JP2002204397A - Imaging apparatus for welding - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、撮像装置に関す
るもので、特に、溶接現場の監視に適した広ダイナミッ
クレンジを有する溶接用撮像装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus, and more particularly to an image pickup apparatus for welding having a wide dynamic range suitable for monitoring a welding site.
【０００２】[0002]
【従来の技術】溶接ロボットを用いて行われるレーザ溶
接などの自動溶接工程では、撮像装置と表示装置とを用
いて溶接状況の監視が行われる。この溶接状況の監視
は、図７に示すように、レーザ光の照射を受けて溶融状
態になった金属表面の高温の溶融池の先端部分と、この
金属の溶融池が凝固することによってこの溶融池の背後
に形成されるビード部について行われる。溶融池の先端
部分はキーホール領域やスポット部と称され、溶接の良
否の判断に監視が不可欠な箇所である。ビード部も溶接
における重要な監視対象であり、その最大幅と最小幅の
比に基づいて溶接作業を制御するという提案もなされて
いる（例えば特開平６ー３４８８３）。2. Description of the Related Art In an automatic welding process such as laser welding performed using a welding robot, a welding state is monitored using an imaging device and a display device. As shown in FIG. 7, the monitoring of the welding condition is performed by the tip of the high-temperature molten pool on the surface of the metal that has been melted by the irradiation of the laser beam and the molten pool of the metal being solidified. This is done for the bead formed behind the pond. The tip part of the molten pool is called a keyhole area or spot part, and monitoring is indispensable for judging the quality of welding. The bead portion is also an important monitoring target in welding, and it has been proposed to control the welding operation based on the ratio between the maximum width and the minimum width (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-34883).
【０００３】高輝度のスポット部と、低輝度のビード部
とを一つの表示画面上で監視するには、輝度に対する広
いダイナミックレンジを持った撮像装置が必要になる
が、これを実現することは難しい。そこで、アーク部な
どの高輝度の箇所とビード部などの低輝度の箇所を２台
の撮像装置で個別に撮像し、それぞれの撮像画面を合成
したものを一つの表示画面に表示する方法が提案されて
いる（特開平１１−１４６３８７号公報、特開平１１−
２７７２３１号公報、特開２０００−１７６６７５号公
報など）。In order to monitor a high-brightness spot portion and a low-brightness bead portion on a single display screen, an imaging device having a wide dynamic range with respect to the brightness is required. difficult. Therefore, a method is proposed in which a high-brightness spot such as an arc portion and a low-brightness spot such as a bead portion are separately imaged by two imaging devices, and a composite of the respective imaging screens is displayed on one display screen. (JP-A-11-146387, JP-A-11-1463)
277231, JP-A-2000-176675, etc.).
【０００４】また、広ダイナミックレンジの撮像装置と
して、対数変換型のＣＭＯＳカメラが開発されてきた。
このＣＭＯＳカメラは、ＭＯＳ・ＦＥＴのＶ−Ｉ特性が
弱反転状態の微小電流範囲において対数特性を示すこと
を利用している。このようなＭＯＳ・ＦＥＴを受光用の
フォトダイオードに負荷として接続することにより、入
射光の照度の対数値に比例する大きさのセンサ信号を得
ている（特開平１０−９００５８号公報、特開平１１−
２１１５６５号公報など）。As a wide dynamic range image pickup apparatus, a logarithmic conversion type CMOS camera has been developed.
This CMOS camera utilizes the fact that the VI characteristic of a MOS FET exhibits a logarithmic characteristic in a weak current range in a weak inversion state. By connecting such a MOS-FET as a load to a photodiode for receiving light, a sensor signal having a magnitude proportional to the logarithmic value of the illuminance of incident light is obtained (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-90058 and 10-90058). 11-
No. 211565).
【０００５】また、上記特開平１１−２１１５６５号公
報では、ＣＭＯＳカメラ出力にルックアップ・テーブル
を用いてレベル変換を施すことにより、入射光の照度と
センサ信号との間に対数特性が成立しない微弱な照度の
範囲にまで、ＣＭＯＳカメラの対数特性を拡張する技術
が開示されている。また、この特許文献には、入射光の
照度を複数の連続的な領域に分割し、各領域内で同一の
対数特性を付与するような変換を行う技術が開示されて
いる。In Japanese Patent Laid-Open No. 11-215565, a logarithmic characteristic is not established between the illuminance of incident light and a sensor signal by performing level conversion on the output of a CMOS camera using a look-up table. A technique for extending the logarithmic characteristic of a CMOS camera to a range of an illuminance is disclosed. Further, this patent document discloses a technique in which the illuminance of incident light is divided into a plurality of continuous areas, and conversion is performed so as to give the same logarithmic characteristic in each area.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の溶接用撮像
装置は、監視対象の輝度の範囲に応じて２台のカメラを
使用している。このため、システム全体の構成が複雑、
高価になると共に、カメラを２台設置するために、設置
空間もかさむという問題がある。また、２台のカメラの
撮像画面を合成する回路も必要になる。The above-described conventional welding imaging apparatus uses two cameras in accordance with the range of luminance to be monitored. Therefore, the configuration of the entire system is complicated,
There is a problem in that the camera becomes expensive and the installation space is increased because two cameras are installed. Further, a circuit for synthesizing the imaging screens of the two cameras is also required.
