４を正面に見る位置の右側面から俯瞰した例を示している。
固定金具３は、図１（Ｃ）に示すようにメータ４の配置面に対して前方方向に延びており、その先端に撮像装置１を設置してもよい。これにより撮像装置１は、制御盤２に配置されているメータ４を、前方下方向に斜めに見下ろす位置関係となる。
【００１２】
このように撮像装置１の配置位置は、メータ４が配置されている平面に対して斜めの方向に配置された位置関係となる。このため撮像装置１は、図１（Ａ）に示すようにメータ値を目視で読み取る作業者の視線５を妨げることはない。
なお固定金具３は、図１の例では制御盤２の上面に設置されている例を示しているが、これに限定されない。固定金具３は、例えば制御盤２の側面に設置されていてもよい、あるいは制御盤２に配置されているメータ４と同一平面上に設置されてもよい。あるいは固定金具３は、制御盤２とは別の場所に設置されてもよい。
【００１３】
図２は、第１の実施形態に係る撮像装置１の撮像対象であるメータ４の種類の例を示す図である。メータ値は、例えば（Ａ）のように、数値で表示していてもよい。メータ値は、あるいは（Ｂ）のようにアナログ表示してもよい。メータ値は、あるいは（Ｃ）のように棒状のマーカーの高さで表示してもよい。
【００１４】
図３は、第１の実施形態に係るアオリ機構を有する撮像装置１の構成例を示す図である。撮像装置１は、撮像レンズ１０２、撮像レンズ１０２を通して外部から入力された被写体面１１０上の被写体であるメータ４からの光を撮像する撮像素子（撮像レンズ１０２を通して入力された被写体（メータ４）の像を結像する撮像面１１２上に配置されている撮像のための素子）１０３、撮像素子１０３を特定位置に保持する第１保持部１０５、撮像レンズ１０２を特定位置に保持する第２保持部１０６を含む。
【００１５】
撮像レンズ１０２は、１枚のレンズから構成されてもよくあるいは複数枚のレンズから構成されていてもよい。撮像レンズ１０２は、撮影レンズと称してもよい。
撮像素子１０３は、撮像レンズ１０２から入力された光を信号に変換する素子であり、撮像レンズ１０２から入力された光から、画像データを生成する。撮像素子１０３は、例えばＣＣＤ(Charge Coupled -Device)イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor) イメージセンサである。
第１保持部１０５は、撮像素子１０３を任意の位置に移動して固定し、第２保持部１０６は、撮像レンズ１０２を任意の位置に移動して固定する保持部である。但し、第１保持部１０５および第２保持部１０６の何れか一方は、保持対象を移動せずに最初から特定の位置に固定してもよい。つまり第１保持部１０５は、撮像素子１０３を最初から特定の位置に固定し、第２保持部１０６は、撮像レンズ１０２を任意の位置に移動して固定してもよい。また第１保持部１０５は、撮像素子１０３を任意の位置に移動して固定し、第２保持部１０６は、撮像レンズ１０２を最初から特定の位置に固定してもよい。
【００１６】
第１保持部１０５および第２保持部１０６が撮像レンズ１０２や撮像素子１０３を移動する範囲は、上下左右の移動でもよく、撮像レンズ１０２および撮像素子１０３の中心を軸に任意に角度の回転（傾き）でもよい。
第１保持部１０５および第２保持部１０６が撮像レンズ１０２や撮像素子１０３を移動する場合、ユーザの手動操作により移動してもよい。あるいは第１保持部１０５あるいは第２保持部１０６に付随している例えばモータ（図示せず）により移動してもよい。
【００１７】
このように第１の実施形態に係る撮像装置１は、第１保持部１０５および第２保持部１０６を制御することで撮像レンズ１０２の主平面１１１と撮像面１１２とを互いに任意の位置関係に配置することが可能である。これにより、第１の実施形態の撮像装置１は、例えば撮像レンズ１０２の主平面１１１と撮像素子１０３が配置された撮像面１１２とが任意の角度α１２０をなすように第１保持部１０５および第２保持部１０６を制御する（アオリ機構と称する）。
【００１８】
第１の実施形態の撮像装置１は、装置の外側平面の上に配置されたメータに対して斜めの位置に設置することで、作業者が点検等でメータ値を目視で読み取る際の視線５を妨げることなく、且つ、アオリ機構を用いてメータの表示面を撮像することにより、メータの表示面全体に対して、より焦点が合った鮮明な画像を取得することができる。鮮明な画像は、高い精度でデジタルデータ値に変換することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る撮像装置は、アオリにより、撮像面と平行でない被写体面上の被写体であるメータの表示面全体に対して、撮像レンズの焦点を合わせることが可能な撮像装置である。
【００１９】
図４は、第２の実施形態に係る撮像装置において、アオリにより被写体を斜めの位置から撮像する一例を示す図である。第２の実施形態に係る撮像装置１は、第１の実施形態に係る撮像装置同様に、撮像レンズ１０２、撮像レンズ１０２を通して外部から入力された被写体面１１０上の被写体であるメータ４からの光を撮像する撮像素子１０３、撮像素子１０３を特定位置に保持する第１保持部１０５、撮像レンズ１０２を特定位置に保持する第２保持部１０６を含む。
【００２０】
