(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台であって、
上記カメラを取り付ける座面と、この座面に平行な取り付け用孔とを有する部材と、
上記部材の取り付け用孔に挿通して一対の上記部材を所定間隔を置いて支持する管状の支柱とを備え、
上記支柱の一対の上記部材の少なくとも一方を、上記支柱に対して少なくとも回転可能に組み付け、一対の上記部材の座面を同一平面上に有る基準面にそれぞれ当接して同一平面とした後、可動部を固定して架台を構成することを特徴とするステレオカメラ用架台。
【請求項２】
ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台であって、
上記カメラを取り付ける座面が少なくとも平行でない２つの軸の周りに独立して回転可能な部材と、
一対の上記部材を所定間隔を置いて支持する支柱とを備え、
上記支柱に一対の上記部材を組み付け、一対の上記部材の座面を同一平面上に有る基準面にそれぞれ当接して同一平面とした後、可動部を固定して架台を構成することを特徴とするステレオカメラ用架台。
【請求項３】
ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台であって、
上記カメラを取り付ける座面を有する部材と、
一対の上記部材を所定間隔を置いて支持する支柱と、
上記部材と上記支柱とを多方向に回転可能に連結する関節部材とを備え、
上記支柱に一対の上記部材を上記関節部材を介してそれぞれ連結し、一対の上記部材の座面を同一平面上に有る基準面にそれぞれ当接して同一平面とした後、可動部を固定して架台を構成することを特徴とするステレオカメラ用架台。
【請求項４】
少なくとも一つの光軸を想定可能な光学系と、該光学系を通過した光の照射される撮像面とを有し、該光軸及び該撮像面と所定の関係を有する取り付け面を有する撮像装置が上記座面に固定されることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のステレオカメラ用架台。
【請求項５】
上記光学系と上記撮像面とを固定する筐体を有し、該筐体と上記取り付け面との間に少なくとも平行でない２軸の自由度を有する調整機構を有する撮像装置が上記座面に固定されることを特徴とする請求項４記載のステレオカメラ用架台。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、画像による三次元計測技術として、２台のカメラ（ステレオカメラ）で対象物を異なる位置から撮像した１対の画像の相関を求め、同一物体に対する視差からステレオカメラの取り付け位置や焦点距離等のカメラ・パラメータを用いて三角測量の原理により距離を求める、いわゆるステレオ法による画像処理が知られている。
【０００３】
このステレオ法による画像処理では、ステレオカメラから得られた２つの画像信号を順次シフトしながら重ね合わせて２つの画像画像信号が一致した位置を求めるようにしているため、２つの画像間には視差以外のズレがないことが望ましく、２台のカメラは、光軸が平行で、且つ、互いのカメラのイメージセンサの画素の並びが平行であることが好ましい。
【０００４】
このため、特開平５−１１５７５５７号公報には、一対のビデオカメラを連結保持する保持部材に、一方のビデオカメラのイメージセンサの画素の並びが他方のビデオカメラのイメージセンサの画素の並びと平行になるように調整する平行調整手段、一方のビデオカメラの光軸と他方のビデオカメラの光軸とが平行となるように調整する光軸調整部材を設け、２台のカメラの相関関係を機械的に調整・保持する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の先行技術では、実際にカメラを架台に乗せ、架台に設けた可動部を調整しながら２台のカメラの光学的位置を調整するため、架台とカメラの組み合わせが限定されるばかりでなく、架台毎の作業を必要とし、工数の増加やコスト上昇を招く。