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JP5597783B1 - Imaging device - Google Patents

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JP5597783B1 JP2014077128A JP2014077128A JP5597783B1 JP 5597783 B1 JP5597783 B1 JP 5597783B1 JP 2014077128 A JP2014077128 A JP 2014077128A JP 2014077128 A JP2014077128 A JP 2014077128A JP 5597783 B1 JP5597783 B1 JP 5597783B1
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Abstract

【課題】低感度の撮像素子、暗いレンズ、少光量のエレクトロニックフラッシュあるいはエレクトロニックフラッシュなしでも十分に高解像度にて移動体の撮影が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】ベルトコンベア102上の物品104の移動速度に追従すべく、物品104の移動方向の逆方向に、アクチュエータ109上の撮像素子112を圧電素子113にて駆動する。撮像素子112上に結像される物品104のイメージのブレを物理的に除去することで、低感度の撮像素子112や、F値の大きい光学系110等の撮像部品を用いて、高解像度の静止画像を得ることができる。
【選択図】図1
An image pickup apparatus capable of shooting a moving body with sufficiently high resolution without a low-sensitivity image sensor, a dark lens, a low light amount electronic flash or an electronic flash is provided.
An image sensor 112 on an actuator 109 is driven by a piezoelectric element 113 in the direction opposite to the moving direction of the article 104 in order to follow the moving speed of the article 104 on the belt conveyor 102. By physically removing the blurring of the image of the article 104 imaged on the image sensor 112, it is possible to use a low-sensitivity image sensor 112 or an imaging component such as the optical system 110 having a large F value to achieve high resolution. A still image can be obtained.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、撮像装置に関する。より詳細には、ベルトコンベア等の移動手段によって移動する対象物の静止画を撮影する撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus. More specifically, the present invention relates to an imaging device that captures a still image of an object that is moved by moving means such as a belt conveyor.

撮像素子の高性能化と画像処理技術の進歩により、画像認識機能を備える産業用途の撮像装置が普及している。撮像装置は、ベルトコンベアやロボットアーム等によって移動する物品を撮影する。撮像装置に接続される情報処理装置は、撮像装置が出力する静止画像データを処理することで、物品の良否等を判定する。そして、物品の処理設備は、その判定結果に応じて所定の処理を行う。こうすることで、撮像装置は生産設備の歩留まりを向上させる等の効果を奏する。   Due to the high performance of image pickup devices and the advancement of image processing technology, industrial use image pickup devices having an image recognition function have become widespread. The imaging device photographs an article that is moved by a belt conveyor, a robot arm, or the like. The information processing apparatus connected to the imaging apparatus processes the still image data output from the imaging apparatus, thereby determining the quality of the article. Then, the article processing facility performs a predetermined process according to the determination result. By doing so, the imaging apparatus has effects such as improving the yield of production facilities.

特開2012−161029号公報JP 2012-161029 A

撮影のためにベルトコンベアを一時停止する処理を加えると、歩留まりに大きく影響するので、産業用途の撮像装置は、基本的にはベルトコンベアを止めることなく、ベルトコンベアによって移動する物品を撮影する。当然、ベルトコンベアの移送速度が速いと、撮影画像にブレが生じる。このため、従来の撮像装置は、高感度の撮像素子と、F値が小さい(明るい)レンズと、大光量のエレクトロニックフラッシュ(ストロボ)を用いている。それ故、産業用途の撮像装置は高価である。   When processing for temporarily stopping the belt conveyor for photographing is added, the yield is greatly affected. Therefore, an industrial imaging apparatus basically photographs an article moving on the belt conveyor without stopping the belt conveyor. Naturally, when the transfer speed of the belt conveyor is high, the photographed image is blurred. For this reason, the conventional imaging device uses a high-sensitivity imaging device, a small (bright) lens with a small F value, and a high-intensity electronic flash (strobe). Therefore, an imaging device for industrial use is expensive.

静止画像のブレを減少させる技術としては、例えば特許文献1に開示されるような、画像処理ソフトウェアによる手ブレ補正技術が周知である。しかし、この画像補正技術を実施するプログラムの処理は複雑であるので、実装は容易ではない。   As a technique for reducing the blurring of a still image, for example, a camera shake correction technique using image processing software as disclosed in Patent Document 1 is well known. However, since the processing of a program that implements this image correction technique is complicated, implementation is not easy.

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、簡素なソフトウェア及びハードウェアを用いて、低感度の撮像素子、暗いレンズ、少光量のエレクトロニックフラッシュあるいはエレクトロニックフラッシュなしでも十分に高解像度にて移動体の撮影が可能な撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and uses simple software and hardware to move at a sufficiently high resolution even without a low-sensitivity image sensor, a dark lens, a low-light electronic flash, or an electronic flash. An object of the present invention is to provide an imaging device capable of photographing a body.

