JP2004004842A - 構造体を位置合わせする装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の装置は、構造体によって生成される回折パターンから、支持物と相対的な配向および位置についての情報を提供する。
【解決手段】構造体の配向および／または位置を決定する装置は、光ビームを生成する光源（２８）を含む。構造体（３１）は、構造体の位置および／または配向が、光ビームと相対的に、変更されることができるように、光ビームの光路に取り付けられる。装置は、第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む第１の取り込み手段（３２）をさらに含む。構造体の位置合わせについての情報は、回折パターンから得られることができ、構造体（３１）の位置および／または配向は、必要に応じて、光ビームと相対的に、調節され得る。
【選択図】 図９Ａ
【解決手段】構造体の配向および／または位置を決定する装置は、光ビームを生成する光源（２８）を含む。構造体（３１）は、構造体の位置および／または配向が、光ビームと相対的に、変更されることができるように、光ビームの光路に取り付けられる。装置は、第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む第１の取り込み手段（３２）をさらに含む。構造体の位置合わせについての情報は、回折パターンから得られることができ、構造体（３１）の位置および／または配向は、必要に応じて、光ビームと相対的に、調節され得る。
【選択図】 図９Ａ
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折パターンを生成する構造体の配向および／または位置を決定する装置および方法に関する。特に、本発明は、回折パターンを生成する光学部品に適用され得る。本発明の適用例には、高解像度写真解析の本体におけるセンサの位置合わせ、および、光学配置における光学素子または格子微細構造の位置合わせが含まれる。特に、本発明は、カメラの光学部品、例えば、ミラーまたは検出器などの位置合わせ、ならびに、立体カメラ対を形成する、２つのカメラ本体の互いに対する位置合わせに適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
人間は、顔に並んで配置されている２つの眼を有する。眼は、横方向に離れているが、その間隔は人ごとに異なり、平均は、約６５ｍｍである。これらの眼は、２つの僅かに異なった視点から、三次元の世界を見ている。物体が観察者に近い場合、左の眼は、右の眼とは異なる角度から物体を見ている。それぞれの目からの眺めが比較される場合、このような物体は、観察者からより長い距離にある物体と相対的にシフトするように見える。このシフトは、「視差」として公知である。視差は、観察者からの物体への距離に依存する。物体への距離がより長くなると、シフトもしくは視差は、より小さくなる。この性質は、「両眼視」として公知であり、人が物体への距離を判定することを可能にし、物体への距離を判定する手がかり（例えば、動き、記憶またはパースペクティブなど）が他に何もない場合に、そのことによって、物体のサイズを評価することを可能にする。物体への距離を判定するこの能力は、「立体視」と呼ばれる。これは、「立体を見ること」という意味である。
【０００３】
立体視の概念は、三次元カメラを生成するため、写真術と組み合わせられてきた。１つのカメラは、二次元画像を生成することができる。三次元写真術の原理は、２つのカメラを用いて、１つのカメラで左眼の画像を得、もう１つのカメラで右眼の画像を得ることである。２つのカメラは、立体視効果をまねるように、人間の左目と右眼との間の間隔に類似する間隔で設置される。写真は、それぞれ、１つの眼によって得られる画像をまねており、従って、２つの画像は、立体視によって距離を判定するために必要な視差およびシフトを含む。２つの画像は、左眼の画像が観察者の左眼に、右眼の画像が観察者の右眼に対して表示されるように、観察者に対して表示される。
【０００４】
初期の三次元投影システムは、立体鏡として公知であるが、１８５０年代に人気があった。レンズ系を用いて、別個の画像を観察者の目のそれぞれに対して表示する。これ以降、多くの三次元表示の方法が提案されてきた。しかし、どのような表示方法が用いられても、三次元画像の質は、それを形成するために用いられた二次元画像と同じ程度しか良好にならない。
【０００５】
人間の眼が画像に焦点を合わせる場合、２つのプロセスが行われる。第１に、それぞれの眼の中の水晶体の形は、物体に焦点を合わせる焦点距離を調節するように変化する。このプロセスは、「遠近調節」として公知である。第２のプロセスは、２つの眼の軸の間の角度を変化させて、オブジェクトの焦点がそれぞれの眼の眼窩（眼窩とは、眼の網膜の最も感度が高い部分である）に同時に合わせられることを確実にする。このプロセスは、「収束」として公知である。
【０００６】
図１Ａは、遠方のオブジェクト３を見る人の模式図である。遠近調節プロセスは、観察者の左眼および右眼の水晶体１Ｌおよび１Ｒの形をそれぞれ変化させて、オブジェクトに焦点を合わせることを確実にする（観察者が通常の視覚を有すると仮定する）。収束プロセスは、左眼１Ｌの光学軸２Ｌの右眼１Ｒの光学軸２Ｒとの収束の点が、オブジェクト３を含む平面４に一致することを確実にする。
【０００７】
図１Ｂに、より近いオブジェクト５を見ている観察者を示す。遠近調節プロセスは、それぞれの眼１Ｌおよび１Ｒの水晶体が、新たな画像平面６に焦点を合わせるように、形を変化させる。収束プロセスは、新たな画像平面と一致するように、２つの眼の光軸２Ｌおよび２Ｒの収束の点が調節されることを確実にする。遠近調節および収束プロセスは互いに独立しておらず、遠近調節と収束との間のあらゆる不適合は、観察者にとっての不快感につながり得る。これが、三次元表示の根本的な制限である。
【０００８】
観察者の２つの眼の２つの異なる視点は、網膜上に、互いに異なるオブジェクトの画像を生成する。違いは、観察者からのオブジェクトの距離に依存する。立体視表示の原理は、左眼によって見られている画像と、右眼によって見られている画像との間の不均衡が奥行きを示すと脳によって解釈され、それに応じて眼の収束を変化させることである。しかし、上記の図１Ａおよび１Ｂを参照しながら説明されたように、収束および遠近調節は独立しておらず、これは、立体視表示に対して限定された効果を有する。
【０００９】
図１Ｃは、図１Ａの遠方のオブジェクト３の画像３’を含み、図１Ｂの近いオブジェクト５の画像５’も含む立体視表示の模式図である。立体視画像は、表示画面７上に表示されている。観察者の眼は、仮想の物体、例えば遠方の仮想物体３’または近い仮想物体５’の上に収束する。この結果、および、収束および遠近調節プロセスの相互依存の結果として、眼は、遠方の仮想物体３’の見掛け上の奥行き、または、近い仮想物体５’の見掛け上の奥行きに焦点を合わせる。結果として、焦点面は、表示画面の平面とは一致せず、仮想物体と表示画面との間の見掛け上の距離が長すぎる場合、仮想物体は、焦点から外れる。従って、画面から離れすぎた位置、または画面により近すぎる位置の仮想物体は、観察者の頭痛または他の不快感の原因となる。
【００１０】
人間は、概して、不快感なしに、遠近調節と収束との間のある程度の不整合に耐えることができ、これによって、表示画面７の両側で、限定された深度内で、立体視表示が機能することが可能になる。仮想物体の深度を表示画面の後または前で限定する必要性によって、水平方向に、左眼の画像と右眼の画像との間の視差が限定される。
【００１１】
立体視表示のさらなる問題は、左眼に提示される画像、および右眼に提示される画像が、情景の中の他の点と相対的に垂直方向にシフトした点を含む物体を有してはならないこと、すなわち、２つの画像が「垂直方向不均衡」を有してはならないことである。
【００１２】
図２Ａ〜図２Ｃに、垂直方向不均衡を示す。図２Ａに、観察者に近い物体８、観察者から遠方にある物体１０、および、観察者から、近い物体８と遠い物体１０との間の中間の距離にある物体９を含む実世界の視界を示す。
【００１３】
図２Ｂに、立体視画像取り込みデバイスまたは立体視カメラによって取り込まれた現実世界の視界の左眼の画像１１Ｌおよび右眼の画像１１Ｒを示す。（本明細書中、説明を簡略化するため、「画像取り込みデバイス」ではなく、「カメラ」という用語が用いられる。以下で用いられる「カメラ」という用語は、画像を取り込むことができるあらゆるデバイスを含む。）
図２Ｃに、図２Ｂの左眼の画像１１Ｌおよび右眼の画像１１Ｒを重ねた結果を示す。近い物体８の左眼の画像、および近い物体８の右眼の画像は、互いに対して、水平および垂直方向にシフトされる。中間物体９の左眼の画像と、中間物体９の右眼の画像とは、互いに対してシフトされるが、水平方向シフトおよび垂直方向シフトは、両方とも、近いオブジェクト８の画像のシフトよりも、大幅に小さい。
【００１４】
理想的には、三次元表示システムによって、観察者の眼に対して提示される２つの画像は、垂直方向不均衡を含んでいてはいけない。眼は、少量の垂直方向不均衡に対処することができるが、これは、眼窩ではなく、視野の周辺部でのことである。人間の眼のような収束撮像システムにおけるこのような不均衡の存在は、台形ひずみにつながり得、これは、脳において訂正される。従って、立体視表示において、脳が網膜上で画像を適切に訂正することができるように、垂直方向不均衡が存在していてはいけない。垂直方向不均衡に対する立体視撮像システムの設計上の許容度は、小さく、大幅な垂直方向不均衡が存在する場合、良好な画像が入手されない。
【００１５】
立体視カメラの設計において、カメラ構成および設計は、典型的には、情景の奥行きおよび（水平方向不均衡を介して）表示された画像、ならびに意図された表示方法によって決定される。しかし、カメラ構成および設計の特徴（例えば、２つのカメラの距離、視野など）がどの程度まで正確に規定されるかは、情景における最大の許容垂直方向不均衡に依存する。最大の許容垂直方向不均衡は、殆どの情景において、典型的には、非常に低いレベルの垂直方向不均衡である。これらの要件は、立体視カメラの設計、構造、および使用に大幅な限定を課し、高品質な立体視カメラの構築を困難にしている。左眼の画像および右眼の画像の水平および垂直方向の視差は、２つのカメラの距離、ズームおよび視野、２つのカメラの光軸の収束、表示方法など、多くの要因に依存する。これらの要因の全ては、２つの写真の間で水平および垂直方向の視差を保持するため、得られる三次元画像を快適に見ることを可能にする制限範囲内で、制御される必要がある。
【００１６】
理想的には、左眼の画像と右眼の画像との間に、垂直方向不均衡があってはならない。この限定がどの程度まで正確に表され得るか決定することは困難である。なぜなら、これは、平均的な人が、許容できるレベルの垂直方向不均衡であると思うものに依存するからである。この主題については、数多くの研究があるが、これらは、垂直方向の不均衡がどの程度まで許容されるかについての合意を提供していない。理想的なデジタル表示システムの場合、垂直方向不均衡が０である必要があるという要件は、垂直方向不均衡が１ピクセル誤差未満であるということを意味すると解釈され得る。１つのピクセルよりも大きい水平方向不均衡における誤差は、奥行きのひずみとして現れるが、奥行きのひずみは、いずれの場合でも、立体視画像において存在するので、このような誤差は、（水平方向不均衡が大き過ぎない限り）大きな不快感を生み出さない。従って、垂直方向不均衡は、三次元カメラシステムにおいて規定されることを必要とするカメラ位置合わせおよび位置付けの精度を判定する。
【００１７】
デジタルカメラまたはスキャナを用いるデジタル写真術における最近の発展は、コンピュータソフトウェアを用いて、カメラの位置が人間の眼の位置を適切に反映していない、誤って位置合わせされたカメラシステムを用いて得られた、立体視画像の対を補正することを可能にした。このソフトウェアは、誤って位置合わせされたカメラシステムを用いて得られる画像を用いて、カメラシステムを物理的に位置合わせすることによって起こる問題を低減することが可能である。しかし、このソフトウェアは、依然として初期の段階にあり、現在利用可能な完全自動点適合補正ソフトウェアは、誤って位置合わせされたカメラについて、適切に補正することができない。ソフトウェアは、位置合わせされてない画像を適切に補正するために充分なほど正確ではないか、単に小さいデジタルカメラにおいて利用可能でないほどの処理電力および／または時間を必要とするかのいずれかである。さらに、繰り返されるパターンを含む情景（例えば、レンガの壁）は、２つの画像に多くの類似する点があり、一方の画像における点を他方の画像における対応する点と適合させることが困難になるので、ソフトウェアに問題を引き起こし得る。さらなる欠点は、ソフトウェアが、画像に情報を与えず、画像の配向を補正するのみであることである。しかも、ソフトウェアは、画像の質、場合によっては、（トリミングが含まれる場合）解像度を犠牲にして画像の配向の補正を行う。
【００１８】
このようなコンピュータソフトウェアは、時間が経つにつれ、改善される可能性がある。しかし、カメラシステムがより良好に位置合わせされればされるほど、ソフトウェアが、画像の対のうちの他方の画像における適合する点を予測することがより容易になるので、要求される処理時間が短くなるのが常である。カメラシステムの良好な位置合わせは、画像において数多くの類似する領域がある場合にも役立つ。さらに、画像の品質および解像度は、カメラが正確に位置合わせされる場合には低減される。
【００１９】
立体視カメラの基本的な原理は、一方は左眼の画像に対応し、他方は右眼の画像に対応する２つの別個の画像を獲得する能力にある。多くの立体視可能なカメラが提案されてきたが、基本的には、以下の４つの異なるタイプに分類されることができる。
１．１つのレンズを有する、単一センサシステム
２．複数のレンズを有する、単一センサシステム
３．１つのレンズを有する、マルチセンサシステム
４．複数のレンズを有する、マルチセンサシステム
図３Ａは、１つのレンズを有する、単一センサシステムの例を示す。図３Ａ（１）は、光レール１３のような支持物に沿って並進するように取り付けられたカメラ１２を含む立体視カメラの簡略的な例を示す。カメラ１２は、一方の眼のための画像を入手する第１の位置と、他方の眼のための画像を入手する第２の位置との間で移動し得る。２つのカメラ位置の間の並進距離（ｄ）は、人間の眼の間隔とほぼ等しい。この距離（ｄ）は、第１の位置におけるカメラの光軸と第２の位置におけるカメラの光軸との間の距離に等しいので、２つのカメラ位置の「軸間間隔」とも呼ばれる。
【００２０】
図３Ａ（２）は、１つのレンズを有する、単一センサタイプのより高度な立体視カメラを示す。立体視カメラ１４は、画像を取り込むセンサ１５を有する。このセンサは、例えば、ＣＣＤセンサであってもよい。カメラ１４は、さらに、入来する光の焦点をセンサ１５に合わせるレンズ１６を有する。シャッタは、レンズ１６とセンサ１５との間に配置される。シャッタは、２つの個別に制御可能な領域１７Ｌおよび１７Ｒを有する。制御可能な領域１７Ｌおよび１７Ｒの各々は、レンズ１６のほぼ半分の領域を開く。シャッタの領域１７Ｌは、開かれているときに、左眼によって知覚される光を透過させ、領域１７Ｒは、開かれているときに、右眼によって知覚される光を透過させる。図３Ａ（２）は、左眼領域１７Ｌが開かれた状態であり、右眼領域１７Ｒが閉じられた状態である、シャッタ１７を示す。従って、センサ１５は、左眼の画像を記録している。左眼の画像が記録された後、シャッタの左眼領域１７Ｌが閉じられ、シャッタの右眼領域１７Ｒが開けられ、その後、センサは、右眼の画像を記録する。左眼の画像および右眼の画像は、立体視画像の対を形成する。
【００２１】
シャッタ１７は、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）として簡便に実施され得る。液晶表示デバイスにおいては、シャッタの左眼および右眼領域１７Ｌおよび１７Ｒが、適切な電圧を液晶層の関係する部分に印加することによって、「透過」または「遮断」状態にし得る。
【００２２】
図３Ａ（２）の立体視カメラシステムにおいて、軸間間隔は、シャッタ１７の左眼領域１７Ｌの中心と、シャッタ１７の右眼領域１７Ｒの中心との間の距離に対応する。
【００２３】
上記の説明から明らかであるように、立体視画像の対を形成する２つの画像は、１つのレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムにおいて、時間的に連続して記録される。従って、１つのレンズを有する単一センサシステムは、移動する被写体から、エラーがない静止立体視画像を得るために用いられることが、基本的には、できない。しかし、このようなシステムは、カメラの誤った位置合わせに対する許容度が高い。
【００２４】
図３Ｂに、複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムの一例を示す。図３Ｂの立体視カメラシステムは、入来する光の焦点を、例えば、ＣＣセンサのようなセンサ１５上で合わせる、２つのレンズ１６Ｌおよび１６Ｒを有する。レンズは、横方向に空間的に離れているので、一方のレンズ１６Ｌが左眼の画像を形成する光を受け取り、他方のレンズ１６Ｒが、右眼の画像を形成する光を受け取る。レンズ１６Ｌ、１６Ｒを通過する光は、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒによって、制御ミラー２０上に反射される。制御ミラー２０は、図３Ｂにおいて実線で示されている第１の位置と、図３Ｂにおいて破線で示されている第２の位置との間で切り換え可能である。制御ミラー２０は、第１の位置において、左眼レンズ１６Ｌからセンサ１５への光路を完成させ（右眼レンズ１６Ｒからセンサへの光路は遮断し）、第２の位置において、右眼レンズ１６Ｒからセンサ１５への光路を完成させる（左眼レンズ１６Ｌからセンサへの光路を遮蔽する）。ミラー２０の配向に依存して、センサは、左眼の画像または右眼の画像のいずれかを記録する。ミラー２０は、第１の配向と、第２の配向との間を、後方向および前方向に往復し得るか、または、第１および第２の位置において、一時停止しながら、連続的に回転し得る。
【００２５】
図３Ｂに示すタイプの複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムを用いて、ビデオ立体視画像を入手し得る。立体視画像の対を形成する画像が、また、時間的に連続する様態で記録されるので、移動する被写体から、静止立体視画像を入手することができない。
【００２６】
図３Ｃは、１つのレンズを有するマルチセンサ立体視カメラの一例を示す。入来する光は、レンズ１６によって、２つのセンサに方向付けられる。一方のセンサ１５Ｌは、左眼の画像を入手し、他方のセンサ１５Ｒは、右眼の画像を入手する。（２つのセンサ１５Ｌおよび１５Ｒは、単一センサの、独立して読み出し可能な２つの領域として実装され得る。）光システムは、この例においては、ミラー２２Ｌ、２３Ｌまたは２２Ｒ、２３Ｒから形成されているが、左眼の画像を形成する光が左センサ１５Ｌに方向付けられ、右眼の画像を形成する光が、センサ１５Ｒに方向付けられるように、入来する光がレンズ１６に方向付けられることを確実にする。
【００２７】
１つのレンズを有するマルチセンサシステムにおいて、左眼の画像および右眼の画像を同時に入手することが可能であり、従って、このような立体視カメラは、移動する被写体に対して用いられ得る。１つのレンズを有するマルチセンサ立体視カメラは、適切な入来光システムを取り付けることによって現存するカメラに適用され得るという利点も有する。しかし、このようなシステムは、レンズの収差に対する許容度が低いという利点を有する。
【００２８】
図３Ｄに、複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラ２４の一例を示す。これは、横に並べて配置された、２つの従来のカメラ２５Ｌおよび２５Ｒを実質的に含むので、このタイプの立体視カメラは、概して、「立体視カメラ対」と呼ばれる。一方のカメラ２５Ｌは、左眼の画像を取り込み、他方のカメラシステム２５Ｒは右眼の画像を入手する。各カメラは、センサ１５Ｌおよび１５Ｒ、ならびに光の焦点をセンサに合わせる光システム（図３Ｄにおいては、光システムは、レンズ１６Ｌおよび１６Ｒによって表される）を含む。
【００２９】
複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラは、左眼の画像および対応する右眼の画像を同時に記録することができ、ビデオ画像または静止画像のいずれかを入手するためにも用いられ得る。複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラは、２つのカメラが互いに対して誤って位置合わせされることへの許容度が低いという利点を有する。
【００３０】
本発明は、誤った位置合わせに対する許容度が低い立体視カメラの位置合わせを行うことに関し、特に、図３Ｄに示すような複数のレンズを有するマルチセンサシステムに適用可能である。本発明は、図３Ｂに示すようなタイプの複数のレンズを有する単一センサシステムにも適用可能である。
【００３１】
次に、図３Ｄに示すタイプの複数のレンズを有するマルチセンサシステムにおいて必要とされる位置あわせの精度の一例を示す。カメラシステム２４内のカメラ２５Ｌおよび２５Ｒの各々が、２／３’’フォーマットで、１２８０×９６０ピクセル（合計１３０万ピクセル、ＳＸＧＡ）のＣＣＤ１５Ｌおよび１５Ｒを有し（ピクセルサイズは、約７μｍになる）、焦点距離８ｍｍのレンズが用いられるとすると、１つのピクセルによって対処される角度のフィールドサブは、約０．９ミリラドまたは３分（１分は、１／６０°である）。左眼の画像と右眼の画像との間の垂直方向不均衡を、１ピクセルよりも少なくするため、一方のカメラシステムの光軸と、他方のカメラシステムの光軸との角度的な不適合が、各平面において、０．９ミリラドよりも少なくなる必要がある。図４に、一方のカメラ２５Ｒの光軸が、他方のカメラ２５Ｌの光軸と相対的に誤って設置された、図３Ｄに示すタイプの複数のレンズを有するマルチセンサシステムを示す。上記の計算は、角度的に誤った位置合わせが、カメラによって取り込まれる立体視画像の対の質に影響を与えない場合、０．９ミリラドよりも小さくなる必要があることを示す。誤った位置合わせは、図４の紙の平面の外での回転の結果としても起こり得る。この誤った位置合わせも、画質に影響を与えないためには、０．９ミリラドよりも小さくなる必要がある。
