(57)【要約】【課題】ステレオカメラの光軸調整を容易に行えるようにする。【解決手段】一対の撮像素子１２Ｌ，１２Ｒ及びこれらに被写体の像をそれぞれ結像させる一対の光学系１３Ｌ，１３Ｒを有するステレオカメラ１０の光軸調整装置２０であり、コリメータ２１と、コリメータ２１を保持し、コリメータ２１を、Ｘ−Ｙ平面に対して平行状態を保ったままＹ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれスライドさせるスライド調整手段と、Ｚ軸を回転中心として回転させる回転調整手段とを有するコリメータ保持調整台２２とを備える光軸調整装置である。【選択図】図１
2010286746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の撮像素子及び該撮像素子に被写体の像をそれぞれ結像させる一対の光学系を有するステレオカメラの光軸調整装置であって、
コリメータと、
前記コリメータを保持し、該コリメータを、所定の基準平面に対して平行状態を保ったまま該基準平面内の第１軸方向及び該基準平面に直交する第２軸方向にそれぞれスライドさせるスライド調整手段と、該第２軸を回転中心として回転させる回転調整手段とを有するコリメータ保持調整台と
を備えることを特徴とするステレオカメラの光軸調整装置。
【請求項２】
前記コリメータは、
前記ステレオカメラの基線長と同じ間隔で２つの光ビームを照射可能であり、かつ両光ビームの照射軸が平行となるよう設定されているとともに、
前記ステレオカメラまでの距離を計測する距離計測手段と、
前記光ビームの形状を制御する光束制御手段と、
前記光ビームの光量を調整する光量制御手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の光軸調整装置。
【請求項３】
前記距離計測手段は光ビーム毎に独立して前記ステレオカメラまでの距離を計測可能であることを特徴とする請求項２に記載の光軸調整装置。
【請求項４】
前記光束制御手段は前記光学系を外した状態であっても前記撮像素子の水平及び垂直解像度近くまで小さな光束に絞ることが可能な請求項２に記載の光軸調整装置。
【請求項５】
前記光量制御手段は前記光学系を外した状態であっても前記撮像素子のダイナミックレンジに応じてスミアやブルーミングが発生しないような小さな光量に調整可能な請求項２に記載の光軸調整装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の光軸調整装置を用いるステレオカメラの光軸調整方法であって、
前記ステレオカメラの前記光学系を取り外した状態で、前記コリメータからの光ビームを前記撮像素子に照射して得られる像が所定の基準位置に一致するように、前記コリメータ保持調整台により前記コリメータの前記ステレオカメラに対する位置関係を調整するステップと、
前記ステレオカメラの前記光学系を取り付けた状態で、前記コリメータからの光ビームを前記撮像素子に照射して得られる像が前記基準位置に一致するように、前記光学系の前記撮像素子に対する位置関係を調整するステップと
を備えることを特徴とするステレオカメラの光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のカメラを有するステレオカメラの光軸調整装置及び光軸調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等）と撮影光学系とを有するカメラを２つ備え、視差のある２つの画像を撮像して被測定物の形状と距離を計測するステレオカメラにおいては、計測精度を確保・維持するために、２つの撮影光学系の光軸を精度良く調整する必要がある。
【０００３】
ステレオカメラの光軸調整に関する従来技術としては、例えば、下記特許文献１に記載されている。この技術では、単一のスポット光源に対して、左右のカメラの一方を対面させて、該一方のカメラの撮影光学系（鏡筒）を光軸周りに回転させて得られる光源映像（発光部の像）の軌跡と、該スポット光源に対して他方のカメラを対面させて、該他方のカメラの撮影光学系を同様に光軸周りに回転させて得られる光源映像の軌跡とを一致させることにより、両光軸を位置合わせしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５１９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、左右のカメラをスポット光源に対してそれぞれ位置合わせして、それぞれの撮影光学系を回転させる作業が煩雑であり、作業効率が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ステレオカメラの光軸調整を容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るステレオカメラの光軸調整装置は、一対の撮像素子及び該撮像素子に被写体の像をそれぞれ結像させる一対の光学系を有するステレオカメラの光軸調整装置であって、コリメータと、前記コリメータを保持し、該コリメータを、所定の基準平面に対して平行状態を保ったまま該基準平面内の第１軸方向及び該基準平面に直交する第２軸方向にそれぞれスライドさせるスライド調整手段と、該第２軸を回転中心として回転させる回転調整手段とを有するコリメータ保持調整台とを備える光軸調整装置である。