上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、所定の方向に移動する物品を撮影する撮像素子と、撮像素子が設けられるアクチュエータと、撮像素子が出力する信号から画像情報を生成する信号処理装置と、撮像素子と物品との間に介在して撮像素子に物品のイメージを結像する光学系とを具備する。更に、アクチュエータに設けられ、撮像素子を物品の移動方向と逆方向に駆動する圧電素子と、信号処理装置と圧電素子に接続され、信号処理装置から得られる画像情報に基づいて、撮像素子に結像される物品のイメージの移動速度を算出することで、撮像素子が物品のイメージの移動に追従するように、圧電素子に印加する電圧をPWM制御にて制御することにより、アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御装置とを具備する。 In order to solve the above-described problem, an imaging device according to the present invention includes an imaging element that captures an article moving in a predetermined direction, an actuator provided with the imaging element, and a signal that generates image information from a signal output from the imaging element. A processing apparatus and an optical system that forms an image of an article on the imaging element interposed between the imaging element and the article. Furthermore, the actuator is provided with a piezoelectric element that drives the imaging element in the direction opposite to the moving direction of the article, and is connected to the signal processing apparatus and the piezoelectric element, and is connected to the imaging element based on image information obtained from the signal processing apparatus. By calculating the moving speed of the image of the article to be imaged, the actuator is driven and controlled by controlling the voltage applied to the piezoelectric element by PWM control so that the imaging element follows the movement of the image of the article. An actuator control device.

本発明により、低感度の撮像素子、暗いレンズ、少光量のエレクトロニックフラッシュあるいはエレクトロニックフラッシュなしでも十分に高解像度にて移動体の撮影が可能な撮像装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide an image pickup apparatus capable of shooting a moving body with sufficiently high resolution without using a low-sensitivity image pickup element, a dark lens, a low light quantity electronic flash, or an electronic flash.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本実施形態に係る撮像装置を含む、産業ラインの概略図である。It is the schematic of an industrial line containing the imaging device which concerns on this embodiment. カメラモジュールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a camera module. アクチュエータの正面図である。It is a front view of an actuator. アクチュエータ制御装置のハードウェア構成を示すブロック図と、信号処理装置とアクチュエータ制御装置の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of an actuator control apparatus, and a block diagram which shows the function of a signal processing apparatus and an actuator control apparatus. 駆動制御部のブロック図である。It is a block diagram of a drive control part. PWM制御パルスの一例を示すタイムチャートと、リセットパルスの一例を示すタイムチャートと、圧電素子の駆動電圧の一例を示す波形図である。It is a time chart which shows an example of a PWM control pulse, a time chart which shows an example of a reset pulse, and a wave form diagram which shows an example of a drive voltage of a piezoelectric element.

図1は、本実施形態に係る撮像装置を含む、産業ライン101の概略図である。
ベルトコンベア102はモータ103によって一定速度で駆動されている。ベルトコンベア102には所定の物品104が置かれている。この物品104は、製造途中であったり、製造後の検査の途中のものである。
ベルトコンベア102の近傍には、物品104を撮影するための撮像装置105が設置されている。撮像装置105は、カメラモジュール106と、信号処理装置107と、アクチュエータ制御装置108よりなる。
FIG. 1 is a schematic diagram of an industrial line 101 including an imaging apparatus according to the present embodiment.
The belt conveyor 102 is driven by a motor 103 at a constant speed. A predetermined article 104 is placed on the belt conveyor 102. This article 104 is in the middle of manufacturing or in the middle of inspection after manufacturing.
In the vicinity of the belt conveyor 102, an imaging device 105 for photographing the article 104 is installed. The imaging device 105 includes a camera module 106, a signal processing device 107, and an actuator control device 108.

カメラモジュール106は、ベルトコンベア102の近傍に固定されている図示しない土台に設けられて、固定されている。カメラモジュール106は、アクチュエータ109と、複数のレンズを含む光学系110と、アクチュエータ109に固定されたセンサ基板111を有する。センサ基板111には撮像素子112が設けられている。光学系110は撮像素子112にベルトコンベア102上の物品104のイメージを結像させる。その際、周知のようにイメージは上下左右が反転される。アクチュエータ109には圧電素子113が設けられており、圧電素子113に所定の電圧を印加することで、アクチュエータ109はセンサ基板111上の撮像素子112を駆動させる。駆動方向は、撮像素子112に結像されるイメージの移動方向である、ベルトコンベア102上の物品104の移動方向(矢印V114)の逆(矢印V115)である。   The camera module 106 is provided and fixed on a base (not shown) fixed in the vicinity of the belt conveyor 102. The camera module 106 includes an actuator 109, an optical system 110 including a plurality of lenses, and a sensor substrate 111 fixed to the actuator 109. An image sensor 112 is provided on the sensor substrate 111. The optical system 110 causes the image sensor 112 to form an image of the article 104 on the belt conveyor 102. At this time, as is well known, the image is inverted vertically and horizontally. The actuator 109 is provided with a piezoelectric element 113, and the actuator 109 drives the imaging element 112 on the sensor substrate 111 by applying a predetermined voltage to the piezoelectric element 113. The driving direction is the moving direction of the image formed on the image sensor 112, which is the reverse of the moving direction (arrow V114) of the article 104 on the belt conveyor 102 (arrow V115).