【００３２】
焦点距離が長いレンズを用いる、より解像度が高いシステムは、上記の例よりも高い精度の位置合わせを必要とし得ることに留意されたい。
【００３３】
複数のレンズを有するマルチセンサシステムにおける、誤った位置合わせの他の原因は、２つのカメラの軸間間隔が正しくない場合の並進誤差である。図５に、このような並進誤差の効果を示す。図５は、立体視カメラ対の２つのカメラ２５Ｌおよび２５Ｒが実線で示すように正確に位置付けられる場合、右のカメラ２５Ｒのセンサ１５Ｒによって取り込まれる物体の画像は、センサ１５Ｒに焦点合わせされていることを示している。破線で示す右のカメラ２５Ｒが正確な位置でない場合、並進誤差は、右のカメラ２５Ｒのセンサ１５Ｒの中心から画像がずれる原因となる。画像の中心からのずれの距離は、並進誤差、およびカメラ対と物体との距離に依存する。水平方向の並進誤差は、画像の対の２つの画像の間の水平方向不均衡の原因となり、垂直方向の並進誤差は、画像の対の２つの画像の間の垂直方向不均衡の原因となる。
【００３４】
並進または回転誤差に加えて、２つのカメラシステムの光軸の間に誤った位置合わせを引き起こす、他の要因があることもある。カメラシステムのレンズの不正確さは、例えば、光軸の誤った位置合わせの原因となり、ズーム、フォーカス、開口調節などによって軸がシフトする原因となり得る。さらに、製造プロセスにおける許容誤差は、左および右のカメラシステムの２つのレンズ２５Ｌおよび２５Ｒが、互いに全く同一である可能性が低いことを意味する。結果として、２つのカメラを位置合わせし、適合させることが困難なので、商業的に成功する立体視カメラ対の製造が非常に困難である。
【００３５】
立体視カメラ対の製造における困難は、図３Ａまたは３Ｂに示すタイプの単一センサ立体視カメラを用いることによって、明らかに避けられ得るが、これらのシステムは、左眼の視点と右眼の視点とが異なるときに撮られるので、移動している被写体の静止写真を撮ることができない。単一センサシステムは、静止被写体の写真に適するが、多くの人々は、移動している被写体の写真を撮ることができない機能制限されたカメラシステムを望まない。
【００３６】
立体視カメラ対の２つのカメラの間の誤った位置合わせを補償するために、コンピュータに基づく補正を用いることが提案されてきたが、有効なアルゴリズムは発見されていない。立体視カメラ対の２つのカメラの間に同期がないことを補正することができる、撮影された情景についての知識を必要としない有効なアルゴリズムが発見されていない。
【００３７】
ホログラフィーシステムに基づく立体視カメラシステムが提案されてきた。現存する立体視カメラシステムのいくつかの欠点を克服するが、ホログラフィーシステムは、固有の問題（コヒーレント光が必要とされる、フルカラー画像の記録が困難である、など）を起こす。
【００３８】
立体視カメラ対における２つのカメラの位置合わせをチェックする様々な方法が提案されてきた。１つのアプローチは、図６Ａ（１）に示すようなタイプの較正位置合わせチャートを用いることである。立体視カメラ対２４は、左のカメラ２５Ｌおよび右のカメラ２５Ｒを用い、左のカメラ２５Ｌによって獲得された画像と、右のカメラ２５Ｒによって獲得された画像とを比較して、較正チャート２６の画像を獲得することによって、較正される。このプロセスを、図６Ａ（２）に模式的に示す。２つの画像は、解析され、解析の結果は、立体視カメラ対２４の２つのカメラ２５Ｌおよび２５Ｒの相対的な位置合わせを補正するために用いられる。画像は、手、またはコンピュータ点適合アルゴリズムのいずれかを用いることによって、解析され得る。
【００３９】
この従来技術は、複数の欠点を有する。主な欠点は、立体視カメラ対から有限の距離で較正チャートを用いることが、位置合わせの誤差が、並進誤差および回転誤差に分解されることを可能にしないことである。このことを、図６Ｂに示す。図６Ｂにおいて破線で示されるカメラヘッドＭは、右のカメラヘッド２５Ｒの正しい位置（「ヘッドＡ」として実線で示される）からの並進の結果であり、右のカメラヘッドを左のカメラヘッド（「ヘッドＣ」として示される）と相対的に回転させた結果である。図６Ｂに模式的に示すように、並進誤差と回転誤差との組合せによって、較正チャート２６のある較正点の画像が、正しく位置合わせされたカメラヘッドＡおよび誤って位置合わせされたカメラヘッドＭの両方において、センサの同じ点に配置されることが起こり得る。結果として、較正チャートは、誤って、カメラヘッドＡが、カメラヘッドＣと正しく位置合わせされていると示すことがある。これは、分離軸（ピッチ）の周りの回転誤差が、（図６Ｂの紙の面内の軸に沿って）並進と同じ不均衡誤差をセンサに生成することに起因して起こる。較正チャートが、位置合わせされている立体視カメラシステムから遠方に離れて位置付けされない限り、並進誤差を回転誤差から分離することは可能でない。遠方に離れての位置付けは、大きく、正確に較正されたチャート、または三次元の性質を有するチャート（すなわち、平坦でないチャート）を用いることを必要とし得る。これらは両方とも処理が困難であり、効果である。
【００４０】
また、較正チャートを用いることは、レンズによって生じる誤差を、センサの位置合わせによって生じる誤差から区別しない。
【００４１】
２つのカメラを位置合わせする、他の従来技術によるアプローチは、較正チャートのコンピュータに基づく解析、または、２つのカメラの誤った位置合わせを示すパラメータを判定する較正されていない情景である。このプロセスを、図７に模式的に示す。図７Ａは、この方法において用いられる典型的な情景を示す。左カメラ２５Ｌおよび右カメラ２５Ｒは、図７Ｂに模式的に示すこの情景の画像を獲得する。左カメラ２５Ｌからの画像および右カメラ２５Ｒからの画像が、解析され、画像のうちの１つを他の画像と適合させるように補正するために必要とされる位置合わせパラメータが見出される。この解析は、再度、手、またはコンピュータ点適合アルゴリズムを用いることによって、実行され得る。画像の手動解析は遅い場合があり、オペレータにとって退屈になることもある。コンピュータを用いる点適合は、より速くなり得るが、較正されていない情景が用いられる場合に、サブピクセルの精度を信頼できる様態で達成することができない。この方法のさらなる欠点は、レンズの位置合わせ／不正確さによって生じる誤差を、センサの位置合わせ誤差と区別できないことである。結果として、ある明らかなカメラからの奥行きの情景における物体について必要とされる補正は、カメラからの異なる明らかな距離の物体からの異なる補正パラメータを必要とし得る。
【００４２】
画像のコンピュータ後処理も示唆されてきた。しかし、公知の誤差の画像の後処理は、上記の問題と類似する問題を欠点として有する。さらに、画像の補間は、最終的な画像の質を低下させる。
【００４３】
従来の単一カメラのパラメータを測定するため、レーザを用いるフォトジオメトリック方法を用いることは、Ｔ．Ａ．Ｃｌａｒｋｅらによる、「Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ＣＣＤ ｃａｍｅｒａｓ」（Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｃｏｒｄ、Ｖｏｌ１６、Ｎｏ．９２、２９３〜３１２頁、１９９８年）において提案されている。この方法を、図８Ａおよび８Ｂに模式的に示す。初期的には、図８Ａに示すように、レンズがないカメラに向かってレーザビームが方向付けられる。レーザビームは、カメラの光軸と一致し、センサ１５の中心に入射するように位置合わせされる。（非特許文献１参照）
レーザビームが正確に位置合わせされた後、図８Ｂに示すように、レンズ１６がカメラに挿入される。ここで、レーザビームがカメラのセンサの上でとる位置が、レンズシステムの「自動視準」位置を決定する。自動視準は、レンズ１６の不正確さの尺度である。カメラによって獲得された写真を補正する補正パラメータを導き出すことが可能である。
【００４４】
特開平９−３１２８０８号（ソニー株式会社）は、レンズをＣＣＤセンサと位置合わせするシステムを開示する。この方法は、ＣＣＤセンサにマークをつける工程と、レンズのＣＣＤに対する正確な位置合わせを確実にするために、レンズをマークに対して位置合わせをする工程とを含む。２つのＣＣＤを外部データに対して位置合わせするために、このような方法を用いることが可能であり得るが、所望の精度（垂直方向不均衡を防ぐため、１ピクセル未満）を得るため、１ピクセルサイズ未満の誤差で、マークをつける必要があり得る。ピクセルの寸法は、典型的には、１０μｍ未満であり、必要な精度でマークを位置付けることは、極度に困難であり得る。（特許文献１参照）
米国特許第５，８７７，８５４号は、２つのセンサおよび２つの光源を用いる位置合わせシステムを開示する。レーザビームは、ラインＣＣＤセンサへと下方向に投影される。この装置は、１本の軸の回りの回転に関する必要な位置合わせ精度を達成することができるが、３本の直行軸に関しての正確な位置合わせを提供することができない。（特許文献２参照）
Ｍ．Ａｇｇｅｒｗａｌらは、「Ｃａｍｅｒａ Ｃｅｎｔｒｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」（Ｐｒｏｃ．１５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１、８７６〜８０頁、２０００年）において、カメラシステムの光学中心を判定する方法を開示している。この方法は、２つの較正チャート、およびコンピュータによる後処理方法を用いる。述べられている精度は、約３．６ピクセルであり、これは、この方法における誤差としては、立体視カメラ対における２つのカメラの位置合わせの補正に適するには、大きすぎる誤差である。（非特許文献２参照）
ＥＰ−Ａ−０ ５０６ ０３９は、カットツールの端の位置を測定する装置を開示する。この装置は、カットツールの端の近傍に位置する「基準プレート」を有し、スリットが、基準プレートとカットツールの端との間に規定される。または、この装置は、基準プレートとカットツールの端との間に規定されスリットに方向付けられる光ビームを生成するレーザを有する。このスリットは、光ビームを回折させ、得られる回折パターンは、スリットの幅についての情報、およびカットツールの基準プレートとの相対的な位置についての情報を提供する。（特許文献３参照）
ＵＳ−Ａ−５ ０７３ ９１８は、シリコンウェハの結晶軸の配向を判定するために用いられる、Ｘ線結晶回折方法を開示する。Ｘ線のビームが、Ｘ線の経路内のゴニオメータに取り付けられたシリコンウェハに方向付けられ、得られるＸ線回折パターンは、フォトセンサアレイによって方向付けられる。（特許文献４参照）
ＵＳ−Ａ−３ ７８７ １１７は、製造中の製品を点検する装置を開示している。繰り返しのパターンを有する製造中の製品、例えば、フォトマスクは、源からの光の経路に位置付けされる。２つの開口部を有するマスクは、製造中の製品の後ろに配置され、マスクの開口部によって、回折パターンが得られる。回折された画像は、その後、装置の光軸に対して非対称に位置付けされる格子を通過する。得られる画像は、画面上に表示され、製造中の製品における非周期的な誤差についての情報が提供される。（特許文献５参照）
ＵＳ−Ａ−３ ６５６ ８３８は、光特徴認識システムにおいて用いられるフィルタを開示する。特徴を表示するプレートが光ビームに位置付けられ、プレートからの光出力は、二次元回折格子を通過する。その後、回折された画像は、フィルタを通過する。最終的な画像は、プレート上に表示されている特定の特徴についての情報を提供する。（特許文献６参照）
【００４５】
【非特許文献１】
Ｔ．Ａ．Ｃｌａｒｋｅら、「Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ＣＣＤ ｃａｍｅｒａｓ」（Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｃｏｒｄ、Ｖｏｌ１６、Ｎｏ．９２、２９３〜３１２頁、１９９８年）
【００４６】
【特許文献１】
特開平９−３１２８０８号公報
【００４７】
【特許文献２】
米国特許第５，８７７，８５４号明細書
【００４８】
【非特許文献２】
Ｍ．Ａｇｇｅｒｗａｌら、「Ｃａｍｅｒａ Ｃｅｎｔｒｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」（Ｐｒｏｃ．１５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１、８７６〜８０頁、２０００年）
【００４９】
【特許文献３】
欧州特許出願公開第０５０６０３９号明細書
【００５０】
【特許文献４】
米国特許第５，０７３，９１８号明細書
【００５１】
【特許文献５】
米国特許第３，７８７，１１７号明細書
【００５２】
【特許文献６】
米国特許第３，６５６，８３８号明細書
【００５３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術によれば、構造体によって生成される回折パターンから、支持物と相対的な配向および位置についての情報を得ることができない。さらに、２つの構造体の位置および配向を同時に調べることができない。
【００５４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける、第１のマウントと、該第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第１の取り込み手段と、第２の光ビームを生成し、該第２の光ビームの光路が、該第１の光ビームの光路と所定の配向にある、第２の光源と、第２の構造体を該第２の光ビームの光路内に取り付ける、第２のマウントと、該第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含む装置を提供する。
【００５５】
構造体によって生成される回折パターンは、支持物と相対的な配向および位置についての情報を提供する。回折パターンを用いて構造体の位置および配向をモニタリングすることは、回転誤差が並進誤差から区別されるという利点を有する。さらに、本発明は、２つの構造体の位置および配向が同時に調べられることを可能にする。本発明は、回折パターンを生成するあらゆる構造体の配向に適用され得る。本発明が適用され得る回折構造体の例には、ＣＣＤセンサ、回折格子、および微小光学アレイ（例えば、ミクロレンズアレイ）が含まれるが、これらに限定されない。
【００５６】
本発明は、構造体がそこに取り付けられるか、またはその内部に取り付けられる支持物、マウント、ハウジング、本体などに対する構造体の配向および／または位置を判定するために用いられ得る。構造体が、既に、支持物、マウント、ハウジング、本体に、または、その内部に取り付けられている場合、本発明は、代替的に、支持物、マウント、ハウジング、本体などを、他の物体または基準に対して位置合わせするために用いられ得る。
【００５７】
装置は、前記第１の構造の位置および／または配向を支持物と相対的に調節する、第１の調節手段を含んでいてもよい。初期的に得られる回折パターンが構造体の位置および／または配向が不正確であることを示す場合、構造体の位置および／または配向は必要に応じて調節され得る。
【００５８】
装置は、支持物と、前記第１の構造の位置および／または配向を支持物と相対的に固定する第１の固定手段とをさらに含んでもよい。所望の位置／配向と比較した場合のあらゆる誤差をなくすように構造体の位置および／または配向が調節された後、構造体の位置および配向が固定され得る。例えば、本発明が、カメラ本体内のセンサに適用される場合、カメラ本体内のセンサの位置および配向が、調節され、カメラ本体と相対的に固定されることを可能にする。あるいは、センサが既に取り付けられたカメラ本体の位置および配向が、外部の物体または基準に対して調節され、外部物体または基準に対して固定されることを可能にする。
【００５９】
前記第２のマウントは、第２の構造体の位置および／または配向が、支持物と相対的に調節可能であるようなマウントであってもよい。
【００６０】
装置は、前記第２の構造体の位置および／または配向を前記第２の光ビームと相対的に調節する第２の調節手段を含んでもよい。この装置は、前記第２の構造体の位置および配向を固定する、固定手段をさらに含んでもよい。本発明のこの実施形態が、立体視カメラ対に適用される場合、立体視カメラ対における両方のセンサの位置および配向についての情報を提供し、各センサの位置および配向が必要に応じて調節され、その後固定されることを可能にする。
【００６１】
前記第２の光源が、前記第１の光源であってもよく、前記装置が、該第１の光源によって発せられた光から、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを生成するビームスプリッタを含んでもよい。
【００６２】
装置は、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとの間の所定の位相差を生成する手段を含んでもよい。前記所定の位相差は、（２ｎ−１）λ／２であり、ここで、λは、前記第１の光源によって発せられた光の波長であり、ｎは、自然数である。位相差が、奇数の半波長である場合、２つの構造体によって生成される回折パターンは、互いにちょうど位相がずれ、２つのパターンが重なり合うところで打ち消し合う。
【００６３】
前記第２の取り込み手段は、前記第１の取り込み手段であってもよく、該第１の取り込み手段は、用いられる場合、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンを取り込む。装置は、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターンと、前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンとの和が、０であるか否かを判定するヌル検出器を含んでもよい。
【００６４】
前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路と平行であってもよい。あるいは、前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路から発散していてもよい。
【００６５】
上記構造体または各構造体は、光学部品、例えば、マイクロレンズアレイまたはＣＣＤセンサであってもよい。前記第１の構造体は、前記第２の構造体とほぼ同一である。
【００６６】
本発明の第２の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、回折構造体を該第１の光源の光路内に取り付ける手段と、用いられる場合、該第１の光ビームから該回折構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む、取り込み手段と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける、第１のマウントと、第２の光ビームを生成し、該取り付け手段は、前記回折構造体を、該第２の光ビームの光路内に取り付けるように調節される、第２の光源と、該第２の光ビームから該回折構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含む装置が提供される。
【００６７】
本発明のこの実施形態は、例えば、図３Ｂに示すタイプの複数のレンズを有する単一センサカメラにおいて、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒの一方または両方が、正確に位置づけされ、配向されるか否かを判定するために用いられ得る。
【００６８】
装置は、前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する調節手段を含んでもよい。この装置は、前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する手段をさらに含んでもよい。
【００６９】
装置は、第２の構造体を、前記第２の光ビームの光路内に、該第２の構造体の位置および／または配向が前記回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段をさらに含んでもよい。この装置は、前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する、第２の調節手段をさらに含んでもよいし、前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含んでもよい。
【００７０】
前記第１の構造体は、第１の光学部品であってもよく、前記第２の構造体は、第２の光学部品であってもよい。前記第１の光学部品はミラーであってもよい。前記第２の光学部品はミラーであってもよい。
【００７１】
上記光源または各光源はレーザであってもよい。
【００７２】
本発明の第３の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の構造体において、第１の所定の配向の第１の光ビームを方向付ける工程と、該第１の光ビームから第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の構造体において、第２の光ビームを方向付ける工程であって、該第１および該第２の光ビームが、互いに対して相対的である所定の配向を有する、工程と、該第２の光ビームから生成された第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含する方法を提供する。この方法は、前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の光ビームと相対的に、前記第１の構造の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７３】