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、カメラを実際に架台に乗せることなく２台のカメラの光軸を同一平面とすることができ、作業工数やコストを低減して生産性を向上することのできるステレオカメラ用架台を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台であって、上記カメラを取り付ける座面と、この座面に平行な取り付け用孔とを有する部材と、上記部材の取り付け用孔に挿通して一対の上記部材を所定間隔を置いて支持する管状の支柱とを備え、上記支柱の一対の上記部材の少なくとも一方を、上記支柱に対して少なくとも回転可能に組み付け、一対の上記部材の座面を同一平面上に有る基準面にそれぞれ当接して同一平面とした後、可動部を固定して架台を構成することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台であって、上記カメラを取り付ける座面が少なくとも平行でない２つの軸の周りに独立して回転可能な部材と、一対の上記部材を所定間隔を置いて支持する支柱とを備え、上記支柱に一対の上記部材を組み付け、一対の上記部材の座面を同一平面上に有る基準面にそれぞれ当接して同一平面とした後、可動部を固定して架台を構成することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、ステレオカメラを構成する１組のカメラを支持するステレオカメラ用架台であって、上記カメラを取り付ける座面を有する部材と、一対の上記部材を所定間隔を置いて支持する支柱と、上記部材と上記支柱とを多方向に回転可能に連結する関節部材とを備え、上記支柱に一対の上記部材を上記関節部材を介してそれぞれ連結し、一対の上記部材の座面を同一平面上に有る基準面にそれぞれ当接して同一平面とした後、可動部を固定して架台を構成することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２又は請求項３記載の発明において、少なくとも一つの光軸を想定可能な光学系と、該光学系を通過した光の照射される撮像面とを有し、該光軸及び該撮像面と所定の関係を有する取り付け面を有する撮像装置が上記座面に固定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、上記光学系と上記撮像面とを固定する筐体を有し、該筐体と上記取り付け面との間に少なくとも平行でない２軸の自由度を有する調整機構を有する撮像装置が上記座面に固定されることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、請求項１記載のステレオカメラ用架台は、カメラを取り付ける一対の部材に管状の支柱を挿通して所定の間隔で配設し、各部材のカメラ取り付け用座面を、同一平面上に有る面精度の高い定盤等の基準面に当接させる。このとき、少なくとも一方の部材が支柱に対して回転可能であるため、一対のカメラ取り付け用座面を容易に同一平面に揃えることができ、その状態で可動部を固定することにより、架台として完成させることができる。
【００１３】
請求項２記載のステレオカメラ用架台は、カメラを取り付ける一対の部材を支柱に所定の間隔で配設し、各部材のカメラ取り付け用座面を、同一平面上に有る面精度の高い定盤等の基準面に当接させる。このとき、カメラ取り付け用座面が少なくとも平行でない２つの軸の周りに独立して回転可能であるため、一対のカメラ取り付け用座面を容易に同一平面に揃えることができ、その状態で可動部を固定することにより、架台として完成させることができる。
【００１４】
請求項３記載のステレオカメラ用架台は、カメラを取り付ける一対の部材を、それぞれ関節部材を介して支柱に所定間隔で配設し、各部材のカメラ取り付け用座面を、同一平面上に有る面精度の高い定盤等の基準面に当接させる。このとき、各部材が各関節部材によって多方向に回転可能であるため、一対のカメラ取り付け用座面が容易に同一平面となる。従って、その状態で可動部を固定することにより、架台として完成させることができる。
【００１５】
