(57)【要約】【課題】無線通信での画像データの伝送遅延を低減する。【解決手段】無線撮像システム１００は、カメラ１０１と、画像処理装置１０４と、カメラ１０１に接続された無線子機１０２と、画像処理装置１０４に接続され、無線子機１０２と無線でパケット通信を行う無線親機１０３と、を備えている。無線親機１０３及び無線子機１０２は、シリアル通信パケットの無線通信を行うシリアル制御通信モード、トリガパケットの無線通信を行うトリガ通信モード、及び画像パケットの無線通信を行う画像通信モードの３つの通信モードを有する。無線子機１０２は、画像信号を受信した際には、画像データを全てパケット化して送信し終えるまで、シリアル制御通信モード及びトリガ通信モードに優先して、画像通信モードに設定する。無線親機１０３は、全ての画像パケットを受信し終えるまで、シリアル制御通信モード及びトリガ通信モードに優先して、画像通信モードに設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信したシリアル制御信号に基づき撮像条件を設定し、受信したトリガ信号に基づき撮像時のタイミングを制御し、撮像した画像データを画像信号として送信するカメラと、
前記カメラに前記シリアル制御信号及び前記トリガ信号を送信し、前記カメラからの前記画像信号により得られる前記画像データに対して画像処理を行う画像処理装置と、
前記カメラに接続された無線子機と、
前記画像処理装置に接続され、前記無線子機と無線でパケット通信を行う無線親機と、を備え、
前記無線親機は、前記画像処理装置から受信した前記シリアル制御信号をパケット化してシリアル通信パケットを生成し、前記画像処理装置から受信した前記トリガ信号をパケット化してトリガパケットを生成するよう構成され、
前記無線子機は、前記カメラから受信した前記画像信号をパケット化して、前記シリアル通信パケット及び前記トリガパケットよりもパケットサイズの大きい画像パケットを生成するよう構成され、
前記無線親機及び前記無線子機は、前記シリアル通信パケットの無線通信を行うシリアル制御通信モード、前記トリガパケットの無線通信を行うトリガ通信モード、及び前記画像パケットの無線通信を行う画像通信モードの３つの通信モードを有し、
前記無線子機は、前記画像信号を受信した際には、前記画像データを全てパケット化して送信し終えるまで、前記シリアル制御通信モード及び前記トリガ通信モードに優先して、前記画像通信モードに設定し、
前記無線親機は、全ての前記画像パケットを受信し終えるまで、前記シリアル制御通信モード及び前記トリガ通信モードに優先して、前記画像通信モードに設定することを特徴とする無線撮像システム。
【請求項２】
前記無線親機は、前記トリガ信号を受信した際には、前記シリアル制御通信モードに優先して、前記トリガ通信モードに設定し、
前記無線子機は、前記トリガパケットを受信した際には、前記シリアル制御通信モードに優先して、前記トリガ通信モードに設定することを特徴とする請求項１に記載の無線撮像システム。
【請求項３】
前記無線親機は、前記トリガパケットとして、前記トリガ信号の立ち上がりのタイミングのデータを含む第１トリガパケットと、前記トリガ信号の立ち下がりのタイミングのデータを含む第２トリガパケットとを生成し、
前記無線子機は、受信した前記第１トリガパケット及び前記第２トリガパケットに基づき、前記立ち上がりのタイミングと前記立ち下りのタイミングとの時間間隔を保つ前記トリガ信号を復元することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線撮像システム。
【請求項４】
前記無線親機は、前記第１トリガパケットに、前記第１トリガパケットの送信のタイミングから前記トリガ信号の立ち上がりのタイミングを引いた第１時間データを含め、前記第２トリガパケットに、前記第１トリガパケットの送信のタイミングから前記トリガ信号の立ち下がりのタイミングを引いた第２時間データを含め、
前記無線子機は、前記第１トリガパケットを受信したタイミングで前記トリガ信号を立ち上げ、前記第２トリガパケットを受信したときに、前記第１トリガパケットを受信したタイミングに対し、前記第１時間データから前記第２時間データを差し引いた時間分、遅延させたタイミングで、前記トリガ信号を立ち下げるよう、前記トリガ信号を復元することを特徴とする請求項３に記載の無線撮像システム。
【請求項５】
前記無線子機は、前記画像通信モードにて最初に送信する前記画像パケットに先立って、前記画像通信モードに遷移したことを示すフラグパケットを前記無線親機に送信し、
前記無線親機は、該フラグパケットを受信して、前記画像通信モードに設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線撮像システム。
【請求項６】
前記フラグパケットは、前記画像パケットと同じフォーマットで画像データが空のパケットであることを特徴とする請求項５に記載の無線撮像システム。
【請求項７】
前記無線親機は、前記無線子機から最初の前記画像パケットを受信した際に、前記画像通信モードに設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線撮像システム。
【請求項８】
前記カメラは、前記シリアル制御信号に対する応答信号を前記無線子機に送信するよう構成され、
前記無線子機は、前記シリアル制御通信モードにて、前記カメラから受信した前記応答信号をパケット化して応答パケットを生成し、前記応答パケットを前記無線親機に送信することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線撮像システム。
【請求項９】
前記無線子機は、前記画像通信モードのとき、前記画像パケットに、受信した前記応答信号のデータを含めることを特徴とする請求項８に記載の無線撮像システム。
【請求項１０】
前記無線親機は、前記画像通信モードのとき、前記画像パケットを受信したことを示す画像応答信号をパケット化した画像応答パケットを生成して前記無線子機に送信するよう構成され、
前記画像応答パケットに、前記シリアル制御信号又は前記トリガ信号のデータを含めることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線撮像システム。
【請求項１１】
ロボットと、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の無線撮像システムと、
前記無線撮像システムの画像処理装置により画像処理された結果に基づき、前記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備えたロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの撮像による画像データを無線通信する無線撮像システム、及び無線撮像システムを備えたロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用機器の分野においては、ロボットアームの先端等にカメラを設け、カメラで撮像した画像を画像処理装置が処理することにより、乱雑に積まれた部品から一つを選んで把持したり、部品異常を自動的に検出したりする機器の開発が進んでいる。このような機器のカメラには、通常、標準の産業用規格のカメラインターフェースが使われており、例えばカメラリンクが代表的な規格である（非特許文献１参照）。
【０００３】
上記のようなカメラにおいて、カメラインターフェースは、ロボットアーム等に内蔵されたケーブルにより、画像処理装置に接続される。しかしながら、ケーブルをロボットアームに内蔵することで、ケーブルは絶えず屈曲や捻じり等のストレスを受けるため、一定期間でメンテナンスを受ける必要があった。中でも、高速通信を要求される画像通信線は、同軸構造を要求されるため耐久性が低く、産業用機器の稼働率向上を阻む大きな問題の一つであった。
【０００４】
更に、ロボットアーム以外でも、産業用機器には多数の装置が設けられているため、非常に多くの配線が引き回される。それらは、束にして機器内に引き回されているため、万一故障が生じた場合の修復は、機器の分解にまで及ぶ。
【０００５】
また、近年、ロボットセルのような標準生産システムを構築し、ロボットセルを生産する項目に応じて組み換えて、様々な製品の多品種少量生産に対応させる装置が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１では、カメラと画像処理装置とをケーブルで接続しているが、機器内のカメラの配置箇所を変える場合、その配線は、その段取り変えにおいて、配線長を変える必要があった。そのため、ケーブルの交換の手間を考慮して、ケーブルを予め長めに作っておく必要があった。余剰の配線は、装置内においては邪魔であり、産業機器のメンテナンスにおいて、作業効率の低下とスペース効率の低下を招くため、産業機器の製造容易性とメンテナンス性とスペース効率を向上させる面からも省配線化が望まれている。中でも、カメラに用いられる線は、硬くて太く邪魔なため、この点からみても、産業機器において、カメラの無線化のニーズは高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２４０４４３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃａｍｅｒａ  Ｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃａｍｅｒａｓ  ａｎｄ  Ｆｒａｍｅ  Ｇｒａｂｂｅｒｓ，  Ｖｅｒｓｉｏｎ  １．１  （Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、産業用機器においてカメラと画像処理装置との通信を無線化する場合、以下に示す問題がある。
