(57)【要約】【課題】２台の撮像装置を並列に保持する構成を有し、２台の撮像装置の光軸方向を一致させるためのキャリブレーションを容易に行うことができる自動雲台装置を提供する。【解決手段】１本の直線状のレール３に、カメラ２ａを保持するための摺動台４ａと、カメラ２ｂを保持するための摺動台４ｂとが、レール３と平行な方向に摺動自在に取り付けられている。摺動台４ａの移動範囲と、摺動台４ｂの移動範囲とは、レール３の中央で重なるように設定されている。一方のカメラ２ａをレール３の中央に移動させてその光軸を調整した後、カメラ２ａによる撮影画像を基準画像として取得する。その後、他方のカメラ２ｂをレール３の中央に移動させて、カメラ２ｂの撮影画像がカメラ２ａで撮影した基準画像と一致するように、カメラ２ｂの位置及び光軸の向きを調整する。【選択図】図６
2012222567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の撮像装置を並列に保持する自動雲台装置であって、
直線状の１本のレールと、
前記レールに沿って摺動自在となるように前記レールに係合し、前記第１の撮像装置を保持する第１の摺動台と、
前記レールに沿って摺動自在となるように前記レールに係合し、前記第２の撮像装置を保持する第２の摺動台と、
前記レール上の第１の位置と第２の位置との間で前記第１の摺動台を移動させる第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの移動範囲外にある前記レール上の第３の位置と、前記第１のアクチュエータの移動範囲内にある前記レール上の第４の位置との間で前記第２の摺動台を移動させる第２のアクチュエータとを備える、自動雲台装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の撮像装置の各々は、複数のレンズ素子から構成される撮像光学系を含んでおり、
前記第１及び第２の摺動台は、前記撮像光学系で最も物体側に位置するレンズ素子が前記レールの上方に位置するように前記第１及び第２の撮像装置を保持する、請求項１に記載の自動雲台装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の摺動台の間隔が所定値以下にならないように、前記第１及び第２のアクチュエータを制御するコントローラを更に備える、請求項１に記載の自動雲台装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元映像を撮影するために、２台の撮像装置を並列に保持する自動雲台装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、観察者の左右の眼に視差のある画像を提示することによって、三次元映像を再現できる表示装置が普及しつつある。視差のある右眼用及び左眼用画像は、所定のステレオベースを設けて配置した２台の撮像装置を用いて撮影される。視差のある画像を撮影する際、２台の撮像装置はリグに取り付けられる。リグに取り付けられる２台の撮像装置は、各々の光軸がほぼ平行となるように並列配置される場合や、各々の光軸が直交するように配置される場合がある。２台の撮像装置を並列配置するリグの例は、例えば特許文献１〜４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４６２９号公報
【特許文献２】特開平２−２６０８９０号公報
【特許文献３】特開平１−１３５４４０号公報
【特許文献４】特開平１１−１６０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元映像を再現するための右眼用画像と左眼用画像との間に、意図された視差以外のずれが存在すると観察者に違和感を与えてしまう。そこで、撮像装置をリグに取り付けた後に、２台の撮像装置の光軸方向を一致させるためのキャリブレーションが必要となる。キャリブレーションは、例えば、リグに取り付けた撮像装置でテストチャートを撮影し、撮影したテストチャートの画像を見ながら撮像装置の光軸の向きを調整することによって行われるのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜４に記載のリグを用いる場合、基準となるテストチャートに対して、２台の撮像装置の光軸をそれぞれ調整する必要があるため、キャリブレーションが煩雑であったり、作業に要する時間が長くなったりするなどの問題がある。