【０００８】
また、本発明に係るステレオカメラの光軸調整方法は、上述した本発明に係るステレオカメラの光軸調整装置を用いるステレオカメラの光軸調整方法であって、前記ステレオカメラから前記光学系を取り外した状態で、前記コリメータからの光ビームを前記撮像素子に照射して得られる像が所定の基準位置に一致するように、前記コリメータ保持調整台により前記コリメータの前記ステレオカメラに対する位置関係を調整するステップと、前記ステレオカメラに前記光学系を取り付けた状態で、前記コリメータからの光ビームを前記撮像素子に照射して得られる像が前記基準位置に一致するように、前記光学系の前記撮像素子に対する位置関係を調整するステップとを備える光軸調整方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ステレオカメラの光軸調整を容易に行えるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態のステレオカメラの光軸調整装置（光軸調整前）を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態のステレオカメラの光軸調整装置（光軸調整後）を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態のステレオカメラの光軸調整装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図１及び図２中に示すようなＸＹＺ直交座標系を設定し、この座標系を適宜参照しつつ説明する。このＸＹＺ直交座標系は、この実施形態では、Ｘ−Ｙ平面が水平面に設定され、Ｚ軸が鉛直方向に設定されている。
【００１２】
まず、図１を参照する。光軸調整対象としてのステレオカメラ１０は、カメラ筐体１１、及び一対のカメラ（左カメラ及び右カメラ）を概略備えて構成されている。一対のカメラは、互いに所定の基線長ＢＬをもって左右に配置されており、左カメラは撮像素子１２Ｌ及びこれに被写体の像を結像させる撮影光学系を有しており、右カメラは撮像素子１２Ｒ及びこれに被写体の像を結像させる撮影光学系を有している。
【００１３】
各撮像光学系は、それぞれ鏡筒１３Ｌ，１３Ｒ内に光学デバイスとしてのレンズを支持して構成されている。撮影光学系の鏡筒１３Ｌ，１３Ｒは、カメラ筐体１１に取り外し可能に取り付けられている。また、撮影光学系の鏡筒１３Ｌ，１３Ｒは、その姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転）を微調整、すなわち撮影光学系の光軸１４Ｌ，１４Ｒの方向をそれぞれ独立して微調整できるように、不図示の調整機構を介してカメラ筐体１１に支持されている。該調整機構としては、鏡筒１３Ｌ，１３Ｒの位置（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置）も微調整できるようになっていてもよい。
【００１４】
撮像素子１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ等（本実施形態では、何れもＣＣＤイメージセンサであるものとする）から構成され、対応する撮影光学系（鏡筒１３Ｌ，１３Ｒ）を介して結像される被写体の像を撮像する。撮像素子１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ対応する電子基板に実装されている。
【００１５】
撮像素子１２Ｌ，１２Ｒにより撮像された撮像信号（映像信号）は、それぞれ映像信号ケーブル１５Ｌ，１５Ｒを介して出力される。図１では、映像信号ケーブル１５Ｌ，１５Ｒは、映像モニタ１６Ｌ，１６Ｒに接続されており、撮影中の画像が映像モニタ１６Ｌ，１６Ｒの表示画面上にリアルタイムに表示されるようになっている。
【００１６】
ステレオカメラ１０は、光軸調整時には、カメラ保持台１７上の所定の位置に着脱可能に固定される。カメラ保持台１７のカメラ保持面（図１で上面）は、基準面としてのＸ−Ｙ平面に実質的に平行に設定されており、ステレオカメラ１０をこのカメラ保持台１７上に位置決め固定した状態で、左右のカメラの基線長ＢＬの方向が、Ｙ軸方向と実質的に一致するようになっている。