撮像素子112には、信号処理装置107が接続されている。信号処理装置107は撮像素子112の出力信号を受けて、静止画データを生成する。信号処理装置107が生成する静止画データは、画像認識装置等の、所定の静止画像情報処理装置116へ出力される。また、静止画データはアクチュエータ制御装置108にも供給される。   A signal processing device 107 is connected to the image sensor 112. The signal processing device 107 receives the output signal of the image sensor 112 and generates still image data. Still image data generated by the signal processing device 107 is output to a predetermined still image information processing device 116 such as an image recognition device. Still image data is also supplied to the actuator controller 108.

アクチュエータ制御装置108は、外部トリガ入力端子118から、ベルトコンベア102の制御装置等から生成される外部のトリガ信号を受けて、圧電素子113に電圧を印加して、圧電素子113を通じてアクチュエータ109上の撮像素子112を所定の速度にて駆動制御する装置である。すなわち、ベルトコンベア102によって移動する物品104の移動速度に応じて、撮像素子112を微小駆動させることで、撮像素子112に投影される物品104の映像を固定化し、ブレを防ぐ。また必要に応じて、外部トリガ入力端子118から得られる外部のトリガ信号によってストロボを光らせる。本実施形態では、一例として白色LEDを用いたLEDストロボ117を発光制御する。なお、ベルトコンベア102の移動速度や撮像素子112が設置されている環境の明るさによっては、必ずしもストロボは必要ではない。外部のトリガ信号は静止画像の撮影タイミング信号とほぼ同じであり、静止画像情報処理装置116にも供給される。   The actuator control device 108 receives an external trigger signal generated from the control device or the like of the belt conveyor 102 from the external trigger input terminal 118, applies a voltage to the piezoelectric element 113, and passes on the actuator 109 through the piezoelectric element 113. It is a device that drives and controls the image sensor 112 at a predetermined speed. In other words, the image of the article 104 projected on the image sensor 112 is fixed by moving the image sensor 112 minutely according to the moving speed of the article 104 moving on the belt conveyor 102, thereby preventing blurring. If necessary, the strobe is illuminated by an external trigger signal obtained from the external trigger input terminal 118. In this embodiment, light emission control is performed on an LED strobe 117 using a white LED as an example. The strobe is not necessarily required depending on the moving speed of the belt conveyor 102 and the brightness of the environment where the image sensor 112 is installed. The external trigger signal is substantially the same as the still image shooting timing signal, and is also supplied to the still image information processing apparatus 116.

圧電素子113は、駆動するためには高電圧をかける必要がある。その一方で、圧電素子113は電圧に比例して変位し、この変位に伴って圧電素子113には大きな力が生じる。このため圧電素子113は、撮像素子112を迅速に、かつ微小に移動させるために最適な駆動手段である。   In order to drive the piezoelectric element 113, it is necessary to apply a high voltage. On the other hand, the piezoelectric element 113 is displaced in proportion to the voltage, and a large force is generated in the piezoelectric element 113 with this displacement. For this reason, the piezoelectric element 113 is an optimal driving unit for moving the image sensor 112 quickly and minutely.

図2は、カメラモジュール106の分解斜視図である。
図3は、アクチュエータ109の正面図である。
光学系110はフロントパネル201を通じて、アクチュエータ109の周縁の固定部分109aに固定される。センサ基板111は、アクチュエータ109の中心にある可動部分109bに固定される。可動部分109bと固定部分109aの間には圧電素子113が挿入されており、この圧電素子113に電圧を印加すると、圧電素子113が膨張する。そして、圧電素子113の力によって可動部分109bが動く。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the camera module 106.
FIG. 3 is a front view of the actuator 109.
The optical system 110 is fixed to the fixed portion 109 a at the periphery of the actuator 109 through the front panel 201. The sensor substrate 111 is fixed to the movable part 109 b at the center of the actuator 109. A piezoelectric element 113 is inserted between the movable portion 109b and the fixed portion 109a. When a voltage is applied to the piezoelectric element 113, the piezoelectric element 113 expands. Then, the movable portion 109b moves by the force of the piezoelectric element 113.