【０００６】
それ故に、本発明は、２台の撮像装置を並列に保持する構成を有し、２台の撮像装置の光軸方向を一致させるためのキャリブレーションを容易に行うことができる自動雲台装置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】
【０００７】
本発明は、第１及び第２の撮像装置を並列に保持する自動雲台装置に関する。本発明に係る自動雲台装置は、直線状の１本のレールと、レールに沿って摺動自在となるようにレールに係合し、第１の撮像装置を保持する第１の摺動台と、レールに沿って摺動自在となるようにレールに係合し、第２の撮像装置を保持する第２の摺動台と、レール上の第１の位置と第２の位置との間で第１の摺動台を移動させる第１のアクチュエータと、１のアクチュエータの移動範囲外にあるレール上の第３の位置と、第１のアクチュエータの移動範囲内にあるレール上の第４の位置との間で第２の摺動台を移動させる第２のアクチュエータとを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１本のレールを一対の摺動台で共有しつつ、一対の摺動台を同一位置に配置することができるため、一方の撮像装置による撮影画像を基準として用いて、他方の撮像装置の光軸の向きを調整することが可能となり、この結果、光軸調整を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る自動雲台装置の使用状態を示す平面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩラインから見た図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩラインに沿う断面図
【図４】図１に示した摺動台の移動範囲を説明するための模式図
【図５】輻輳角の調整方法を説明するための平面図
【図６】本発明の実施形態に係る自動雲台装置を用いたキャリブレーション方法及び摺動台の移動制御方法を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る自動雲台装置の使用状態を示す平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩラインから見た図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩラインに沿う断面図である。
【００１１】
本実施形態に係る自動雲台装置１は、２台のカメラ２ａ及び２ｂを、各々の光軸がほぼ平行となるように並列に保持するためのものである。自動雲台装置１は、直線状のレール３と、レール３に沿って摺動自在な一対の摺動台４ａ及び４ｂと、摺動台４ａ及び４ｂをレール３と平行な方向に摺動させるアクチュエータ５ａ及び５ｂとを備える。
【００１２】
レール３は、カメラ２ａ及び２ｂの移動をガイドするための部材であり、ベース６の上面に固定されている。
【００１３】
摺動台４ａは、ベースプレート７ａと、回転機構８ａと、支持部材９ａと、調整機構１０ａと、カメラ取付部材１１ａと、係合部材１２ａとを備える。
【００１４】
ベースプレート７ａは、図１に示すように、レール３とアクチュエータ５ａとを掛け渡す板状の部材である。ベースプレート７ａの下面には、レール３に係合する係合部材１２ａが設けられている。また、ベースプレート７ａは、摺動台４ａを移動させるアクチュエータ５ａの移動部材１６に接続されている。
【００１５】
回転機構８ａは、ベースプレート７ａの上面に固定されている。回転機構８ａは、モータと、軸ＡＸを回転中心とする回転軸と（いずれも図示せず）を有している。回転軸の回転中心である軸ＡＸは、レール３の幅方向（図１の上下方向）の中央に位置している。尚、上記の説明においては軸ＡＸがレール３の幅方向の中央に位置している例を説明したが、レール３の中央以外に位置する構成でも構わない。
【００１６】
支持部材９ａは、図２に示すように、水平部２１と、水平部２１ａから垂直に立ち上がる垂直部２２とを有するＬ字型の部材である。水平部２１は、回転機構８ａの回転軸に接続されている。よって、回転機構８ａによる回転軸の回転に従って、支持部材９ａは、軸ＡＸを中心に回転可能である。