【００１７】
このステレオカメラ１０の光軸調整を行うための光軸調整装置２０は、カメラ保持台１７上に固定されたステレオカメラ１０に対面して配置されており、一対の光ビームを出射するコリメータ２１と、コリメータ２１を保持してその位置及び姿勢を微調整するためのコリメータ保持調整台２２と、コリメータ保持調整台２２を支持するコリメータ取付台２３とを概略備えて構成されている。
【００１８】
本実施形態のコリメータ２１は、２つの光ビームを出力するものであり、２つの光ビーム照射部を備えている。各光ビーム照射部は、レーザダイオード等からなる光源２４Ｌ，２４Ｒを有し、光源２４Ｌ，２４Ｒから出射した光をそれぞれレンズ（ＧＲＩＮレンズ、凸レンズ又は非球面レンズ等）を介して平行光に変換して、光ビームとしてそれぞれ対応する光ビーム射出口２１Ｌ，２１Ｒから出射する。
【００１９】
各光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒは、ステレオカメラ１０の基線長ＢＬと同じ間隔をあけて、互いの光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒが平行となるように設定されている。コリメータ２１は、光ビーム射出口２１Ｌ，２１Ｒがステレオカメラ１０に対面するように、コリメータ保持調整機構２２のコリメータ保持台２６上に固定されている。
【００２０】
各光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒを内包する平面、コリメータ保持調整台２２の保持台２６の上面、及びカメラ保持台１７の上面は、互いに実質的に平行関係が成立しており、すなわちこの実施形態では全てＸ−Ｙ平面に実質的に平行となっている。
【００２１】
コリメータ２１は、何れも図示は省略するが、距離計測装置（距離計測手段）と、光束制御装置（光束制御手段）と、光量制御装置（光量制御手段）とをさらに備えている。距離計測装置は、照射した光ビームの反射体（ここでは、ステレオカメラ１０）での反射光を受光して、該反射体までの距離を計測するための測距装置である。光束制御装置は、照射する光ビーム（光束）の断面形状（大きさ）を変更調整（制御）するための装置である。光量制御装置は、照射する光ビームの光量を変更調整（制御）するための装置である。これらの測距、光束制御及び光量制御は、各光ビームについて、それぞれ行うことができるようになっている。
【００２２】
コリメータ保持調整台２２は、コリメータ２１を保持するコリメータ保持台２６をスライドさせるスライド調整機構（スライド調整手段）と、コリメータ保持台２６を回転させる回転調整機構（回転調整手段）とを備えている。スライド調整装置は、コリメータ保持台２６上に保持されたコリメータ２１を、Ｘ−Ｙ平面に対して平行状態を保ったまま、Ｘ−Ｙ平面内のＹ軸方向（第１軸方向）及び該Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸方向（第２軸方向）にそれぞれスライドさせる機構である。スライド調整機構は、Ｙ軸方向のスライド位置及びＺ軸方向のスライド位置を微調整した後に、その位置で固定することができるようになっている。なお、スライド調整機構は、Ｘ軸方向にもスライドさせる機構を備えていてもよい。
【００２３】
また、回転調整手段は、同様に、コリメータ保持台２６上に保持されたコリメータ２１を、Ｘ−Ｙ平面に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸を回転中心として回転させる機構である。回転調整機構は、Ｚ軸周りの回転位置を微調整した後に、その位置で固定することができるようになっている。なお、回転調整機構は、コリメータ保持台２６の上面のカメラ保持台１７の上面に対する平行関係を微調整するため、Ｘ軸周り及び／又はＹ軸周りに回転させる機構を備えていてもよい。
【００２４】
なお、本実施形態では、ステレオカメラ１０の２つの撮像素子１２Ｌ，１２Ｒの映像信号を２台の映像モニタ１６Ｌ，１６Ｒでそれぞれ表示するようにしたが、映像モニタを１台として、２つの撮像素子１２Ｌ，１２Ｒの映像信号を切り替えて１台の映像モニタに表示させるようにしてもよいし、又は各映像信号を重畳して１台の映像モニタに同時に表示させるようにしてもよい。
【００２５】
また、カメラ保持台１７に保持されたステレオカメラ１０（鏡筒１３Ｌ，１３Ｒ）とコリメータ２１との間の距離Ｌ１はステレオカメラ１０に求められる測距精度に応じて適切な値を設定すればよい。
【００２６】