方法は、前記第１および第２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７４】
本発明の第４の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の光ビームを、第１の構造体を含む第１の光路に沿って、回折構造体に方向付ける工程と、該第１の光ビームから生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の光ビームを、第２の構造体を含む第２の光路に沿って、該回折構造体に方向付ける工程と、該第２の光ビームから生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含する方法を提供する。この方法は、前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記回折構造体と相対的に、前記第１の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７５】
方法は、前記第１および２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７６】
本発明の第５の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビーム内に、該第１の構造体の位置および／配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける第１のマウントと、該第１の構造によって生成された回折パターンを取り込む第１の取り込み手段と、支持物と、該第１の構造体の位置および配向を該支持物と相対的に固定する固定手段とを含み、該支持物は、該第１の光ビームの該光路と相対的に可動である、方法を提供する。本発明のこの局面は、例えば、立体視カメラ対の製造に適用され得る。第１のカメラは、位置合わせされ、支持レールのような支持物上に取り付けられ得る。その後、支持物は、所定の距離分並進移動し、第２のカメラは、支持物上で位置合わせされ取り付けられ得る。
【００７７】
前記支持物は、前記第１の光ビームの方向に対して実質的に垂直な方向に可動し得る。
【００７８】
本発明の第６の実施形態は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、所定の配向を有する光ビームを第１の構造体に方向付ける工程と、該第１の構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから得られた情報から、該第１の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第１の構造体の位置および配向を支持物と相対的に固定して、該第１の構造体を該支持物に取り付ける工程と、該支持物を該光ビームに対して移動させる工程と、第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを包含する方法を提供する。
【００７９】
前記第２の構造体を前記支持物に取り付ける工程は、前記第２の構造体を前記光ビームの光路内に位置付ける工程と、該第２の構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから得られた情報から、該第２の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第２の構造体の位置および配向を、該支持物と相対的に固定して、該第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを含んでもよい。
【００８０】
前記光ビームに対して前記支持物を移動させる工程は、該支持物を、該光ビームの光路に対して実質的に垂直な方向に移動させる工程を含んでもよい。
【００８１】
本発明の第７の実施形態は、光学部品の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、光学部品を、該光ビームの光路内に、該光学部品の位置および／または配向が該光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるマウントと、該光学部品によって生成される回折パターンを取り込む取り込み手段とを含む装置を提供する。
【００８２】
前記光学部品は、マイクロレンズアレイ、ＣＣＤセンサ、および回折格子からなる群から選択されてもよい。
【００８３】
本発明の第８の実施形態は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、回折構造体を、該光ビームの光路内に取り付ける手段と、該光ビームから該回折構造体によって生成された回折パターンを取り込む、取り込み手段と、構造体を、該光ビームの光路内に、該構造体の位置および／または配向が該回折構造体に対して調節可能になるように取り付ける手段と、該回折パターンから、該構造体の位置および／または配向についての情報を得る手段とを含む装置を提供する。
【００８４】
本発明の装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける、第１のマウントと、該第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第１の取り込み手段と、第２の光ビームを生成し、該第２の光ビームの光路が、該第１の光ビームの光路と所定の関係にある、第２の光源と、第２の構造体を該第２の光ビームの光路内に取り付ける、第２のマウントと、該第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含み、これにより、上記目的を達成する。
【００８５】
前記第１の構造の位置および／または配向を前記第１の光ビームと相対的に調節する、第１の調節手段を含んでよい。
【００８６】
支持物と、前記第１の構造の位置および／または配向を前記第１の光ビームと相対的に固定する、第１の固定手段とをさらに含んでよい。
【００８７】
前記第２のマウントは、第２の構造体を、前記第１の構造体の位置および／または配向が前記第２の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるように調節されてもよい。
【００８８】
前記第２の構造体の位置および／または配向を前記第２の光ビームと相対的に調節する第２の調節手段を含んでよい。
【００８９】
前記第２の構造体の位置および配向を前記支持物と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含んでよい。
【００９０】
前記第２の光源が、前記第１の光源であり、前記装置が、該第１の光源によって発せられた光から、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを生成するビームスプリッタを含んでよい。
【００９１】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとの間の所定の位相差を生成する手段をさらに含んでよい。
【００９２】
前記所定の位相差は、（２ｎ−１）λ／２であってもよく、ここで、λは、前記第１の光源によって発せられた光の波長であり、ｎは、自然数である。
【００９３】
前記第２の取り込み手段は、前記第１の取り込み手段であり、該第１の取り込み手段は、用いられる場合、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンを取り込んでもよい。
【００９４】
前記第２の取り込み手段は、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込んでもよい。
【００９５】
前記第１の構造体によって生成される前記回折パターンと、前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンとの和が、０であるか否かを判定するヌル検出器を含むんでよい。
【００９６】
前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路と平行でよい。
【００９７】
前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路から発散してよい。
【００９８】
前記構造体の各々は、光学部品でよい。
【００９９】
前記光学部品の各々が、マイクロレンズアレイを含んでよい。
【０１００】
前記光学部品の各々は、ＣＣＤセンサでよい。
【０１０１】
前記第１の構造体は、前記第２の構造体とほぼ同一でよい。
【０１０２】
本発明の装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、回折構造体を該第１の光ビームの光路内に取り付ける手段と、該第１の光ビームから該回折構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む、取り込み手段と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段と、第２の光ビームを生成し、該取り付け手段は、前記回折構造体を、該第２の光ビームの光路内に取り付けるように調節される、第２の光源と、該第２の光ビームから該回折構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含み、これにより上記目的を達成する。
【０１０３】
前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する第１の調節手段を含んでよい。
【０１０４】
前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する第１の固定手段をさらに含んでよい。
【０１０５】
第２の構造体を、前記第２の光ビームの光路内に、該第２の構造体の位置および／または配向が前記回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段をさらに含んでよい。
【０１０６】
前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する、第２の調節手段を含んでよい。
【０１０７】
前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含んでよい。。
【０１０８】
前記第１の構造体は、第１の光学部品であり、前記第２の構造体は、第２の光学部品でよい。
【０１０９】
前記第１の光学部品はミラーでよい。
【０１１０】
前記第２の光学部品はミラーでよい。
【０１１１】
前記光源または各光源はレーザでよい。
【０１１２】
前記光源の各々はレーザでよい。
【０１１３】
本発明による方法は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の構造体において、第１の所定の配向の第１の光ビームを方向付ける工程と、該第１の光ビームから第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の構造体において、第２の光ビームを方向付ける工程であって、該第１および該第２の光ビームが、互いに対して相対的である所定の配向を有する、工程と、該第２の光ビームから生成された第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【０１１４】
前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の光ビームと相対的に、前記第１の構造の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１５】
前記第１および第２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１６】
本発明による方法は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の光ビームを、第１の構造体を含む第１の光路に沿って、回折構造体に方向付ける工程と、該第１の光ビームから生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の光ビームを、第２の構造体を含む第２の光路に沿って、該回折構造体に方向付ける工程と、該第２の光ビームから生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【０１１７】
前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記回折構造体と相対的に、前記第１の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１８】
前記第１および２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１９】
本発明による装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビーム内に、該第１の構造体の位置および／配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける第１のマウントと、該第１の構造によって生成された回折パターンを取り込む第１の取り込み手段と、支持物と、該第１の構造体の位置および配向を該支持物と相対的に固定する固定手段とを含み、該支持物は、該第１の光ビームの該光路と相対的に可動であり、これにより上記目的を達成する。
【０１２０】
前記支持物は、前記第１の光ビームの方向に対して実質的に垂直な方向に可動でよい。
【０１２１】
本発明のよる方法は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、所定の配向を有する光ビームを第１の構造体に方向付ける工程と、該第１の構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから得られた情報から、該第１の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第１の構造体の位置および配向を支持物と相対的に固定して、該第１の構造体を該支持物に取り付ける工程と、該支持物を該光ビームに対して移動させる工程と、第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【０１２２】
前記第２の構造体を前記支持物に取り付ける工程は、前記第２の構造体を前記光ビームの光路内に位置付ける工程と、該第２の構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから得られた情報から、該第２の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第２の構造体の位置および配向を、該支持物と相対的に固定して、該第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを含んでよい。
【０１２３】
前記光ビームに対して前記支持物を移動させる工程は、該支持物を、該光ビームの光路に対して実質的に垂直な方向に移動させる工程を含んでよい。
【０１２４】
本発明による装置は、光学部品の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、光学部品を、該光ビームの光路内に、該光学部品の位置および／または配向が該光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるマウントと、該光学部品によって生成される回折パターンを取り込む取り込み手段とを含み、これにより上記目的を達成する。
【０１２５】
前記光学部品は、マイクロレンズアレイ、ＣＣＤセンサ、および回折格子からなる群から選択されてよい。
【０１２６】
本発明の装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、回折構造体を、該光ビームの光路内に取り付ける手段と、該光ビームから該回折構造体によって生成された回折パターンを取り込む、取り込み手段と、構造体を、該光ビームの光路内に、該構造体の位置および／または配向が該回折構造体に対して調節可能になるように取り付ける手段と、該回折パターンから、該構造体の位置および／または配向についての情報を得る手段とを含み、これにより上記目的を達成する。
【０１２７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態は、以下に、添付の図面を参照しながら、例示的な実施例によって説明される。
【０１２８】
同一の参照符号は、説明を通じて同一の部材を示す。
【０１２９】
図９Ａは、本発明の第１の実施形態による装置２７の模式図であり、本発明の概略的な原理を示す。この実施形態において、位置合わせされる構造体とは、光学部品、すなわち、カメラのセンサであるが、上述したように、本発明は、任意の回折光学部品の位置合わせに適用され得る。
【０１３０】
装置２７は、光の平行ビームの源２８を含む。図９に示す実施形態において、レーザは、光源２８として用いられるが、本発明は、レーザに限定されない。回折パターンが形成されることを可能にするために充分なコヒーレントを有する任意の光源が、原則として用いられ得る。本明細書中で用いられる用語「光ビーム」が、可視光のビームに限定されないことに留意されたい。本発明は、可視光とともに用いられることに限定されない。
【０１３１】
装置は、カメラ本体３０を固定的に取り付ける、支持物２９をさらに含む。ＣＣＤセンサのようなセンサ３１がすでに取り付けられ、カメラ本体３０内で位置合わせされる。装置は、支持物２９上のほぼ正確な位置でカメラ本体３０を支持する取り付け手段５６を含む。カメラ本体は、初期的には、マウント５６によって支持されるが、初期的には、支持物２９と相対的に移動することができる。
【０１３２】
支持物２９は、立体視カメラ対用の支持レールであってもよい。支持物２９は、２つのカメラ本体を、支持レール上で所定の位置、および所定の配向に取り付けることが所望され得る。しかし、本発明は、この適用例に限定されない。
【０１３３】
光源２８は、光のビームを支持物２９に対して所定の配向および位置で生成するように構成される。光源２８は、支持物が光ビームに対して公知の配向および／または位置にあることを確実にする任意の公知のプロセスによって、支持物と相対的に位置合わせされ得る。
【０１３４】
センサ３１は、ピクセルの規則的なアレイを含み、マイクロレンズアレイを含み得、センサ３１は、反射させるときに、光ビームを回折させ、回折パターンを設定する。装置２７は、センサによって生成された回折パターンを取り込む取り込みデバイス３２を含む。光源２８は、可視光のビームを発し、取り込みデバイスは、原則として、単に、回折パターンが表示される画面からなる。
【０１３５】
本発明は、センサ３１の光ビームとの相対的な位置合わせが正確であるか否かを判定するように、取り込みデバイス３２によって記録された回折パターンを利用する。支持物２９が、光ビームに対して所定の位置および配向にあるので、センサを光ビームに対して位置合わせするということは、センサを支持物２９に対して位置合わせするという効果がある。さらに、センサ３１がカメラ本体内にすでに取り付けられているので、センサを光ビームに対して位置合わせすることは、カメラ本体を支持物２９に対して位置合わせする効果がある。
【０１３６】
回折パターンを用いてセンサ３１に配向および位置を判定することの利点の１つとして、並進的な位置合わせの誤差が、回転的な位置合わせの誤差から切り離すことを可能にすることがある。好適な実施形態において、取り込み手段３２には、センサ３１が支持レールに対して正確に位置合わせされる場合、回折パターンの最高点に一致するように、予め位置合わせされたマークまたはセンサが設けられる。これらの回折の最高点の実際の位置を予期された位置と比較することによって、センサの支持レールに対する位置合わせ誤差についての情報を得ることが可能である。取り込みデバイス３２に回折の最高点の予測された位置においてセンサが設けられる場合、これらは、例えば、ナイフエッジフォトダイオード、または位置感度検出器であってもよい。
【０１３７】
センサ３１は有限のサイズおよび規則的な構造を有する。従って、得られる回折パターンは、センサ上の光ビームがセンサに入射する点から独立している。回折パターン、および取り込みデバイス３２上でのその位置は、センサ３１の光ビームに対する角度的な配向、センサの回折させる開口部、光源から発せられる光の波長、および画面３２とセンサとの間の距離に依存する。これらの位置合わせ誤差は、図１０Ｂ（１）〜図１０Ｂ（４）に示すように、異なる方法で、現れる。
【０１３８】
センサの光源２８とセンサとの間の軸に沿った並進は、図１０Ａにおいてｚ軸によって示されるが、取り込みデバイス上の回折パターンを、図１０Ｂ（１）に示すように、広げたり、狭めたりする。図１０Ｂの正方形は、取り込みデバイス３２のインデックスマークまたは位置センサを表し、三角形３４は、回折パターンの最大点を表す。センサ３１がカメラハウジング３０に対して正確に位置付けされる場合、回折パターンの最大点３４は、画像取り込みデバイスのインデックスマークまたはセンサ３３に一致する必要がある。図１０Ｂ（１）において、回折パターンは、予測される回折パターンと比較すると狭められており、これは、センサ３１と光源２８との間の間隔が、本来の間隔より僅かに狭いことを示す。
【０１３９】