【０００７】また、上記特開平１１−２１１５６５号公
報に開示されたように、入射光の照度を複数の連続的な
領域に分割し、各領域内で同一の対数特性を付与するよ
うな変換を適用することにより、ダイナミックレンジの
拡大を図るという対策も考えられる。しかしながら、こ
のようにすると、スポット部と、ビード部以外の輝度の
箇所にもセンサ信号のレベルが割当られてしまい、監視
対象として必須のスポット部とビード部とに割当てるこ
とができるセンサ信号のレベル（階調）が制限され、容
易かつ正確に監視することが困難になるという問題があ
る。Further, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-215565, conversion is performed such that the illuminance of incident light is divided into a plurality of continuous areas and the same logarithmic characteristic is imparted in each area. It is also conceivable to apply a measure to expand the dynamic range. However, in this case, the level of the sensor signal is also assigned to the spot portion and the portion of the brightness other than the bead portion, and the level of the sensor signal that can be assigned to the spot portion and the bead portion which are indispensable as monitoring targets. (Gradation) is limited, and it is difficult to monitor easily and accurately.
【０００８】従って、本発明の一つの目的は、１台の撮
像装置を使用することにより、高輝度のスポット部も低
輝度のビード部も一つの表示画面上で監視可能な溶接用
撮像装置を提供することにある。Accordingly, one object of the present invention is to provide a welding imaging device that can monitor both a high-intensity spot portion and a low-intensity bead portion on one display screen by using one imaging device. To provide.
【０００９】本発明の他の目的は、監視対象として必須
のスポット部とビード部とに多くのレベルを割当てるこ
とにより、溶接現場を容易にかつ正確に監視できる溶接
用撮像装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a welding imaging apparatus which can easily and accurately monitor a welding site by allocating a large number of levels to a spot portion and a bead portion which are essential as monitoring targets. is there.
【００１０】本発明のさらに他の目的は、外部からルッ
クアップ・テーブルを変更することにより撮像特性を撮
像対象や状況に応じて容易に変更できる溶接用撮像装置
を提供することにある。It is still another object of the present invention to provide a welding imaging apparatus capable of easily changing an imaging characteristic according to an object to be imaged and a situation by externally changing a lookup table.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明の溶接用撮像装置は、入射光を受けてその
照度に応じた対数的レベルの電気信号をアナログ・セン
サ信号として出力する光電変換部と、このアナログ・セ
ンサ信号をディジタル・センサ信号に変換するＡ／Ｄ変
換部と、このＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル・
センサ信号又はこれを所定の照度及びセンサ信号のレベ
ルの範囲にわたって相互の直線関係を有するように補正
したディジタル・センサ信号のレベルを、入射光の所定
の照度の範囲内でのみこの照度の変化に対して対数的に
変化するように変換するレベル変換部とを備えることに
より、監視対象箇所の照度範囲に多くの階調信号を割当
て、これによって容易かつ正確な監視を可能とするよう
に構成されている。SUMMARY OF THE INVENTION A welding imaging apparatus according to the present invention for solving the above-mentioned problems of the prior art receives an incident light and outputs an electric signal of a logarithmic level corresponding to the illuminance as an analog sensor signal. A photoelectric converter, an A / D converter for converting the analog sensor signal into a digital sensor signal, and a digital converter output from the A / D converter.
The level of the sensor signal or the digital sensor signal corrected so that it has a linear relationship with each other over the range of the predetermined illuminance and the level of the sensor signal is converted into a change in this illuminance only within the predetermined illuminance of the incident light. And a level conversion unit that performs a logarithmic change with respect to the illuminance range of the monitoring target, thereby allocating many gradation signals to the illuminance range of the monitoring target portion, thereby enabling easy and accurate monitoring. ing.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記入射光の所定の照度の範囲は、スポット部から
の入射光の照度を含む第１の照度の範囲と、ビード部か
らの入射光の照度を含む第２の照度の範囲とから成り、
溶接状況の監視に適した撮像装置が提供される。According to a preferred embodiment of the present invention, the predetermined illuminance range of the incident light includes a first illuminance range including the illuminance of the incident light from the spot portion, and a bead portion. A second illuminance range including the illuminance of incident light from
An imaging device suitable for monitoring a welding situation is provided.