【０００９】
まず、産業用機器では、カメラの撮像による画像は、ロボットアーム等の制御のための目標値の算出等に使われる。そのため、無線通信での画像の伝送遅延は、そのままロボットアーム等の制御の遅延要素になり、ロボットアームの動作精度を低下させる。更に、応答時間の遅れは、そのまま産業用機器全体のタクトの低下をもたらす。
【００１０】
また、カメラ及び画像処理装置の通信を無線化するに際してインターフェース規格を変更すると、産業用機器では、システムが巨大であるため、使用するソフトの規模が大きく、かつ高信頼性が求められるため、ソフトの改変に多大な時間とコストがかかる。
【００１１】
前述したカメラリンク等の産業用インターフェースの規格は、画像通信線路、トリガ通信路、及びシリアル制御通信路からなる複数の全２重通信線路を備えており、これらが、１つのケーブル内に設けられている。このインターフェース規格をそのままにして、単一周波数の無線で通信を行うために、ＴＤＭＡ等の時分割通信で、見かけ上、複数の全２重通信線路にみせる方法が考えられる。
【００１２】
この方法では、画像通信線路、トリガ通信線路、シリアル制御通信線路にある情報を、信号が来た順に所定サイズのパケットにし、時分割で通信する。この場合、画像信号よりも先に別の信号があると、画像データの通信において、順番に送るパケットの周回分の遅延が発生することになる。
【００１３】
また、トリガ通信のリアルタイム精度は非常に厳しい。例えば、露光制御の精度は、数μｓの精度が要求される。これ以上の誤差は、得られる画像の明るさに大きな影響を与える。この精度を、単純なＴＤＭＡで実現しようとすれば、ＴＤＭＡパケットの１つあたりのサイズは、１μｓ程度が最低限の大きさの短パケットになる。しかし、トリガ信号のパケットと同じサイズで画像信号をパケット化すると、画像パケットの無線通信における制御オーバーヘッドが飛躍的に増大するため、無線通信の実効伝送速度は、大幅な低下する。そのため、画素数の大きなカメラの画像通信は、リアルタイムで送れなくなり、伝送に多大な時間がかかるようになるため、画像サイズの小さな低解像度のカメラでなければ使用できなくなるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、無線通信での画像データの伝送遅延を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の無線撮像システムは、受信したシリアル制御信号に基づき撮像条件を設定し、受信したトリガ信号に基づき撮像時のタイミングを制御し、撮像した画像データを画像信号として送信するカメラと、前記カメラに前記シリアル制御信号及び前記トリガ信号を送信し、前記カメラからの前記画像信号により得られる前記画像データに対して画像処理を行う画像処理装置と、前記カメラに接続された無線子機と、前記画像処理装置に接続され、前記無線子機と無線でパケット通信を行う無線親機と、を備え、前記無線親機は、前記画像処理装置から受信した前記シリアル制御信号をパケット化してシリアル通信パケットを生成し、前記画像処理装置から受信した前記トリガ信号をパケット化してトリガパケットを生成するよう構成され、前記無線子機は、前記カメラから受信した前記画像信号をパケット化して、前記シリアル通信パケット及び前記トリガパケットよりもパケットサイズの大きい画像パケットを生成するよう構成され、前記無線親機及び前記無線子機は、前記シリアル通信パケットの無線通信を行うシリアル制御通信モード、前記トリガパケットの無線通信を行うトリガ通信モード、及び前記画像パケットの無線通信を行う画像通信モードの３つの通信モードを有し、前記無線子機は、前記画像信号を受信した際には、前記画像データを全てパケット化して送信し終えるまで、前記シリアル制御通信モード及び前記トリガ通信モードに優先して、前記画像通信モードに設定し、前記無線親機は、全ての前記画像パケットを受信し終えるまで、前記シリアル制御通信モード及び前記トリガ通信モードに優先して、前記画像通信モードに設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無線化による画像データの伝送遅延を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図。
【図２】第１実施形態における無線子機及び無線親機の構成を示すブロック図。
【図３】第１実施形態における無線親機のＭＡＣ層形成部の状態遷移図。
【図４】第１実施形態における無線子機と無線親機との間で無線通信される無線パケットを示す説明図。
【図５】第１実施形態におけるトリガ信号の変遷図。
【図６】第１実施形態における無線子機の状態遷移図。
【図７】第１実施形態におけるカメラリンク信号のタイミングチャート。
【図８】第１実施形態におけるカメラリンク信号のタイミングチャート。
【図９】第２実施形態における無線子機と無線親機との間で無線通信される無線パケットを示す説明図。
【図１０】第２実施形態における無線親機及び無線子機の状態遷移図。
【図１１】第２実施形態におけるカメラリンク信号のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。ロボット装置５００は、ロボット１０６と、無線撮像システム１００と、制御装置であるロボットコントローラ１０５と、を備えている。
【００２０】
無線撮像システム１００は、産業用のカメラ１０１と、画像処理装置１０４と、カメラ１０１に接続された無線子機（カメラ側の無線機）１０２と、画像処理装置１０４に接続された無線親機（画像処理装置側の無線機）１０３とを有する。
【００２１】
カメラ１０１は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子を有するデジタルカメラである。無線子機１０２と無線親機１０３とは、カメラ１０１の撮像によって得られた画像のデータ（画像データ）を画像処理装置１０４に伝送するために、無線でパケット通信を行う。
【００２２】
ロボット１０６とロボットコントローラ１０５とは、制御線１０７で接続されており、ロボットコントローラ１０５と画像処理装置１０４とは、制御線１０８で接続されている。無線子機１０２と無線親機１０３とは無線通信路１０９で無線接続される。つまり、無線子機１０２と無線親機１０３とは、互いに無線通信可能な位置（領域）に配置されている。
【００２３】
カメラ１０１と無線子機１０２とは、カメラリンクインターフェース線（信号線）１１０で接続され、無線親機１０３と画像処理装置１０４とは、カメラリンクインターフェース線（信号線）１１５で接続されている。
【００２４】
カメラ１０１と画像処理装置１０４とは、無線子機１０２及び無線親機１０３を介してカメラリンクインターフェースの規格で通信を行う。画像処理装置１０４の入力線、カメラ１０１の出力線はともにカメラリンクインターフェース線であるため、画像処理装置１０４は、無線を意識することなく、カメラ１０１を制御して所望の画像データを取得することができる。
【００２５】
画像処理装置１０４は、カメラ１０１により撮像された画像データに対して画像処理を行う。ロボットコントローラ１０５は、画像処理装置１０４により画像処理された結果に基づき、ロボット１０６の動作を制御する。
【００２６】
ロボット１０６は、垂直多関節型のロボットであり、複数の関節を有するロボットアーム１２１と、ロボットアーム１２１の先端に取り付けられたエンドエフェクタであるロボットハンド１２２とを有する。ロボットハンド１２２は、ツール１２３を把持可能に構成され、ツール１２３を把持したときに、ツール１２３の駆動装置（不図示）に電力を供給可能に構成されている。ツール１２３には、カメラ１０１が取り付けられている。カメラ１０１は、不図示のバッテリーを有しており、ツール１２３が不図示の載置部材に載置されたときにバッテリーに充電されるよう構成されている。なお、カメラ１０１は、ロボットハンド１２２やロボットアーム１２１に取り付けられていてもよい。
【００２７】
カメラリンクインターフェース線１１０は、複数の通信線、即ち画像通信線１１１、トリガ（トリガ、発光制御等）線１１２、カメラ１０１の動作条件（撮像条件）の設定を行うシリアル制御線としてＲＸ線１１３及びＴＸ線１１４を有している。
【００２８】
カメラリンクインターフェース線１１５は、複数の通信線、即ち画像通信線１１６、トリガ（トリガ、発光制御等）線１１７、カメラ１０１の動作条件（撮像条件）の設定を行うシリアル制御線としてＲＸ線１１８及びＴＸ線１１９を有している。
【００２９】