図１０Ｂ（２）に、センサ３１が、ｘ軸（図１０Ａに示す水平方向軸）の周りの小さい角度分、誤って位置合わせされる場合に得られる回折パターンを示す。ｘ軸の周りの小さい回転に関する誤った位置合わせが、回折パターンの最大点を予測される位置の上または下方向にシフトすることが明らかになり得る。
【０１４０】
図１０Ｂ（３）に、ｙ軸（図１０Ａに示す垂直方向軸）の周りの小さい角度分、センサ３１が誤って位置合わせされる場合に得られる回折パターンを示す。ｙ軸の周りの回転分の誤った位置合わせが、回折パターンの最大点を予測される位置に対して左または右方向にシフトする。
【０１４１】
最終的に、図１０Ｂ（４）に、ｚ軸の周りの小さい回転からなる位置合わせ誤差の回折パターンを示す。図１０Ｂ（４）から明らかになり得るように、ｚ軸の周りの回転からなる位置合わせ誤差は、回折パターンを、予測される位置に対して、画面の中心の周りを回転させる効果を有する。
【０１４２】
図１０Ｂ（１）〜図１０Ｂ（４）から、これらの位置合わせ誤差、すなわち、ｘ軸の周りの回転、ｙ軸の周りの回転、ｚ軸の周りの回転、および、ｚ軸に沿った並進移動のそれぞれが、回折パターンに区別可能な効果をもたらすことが明らかになり得る。従って、カメラハウジング内のセンサによって生成される回折パターンを解析し、センサがこれらの様式のいずれかで誤って位置合わせされているか否かを推測することが可能である。
【０１４３】
上述したように、回折パターンは、光ビームがセンサ３１に入射する点からは独立し、ｘ軸またはｙ軸に沿った誤った位置合わせは、回折パターンから推測されることができない。しかし、殆どの立体視カメラ対において、センサを、ｘ軸およびｙ軸において、高い度合いの精度まで位置合わせすることは必要ない。さらに、センサのｘ軸およびｙ軸に沿った並進的な位置合わせは、単に、光ビームがセンサ上に入射する点を判定することによって、調べられ得る。
【０１４４】
カメラ本体を支持物に対して正確に位置合わせするため、装置２７は、好ましくは、回折パターンから推測される任意の位置合わせ誤差を補正するように、カメラ本体の支持物２９と相対的な位置および／または配向を調節する手段を含む。図９Ａの実施形態において、カメラ本体３０は、カメラ本体の支持レール２９と相対的な配向および／または位置を調節することができる取り付け手段５６上に取り付けられ、センサ３１がカメラ本体に既に取り付けられているので、センサ３１の光ビームとの相対的な配向および／または位置を変更する。ｘ軸およびｙ軸方向の並進誤差を調べることが所望される場合、これは、光ビームがセンサ上に入射するところを判定することによって、上述したように行われ得る。ｘ軸およびｙ軸方向における、カメラ本体の位置、および、センサの位置は、必要に応じて調節され得る。センサが、光ビームに対して正確に配置され、正確に配向されるように、カメラ本体が位置合わせされる場合、回折パターンの最大点は、取り込み手段３２のインデックスマークまたはセンサに正確に一致する。
【０１４５】
好ましくは、カメラ本体の位置および／または配向が調節され、センサが正確に位置付けされ、正確に配向された後、カメラ本体を支持物２９に対して固定する手段が設けられる。カメラ本体を支持レールに対して固定することは、センサが支持物に対して正確な位置および配向に維持されることを確実にする。
【０１４６】
適切な固定手段の一例を、図９Ｂに示す。図９Ｂは、図９Ａを部分的に拡大した図である。
【０１４７】
図９Ｂの実施形態において、カメラ本体３０には、支持物に対して最も近くなるように意図されている、カメラ本体の表面（このカメラ本体の表面を、簡略化のため、以下、カメラ本体の「ベース」と呼ぶ）から突出する、１つ以上の位置合わせピン５７が設けられる。図９Ｂにおいて、位置合わせピン５７は、カメラ本体に固定されたプレート５８から突出するが、原理としては、位置合わせピン５７は、カメラ本体と一体的であってもよい。
【０１４８】
カメラ本体に対して最も近くなるように意図されている、支持物の表面（以下、簡略化のため、「上面」と呼ぶ）には、カメラ本体が、レール２９上で正確に位置付けられ、配向される場合、位置合わせピン５７の予測される位置と、それぞれ、概略的に対応する位置に、１つ以上のくぼみ５３がある。各くぼみ５３は、対応する位置合わせピン５７の断面よりも大きい断面を有する。図９Ｂにおけるくぼみ５３は、支持レール２９の上面に取り付けられるプレート５５において設けられるが、原理としては、くぼみ５３は、支持レール自体に設けられてもよい。
【０１４９】
カメラ本体がマウント５６に対して並進的な移動および回転的な移動をすることができるように、カメラ本体はマウント５６に接続される。従って、カメラ本体がマウント５６に接続されたまま、カメラ本体の位置および配向を支持レール２９に対して変更することが可能である。
【０１５０】
支持レール２９上でカメラ本体を位置合わせするため、カメラ本体は、初期的には、マウント５６に取り付けられたまま、支持レール２９の上に位置づけされる。カメラ本体は、各位置合わせピン５７が対応するくぼみ５３において受け取られるように位置付けされるが、位置合わせピンがそれぞれのくぼみの中を移動することができるので、カメラ本体のレール２９と相対的な位置および配向は、この点において固定されない。さらに、マウント５６は、好ましくは、位置合わせピン５７の下端が、それぞれのくぼみの底に接触せず、これによって、カメラ本体がｚ軸の周りをチルトすることが可能になるように、カメラ本体をレールの上で保持する。
【０１５１】
カメラ本体の支持レール２９と相対的な位置および／または配向は、上述したように、センサが光ビームに対して正確に位置合わせされていることを示す所望の回折パターンが得られるまで調節され得る。
【０１５２】
その後、センサ３１の正確な位置合わせを提供する位置および配向にカメラ本体を保つように、カメラ本体は支持物２９と相対的に固定され得る。このことを行う簡便な方法の１つとして、接着剤５４を、支持レール２９の各くぼみ５３に導入し、各位置合わせピン５７を、支持レール２９に対して固定することがある。
【０１５３】
接着剤が硬化した後、カメラ本体は、マウント５６から切り離されてもよい。
【０１５４】
カメラのレンズは、本発明の位置合わせプロセスの間はない。従って、センサの位置合わせは、レンズの任意の誤った位置合わせ、またはレンズの不正確さから独立している。
【０１５５】
本発明のこの実施形態は、多くの方法において、立体視カメラ対の位置合わせに適用され得る。例えば、センサがその内部に取り付けられている第１のカメラ本体を、支持レールと相対的に位置合わせし、第１のカメラ本体を、支持レール上で、正しい位置に固定することが可能である。これによって、第１のカメラ本体の位置が支持レール上で固定され、また、第１のカメラ本体の支持レールに対する配向が固定される。支持レールは、光源に対して移動する。好ましくは、支持レールは、光ビーム２対して実質的に垂直な方向に（すなわち、実質的にｘ軸に沿って）移動する。その後、その内部にセンサが取り付けられる第２のカメラ本体が、支持レール２９上に位置付けされ得る。これによって、各カメラ本体が支持レールに対して位置合わせされるにつれて、正確に位置合わせされた立体視カメラ対が得られる。
【０１５６】
代替的な実施形態において、装置は、２本の光線を生成するように構成される。一方の光ビームは、立体視カメラ対のうちの一方のカメラ本体の意図された軸に沿っていて、他方の光ビームは、立体視カメラ対のうちの他方のカメラ本体の光学軸と一致している。これによって、２つのカメラ本体（それぞれが、以前に位置合わせされたセンサを含む）の位置および配向が、それぞれの回折パターンを用いて、支持レールまたは光源を移動させる必要なしに、調べられることが可能になる。この実施形態は、必要とされる、２つの光ビームを生成するため、２つの光源を用いてもよいし、１つの光源およびビームスプリッタを用いてもよい。ビームスプリッタは、入射する光を部分的に反射し、部分的に透過させる、プリズムのような「受動」ビームスプリッタであってもよい。あるいは、ビームスプリッタは、１本の入力ビームから、２本の出力光ビームを生成する、回転または振動するミラーのような「能動」デバイスであってもよい。原理としては、本発明のこの実施形態は、２本の必要な光のビームを生成するため、ある位置から他の位置へと移動することができる単一光源を用いることによって、実行され得る。
【０１５７】
本発明は、カメラ本体内にセンサを位置合わせする初期的な工程についても用いられ得る。これを行うため、センサは、初期的には、センサのカメラ本体と相対的な位置および／または配向が調節され得るように、カメラ本体内に取り付けられる。その後、カメラ本体は、適切な支持物、例えば、図９Ｂの支持レール２９に、所定の光ビームと相対的な位置および配向において、センサ３１が光ビームの経路内になるように、取り付けられる。その後、光ビームによって照射される場合にセンサによって生成される回折パターンは、概略的に上述した様態で、センサの位置および／または配向を調節するため用いられる。しかし、この実施形態において、センサのカメラ本体と相対的な位置および／または配向は、調節され得る。カメラ本体の支持物と相対的な位置および／または配向は、変更されない。
【０１５８】
図９Ａに示す実施形態において、カメラ本体は、カメラレンズがない状態で位置合わせされる。カメラ本体が位置合わせされた後、レンズがはめられ、位置合わせされ得る。レンズは、例えば、Ｃｌａｒｋｅ（上記）らによって提案され、図８を参照しながら説明した方法を用いて、位置合わせされ得る。簡略的にいうと、カメラ本体は、光ビームがセンサの中心に入射するように構成される。レンズは、正しい位置に配置され得る。レンズが光ビームを偏向させるＣＣＤ上の点は、レンズの主点であり、これは、記録され得る。立体視カメラ対によって獲得される２つの画像は、２つのカメラの主点の位置が既知である場合、レンズの位置合わせについて補正され得る。一方の眼用の画像を、他方の眼用の画像と相対的に並進移動させることによって、ピクセルを補間し、イメージの質を低下させることなしに、単なる補正を行うことが可能である。２つの画像が互いに対して並進移動された後、いずれかの領域における任意の重なる領域が、完全に位置合わせされた三次元画像を生成するため、トリミングされ得る。
【０１５９】
図１１に、本発明のさらなる実施形態による装置５０を示す。これは、原理としては、図９の実施形態に類似しているが、複数の光源２８Ａ〜２８Ｄ、例えば、複数のレーザを含む。光源２８Ａ〜２８Ｄは、発せられる光ビームが互いに平行であるように位置合わせされる。各ビームは、支持レール（図示せず）に関して位置合わせされるカメラ本体（図示せず）に取り付けられている、センサ３１Ａ〜３１Ｄのそれぞれに入射し、各ビームは、センサ３１Ａ〜３１Ｄから、それぞれ、回折パターンを生じさせる。カメラ本体は、それらの支持物と相対的な位置および配向が変更され得るように、支持物に取り付けられる。例えば、各カメラ本体は、図９Ｂの実施形態と類似する様態で、支持物に取り付けられ得る。回折パターンは、画面３２のような画像取り込みデバイスによって、取り込まれる。
【０１６０】
図１１には、光ビームを発し、各ビームがセンサ３１Ｂおよび３１Ｃからそれぞれ回折パターンを生成する、中央の２つの光源２８Ｂおよび２８Ｃのみを示す。センサ３１Ｂおよび３１Ｃが、互いに、名目上、同一である（すなわち、許容誤差の範囲内で互いに同一である）場合、２つの回折パターンは、互いに実質的に同一である。２つの回折パターンは、画面の３２Ｂで示される領域において、重なりあう。好ましい実施形態において、画面３２とセンサ３１との間の距離は、２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体が互いに対して正確に位置合わせされる場合、２つの回折パターンの最大点が重なり合うように、選択される。２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体は、この好ましい実施形態において、２つの回折パターンの最大点が互いに一致するまで、回折パターンを設定すること、ならびに／あるいは、一方または両方のカメラ本体の位置および／または配向を調節すること、そのことにより、一方または両方のセンサ３１Ｂおよび３１Ｃの位置および／または配向を調節することによって、互いに対して容易に位置合わせされ得る。
【０１６１】
カメラ本体の絶対的な位置合わせは、回折パターンの重なり合わない領域、すなわち、センサ３１Ｂによって生成され、画面の領域３２Ａに当たる、回折パターンの部分、および、センサ３１Ｃによって生成され、レーザ２８Ｃとレーザ２８Ｄとの間の画面３２の領域３２Ｃに当たる、回折パターンの部分とを用いることによって、調べられ得る。センサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体の絶対的な位置合わせは、回折パターンのこれらの重なり合わない領域から、確立され得、カメラ本体の位置および／または配向は、必要に応じて調節され得る。従って、この実施形態は、２つのカメラ本体の位置合わせを、第１に、互いに対して、第２に、所定の位置合わせに関して行うことを可能にする。
【０１６２】
一例として、２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体は、１つのセンサ、例えば、センサ３１Ｂによって生成される回折パターンの重なり合わない部分を初期的にモニタリングすることによって、位置合わせされ得る。これによって、センサ３１Ｂを収容するカメラ本体の絶対的な位置合わせが確立され、必要に応じて、位置および／または配向を調節することによって補正されることが可能になる。（「絶対的な位置合わせ」とは、固定された部品、例えば、図９の支持物２９との相対的な位置合わせを意味する。）センサ３１Ｂを収容するカメラ本体が正確に位置合わせされた後、２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体の互いに対する位置合わせが、各センサによって生成される、回折パターンの重なり合う部分を用いることによって調べられ得る。２つのカメラ本体の相対的な位置合わせにおけるあらゆる不正確さは、センサ３１Ｃを含むカメラ本体の位置および／または配向を調節することによって補正され得る。この段階において、第１のカメラ本体の絶対的な位置合わせが正確であり、２つのカメラ本体が互いに対して正確に位置合わせされるので、第２のカメラ本体の絶対的な位置合わせも正確であるということになる。これは、第２のセンサ３１Ｃによって生成される回折パターンの重なり合わない部分から確認されることができる。
【０１６３】
各カメラ本体の位置および配向は、正確に位置合わせされた後、固定され得る。
【０１６４】
図１１に示す実施形態は、立体視カメラ対のカメラ本体を位置合わせするために用いられ得る。光源２８Ｂによって生成される光ビームと、光源２８Ｃによって生成される光ビームとの間の横方向の間隔は、左のカメラの光学軸と右のカメラの光学軸との間の間隔と等しく、好ましくは、人間の左眼と右眼との間の平均的な間隔とも等しい。
【０１６５】
図１１に示す他の光源２８Ａおよび２８Ｄは、マルチカメラ３−Ｄカメラのカメラ本体の位置合わせ、例えば、マルチ視点カメラまたは３−Ｄ静止「ルックアラウンド」ショット用のカメラの位置合わせにおいて用いられる。光源２８Ａおよび２８Ｄは、それぞれが１つのセンサを含む２つのカメラ本体のみを位置合わせ得ることが所望される場合、省かれ得る。反対に、原理としては、必要に応じて、４つより多い光源が用いられてもよい。
【０１６６】
原理として、図１１の実施形態における取り込みデバイス３２は、光源２８Ａ〜２８Ｄが可視光を発する場合、単に、回折パターンが表示される画面からなっていてもよい。しかし、精度を高め、かつ／または、可視スペクトルの外側の光源の使用を可能にするため、イメージ取り込みデバイスは、センサの正確な位置合わせを推測する、センサ３１Ｂおよび３１Ｃによって生成される２つの回折パターンの最大点が重なり合う位置に配置された検出器３５を含み得る。取り込みデバイス３２は、回折パターンの最大点として予測される位置において、センサによって生成される回折パターンの重なり合わない部分が向けられるところに配置されたさらなるセンサ３６および３７をさらに含み得る。センサ３５、３６、３７は、例えば、ナイフエッジフォトダイオードまたは位置感度検出器であってもよい。
【０１６７】
図１１に示す実施形態は、２つ以上のセンサの位置合わせを、それぞれのカメラ本体内において、少なくとも１つのセンサのそれぞれのカメラ本体における位置および／または位置合わせを変更することによって行うために代替的に用いられ得る。
【０１６８】
上記の実施形態において、センサの位置合わせは、センサによって生成される回折パターンの最大点の位置から確立される。従って、センサを正確に位置合わせするため、所定の点（回折パターンの最大点として予測される位置に対応する）における回折パターンの強度が最高に達するまで、センサの位置および／または配向を調節する必要がある。これは、眼によって行うことが困難になり得る。従って、図１１の検出器３５、３６、３７のような検出器の提供によってセンサのより正確な位置合わせが可能になるので、検出器の提供は、好ましい。
【０１６９】
図１２は、センサ対によって生成される２つの回折パターンが互いに対して位相がずれるように構成される、本発明のさらなる実施形態による、装置５１を示す。センサが互いに対して正確に位置合わせされる場合、２つの回折パターンが互いに打ち消し合い、これによって、センサの正確な位置合わせを眼によって確立することがより容易になる。
【０１７０】
図１２の実施形態は、コヒーレント光のビームを発するレーザのような源２８を必要とする。位置合わせされる２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂに入射する２本のビームは、ビームスプリッタ構成を用いて、コヒーレント光源によって発せられる単一ビームから得られる。ビームを分割し、２つの分割されたビームを、それぞれのセンサに方向付ける光学系は、レーザから一方のセンサへの光路が、レーザと他方のセンサとの間の経路の長さとは、半波長（または、奇数の半波長）の光路差を有する。結果として、２つのセンサによって生成される回折パターンは、互いに対して、ちょうど位相がずれ、２つの回折パターンが画面のような取り込みデバイス３２の上に重ねられる時に、打ち消される。
【０１７１】
図１２の実施形態において、レーザ２８によって発せられるレーザビームは、偏光子３８からの出力ビームが４５°で平面偏光されるように、偏光子３８を介して通過する。偏光された光のビームは、入射光ビームをほぼ等しい強度の２本のビームに分割する、偏光ビームスプリッタ３９に入射する。一方のビームは、偏光ビームスプリッタ３９によって９０°で反射され、ミラー４０Ａにおいて反射された後、位置合わせされるセンサ３１Ｂのうちの１つに入射する。他方のビームは、逸脱することなく、偏光ビームスプリッタ３９を通って透過され、その後、２つのミラー４０Ｂおよび４０Ｃによって反射されて、位置合わせされる他のセンサ３１Ａに入射する。補償プレート４１は、偏光ビームスプリッタとセンサ３１Ａとの間の光路に配置されて、２本のビームの経路の間に、（ｎ−１／２）λと等しい差があることを確実にする。但し、λは、光源２８によって発せられる光の波長であり、ｎは、自然数である（すなわち、ｎ＝１、２、３．．．である）。
【０１７２】
２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂに入射する光ビームが、互いにちょうど位相がずれているので、２つの得られる回折パターンも、互いに位相がずれる。２つの回折パターンが重なり合う領域において、互いに干渉し、打ち消し合う。２つのセンサが互いに対して正確に位置合わせされる場合、２つの回折パターンが重なり合うところに、０の全体振幅がある。センサは、画面の重なり合う領域において、２つの回折パターンが互いをちょうど打ち消し合うまで、一方または両方のセンサの位置および／または配向を単に調節することによって、互いに対して、位置合わせされ得る。
【０１７３】
図１２の実施形態は、眼によって２つのセンサを位置合わせするために用いられ得る。しかし、好適な実施形態において、装置は、２つの回折パターンが重なり合う領域に配置された、１つ以上のヌル検出器４２をさらに含む（図１２には、１つのヌル検出器４２しか示されていないが、本発明は１つのヌル検出器に限定されない）。２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂは、ヌル検出器が、干渉回折パターンの全体振幅が最小であることを示すまで、一方または両方のセンサの位置および／または配向を調節することによって、互いに対して位置合わせされ得る。これによって、プロセスが自動化されることが可能になり、スペクトルの可視範囲の外側の波長を発するレーザが用いられることも可能になる。
【０１７４】
図１２の実施形態において、センサ３１Ａ〜３１Ｄは、カメラ本体内に配置され、カメラ本体は、図９Ａの実施形態に類似する様態で、支持物に取り付けられる。センサが既に取り付けられ、位置合わせされたカメラ本体の位置合わせに図１２の実施形態が適用される場合、装置は、好ましくは、（例えば、図９Ａの支持物２９のような支持物と相対的に）各カメラ本体の位置および／または配向を調節する手段を含み、好ましくは、カメラ本体の位置および配向を固定する手段も含む。あるいは、図１２の実施形態は、それぞれのカメラ本体内において各センサの位置および／または配向を調節する手段を含み、それぞれのカメラ本体内において各センサの位置および配向を固定する手段も含み得る。カメラ本体、支持物、調節手段、および固定手段は、説明を容易にするため、図１２から省かれる。
【０１７５】
図１３に、本発明のさらなる実施形態による装置を示す。図１３の装置５２は、概して、図９に示す装置２７と類似し、ここでは、異なる点のみが説明される。
【０１７６】
