特開 2024-174453 撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174453

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】撮像システム

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/50 20230101AFI20241210BHJP

   H04N 23/55 20230101ALI20241210BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20241210BHJP

   G03B 17/17 20210101ALI20241210BHJP

   G03B 19/00 20210101ALI20241210BHJP

   G03B 17/56 20210101ALI20241210BHJP

   G03B 11/00 20210101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

H04N23/50

H04N23/55

G03B15/00 U

G03B17/17

G03B19/00

G03B17/56 Z

G03B11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092280

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】中西 省太

【テーマコード（参考）】

2H054

2H083

2H101

2H105

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H054BB02

2H083AA06

2H083AA09

2H083AA31

2H101FF00

2H105EE05

5C122DA03

5C122DA21

5C122EA47

5C122FA01

5C122FA16

5C122FA18

5C122FB11

5C122FB13

5C122FB16

5C122FB17

5C122FB22

5C122FC04

(57)【要約】

【課題】利用者の目線に精度良く合った撮影を行うことが可能な撮像システムを提供する。
【解決手段】撮像システム１は、撮像装置２２と、枠体としてのアパーチャ２１とを備える。撮像装置２２は、利用者の正視方向を撮影する。アパーチャ２１は、光を透過させる開口部２１ａを有し、利用者の正視方向の前方であり且つ撮像装置２２の撮影方向の前方の位置に、利用者の視野および撮像装置２２による撮影画角を制限するように設置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

利用者の正視方向を撮影する撮像装置と、
光を透過させる開口部を有し、前記利用者の正視方向の前方であり且つ前記撮像装置の撮影方向の前方の位置に、前記利用者の視野および前記撮像装置による撮影画角を制限するように設置された枠体と、を備えた撮像システム。

【請求項2】

光を透過させる開口部を有し、利用者の正視方向の前方に前記利用者の視野を制限するように設置された枠体と、
前記利用者の正視方向に対して所定の角度を有するように傾斜させて設置され、前記枠体の開口部から入射した光の一部を前記利用者の目に向けて透過させ、一部を反射させる第１フィルタと、
前記第１フィルタにより反射された光を撮影する撮像装置と、を備えた撮像システム。

【請求項3】

前記第１フィルタは、前記枠体の開口部から入射した光の一部である所定領域の波長の光を透過させるとともに、この領域以外の波長の光を反射させる、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項4】

前記第１フィルタは、ショートパスフィルタ、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、またはロングパスフィルタで構成される、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項5】

前記第１フィルタと前記撮像装置との間に、所定範囲の波長の光のみを透過させる第２フィルタをさらに備えた、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項6】

前記撮像装置は、前記利用者による溶接作業を撮影し、
前記第２フィルタが透過させる光の波長範囲は、溶接作業により発生する溶融プールの光が、アーク光に対して相対的に輝度または強度が強くなる波長範囲である、請求項５に記載の撮像システム。

【請求項7】

前記撮像装置は、前記利用者の眉間に設置される、請求項１または２に記載の撮像システム。

【請求項8】

前記撮像装置は、複数台の撮像装置群で構成される、請求項１または２に記載の撮像システム。

【請求項9】

前記撮像システムは溶接面、保護面、眼鏡、またはゴーグルを用いて構成される請求項１または２に記載の撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、撮像システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば，溶接作業などの熟練した技術を必要とする作業を習得する際には、熟練した作業者が行った作業の工程を撮像装置により撮影し、撮影した撮像情報を学習者が視認することがある。その際、作業者が視認している方向から撮影を行うことで、作業者の目線に近い撮像情報を学習者が視認することができ、技術の習得効果を上げることができる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－２８１５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で，上述した特許文献１等の技術では、作業者の目線に近い撮像情報を取得することが可能であっても作業者の目線と撮影方向を一致させることは考慮されておらず，作業者の細かい手の動き等を人の視線に沿って撮像することができない場合があるという問題があった。