図4Aは、アクチュエータ制御装置108のハードウェア構成を示すブロック図である。
図4Bは、信号処理装置107とアクチュエータ制御装置108の機能を示すブロック図である。
図4Aに示すように、アクチュエータ制御装置108は周知のマイコンよりなる。CPU301、ROM302及びRAM303が、バス304に接続されている。バス304には更に、画像インターフェース305(図4A中「画像I/F」と表記)と、第一インターフェース306(図4A中「第一I/F」と表記)と、第二インターフェース307(図4A中「第二I/F」と表記)が接続されている。
画像インターフェース305は、信号処理装置107から静止画像データを受け入れる。
第一インターフェース306は、外部のトリガ信号が入力されるシリアルインターフェースである。
第二インターフェース307は、スイッチ回路308を制御するシリアルインターフェースである。スイッチ回路308は、後述するMOSFETを含む回路であり、スイッチング電源309が出力する高電圧を基に、PWM制御にて任意の電圧を圧電素子113へ出力する。
FIG. 4A is a block diagram illustrating a hardware configuration of the actuator control device 108.
FIG. 4B is a block diagram illustrating functions of the signal processing device 107 and the actuator control device 108.
As shown in FIG. 4A, the actuator control device 108 includes a known microcomputer. A CPU 301, ROM 302, and RAM 303 are connected to the bus 304. The bus 304 further includes an image interface 305 (denoted as “image I / F” in FIG. 4A), a first interface 306 (denoted as “first I / F” in FIG. 4A), and a second interface 307 (illustrated in FIG. 4A). 4A, indicated as “second I / F”).
The image interface 305 receives still image data from the signal processing device 107.
The first interface 306 is a serial interface to which an external trigger signal is input.
The second interface 307 is a serial interface that controls the switch circuit 308. The switch circuit 308 is a circuit including a MOSFET described later, and outputs an arbitrary voltage to the piezoelectric element 113 by PWM control based on the high voltage output from the switching power supply 309.

図4Bのブロック図を参照して、信号処理装置107とアクチュエータ制御装置108の機能を説明する。
信号処理装置107は、ドライバ311と、A/D変換器312(図4B中「A/D」と表記)よりなる。
ドライバ311は撮像素子112の信号を増幅する。A/D変換器312は撮像素子112のアナログ信号をデジタルデータに変換する。
信号処理装置107は撮像素子112の出力信号を受けて、静止画データを生成する。信号処理装置107が生成する静止画データは、画像認識装置等の、所定の静止画像情報処理装置116へ出力される。
With reference to the block diagram of FIG. 4B, functions of the signal processing device 107 and the actuator control device 108 will be described.
The signal processing device 107 includes a driver 311 and an A / D converter 312 (denoted as “A / D” in FIG. 4B).
The driver 311 amplifies the signal from the image sensor 112. The A / D converter 312 converts the analog signal of the image sensor 112 into digital data.
The signal processing device 107 receives the output signal of the image sensor 112 and generates still image data. Still image data generated by the signal processing device 107 is output to a predetermined still image information processing device 116 such as an image recognition device.

周知のマイコンを有するアクチュエータ制御装置108は、物品速度算出部313、駆動制御部314、スイッチング電源309、そして平滑コンデンサC315よりなる。
物品速度算出部313は、信号処理装置107から連続的に出力される静止画像データに基づき、撮像素子112に映るベルトコンベア102上の物品104のイメージの速度を算出し、イメージの速度情報を出力する。
駆動制御部314は、外部のトリガ信号と物品104のイメージの速度情報に基づき、スイッチング電源309が生成する高電圧をPWM制御にて電圧制御して、圧電素子113を駆動する電圧を出力する。駆動制御部314が出力する電圧は平滑コンデンサC315によって平滑されて、圧電素子113に印加される。
The actuator control apparatus 108 having a known microcomputer includes an article speed calculation unit 313, a drive control unit 314, a switching power supply 309, and a smoothing capacitor C315.
The article speed calculation unit 313 calculates the speed of the image of the article 104 on the belt conveyor 102 reflected on the image sensor 112 based on the still image data continuously output from the signal processing device 107, and outputs the speed information of the image. To do.
The drive control unit 314 controls the high voltage generated by the switching power supply 309 by PWM control based on the external trigger signal and the image speed information of the article 104, and outputs a voltage for driving the piezoelectric element 113. The voltage output from the drive control unit 314 is smoothed by the smoothing capacitor C315 and applied to the piezoelectric element 113.

なお、物品速度算出部313は、物品104の移動速度ではなく、撮像素子112に映った物品104のイメージの移動速度を算出する。例えば、連続する複数のフレームに映る物品104のイメージを撮像素子112から取得して、撮像素子112のピクセル単位におけるイメージのずれ量とフレーム間時間から、イメージの移動速度を算出する。そしてアクチュエータ制御装置108は、撮像素子112がそのイメージの移動速度に追従するように、圧電素子113を駆動する。   Note that the article speed calculation unit 313 calculates the moving speed of the image of the article 104 shown on the image sensor 112, not the moving speed of the article 104. For example, an image of the article 104 shown in a plurality of consecutive frames is acquired from the image sensor 112, and the moving speed of the image is calculated from the image shift amount and the interframe time in the pixel unit of the image sensor 112. The actuator control device 108 drives the piezoelectric element 113 so that the image sensor 112 follows the moving speed of the image.

本実施形態の撮像装置105は、物品104が一定速度にて駆動されることを想定している。このため、アクチュエータ制御装置108は、圧電素子113を、イメージの移動に合わせて一定速度にて駆動する。   The imaging apparatus 105 of the present embodiment assumes that the article 104 is driven at a constant speed. For this reason, the actuator control device 108 drives the piezoelectric element 113 at a constant speed in accordance with the movement of the image.