図１３に示す装置２７’において、光源２８は、センサが支持物２９と相対的に正確に位置合わせされている場合、光のビームがセンサ３１に対して垂直でないように構成される。また、レーザビームは、上記の点から装置を考慮する場合、垂直である必要はない。ビームは、任意の角度で入射することができ、回折パターンが、センサ３１から鏡面反射されたビームの方向に焦点合わせされる。
【０１７７】
原理として、図１１または１２に示す装置は、位置合わせされるセンサに対して垂直でない光のビームを生成する光源（図１１）、あるいは、光源および光学系（図１２）を用いて、実施されてもよい。
【０１７８】
図１４は、本発明のさらなる実施形態による、装置４３を示す。この実施形態は、ＣＣＤセンサを、２つのカメラの光学軸が、平行ではなく収束する、立体視カメラ対に位置合わせするように意図されている。
【０１７９】
図１４の装置４３は、第１の偏光ミラー４４ａによって、第１のセンサ３１Ａ上に偏光される第１の光ビームを発する第１の光源２８を含む。装置は、第２の偏光ミラー４４ｂによって第２のセンサ３１Ｂ上に偏光される、第２の光ビームを生成する第２の光源２８’をさらに含む。図１４において、偏光ミラー４４ａおよび４４ｂは、反射プリズムの２つの面であるが、本発明は、偏光ミラーについて、この特定の構成に限定されない。第１および第２の偏光ミラーの間の角度は、２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂに必要とされる収束の角度に依存する。すなわち、偏光ミラーの間の角度は、２つのセンサが正確に位置合わせされる場合に、各センサに入射する鏡面反射が画像取り込みデバイス３２に対して垂直になるような角度である。
【０１８０】
各センサ３１Ａおよび３１Ｂの位置合わせが、上述したように、取り込みデバイスに対して突出する回折パターンから決定され得、各センサの位置および／または配向は、観察された回折パターンに基づいて、調節され得る。画像取り込みデバイスは、画面からなり、好ましくは、それぞれのセンサが正確に位置合わせされる場合に回折パターンが最大値を有する位置において、検出器またはマークが設けられる。この実施形態においては、光源（単数または複数）が２つの回折パターンが重なり合う領域に位置付けされるが、回折パターンが二次元であり、光源（単数または複数）の上および下に（すなわち、図１４の紙の平面の中または外に）、２つの最大点が一致するスポットが存在し得ることに留意されたい。
【０１８１】
本発明の他の実施形態を参照しながら説明されてきた装置は、光軸が収束しているセンサ対を位置合わせするように適用され得る。取り込みデバイス３２について、提供される場合には、検出器について、全ての必要なものは、適切に再位置付けされることである。
【０１８２】
図１４は、２つの別個の光源２８および２８’が設けられた装置４３を示す。代替的な実施形態において、２つの別個の光源の代わりに、１つの光源およびビームスプリッタが用いられ得る。
【０１８３】
センサがそれぞれのカメラ本体において既に位置合わせされ、取り付けられる場合、各センサの位置および／または配向は、それぞれのカメラ本体の位置および／または配向を変更することによって、調節され得る。あるいは、それぞれのカメラ本体内の各センサの位置および／または配向が調節されてもよい。後者の場合、図１４の実施形態は、好ましくは、それぞれのカメラ本体内の各センサの位置および／または配向を調節する手段を含み、好ましくは、それぞれのカメラ本体内の各センサの位置および配向を固定する手段も含み得る。カメラ本体、支持物、調節手段、および固定手段は、説明を簡略化するため、図１４から省かれる。
【０１８４】
図１５は、本発明のさらなる実施形態による装置４５を示す。この実施形態は、本発明がいかに自動化され得るかを示す。
【０１８５】
図１５に示す装置は、概して、図９の実施形態に対応する。しかし、この実施形態において、位置合わせされるカメラ本体（図示せず）は、コンピュータ制御アクチュエータ４７に接続されたマウント４６上で支持される。センサ３１は、カメラ本体内部に取り付けられ、カメラ本体内において既に位置合わせされている。
【０１８６】
アクチュエータ４７は、コンピュータシステム４８によって制御される。コンピュータシステム４８の入力は、画像取り込みデバイス３２のセンサ３３からの出力である。
【０１８７】
図１５の装置において、画像取り込みデバイスのセンサ３３は、初期出力を提供し、これは、初期の配向において、ＣＣＤセンサ３１によって生成される回折パターンを示す。センサからの出力は、コンピュータ４８への入力であり、これは、センサによって観察される回折パターンから、ＣＣＤセンサ３１の位置合わせに対する適切な補正を決定する。コンピュータは、ＣＣＤセンサ３１の位置および／または配向に対する適切な調節を決定した後、支持物４６を移動して、カメラ本体の位置および／または配向を変更し、それに応じて、センサ３１の位置および／または配向を変更するように、アクチュエータ４７に指令する。その後、センサ３１の新たな位置合わせが、新たな回折パターンによって生成されるセンサ３３からの出力から決定され、カメラ本体（およびセンサ３１）の位置および／または配向は、必要に応じて、さらに補正される。このプロセスは、カメラ本体が正確に位置合わせされるまで繰り返される。
【０１８８】
図１５の装置４５は、カメラ本体を固定する手段（明瞭化のため、図１５には示していない）をさらに含む。センサ３１が正確に位置合わせされる場合、固定手段は、図９の実施形態を参照しながら説明したように、カメラ本体を、支持物に対して、正確な位置および配向に固定するように作動され得る。
【０１８９】
図１５の実施形態は、センサが既に内部に取り付けられ、位置合わせされたカメラ本体を、支持レールのような支持物に対して位置合わせする。図１５の実施形態の改変例（図示せず）は、カメラ本体内においてセンサが位置合わせされることを可能にする。この実施形態は、アクチュエータが、センサのカメラ本体との相対的な位置および／または配向を変動させるために有効である点を除いて、概して、図１５の実施形態に対応する。
【０１９０】
図１１〜１４の実施形態も、これらの実施形態の画像取り込みデバイスのセンサまたは検出器の出力を用いることによって、同様に自動化され得る。
【０１９１】
図９〜１５を参照しながら説明した装置は、複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラにおいて、センサを位置合わせするように意図されてきた。しかし、本発明は、図３Ｂに模式的に示すタイプの複数のレンズを有する単一センサシステムの位置合わせに適用されてもよい。図１６に、図３Ｂに示すタイプの複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラにおける、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒのカメラのセンサに対する位置合わせに適する本発明の装置４９を示す。
【０１９２】
装置４９は、実質的に、複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムの２つの視点をシミュレートする２本の光ビームを生成する、一対の光源２８Ｌおよび２８Ｒからなる。光源２８Ｌおよび２８Ｒによって生成される光ビームは、センサ１５がカメラ本体に取り付けられているが、図３Ｂのレンズ１６Ｌおよび１６Ｒがない立体視カメラに入力され、センサ１５は、切り換え可能なミラー２０によって遮蔽されない光ビームから、回折パターンを生成する。図１６に実線で示す位置にある切り換え可能なミラー２０を用いることによって、回折パターンが、レーザ２８Ｌからの光ビームから生成され、ミラー１９Ｌの位置合わせにも依存する。従って、図１６に実線で示す位置にある切り換え可能なミラー２０は、ミラー１９Ｌの位置合わせが、取り込みデバイス３２によって取り込まれる回折パターンから確立され得、ミラー１９Ｌの位置合わせが、必要に応じて調節され得る。
【０１９３】
ミラー１９Ｌが正確に位置合わせされた後、スイッチ可能なミラー２０は、図１６に、破線で示す位置に移動され得る。その後、センサ１５は、光源２８Ｒからの光ビームからの回折パターンを生成し、この回折パターンは、ミラー１９Ｒの位置合わせに依存する。ミラー１９Ｒの位置合わせは、この回折パターンから確立され得、ミラー１９Ｒの位置合わせは、必要に応じて調節され得る。従って、本発明のこの実施形態による装置は、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒが、ＣＣＤセンサ１５の光学軸に対して位置合わせされることを可能にする。装置４９は、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒの一方または両方のカメラ本体（図１６には示していない）に対する位置合わせを、ミラーが正確に位置合わせされた後固定する手段をさらに含み得る。
【０１９４】
図１６のカメラのセンサ１５は、初期的には、上記の方法によって、例えば、図９を参照しながら説明した方法によって、カメラ本体（図示せず）内で、位置合わせされ得る。このタイプの立体視カメラにおいて、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒのセンサ１５に対する位置合わせが、通常は、センサの位置合わせよりも重要であるが、初期ステップとして、センサをカメラ本体に対して位置合わせして、反射された回折パターンが、ミラーを位置合わせする工程について正確な位置にあるようにすることが、必要とされ得る。
【０１９５】
画像取り込みデバイス４９は、他の実施形態における場合と同様に、光源２８Ｌおよび２８Ｒが可視光を発する場合に、画面３２からなる。上述したように、画像取り込みデバイスには、例えば、位置合わせプロセスの精度を向上させるため、装置が自動化されることを可能にするため、または、可視スペクトルの外側で放射する光源が用いられることを可能にするため、１つ以上の検出器３３が設けられ得る。検出器３３が設けられる場合、２つの光源２８Ｌおよび２８Ｒが設けられる軸に対して垂直な軸にほぼ沿って（すなわち、図１６の紙の面の外に）、位置付けされることが好ましい。検出器が、光源が設けられる軸に沿って位置づけされる場合、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒが回折パターンの一部を遮蔽し、位置合わせプロセスの信頼度を下げるというリスクがある。
【０１９６】
図１６に、２つの別個の光源２８Ｌおよび２８Ｒを示す。図１６の実施形態は、各ミラー１９Ｌおよび１９Ｒに入射する光ビームを生成する、１つの光源およびビームスプリッタを用いて代替的に実施されてもよい。図１６の実施形態は、原理としては、図１６の光源２８Ｌおよび２８Ｒのうちの一方として機能を果たすある位置と、図１６の光源２８Ｌおよび２８Ｒのうちの他方として機能を果たす他の位置との間で移動することができる１つの光源を用いて、実現されてもよい。
【０１９７】
図９の実施形態を参照しながら説明されたように、センサがｘ方向およびｙ方向に正確に位置合わせされているか否かを判定することは、レーザビームがセンサ上に入射する点から回折パターンが独立しているので、可能ではない。図９〜１５の実施形態において、このセンサまたは各センサがｘ方向およびｙ方向に正確に位置合わせされているか否かは、光ビームがセンサ上に入射する点を観察することによって、判定され得る。図１６の実施形態において、ミラーがｘ方向およびｙ方向に正確に位置合わせされているか否かを判定することはより困難であるが、これは、比較的小さい欠点である。なぜなら、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒのｘ方向およびｙ方向に沿った位置合わせが、カメラシステムの三次元光学性能に影響を与えず、カメラシステムの使用可能な視野に影響を与えるのみだからである。
【０１９８】
本発明は、センサ（単数または複数）、または、図１６の実施形態においては、ミラーを、カメラ本体に対して位置合わせし得る装置を提供する。各実施形態において、装置は、センサ／ミラーを、取り除かれるカメラレンズと位置合わせする。センサ／ミラーが位置合わせされた後、レンズは、カメラ本体にはめられ、任意の適切な従来技術を用いて、位置合わせされ得る。具体的には、レンズの位置合わせは、上記の図８を参照しながら説明された方法を用いて、実行され得る。すなわち、カメラは、レンズなしで、光ビームがＣＣＤセンサの中心に入射するように、設置され、その後、レンズが適切な位置にはめられる。レンズがはめられたときの光ビームのセンサ上の位置における変化は、ピクセルを補間することなく（従って、画像の質を低下させることなく）、一方の画像を他方の画像に対してシフトすることによる、一対の画像に対する簡略的な補正の基盤となっている。いずれかの画像の任意の張り出している領域が、完全に位置合わせされた三次元画像を生成するように、トリミングされ得る。
【０１９９】
本発明の好ましい実施形態が、光学部品の位置合わせに関して説明されてきた。しかし、本発明は、原理としては、光学部品の位置合わせに限定されず、回折パターンを生成するあらゆる構造体に適用され得る。さらに、本発明は、その面積全体にわたって（または、１面の面積全体にわたって）回折性である構造体とともに用いられることに限定されず、回折性部分を有するあらゆる構造体とともに用いられ得る。本発明は、主に回折性の構造体ではない構造体にも、その構造体が、回折性の領域を有する限り、適用され得る。一例として、本発明は、小さい回折性領域を有するミラーに適用され得る。回折性領域は、ミラーを含むシステムの通常動作中、回折性領域が続いて用いられない場合でも、ミラーを位置合わせするために用いられ得る。
【０２００】
上記の実施径形態において、回折パターンは、反射において生成される。しかし、原理としては、本発明は、反射において生成される回折パターンに限定されない。
【０２０１】
構造体の配向および／または位置を決定する装置は、光ビームを生成する光源（２８）を含む。構造体（３１）は、構造体の位置および／または配向が、光ビームと相対的に、変更されることができるように、光ビームの光路に取り付けられる。装置は、第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む第１の取り込み手段（３２）をさらに含む。構造体の位置合わせについての情報は、回折パターンから得られることができ、構造体（３１）の位置および／または配向は、必要に応じて、光ビームと相対的に、調節され得る。
【０２０２】
構造体は、すでに、マウント、支持物、本体、ハウジングなど（３１）に取り付けられているか、その内部に取り付けられている。この場合、本発明は、マウント、支持物、本体、ハウジングなど（３１）が、外部物体または基準（２９）に対して位置合わせされることを可能にする。本発明は、構造体を、マウント、支持物、本体、ハウジングなど（３１）に対して位置合わせするために、代替的に用いられ得る。
【０２０３】
構造体は、光学部品であり得る。
【０２０４】
【発明の効果】
本発明の装置は、構造体によって生成される回折パターンによって、支持物と相対的な配向および位置についての情報を提供する。回折パターンを用いて構造体の位置および配向をモニタリングすることは、回転誤差を並進誤差から区別することができる。さらに、２つの構造体の位置および配向が同時に調べられることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ａは、遠近調節および収束の原理を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、遠近調節および収束の原理を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、遠近調節および収束の原理を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、水平方向および垂直方向不均衡の発生を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、水平方向および垂直方向不均衡の発生を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、水平方向および垂直方向不均衡の発生を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａ（１）および図３Ａ（２）は、１つのレンズを有する、単一センサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、複数のレンズを有する、単一センサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、１つのレンズを有する、マルチセンサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、複数のレンズを有する、マルチセンサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図４】図４は、立体視カメラ対における回転的な位置合わせ誤差を示す図である。
【図５】図５は、立体視カメラ対における並進的な位置合わせ誤差を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａ（１）および６Ａ（２）は、立体視カメラ対の位置合わせを較正する従来の方法を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａ（１）および６Ａ（２）の方法における起こり得る欠点を示す図である。
【図７】図７は、立体視カメラ対の位置合わせを補正する、他の従来技術による方法を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、カメラのレンズの主点を判定する方法を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、カメラのレンズの主点を判定する方法を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の一実施形態による装置の模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの部分拡大図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、用いられる軸の分類を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂ（１）〜図１０Ｂ（４）は、本発明による装置において得られる回折パターン上の異なる位置合わせ層の効果を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態による装置を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施形態による装置を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施形態による装置を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態による装置を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施形態による装置を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第７の実施形態による装置を示す図である。
【符号の説明】
２７ 装置
２８ 光源
２９ 支持物
３０ カメラ本体
３１ センサ
３２ 取り込みデバイス
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折パターンを生成する構造体の配向および／または位置を決定する装置および方法に関する。特に、本発明は、回折パターンを生成する光学部品に適用され得る。本発明の適用例には、高解像度写真解析の本体におけるセンサの位置合わせ、および、光学配置における光学素子または格子微細構造の位置合わせが含まれる。特に、本発明は、カメラの光学部品、例えば、ミラーまたは検出器などの位置合わせ、ならびに、立体カメラ対を形成する、２つのカメラ本体の互いに対する位置合わせに適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
人間は、顔に並んで配置されている２つの眼を有する。眼は、横方向に離れているが、その間隔は人ごとに異なり、平均は、約６５ｍｍである。これらの眼は、２つの僅かに異なった視点から、三次元の世界を見ている。物体が観察者に近い場合、左の眼は、右の眼とは異なる角度から物体を見ている。それぞれの目からの眺めが比較される場合、このような物体は、観察者からより長い距離にある物体と相対的にシフトするように見える。このシフトは、「視差」として公知である。視差は、観察者からの物体への距離に依存する。物体への距離がより長くなると、シフトもしくは視差は、より小さくなる。この性質は、「両眼視」として公知であり、人が物体への距離を判定することを可能にし、物体への距離を判定する手がかり（例えば、動き、記憶またはパースペクティブなど）が他に何もない場合に、そのことによって、物体のサイズを評価することを可能にする。物体への距離を判定するこの能力は、「立体視」と呼ばれる。これは、「立体を見ること」という意味である。
【０００３】
立体視の概念は、三次元カメラを生成するため、写真術と組み合わせられてきた。１つのカメラは、二次元画像を生成することができる。三次元写真術の原理は、２つのカメラを用いて、１つのカメラで左眼の画像を得、もう１つのカメラで右眼の画像を得ることである。２つのカメラは、立体視効果をまねるように、人間の左目と右眼との間の間隔に類似する間隔で設置される。写真は、それぞれ、１つの眼によって得られる画像をまねており、従って、２つの画像は、立体視によって距離を判定するために必要な視差およびシフトを含む。２つの画像は、左眼の画像が観察者の左眼に、右眼の画像が観察者の右眼に対して表示されるように、観察者に対して表示される。