次に、光軸調整装置２０を用いたステレオカメラ１０の光軸調整を行う方法を説明する。まず、コリメータ２１の左右の光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒと、ステレオカメラ１０の左右のカメラの基線長ＢＬの方向とが垂直に交わるように、コリメータ保持調整台２２の回転調整機構を用いてＺ軸周りの回転方向を調整する。
【００２７】
この調整には、コリメータ２１が備える距離計測装置を利用する。すなわち、左右のカメラの撮影光学系の鏡筒１３Ｌ，１３Ｒのそれぞれに、カバー、キャップ、又は光学フィルタ等からなる反射体を取り付けて、コリメータ２１の左右の光ビームが反射するようにし、距離計測装置により計測される光ビーム射出口２１Ｌから鏡筒１３Ｌまでの距離と光ビーム射出口２１Ｒから鏡筒１３Ｒまでの距離が等しくなるように、Ｚ軸周りの回転角θを調整する。なお、鏡筒１３Ｌ，１３Ｒ部分での距離計測が難しい場合には、カメラ筐体１１やカメラ保持台１７のＺ−Ｙ平面と平行な面を持つ部分からの光ビームの反射を利用してもよい。
【００２８】
次に、コリメータ２１の左右の光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒの中心が対応するステレオカメラ１０の撮像素子１２Ｌ，１２Ｒの中心と一致するように、コリメータ保持調整台２２のスライド調整機構を用いて、Ｙ軸及びＺ軸方向へのスライド調整を行う。この調整には、まず、コリメータ２１の光束制御装置により、撮像素子１２Ｌ，１２Ｒの水平及び垂直解像度近くまで光束を絞り、併せて、光量制御装置により、スミアやブルーミング等の発生を抑制して光軸調整に良好な光源映像が得られるように、撮像素子１２Ｌ，１２Ｒのダイナミックレンジに応じて適切な光量に光ビームを調整する。
【００２９】
そして、鏡筒１３Ｌ，１３Ｒをカメラ筐体１１から一旦取り外し、撮像素子１２Ｌ，１２Ｒで撮像された映像を、映像モニタ１６Ｌ，１６Ｒでモニタし、撮像素子１２Ｌ，１２Ｒにより撮像された映像モニタ１６Ｌ，１６Ｒ上の光源映像１８Ｌ，１８Ｒが表示画面中央（画面内の一点鎖線の交点）に位置するように、Ｙ軸方向のスライド量ｙ及びＺ軸方向のスライド量ｚを調整すればよい。なお、この時に不要となる一方の光ビームはその照射を停止してもよい。
【００３０】
ここで、ステレオカメラ１０の２つの撮像素子１２Ｌ，１２Ｒの取り付け位置の精度が悪いと、前述の方法で２つの光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒの中心を撮像素子１２Ｌ，１２Ｒの中心に合わせることが困難となるので、そのような場合には、ステレオカメラ１０側で撮像素子１２Ｌ，１２Ｒをそれぞれ搭載する電子基板の位置を正しく調整しなければならない。通常、この調整は左右どちらかの撮像素子（例えば、撮像素子１２Ｌ）の位置を基準とし、他方の撮像素子（例えば、撮像素子１２Ｒ）の電子基板のみを移動させて行う。
【００３１】
最後に、一旦取り外していた撮影光学系の鏡筒１３Ｌ，１３Ｒをカメラ筐体１１に再度取り付け、左右の光ビームの照射軸２５Ｌ，２５Ｒの中心に対応する光源映像１８Ｌ，１８Ｒが、図２に示されているように、映像モニタ１６Ｌ，１６Ｒの表示画面の中央（画面内の一点鎖線の交点）に位置するように、鏡筒１３Ｌ，１３Ｒの位置や角度を上述した調整機構を用いて調整する。なお、この調整は、鏡筒１３Ｌ，１３Ｒ内のレンズの位置や角度を調整することにより行うようにしてもよい。この時、調整に適した光源映像１８Ｌ，１８Ｒを得るために、コリメータ２１の光束制御装置及び光量制御装置を利用して、再び光ビームの光束と光量の調整を適宜に行うことが好ましい。
【００３２】
上述した光軸調整装置を用い、以上のステップを経てステレオカメラの光軸を調整することにより、上述した特許文献１に記載の従来技術のように、光軸を中心とした撮影光学系の鏡筒の光軸周りの回転作業を行わなくても、精度のよい光軸調整を容易に行うことが可能となる。
【００３３】
また、一度コリメータの位置と光ビームの照射角度の調整が済めば、コリメータ取付台やカメラ保持台を動かさない限り、カメラ保持台上のステレオカメラだけを交換して、何度も光軸合わせを行えることから、量産に特に適している。
【００３４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…ステレオカメラ、１１…カメラ筐体、１２Ｌ，１２Ｒ…撮像素子、１３Ｌ，１３Ｒ…鏡筒、１４Ｌ，１４Ｒ…光軸、１６Ｌ，１６Ｒ…映像モニタ、１７…カメラ保持台、１８Ｌ，１８Ｒ…光源映像、２０…光軸調整装置、２１…コリメータ、２１Ｌ，２１Ｒ…光ビーム射出口、２２…コリメータ保持調整台、２３…コリメータ取付台、２４Ｌ，２４Ｒ…光源、２５Ｌ，２５Ｒ…照射軸、２６…コリメータ保持台。
【図１】
2010286746.tif 000003
【図２】
2010286746.tif 000004