(57)【要約】【課題】  撮像素子を用いた新規な傾斜角度検出装置を提供する。【解決手段】  液体収容手段１１には、所定量の液体１５が封入されている。撮像手段１３は、少なくとも液体１５を含む所定範囲Ｅを撮像して、画像データを出力する。演算手段１９は、画像データに基づいて、所定範囲Ｅにおける液体１５の位置を演算して位置データを出力する。記憶手段２１には、位置データＸｎ，Ｙｎに対応する傾斜角度データθｘ，θｙが記憶されている。制御手段２０は、演算手段１９から出力された前記位置データＸｎ，Ｙｎに対応する傾斜角度データθｘ，θｙを記憶手段２１から読出して、傾斜角度データθｘ，θｙを出力する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、前記容器に入れられ周囲光を反射させる光反射性液体と、少なくとも前記光反射性液体を含む撮像範囲を備え前記光反射性液体で反射された前記周囲光を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された前記撮像範囲を表示する表示手段と、を有することを特徴とする視覚センサ。
【請求項２】
所定量の液体が封入された液体収容手段と、少なくとも前記液体を含む所定範囲を撮像して画像データを出力する撮像手段と、前記画像データに基づいて傾斜角度データを出力する制御手段と、を有することを特徴とする傾斜角度検出装置。
【請求項３】
所定量の液体が封入された液体収容手段と、
少なくとも前記液体を含む所定範囲を撮像して画像データを出力する撮像手段と、
前記画像データに基づいて前記所定範囲における前記液体の位置を演算して位置データを出力する演算手段と、
前記位置データに対応する傾斜角度データが記憶された記憶手段と、
前記演算手段から出力された前記位置データに対応する前記傾斜角度データを前記記憶手段から読出して前記傾斜角度データを出力する制御手段と、
を有することを特徴とする傾斜角度検出装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記所定範囲において前記液体が占める領域のＸ軸方向最大値とＸ軸方向最小値の差と、前記領域のＹ軸方向最大値とＹ軸方向最小値の差と、に基づいて、前記位置データを演算することを特徴とする請求項３に記載の傾斜角度検出装置。
【請求項５】
前記記憶手段には、左右方向の傾斜角度である第一角度データと、前後方向の傾斜角度である第二角度データと、からなる前記傾斜角度データが記憶されていることを特徴とする請求項３に記載の傾斜角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広範囲の周囲光を反射させ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像手段によって撮像する視覚センサと、その視覚センサを応用した傾斜角度検出装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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９参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６０４６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１２８０３１号公報
【０００３】
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。
【０００４】
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１６ｅと周囲光Ｌを反射させる反射層８とを有する光学部材１６と、反射層８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９を提案した（図１０参照）。視覚センサ１，９は、車両，ロボット等の物体に水平な状態で固定され、前記物体の周囲を監視するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、視覚センサ１，９は水準器を備えていないため、前記物体に視覚センサ１，９を水平な状態で取付けることが若干困難であるという問題を有していた。本発明は、水平な状態で取付けることが容易である視覚センサを提供すると共に、視覚センサを応用した傾斜角度検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、請求項１に記載したように、容器１６と、前記容器１６に入れられ周囲光Ｌを反射させる光反射性液体１５と、少なくとも前記光反射性液体１５を含む撮像範囲Ｅを備え前記光反射性液体１５で反射された前記周囲光Ｌを撮像する撮像手段１３と、前記撮像手段１３で撮像された前記撮像範囲Ｅを表示する表示手段２４と、を有するものである。