【０００４】
初期の三次元投影システムは、立体鏡として公知であるが、１８５０年代に人気があった。レンズ系を用いて、別個の画像を観察者の目のそれぞれに対して表示する。これ以降、多くの三次元表示の方法が提案されてきた。しかし、どのような表示方法が用いられても、三次元画像の質は、それを形成するために用いられた二次元画像と同じ程度しか良好にならない。
【０００５】
人間の眼が画像に焦点を合わせる場合、２つのプロセスが行われる。第１に、それぞれの眼の中の水晶体の形は、物体に焦点を合わせる焦点距離を調節するように変化する。このプロセスは、「遠近調節」として公知である。第２のプロセスは、２つの眼の軸の間の角度を変化させて、オブジェクトの焦点がそれぞれの眼の眼窩（眼窩とは、眼の網膜の最も感度が高い部分である）に同時に合わせられることを確実にする。このプロセスは、「収束」として公知である。
【０００６】
図１Ａは、遠方のオブジェクト３を見る人の模式図である。遠近調節プロセスは、観察者の左眼および右眼の水晶体１Ｌおよび１Ｒの形をそれぞれ変化させて、オブジェクトに焦点を合わせることを確実にする（観察者が通常の視覚を有すると仮定する）。収束プロセスは、左眼１Ｌの光学軸２Ｌの右眼１Ｒの光学軸２Ｒとの収束の点が、オブジェクト３を含む平面４に一致することを確実にする。
【０００７】
図１Ｂに、より近いオブジェクト５を見ている観察者を示す。遠近調節プロセスは、それぞれの眼１Ｌおよび１Ｒの水晶体が、新たな画像平面６に焦点を合わせるように、形を変化させる。収束プロセスは、新たな画像平面と一致するように、２つの眼の光軸２Ｌおよび２Ｒの収束の点が調節されることを確実にする。遠近調節および収束プロセスは互いに独立しておらず、遠近調節と収束との間のあらゆる不適合は、観察者にとっての不快感につながり得る。これが、三次元表示の根本的な制限である。
【０００８】
観察者の２つの眼の２つの異なる視点は、網膜上に、互いに異なるオブジェクトの画像を生成する。違いは、観察者からのオブジェクトの距離に依存する。立体視表示の原理は、左眼によって見られている画像と、右眼によって見られている画像との間の不均衡が奥行きを示すと脳によって解釈され、それに応じて眼の収束を変化させることである。しかし、上記の図１Ａおよび１Ｂを参照しながら説明されたように、収束および遠近調節は独立しておらず、これは、立体視表示に対して限定された効果を有する。
【０００９】
図１Ｃは、図１Ａの遠方のオブジェクト３の画像３’を含み、図１Ｂの近いオブジェクト５の画像５’も含む立体視表示の模式図である。立体視画像は、表示画面７上に表示されている。観察者の眼は、仮想の物体、例えば遠方の仮想物体３’または近い仮想物体５’の上に収束する。この結果、および、収束および遠近調節プロセスの相互依存の結果として、眼は、遠方の仮想物体３’の見掛け上の奥行き、または、近い仮想物体５’の見掛け上の奥行きに焦点を合わせる。結果として、焦点面は、表示画面の平面とは一致せず、仮想物体と表示画面との間の見掛け上の距離が長すぎる場合、仮想物体は、焦点から外れる。従って、画面から離れすぎた位置、または画面により近すぎる位置の仮想物体は、観察者の頭痛または他の不快感の原因となる。
【００１０】
人間は、概して、不快感なしに、遠近調節と収束との間のある程度の不整合に耐えることができ、これによって、表示画面７の両側で、限定された深度内で、立体視表示が機能することが可能になる。仮想物体の深度を表示画面の後または前で限定する必要性によって、水平方向に、左眼の画像と右眼の画像との間の視差が限定される。
【００１１】
立体視表示のさらなる問題は、左眼に提示される画像、および右眼に提示される画像が、情景の中の他の点と相対的に垂直方向にシフトした点を含む物体を有してはならないこと、すなわち、２つの画像が「垂直方向不均衡」を有してはならないことである。
【００１２】
図２Ａ〜図２Ｃに、垂直方向不均衡を示す。図２Ａに、観察者に近い物体８、観察者から遠方にある物体１０、および、観察者から、近い物体８と遠い物体１０との間の中間の距離にある物体９を含む実世界の視界を示す。
【００１３】
図２Ｂに、立体視画像取り込みデバイスまたは立体視カメラによって取り込まれた現実世界の視界の左眼の画像１１Ｌおよび右眼の画像１１Ｒを示す。（本明細書中、説明を簡略化するため、「画像取り込みデバイス」ではなく、「カメラ」という用語が用いられる。以下で用いられる「カメラ」という用語は、画像を取り込むことができるあらゆるデバイスを含む。）
図２Ｃに、図２Ｂの左眼の画像１１Ｌおよび右眼の画像１１Ｒを重ねた結果を示す。近い物体８の左眼の画像、および近い物体８の右眼の画像は、互いに対して、水平および垂直方向にシフトされる。中間物体９の左眼の画像と、中間物体９の右眼の画像とは、互いに対してシフトされるが、水平方向シフトおよび垂直方向シフトは、両方とも、近いオブジェクト８の画像のシフトよりも、大幅に小さい。
【００１４】
理想的には、三次元表示システムによって、観察者の眼に対して提示される２つの画像は、垂直方向不均衡を含んでいてはいけない。眼は、少量の垂直方向不均衡に対処することができるが、これは、眼窩ではなく、視野の周辺部でのことである。人間の眼のような収束撮像システムにおけるこのような不均衡の存在は、台形ひずみにつながり得、これは、脳において訂正される。従って、立体視表示において、脳が網膜上で画像を適切に訂正することができるように、垂直方向不均衡が存在していてはいけない。垂直方向不均衡に対する立体視撮像システムの設計上の許容度は、小さく、大幅な垂直方向不均衡が存在する場合、良好な画像が入手されない。
【００１５】
立体視カメラの設計において、カメラ構成および設計は、典型的には、情景の奥行きおよび（水平方向不均衡を介して）表示された画像、ならびに意図された表示方法によって決定される。しかし、カメラ構成および設計の特徴（例えば、２つのカメラの距離、視野など）がどの程度まで正確に規定されるかは、情景における最大の許容垂直方向不均衡に依存する。最大の許容垂直方向不均衡は、殆どの情景において、典型的には、非常に低いレベルの垂直方向不均衡である。これらの要件は、立体視カメラの設計、構造、および使用に大幅な限定を課し、高品質な立体視カメラの構築を困難にしている。左眼の画像および右眼の画像の水平および垂直方向の視差は、２つのカメラの距離、ズームおよび視野、２つのカメラの光軸の収束、表示方法など、多くの要因に依存する。これらの要因の全ては、２つの写真の間で水平および垂直方向の視差を保持するため、得られる三次元画像を快適に見ることを可能にする制限範囲内で、制御される必要がある。
【００１６】
理想的には、左眼の画像と右眼の画像との間に、垂直方向不均衡があってはならない。この限定がどの程度まで正確に表され得るか決定することは困難である。なぜなら、これは、平均的な人が、許容できるレベルの垂直方向不均衡であると思うものに依存するからである。この主題については、数多くの研究があるが、これらは、垂直方向の不均衡がどの程度まで許容されるかについての合意を提供していない。理想的なデジタル表示システムの場合、垂直方向不均衡が０である必要があるという要件は、垂直方向不均衡が１ピクセル誤差未満であるということを意味すると解釈され得る。１つのピクセルよりも大きい水平方向不均衡における誤差は、奥行きのひずみとして現れるが、奥行きのひずみは、いずれの場合でも、立体視画像において存在するので、このような誤差は、（水平方向不均衡が大き過ぎない限り）大きな不快感を生み出さない。従って、垂直方向不均衡は、三次元カメラシステムにおいて規定されることを必要とするカメラ位置合わせおよび位置付けの精度を判定する。
【００１７】
デジタルカメラまたはスキャナを用いるデジタル写真術における最近の発展は、コンピュータソフトウェアを用いて、カメラの位置が人間の眼の位置を適切に反映していない、誤って位置合わせされたカメラシステムを用いて得られた、立体視画像の対を補正することを可能にした。このソフトウェアは、誤って位置合わせされたカメラシステムを用いて得られる画像を用いて、カメラシステムを物理的に位置合わせすることによって起こる問題を低減することが可能である。しかし、このソフトウェアは、依然として初期の段階にあり、現在利用可能な完全自動点適合補正ソフトウェアは、誤って位置合わせされたカメラについて、適切に補正することができない。ソフトウェアは、位置合わせされてない画像を適切に補正するために充分なほど正確ではないか、単に小さいデジタルカメラにおいて利用可能でないほどの処理電力および／または時間を必要とするかのいずれかである。さらに、繰り返されるパターンを含む情景（例えば、レンガの壁）は、２つの画像に多くの類似する点があり、一方の画像における点を他方の画像における対応する点と適合させることが困難になるので、ソフトウェアに問題を引き起こし得る。さらなる欠点は、ソフトウェアが、画像に情報を与えず、画像の配向を補正するのみであることである。しかも、ソフトウェアは、画像の質、場合によっては、（トリミングが含まれる場合）解像度を犠牲にして画像の配向の補正を行う。
【００１８】
このようなコンピュータソフトウェアは、時間が経つにつれ、改善される可能性がある。しかし、カメラシステムがより良好に位置合わせされればされるほど、ソフトウェアが、画像の対のうちの他方の画像における適合する点を予測することがより容易になるので、要求される処理時間が短くなるのが常である。カメラシステムの良好な位置合わせは、画像において数多くの類似する領域がある場合にも役立つ。さらに、画像の品質および解像度は、カメラが正確に位置合わせされる場合には低減される。
【００１９】
立体視カメラの基本的な原理は、一方は左眼の画像に対応し、他方は右眼の画像に対応する２つの別個の画像を獲得する能力にある。多くの立体視可能なカメラが提案されてきたが、基本的には、以下の４つの異なるタイプに分類されることができる。
１．１つのレンズを有する、単一センサシステム
２．複数のレンズを有する、単一センサシステム
３．１つのレンズを有する、マルチセンサシステム
４．複数のレンズを有する、マルチセンサシステム
図３Ａは、１つのレンズを有する、単一センサシステムの例を示す。図３Ａ（１）は、光レール１３のような支持物に沿って並進するように取り付けられたカメラ１２を含む立体視カメラの簡略的な例を示す。カメラ１２は、一方の眼のための画像を入手する第１の位置と、他方の眼のための画像を入手する第２の位置との間で移動し得る。２つのカメラ位置の間の並進距離（ｄ）は、人間の眼の間隔とほぼ等しい。この距離（ｄ）は、第１の位置におけるカメラの光軸と第２の位置におけるカメラの光軸との間の距離に等しいので、２つのカメラ位置の「軸間間隔」とも呼ばれる。
【００２０】
図３Ａ（２）は、１つのレンズを有する、単一センサタイプのより高度な立体視カメラを示す。立体視カメラ１４は、画像を取り込むセンサ１５を有する。このセンサは、例えば、ＣＣＤセンサであってもよい。カメラ１４は、さらに、入来する光の焦点をセンサ１５に合わせるレンズ１６を有する。シャッタは、レンズ１６とセンサ１５との間に配置される。シャッタは、２つの個別に制御可能な領域１７Ｌおよび１７Ｒを有する。制御可能な領域１７Ｌおよび１７Ｒの各々は、レンズ１６のほぼ半分の領域を開く。シャッタの領域１７Ｌは、開かれているときに、左眼によって知覚される光を透過させ、領域１７Ｒは、開かれているときに、右眼によって知覚される光を透過させる。図３Ａ（２）は、左眼領域１７Ｌが開かれた状態であり、右眼領域１７Ｒが閉じられた状態である、シャッタ１７を示す。従って、センサ１５は、左眼の画像を記録している。左眼の画像が記録された後、シャッタの左眼領域１７Ｌが閉じられ、シャッタの右眼領域１７Ｒが開けられ、その後、センサは、右眼の画像を記録する。左眼の画像および右眼の画像は、立体視画像の対を形成する。
【００２１】
シャッタ１７は、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）として簡便に実施され得る。液晶表示デバイスにおいては、シャッタの左眼および右眼領域１７Ｌおよび１７Ｒが、適切な電圧を液晶層の関係する部分に印加することによって、「透過」または「遮断」状態にし得る。
【００２２】
図３Ａ（２）の立体視カメラシステムにおいて、軸間間隔は、シャッタ１７の左眼領域１７Ｌの中心と、シャッタ１７の右眼領域１７Ｒの中心との間の距離に対応する。
【００２３】
上記の説明から明らかであるように、立体視画像の対を形成する２つの画像は、１つのレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムにおいて、時間的に連続して記録される。従って、１つのレンズを有する単一センサシステムは、移動する被写体から、エラーがない静止立体視画像を得るために用いられることが、基本的には、できない。しかし、このようなシステムは、カメラの誤った位置合わせに対する許容度が高い。
【００２４】
図３Ｂに、複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムの一例を示す。図３Ｂの立体視カメラシステムは、入来する光の焦点を、例えば、ＣＣセンサのようなセンサ１５上で合わせる、２つのレンズ１６Ｌおよび１６Ｒを有する。レンズは、横方向に空間的に離れているので、一方のレンズ１６Ｌが左眼の画像を形成する光を受け取り、他方のレンズ１６Ｒが、右眼の画像を形成する光を受け取る。レンズ１６Ｌ、１６Ｒを通過する光は、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒによって、制御ミラー２０上に反射される。制御ミラー２０は、図３Ｂにおいて実線で示されている第１の位置と、図３Ｂにおいて破線で示されている第２の位置との間で切り換え可能である。制御ミラー２０は、第１の位置において、左眼レンズ１６Ｌからセンサ１５への光路を完成させ（右眼レンズ１６Ｒからセンサへの光路は遮断し）、第２の位置において、右眼レンズ１６Ｒからセンサ１５への光路を完成させる（左眼レンズ１６Ｌからセンサへの光路を遮蔽する）。ミラー２０の配向に依存して、センサは、左眼の画像または右眼の画像のいずれかを記録する。ミラー２０は、第１の配向と、第２の配向との間を、後方向および前方向に往復し得るか、または、第１および第２の位置において、一時停止しながら、連続的に回転し得る。
【００２５】
図３Ｂに示すタイプの複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムを用いて、ビデオ立体視画像を入手し得る。立体視画像の対を形成する画像が、また、時間的に連続する様態で記録されるので、移動する被写体から、静止立体視画像を入手することができない。
【００２６】
図３Ｃは、１つのレンズを有するマルチセンサ立体視カメラの一例を示す。入来する光は、レンズ１６によって、２つのセンサに方向付けられる。一方のセンサ１５Ｌは、左眼の画像を入手し、他方のセンサ１５Ｒは、右眼の画像を入手する。（２つのセンサ１５Ｌおよび１５Ｒは、単一センサの、独立して読み出し可能な２つの領域として実装され得る。）光システムは、この例においては、ミラー２２Ｌ、２３Ｌまたは２２Ｒ、２３Ｒから形成されているが、左眼の画像を形成する光が左センサ１５Ｌに方向付けられ、右眼の画像を形成する光が、センサ１５Ｒに方向付けられるように、入来する光がレンズ１６に方向付けられることを確実にする。
【００２７】
１つのレンズを有するマルチセンサシステムにおいて、左眼の画像および右眼の画像を同時に入手することが可能であり、従って、このような立体視カメラは、移動する被写体に対して用いられ得る。１つのレンズを有するマルチセンサ立体視カメラは、適切な入来光システムを取り付けることによって現存するカメラに適用され得るという利点も有する。しかし、このようなシステムは、レンズの収差に対する許容度が低いという利点を有する。
【００２８】
図３Ｄに、複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラ２４の一例を示す。これは、横に並べて配置された、２つの従来のカメラ２５Ｌおよび２５Ｒを実質的に含むので、このタイプの立体視カメラは、概して、「立体視カメラ対」と呼ばれる。一方のカメラ２５Ｌは、左眼の画像を取り込み、他方のカメラシステム２５Ｒは右眼の画像を入手する。各カメラは、センサ１５Ｌおよび１５Ｒ、ならびに光の焦点をセンサに合わせる光システム（図３Ｄにおいては、光システムは、レンズ１６Ｌおよび１６Ｒによって表される）を含む。
【００２９】
複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラは、左眼の画像および対応する右眼の画像を同時に記録することができ、ビデオ画像または静止画像のいずれかを入手するためにも用いられ得る。複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラは、２つのカメラが互いに対して誤って位置合わせされることへの許容度が低いという利点を有する。
【００３０】
本発明は、誤った位置合わせに対する許容度が低い立体視カメラの位置合わせを行うことに関し、特に、図３Ｄに示すような複数のレンズを有するマルチセンサシステムに適用可能である。本発明は、図３Ｂに示すようなタイプの複数のレンズを有する単一センサシステムにも適用可能である。
【００３１】
次に、図３Ｄに示すタイプの複数のレンズを有するマルチセンサシステムにおいて必要とされる位置あわせの精度の一例を示す。カメラシステム２４内のカメラ２５Ｌおよび２５Ｒの各々が、２／３’’フォーマットで、１２８０×９６０ピクセル（合計１３０万ピクセル、ＳＸＧＡ）のＣＣＤ１５Ｌおよび１５Ｒを有し（ピクセルサイズは、約７μｍになる）、焦点距離８ｍｍのレンズが用いられるとすると、１つのピクセルによって対処される角度のフィールドサブは、約０．９ミリラドまたは３分（１分は、１／６０°である）。左眼の画像と右眼の画像との間の垂直方向不均衡を、１ピクセルよりも少なくするため、一方のカメラシステムの光軸と、他方のカメラシステムの光軸との角度的な不適合が、各平面において、０．９ミリラドよりも少なくなる必要がある。図４に、一方のカメラ２５Ｒの光軸が、他方のカメラ２５Ｌの光軸と相対的に誤って設置された、図３Ｄに示すタイプの複数のレンズを有するマルチセンサシステムを示す。上記の計算は、角度的に誤った位置合わせが、カメラによって取り込まれる立体視画像の対の質に影響を与えない場合、０．９ミリラドよりも小さくなる必要があることを示す。誤った位置合わせは、図４の紙の平面の外での回転の結果としても起こり得る。この誤った位置合わせも、画質に影響を与えないためには、０．９ミリラドよりも小さくなる必要がある。
【００３２】
焦点距離が長いレンズを用いる、より解像度が高いシステムは、上記の例よりも高い精度の位置合わせを必要とし得ることに留意されたい。
【００３３】
複数のレンズを有するマルチセンサシステムにおける、誤った位置合わせの他の原因は、２つのカメラの軸間間隔が正しくない場合の並進誤差である。図５に、このような並進誤差の効果を示す。図５は、立体視カメラ対の２つのカメラ２５Ｌおよび２５Ｒが実線で示すように正確に位置付けられる場合、右のカメラ２５Ｒのセンサ１５Ｒによって取り込まれる物体の画像は、センサ１５Ｒに焦点合わせされていることを示している。破線で示す右のカメラ２５Ｒが正確な位置でない場合、並進誤差は、右のカメラ２５Ｒのセンサ１５Ｒの中心から画像がずれる原因となる。画像の中心からのずれの距離は、並進誤差、およびカメラ対と物体との距離に依存する。水平方向の並進誤差は、画像の対の２つの画像の間の水平方向不均衡の原因となり、垂直方向の並進誤差は、画像の対の２つの画像の間の垂直方向不均衡の原因となる。
【００３４】
並進または回転誤差に加えて、２つのカメラシステムの光軸の間に誤った位置合わせを引き起こす、他の要因があることもある。カメラシステムのレンズの不正確さは、例えば、光軸の誤った位置合わせの原因となり、ズーム、フォーカス、開口調節などによって軸がシフトする原因となり得る。さらに、製造プロセスにおける許容誤差は、左および右のカメラシステムの２つのレンズ２５Ｌおよび２５Ｒが、互いに全く同一である可能性が低いことを意味する。結果として、２つのカメラを位置合わせし、適合させることが困難なので、商業的に成功する立体視カメラ対の製造が非常に困難である。
【００３５】
立体視カメラ対の製造における困難は、図３Ａまたは３Ｂに示すタイプの単一センサ立体視カメラを用いることによって、明らかに避けられ得るが、これらのシステムは、左眼の視点と右眼の視点とが異なるときに撮られるので、移動している被写体の静止写真を撮ることができない。単一センサシステムは、静止被写体の写真に適するが、多くの人々は、移動している被写体の写真を撮ることができない機能制限されたカメラシステムを望まない。
【００３６】
立体視カメラ対の２つのカメラの間の誤った位置合わせを補償するために、コンピュータに基づく補正を用いることが提案されてきたが、有効なアルゴリズムは発見されていない。立体視カメラ対の２つのカメラの間に同期がないことを補正することができる、撮影された情景についての知識を必要としない有効なアルゴリズムが発見されていない。
【００３７】
ホログラフィーシステムに基づく立体視カメラシステムが提案されてきた。現存する立体視カメラシステムのいくつかの欠点を克服するが、ホログラフィーシステムは、固有の問題（コヒーレント光が必要とされる、フルカラー画像の記録が困難である、など）を起こす。
【００３８】
立体視カメラ対における２つのカメラの位置合わせをチェックする様々な方法が提案されてきた。１つのアプローチは、図６Ａ（１）に示すようなタイプの較正位置合わせチャートを用いることである。立体視カメラ対２４は、左のカメラ２５Ｌおよび右のカメラ２５Ｒを用い、左のカメラ２５Ｌによって獲得された画像と、右のカメラ２５Ｒによって獲得された画像とを比較して、較正チャート２６の画像を獲得することによって、較正される。このプロセスを、図６Ａ（２）に模式的に示す。２つの画像は、解析され、解析の結果は、立体視カメラ対２４の２つのカメラ２５Ｌおよび２５Ｒの相対的な位置合わせを補正するために用いられる。画像は、手、またはコンピュータ点適合アルゴリズムのいずれかを用いることによって、解析され得る。