【0005】

そこで、本開示は、利用者の目線に精度良く合った撮影を行うことが可能な撮像システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る撮像システムは、利用者の正視方向を撮影する撮像装置と、光を透過させる開口部を有し、前記利用者の正視方向の前方であり且つ前記撮像装置の撮影方向の前方の位置に、前記利用者の視野および前記撮像装置による撮影画角を制限するように設置された枠体と、を備える。

【0007】

また、他の形態に係る撮像システムは、光を透過させる開口部を有し、利用者の正視方向の前方に前記利用者の視野を制限するように設置された枠体と、前記利用者の正視方向に対して所定の角度を有するように傾斜させて設置され、前記枠体の開口部から入射した光の一部を前記利用者の目に向けて透過させ、一部を反射させる第１フィルタと、前記第１フィルタにより反射された光を撮影する撮像装置と、を備える。

【0008】

また、前記第１フィルタは、前記枠体の開口部から入射した光の一部である所定領域の波長の光を透過させるとともに、この領域以外の波長の光を反射させてもよい。

【0009】

また、前記第１フィルタは、ショートパスフィルタ、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、またはロングパスフィルタで構成されてもよい。

【0010】

また、前記第１フィルタと前記撮像装置との間に、所定範囲の波長の光のみを透過させる第２フィルタをさらに備えてもよい。

【0011】

また、前記撮像装置は、前記利用者による溶接作業を撮影し、前記第２フィルタが透過させる光の波長範囲は、溶接作業により発生する溶融プールの光が、アーク光に対して相対的に輝度または強度が強くなる波長範囲であってもよい。

【0012】

また、前記撮像装置は、前記利用者の眉間に設置されてもよい。

【0013】

また、前記撮像装置は、複数台の撮像装置群で構成されてもよい。

【0014】

また、前記撮像システムは溶接面、保護面、眼鏡、またはゴーグルを用いて構成されてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、利用者による視認対象物と撮像装置による撮影の被写体とを精度良く合わせて撮影することが可能な撮像システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）は、第１実施形態に係る撮像システムが搭載された溶接面を、溶接士が顔面に装着した状態を横から見た図であり、（ｂ）は、同じ状態を前から見た図である。

【図2】（ａ）は、第２実施形態に係る撮像システムが搭載された保護面を、利用者が顔面に装着した状態を横から見た図であり、（ｂ）は、同じ状態を前から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

〈第１実施形態による撮像システム〉
撮像システムの第１実施形態として、熟練者の溶接士Ｘが溶接作業を行う際の視認対象エリアを撮影する撮像システムについて、図１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

【0018】

図１（ａ）は、第１実施形態に係る撮像システム１が搭載された溶接面１０を溶接士Ｘが顔面に装着した状態を横から見た図であり、図１（ｂ）は、同じ状態を前から見た図である。図１（ａ）、（ｂ）内のＸｅは、溶接士Ｘの目である。

【0019】

溶接面１０は、溶接作業時に発生する光、熱、粉塵等から顔面を保護するために溶接士Ｘが装着する器具である。溶接面１０の本体は光を遮断する材質で構成され、溶接士Ｘの顔面を覆うことが可能な形状を有する。

【0020】

撮像システム１は、溶接面１０に設置されたアパーチャ１１と、第１フィルタ１２と、遮光板１３と、撮像装置群１４とを備える。

【0021】

アパーチャ１１は、光を透過させる開口部１１ａを有する枠体であり、溶接士Ｘが顔面に溶接面１０を装着して正面を見たときに溶接士Ｘの正視時の視線が開口部１１ａの中心近くを通るように、溶接面１０に設置される。「正視」とは、眼が全く調節を行っていないときに眼に入る平行光線が網膜上に結像する状態での視線方向であり、いわゆる人の顔の前方向である。開口部１１ａは、アパーチャ１１が設置された溶接面１０を溶接士Ｘが装着したときに、溶接士Ｘの視界に対応する大きさで形成されている。なお、開口部１１ａは、撮像装置群１４の画角に対応するような大きさで形成されても良い。アパーチャ１１は、光を遮断する材質で構成されても良い。アパーチャ１１は、溶接士Ｘの正視方向の前方であり、且つ撮像装置群１４の撮影方向の前方の位置に設置され、溶接士Ｘの視認対象エリアおよび撮像装置群１４による撮像画角を制限する。