【００１３】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
上記入射光の所定の照度の範囲の外では、上記ディジタ
ル・センサ信号のレベルがゼロのレベルに変換されるこ
とにより、一層多くの階調を監視対象の箇所に割当てて
監視を容易かつ正確にするように構成されている。According to another preferred embodiment of the present invention,
Outside the predetermined illuminance range of the incident light, the level of the digital sensor signal is converted to a zero level, so that more gradations can be assigned to the monitoring target and monitoring can be performed easily and accurately. It is configured to be.
【００１４】本発明の更に好適な実施の形態によれば、
上記レベル変換部の変換の内容を外部入力によって変更
する手段を備えることにより、監視対象箇所を正確に設
定したり、監視対象や状況の変化に応じて監視対象の輝
度や照度の領域を容易に変更したりすることを可能とす
るように構成されている。According to a further preferred embodiment of the present invention,
By providing a means for changing the content of the conversion of the level conversion unit by an external input, it is possible to accurately set a monitoring target portion and easily set a luminance and illuminance area of the monitoring target according to a change in the monitoring target or a situation. And so on.
【００１５】本発明の更に好適な実施の形態によれば、
上記光電変換部は、入射光を受けてその照度に応じたレ
ベルの光電流を流すフォトダイオードと、このフォトダ
イオードに流れる光電流を電圧に変換する対数型のＶ−
Ｉ特性を有する第１のトランジスタと、この電圧を増幅
する第２のトランジスタと、この増幅された電圧を前記
アナログ・センサ信号として選択的に出力する第３のト
ランジスタとを備えた画素群から成ることにより、対数
型の広いダイナミックレンジを実現するように構成され
ている。According to a further preferred embodiment of the present invention,
The photoelectric conversion unit includes a photodiode that receives incident light and supplies a photocurrent of a level corresponding to the illuminance, and a logarithmic V-type that converts the photocurrent flowing through the photodiode into a voltage.
The pixel group includes a first transistor having an I characteristic, a second transistor for amplifying the voltage, and a third transistor for selectively outputting the amplified voltage as the analog sensor signal. Thus, a logarithmic dynamic range is realized.
【００１６】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、上記フォトダイオードの接合容量と浮遊容量とを含
むコンデンサに充電された電荷を、第１のトランジスタ
を通して放電する放電手段を備えることにより、残像の
発生を回避して撮像画面の画質を向上させるように構成
されている。According to still another preferred embodiment of the present invention, there is provided discharge means for discharging the electric charge charged in the capacitor including the junction capacitance and the stray capacitance of the photodiode through the first transistor. Thus, the image quality of the imaging screen is improved by avoiding the occurrence of an afterimage.
【００１７】[0017]
【実施例】図１は、本発明の一実施例の溶接用撮像装置
の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、光電
変換部１、Ａ／Ｄ変換部２、直線補正部３、レベル変換
部４及び特性調整部５を備えている。光電変換部１は、
二次元的に配列された適宜個数の光電変換素子１〜ｎか
ら構成されている。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a welding imaging apparatus according to one embodiment of the present invention. This imaging device includes a photoelectric conversion unit 1, an A / D conversion unit 2, a linear correction unit 3, a level conversion unit 4, and a characteristic adjustment unit 5. The photoelectric conversion unit 1
It is composed of an appropriate number of photoelectric conversion elements 1 to n arranged two-dimensionally.
【００１８】光電変換部１の各光電変換素子は、図２に
示すように、フォトダイオードＰＤと３個のＭＯＳトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ３とを備えている。第１のＭＯＳトラ
ンジスタＱ１は、ｎ型のＭＯＳトランジスタから成り、
ゲート直下に弱い逆転層が形成されるようにバイアスさ
れることにより、対数型のＶ−Ｉ特性を有する。すなわ
ち、フォトダイオードＰＤに入射した光の照度に応じた
大きさの光電流が流れると、この光電流の対数値に比例
する量だけドレイン電圧ＶＤよりも低下した電圧がノー
ドＰに出現する。このノードＰの電圧は、第２のＭＯＳ
トランジスタＱ２で増幅され、画素選択信号ＶＣをゲー
トに受けて導通する第３のＭＯＳトランジスタを通して
図１のＡ／Ｄ変換部２にアナログ・センサ信号として出
力される。As shown in FIG. 2, each photoelectric conversion element of the photoelectric conversion section 1 includes a photodiode PD and three MOS transistors Q1 to Q3. The first MOS transistor Q1 includes an n-type MOS transistor,
By being biased such that a weak inversion layer is formed immediately below the gate, it has a logarithmic VI characteristic. That is, when a photocurrent having a magnitude corresponding to the illuminance of the light incident on the photodiode PD flows, a voltage lower than the drain voltage VD by an amount proportional to the logarithmic value of the photocurrent appears at the node P. The voltage of this node P is
The signal is amplified by the transistor Q2, and is output as an analog sensor signal to the A / D converter 2 of FIG. 1 through a third MOS transistor which receives the pixel selection signal VC at its gate and conducts.