【００３９】
この従来技術は、複数の欠点を有する。主な欠点は、立体視カメラ対から有限の距離で較正チャートを用いることが、位置合わせの誤差が、並進誤差および回転誤差に分解されることを可能にしないことである。このことを、図６Ｂに示す。図６Ｂにおいて破線で示されるカメラヘッドＭは、右のカメラヘッド２５Ｒの正しい位置（「ヘッドＡ」として実線で示される）からの並進の結果であり、右のカメラヘッドを左のカメラヘッド（「ヘッドＣ」として示される）と相対的に回転させた結果である。図６Ｂに模式的に示すように、並進誤差と回転誤差との組合せによって、較正チャート２６のある較正点の画像が、正しく位置合わせされたカメラヘッドＡおよび誤って位置合わせされたカメラヘッドＭの両方において、センサの同じ点に配置されることが起こり得る。結果として、較正チャートは、誤って、カメラヘッドＡが、カメラヘッドＣと正しく位置合わせされていると示すことがある。これは、分離軸（ピッチ）の周りの回転誤差が、（図６Ｂの紙の面内の軸に沿って）並進と同じ不均衡誤差をセンサに生成することに起因して起こる。較正チャートが、位置合わせされている立体視カメラシステムから遠方に離れて位置付けされない限り、並進誤差を回転誤差から分離することは可能でない。遠方に離れての位置付けは、大きく、正確に較正されたチャート、または三次元の性質を有するチャート（すなわち、平坦でないチャート）を用いることを必要とし得る。これらは両方とも処理が困難であり、効果である。
【００４０】
また、較正チャートを用いることは、レンズによって生じる誤差を、センサの位置合わせによって生じる誤差から区別しない。
【００４１】
２つのカメラを位置合わせする、他の従来技術によるアプローチは、較正チャートのコンピュータに基づく解析、または、２つのカメラの誤った位置合わせを示すパラメータを判定する較正されていない情景である。このプロセスを、図７に模式的に示す。図７Ａは、この方法において用いられる典型的な情景を示す。左カメラ２５Ｌおよび右カメラ２５Ｒは、図７Ｂに模式的に示すこの情景の画像を獲得する。左カメラ２５Ｌからの画像および右カメラ２５Ｒからの画像が、解析され、画像のうちの１つを他の画像と適合させるように補正するために必要とされる位置合わせパラメータが見出される。この解析は、再度、手、またはコンピュータ点適合アルゴリズムを用いることによって、実行され得る。画像の手動解析は遅い場合があり、オペレータにとって退屈になることもある。コンピュータを用いる点適合は、より速くなり得るが、較正されていない情景が用いられる場合に、サブピクセルの精度を信頼できる様態で達成することができない。この方法のさらなる欠点は、レンズの位置合わせ／不正確さによって生じる誤差を、センサの位置合わせ誤差と区別できないことである。結果として、ある明らかなカメラからの奥行きの情景における物体について必要とされる補正は、カメラからの異なる明らかな距離の物体からの異なる補正パラメータを必要とし得る。
【００４２】
画像のコンピュータ後処理も示唆されてきた。しかし、公知の誤差の画像の後処理は、上記の問題と類似する問題を欠点として有する。さらに、画像の補間は、最終的な画像の質を低下させる。
【００４３】
従来の単一カメラのパラメータを測定するため、レーザを用いるフォトジオメトリック方法を用いることは、Ｔ．Ａ．Ｃｌａｒｋｅらによる、「Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ＣＣＤ ｃａｍｅｒａｓ」（Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｃｏｒｄ、Ｖｏｌ１６、Ｎｏ．９２、２９３〜３１２頁、１９９８年）において提案されている。この方法を、図８Ａおよび８Ｂに模式的に示す。初期的には、図８Ａに示すように、レンズがないカメラに向かってレーザビームが方向付けられる。レーザビームは、カメラの光軸と一致し、センサ１５の中心に入射するように位置合わせされる。（非特許文献１参照）
レーザビームが正確に位置合わせされた後、図８Ｂに示すように、レンズ１６がカメラに挿入される。ここで、レーザビームがカメラのセンサの上でとる位置が、レンズシステムの「自動視準」位置を決定する。自動視準は、レンズ１６の不正確さの尺度である。カメラによって獲得された写真を補正する補正パラメータを導き出すことが可能である。
【００４４】
特開平９−３１２８０８号（ソニー株式会社）は、レンズをＣＣＤセンサと位置合わせするシステムを開示する。この方法は、ＣＣＤセンサにマークをつける工程と、レンズのＣＣＤに対する正確な位置合わせを確実にするために、レンズをマークに対して位置合わせをする工程とを含む。２つのＣＣＤを外部データに対して位置合わせするために、このような方法を用いることが可能であり得るが、所望の精度（垂直方向不均衡を防ぐため、１ピクセル未満）を得るため、１ピクセルサイズ未満の誤差で、マークをつける必要があり得る。ピクセルの寸法は、典型的には、１０μｍ未満であり、必要な精度でマークを位置付けることは、極度に困難であり得る。（特許文献１参照）
米国特許第５，８７７，８５４号は、２つのセンサおよび２つの光源を用いる位置合わせシステムを開示する。レーザビームは、ラインＣＣＤセンサへと下方向に投影される。この装置は、１本の軸の回りの回転に関する必要な位置合わせ精度を達成することができるが、３本の直行軸に関しての正確な位置合わせを提供することができない。（特許文献２参照）
Ｍ．Ａｇｇｅｒｗａｌらは、「Ｃａｍｅｒａ Ｃｅｎｔｒｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」（Ｐｒｏｃ．１５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１、８７６〜８０頁、２０００年）において、カメラシステムの光学中心を判定する方法を開示している。この方法は、２つの較正チャート、およびコンピュータによる後処理方法を用いる。述べられている精度は、約３．６ピクセルであり、これは、この方法における誤差としては、立体視カメラ対における２つのカメラの位置合わせの補正に適するには、大きすぎる誤差である。（非特許文献２参照）
ＥＰ−Ａ−０ ５０６ ０３９は、カットツールの端の位置を測定する装置を開示する。この装置は、カットツールの端の近傍に位置する「基準プレート」を有し、スリットが、基準プレートとカットツールの端との間に規定される。または、この装置は、基準プレートとカットツールの端との間に規定されスリットに方向付けられる光ビームを生成するレーザを有する。このスリットは、光ビームを回折させ、得られる回折パターンは、スリットの幅についての情報、およびカットツールの基準プレートとの相対的な位置についての情報を提供する。（特許文献３参照）
ＵＳ−Ａ−５ ０７３ ９１８は、シリコンウェハの結晶軸の配向を判定するために用いられる、Ｘ線結晶回折方法を開示する。Ｘ線のビームが、Ｘ線の経路内のゴニオメータに取り付けられたシリコンウェハに方向付けられ、得られるＸ線回折パターンは、フォトセンサアレイによって方向付けられる。（特許文献４参照）
ＵＳ−Ａ−３ ７８７ １１７は、製造中の製品を点検する装置を開示している。繰り返しのパターンを有する製造中の製品、例えば、フォトマスクは、源からの光の経路に位置付けされる。２つの開口部を有するマスクは、製造中の製品の後ろに配置され、マスクの開口部によって、回折パターンが得られる。回折された画像は、その後、装置の光軸に対して非対称に位置付けされる格子を通過する。得られる画像は、画面上に表示され、製造中の製品における非周期的な誤差についての情報が提供される。（特許文献５参照）
ＵＳ−Ａ−３ ６５６ ８３８は、光特徴認識システムにおいて用いられるフィルタを開示する。特徴を表示するプレートが光ビームに位置付けられ、プレートからの光出力は、二次元回折格子を通過する。その後、回折された画像は、フィルタを通過する。最終的な画像は、プレート上に表示されている特定の特徴についての情報を提供する。（特許文献６参照）
【００４５】
【非特許文献１】
Ｔ．Ａ．Ｃｌａｒｋｅら、「Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ＣＣＤ ｃａｍｅｒａｓ」（Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｃｏｒｄ、Ｖｏｌ１６、Ｎｏ．９２、２９３〜３１２頁、１９９８年）
【００４６】
【特許文献１】
特開平９−３１２８０８号公報
【００４７】
【特許文献２】
米国特許第５，８７７，８５４号明細書
【００４８】
【非特許文献２】
Ｍ．Ａｇｇｅｒｗａｌら、「Ｃａｍｅｒａ Ｃｅｎｔｒｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」（Ｐｒｏｃ．１５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１、８７６〜８０頁、２０００年）
【００４９】
【特許文献３】
欧州特許出願公開第０５０６０３９号明細書
【００５０】
【特許文献４】
米国特許第５，０７３，９１８号明細書
【００５１】
【特許文献５】
米国特許第３，７８７，１１７号明細書
【００５２】
【特許文献６】
米国特許第３，６５６，８３８号明細書
【００５３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術によれば、構造体によって生成される回折パターンから、支持物と相対的な配向および位置についての情報を得ることができない。さらに、２つの構造体の位置および配向を同時に調べることができない。
【００５４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける、第１のマウントと、該第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第１の取り込み手段と、第２の光ビームを生成し、該第２の光ビームの光路が、該第１の光ビームの光路と所定の配向にある、第２の光源と、第２の構造体を該第２の光ビームの光路内に取り付ける、第２のマウントと、該第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含む装置を提供する。
【００５５】
構造体によって生成される回折パターンは、支持物と相対的な配向および位置についての情報を提供する。回折パターンを用いて構造体の位置および配向をモニタリングすることは、回転誤差が並進誤差から区別されるという利点を有する。さらに、本発明は、２つの構造体の位置および配向が同時に調べられることを可能にする。本発明は、回折パターンを生成するあらゆる構造体の配向に適用され得る。本発明が適用され得る回折構造体の例には、ＣＣＤセンサ、回折格子、および微小光学アレイ（例えば、ミクロレンズアレイ）が含まれるが、これらに限定されない。
【００５６】
本発明は、構造体がそこに取り付けられるか、またはその内部に取り付けられる支持物、マウント、ハウジング、本体などに対する構造体の配向および／または位置を判定するために用いられ得る。構造体が、既に、支持物、マウント、ハウジング、本体に、または、その内部に取り付けられている場合、本発明は、代替的に、支持物、マウント、ハウジング、本体などを、他の物体または基準に対して位置合わせするために用いられ得る。
【００５７】
装置は、前記第１の構造の位置および／または配向を支持物と相対的に調節する、第１の調節手段を含んでいてもよい。初期的に得られる回折パターンが構造体の位置および／または配向が不正確であることを示す場合、構造体の位置および／または配向は必要に応じて調節され得る。
【００５８】
装置は、支持物と、前記第１の構造の位置および／または配向を支持物と相対的に固定する第１の固定手段とをさらに含んでもよい。所望の位置／配向と比較した場合のあらゆる誤差をなくすように構造体の位置および／または配向が調節された後、構造体の位置および配向が固定され得る。例えば、本発明が、カメラ本体内のセンサに適用される場合、カメラ本体内のセンサの位置および配向が、調節され、カメラ本体と相対的に固定されることを可能にする。あるいは、センサが既に取り付けられたカメラ本体の位置および配向が、外部の物体または基準に対して調節され、外部物体または基準に対して固定されることを可能にする。
【００５９】
前記第２のマウントは、第２の構造体の位置および／または配向が、支持物と相対的に調節可能であるようなマウントであってもよい。
【００６０】
装置は、前記第２の構造体の位置および／または配向を前記第２の光ビームと相対的に調節する第２の調節手段を含んでもよい。この装置は、前記第２の構造体の位置および配向を固定する、固定手段をさらに含んでもよい。本発明のこの実施形態が、立体視カメラ対に適用される場合、立体視カメラ対における両方のセンサの位置および配向についての情報を提供し、各センサの位置および配向が必要に応じて調節され、その後固定されることを可能にする。
【００６１】
前記第２の光源が、前記第１の光源であってもよく、前記装置が、該第１の光源によって発せられた光から、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを生成するビームスプリッタを含んでもよい。
【００６２】
装置は、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとの間の所定の位相差を生成する手段を含んでもよい。前記所定の位相差は、（２ｎ−１）λ／２であり、ここで、λは、前記第１の光源によって発せられた光の波長であり、ｎは、自然数である。位相差が、奇数の半波長である場合、２つの構造体によって生成される回折パターンは、互いにちょうど位相がずれ、２つのパターンが重なり合うところで打ち消し合う。
【００６３】
前記第２の取り込み手段は、前記第１の取り込み手段であってもよく、該第１の取り込み手段は、用いられる場合、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンを取り込む。装置は、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターンと、前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンとの和が、０であるか否かを判定するヌル検出器を含んでもよい。
【００６４】
前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路と平行であってもよい。あるいは、前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路から発散していてもよい。
【００６５】
上記構造体または各構造体は、光学部品、例えば、マイクロレンズアレイまたはＣＣＤセンサであってもよい。前記第１の構造体は、前記第２の構造体とほぼ同一である。
【００６６】
本発明の第２の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、回折構造体を該第１の光源の光路内に取り付ける手段と、用いられる場合、該第１の光ビームから該回折構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む、取り込み手段と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける、第１のマウントと、第２の光ビームを生成し、該取り付け手段は、前記回折構造体を、該第２の光ビームの光路内に取り付けるように調節される、第２の光源と、該第２の光ビームから該回折構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含む装置が提供される。
【００６７】
本発明のこの実施形態は、例えば、図３Ｂに示すタイプの複数のレンズを有する単一センサカメラにおいて、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒの一方または両方が、正確に位置づけされ、配向されるか否かを判定するために用いられ得る。
【００６８】
装置は、前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する調節手段を含んでもよい。この装置は、前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する手段をさらに含んでもよい。
【００６９】
装置は、第２の構造体を、前記第２の光ビームの光路内に、該第２の構造体の位置および／または配向が前記回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段をさらに含んでもよい。この装置は、前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する、第２の調節手段をさらに含んでもよいし、前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含んでもよい。
【００７０】
前記第１の構造体は、第１の光学部品であってもよく、前記第２の構造体は、第２の光学部品であってもよい。前記第１の光学部品はミラーであってもよい。前記第２の光学部品はミラーであってもよい。
【００７１】
上記光源または各光源はレーザであってもよい。
【００７２】
本発明の第３の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の構造体において、第１の所定の配向の第１の光ビームを方向付ける工程と、該第１の光ビームから第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の構造体において、第２の光ビームを方向付ける工程であって、該第１および該第２の光ビームが、互いに対して相対的である所定の配向を有する、工程と、該第２の光ビームから生成された第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含する方法を提供する。この方法は、前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の光ビームと相対的に、前記第１の構造の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７３】
方法は、前記第１および第２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７４】
本発明の第４の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の光ビームを、第１の構造体を含む第１の光路に沿って、回折構造体に方向付ける工程と、該第１の光ビームから生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の光ビームを、第２の構造体を含む第２の光路に沿って、該回折構造体に方向付ける工程と、該第２の光ビームから生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含する方法を提供する。この方法は、前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記回折構造体と相対的に、前記第１の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７５】
方法は、前記第１および２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してもよい。
【００７６】
本発明の第５の局面は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビーム内に、該第１の構造体の位置および／配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける第１のマウントと、該第１の構造によって生成された回折パターンを取り込む第１の取り込み手段と、支持物と、該第１の構造体の位置および配向を該支持物と相対的に固定する固定手段とを含み、該支持物は、該第１の光ビームの該光路と相対的に可動である、方法を提供する。本発明のこの局面は、例えば、立体視カメラ対の製造に適用され得る。第１のカメラは、位置合わせされ、支持レールのような支持物上に取り付けられ得る。その後、支持物は、所定の距離分並進移動し、第２のカメラは、支持物上で位置合わせされ取り付けられ得る。
【００７７】
前記支持物は、前記第１の光ビームの方向に対して実質的に垂直な方向に可動し得る。
【００７８】
本発明の第６の実施形態は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、所定の配向を有する光ビームを第１の構造体に方向付ける工程と、該第１の構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから得られた情報から、該第１の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第１の構造体の位置および配向を支持物と相対的に固定して、該第１の構造体を該支持物に取り付ける工程と、該支持物を該光ビームに対して移動させる工程と、第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを包含する方法を提供する。
【００７９】
前記第２の構造体を前記支持物に取り付ける工程は、前記第２の構造体を前記光ビームの光路内に位置付ける工程と、該第２の構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから得られた情報から、該第２の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第２の構造体の位置および配向を、該支持物と相対的に固定して、該第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを含んでもよい。