図5は、駆動制御部314のブロック図である。
PWM制御部501は、トリガパルスと物品104の速度情報を受けて、PWM制御パルスとリセットパルスを出力する。
PWM制御パルスは、Pチャネル型MOSFET502(以下「PMOSFET」と略)のゲートに印加される。ソースがスイッチング電源309に接続されるPMOSFET502は、スイッチング電源309に対するハイサイドスイッチとして機能する。
リセットパルスは、Nチャネル型MOSFET503(以下「NMOSFET」と略)のゲートに印加される。NMOSFET503のドレインは、電流制限抵抗R504に接続されている。電流制限抵抗R504の他方の端子は、PMOSFET502のドレインに接続されている。NMOSFET503は、平滑コンデンサC315及び圧電素子113に対するローサイドスイッチとして機能する。
なお、駆動制御部314におけるNMOSFET503及びPMOSFET502は一般的な使用例であるが、必ずしもこれに限られない。例えば、NMOSFETにスイッチング電源309が出力する電圧より高いゲート電圧を印加することで、スイッチング電源309のオン・オフを制御させてもよい。
FIG. 5 is a block diagram of the drive control unit 314.
The PWM control unit 501 receives the trigger pulse and the speed information of the article 104 and outputs a PWM control pulse and a reset pulse.
The PWM control pulse is applied to the gate of a P-channel MOSFET 502 (hereinafter abbreviated as “PMOSFET”). The PMOSFET 502 whose source is connected to the switching power supply 309 functions as a high-side switch for the switching power supply 309.
The reset pulse is applied to the gate of an N-channel MOSFET 503 (hereinafter abbreviated as “NMOSFET”). The drain of the NMOSFET 503 is connected to the current limiting resistor R504. The other terminal of the current limiting resistor R504 is connected to the drain of the PMOSFET 502. The NMOSFET 503 functions as a low-side switch for the smoothing capacitor C315 and the piezoelectric element 113.
The NMOSFET 503 and the PMOSFET 502 in the drive control unit 314 are general usage examples, but are not necessarily limited thereto. For example, on / off of the switching power supply 309 may be controlled by applying a gate voltage higher than the voltage output from the switching power supply 309 to the NMOSFET.

図4Aに示した、アクチュエータ制御装置108のハードウェア構成を示すブロック図のうち、スイッチ回路308とスイッチング電源309を除く、CPU301、ROM302、RAM303、バス304、画像インターフェース305、第一インターフェース306及び第二インターフェース307は、図4Bの物品速度算出部313と図5のPWM制御部501を構成する。すなわち、物品速度算出部313とPWM制御部501は、マイコンが実行するプログラムによって実現される機能である。
図4Aのスイッチ回路308は、図5のPMOSFET502、NMOSFET503及び電流制限抵抗R504に対応する。
In the block diagram showing the hardware configuration of the actuator control device 108 shown in FIG. 4A, the CPU 301, the ROM 302, the RAM 303, the bus 304, the image interface 305, the first interface 306, and the first interface 306 are excluded, except for the switch circuit 308 and the switching power supply 309. The second interface 307 constitutes the article speed calculation unit 313 in FIG. 4B and the PWM control unit 501 in FIG. That is, the article speed calculation unit 313 and the PWM control unit 501 are functions realized by a program executed by a microcomputer.
The switch circuit 308 in FIG. 4A corresponds to the PMOSFET 502, the NMOSFET 503, and the current limiting resistor R504 in FIG.

図6Aは、PWM制御パルスの一例を示すタイムチャートである。
図6Bは、リセットパルスの一例を示すタイムチャートである。
図6Cは、圧電素子113の駆動電圧の一例を示す波形図である。
図6Aに示すように、PWM制御部501は、時点t0から、最初はデューティ比を小さくしたPWM制御パルスを出力し、徐々にデューティ比を大きくする。すると、図6Cに示すように、平滑コンデンサC315によって平滑された電圧は三角形状の、リニアに電圧が上昇する波形になる。
そして、時点t1にて、図6Aに示すようにPWM制御パルスの出力を停止すると共に、図6Bに示すようにリセットパルスを出力する。すると、平滑コンデンサC315と圧電素子113に蓄積されていた電荷が、電流制限抵抗R504とNMOSFET503を通じて接地ノードへ放電される。
FIG. 6A is a time chart illustrating an example of a PWM control pulse.
FIG. 6B is a time chart illustrating an example of a reset pulse.
FIG. 6C is a waveform diagram illustrating an example of the drive voltage of the piezoelectric element 113.
As shown in FIG. 6A, the PWM control unit 501 first outputs a PWM control pulse with a reduced duty ratio from time t0, and gradually increases the duty ratio. Then, as shown in FIG. 6C, the voltage smoothed by the smoothing capacitor C315 has a triangular waveform in which the voltage rises linearly.
At time t1, the output of the PWM control pulse is stopped as shown in FIG. 6A, and the reset pulse is output as shown in FIG. 6B. Then, the electric charge accumulated in the smoothing capacitor C315 and the piezoelectric element 113 is discharged to the ground node through the current limiting resistor R504 and the NMOSFET 503.