【００１９】Ａ／Ｄ変換部２は、光電変換部１内の各光
電変換素子から順次供給されるアナログ・センサ信号を
ディジタル・センサ信号に変換し、これを直線補正部３
に供給する。The A / D converter 2 converts an analog sensor signal sequentially supplied from each photoelectric conversion element in the photoelectric converter 1 into a digital sensor signal, and converts this into a linear correction unit 3
To supply.
【００２０】直線変換部３は、前段のＡ／Ｄ変換部３か
ら出力されたディジタル・センサ信号を、所定の照度と
所定のレベルの範囲にわたって相互の直線関係を有する
ように補正する。一例として、図３中に曲線ａで示すよ
うに、光電変換素子への入射光の照度が１０ー2ルクスか
ら１０6 ルクスの近くまで変化し、これに応じてディジ
タル・センサ信号に割当てられるレベルがほぼ２００か
ら２５６の範囲にわたって変化するものとする。上記入
射光の照度の範囲と、０から２５６までのレベルの範囲
にわたって直線性が保たれるように、曲線ｂで示す特性
に補正される。The linear converter 3 corrects the digital sensor signal output from the preceding A / D converter 3 so as to have a linear relationship with each other over a predetermined illuminance and a predetermined level range. As an example, as shown by a curve a in FIG. 3, the illuminance of the incident light on the photoelectric conversion element changes from 10 −2 lux to near 10 6 lux, and the level assigned to the digital sensor signal accordingly. Vary over a range of approximately 200 to 256. The characteristic is corrected to the characteristic shown by the curve b so that the linearity is maintained over the range of the illuminance of the incident light and the range of the level from 0 to 256.
【００２１】直線補正部３において直線補正が施された
ディジタル・センサ信号は、レベル変換部４に供給され
る。レベル変換部４は、ＲＡＭで構成されるルックアッ
プ・テーブル４ａと、ディジタル・プロセッサで構成さ
れるテーブル書換部４ｂとを備えており、直線補正済の
ディジタル・センサ信号に対して、ルックアップ・テー
ブル４ａの内容に従ってレベル変換を行う。The digital sensor signal subjected to the linear correction in the linear correction unit 3 is supplied to a level conversion unit 4. The level converter 4 includes a look-up table 4a composed of a RAM and a table rewriter 4b composed of a digital processor. Level conversion is performed according to the contents of the table 4a.
【００２２】図４は、上記レベル変換部４で行われるレ
ベル変換の一例を説明するための概念図である。この例
では、変換前のレベルが３２から６４までの範囲と、１
８０から２５６までの範囲について、変換前のレベルに
応じて変換後のレベルが変化するようにレベルが割当て
られる。すなわち、図３の照度と変換前のレベルとの関
係を参照すると、入射光の照度が１０ー1ルックスから１
０ 0ルックスの範囲と、３×１０3 ルックスから６×１
０5 ルックスまでの範囲について、入射光の照度の変化
に対して対数的に変化するように変換後のディジタル・
センサ信号にレベルが割当てられる。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an example of the level conversion performed by the level converter 4. In this example, the level before conversion ranges from 32 to 64, and 1
In the range from 80 to 256, levels are assigned so that the level after conversion changes according to the level before conversion. That is, referring to the relationship between the illuminance and the level before conversion in FIG. 3, the illuminance of the incident light is changed from 10-1 lux to 1 lux.
0 0 and looks in the range, 3 × 10 3 lux 6 × 1
For the range from 0 5 lux, digital converted so as to vary logarithmically with respect to a change in the illuminance of the incident light
A level is assigned to the sensor signal.