さらに第２の実施形態の撮像装置１は、図４に示すように、被写体であるメータ４を含む被写体面１１０上において、撮像レンズ１０２の主平面１１１と撮像素子１０３を含む撮像面１１２とが１つの軸４２０で交わるように、アオリ機構により撮像レンズ１０２および撮像素子１０３を制御することが可能である。
【００２１】
主平面１１１と撮像面１１２が軸４２０で交わっているとき、軸４２０に交わる位置にある被写体面１１０全体に対して焦点が合う法則として、シャインプルーフの法則と呼ばれる法則がある。
このように第２の実施形態の撮像装置１は、シャインプルーフの法則を満たすように、アオリ機構により被写体面１１０上において撮像レンズ１０２の主平面１１１と撮像面１１２とが１つの軸４２０で交わるように制御可能なため、例えば被写体である制御盤２の一平面上に配置されているメータ４を斜め上から読み取る場合でも、メータ４の表示面全体に対して、焦点を合わせることが可能となる。
【００２２】
これにより第２の実施形態の撮像装置１は、被写体であるメータ４の正面ではなく斜めの位置に設置された場合であっても、メータ４の表示面全体に対して焦点を合わせることが可能であり、メータ４の表示面全体に対して鮮明な画像を取得することが可能となる。また撮像装置１をメータ４の正面に設置する必要がないため、作業者は、点検等でメータ値を目視で読み取る際に撮像装置１により視線５を妨げられず、点検作業等を容易に行うことが可能となる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る撮像装置は、アオリ機構に加えてシフト機構を持つ撮像装置である。第３の実施形態に係る撮像装置１は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る撮像装置１と同様に、撮像素子１０３を特定位置に保持する第１保持部１０５、撮像レンズ１０２を特定位置に保持する第２保持部１０６を有し、アオリ機構に加えて、撮像レンズ１０２の主平面１１１と撮像素子１０３が配置された撮像面１１２とが互いに上下に位置するように第１保持部１０５および第２保持部１０６を制御すること（シフト機構と称する）が可能である。また第３の実施形態に係る撮像装置１は、シフト機構により撮像レンズ１０２の主平面１１１と撮像素子１０３が配置された撮像面１１２とが、互いに上下に位置するように配置すること（シフトと称する）ができる。
【００２３】
図５は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る撮像装置１が、アオリ機構により被写体を撮像した場合の、被写体と撮像された像との関係の例を示す図である。図５は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る撮像装置１を、被写体であるメータ４１５−１を前方下方向７５°の角度で見下ろす位置に配置した場合の例である。例えば、撮像装置１の撮像レンズ４０２の主平面４１１から被写体面４１０−１、４１０−２までの距離が２５０ｍｍ、撮像レンズ４０２の焦点距離１２．５ｍｍ、撮像面４１２−１、４１２−２上の撮像素子４０３−１が３．６ｍｍ×４．８ｍｍの大きさとする。この場合撮像装置１が撮像できる被写体面４１０−１、４１０−２上のエリア（被写体エリアと称する）４０１−１は、上底が約６２ｍｍ、下底が１８４ｍｍ、高さが３６６ｍｍの等脚台形となる。また被写体エリア４０１−１に含まれる被写体であるメータ４１５−１は、撮像素子４０３−１においては、図５に示すように台形状に歪んだ像４１５−２として結像される。
【００２４】
このような被写体に対する撮像された像の台形状の歪みに対して、第３の実施形態に係る撮像装置は、第１保持部および第２保持部により撮像面に対して撮像レンズの主平面の位置を相対的に上下に平行移動することで補正が可能である。
図６は、第３の実施形態に係る撮像装置１が、アオリに加えシフトにより被写体を撮像した場合の、被写体と撮像された像との関係の例を示す図である。
【００２５】
図６は、図５に示す撮像レンズ４０２の位置に対して、撮像レンズ４０２−１を撮像素子４０３−１に対して平行に矢印４２０が示す上方向にずらした場合の例を示す図である。点線で示す撮像レンズ４０２−２の位置が、図５に示す撮像レンズ４０２の位置である。
【００２６】
この場合撮像レンズ４０２−１の主点Ｃ２から撮像素子４０３−１の点Ｄ２までの距離は、図５に示す撮像レンズ４０２の主点Ｃ１から撮像素子４０３−１の点Ｄ１までの距離に比べて長くなる。このため図６に示す被写体エリア４０１−２の点Ａ２の近傍の被写体４１５−１が、図５に示す被写体エリア４０１−１の点Ａ１の近傍の被写体４１５−１より、より拡大されて撮像素子４０３−１に撮像される。この結果第３の実施形態に係る撮像装置１は、アオリにより歪んで結像されている像を、シフトにより補正することが可能となる。
【００２７】
また第３の実施形態に係る撮像装置１は、アオリによる撮像レンズ４０２−１の主平面４１１と撮像素子４０３−１とがなす角度と、シフトによる撮像素子４０３−１に対する撮像レンズ４０２−１の上下に移動する距離との両方を考慮して、角度や移動距離を決めてもよい。
【００２８】