【０００７】
本発明は、請求項２に記載したように、所定量の液体１５が封入された液体収容手段１１と、少なくとも前記液体１５を含む所定範囲Ｅを撮像して画像データを出力する撮像手段１３と、前記画像データに基づいて傾斜角度データθｘ，θｙを出力する制御手段２０と、を有するものである。
【０００８】
本発明は、請求項２に記載したように、所定量の液体１５が封入された液体収容手段１１と、少なくとも前記液体１５を含む所定範囲Ｅを撮像して画像データを出力する撮像手段１３と、前記画像データに基づいて前記所定範囲Ｅにおける前記液体１５の位置を演算して位置データを出力する演算手段１９と、前記位置データＸｎ，Ｙｎに対応する傾斜角度データθｘ，θｙが記憶された記憶手段２１と、前記演算手段１９から出力された前記位置データＸｎ，Ｙｎに対応する前記傾斜角度データθｘ，θｙを前記記憶手段２１から読出して前記傾斜角度データθｘ，θｙを出力する制御手段２０と、を有するものである。
【０００９】
また、本発明は、請求項３に記載したように、前記演算手段１９は、前記所定範囲Ｅにおいて前記液体１５が占める領域ＳのＸ軸方向最大値ＸｍａｘとＸ軸方向最小値Ｘｍｉｎの差と、前記領域ＳのＹ軸方向最大値ＹｍａｘとＹ軸方向最小値Ｙｍｉｎの差と、に基づいて、前記位置データＸｎ，Ｙｎを演算するものである。
【００１０】
また、本発明は、請求項４に記載したように、前記記憶手段２１には、左右方向の傾斜角度である第一角度データθｘと、前後方向の傾斜角度である第二角度データθｙと、からなる前記傾斜角度データが記憶されているものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載した発明によれば、車両，ロボット等の物体に視覚センサを容易に水平な状態で取付けることができる。
また、請求項２乃至請求項５に記載した発明によれば、封入された液体を含む所定範囲を撮像する撮像手段が出力した画像データに基づいて傾斜角度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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乃至図３は第一実施形態を示すものである。従来例と同一または相当する箇所には、同一の符号を付して説明する。
視覚センサ９は、液体収容部材１１と、ケース体１２と、撮像素子１３（撮像手段）と、回路基板１４と、液体１５（光反射性液体）とから構成されている。
【００１３】
液体収容部材１１は、中実な透光性樹脂（例えばポリカーボネート）からなる容器１６と、不透明な樹脂からなる蓋体１７とを有している。容器１６は、略球形状の基部１６ｂと、略円柱形状の支持部１６ｃとからなっている。基部１６ｂは、周囲光Ｌが入射する球面形状の入射面１６ｅを有すると共に、双曲面形状の凹部１６ａが形成されている。容器１６の凹部１６ａには、水銀（Ｈｇ）等の液体１５が注入されている。蓋体１７は、凹部１６ａを塞ぐように基部１６ｂに固着されている。容器１６の入射面１６ｅ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。
【００１４】
容器１６の支持部１６ｃは、液体１５で反射された周囲光Ｌを撮像素子１３に導くものであり、撮像素子１３に対向する底面１６ｄを有している。支持部１６ｃの底面１６ｄ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１６ａの双曲面形状と対になる双曲面形状の焦点である。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に容器１６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。撮像素子１３は、少なくとも液体１５を含む撮像範囲Ｅを撮像する（図２（ｂ）参照）。
【００１５】
周囲光Ｌは、入射面１６ｅから基部１６ｂの内部に入射し、液体１５で反射され、支持部１６ｃによって撮像素子１３に導かれる。双曲面形状の焦点ｆ１に向かう周囲光Ｌは、入射面１６ｅに垂直に入射するため、入射面１６ｅで屈折することがない。液体１５で下方に反射された周囲光Ｌは、焦点ｆ２を通り、底面１６ｄから出て、撮像素子１３によって撮像される。
【００１６】