【００１７】
カメラ取付部材１１ａは、図２に示すように、支持部材９ａの水平部２１と対向する水平部２３と、水平部２３から垂直に立ち上がる垂直部２４とを有するＬ字型の部材である。カメラ取付部材１１ａの水平部２３には、光軸を略水平にしたカメラ２ａが載置され、図示しない固定具によって載置されたカメラ２ａが固定される。尚、カメラ取付部材１１に対するカメラ２ａの取付位置は、カメラ２ａの撮像光学系内で最も物体側に位置するレンズ素子がレール３の上方に位置するように設定されることが好ましい。更に、撮像光学系内で最も物体側に位置するレンズ素子の厚み方向の中心が、回転機構の軸ＡＸ上にあることがより好ましい。また、カメラの光軸と回転機構の軸ＡＸとは同一平面上にある。尚、このカメラ２ａの取付位置の利点は後述する。
【００１８】
調整機構１０ａは、カメラ取付部材１１ａの角度及び高さを調整するためのものであり、支持部材９ａの垂直部２２と、カメラ取付部材１１ａの垂直部２４とを接続する。調整機構１０ａに設けられた角度調整摘みを操作することによって、カメラ取付部材１１ａに取り付けられたカメラ２ａの光軸の傾き（図１〜３に示したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りの回転角）が調整される。また、調整機構１０ａに設けられた高さ調整摘みを操作することにより、カメラ取り付け部材１１ａの高さ（図１〜３に示したｚ軸方向の位置）を調整することができる。これにより、カメラ取付部材１１ａに取り付けられたカメラ２ａの光軸の高さが調整される。
【００１９】
他方の摺動台４ｂも同様に、レール３とアクチュエータ５ｂとを掛け渡す平板上のベースプレート７ｂと、ベースプレート７ｂの上面に固定される回転機構８ｂと、回転機構８ｂの回転軸（図示せず）に接続される支持部材９ｂと、カメラ取付部材１１ｂと、支持部材９ｂ及びカメラ取付部材１１ｂを接続する調整機構１０ｂと、ベースプレート７ｂの下面に設けられる係合部材１２ｂとを備える。ベースプレート７ｂは、摺動台４ｂを移動させるアクチュエータ５ｂの移動部材１６に接続されている。摺動台４ｂを構成する各部材は、摺動台４ａを構成する各部材と同じであるので、繰り返しの説明を省略する。
【００２０】
アクチュエータ５ａ及び５ｂは、レール３を両側から挟んで、レール３と平行となるように配置されている。図１〜３に示すように、アクチュエータ５ａ及び５ｂは、摺動台４ａ及び４ｂの移動範囲がレール３の中央で重なるように、オーバーラップして配置されている。この点の詳細は後述する。
【００２１】
アクチュエータ５ａは、例えば、モータ１３と、モータ１３によって回転されるボールネジ１４と、ボールネジ１４に螺合するナット１５と、ナット１５に取り付けられる移動部材１６と、移動部材１６をボールネジ１４の軸方向にガイドするガイドレール１７と、これらの各部材を内部に収容する中空箱形形状のフレーム１８とから構成されている。フレーム１８の上面には、ボールネジ１４の中心軸と平行に延びるスリット１９が形成されており、移動部材１６の一部がスリット１９を貫通してフレーム１８の外方（上方）に導かれている。フレーム１８の外方に位置する移動部材１６の一部が、摺動台４ａのベースプレート７ａに接続されている。
【００２２】
図示は省略しているが、自動雲台装置１は、更に、モータ１３に駆動信号を供給する駆動回路と、駆動回路を介してアクチュエータ５ａ及び５ｂを制御するコントローラとを備える。コントローラは、駆動回路を介してモータ１３の回転方向及び回転量を制御する。また、コントローラは、後述する摺動台４ａ及び４ｂの衝突防止制御を行う。コントローラからの制御に従って、駆動回路から駆動信号がモータ１３に供給されると、モータ１３の回転軸に接続されたボールネジ１４が回転する。ボールネジ１４が回転すると、ボールネジ１４に螺合するナット１５と、ナット１５に取り付けられた移動部材１６とが、ガイドレール１７及びフレーム１８によってガイドされて、ボールネジ１４の軸方向に直線移動する。この結果、移動部材１６に接続された摺動台４ａがレール３によってガイドされて直線移動する。
【００２３】
尚、他方のアクチュエータ５ｂは、アクチュエータ５ａと同一構成であるので、繰り返しの説明を省略する。
【００２４】
以下、本実施形態に係る自動雲台装置の動作を説明する。