【0022】

第１フィルタ１２は、例えばショートパスフィルタで構成され、溶接士Ｘの正視方向上であり、アパーチャ１１よりも溶接士Ｘに近い位置に設置される。第１フィルタ１２は、溶接士Ｘの正視方向に対して所定の角度、例えば４５度を有するように傾斜させて設置される。第１フィルタ１２は、アパーチャ１１の開口部１１ａから溶接面１０内に入射した光を取り込み、その一部である所定領域の波長の光を溶接士Ｘの目Ｘｅに向けて透過させるとともに、この領域以外の波長の光を、光軸に対して９０°屈折した上方向に反射させる。この「光軸に対して９０°屈折した上方向」とは、図１（ａ）の上下方向における上方向である。第１フィルタ１２が透過させる光の波長領域は、可視領域である。

【0023】

遮光板１３は、例えば自動遮光板であり、一定以上の明るさの光を検知すると、透過させる光を減らすように動作する。本実施形態においては、遮光板１３は、溶接作業中にアーク光が発生したことを検知すると、透過する光を減らして溶接士Ｘから被写体が暗く見えるように動作する。図１（ａ）内では、遮光板１３が第１フィルタ１２と利用者の顔面との間に設置されている場合を示しているが、この位置には限定されない。例えば、遮光板１３を開口部１１ａに設置してもよい。

【0024】

撮像装置群１４は、撮像装置１４ａおよび１４ｂによるステレオカメラで構成される。本実施形態においては、撮像装置群１４が２台の撮像装置１４ａおよび１４ｂで構成される場合について説明するが、これには限定されず、３台以上の撮像装置で構成されてもよい。

【0025】

撮像装置１４ａはレンズ部１４１ａを有し、撮像装置１４ｂはレンズ部１４１ｂを有する。撮像装置１４ａのレンズ部１４１ａには、第２フィルタ１５ａが取り付けられ、撮像装置１４ｂのレンズ部１４１ｂには、第２フィルタ１５ｂが取り付けられている。第２フィルタ１５ａは撮像装置１４ａに接続され、第２フィルタ１５ｂは撮像装置１４ｂに接続されている。

【0026】

第２フィルタ１５ａ、１５ｂは、干渉フィルタであり、所定範囲の波長の光を透過させる。本実施形態において第２フィルタ１５ａ、１５ｂが透過させる波長の範囲は、880nm近傍の波長範囲、例えば880nm±100nmの波長範囲である。

【0027】

この880nm近傍の波長範囲は、溶接作業により発生する溶融プールの光が、アーク光に対して相対的に輝度または強度が強くなる波長範囲であり、特にプラズマの発光が小さいバンド帯である。

【0028】

撮像装置１４ａおよび１４ｂは、第１フィルタ１２により反射され、第２フィルタ１５ａ、１５ｂを透過した光を撮影する。

【0029】

このような撮像システム１が搭載された溶接面１０を溶接士Ｘが装着して撮像装置１４ａ、１４ｂが撮影を行う際、溶接面１０に設置されたアパーチャ１１の開口部１１ａにより溶接士Ｘの視野および撮像装置１４ａ、１４ｂの撮影画角が同一のエリアに制限される。これにより、撮像装置１４ａ、１４ｂは、溶接士Ｘが視認対象とするエリアを溶接士Ｘの正視方向と同じ方向から撮影することができる。