【００２３】この実施例の溶接用撮像装置の感度特性に
よれば、１０ー1ルックスから１０ 0ルックスまでの照度
の範囲は溶接現場のビード部から入射する光の典型的な
照度を多く含む範囲であり、３×１０3 ルックスから６
×１０5 ルックスまでの照度の範囲は同じくスポット部
から入射する光の典型的な照度を多く含む範囲である。
このように所定の照度範囲のみについてレベルを割り当
てた結果、後段の図示しない表示装置の単一の画面上
で、低輝度のビード部と光輝度のスポット部を同時に監
視することが可能になる。According to the sensitivity characteristics of the welding imaging apparatus of this embodiment, the range the range of the illuminance of up to 10 0 lux from 10 -1 looks rich typical illuminance of light incident from the bead of the welding site From 3 × 10 3 looks to 6
The range of illuminance up to × 10 5 lux is also a range including a large amount of typical illuminance of light incident from the spot portion.
As a result of allocating the levels only for the predetermined illuminance range, it is possible to simultaneously monitor the low-luminance bead portion and the light-luminance spot portion on a single screen of a display device (not shown) at the subsequent stage.
【００２４】図５は、上記レベル変換部４によるレベル
変換の他の例を示す概念図である。この例では、ビード
部からの入射光の照度を含む１０ー1ルックスから１０ 0
ルックスまでの照度の範囲と、スポット部からの入射光
の照度を含む３×１０3 ルックスから６×１０5 ルック
スまでの範囲のそれぞれに、０から２５６までのレベル
が割当てられる。この例では、図４の場合に較べて、よ
り鮮明な画像が表示される。FIG. 5 is a conceptual diagram showing another example of level conversion by the level conversion unit 4. In this example, 10 -1 looks to 10 0 including the illuminance of the incident light from the bead portion.
A level from 0 to 256 is assigned to each of the range of illuminance up to the lux and the range of 3 × 10 3 lux to 6 × 10 5 lux including the illuminance of the incident light from the spot portion. In this example, a clearer image is displayed than in the case of FIG.
【００２５】ビード部やスポット部の照度が溶接作業の
状況や、撮像装置の設置位置や、光学フィルタの変更や
特性の変化などに起因して当初の予想範囲からずれる場
合がある。このような場合、この実施例の撮像装置の操
作者は、図１の特性調整部５から指令を入力することに
より、照度範囲の変更をテーブル書換部４ｂに指令す
る。この指令を受けたテーブル書換部４ｂは、ＲＡＭで
構成されるルックアップ・テーブル４ａ内の変換データ
を書換えることにより、階調を割当てる照度の範囲を変
更する。このように、ルックアップ・テーブルをＲＡＭ
で構成しておき、外部からの指令に応じて作成した変換
データでルックアップ・テーブルの内容を書換えること
により、容易かつ安価に特性の変更を行うことが可能に
なる。The illuminance of the bead portion or the spot portion may deviate from the initially expected range due to the welding operation, the installation position of the imaging device, a change in the optical filter, a change in characteristics, and the like. In such a case, the operator of the imaging apparatus of this embodiment inputs a command from the characteristic adjustment unit 5 in FIG. 1 to instruct the table rewriting unit 4b to change the illuminance range. The table rewriting unit 4b receiving this command changes the range of the illuminance to which the gradation is assigned by rewriting the conversion data in the look-up table 4a composed of the RAM. Thus, the look-up table is stored in RAM
By rewriting the contents of the look-up table with conversion data created in response to an external command, characteristics can be changed easily and inexpensively.
【００２６】Ａ／Ｄ変換部２とレベル変換部４との間に
直線補正部３を介在させることによって、レベル変換部
４の汎用性が高まる。すなわち、レベル変換部４を、光
電変換部１，Ａ／Ｄ変換部２及び直線補正部３から構成
される種々の品種のセンサのフロントエンド部やヘッド
部と組合わせることができる。あるいは、このレベル変
換部４を撮像装置と表示装置の中間に付加したり、表示
装置内の最前段に付加したりすることもできる。By interposing the linear correction unit 3 between the A / D conversion unit 2 and the level conversion unit 4, the versatility of the level conversion unit 4 is improved. That is, the level conversion unit 4 can be combined with the front end unit or the head unit of various types of sensors including the photoelectric conversion unit 1, the A / D conversion unit 2, and the linear correction unit 3. Alternatively, the level conversion unit 4 can be added between the imaging device and the display device, or can be added at the forefront in the display device.
【００２７】図６は、レベル変換部４によるレベル変換
の更に他の例を説明するための概念図である。この例で
は、ビード部からの入射光の照度よりも大きな１０ 0ル
ックス（レベル６４）からスポット部からの入射光の照
度よりも小さな１０4 ルックス（レベル１９２）までの
範囲に、照度に応じて変化するように０から２５６まで
のレベルが割当てられる。この例では、スポット部の末
尾からビード部の先端部までの領域について鮮明な画像
が表示される。FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining still another example of level conversion by the level converter 4. In this example, the range from a large 10 0 lux than the illuminance of the incident light from the bead portion (level 64) to small 10 4 lux than the illuminance of the incident light from the spot portion (level 192), in accordance with the illuminance Levels from 0 to 256 are assigned to vary. In this example, a clear image is displayed for the region from the end of the spot portion to the tip of the bead portion.