カメラ１０１は、無線子機１０２からＴＸ線１１４を通じて受信したシリアル制御信号であるシリアル通信のＴＸ信号Ｓｔｘに基づき、撮像条件を設定する。
【００３０】
また、カメラ１０１は、ＴＸ信号Ｓｔｘに対する応答信号であるシリアル通信のＲＸ信号Ｓｒｘを、ＲＸ線１１３を通じて無線子機１０２に送信する。また、カメラ１０１は、無線子機１０２からトリガ線１１２を通じて受信したトリガ信号Ｓｔｒｇに基づき撮像時のタイミング（露光時間や撮像タイミング等）を制御する。また、カメラ１０１は、撮像した画像データを画像信号Ｓｉとして画像通信線１１１を通じて無線子機１０２に送信する。
【００３１】
画像処理装置１０４は、ＴＸ信号Ｓｔｘを、ＴＸ線１１９を通じて無線親機１０３に送信する。また、画像処理装置１０４は、ＲＸ信号Ｓｒｘを、ＲＸ線１１８を通じて無線親機１０３から受信する。また、画像処理装置１０４は、トリガ信号Ｓｔｒｇを、トリガ線１１７を通じて無線親機１０３に送信する。また、画像処理装置１０４は、画像信号Ｓｉを、画像通信線１１６を通じて無線親機１０３から受信し、画像信号Ｓｉにより得られる画像データに対して画像処理を行う。
【００３２】
図２は、本発明の第１実施形態における無線子機１０２及び無線親機１０３の構成を示すブロック図である。
【００３３】
無線親機１０３は、アンテナ２０５と、物理層形成部２０４と、ＭＡＣ層形成部（信号制御部）２０３と、記憶部であるＦＩＦＯメモリ２０１，２０２と、を有している。無線子機１０２は、アンテナ２０６と、物理層形成部２０７と、ＭＡＣ層形成部（信号制御部）２０８と、記憶部であるＦＩＦＯメモリ２１０と、遅延調整部２０９と、を有している。
【００３４】
無線親機１０３から無線子機１０２への無線通信時、ＴＸ線１１９を伝搬するＴＸ信号Ｓｔｘの制御データは、無線親機１０３のＦＩＦＯメモリ２０１に一旦蓄積され、その後、ＭＡＣ層形成部２０３に入力される。また、トリガ信号Ｓｔｒｇが、時間と信号遷移を記録する無線親機１０３のＦＩＦＯメモリ２０２を経由し、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３に入力される。ＭＡＣ層形成部２０３で生成されたＭＡＣ層データは、所定の変調を加える物理層形成部２０４でＲＦ信号に変調されアンテナ２０５から送信される。
【００３５】
アンテナ２０５に対向する無線子機１０２のアンテナ２０６で受信されたＲＦ信号は、物理層形成部２０７で所定のＭＡＣ層データに復調され、ＭＡＣ層形成部２０８により、再度、シリアルのＴＸ信号Ｓｔｘ及びトリガ信号Ｓｔｒｇに変換される。トリガ信号Ｓｔｒｇは、更に遅延調整部２０９により、信号遷移の時間間隔を調整される。
【００３６】
逆に、無線子機１０２から無線親機１０３への無線通信時は、ＲＸ線１１３の応答信号であるＲＸ信号ＳｒｘのデータがＦＩＦＯメモリ２１０に一旦蓄積された後、無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８に入力される。ＭＡＣ層形成部２０８には、この他、カメラ１０１からの画像信号Ｓｉが入力される。ＭＡＣ層形成部２０８で、ＭＡＣ層データに変換された信号は、所定の変調を加える物理層形成部２０７でＲＦ信号に変調され、アンテナ２０６から送信される。
【００３７】
無線親機１０３のアンテナ２０５は、無線子機１０２からのＲＦ信号を受信する。アンテナ２０５により受信されたＲＦ信号は、物理層形成部２０４により、所定のＭＡＣ層データに復調される。更に、ＭＡＣ層形成部２０３により、シリアルのＲＸ信号Ｓｒｘと画像信号Ｓｉとに分離されて、それぞれＲＸ線１１８、画像通信線１１６に出力される。
【００３８】
表１は、カメラリンクインターフェースおける３つの通信信号の性質を示す表である。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
シリアル制御通信は、主にカメラ１０１の動作（撮像条件）の設定を変えるために用いる。通信速度は、トリガ通信及び画像通信と比較して低く、通信のリアルタイム性がトリガ通信及び画像通信と比較して要求されない。
【００４１】
一方、撮像トリガや発光トリガに主に使用されるトリガ通信は、撮像タイミングと露光時間を制御するため、高いリアルタイム性が要求される。中でも、信号遷移の時間間隔が露光時間を制御する場合、その精度は１［μｓ］程度まで必要であり、ばらつきは画像品質に直結する。
【００４２】
画像通信は、ロボット制御に多大な影響を与えない程度であれば、遅延は可能であるが、データ量が大きいため、遅延させるには多大なバッファーメモリを必要とし、装置コストがアップする。画像通信の一つの大きな特徴して、トリガがなければ画像通信は発生せず、トリガタイミングに隷属して画像通信が発生するという特徴がある。
【００４３】
第１実施形態では、カメラインターフェースの各種信号の上記の特有な特徴を利用することで、ロボット装置５００に用いるカメラ１０１と画像処理装置１０４との無線通信における伝送の遅延の問題を解決する。
【００４４】
図３は、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３の状態遷移図である。図４は、無線子機１０２と無線親機１０３との間で無線通信される無線パケットを示す説明図である。図４（ａ）はシリアル通信パケット、図４（ｂ）はシリアル通信ＡＣＫパケット、図４（ｃ）はトリガパケット、図４（ｄ）は画像パケットを示している。
【００４５】
無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、画像処理装置１０４から受信したＴＸ信号Ｓｔｘをパケット化して図４（ａ）に示すシリアル通信パケットを生成する。また、ＭＡＣ層形成部２０３は、画像処理装置１０４から受信したトリガ信号Ｓｔｒｇをパケット化して図４（ｃ）に示すトリガパケットを生成する。
【００４６】
無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、カメラ１０１から受信したＲＸ信号Ｓｒｘをパケット化して、図４（ｂ）に示す応答パケットであるシリアル通信ＡＣＫパケットを生成する。また、ＭＡＣ層形成部２０８は、カメラ１０１から受信した画像信号Ｓｉをパケット化して、図４（ｄ）に示す画像パケットを生成する。画像パケットは、シリアル通信パケット、シリアル通信ＡＣＫパケット及びトリガパケットよりもパケットサイズが大きい。
【００４７】
無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、無線親機１０３から受信したシリアル通信パケットに基づきＴＸ信号Ｓｔｘを復元（再生）して、ＴＸ線１１４を介してカメラ１０１にＴＸ信号Ｓｔｘを送信する。また、無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、無線親機１０３から受信したトリガパケットに基づきトリガ信号Ｓｔｒｇを復元（再生）して、トリガ線１１２を介してトリガ信号Ｓｔｒｇをカメラ１０１に送信する。
【００４８】
また、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、無線子機１０２から受信したシリアル通信ＡＣＫパケットに基づきＲＸ信号Ｓｒｘを復元（再生）して、ＲＸ線１１８を介してＲＸ信号Ｓｒｘを画像処理装置１０４に送信する。また、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、無線子機１０２から受信した画像パケットに基づき画像信号Ｓｉを復元（再生）して、画像通信線１１６を介して画像信号Ｓｉを画像処理装置１０４に送信する。
【００４９】
ＭＡＣ層形成部２０３は、図３に示すように、シリアル通信パケット及びシリアル通信ＡＣＫパケットの無線通信を行うシリアル制御通信モード３０１を有している。また、ＭＡＣ層形成部２０３は、トリガパケットの無線通信を行うトリガ通信モード３０２、画像パケットの無線通信を行う画像通信モード３０３を有している。このように、ＭＡＣ層形成部２０３は、少なくとも３つの通信モードを有している。
【００５０】
ＭＡＣ層形成部２０３に各信号が入ることで、通信モードが遷移する。各通信モードの動作と、通信モードの遷移を、以下に詳細に説明する。
【００５１】
まず、シリアル制御通信モード３０１では、ＭＡＣ層形成部２０３は、通常の待ち受けモードである。この状態で、無線親機１０３にＴＸ信号Ｓｔｘが入ると、ＭＡＣ層形成部２０３は、ＴＸ信号Ｓｔｘをパケット化した、図４（ａ）のような最低限の長さのシリアル通信パケット（短パケット）を形成し、無線子機１０２に送信する。
【００５２】
無線子機１０２は、ＴＸ信号Ｓｔｘが正常に受信したことを返信するＲＸ信号（ＡＣＫ信号）Ｓｒｘをカメラ１０１から受信し、ＲＸ信号Ｓｒｘをパケット化した応答パケットである図４（ｂ）に示すシリアル通信ＡＣＫパケットを送信する。シリアル制御通信モード３０１は、これらのやり取りが終了することで１ループが終了し、次の待ち受けに入る。
【００５３】
ここで、ＭＡＣ層形成部２０３は、前述のパケットの送信中、或いは待ち受けに入った時点で、トリガ信号Ｓｔｒｇ（正確にはトリガ信号Ｓｔｒｇの変位）を受信すると、図４（ｃ）に示すトリガパケットを形成し始める。生成されるトリガパケットは、最低限の長さの短パケットである。