【００２５】
図４は、図１に示した摺動台の移動範囲を説明するための模式図である。図４において、レール３と重ねて記した黒丸は、摺動台４ａ及び４ｂ上で基準となる点の位置であって、最も物体側のレンズ素子の中心が配置される軸ＡＸの位置に相当する。
【００２６】
上述したように、アクチュエータ５ａ及び５ｂは、レール３の中央を含む一部でオーバーラップするように配置されている。アクチュエータ５ａは、摺動台４ａを、レール３上の第１の位置（破線で示した位置）と第２の位置（一点鎖線で示した位置）との間の移動範囲Ｒ１内で自在に移動させる。一方、アクチュエータ５ｂは、摺動台４ｂを、摺動台４ａの移動範囲外の第３の位置（点線で示した位置）と第４の位置（二点鎖線で示した位置）との間の移動範囲Ｒ２内で自在に移動させる。この結果、摺動台４ａの移動範囲Ｒ１及び摺動台４ｂの移動範囲Ｒ２が、レール３の中央で部分的に重複する。
【００２７】
図５は、輻輳角の調整方法を説明するための平面図である。
【００２８】
既に説明したように、支持部材９ａは、軸ＡＸ周りに回転自在となるように、回転機構８ａによって支持されている。したがって、カメラ２ａをカメラ取付部材１１ａに固定した状態で回転機構８ａを駆動すると、支持部材９ａとカメラ２ａとは一体となって軸ＡＸを中心として回転する。他方の支持部材９ｂ及びカメラ２ａも、回転機構８ｂの駆動によって、一体的に軸ＡＸを中心として回転する。回転機構８ａ及び８ｂによる回転角をかえることによって、カメラ２ａの光軸とカメラ２ｂの光軸との狭角である輻輳角を調整することができる。
【００２９】
本実施形態では、カメラ２ａ及び２ｂは、撮像光学系の最も物体側のレンズ素子がレール３の上方に配置されている。このように構成すると、図５に示すように輻輳角を設定する前後において、レール３上での光軸間隔は大きく変化しないため、輻輳角の変化によってステレオベースの算出が複雑化してしまうことを回避できるという利点がある。
【００３０】
図６は、本発明の実施形態に係る自動雲台装置を用いたキャリブレーション方法及び摺動台の移動制御方法を説明するための模式図である。
【００３１】
摺動台４ａ及び４ｂにカメラ２ａ及び２ｂをそれぞれ固定した後、カメラ２ａ及び２ｂの各々の光軸方向を一致させるためのキャリブレーションを行う必要がある。本発明に係る自動雲台装置１を用いたキャリブレーションは、２台のカメラの光軸を別々に調整するのではなく、一方のカメラによる撮影画像を基準画像として用い、他方のカメラによる撮影画像を基準画像に一致させることによって、両方のカメラの光軸方向を一致させる点に特徴を有する。
【００３２】
まず、図６（ａ）に示すように、キャリブレーションが開始すると、アクチュエータを駆動して、右用のカメラ２ａを保持する摺動台４ａをレール３中央に向けて移動させる。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、摺動台４ａ及び４ｂの間隔が所定の閾値ｄ以下となると、摺動台４ａ及び４ｂの衝突を防止するために、摺動台４ａの移動方向と同方向に摺動台４ｂが移動する。このときの摺動台４ｂの移動速度は、摺動台４ａの移動速度以上であれば良い。
【００３４】
次に、図６（ｃ）に示すように、カメラ２ａの光軸がレール３中央に到達すると、摺動台４ａ及び４ｂは移動を停止する。この状態で、カメラ２ａによって撮影されたテストチャートの画像をモニタしながら、摺動台４ａに設けられた調整機構を用いてカメラ２ａの光軸の向きを微調整する。カメラ２ａの光軸の向きの調整が完了すると、カメラ２ａの撮影画像を、カメラ２ｂの光軸調整時に用いる基準画像として記録する。この基準画像の記録は、自動雲台装置１のコントローラによって行われる。また、基準画像を撮影したカメラ２ａの位置は、ステレオベースを決めるための原点として設定される。
【００３５】
次に、左用のカメラ２ｂの光軸調整を行うため、図６（ｄ）に示すように、アクチュエータを駆動してカメラ２ｂを保持する摺動台４ｂをレール３中央の基準位置に向けて移動させる。このとき、図６（ｂ）の場合と同様に、摺動台４ａ及び４ｂの間隔が所定の閾値ｄ以下となると、摺動台４ａ及び４ｂの衝突を防止するために、摺動台４ａの移動方向と同方向に摺動台４ｂが移動する。このときの摺動台４ａの移動速度は、摺動台４ｂの移動速度以上であれば良い。