PWM制御部501は、時点t0から時点t1に至るまでの時間を、物品104の速度情報に基づいて制御することで、撮像素子112を、物品104のイメージに追従させる。撮像素子112が物品104を撮影するに必要な露出時間は、例えば一般的な電子スチルカメラの標準的なシャッタータイムである60分の1秒である。このため、撮像素子112を物品104のイメージに追従させるために必要な移動距離は、例えば数〜百数十μm程度の極小な距離で済む。   The PWM control unit 501 controls the time from the time point t0 to the time point t1 based on the speed information of the article 104, thereby causing the image sensor 112 to follow the image of the article 104. The exposure time required for the image sensor 112 to photograph the article 104 is, for example, 1/60 second that is a standard shutter time of a general electronic still camera. For this reason, the moving distance necessary for causing the image sensor 112 to follow the image of the article 104 may be a minimum distance of, for example, about several to several hundreds of micrometers.

一例として、圧電素子113には、最大140V程度の電圧を印加して、撮像素子112を最大150μm程度まで駆動させる。ベルトコンベア102上の物品104の移動速度に同期して撮像素子112を駆動させることで、撮像素子112の露出時間(又は露光時間)を増やすことができる。
例えば、一般的な電子スチルカメラの標準的なシャッタータイムである60分の1秒や30分の1秒でブレのない撮影ができれば、撮像装置105のISO感度を100或は200程度に設定できる。つまり、民生向けの低価格な撮像素子や光学系を採用できる。また、撮影される静止画像が十分明るければ、LEDストロボ117を用いず、ベルトコンベア102上を移動する物品104の近傍に蛍光灯等を設けることで、撮影に十分な照度を確保できるだろう。更に、従来の装置と同等の性能の光学系や撮像素子を使用した場合、撮影の際に得られる光量が増えるので、従来より光学系の絞りを絞ることができる。すなわち、撮像装置105の被写界深度が増大するので、静止画像がより鮮明になる。
As an example, a voltage of about 140 V at maximum is applied to the piezoelectric element 113 to drive the image sensor 112 to about 150 μm at maximum. By driving the image sensor 112 in synchronization with the moving speed of the article 104 on the belt conveyor 102, the exposure time (or exposure time) of the image sensor 112 can be increased.
For example, the ISO sensitivity of the image capturing apparatus 105 can be set to about 100 or 200 if the image can be taken without blurring at 1/60 second or 1/30 second that is a standard shutter time of a general electronic still camera. . That is, a low-cost image pickup device or optical system for consumer use can be adopted. If the captured still image is sufficiently bright, an illuminance sufficient for photographing can be secured by providing a fluorescent lamp or the like in the vicinity of the article 104 moving on the belt conveyor 102 without using the LED strobe 117. Further, when an optical system or an image sensor having the same performance as that of a conventional apparatus is used, the amount of light obtained at the time of photographing increases, so that the aperture of the optical system can be reduced more than before. That is, since the depth of field of the imaging device 105 increases, the still image becomes clearer.

平滑コンデンサC315と圧電素子113に蓄積されていた電荷が完全に放電される時間は、平滑コンデンサC315と圧電素子113の合成容量と電流制限抵抗R504によって形成される時定数によって決まる。平滑コンデンサC315は高電圧に耐えられる必要がある反面、0.027μF程度の小さな静電容量で十分な平滑性能を満たす。また、圧電素子113の静電容量は数PF程度の極めて小さい静電容量である。したがって、電流制限抵抗R504の抵抗値は1MΩ程度のカーボン抵抗であっても、流れる電流が小さいので十分事足りる。   The time for which the electric charges accumulated in the smoothing capacitor C315 and the piezoelectric element 113 are completely discharged is determined by the time constant formed by the combined capacitance of the smoothing capacitor C315 and the piezoelectric element 113 and the current limiting resistor R504. The smoothing capacitor C315 needs to withstand a high voltage, but satisfies a sufficient smoothing performance with a small capacitance of about 0.027 μF. The capacitance of the piezoelectric element 113 is an extremely small capacitance of about several PF. Therefore, even if the resistance value of the current limiting resistor R504 is a carbon resistance of about 1 MΩ, it is sufficient because the flowing current is small.