この場合、上記架台のカメラ取り付け用座面には、光学系の光軸及び撮像面と所定の関係を有する取り付け面を有する撮像装置、あるいは、光学系と撮像面とを固定する筐体と取り付け面との間に少なくとも平行でない２軸の自由度を有する調整機構を有する撮像装置が固定される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の第１形態に係わり、図１はステレオカメラ用架台の全体構成図、図２はブラケットの側面図、図３は座面調整の説明図である。
【００１７】
図１において、符号１は、ステレオカメラ用架台であり、この架台１に、ステレオカメラを構成する２台のカメラ１５が所定間隔で取り付けられ、例えば三次元測距装置等に接続され、撮像された一対の画像における同一物体の視差から、三角測量の原理によって被写体までの距離が算出される。
【００１８】
２台のカメラ１５は、複数のレンズからなる光学系と、撮像面となるＣＣＤ素子等のイメージセンサが筐体内に所定の位置関係で収容され、又は汎用のＣＣＤカメラ等に調整機構を付加し、カメラの取り付け用座面に対する光学系の光軸およびイメージセンサの位置、イメージセンサの画素の並びが一定になるように構成され、上記架台１に乗せて固定した段階で互いの光軸が同一平面上に位置するようになる。
【００１９】
上記架台１は、管からなる支柱２と、この支柱２の両端に配設された２個のブラケット３とからなり、上記支柱２と上記ブラケット３とが組み付けられ、各ブラケット３のカメラ取り付け用座面が同一平面上になるよう調整された状態で、固定される。
【００２０】
上記支柱２は、軽量で、且つ、ねじり・曲げに対して十分な剛性を有する管によって形成され、例えばアルミニウム合金継目無管等の市販の規格品を用いることができる。また、上記ブラケット３は、図２（図１のＡ矢視方向を示す）に示すように、上記支柱２が挿通される取り付け孔３ａを有する基底部３ｂと、この基底部３ｂと一体的に形成され、上記取り付け孔３ａの中心軸と平行な平面を形成し、上記カメラ１５が取り付けられる座面３ｃを有する台座部３ｄとから構成されている。
【００２１】
上記支柱２の外径と上記ブラケット３の取り付け孔３ａの内径とは、上記支柱２の両端に上記ブラケット３を組み付ける際、少なくとも一方のブラケット３が上記支柱２の軸周りに所定の自由度をもって回転自在となるよう、互いの寸法公差が管理されている。
【００２２】
この場合のはめあいは、すきまばめでも良いが、上記支柱２と上記ブラケット３との間の隙間が大き過ぎ、組み付け固定時に安定性を欠く嫌いがある。このため、上記支柱２と上記ブラケット３とのはめあいは、例えば、中間ばめが適当である。この中間ばめでは、厳密には、孔と軸との許容限界寸法内でのバラツキによっては、しまりばめとなるが、実際には、製造公差の管理や選択組み合わせ等により、両端のブラケット３が共にしまりばめになることはない。
【００２３】
上記支柱２と上記ブラケット３との組み付けは、以下の手順で行う。すなわち、まず、各ブラケット３の取り付け孔３ａに支柱２を挿通し、支柱２の両端にブラケット３を配設する。次に、図３に示すように、両端のブラケット３の座面３ｃを、面精度の高い定盤２０の基準面に当接させる。このとき、一組のブラケット３は、少なくとも一方が支柱２の周りに回転可能なため、支柱２に許容範囲内の曲がり誤差があっても、互いの座面の高低差を吸収することができ、各座面３ｃが同一平面上に位置決めされる。
【００２４】
尚、上記定盤２０は、所定の水準以上の平面度及び表面粗さの基準面を有するものが使用され、その基準面は、ＪＩＳに規定する仕上げ記号で▽▽▽程度の表面粗さ以下であることが望ましい。
【００２５】
そして、各ブラケット３の座面３ｃを同一平面上に調整した状態で、各ブラケット３と支柱２とを接着剤等で固定して架台１として構成する。ここで用いられる接着剤は、固化時の体積変化の少ない、例えば、エポキシ系接着剤が好ましい。
【００２６】
すなわち、簡単な加工部品を組み合わせて高精度の架台を構成することができ、後調整を最小限にして架台上の２台のカメラの光軸を同一平面上にすることができる。
【００２７】
これにより、複数の架台を平面精度を保ったまま同品質で大量生産が可能となり、作業工数の削減、コスト低減を達成することができ、しかも、メンテナンスが容易である。
【００２８】