【００２８】レベル変換部４が、図５に例示するような
レベル変換用のルックアップ・テーブルと、図６に例示
するようなレベル変換用のルックアップ・テーブルとを
備えており、特性調整部５からの切替え指令を受けた、
テーブル書換部４ｂが、いずれかのルックアップ・テー
ブルを選択する構成とすることもできる。The level conversion unit 4 includes a lookup table for level conversion as illustrated in FIG. 5 and a lookup table for level conversion as illustrated in FIG. I received a switching command from 5,
The table rewriting unit 4b may be configured to select any look-up table.
【００２９】図２の光電変換素子において、フォトダイ
オードＰＤに対して並列接続されているコンデンサＣ
は、このフォトダイオードＰＤの接合容量と浮遊容量と
を含んでいる。フォトダイオードＰＤへの入射光の照度
が変化すると、フォトダイオードＰＤを流れる光電流が
増減し、ノードＰの電圧が上下することになる。それに
はコンデンサＣがフォトダイオードＰＤやＭＯＳトラン
ジスタＱ１を通して充放電されなければならない。しか
しながら、フォトダイオードＰＤやＭＯＳトランジスタ
Ｑ１の抵抗値が大きいため、上記充放電には時間がかか
る。この結果、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちノ
ードＰの電圧が入射光の照度に追従できなくなり、残像
が生ずる。In the photoelectric conversion element shown in FIG. 2, a capacitor C connected in parallel to the photodiode PD
Includes the junction capacitance and stray capacitance of the photodiode PD. When the illuminance of the light incident on the photodiode PD changes, the photocurrent flowing through the photodiode PD increases and decreases, and the voltage of the node P increases and decreases. To do so, the capacitor C must be charged and discharged through the photodiode PD and the MOS transistor Q1. However, since the resistance values of the photodiode PD and the MOS transistor Q1 are large, the charging / discharging takes time. As a result, the voltage between the terminals of the capacitor C, that is, the voltage at the node P cannot follow the illuminance of the incident light, and an afterimage occurs.
【００３０】このような残像の発生を回避するため、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ３の導通によってこの光電変換素子
のアナログ・センサ信号が出力されるたびに、直ちに、
第１のＭＯＳトランジスタＱ１を通してコンデンサＣの
放電が行われ、初期設定が行われる。すなわち、第１の
ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤが短時間に
わたって接地電圧程度まで低下され、コンデンサＣに蓄
積された電荷がこのＭＯＳトランジスタＱ１を通して放
電される。この結果、コンデンサＣの端子電圧は一旦接
地電圧程度の初期値に低下せしめられる。この後、ＭＯ
ＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が定常値に復帰せし
められると、フォトダイオードＰＤに流れる光電流によ
ってコンデンサＣの充電が開始され、端子間電圧は、光
電流で決まる大きさの一定値に漸近する。In order to avoid such an afterimage, M
Each time an analog sensor signal of this photoelectric conversion element is output due to conduction of the OS transistor Q3, immediately
The capacitor C is discharged through the first MOS transistor Q1, and the initial setting is performed. That is, the drain voltage VD of the first MOS transistor Q1 is reduced to about the ground voltage for a short time, and the charge stored in the capacitor C is discharged through this MOS transistor Q1. As a result, the terminal voltage of the capacitor C is temporarily reduced to an initial value about the ground voltage. After this, MO
When the drain voltage of the S-transistor Q1 is returned to a steady value, charging of the capacitor C is started by the photocurrent flowing through the photodiode PD, and the voltage between the terminals gradually approaches a constant value determined by the photocurrent.
【００３１】上述のように、この実施例の撮像装置は、
第１のＭＯＳトランジスタＱ１を通してコンデンサＣの
放電を行うことにより、残像の発生が回避された良質な
画像信号を出力することができる。As described above, the imaging device of this embodiment is
By discharging the capacitor C through the first MOS transistor Q1, it is possible to output a high-quality image signal in which occurrence of an afterimage is avoided.