本実施形態の撮像装置105は、民生用デジタルスチルカメラに採用されている電子的手ブレ補正技術とは異なり、撮像素子112を機械的に駆動することで、被写体(物品104)と撮像素子112との相対的な位置関係のズレにより生じるブレを低減させる。この、撮像装置105の仕組みは、撮影対象となる物品104の移動方向が常に一定であることを利用したものである。また撮像装置105は、物品104の移動速度を撮像素子112や外部から得て、イメージの移動速度を算出して、このイメージの移動速度に追従するように撮像素子112を駆動する。このため、撮像装置105はベルトコンベア102の速度が変動しても追従できる。したがって、電子的手ブレ補正技術とは異なり、実装が極めて容易である。マイコンのソフトウェアは、安価なワンチップマイコンに、物品104の移動速度の検出、物品104の存在の検出、そしてPWM駆動制御のプログラムをインストールして、実行すればよい。   Unlike the electronic camera shake correction technology adopted in the consumer digital still camera, the image pickup apparatus 105 of the present embodiment mechanically drives the image pickup element 112 so that the subject (the article 104) and the image pickup element 112 are driven. This reduces blurring caused by a shift in the relative positional relationship between and. The mechanism of the imaging apparatus 105 utilizes the fact that the moving direction of the article 104 to be photographed is always constant. The imaging apparatus 105 obtains the moving speed of the article 104 from the imaging element 112 or the outside, calculates the moving speed of the image, and drives the imaging element 112 so as to follow the moving speed of the image. For this reason, the imaging device 105 can follow even if the speed of the belt conveyor 102 fluctuates. Therefore, unlike the electronic camera shake correction technology, the mounting is extremely easy. The microcomputer software may be executed by installing a program for detecting the moving speed of the article 104, detecting the presence of the article 104, and PWM drive control in an inexpensive one-chip microcomputer.

本実施形態は、以下の様な応用例が可能である。
(1)物品104の移動速度の検出を精緻に行うために、例えば、ベルトコンベア102側にフォトインタラプタよりなる速度センサを設けて、物品104の移動速度情報を図4Bの移動速度情報入力端子401に与えてもよい。この場合、フォトインタラプタは物品104の移動速度を直接的に検出するので、物品速度算出部313はこれをイメージの移動速度(撮像素子112の移動速度に等しい)に変換する必要が生じる。あるいは、ベルトコンベア102を駆動するモータ103の回転速度から、ベルトコンベア102におけるベルトの移送速度、すなわち物品104の移動速度を算出して、移動速度情報入力端子401に与えてもよい。モータ103の回転速度を検出する手段は、ブラシレスモータに内蔵されるセンサを利用する他、タコジェネレータ等、様々な周知技術が利用可能である。この場合、モータ103の回転速度をベルトコンベア102の移動速度に変換し、更にイメージの移動速度に変換するか、あるいはモータ103の回転速度を直接的にイメージの移動速度に変換する必要が生じる。
This embodiment can be applied as follows.
(1) In order to precisely detect the moving speed of the article 104, for example, a speed sensor made of a photo interrupter is provided on the belt conveyor 102 side, and the moving speed information of the article 104 is transferred to the moving speed information input terminal 401 in FIG. 4B. You may give to. In this case, since the photo interrupter directly detects the moving speed of the article 104, the article speed calculating unit 313 needs to convert this into an image moving speed (equal to the moving speed of the image sensor 112). Alternatively, the belt transfer speed on the belt conveyor 102, that is, the movement speed of the article 104, may be calculated from the rotation speed of the motor 103 that drives the belt conveyor 102 and applied to the movement speed information input terminal 401. As a means for detecting the rotation speed of the motor 103, various known techniques such as a tachometer generator can be used in addition to using a sensor built in the brushless motor. In this case, it is necessary to convert the rotational speed of the motor 103 into the moving speed of the belt conveyor 102 and further convert into the moving speed of the image, or directly convert the rotational speed of the motor 103 into the moving speed of the image.

(2)アクチュエータ制御装置108における、駆動制御部314の構成は、必ずしもPWM制御部501によるPWM制御に限られない。PWMと類似する波形を出力するΔΣ(デルタシグマ)変調による制御を行ってもよい。また、異なる電圧を出力する複数の電圧源を並列に並べ、スイッチで切り替えてもよい。   (2) The configuration of the drive control unit 314 in the actuator control device 108 is not necessarily limited to the PWM control by the PWM control unit 501. Control by ΔΣ (delta sigma) modulation that outputs a waveform similar to PWM may be performed. Further, a plurality of voltage sources that output different voltages may be arranged in parallel and switched by a switch.

(3)図1では、物品104を移送する手段としてベルトコンベア102を例示したが、物品104を移送する手段はベルトコンベアに限られない。例えばロボットアーム等も対象である。往復運動や一時停止動作を伴うロボットアームの場合、アームの可動領域には、加速領域、定速領域、減速領域が存在するので、撮像装置105は定速領域内で撮影することが好ましい。   (3) In FIG. 1, the belt conveyor 102 is illustrated as a means for transferring the article 104, but the means for transferring the article 104 is not limited to the belt conveyor. For example, a robot arm is also a target. In the case of a robot arm that reciprocates or pauses, there are an acceleration area, a constant speed area, and a deceleration area in the movable area of the arm. Therefore, it is preferable that the imaging device 105 captures images within the constant speed area.