撮像素子１３は、液体１５で反射された周囲光Ｌを撮像し、制御部２０に画像データを出力する。制御部２０は、撮像素子１３が出力した画像データを入力し、表示器２４（表示手段）に撮像範囲Ｅを表示する。車両，ロボット等の物体１８に視覚センサ９を固定するときには、表示器２４を見ながら、撮像範囲Ｅにおける液体１５が占める領域Ｓが撮像範囲Ｅの中央になるように、視覚センサ９の傾斜角度を調整して、視覚センサ９を水平な状態にすることができる。
【００１７】
図４乃至図８は、第二実施形態を示すものである。第一実施形態と同一または相当する箇所には、同一の符号を付して説明する。傾斜角度センサ１０は、液体収容部材１１（液体収容手段）と、ケース体１２と、撮像素子１３（撮像手段）と、回路基板１４と、液体１５とから構成されている。
【００１８】
液体収容部材１１は、透明な樹脂からなる容器１６と、不透明な樹脂からなる蓋体１７とを有している。容器１６は、液体１５を入れる凹部１６ａを有する略球形状の基部１６ｂと、基部１６ｂから垂下した略円柱形状の支持部１６ｃとを有している。蓋体１７は、凹部１６ａを塞ぐように基部１６ｂに固着されている。
【００１９】
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に容器１６が固着されている。ケース体１２は、ロボット等の被検出物体１８に固定されている。撮像素子１３は、容器１６の底面１６ｄに対向するように配置されており、回路基板１４上に実装されている。撮像素子１３は、少なくとも液体１５を含む所定範囲Ｅを撮像し、後述する演算部に画像データを出力する。
【００２０】
図６は傾斜角度センサ１０の電気的構成を示すものである。１９は演算部（演算手段）であり、この演算部１９は、撮像素子１３が出力した画像データを入力し、所定の画像処理を行って、所定範囲Ｅにおける液体１５が占める領域ＳのＸ軸方向最大値Ｘｍａｘと、前記領域ＳのＸ軸方向最小値Ｘｍｉｎとを検出すると共に、式（１）及び式（２）による演算処理を行って、制御部２０に位置データＸｎ，Ｙｎを出力する。
【００２１】
Ｘｎ＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／２      ・・・式（１）
Ｙｎ＝（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）／２      ・・・式（２）
【００２２】
２１はメモリ部（記憶手段）であり、このメモリ部２１は、左右方向の傾斜角度データθｘ（第一角度データ）が記憶されている第一メモリ２２と、前後方向の傾斜角度データθｙ（第二角度データ）が記憶されている第二メモリ２３とを有している。第一メモリ２２には、各位置データＸｎ（Ｘ１〜Ｘｍ）に夫々対応する傾斜角度データθｘ（θｘ１〜θｘｍ）が記憶されている（図４参照）。第二メモリ２３には、各位置データＹｎ（Ｙ１〜Ｙｍ）に夫々対応する傾斜角度データθｙ（θｙ１〜θｙｍ）が記憶されている。
【００２３】
制御部２０は、演算部１９から出力された位置データＸｎ（Ｘ１〜Ｘｍ），Ｙｎ（Ｙ１〜Ｙｍ）に対応する傾斜角度データθｘ（θｘ１〜θｘｍ），θｙ（θｙ１〜θｙｍ）をメモリ部２１から読出して、被検出物体１８の制御装置に傾斜角度データθｘ（θｘ１〜θｘｍ），θｙ（θｙ１〜θｙｍ）を出力する。制御部２０が出力した角度データθｘ（θｘ１〜θｘｍ），θｙ（θｙ１〜θｙｍ）はロボット等の被検出物体の姿勢制御に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態を示す断面図。
【図２】同上第一実施形態を示す断面図。
【図３】同上第一実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の第二実施形態を示す断面図。
【図５】同上第二実施形態を示す断面図。
【図６】同上第二実施形態を示すブロック図。
【図７】同上第二実施形態を示すメモリ部の説明図。
【図８】同上第二実施形態を示す左右方向と前後方向の角度説明図。
【図９】従来例を示す断面図
【図１０】他の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１１  液体収容部材（液体収容手段）
１３  撮像素子（撮像手段）
１５  液体
１６  容器
１９  演算部（演算手段）
２０  制御部（制御手段）
２１  メモリ部（記憶手段）
２４  表示器（表示手段）
Ｌ  周囲光
Ｅ  所定範囲
Ｓ  領域
Ｘｎ  位置データ
Ｙｎ  位置データ
θｘ  第一角度データ（傾斜角度データ）
θｙ  第二角度データ（傾斜角度データ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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