【0030】

またこのような構成により、撮像装置１４ａ、１４ｂは、溶接士Ｘの姿勢、または溶接作業現場から溶接士Ｘの目Ｘｅまでの距離が変化した場合にも、溶接士Ｘが視認対象とするエリアと合った画角で撮影することができる。溶接作業の学習者は、このように撮影された撮像情報を視認することで、熟練者の溶接士Ｘと同じ目線で溶接作業中の現場を視認して、効率良く溶接作業を学習することができる。

【0031】

また、撮像装置１４ａ、１４ｂはステレオカメラとして機能するため、被写体である溶接作業の現場を奥行き情報も含めて立体的に撮像することができる。そのため、溶接作業の学習者は、立体的に撮影された精度の良い撮像情報を視認して、効率良く溶接作業を学習することができる。

【0032】

また、溶接面１０の開口部１１ａから入射して第２フィルタ１５ａおよび１５ｂを透過した光は、溶接作業により発生する溶融プールの光が、アーク光に対して相対的に輝度または強度が強くなる波長範囲である。そのため、撮像装置１４ａおよび１４ｂは、溶接作業の進捗の確認に必要な溶融プールを、鮮明に撮影することができる。

【0033】

通常、人間の目は瞳孔の動き等によって強い光の入射を減らすように調整するため、溶接作業現場を視認したときに輝度の高いアーク光と輝度の低い溶融プールとを同時に視認しても、ある程度これらを区別することができる。しかし、一般的な撮像装置で溶接作業現場を撮影すると人間の目のような調整が自動で行われず、輝度の高いアーク光によりハレーションが生じてコントラストが大きくなり、溶融プールの状態を認識することができない画像になる。

【0034】

これに対して上述した第１実施形態の溶接面１０では、溶融プールが鮮明な画像を撮影することができ、溶接作業の学習者は、このように撮影された溶接作業の撮像情報を視認して、効率良く溶接作業を学習することができる。

【0035】

上述した第１実施形態では、撮像システムの撮影対象が溶接作業現場である場合について説明したが、これには限定されない。例えば、他の加工作業現場における職人の手の動き等、狭い領域での動きを観察対象とし、その動きを撮影することにニーズがある分野であれば、この撮影システムを適用可能である。例えば、建築分野において接着剤等を塗布するシーリング作業、または塗装のブラスト加工等にも適用される。

【0036】

また撮影システムの適用分野によって、第１フィルタ１２による光の反射領域の設定を変更してもよい。第１フィルタ１２は、ショートパスフィルタに限定されず、ダイクロイックミラーまたはロングパスフィルタで構成してもよい。また、撮像装置群１４に入射する光の波長領域を制限する必要がなければ、第１フィルタ１２をショートパスフィルタ以外のフィルタ、例えばハーフミラーで構成してもよい。また、遮光板１３および第２フィルタ１５ａ、１５ｂの設置の要否は、任意である。

【0037】

また、撮像装置群１４として設置した２台の撮像装置１４ａ、１４ｂが、それぞれ異なる被写体部分を撮影するように構成してもよい。例えば、撮像装置１４ａ、１４ｂに取り付ける第２フィルタ１５ａ、１５ｂそれぞれが透過させる波長範囲を別個に調整することで、撮像装置１４ａでアーク光を撮影し、撮像装置１４ｂで溶融池を撮影するようにしてもよい。このように構成することで、所望の複数の被写体を、それぞれ別の撮像情報として撮影することができる。

【0038】

このようにして撮像装置群１４に入射する光の波長の制限を変えたり、制限の有無を変えたりすることで、撮像システム１は、適宜被写体に応じた構成で撮影を行うことができる。

【0039】

また、上述した第１実施形態では、第１フィルタ１２を、開口部１１ａから入射する光の光軸に対して４５度を有するように傾斜させて設置した場合について説明したが、これには限定されない。溶接士Ｘの目Ｘｅの位置に対する第１フィルタ１２および撮像装置１４ａ、１４ｂの位置によって、溶接士Ｘが視認対象とするエリアと撮像装置１４ａ、１４ｂの撮影画角とを一致させるように、第１フィルタ１２の設置角度を適宜変更可能である。