【００５４】
ＭＡＣ層形成部２０３は、シリアル制御通信モード３０１でのパケットの無線通信の終了次第、トリガ通信モード３０２に遷移してトリガパケットを送信する。シリアル制御通信モード３０１では、シリアル信号の通信の１ループと１ループとの間には一定のインターバル期間が設けられており、このインターバル期間に、優先順位の処理を決定する。
【００５５】
ＭＡＣ層形成部２０３は、トリガ通信モード３０２の場合、図４（ｃ）に示すトリガパケットを無線子機１０２に送信し、送信が終了すると、再度、シリアル制御通信モード３０１のインターバル期間に入り、待ち受け状態に推移する。
【００５６】
ＭＡＣ層形成部２０３は、このインターバル期間に、物理層形成部２０４が無線子機１０２から図４（ｄ）に示す画像パケットを受信すると、画像通信モード３０３に移行し、物理層形成部２０４から画像パケットを受信する。画像パケットは、一定の長さ（パケットサイズ）である。ＭＡＣ層形成部２０３は、順次、画像パケットを画像信号Ｓｉに変換して、画像処理装置１０４に送り、画像信号Ｓｉが終了すると、再度、シリアル制御通信モード３０１での待ち受けに戻る。
【００５７】
シリアル制御通信モード３０１の待ち受け時に画像パケットが受信されると、ＴＸ信号Ｓｔｘのデータ、トリガ信号ＳｔｒｇのデータがＦＩＦＯメモリ２０１，２０２に残っていても、画像通信モード３０３に移行し、画像パケットの受信が優先される。
【００５８】
更に、ＦＩＦＯメモリ２０１にＴＸ信号Ｓｔｘのデータが残っていても、トリガ信号ＳｔｒｇのデータがＦＩＦＯメモリ２０２に残っている場合は、トリガ通信モード３０２に移行し、トリガパケットの送信が優先される。
【００５９】
即ち、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、全ての画像パケットを受信し終えるまで、シリアル制御通信モード３０１及びトリガ通信モード３０２に優先して、画像通信モード３０３に設定する。また、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、トリガ信号Ｓｔｒｇを受信した際には、シリアル制御通信モード３０１に優先して、トリガ通信モード３０２に設定する。
【００６０】
無線親機１０３の動作優先順位は、シリアル制御通信モード３０１（送受信）＜トリガ通信モード３０２（送信）＜画像通信モード３０３（受信）の順番である。この優先順位で無線通信制御が行われる。
【００６１】
ＦＩＦＯメモリ２０１，２０２は、前述の画像通信モード３０３でのＭＡＣ層形成部２０３の受信期間中の受信したＴＸ信号Ｓｔｘのデータ，トリガ信号Ｓｔｒｇのデータをバッファーしておくためのメモリである。
【００６２】
ここで、前述したパケットに関して、更に補足説明する。図４（ａ）に示すシリアル通信パケットは、無線親機１０３が無線子機１０２に無線通信で送信するパケットである。シリアル通信パケットには、送信相手の無線子機１０２のＩＤ番号を示す送信先ＩＤと、送信元の無線親機１０３のＩＤ番号を示す送信元ＩＤと、パケットがぶつかった場合やエラーを起こした際の処理を行うための制御信号と、が含まれる。また、シリアル通信パケットは、データ種別を表す種別と、シリアルデータ（固定長）と、パケット全体のエラーチェックを行うためのＣＲＣとが含まれる。
【００６３】
シリアル通信パケットは、優先順位の最も低いパケットであるため、より優先順位の高い信号又はパケットが無線親機１０３に入った場合には、速やかに通信を終結させる必要がるため、短パケットサイズであることが必要である。シリアル通信パケットは、第１実施形態では、最低限のシリアルデータ長である１バイトとした。
【００６４】
送信先ＩＤと送信元ＩＤが含まれるのは、無線撮像システム１００が複数使用された際に、隣接する無線機からの通信が入った場合、無関係の信号であると識別するためである。
【００６５】
ＣＲＣは、パケット全体のエラーチェックを行うためのチェックサムデータである。ＭＡＣ層形成部２０８（２０３）は、受信したパケットに含まれるデータを再計算したサム値と、予めパケットに入っているチェックサム値（チェックサムデータ）と比較することで、データが正しく受信できたか否かを判定する。
【００６６】
送信先ＩＤ、送信元ＩＤ及びＣＲＣは、図４（ａ）から図４（ｄ）のすべてのパケットに共通して含まれる。
【００６７】
図４（ｂ）に示すシリアル通信ＡＣＫパケットは、ＴＸ信号（シリアル制御信号）Ｓｔｘが、送信元である画像処理装置１０４から送信先であるカメラ１０１に正しく到着した場合、それをカメラ１０１から画像処理装置１０４に伝えるパケットである。
【００６８】
画像処理装置１０４は、シリアル通信ＡＣＫパケットを復元した応答信号であるＲＸ信号Ｓｒｘ受け取ると、正しくデータが伝わったとして、次のＴＸ信号Ｓｔｘを送信し、ＭＡＣ層形成部２０３は、次のシリアル通信パケットを送信する。
【００６９】
また、画像処理装置１０４は、ＴＸ信号をパケット化したシリアル通信パケットが正しく伝わらなかった場合、同じＴＸ信号を無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３に送信し、ＭＡＣ層形成部２０３は同じシリアル通信パケットを再送する。
【００７０】
なお、シリアル通信パケットの制御信号には、シリアル通信パケットが最初の送信信号であるか、再送の送信信号であるかを区別するためのデータも含まれている。
【００７１】
図４（ｃ）に示すトリガパケットには、前述した送信先ＩＤ、送信元ＩＤ、制御信号、種別、ＣＲＣが、同じフォーマットとして含まれる。また、トリガパケットのパケットサイズは、より優先順位の高い画像パケットが入った場合に速やかにトリガパケットのパケット通信を終了させるため、必要最低限のパケットサイズで構成されている。
【００７２】
また、トリガパケットには、時間データが含まれている。時間データがトリガパケットに含まれるのは、カメラ１０１が、トリガ信号の立ち上がりと立ち下りの長さで露光時間制御を行う場合、数μｓの時間間隔のずれが、撮像画像に影響を与えるためである。そこで無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、トリガパケットとして、トリガ信号Ｓｔｒｇの立ち上がりのタイミングのデータを含む第１トリガパケットと、トリガ信号Ｓｔｒｇの立ち下がりのタイミングのデータを含む第２トリガパケットとを生成する。
【００７３】
無線子機１０２では、ＭＡＣ層形成部２０８及び遅延調整部２０９により、受信した第１トリガパケット及び第２トリガパケットに基づき、立ち上がりのタイミングと立ち下りのタイミングとの時間間隔を保つトリガ信号Ｓｔｒｇを復元する。
【００７４】
図５は、トリガ信号Ｓｔｒｇの変遷図である。以下、トリガパケットに含まれる時間データに関して、図５を用いて詳細に説明を行う。図５には、３つの信号が描かれている。
【００７５】
入力は、トリガ線１１７を通じて無線親機１０３に入力されたトリガ信号Ｓｔｒｇ（カメラリンク信号）を示している。送／受信は、トリガ信号Ｓｔｒｇをパケット化したトリガパケットが、実際に無線通信されるタイミングを、そのまま信号として表している。再生は、無線子機１０２からカメラ１０１に出力されるトリガ線１１２を通過する、復元されたトリガ信号Ｓｔｒｇを示す。
【００７６】
Ｔ０は、入力のトリガ信号Ｓｔｒｇが立ち上がった時刻（タイミング）、Ｔ１は、入力のトリガ信号Ｓｔｒｇが立ち下がった時刻（タイミング）を示す。Ｔ３は、入力のトリガ信号Ｓｔｒｇの立ち上がりに対応した、前述の第１トリガパケットの送信タイミングを示している。通信データを使用してのトリガ信号Ｓｔｒｇの再生は、非常に高速に行うことができるため、図５では、その時間差は無視して、再生信号の立ち上がり時刻と一致させている。Ｔ４は、入力のトリガ信号Ｓｔｒｇの立ち上がりに対応した、前述の第２トリガパケットの送信タイミングを示している。
【００７７】
前述の表１で、トリガ信号Ｓｔｒｇは、できるだけ時間遅延が少なくする必要があるが、露光時間制御に使われるため、中でもトリガの立ち上がりから立ち下がりの信号遷移の時間間隔は、できるだけ正確に保存される必要がある。これを実現するため、第１実施形態では、第１トリガパケットの第１時間データ及び第２トリガパケットの第２時間データには、以下の値を入れる。
【００７８】
無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、第１トリガパケットに、第１トリガパケットの送信のタイミングＴ３から入力したトリガ信号Ｓｔｒｇの立ち上がりのタイミングＴ０を引いた第１時間データを含める。
【００７９】
また、無線親機１０３のＭＡＣ層形成部２０３は、第１トリガパケットの後に生成する第２トリガパケットに、第１トリガパケットの送信のタイミングＴ３からトリガ信号Ｓｔｒｇの立ち下がりのタイミングＴ１を引いた第２時間データを含める。
【００８０】
即ち、立ち上がりのトリガ信号を示す第１トリガパケットには、（Ｔ３−Ｔ０）の第１時間データを入れ、立ち下がりのトリガ信号を示す第２トリガパケットには、（Ｔ３−Ｔ１）の第２時間データを入れる。なお、第１実施形態では、Ｔ３＜Ｔ１を前提としているが、時間データの構成を工夫すれば、Ｔ１＞Ｔ３の場合にも対応できる。