【００３２】以上、Ａ／Ｄ変換部２とレベル変換部４と
の間に直線補正部３を介在させる構成を例示した。しか
しながら、前述したようにレベル変換部４の汎用性を必
要としない場合なとには、直線補正部３を省略すること
もできる。As described above, the configuration in which the linear correction section 3 is interposed between the A / D conversion section 2 and the level conversion section 4 has been exemplified. However, as described above, when the versatility of the level conversion unit 4 is not required, the linear correction unit 3 can be omitted.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の溶
接用撮像装置は、スポット部やビード部などの監視対象
からの入射光の照度を含む所定の照度の範囲内でのみこ
の照度の変化に対して対数的に変化するようにレベルを
割り当てる構成であるから、監視対象箇所の照度範囲に
多くの階調信号が割当てられ、監視が容易かつ正確にな
るという効果が奏される。As described above in detail, the welding imaging apparatus according to the present invention has the illuminance only within a predetermined illuminance range including the illuminance of incident light from a monitoring target such as a spot or a bead. Since the level is assigned so as to change logarithmically with the change, many gradation signals are assigned to the illuminance range of the monitoring target portion, and the monitoring is easily and accurately performed.
【００３４】本発明の好適な実施の形態によれば、上記
入射光の所定の照度の範囲外では、上記ディジタル・セ
ンサ信号のレベルがゼロのレベルに変換される構成であ
るから、監視対象の箇所に一層多くの階調を割当てるこ
とが可能になり、監視が容易かつ正確になるという効果
が奏される。According to a preferred embodiment of the present invention, the level of the digital sensor signal is converted to a zero level outside the predetermined illuminance range of the incident light. It is possible to assign more gradations to the location, and the effect is achieved that monitoring is easy and accurate.
【００３５】本発明の更に好適な実施の形態によれば、
上記レベル変換部の変換の内容を外部入力によって変更
する手段を備える構成であるから、監視対象箇所を正確
に設定したり、監視対象や状況の変化に応じて監視対象
の輝度や照度の領域を容易に変更したりすることを可能
になるという利点がある。According to a further preferred embodiment of the present invention,
Since the configuration is provided with means for changing the content of the conversion of the level conversion unit by an external input, the monitoring target location can be set accurately, and the brightness and illuminance areas of the monitoring target can be changed according to changes in the monitoring target and the situation. There is an advantage that it can be easily changed.
【００３６】本発明の更に好適な実施の形態によれば、
光電変換部は、フォトダイオードとこのフォトダイオー
ドに流れる光電流を電圧に変換する対数型のＶ−Ｉ特性
を有するＭＯＳトランジスタなどのトランジスタを備え
る構成であるから、対数型の広いダイナミックレンジが
実現できるという利点がある。According to a further preferred embodiment of the present invention,
Since the photoelectric conversion unit includes a photodiode and a transistor such as a MOS transistor having a logarithmic VI characteristic for converting a photocurrent flowing through the photodiode into a voltage, a logarithmic wide dynamic range can be realized. There is an advantage.
【００３７】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、上記フォトダイオードの接合容量と浮遊容量とを含
むコンデンサに充電された電荷を、トランジスタを通し
て放電する構成であるから、残像の発生が回避され、撮
像画面の画質が向上するという利点がある。According to still another preferred embodiment of the present invention, the charge charged in the capacitor including the junction capacitance and the stray capacitance of the photodiode is discharged through the transistor. Is avoided, and the image quality of the imaging screen is improved.
【図１】本発明の一実施例の溶接用撮像装置の構成を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a welding imaging apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図２】上記実施例の溶接用撮像装置の光電変換部１の
光電変換素子の構成の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a configuration of a photoelectric conversion element of a photoelectric conversion unit 1 of the welding imaging apparatus of the embodiment.
【図３】上記実施例の溶接用撮像装置の直線補正部３の
直線補正の一例を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an example of straight line correction of a straight line correction unit 3 of the imaging device for welding of the embodiment.
【図４】上記実施例の溶接用撮像装置のレベル変換部４
のレベル変換の一例を説明するための概念図である。FIG. 4 is a level converter 4 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an example of level conversion of FIG.
【図５】上記実施例の溶接用撮像装置のレベル変換部４
のレベル変換の他の一例を説明するための概念図であ
る。FIG. 5 is a level converter 4 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining another example of level conversion of FIG.
【図６】上記実施例の溶接用撮像装置のレベル変換部４
のレベル変換の更に他の一例を説明するための概念図で
ある。FIG. 6 shows a level conversion unit 4 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining still another example of the level conversion of FIG.
【図７】撮像装置による撮像対象の溶接現場の概要を示
す平面図である。FIG. 7 is a plan view illustrating an outline of a welding site to be imaged by the imaging apparatus.