【0040】

第１フィルタ１２と撮像装置１４ａ、１４ｂとの距離がなるべく短くなるように構成することで、溶接面１０をコンパクトに形成することができる。

【0041】

また上述した第１実施形態では、第１フィルタ１２、遮光板１３、撮像装置１４ａ、１４ｂ、および第２フィルタ１５ａ、１５ｂが溶接面１０の内部に設置された場合について説明したが、これには限定されない。例えば、第１フィルタ１２、遮光板１３、撮像装置１４ａ、１４ｂ、および第２フィルタ１５ａ、１５ｂの少なくともいずれかが、溶接面１０の外部に設置されてもよい。

【0042】

〈第２実施形態による撮像システム〉
撮像システムの第２実施形態として、利用者Ｙの視認対象エリアを撮影する撮像システムについて、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

【0043】

図２（ａ）は、第２実施形態に係る撮像システム２が搭載された保護面２０を、利用者Ｙが顔面に装着した状態を横から見た図であり、図２（ｂ）は、同じ状態を前から見た図である。図２（ａ）、（ｂ）内のＹｅは、利用者Ｙの目である。

【0044】

保護面２０は、例えば熱、粉塵等から顔面を保護するために利用者Ｙが装着する器具である。保護面２０の本体は光を遮断する材質で構成され、利用者Ｙの顔面を覆うことが可能な形状を有する。

【0045】

撮像システム２は、保護面２０に設置されたアパーチャ２１と、撮像装置２２とを備える。アパーチャ２１は、光を透過させる開口部２１ａを有する枠体である。アパーチャ２１は、利用者Ｙの正視方向の前方であり、且つ撮像装置２２の撮影方向の前方の位置に、利用者Ｙの視野および撮像装置２２による撮影画角を制限するように設置される。具体的には、アパーチャ２１は、利用者Ｙが顔面に保護面２０を装着して正面を見たときに利用者Ｙの正視時の視線が開口部２１ａの中心近くを通るように、保護面２０に設置される。アパーチャ２１は、光を遮断する材質で構成されても良い。

【0046】

撮像装置２２は、例えば利用者Ｙの目Ｙｅの近傍である眉間に設置され、利用者Ｙが正視しているときの視線と同じ方向、つまり開口部２１ａの中心近くの方向を撮影する。

【0047】

上述した撮像システム２を搭載した保護面２０を利用者Ｙが装着して撮像システム２を稼動させることで、撮像装置２２は、利用者Ｙが視認対象とするエリアと同じエリアを被写体として、利用者Ｙの視線と同じ方向から撮影することができる。他の利用者は、このように撮影された撮像情報を視認することで、利用者Ｙと同じ目線で視認対象物を視認することができる。

【0048】

上述した第１実施形態では、撮像システム１が溶接面１０に搭載され、アパーチャ１１、第１フィルタ１２、遮光板１３、撮像装置１４ａ、１４ｂ、および第２フィルタ１５ａ、１５ｂが溶接面１０に設置された場合について説明した。また、第２実施形態では、撮像システム２が保護面２０を用いて構成され、アパーチャ２１が保護面２０に設置された場合について説明した。しかしこれらには限定されず、例えば眼鏡またはゴーグル等の人間の顔面に装着する器具を用いて撮像システムを構成し、アパーチャおよび撮像装置等をこれらの器具に設置してもよい。このように様々な器具を用いて撮像システムを構成することで、幅広い分野で利用者の視認対象に応じた撮影を行うことができる。

【0049】

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正又は変形をすることが可能である。上記の実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0050】

１、２ 撮像システム
１０ 溶接面
１１、２１ アパーチャ
１１ａ、２１ａ 開口部
１２ 第１フィルタ
１３ 遮光板
１４ 撮像装置群
１４ａ、１４ｂ、２２ 撮像装置
１５ａ、１５ｂ 第２フィルタ
２０ 保護面

【図1】

【図2】