【００８１】
無線子機１０２は、第１トリガパケットを受信したタイミングＴ３でトリガ信号Ｓｔｒｇを立ち上げる。無線子機１０２は、第２トリガパケットを受信したときに、第１トリガパケットを受信したタイミングＴ３に対し、第１時間データ（Ｔ３−Ｔ０）から第２時間データ（Ｔ３−Ｔ１）を差し引いた時間分、遅延させたタイミングで、トリガ信号を立ち下げる。これにより、タイミングＴ３で立ち上がり、タイミングＴ３＋（Ｔ３−Ｔ０）−（Ｔ３−Ｔ１）で立ち下がるトリガ信号が復元される。
【００８２】
即ち、再生信号であるトリガ信号Ｓｔｒｇの立ち下がり時刻（タイミング）Ｔ５は、図２の遅延調整部２０９により調整され、Ｔ５＝Ｔ３＋（Ｔ３−Ｔ０）−（Ｔ３−Ｔ１）＝Ｔ３＋（Ｔ１−Ｔ０）の時刻に立ち下げられる。これにより、再生（復元）されたトリガ信号Ｓｔｒｇの立ち上がり−立ち下りの時間間隔は維持されつつ、最低限の時間遅延で、トリガ信号Ｓｔｒｇを無線伝送することができる。
【００８３】
図４（ｃ）に示すトリガパケットの制御信号の中には、トリガ信号ＳｔｒｇがＬからＨに代わる信号であるのか、ＨからＬに代わる信号であるかが含まれている。
【００８４】
即ち、第１トリガパケットには、制御信号の中に、トリガ信号ＳｔｒｇがＬからＨに代わることを示す信号が含まれている。第２トリガパケットには、制御信号の中に、トリガ信号ＳｔｒｇがＨからＬに代わることを示す信号が含まれている。この制御信号を通じて、無線子機１０２のトリガ信号Ｓｔｒｇの状態と受信できたトリガパケットの制御信号の情報により、エラーが発生したか否かを知ることができる。
【００８５】
なお、図４（ｃ）に示したトリガパケットには、それに対応したＡＣＫパケットは存在しない。これは、産業用途におけるトリガタイミングは、撮像タイミングを制御しているため、無線通信の失敗で、再送処理を行うようなことをすると、撮像したいタイミングで撮ることに失敗するためである。すなわち、単に、再送して撮り直せばいいわけではなく、再度、ロボット側のロボットコントローラ１０５に問い合わせをしてから、しかるべきタイミングで再撮像する必要があるためである。
【００８６】
図４（ｄ）に示す画像パケットには、前述したシリアル送信先ＩＤ、送信元ＩＤ、制御信号、種別、ＣＲＣが、同じフォーマットとして含まれる。さらに、特徴的な部分として、データ長（データ量）とそのデータ長に対応するデータ部が含まれる。
【００８７】
画像パケットは、ある程度の伝送速度で送るためには、前述した無線通信のオーバーヘッドを抑えるため、データ部は、まとまった画像サイズとし、画像伝送のパケットを少なくする必要がある。しかし、その一方で、無線パケット形成において、データ部が巨大であると大きな遅延要素になる。これは、送信側である無線子機１０２では、画像パケットを生成するまで無線通信を開始できない。同時に、受信側である無線親機１０３でも、１つの画像パケットで受信したとしても、ＣＲＣチェックが終了するまで、元の画像信号に復元することができない。そのため、１パケットが巨大であれば、画像パケットの無線通信時間そのものが、大きな無線通信遅延になる。
【００８８】
第１実施形態では、カメラ１０１のイメージセンサの１ライン分の長さを採用している。これは、伝送する画像は、工業用のカメラ１０１の画像データであり、使うカメラ１０１によってその画像サイズはまちまちであるが、区切りして１ライン長というのは扱いやすい単位であるためである。上記の理由から、第１実施形態では、カメラ１０１から送信される全画像データ量は、前述の１ライン長毎に複数の画像パケットに分割しつつ、無線通信で送信する。
【００８９】
ここで、無線子機１０２が画像パケットを送信する際、画像パケットが継続するか終了するかのフラグは、画像パケット内の制御信号の情報内に含まれている。受信側のＭＡＣ層形成部２０３は、画像パケット内の制御信号の情報を参照することで、画像通信モード３０３から抜けるか継続するかの判断を行う。このようにすることで、画像信号Ｓｉを、低遅延で高速に、無線通信を行うことができる。また、このような画像パケットの構成であれば、無線通信そのものの伝送速度が許容する範囲内で、動画などの無線通信に使用することもできる。
【００９０】
なお、第１実施形態では、図４（ｄ）に示す画像パケットに対応するＡＣＫパケットも持たない。画像品位エラーはＣＲＣエラーチェックのみで対応する。そのため、ロボット１０６のロボットコントローラ１０５側では、トリガ信号Ｓｔｒｇの送出後、一定時間、画像通信が受信できなければ、タイムアウトエラーとしてのみ、エラーの発生を知ることができる。
【００９１】
図６は、無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８の状態遷移図である。無線子機１０２においても、ＭＡＣ層形成部２０８は、シリアル制御通信モード５０１、トリガ通信モード５０２、画像通信モード５０３の３つの通信モードを少なくとも有し、パケット又は信号を入力することで、通信モードが遷移する。
【００９２】
詳述すると、無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、画像信号Ｓｉを受信した際には、画像データを全てパケット化して送信し終えるまで、シリアル制御通信モード５０１及びトリガ通信モード５０２に優先して、画像通信モード５０３に設定する。また、無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、トリガパケットを受信した際には、シリアル制御通信モード５０１に優先して、トリガ通信モード５０２に設定する。
【００９３】
即ち、無線子機１０２の動作優先順位は、シリアル制御通信モード５０１（送受信）＜トリガ通信モード５０２（受信）＜画像通信モード５０３（送信）の順番である。この優先順位で無線通信制御が行われる。
【００９４】
シリアル制御通信モード５０１は、ＭＡＣ層形成部２０８の通常の待ち受けモードである。無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、シリアル制御通信モード５０１では、無線親機１０３からシリアル制御信号であるＴＸ信号Ｓｔｘをパケット化したシリアル通信パケットを、アンテナ２０６及び物理層形成部２０７を介して入力する。そして、ＭＡＣ層形成部２０８は、再生したＴＸ信号Ｓｔｘをカメラ１０１に送信する。無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、ＴＸ信号に対する応答信号であるＲＸ信号Ｓｒｘをカメラ１０１から入力すると、図４（ｂ）に示すシリアル通信ＡＣＫパケットを形成し、物理層形成部２０７及びアンテナ２０６を介して無線親機１０３に送信する。シリアル制御通信モード５０１は、このやり取りの１ループが終了し、次の待ち受けに入る。
【００９５】
無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８は、トリガ通信パケットを受け取るとトリガ通信モード５０２に遷移する。ＭＡＣ層形成部２０８は、前述したように、図４（ｃ）に示すトリガパケット内の時間データの情報を利用して遅延調整部２０９を制御し、トリガ信号Ｓｔｒｇの時間間隔を精確に再現する。トリガ通信モード５０２は、トリガパケットの受信が終了次第、シリアル制御通信モード５０１に遷移する。
【００９６】
シリアル制御通信モード５０１では、状態遷移が行われても一定のインターバル期間は、シリアルデータがＦＩＦＯメモリ２１０に残っていてもシリアル通信を行わない。
【００９７】
ＭＡＣ層形成部２０８は、カメラ１０１からの画像信号Ｓｉを入力すると、例え送信していないシリアル通信データが存在していても、画像通信モード５０３に遷移し、図４（ｄ）に示す画像パケットを形成して、無線親機１０３に発信する。
【００９８】
無線親機１０３のシリアル通信パケット（送受信）、トリガパケット（送信）、画像パケット（受信）の優先順位と、トリガパケットの時間情報の必要性について、更に詳しく説明を行う。
【００９９】
シリアル制御信号であるＴＸ信号Ｓｔｘは、送信の優先順位が最も低いため、トリガ信号Ｓｔｒｇの送信中や画像信号Ｓｉが受信中は、ＦＩＦＯメモリ２０１に記録され、トリガ信号Ｓｔｒｇの送信終了後、画像信号Ｓｉの受信終了後に、送受信される。
【０１００】
しかし、シリアル制御信号の優先順位が低いとしても、シリアル制御通信モード３０１で、シリアル通信ＡＣＫパケットが帰ってくるまでの期間、シリアル制御通信モードの１ループの途中で通信を止めることはできない。即ち、シリアル制御通信モード３０１の１ループの途中で、トリガ信号Ｓｔｒｇが立ち上がったり、画像信号Ｓｉが流れてきたりするような事態が発生したとしても、シリアル制御通信モード３０１の１ループの途中で通信を止めることはできない。よって、シリアル通信ＡＣＫパケットが帰ってくるまでの最低限の期間は、シリアル制御通信モード３０１を優先せざるを得ない。
【０１０１】