例えばアオリによる撮像レンズ４０２−１の主平面４１１と撮像素子４０３−１とがなす角度が大きいほど、被写体に対する撮像素子４０３−１に撮像された像は、台形の上底と下底の差が大きくなり、より歪んだ像となる。そこで例えば、第３の実施形態の撮像装置１は、被写体を撮像した像のボケを許容でき範囲で、アオリによる撮像レンズ４０２−１の主平面４１１と撮像素子４０３−１との相対的な角度を出来るだけ小さくすることで撮像された像の歪みを出来るだけ小さくするように、第１保持部１０５および第２保持部１０６により撮像レンズ４０２−１および撮像素子４０３−１を調整することも可能である。これにより例えば撮像装置１は、アオリによる撮像された像の歪みを少なくことで、シフトによる像の補正をより効果的に行うことが可能となり、アオリとシフトという光学系の処理だけで、より歪みの少ない画像を取得することが可能となる。
【００２９】
また撮像装置１は、図１に示したように簡易な固定金具３を用いて、任意の位置に設置することが可能である。したがって固定金具３の位置や取り付け角度も考慮の上、アオリによる撮像レンズ４０２−１の主平面４１１と撮像素子４０３−１とがなす角度と、シフトにより、撮像素子に対する撮像レンズの上下に移動する距離との両方を決めてもよい。
【００３０】
撮像装置１は、ユーザが被写体を撮像した像のボケを確認するために、例えばモニター（図示せず）を備えてもよい。撮像装置１は、ユーザが第１保持部１０５および第２保持部１０６により撮像レンズ４０２−１と撮像素子４０３−１とがなす角度や上下関係の調整を、モニターを見ながら手動で行えるように、さらに操作ボタン（図示せず）を備えてもよい。あるいは、第１保持部１０５および第２保持部１０６が、撮像素子４０３−１に結像した像の焦点の合い具合を監視しながら、撮像レンズ４０２−１と撮像素子４０３−１とがなす角度や上下関係の調整を自動で行ってもよい。
【００３１】
また撮像装置１は、撮像した画像データを外部の機器に送出する出力Ｉ／Ｆ（図示せず）を持っていてもよい。撮像装置１は、撮像した画像データを、出力Ｉ／Ｆを介して例えば画像処理装置（図示せず）に送出してもよい。画像処理装置は、送られてきた画像データを、例えばさらにデジタル処理を行い画像データの歪みを補正してもよい。
【００３２】
さらにまた撮像装置１は、読み取るメータ４の数は１つとは限らず複数同時に読み取ることも可能である。複数のメータ４が配置されている場合、撮像装置１はメータが配列されている向きに応じて、アオリやシフトを行ってもよい。例えば図１に示す制御盤２に複数のメータ４が配置されている場合、複数のメータ４が水平方向横一列に並んで配置されているとする。この場合、撮像装置１は、水平方向横一列に並んでいるメータ４の延長線上に配置して、複数のメータ４を斜め横から読み取るように設置することが望ましい。これは、撮像装置１を水平方向横一列に並んでいるメータ４の延長線上に配置して、複数のメータ４を斜め横から読み取ることができるように配置することで、被写体エリアが、撮像装置１のアオリにより垂直方向に上底と下底を成す等脚台形状になるからである。このような位置に撮像装置１を配置することで、被写体エリアの上底と下底の中線に相当する線上の複数のメータ４が並ぶため、撮像素子４０３−１に結像した像の歪みを少なくすることが可能である。
【００３３】
以上説明した実施形態の撮像装置によれば、アオリ機構により斜めの位置から被写体であるメータを撮像した場合でも、メータの表示面全体に対して焦点を合わせて撮像することが出来るため、作業者のメータ値の読み取りを妨げるような位置を回避して設置しても、撮像したメータ値からデジタルデータ値に確実に変換することが可能となる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。さらにまた、請求項の各構成要素において、構成要素を分割して表現した場合、或いは複数を合わせて表現した場合、或いはこれらを組み合わせて表現した場合であっても本発明の範疇である。また、複数の実施形態を組み合わせてもよく、この組み合わせで構成される実施例も発明の範疇である。
【００３５】
また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。また請求項を制御ロジックとして表現した場合、コンピュータを実行させるインストラクションを含むプログラムとして表現した場合、及び前記インストラクションを記載したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として表現した場合でも本発明の装置を適用したものである。また、使用している名称や用語についても限定されるものではなく、他の表現であっても実質的に同一内容、同趣旨であれば、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・撮像装置、２・・・制御盤、３・・・固定金具、４・・・メータ、１０２・・・撮像レンズ、１０３…撮像素子、１０５・・・第１保持部、１０６・・・第２保持部。
【図１】
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【図２】
2020034607.tif 000004
【図３】
2020034607.tif 000005
【図４】
2020034607.tif 000006
【図５】
2020034607.tif 000007
【図６】
2020034607.tif 000008