１ 光電変換部 ２ Ａ／Ｄ変換部 ３ 直線補正部 ４ レベル変換部 4a ルックアップ・テーブル 4b テーブル書換部 ５ 特性調整部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion part 2 A / D conversion part 3 Linear correction part 4 Level conversion part 4a Look-up table 4b Table rewriting part 5 Characteristic adjustment part
フロントページの続き (72)発明者 小田 幸治 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大塚 啓示 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5C022 AA01 AB68 AC42 5C024 CX00 CX43 GX03 GY31 HX23 HX57 Continuing from the front page (72) Koji Oda 1-10-1, Shinsayama, Sayama-shi, Saitama Honda Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Keiji Otsuka 1-1-10 Shin-Sayama, Sayama-shi, Saitama Honda Engineering Co., Ltd. In-house F term (reference) 5C022 AA01 AB68 AC42 5C024 CX00 CX43 GX03 GY31 HX23 HX57
Claims (8)
応じたレベルの電気信号をアナログ・センサ信号として
出力する光電変換部と、 このアナログ・センサ信号をディジタル・センサ信号に
変換するＡ／Ｄ変換部と、 このＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル・センサ信
号又はこれを所定の照度及びセンサ信号のレベルの範囲
にわたって相互の直線関係を有するように補正したディ
ジタル・センサ信号のレベルを、入射光の所定の照度の
範囲内でのみこの照度の変化に対して対数的に変化する
ように変換するレベル変換部とを備えたことを特徴とす
る溶接用撮像装置。1. A photoelectric conversion unit which receives an incident light from a welding site and outputs an electric signal of a level corresponding to the illuminance as an analog sensor signal, and converts the analog sensor signal into a digital sensor signal. A / D converter and a digital sensor signal output from the A / D converter or a level of the digital sensor signal corrected so as to have a linear relationship with each other over a predetermined illuminance and sensor signal level range. And a level conversion unit that converts the illuminance so as to logarithmically change the illuminance only within a predetermined illuminance range of the incident light.
射光の照度を含む第１の照度の範囲と、ビード部からの
入射光の照度を含む第２の照度の範囲とから成ることを
特徴とする溶接用撮像装置。2. The illumination device according to claim 1, wherein the predetermined illuminance range of the incident light includes a first illuminance range including the illuminance of the incident light from the spot portion, and a second illuminance range including the illuminance of the incident light from the bead portion. 2. An imaging device for welding comprising: a range of two illuminances;
ル・センサ信号のレベルがゼロのレベルに変換されるこ
とを特徴とする溶接用撮像装置。3. A welding imaging apparatus according to claim 1, wherein a level of said digital sensor signal is converted to a zero level outside a predetermined illuminance range of said incident light. apparatus.
する手段を備えたことを特徴とする溶接用撮像装置。4. The welding imaging apparatus according to claim 1, further comprising means for changing the content of the conversion by said level conversion unit by an external input.
ベルの光電流を流すフォトダイオードと、このフォトダ
イオードに流れる光電流を電圧に変換する対数型のＶ−
Ｉ特性を有する第１のトランジスタと、この電圧を増幅
する第２のトランジスタと、この増幅された電圧を前記
アナログ・センサ信号として選択的に出力する第３のト
ランジスタとを備えた画素群から成ることを特徴とする
溶接用撮像装置。5. The photoelectric conversion unit according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit receives the incident light and supplies a photocurrent of a level corresponding to the illuminance, and converts the photocurrent flowing through the photodiode into a voltage. Logarithmic V- to be converted
The pixel group includes a first transistor having an I characteristic, a second transistor for amplifying the voltage, and a third transistor for selectively outputting the amplified voltage as the analog sensor signal. An imaging device for welding, characterized in that:
ンデンサに充電された電荷を、前記第１のトランジスタ
を通して放電することにより残像の発生を回避する放電
手段を備えたことを特徴とする溶接用撮像装置。6. The discharge device according to claim 5, further comprising: discharging means for discharging charges charged in a capacitor including a junction capacitance and a stray capacitance of the photodiode through the first transistor, thereby avoiding generation of an afterimage. An imaging device for welding.
ぞれＭＯＳトランジスタであることを特徴とする溶接用
撮像装置。7. A welding imaging apparatus according to claim 5, wherein said first transistor and said second transistor are MOS transistors, respectively.
テルミット溶接、電子ビーム溶接又はエレクトロスラグ
溶接のうちの一つの溶接現場であることを特徴とする溶
接用撮像装置。8. The method according to claim 2, wherein the welding site includes laser welding, arc welding, gas welding,
An imaging device for welding, which is a welding site of one of thermite welding, electron beam welding, and electroslag welding.
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| JP2000399893A JP4397521B2 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Imaging device for welding |
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| JP2016110142A (en) * | 2014-12-01 | 2016-06-20 | ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド | Adjusting head-up display (hud) based on light sensing |
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