トリガ信号Ｓｔｒｇの遅延処理と、トリガパケットの時間データの情報は、この問題に対応するためのものである。仮に、シリアル制御通信モード３０１の１ループの途中で、トリガが立ち上がった場合にも、発生する遅延を最低限にするとともに、トリガ信号Ｓｔｒｇの重要な情報であるトリガ立ち上げ−立ち下げの信号遷移の時間間隔を保存するためのものである。
【０１０２】
無線親機１０３における画像パケットの受信についても、優先順位の低い信号であっても、その通信中に通信モードを変化させることができず、優先順位の高い信号であっても、待ち状態が発生するという同様な問題が発生しうる。しかし、これは、無線子機１０２側の優先順位処理で対応するため、このようなことは発生しない。これを、以下で説明する。
【０１０３】
無線子機１０２で作成される画像パケットは、一定長のパケットを構成するため、ＭＡＣ層形成部２０８の内部に、一定時間長のバッファーメモリを含むことになる。そして、バッファーメモリで、パケットを構成している期間は、ＭＡＣ層形成部２０８からは、無線通信（送信）はできないことになる。
【０１０４】
そのため、無線子機１０２側では、画像信号Ｓｉを検出して画像パケットを形成している期間中に、予め、シリアル制御通信モード５０１の切りのいいところで、無線子機１０２からの新規のシリアルデータの送信を禁止する。これによりインターバル待機期間を維持することができる。
【０１０５】
更に、シリアル制御通信モード５０１のインターバル待機期間中に、無線子機１０２から無線親機１０３に対して、データ量０の画像パケットを送信する。即ち、無線子機１０２は、画像通信モード５０３にて最初に送信する画像パケットに先立って、画像通信モード５０３に遷移したことを示すフラグパケットを無線親機１０３に送信する。無線親機１０３は、フラグパケットを受信して、画像通信モード３０３に設定する。このフラグパケットは、図４（ｄ）に示す画像パケットと同じフォーマットで画像データが空、即ちデータ量が０のパケットである。
【０１０６】
よって、無線親機１０３は、画像パケットと同じフォーマットのデータ量０のフラグパケットを受けて、事前に、各通信モードの区切りのいい期間（インターバル待機期間）で、画像パケットの受信の待ちうけ状態（画像通信モード３０３）に推移する。
【０１０７】
このようにすることで、画像パケットの受信時においては、優先順位の低い信号であっても、その通信中に通信モードを変化させることができず、優先順位の高い信号であっても、待ち状態が発生する問題を防ぐ仕組みが構築できる。
【０１０８】
なお、無線子機１０２が画像パケットの送信に先立って画像データ量が０のフラグパケットを送信する場合について説明したが、フラグパケットを送信せず、画像パケットを送信してもよい。この場合には、無線親機１０３は、無線子機１０２から最初の画像パケットを受信した際に、画像通信モード３０３に設定すればよい。
【０１０９】
ここで、第１実施形態において、短パケット、長パケットとは、画像パケットに対する比較サイズを示している。短パケットのパケットサイズは、長パケットのパケットサイズに対して１／１０以下であれば、前述した優先順位の低い信号であっても、その通信中に通信モードを変化させることができない。また、優先順位の高い信号であっても、待ち状態が発生する問題の発生を効果的に防ぐことができる。
【０１１０】
図７及び図８は、比較例としてカメラリンク信号を有線で通信する場合、及び第１実施形態としてカメラリンク信号を無線で通信する場合のタイミングチャートである。ここで、カメラリンク信号とは、シリアル制御信号であるＴＸ信号Ｓｔｘ、応答信号であるＲＸ信号Ｓｒｘ、トリガ信号Ｓｔｒｇ、及び画像信号Ｓｉのことである。
【０１１１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すカメラリンク信号のタイミングチャートは、トリガ信号が露光時間と撮像タイミングを決める動作モードでのカメラ撮像タイミングの１例を示している。
【０１１２】
図７（ａ）は、比較例として有線通信を行った場合の撮像時のカメラリンク信号の１例を示すタイミングチャートである。比較例では、カメラ１０１と画像処理装置１０４とは、シリアル制御線（ＴＸ線）７０１、シリアル制御線（ＲＸ線）７０２、トリガ線７０３、画像通信線７０４で接続されているものとする。ＴＸ線７０１は、画像処理装置１０４からカメラ１０１に送られるシリアル制御信号であるＴＸ信号の信号列７１０を伝送する伝送線路である。ＲＸ線７０２は、カメラ１０１から画像処理装置１０４に送られる応答信号であるＲＸ信号の信号列７１１を伝送する伝送線路である。トリガ線７０３は、画像処理装置１０４からカメラ１０１に送られるトリガ信号７１２を伝送する伝送線路である。画像通信線７０４は、カメラ１０１から画像処理装置１０４へ画像信号列７１３を伝送する伝送線路である。図７（ａ）には、横軸が時間軸であり、各信号線にどのようなタイミングでカメラリンク信号が流れたかを示す。
【０１１３】
図７（ｂ）は、上記のカメラリンク信号が、第１実施形態の無線撮像システム１００により、どのようなタイミングで信号が流れるかを説明するためのタイミングチャートである。図７（ｂ）には、無線子機１０２側のシリアル制御線（ＴＸ線）１１４、無線親機１０３側のシリアル制御線（ＲＸ線）１１８、無線子機１０２側のトリガ線１１２、無線親機１０３側の画像通信線１１６をそれぞれ伝搬する信号を図示している。また、無線子機１０２と無線親機１０３との間の無線通信路１０９にて通信されるパケットも図示している。
【０１１４】
図７（ｂ）には、無線子機１０２側のシリアル制御線（ＴＸ線）１１４において、図７（ａ）に示す信号列７１０が、どのように変化したかを示す。同じく、図７（ｂ）には、無線親機１０３側のシリアル制御線（ＲＸ線）１１８において、図７（ａ）に示す信号列７１１が、どのように変化したかを示す。同じく、図７（ｂ）には、無線子機１０２側のトリガ線１１２において、図７（ａ）に示すトリガ信号７１２が、どのように変化したかを示す。同じく、図７（ｂ）には、無線親機１０３側の画像通信線１１６において、図７（ａ）に示す画像信号列７１３が、どのように変化したかを示す。
【０１１５】
以下、図７（ｂ）を用いて、各信号のパケットが無線通信路１０９をどのように占有するかを説明しつつ、第１実施形態の通信モードの優先制御について、更に詳細に説明する。
【０１１６】
まず、無線親機１０３及び無線子機１０２ともに、カメラリンク信号として、何ら入力信号が入らない状態では、前述の説明の通り、シリアル制御通信モード３０１，５０１にある。この間は、カメラ１０１側或いは画像処理装置１０４側からのシリアル通信は早いもの順に送られることになる。
【０１１７】
図７（ｂ）において、まず先に入る信号は、無線親機１０３側のＴＸ線１１４に入力されるＴＸ信号の信号列７１０であり、これらは、所定のシリアル通信パケット７１６に変換されて、無線通信路１０９を流れ、無線子機１０２で信号列７１０に再生される。
【０１１８】
シリアル通信パケットは、少なくとも、ＴＸ信号の信号列７１０が１パケット分に相当する通信時間は、形成することができない。しかし、無線通信路１０９が、例えばミリ波などの超高速無線通信路であれば、その後のパケットの無線通信は、ほぼ時間を無視しうる伝送時間で送ることができる。再生側でシリアル制御通信に戻されるまでの時間は、ＴＸ信号の信号列７１０が１パケット分に相当する通信時間とほぼ、同じであり、非常に低遅延でシリアル制御信号を伝送することが可能になる。
【０１１９】
図７（ａ）では、ＴＸ信号の信号列７１０とＲＸ信号の信号列７１１とが通信時間的に重なった状態を記載している。この状態での、第１実施形態における無線通信制御について説明する。
【０１２０】
シリアル制御通信モード３０１，５０１において、ＲＸ信号とＴＸ信号の優先順位は定めていない。その結果、ＲＸ信号とＴＸ信号の通信は早いもの勝ちであり、それぞれの無線親機１０３、無線子機１０２は、無線通信の受信を感知すれば、直に送信を取りやめ、先に受信を感知した方が受信モードに入る。
【０１２１】
なお、まれに、送受信の感知が同時になる場合が存在するが、そのような場合は、互いに、再通信するまでの時間間隔をずらしておき、再通信の際は、同じタイミングにならないように制御される。このように通信した結果、無線通信路１０９においては、シリアル通信パケット（ＴＸ）７１６と、シリアル通信ＡＣＫパケット（ＲＸ）７１７とが、交互に通信される。
【０１２２】
図７（ａ）では、更に、ＲＸ信号の信号列７１１とトリガ信号７１２とが、通信時間的に、重なった状態を記載している。この状態での、第１実施形態における無線通信制御について説明する。
【０１２３】
この状態では、無線親機１０３は、画像処理装置１０４からトリガ信号を受信したら、無線子機１０２からのシリアル通信ＡＣＫパケットの受信後、直ちに、トリガ通信モード３０２に移行し、無線子機１０２にむけてトリガパケットの送信を行う。トリガパケット内の時間情報には、実際のトリガの立ち上がりからトリガパケット送信までの時間的遅延データが時間情報として送信される。
【０１２４】
無線子機１０２側も、トリガパケットを受け取ると、トリガ通信モード５０２に移行し、トリガパケット内の時間情報によって、カメラ１０１へのトリガ信号７１５を復元する。
【０１２５】