【００３６】
そして、図６（ｅ）に示すように、カメラ２ｂの光軸がレール３の中央に到達すると、摺動台４ａ及び４ｂは移動を停止する。この状態で、カメラ２ｂによって撮影されたテストチャートの画像が、カメラ２ａによって撮影された基準画像と一致するように、摺動台４ｂに設けられた調整機構を用いてカメラ２ｂの光軸の向きを微調整する。この際、カメラ２ｂの撮影画像と、カメラ２ａによって撮影された基準画像との間に、レールと平行な方向のずれが生じないように、アクチュエータを駆動してカメラ２ｂの位置を微調整することによって、ステレオベースの基準となる原点合わせも行われる。カメラ２ｂの光軸調整及び位置調整の結果、カメラ２ｂの撮影画像とカメラ２ａによって撮影された基準画像とが一致すると、キャリブレーションが完了する。
【００３７】
その後、図５で説明した輻輳角の調整やステレオベースの調整を行った後、自動雲台装置１に取り付けたカメラ２ａ及び２ｂを用いて、三次元映像再現用の画像撮影を行うことができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係る自動雲台装置１においては、摺動台４ａ及び４ｂが１本のレール３を共有しているが、摺動台４ａの移動範囲と摺動台４ｂの移動範囲とが重複している。この結果、摺動台４ａに保持されるカメラ２ａと、摺動台４ｂに保持される２ａとは、同一の位置で同一の被写体を撮影することが可能となる。したがって、先に光軸調整を行ったカメラ２ａの撮影画像を基準画像として使用し、カメラ２ｂの撮影画像が基準画像と同じであるか否かに基づいて、カメラ２ａ及び２ｂの光軸方向を精度良く一致させることができる。本実施形態に係る自動雲台装置１は、このような基準画像を用いたキャリブレーション方法を可能とすることから、別個に光軸調整を行う必要のある従来のリグと比べて、キャリブレーションが容易となる。
【００３９】
また、本実施形態のように１本のレールを摺動台４ａ及び４ｂで共有する場合、摺動台４ａ及び４ｂ同士の位置関係が固定されるため、水平移動の精度が向上する。
【００４０】
（その他の変形例）
尚、上記の実施形態では、２台のカメラの輻輳角が設定されているが、平行法で三次元映像を再現するための視差画像を撮影する場合は、輻輳角を設定する必要はない。したがって、本発明に係る自動雲台装置を平行法での撮影にのみ用いる場合は、一方の摺動台には回転機構を設けず、他方のカメラにのみ、光軸調整用の回転機構を設けた構成を採用しても良い。
【００４１】
また、上記の実施形態では、摺動台同士の間隔に基づいて摺動台同士の衝突防止制御を行っているが、摺動台同士の間隔に代えて、光軸間隔（ステレオベース）の値に基づいて衝突防止制御を行っても良い。
【００４２】
更に、上記の実施形態では、レールとは別に一対のアクチュエータを設けているが、レールとアクチュエータとを一体化しても良い。例えば、１本のボールネジと、これに螺合する一対のナットと、ナットの各々を回転駆動するモータとを用いてアクチュエータを構成し、このアクチュエータとレールを組み合わせても良い。
【００４３】
更に、上記の実施形態では、カメラの前端部がレール上に位置するように摺動台がカメラを保持しているが、カメラの前端部の位置は、レールより前方側であっても良いし、レールより後方側であっても良い。カメラの前端部がレールから前方に飛び出している場合、レールからのカメラの前端部の飛び出し量と輻輳角とに基づいて、衝突防止制御を行うために用いる摺動台の間隔の閾値（図６（ｂ）の”ｄ”の値）を可変としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、２台の撮像装置を用いて視差のある一対の画像を撮影するためのカメラシステムに利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  自動雲台装置
２  カメラ
３  レール
４  摺動台
５  アクチュエータ
【図１】
2012222567.tif 000003
【図２】
2012222567.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012222567.tif 000007
【図６】
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