図４〜図８は本発明の実施の第２形態に係わり、図４はステレオカメラ用架台の全体構成図、図５はベースブラケット周辺の側面図、図６はベースステージの上面図、図７はベースブラケット周辺の正面図、図８は座面調整の説明図である。
【００２９】
本形態は、前述の第１形態に対し、ステレオカメラの取り付け用座面の平面精度を更に向上するものであり、図４に示すように、本形態の架台５は、前述の第１形態の支柱２を用い、この支柱２の両端に配設したベースブラケット６に、板状のベースステージ７を取り付け、更に、このベースステージ７に、カメラ１５が取り付けられる座面を有するステージ８を取り付けて構成される。
【００３０】
図５に示すように、上記ベースブラケット６は、第１形態のブラケット３の基底部３ｂに相当する部材であり、上記支柱２が挿通される取り付け孔６ａと、この取り付け孔６ａの中心軸と平行な平面部６ｂとを有し、このベースブラケット６の平面部６ｂに、同じく第１形態のブラケット３の台座部３ｄに相当する部材である板状のベースステージ７がビス９を介して取り付けられるようになっている。尚、上記ベースブラケット６の取り付け孔６ａの内径と上記支柱２の外径との関係は、第１形態と同様である。
【００３１】
上記ベースステージ７には、図５，６に示すように、上記ビス９が通る貫通孔７ａが４個所設けられ、上記ベースブラケット６側の対応する個所に、上記ビス９に螺合する雌ネジ６ｃが螺設されている。すなわち、上記ベースステージ７は、上記ベースブラケット６の平面部６ｂ上で、上記貫通孔７ａと上記ビス９との間の隙間分だけ回転可能となる。
【００３２】
一方、上記ステージ８は、図７に示すように、円柱を中心軸と平行に切断したような形状の部材で形成され、長手方向の平面部８ａがカメラ１５取り付け用の座面となる。対するベースステージ７側には、上記ベースブラケット６の平面部６ｂに当接する面と反対側の面に、凹部７ｂが長手方向に形成されており、この凹部７ｂに、上記ステージ８の外周円筒面が当接して回転自在に収納されるようになっている。
【００３３】
すなわち、上記ベースブラケット６の取り付け孔６ａの中心軸をＸ軸とすると、このＸ軸周りに上記ベースブラケット６が回転可能であるとともに、Ｘ軸と直交するＹ軸周りに上記ベースステージ７が回転可能であり、さらに、Ｘ，Ｙ軸に直交するＺ軸周りに上記ステージ８が回転可能となっている。従って、最終的に、上記支柱２に対し、カメラ１５が固定されるステージ８の座面８ａが３軸で回転可能となっている。尚、上記ステージ８の半径Ｒの回転中心は、Ｘ軸と８０〜１２０度の範囲で交わるようにしても良い。
【００３４】
本形態の架台５の組み付けに際しては、予め、ベースステージ７の凹部７ｂに接着剤を塗布する等してステージ８を収納するとともに、ベースブラケット６にベースステージ７をビス９によって仮止めし、ブラケットアッセンブリとして仮組みする。
【００３５】
そして、ベースブラケット６の取り付け孔６ａに支柱２を挿通し、支柱２の両端にブラケットアッセンブリを配設すると、図６に示すように、両端のブラケットアセンブリのステージ８の座面８ａを、第１形態で説明した定盤２０の基準面に当接させる。
【００３６】
このとき、一組のブラケットアセンブリは、少なくとも一方のベースブラケット６が支柱２の周りに回転可能であり、且つ、両方のステージ８がベースブラケット６の平面部６ｂに平行な軸の周りに回転可能であるため、支柱２の曲がり誤差を吸収し、両方のステージ８の座面８ａを極めて高精度で同一平面上に置くことができる。
【００３７】
さらに、一方のブラケットアッセンブリのステージ８を基準とし、他方のブラケットアッセンブリのベースステージ７をベースブラケット６の平面部６ｂに直交する軸の周りに回動することで、支柱２に管の曲がり誤差が生じた場合に起こりやすい、ステレオカメラの寄り目（光軸が遠方で交差する現象）を調整することができる。
【００３８】
尚、架台５の組み付けに際し、ベースブラケット６、ベースステージ７、及び、ステージ８の三者を必ずしもブラケットアッセンブリとして仮組みする必要はなく、最初は、第１形態と同様に、ベースブラケット６のみを支柱２に取り付けて平面部６ｂを定盤２０に当接させることにより、ベースブラケット６の平面部６ｂを略同一平面として粗調整・固定した後、ベースブラケット６にベースステージ７とステージ８とを仮組して微調整を行っても良い。