図７（ａ）には、トリガ信号７１２が、立ち下がり後、まもなくして画像通信が行われる様子が記載されている。無線子機１０２は、この画像信号列７１３を受けて、画像通信モード５０３に移行する。無線子機１０２は、画像パケットと同じフォーマットでデータ量ゼロのフラグパケットを無線親機１０３に送信した後、画像パケット７１８を無線親機１０３に送信する。
【０１２６】
無線親機１０３も、フラグパケットを受けると画像通信モード５０３に移行し、受信した画像パケット７１８を、順次、画像信号に変換して画像処理装置１０４に送出する。
【０１２７】
なお、画像パケット７１８の制御情報には、画像パケット７１８の最後が記載してある。そのため、画像パケット７１８の最後を無線親機１０３及び無線子機１０２ともに、検知することで、各無線機１０２，１０３は、再び、シリアル制御通信モード５０１，３０１に戻ることになる。
【０１２８】
シリアル制御通信モード５０１に戻った無線子機１０２は、ＦＩＦＯメモリ２１０に残ったシリアル制御線（ＲＸ線）１１３のシリアルのＲＸ信号の信号列７１１の残りを、シリアル通信ＡＣＫパケット７１７として、無線で送信する。
【０１２９】
次に、カメラ１０１が、カメラ自体に露光時間を予め設定することができる機能を有している場合について説明する。図８のカメラリンク信号のタイミングチャートは、トリガ信号の立ち上げのみで、撮像タイミングを決める動作モードでのカメラ撮像タイミングの１例を示している。以下、この場合の動作について、各部の説明を行う。
【０１３０】
図８（ａ）は、比較例として有線通信を行った場合の撮像時のカメラリンク信号の１例を示すタイミングチャートである。比較例では、カメラ１０１と画像処理装置１０４とは、シリアル制御線（ＴＸ線）８０１、シリアル制御線（ＲＸ線）８０２、トリガ線８０３、画像通信線８０４で接続されているものとする。ＴＸ線８０１は、画像処理装置１０４からカメラ１０１に送られるシリアル制御信号であるＴＸ信号の信号列８１０を伝送する伝送線路である。ＲＸ線８０２は、カメラ１０１から画像処理装置１０４に送られる応答信号であるＲＸ信号の信号列８１１を伝送する伝送線路である。トリガ線８０３は、画像処理装置１０４からカメラ１０１に送られるトリガ信号８１２を伝送する伝送線路である。画像通信線８０４は、カメラ１０１から画像処理装置１０４へ画像信号列８１３を伝送する伝送線路である。図８（ａ）には、横軸が時間軸であり、各信号線にどのようなタイミングでカメラリンク信号が流れたかを示す。
【０１３１】
図８（ｂ）は、上記のカメラリンク信号が、第１実施形態の無線撮像システム１００により、どのようなタイミングで信号が流れるかを説明するためのタイミングチャートである。図８（ｂ）には、無線子機１０２側のシリアル制御線（ＴＸ線）１１４、無線親機１０３側のシリアル制御線（ＲＸ線）１１８、無線子機１０２側のトリガ線１１２、無線親機１０３側の画像通信線１１６をそれぞれ伝搬する信号を図示している。また、無線子機１０２と無線親機１０３との間の無線通信路１０９にて通信されるパケットも図示している。
【０１３２】
図８（ａ）は、有線通信を行った場合の撮像時のカメラリンク信号の１タイミングチャートを示している。図７（ａ）に対して、カメラ自体に露光時間を予め設定することができるカメラ１０１で、トリガ信号８１２の立ち上げのみで、撮像タイミングを決める動作モードでの動作タイミングチャートである。そのため、画像通信線８０４に画像信号列８１３が入っている最中に、トリガ信号８１２が立ち下がる。
【０１３３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）のタイミングチャートの各部の動作は、画像通信線に画像データが入っている最中に、トリガ信号が立ち下がる点以外は、図７（ａ）及び図７（ｂ）の動作と同じであるため、説明は省略する。
【０１３４】
シリアル制御通信モード３０１，５０１において、ＲＸ信号とＴＸ信号の優先順位は定めていない。そのため、ＲＸ信号とＴＸ信号の通信は早いもの勝ちであり、無線親機１０３及び無線子機１０２は、無線通信の受信を感知すれば、直に送信を取りやめ、先に受信を感知した方が受信モードに入る。無線通信路１０９において、ＲＸ信号とＴＸ信号とが重なる場合は、シリアル通信パケット（ＴＸ）８１６と、シリアル通信ＡＣＫパケット（ＲＸ）８１７とが、交互に通信される。
【０１３５】
以下、無線通信路１０９に画像パケット８１８がのっている状態で、トリガ信号８１２が立ち下がった時点での無線親機１０３及び無線子機１０２の動作モードの説明を行う。
【０１３６】
この時点では、無線親機１０３及び無線子機１０２ともに画像通信モード３０３，５０３である。したがって、最優先である画像パケット８１８の通信が終了しない限り、画像通信以外の信号はすべて、ＦＩＦＯメモリに記録されるだけで、無線通信路１０９に信号がのることはない。
【０１３７】
ただし、画像通信モード３０３，５０３が終了した段階では、信号種別の優先順位に倣って、信号伝送を順次実行する。
【０１３８】
すなわち、トリガ信号８１２の伝送残しが確認されるため、無線親機１０３はただちにトリガ通信モード３０２に移行し、トリガパケット８１４を送信する。そして、トリガ通信モード３０２を終了後、シリアル制御通信モード３０１に移行し、残るシリアル通信パケット８１７が伝送される。すべての通信が終了した段階で、無線親機１０３及び無線子機１０２は、シリアル制御通信モード３０１，５０１にて待ちうけ状態となり、各部からの信号を待つことになる。
【０１３９】
なお、前述の動作の場合、トリガパケットの立ち下がり時間（Ｔ３−Ｔ１を加えたＴ５）は、画像信号の伝送中の時間に対応するため実現不可能な時間帯になるが、この動作の場合、トリガの立ち上がり期間は、露光時間に対応していないため問題にはならない。そのため、この場合は、できるだけ速やかに、トリガの立ち下げを行い、無線親機１０３と無線子機１０２のトリガ信号８１５のレベル値を一致させる。
【０１４０】
以上、第１実施形態では、無線子機１０２は、カメラ１０１から受信した画像信号Ｓｉをパケット化して、シリアル通信パケット及びトリガパケットよりもパケットサイズの大きい画像パケットを生成するよう構成されている。したがって、画像パケットの無線通信における制御オーバーヘッドを低減することができる。更に、無線子機１０２及び無線親機１０３は、シリアル制御通信モード及びトリガ通信モードに優先して、画像通信モードに設定するので、優先順位のない単純なＴＤＭＡ通信と比較して、無線通信での画像データの伝送遅延を低減することができる。
【０１４１】
また、第１実施形態では、無線子機１０２及び無線親機１０３が、シリアル制御通信モードに優先してトリガ通信モードに設定するので、復元されるトリガ信号のリアルタイム性を維持することができる。特に、トリガ信号の立ち上がりのタイミングと立ち下がりのタイミングとの時間間隔を、通信前後で同一にすることができる。よって、トリガ信号で露光時間を制御する場合には、露光時間が正確となり、画像品質の低下が抑制され、画像処理装置１０４にて適正に画像処理が行われる。
【０１４２】
なお、第１実施形態では、産業用カメラをロボットアームの先端に設けた場合について説明したが、これに限るわけではなく、その他の可動部に備え付けられたカメラの無線化にも利用できる他、配線が複雑な機器において省配線化のために利用できる。
【０１４３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る無線撮像システムを有するロボット装置について説明する。第２実施形態では、画像通信モードでの通信形態をＴＤＭＡ化している。即ち、上記第１実施形態では、シリアル制御通信モード、トリガ通信モード、画像通信モードでそれぞれ通信を行うのは、単一の信号種別のみであったが、第２実施形態では、画像通信モードにおいては、画像パケット単位でのＴＤＭＡ通信を行うのが特徴である。
【０１４４】
なお、第２実施形態におけるロボット装置の構成は、上記第１実施形態のロボット装置５００と同じであり、第２実施形態において、装置構成、及び第１実施形態と同じ動作については説明を省略する。
【０１４５】
図９は、本発明の第２実施形態における無線子機１０２と無線親機１０３との間で無線通信される無線パケットを示す説明図である。
【０１４６】
第２実施形態において、上記第１実施形態と異なるのは、図９（ｄ）に示す画像パケットと図９（ｅ）に示す画像ＡＣＫパケットである。なお、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すシリアル通信パケット、シリアル通信ＡＣＫパケット、トリガパケットは、上記第１実施形態と同様である。
【０１４７】
画像パケットには、上記第１実施形態では存在しなかった無線子機１０２から無線親機１０３への応答信号（シリアル信号）Ｓｒｘのデータが１パケット分付加されている。即ち、無線子機１０２は、画像通信モードのとき、画像パケットに、カメラ１０１から受信した応答信号であるＲＸ信号Ｓｒｘのデータを含めて送信する。
【０１４８】
また、図９（ｅ）に示すように、画像パケットに対する応答を示す画像ＡＣＫパケットがある。即ち、無線親機１０３は、画像通信モードのとき、画像パケットを受信したことを示す画像応答信号をパケット化した画像ＡＣＫパケット（画像応答パケット）を生成して無線子機１０２に送信するよう構成されている。