(4)本実施形態の撮像装置105が適用されるシーンは、産業ライン101のみに限られない。道路に設置され、自動車のナンバープレートを自動で読み取る自動車ナンバー自動読取装置にも応用が可能である。自動車ナンバー自動読取装置には、高感度の赤外線カメラと、強力な赤外線ストロボが用いられている。自動車の速度に追従して撮像装置105が駆動されることで、低感度の赤外線カメラや弱い赤外線ストロボを採用しても、ブレの少ない鮮明なナンバープレート画像を得ることができる。自動車ナンバー自動読取装置の低価格化は、社会の安全に大きく貢献できるであろう。   (4) The scene to which the imaging apparatus 105 of this embodiment is applied is not limited to the industrial line 101 alone. It can also be applied to a car number automatic reading device that is installed on the road and automatically reads the car number plate. A high-sensitivity infrared camera and a powerful infrared strobe are used for the automobile number automatic reading device. By driving the imaging device 105 following the speed of the automobile, a clear license plate image with little blur can be obtained even if a low-sensitivity infrared camera or a weak infrared strobe is adopted. Lowering the price of an automobile number automatic reading device will greatly contribute to the safety of society.

本実施形態では、撮像装置105を開示した。
ベルトコンベア102上の物品104の移動方向の逆方向に、アクチュエータ109上の撮像素子112を圧電素子113にて駆動する。撮像素子112上に結像される物品104のイメージのブレを物理的に除去することで、低感度の撮像素子112や、F値の大きい光学系110等、低価格な撮像部品を用いて、高解像度の静止画像を得ることができる。
In the present embodiment, the imaging device 105 is disclosed.
The imaging element 112 on the actuator 109 is driven by the piezoelectric element 113 in the direction opposite to the moving direction of the article 104 on the belt conveyor 102. By physically removing the blurring of the image of the article 104 imaged on the image sensor 112, using a low-cost image sensor such as the low-sensitivity image sensor 112 or the optical system 110 having a large F value, A high-resolution still image can be obtained.

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications, Includes application examples.

101…産業ライン、102…ベルトコンベア、103…モータ、104…物品、105…撮像装置、106…カメラモジュール、107…信号処理装置、108…アクチュエータ制御装置、109…アクチュエータ、109a…固定部分、109b…可動部分、110…光学系、111…センサ基板、112…撮像素子、113…圧電素子、116…静止画像情報処理装置、117…LEDストロボ、201…フロントパネル、301…CPU、302…ROM、303…RAM、304…バス、305…画像インターフェース、306…第一インターフェース、307…第二インターフェース、308…スイッチ回路、309…スイッチング電源、311…ドライバ、312…A/D変換器、313…フレームメモリ、313…物品速度算出部、314…駆動制御部、C315…平滑コンデンサ、401…移動速度情報入力端子、501…PWM制御部、502…PMOSFET、503…NMOSFET、R504…電流制限抵抗   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Industrial line, 102 ... Belt conveyor, 103 ... Motor, 104 ... Article, 105 ... Imaging device, 106 ... Camera module, 107 ... Signal processing device, 108 ... Actuator control device, 109 ... Actuator, 109a ... Fixed part, 109b DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Movable part, 110 ... Optical system, 111 ... Sensor substrate, 112 ... Imaging element, 113 ... Piezoelectric element, 116 ... Still image information processing apparatus, 117 ... LED strobe, 201 ... Front panel, 301 ... CPU, 302 ... ROM, 303 ... RAM, 304 ... bus, 305 ... image interface, 306 ... first interface, 307 ... second interface, 308 ... switch circuit, 309 ... switching power supply, 311 ... driver, 312 ... A / D converter, 313 ... frame Memory, 313 ... Article speed Out portion, 314 ... drive controller, C315 ... smoothing capacitor, 401 ... traveling speed information input terminal, 501 ... PWM control unit, 502 ... PMOSFET, 503 ... NMOSFET, R504 ... current limiting resistor

Claims (1)

所定の方向に移動する物品を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子が設けられるアクチュエータと、
前記撮像素子が出力する信号から画像情報を生成する信号処理装置と、
前記撮像素子と前記物品との間に介在して前記撮像素子に前記物品のイメージを結像する光学系と、
前記アクチュエータに設けられ、前記撮像素子を前記物品の移動方向と逆方向に駆動する圧電素子と、
前記信号処理装置と前記圧電素子に接続され、前記信号処理装置から得られる画像情報に基づいて、前記撮像素子に結像される前記物品のイメージの移動速度を算出することで、前記撮像素子が前記物品のイメージの移動に追従するように、前記圧電素子に印加する電圧をPWM制御にて制御することにより、前記アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御装置と
を具備する撮像装置。
An image sensor for photographing an article moving in a predetermined direction;
An actuator provided with the image sensor;
A signal processing device that generates image information from a signal output by the imaging device;
An optical system that forms an image of the article on the imaging element interposed between the imaging element and the article;
A piezoelectric element that is provided in the actuator and drives the imaging element in a direction opposite to the moving direction of the article;
The imaging device is connected to the signal processing device and the piezoelectric element, and calculates the moving speed of the image of the article formed on the imaging device based on image information obtained from the signal processing device. An imaging apparatus comprising: an actuator control device that drives and controls the actuator by controlling a voltage applied to the piezoelectric element by PWM control so as to follow the movement of the image of the article .
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