【００３９】
本形態では、前述の第１形態に対し、支柱２の曲がり誤差に対する許容度を大きくすることができ、さらに精密な平面調整を行うことができる。
【００４０】
図９〜図１２は本発明の第３形態に係わり、図９はステレオカメラ用架台の全体構成図、図１０は関節継手周辺の拡大図、図１１は関節継手の変形例を示す説明図、図１２は座面調整の説明図である。
【００４１】
本形態は、前述の第１，第２形態の管からなる支柱２に対し、管、角柱、リブ等の入った板材、棒材等、支柱としての部材の選択の自由度を拡大するとともに、カメラ取り付け用座面の調整可動範囲を大幅に拡大するものである。
【００４２】
このため、図９に示すように、本形態のカメラ用架台１０は、支柱（図においては角柱）１１の両端に、関節継手１２を介してカメラ取り付け用の台座１３を自由結合し、多方向回転による調整を可能としている。上記支柱１１は、ねじり・曲げに対して十分な強度を有し、また、上記関節継手１２も台座１３に負荷が掛かった際にたわみやねじれが生じないよう、台座１３を支持するのに十分な強度・剛性を有している。
【００４３】
上記関節継手１２は、球と、この球の外形形状に合わせた受け部とによって構成することができ、この受け部を、支柱１１、台座１３の少なくとも一方に形成する。すなわち、図１０（ａ）に示すように、支柱１１に球を一体的に形成あるいは固定した球状部１２ａを設け、台座１３側に、球の外形形状に合わせた受け部１２ｂを形成して関節継手１２を構成しても良く、また、図１０（ｂ）に示すように、上記関節継手１２を、台座１３と一体的に形成あるいは固定した球状部１２ｃと、この球状部１２ｃの外形形状に合わせた支柱１１の受け部１２ｄとによる構成としても良い。
【００４４】
尚、この場合、上記関節継手１２は、必ずしも完全な球体による自由結合でなくとも良く、楕円体等の曲面を利用しても良い。
【００４５】
さらに、上記関節継手１２は、図１１に示すように、支持脚を有する球状部１２ｅと、支持脚を有する受け部１２ｆとによって構成することも可能である。この場合においても、球状部１２ｅの支持脚、受け部１２ｆの支持脚を、それぞれ、支柱１１、台座１３のいずれの側に固定するかは任意である。
【００４６】
本形態の架台１０では、図１２に示すように、支柱１１両端の台座１３のカメラ取り付け用座面を定盤２０に当接させたとき、各関節継手１２によって各台座１３が多方向に傾斜自在に当接されるため、支柱１１に対する台座１３の板厚方向の寸法バラツキを無理なく吸収し、互いの座面を容易に同一平面上におくことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、カメラを実際に架台に乗せることなく２台のカメラの光軸を同一平面とすることができ、作業工数やコストを低減して生産性を向上する、更にはカメラ交換の度の調整を不要とすることができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、ステレオカメラ用架台の全体構成図
【図２】同上、ブラケットの側面図
【図３】同上、座面調整の説明図
【図４】本発明の実施の第２形態に係わり、ステレオカメラ用架台の全体構成図
【図５】同上、ベースブラケット周辺の側面図
【図６】同上、ベースステージの上面図
【図７】同上、ベースブラケット周辺の正面図
【図８】同上、座面調整の説明図
【図９】本発明の実施の第３形態に係わり、ステレオカメラ用架台の全体構成図
【図１０】同上、関節継手周辺の拡大図
【図１１】同上、関節継手の変形例を示す説明図
【図１２】同上、座面調整の説明図
【符号の説明】
１，５，１０…架台
２，１１    …支柱
３          …ブラケット
６          …ベースブラケット
７          …ベースステージ
８          …ステージ
１２        …関節継手
２０        …定盤
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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