【０１４９】
画像ＡＣＫパケットには、無線親機１０３から無線子機１０２へのシリアル制御信号（ＴＸ信号）のデータの他、トリガ信号の時間データもそれぞれ１パケット分付加される。そのため、画像通信モードでは、ＴＤＭＡ方式により、時分割で、シリアル制御通信とトリガ制御通信が行えることになる。
【０１５０】
以下、第２実施形態における画像通信モードの動作についてのみ詳細に説明する。画像通信モードへの遷移は、上記第１実施形態と同じように、画像信号が無線子機１０２に入ることがきっかけとなる。
【０１５１】
無線子機１０２のＭＡＣ層形成部２０８に入力された画像信号は、ＭＡＣ層形成部２０８内にあるバッファーメモリを用いて、画像信号１ライン分に相当する画像データを含む画像パケットを生成する。そして、この生成期間中に、現在送受信の行われているシリアル制御通信モードにおける無線通信やトリガ通信について、区切りのいいところで、画像通信以外の動作を禁止する。これにより、無線親機１０３及び無線子機１０２を画像通信モード専用の待ち受け状態にして待機させる。
【０１５２】
なお、図９（ｄ）に示す画像パケットの種別は、単に画像パケットであることを示すのみならず、画像パケットに含まれるデータ種別の種類もあらわすことになる。
【０１５３】
前述したように、図９（ｄ）に示す画像パケットには、無線子機１０２から無線親機１０３に送信できるシリアルデータを入れる領域がある。無線子機１０２のＦＩＦＯメモリ２１０に送るべきシリアル通信データが存在すれば、ＦＩＦＯメモリ２１０よりシリアルデータを１データ取り出してこの領域に埋め込む。もし、シリアルデータが存在しなければ、種別に、シリアルデータが存在しないことを示す種別データを書き込めばよい。結果として、画像パケットの生成時においては、種別に、画像データのみ、画像データ＋シリアルデータを含む２種類の種別データを選択して書き込むことになる。
【０１５４】
第２実施形態では、画像パケットに対する画像ＡＣＫパケットが存在する。そのため、画像通信モードでは、画像パケットに対して画像ＡＣＫパケットの返信が無事通信できた返信信号である。一方、画像ＡＣＫパケットを受けて、無線子機１０２は次の無線パケットを送信するため、無線パケットは、前回受信した無線ＡＣＫ信号が無事受信できたことを示すＡＣＫとしての役割も担っている。また、画像ＡＣＫパケットには、前回に無線子機１０２から無線親機１０３に送信した画像パケットが、無線親機１０３で正常に受信できたことを知らせるパケットである。これと同時に、画像ＡＣＫパケット内には、無線親機１０３から無線子機１０２に対してのシリアル通信データ、トリガ通信データが含まれる。そして、画像ＡＣＫパケットの種別には、ＡＣＫのみ、ＡＣＫ＋シリアルデータ、ＡＣＫ＋トリガデータ、ＡＣＫ＋シリアルデータ＋トリガデータの４種類の種別データが入る。無線子機１０２は、この種別データをもとにして、画像ＡＣＫパケットに含まれるシリアルデータおよびトリガデータを復元して無線子機１０２から所望の信号を出力する。
【０１５５】
図１０は、本発明の第２実施形態における無線親機１０３及び無線子機１０２の状態遷移図である。
【０１５６】
上記第１実施形態の画像通信モードには、画像パケットに対する画像ＡＣＫパケットは存在しない。そのため、画像通信の通信エラーは、ＣＲＣエラーのみとし、ＣＲＣの検知もできないような無線通信エラーは、無線親機に接続されている画像処理装置１０４の信号入力タイムアウトエラーにより行っていた。
【０１５７】
これに対し、第２実施形態では、画像ＡＣＫパケットが存在するため、これを使い無線通信エラーの検知を行うことができる。ただし、第２実施形態では、画像信号を蓄積するバッファーメモリが、ＭＡＣ層を形成するための容量しか存在しない。そのため、エラーを検知すると、図１０に示すように、無線親機１０３及び無線子機１０２は、それぞれシリアル制御通信モード３０１，５０１に移行したうえで、エラー信号を画像処理装置１０４に出力する仕組みとしている。
【０１５８】
図１１は、比較例としてカメラリンク信号を有線で通信する場合、及び第２実施形態としてカメラリンク信号を無線で通信する場合のタイミングチャートである。
【０１５９】
図１１（ａ）は、比較例として有線通信を行った場合の撮像時のカメラリンク信号の１例を示すタイミングチャートである。比較例では、カメラ１０１と画像処理装置１０４とは、シリアル制御線（ＴＸ線）１００１、シリアル制御線（ＲＸ線）１００２、トリガ線１００３、画像通信線１００４で接続されているものとする。ＴＸ線１００１は、画像処理装置１０４からカメラ１０１に送られるシリアル制御信号であるＴＸ信号の信号列１０１０を伝送する伝送線路である。ＲＸ線１００２は、カメラ１０１から画像処理装置１０４に送られる応答信号であるＲＸ信号の信号列１０１１を伝送する伝送線路である。トリガ線１００３は、画像処理装置１０４からカメラ１０１に送られるトリガ信号１０１２を伝送する伝送線路である。画像通信線１００４は、カメラ１０１から画像処理装置１０４へ画像信号列１０１３を伝送する伝送線路である。図１１（ａ）には、横軸が時間軸であり、各信号線にどのようなタイミングでカメラリンク信号が流れたかを示す。
【０１６０】
図１１（ｂ）は、上記のカメラリンク信号が、第２実施形態の無線撮像システムにより、どのようなタイミングで信号が流れるかを説明するためのタイミングチャートである。図１１（ｂ）には、無線子機１０２側のシリアル制御線（ＴＸ線）１１４、無線親機１０３側のシリアル制御線（ＲＸ線）１１８、無線子機１０２側のトリガ線１１２、無線親機１０３側の画像通信線１１６をそれぞれ伝搬する信号を図示している。また、無線子機１０２と無線親機１０３との間の無線通信路１０９にて通信されるパケットも図示している。
【０１６１】
図１１（ｂ）において、まず先に入る信号は、無線親機１０３側のＴＸ線１１４に入力されるＴＸ信号の信号列１０１０であり、これらは、シリアル通信パケット１０１６に変換されて、無線通信路１０９を流れ、無線子機１０２で信号列１０１０に再生される。
【０１６２】
シリアル制御通信モード３０１，５０１において、ＲＸ信号とＴＸ信号の優先順位は定めていない。そのため、ＲＸ信号とＴＸ信号の通信は早いもの勝ちであり、無線親機１０３及び無線子機１０２は、無線通信の受信を感知すれば、直に送信を取りやめ、先に受信を感知した方が受信モードに入る。
【０１６３】
無線通信路１０９において、ＲＸ信号とＴＸ信号とが重なる場合は、シリアル通信パケット（ＴＸ）１０１６と、シリアル通信ＡＣＫパケット（ＲＸ）１０１７とが、交互に通信される。
【０１６４】
また、シリアル制御通信モード３０１，５０１で無線親機１０３がトリガ信号を入力した場合は、無線親機１０３はトリガ通信モード３０２に遷移して、トリガパケット１０１４を送信する。無線子機１０２はトリガパケット１０１４を受信して、トリガ通信モード５０２に遷移する。
【０１６５】
トリガ通信を終えたら、無線子機１０２及び無線親機１０３はシリアル制御通信モード５０１，３０１に遷移して、残りのシリアル通信ＡＣＫパケット１０１７を通信する。
【０１６６】
第２実施形態では、画像通信モードは、トリガ信号とシリアル制御信号を含むＴＤＭＡ通信形態をとっている。そのため、画像パケット１０１８単位でのトリガ信号やシリアル制御信号のやりとりが可能である。図１１（ｂ）に示すように、ＲＸ線１１８，トリガ線１１２には、画像パケット単位で、シリアル制御信号やトリガ信号の遷移が現れている。第２実施形態では、画像パケット１０１８には、シリアル制御信号やトリガ信号のデータが含まれているので、シリアル通信やトリガ通信について、上記第１実施形態よりも、より高速なレスポンスを実現できる。そのため、より違和感のない無線通信を実現できる。
【０１６７】
なお、第２実施形態では、画像通信モードにおいて、画像ＡＣＫパケットの非受信等で検出したエラーについては、再送を行わず、直にエラーとして処理をすると説明したが、これに限定するものではない。無線子機側に画像データを一時記録できるメモリが存在すれば、画像ＡＣＫパケット非受信に対して、再度同じ画像パケットを送信することが可能である。
【０１６８】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【０１６９】
１００…無線撮像システム、１０１…カメラ、１０２…無線子機、１０３…無線親機、１０４…画像処理装置、１０５…ロボットコントローラ（制御装置）、１０６…ロボット、３０１…シリアル制御通信モード、３０２…トリガ通信モード、３０３…画像通信モード、５００…ロボット装置、５０１…シリアル制御通信モード、５０２…トリガ通信モード、５０３…画像通信モード
【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】
2015207968.tif 000009
【図７】
2015207968.tif 000010
【図８】
2015207968.tif 000011
【図９】
2015207968.tif 000012
【図１０】
2015207968.tif 000013
【図１１】
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