【００８０】
前記光ビームに対して前記支持物を移動させる工程は、該支持物を、該光ビームの光路に対して実質的に垂直な方向に移動させる工程を含んでもよい。
【００８１】
本発明の第７の実施形態は、光学部品の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、光学部品を、該光ビームの光路内に、該光学部品の位置および／または配向が該光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるマウントと、該光学部品によって生成される回折パターンを取り込む取り込み手段とを含む装置を提供する。
【００８２】
前記光学部品は、マイクロレンズアレイ、ＣＣＤセンサ、および回折格子からなる群から選択されてもよい。
【００８３】
本発明の第８の実施形態は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、回折構造体を、該光ビームの光路内に取り付ける手段と、該光ビームから該回折構造体によって生成された回折パターンを取り込む、取り込み手段と、構造体を、該光ビームの光路内に、該構造体の位置および／または配向が該回折構造体に対して調節可能になるように取り付ける手段と、該回折パターンから、該構造体の位置および／または配向についての情報を得る手段とを含む装置を提供する。
【００８４】
本発明の装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける、第１のマウントと、該第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第１の取り込み手段と、第２の光ビームを生成し、該第２の光ビームの光路が、該第１の光ビームの光路と所定の関係にある、第２の光源と、第２の構造体を該第２の光ビームの光路内に取り付ける、第２のマウントと、該第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含み、これにより、上記目的を達成する。
【００８５】
前記第１の構造の位置および／または配向を前記第１の光ビームと相対的に調節する、第１の調節手段を含んでよい。
【００８６】
支持物と、前記第１の構造の位置および／または配向を前記第１の光ビームと相対的に固定する、第１の固定手段とをさらに含んでよい。
【００８７】
前記第２のマウントは、第２の構造体を、前記第１の構造体の位置および／または配向が前記第２の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるように調節されてもよい。
【００８８】
前記第２の構造体の位置および／または配向を前記第２の光ビームと相対的に調節する第２の調節手段を含んでよい。
【００８９】
前記第２の構造体の位置および配向を前記支持物と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含んでよい。
【００９０】
前記第２の光源が、前記第１の光源であり、前記装置が、該第１の光源によって発せられた光から、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを生成するビームスプリッタを含んでよい。
【００９１】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとの間の所定の位相差を生成する手段をさらに含んでよい。
【００９２】
前記所定の位相差は、（２ｎ−１）λ／２であってもよく、ここで、λは、前記第１の光源によって発せられた光の波長であり、ｎは、自然数である。
【００９３】
前記第２の取り込み手段は、前記第１の取り込み手段であり、該第１の取り込み手段は、用いられる場合、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンを取り込んでもよい。
【００９４】
前記第２の取り込み手段は、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込んでもよい。
【００９５】
前記第１の構造体によって生成される前記回折パターンと、前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンとの和が、０であるか否かを判定するヌル検出器を含むんでよい。
【００９６】
前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路と平行でよい。
【００９７】
前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路から発散してよい。
【００９８】
前記構造体の各々は、光学部品でよい。
【００９９】
前記光学部品の各々が、マイクロレンズアレイを含んでよい。
【０１００】
前記光学部品の各々は、ＣＣＤセンサでよい。
【０１０１】
前記第１の構造体は、前記第２の構造体とほぼ同一でよい。
【０１０２】
本発明の装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、回折構造体を該第１の光ビームの光路内に取り付ける手段と、該第１の光ビームから該回折構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む、取り込み手段と、第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段と、第２の光ビームを生成し、該取り付け手段は、前記回折構造体を、該第２の光ビームの光路内に取り付けるように調節される、第２の光源と、該第２の光ビームから該回折構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段とを含み、これにより上記目的を達成する。
【０１０３】
前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する第１の調節手段を含んでよい。
【０１０４】
前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する第１の固定手段をさらに含んでよい。
【０１０５】
第２の構造体を、前記第２の光ビームの光路内に、該第２の構造体の位置および／または配向が前記回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段をさらに含んでよい。
【０１０６】
前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する、第２の調節手段を含んでよい。
【０１０７】
前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含んでよい。。
【０１０８】
前記第１の構造体は、第１の光学部品であり、前記第２の構造体は、第２の光学部品でよい。
【０１０９】
前記第１の光学部品はミラーでよい。
【０１１０】
前記第２の光学部品はミラーでよい。
【０１１１】
前記光源または各光源はレーザでよい。
【０１１２】
前記光源の各々はレーザでよい。
【０１１３】
本発明による方法は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の構造体において、第１の所定の配向の第１の光ビームを方向付ける工程と、該第１の光ビームから第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の構造体において、第２の光ビームを方向付ける工程であって、該第１および該第２の光ビームが、互いに対して相対的である所定の配向を有する、工程と、該第２の光ビームから生成された第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【０１１４】
前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の光ビームと相対的に、前記第１の構造の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１５】
前記第１および第２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１６】
本発明による方法は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、第１の光ビームを、第１の構造体を含む第１の光路に沿って、回折構造体に方向付ける工程と、該第１の光ビームから生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、第２の光ビームを、第２の構造体を含む第２の光路に沿って、該回折構造体に方向付ける工程と、該第２の光ビームから生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【０１１７】
前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記回折構造体と相対的に、前記第１の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１８】
前記第１および２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含してよい。
【０１１９】
本発明による装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、第１の光ビームを生成する第１の光源と、第１の構造体を、該第１の光ビーム内に、該第１の構造体の位置および／配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける第１のマウントと、該第１の構造によって生成された回折パターンを取り込む第１の取り込み手段と、支持物と、該第１の構造体の位置および配向を該支持物と相対的に固定する固定手段とを含み、該支持物は、該第１の光ビームの該光路と相対的に可動であり、これにより上記目的を達成する。
【０１２０】
前記支持物は、前記第１の光ビームの方向に対して実質的に垂直な方向に可動でよい。
【０１２１】
本発明のよる方法は、構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、所定の配向を有する光ビームを第１の構造体に方向付ける工程と、該第１の構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、該第１の回折パターンから得られた情報から、該第１の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第１の構造体の位置および配向を支持物と相対的に固定して、該第１の構造体を該支持物に取り付ける工程と、該支持物を該光ビームに対して移動させる工程と、第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【０１２２】
前記第２の構造体を前記支持物に取り付ける工程は、前記第２の構造体を前記光ビームの光路内に位置付ける工程と、該第２の構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、該第２の回折パターンから得られた情報から、該第２の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、該第２の構造体の位置および配向を、該支持物と相対的に固定して、該第２の構造体を該支持物に取り付ける工程とを含んでよい。
【０１２３】
前記光ビームに対して前記支持物を移動させる工程は、該支持物を、該光ビームの光路に対して実質的に垂直な方向に移動させる工程を含んでよい。
【０１２４】
本発明による装置は、光学部品の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、光学部品を、該光ビームの光路内に、該光学部品の位置および／または配向が該光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるマウントと、該光学部品によって生成される回折パターンを取り込む取り込み手段とを含み、これにより上記目的を達成する。
【０１２５】
前記光学部品は、マイクロレンズアレイ、ＣＣＤセンサ、および回折格子からなる群から選択されてよい。
【０１２６】
本発明の装置は、構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、光ビームを生成する光源と、回折構造体を、該光ビームの光路内に取り付ける手段と、該光ビームから該回折構造体によって生成された回折パターンを取り込む、取り込み手段と、構造体を、該光ビームの光路内に、該構造体の位置および／または配向が該回折構造体に対して調節可能になるように取り付ける手段と、該回折パターンから、該構造体の位置および／または配向についての情報を得る手段とを含み、これにより上記目的を達成する。
【０１２７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態は、以下に、添付の図面を参照しながら、例示的な実施例によって説明される。
【０１２８】
同一の参照符号は、説明を通じて同一の部材を示す。
【０１２９】
図９Ａは、本発明の第１の実施形態による装置２７の模式図であり、本発明の概略的な原理を示す。この実施形態において、位置合わせされる構造体とは、光学部品、すなわち、カメラのセンサであるが、上述したように、本発明は、任意の回折光学部品の位置合わせに適用され得る。
【０１３０】
装置２７は、光の平行ビームの源２８を含む。図９に示す実施形態において、レーザは、光源２８として用いられるが、本発明は、レーザに限定されない。回折パターンが形成されることを可能にするために充分なコヒーレントを有する任意の光源が、原則として用いられ得る。本明細書中で用いられる用語「光ビーム」が、可視光のビームに限定されないことに留意されたい。本発明は、可視光とともに用いられることに限定されない。
【０１３１】
装置は、カメラ本体３０を固定的に取り付ける、支持物２９をさらに含む。ＣＣＤセンサのようなセンサ３１がすでに取り付けられ、カメラ本体３０内で位置合わせされる。装置は、支持物２９上のほぼ正確な位置でカメラ本体３０を支持する取り付け手段５６を含む。カメラ本体は、初期的には、マウント５６によって支持されるが、初期的には、支持物２９と相対的に移動することができる。
【０１３２】
支持物２９は、立体視カメラ対用の支持レールであってもよい。支持物２９は、２つのカメラ本体を、支持レール上で所定の位置、および所定の配向に取り付けることが所望され得る。しかし、本発明は、この適用例に限定されない。
【０１３３】
光源２８は、光のビームを支持物２９に対して所定の配向および位置で生成するように構成される。光源２８は、支持物が光ビームに対して公知の配向および／または位置にあることを確実にする任意の公知のプロセスによって、支持物と相対的に位置合わせされ得る。
【０１３４】
センサ３１は、ピクセルの規則的なアレイを含み、マイクロレンズアレイを含み得、センサ３１は、反射させるときに、光ビームを回折させ、回折パターンを設定する。装置２７は、センサによって生成された回折パターンを取り込む取り込みデバイス３２を含む。光源２８は、可視光のビームを発し、取り込みデバイスは、原則として、単に、回折パターンが表示される画面からなる。
【０１３５】
本発明は、センサ３１の光ビームとの相対的な位置合わせが正確であるか否かを判定するように、取り込みデバイス３２によって記録された回折パターンを利用する。支持物２９が、光ビームに対して所定の位置および配向にあるので、センサを光ビームに対して位置合わせするということは、センサを支持物２９に対して位置合わせするという効果がある。さらに、センサ３１がカメラ本体内にすでに取り付けられているので、センサを光ビームに対して位置合わせすることは、カメラ本体を支持物２９に対して位置合わせする効果がある。
【０１３６】
回折パターンを用いてセンサ３１に配向および位置を判定することの利点の１つとして、並進的な位置合わせの誤差が、回転的な位置合わせの誤差から切り離すことを可能にすることがある。好適な実施形態において、取り込み手段３２には、センサ３１が支持レールに対して正確に位置合わせされる場合、回折パターンの最高点に一致するように、予め位置合わせされたマークまたはセンサが設けられる。これらの回折の最高点の実際の位置を予期された位置と比較することによって、センサの支持レールに対する位置合わせ誤差についての情報を得ることが可能である。取り込みデバイス３２に回折の最高点の予測された位置においてセンサが設けられる場合、これらは、例えば、ナイフエッジフォトダイオード、または位置感度検出器であってもよい。
【０１３７】
センサ３１は有限のサイズおよび規則的な構造を有する。従って、得られる回折パターンは、センサ上の光ビームがセンサに入射する点から独立している。回折パターン、および取り込みデバイス３２上でのその位置は、センサ３１の光ビームに対する角度的な配向、センサの回折させる開口部、光源から発せられる光の波長、および画面３２とセンサとの間の距離に依存する。これらの位置合わせ誤差は、図１０Ｂ（１）〜図１０Ｂ（４）に示すように、異なる方法で、現れる。
【０１３８】
センサの光源２８とセンサとの間の軸に沿った並進は、図１０Ａにおいてｚ軸によって示されるが、取り込みデバイス上の回折パターンを、図１０Ｂ（１）に示すように、広げたり、狭めたりする。図１０Ｂの正方形は、取り込みデバイス３２のインデックスマークまたは位置センサを表し、三角形３４は、回折パターンの最大点を表す。センサ３１がカメラハウジング３０に対して正確に位置付けされる場合、回折パターンの最大点３４は、画像取り込みデバイスのインデックスマークまたはセンサ３３に一致する必要がある。図１０Ｂ（１）において、回折パターンは、予測される回折パターンと比較すると狭められており、これは、センサ３１と光源２８との間の間隔が、本来の間隔より僅かに狭いことを示す。
【０１３９】
図１０Ｂ（２）に、センサ３１が、ｘ軸（図１０Ａに示す水平方向軸）の周りの小さい角度分、誤って位置合わせされる場合に得られる回折パターンを示す。ｘ軸の周りの小さい回転に関する誤った位置合わせが、回折パターンの最大点を予測される位置の上または下方向にシフトすることが明らかになり得る。
【０１４０】
図１０Ｂ（３）に、ｙ軸（図１０Ａに示す垂直方向軸）の周りの小さい角度分、センサ３１が誤って位置合わせされる場合に得られる回折パターンを示す。ｙ軸の周りの回転分の誤った位置合わせが、回折パターンの最大点を予測される位置に対して左または右方向にシフトする。
【０１４１】
最終的に、図１０Ｂ（４）に、ｚ軸の周りの小さい回転からなる位置合わせ誤差の回折パターンを示す。図１０Ｂ（４）から明らかになり得るように、ｚ軸の周りの回転からなる位置合わせ誤差は、回折パターンを、予測される位置に対して、画面の中心の周りを回転させる効果を有する。
【０１４２】
図１０Ｂ（１）〜図１０Ｂ（４）から、これらの位置合わせ誤差、すなわち、ｘ軸の周りの回転、ｙ軸の周りの回転、ｚ軸の周りの回転、および、ｚ軸に沿った並進移動のそれぞれが、回折パターンに区別可能な効果をもたらすことが明らかになり得る。従って、カメラハウジング内のセンサによって生成される回折パターンを解析し、センサがこれらの様式のいずれかで誤って位置合わせされているか否かを推測することが可能である。
【０１４３】
上述したように、回折パターンは、光ビームがセンサ３１に入射する点からは独立し、ｘ軸またはｙ軸に沿った誤った位置合わせは、回折パターンから推測されることができない。しかし、殆どの立体視カメラ対において、センサを、ｘ軸およびｙ軸において、高い度合いの精度まで位置合わせすることは必要ない。さらに、センサのｘ軸およびｙ軸に沿った並進的な位置合わせは、単に、光ビームがセンサ上に入射する点を判定することによって、調べられ得る。
【０１４４】
カメラ本体を支持物に対して正確に位置合わせするため、装置２７は、好ましくは、回折パターンから推測される任意の位置合わせ誤差を補正するように、カメラ本体の支持物２９と相対的な位置および／または配向を調節する手段を含む。図９Ａの実施形態において、カメラ本体３０は、カメラ本体の支持レール２９と相対的な配向および／または位置を調節することができる取り付け手段５６上に取り付けられ、センサ３１がカメラ本体に既に取り付けられているので、センサ３１の光ビームとの相対的な配向および／または位置を変更する。ｘ軸およびｙ軸方向の並進誤差を調べることが所望される場合、これは、光ビームがセンサ上に入射するところを判定することによって、上述したように行われ得る。ｘ軸およびｙ軸方向における、カメラ本体の位置、および、センサの位置は、必要に応じて調節され得る。センサが、光ビームに対して正確に配置され、正確に配向されるように、カメラ本体が位置合わせされる場合、回折パターンの最大点は、取り込み手段３２のインデックスマークまたはセンサに正確に一致する。
【０１４５】
好ましくは、カメラ本体の位置および／または配向が調節され、センサが正確に位置付けされ、正確に配向された後、カメラ本体を支持物２９に対して固定する手段が設けられる。カメラ本体を支持レールに対して固定することは、センサが支持物に対して正確な位置および配向に維持されることを確実にする。
【０１４６】
適切な固定手段の一例を、図９Ｂに示す。図９Ｂは、図９Ａを部分的に拡大した図である。
【０１４７】
図９Ｂの実施形態において、カメラ本体３０には、支持物に対して最も近くなるように意図されている、カメラ本体の表面（このカメラ本体の表面を、簡略化のため、以下、カメラ本体の「ベース」と呼ぶ）から突出する、１つ以上の位置合わせピン５７が設けられる。図９Ｂにおいて、位置合わせピン５７は、カメラ本体に固定されたプレート５８から突出するが、原理としては、位置合わせピン５７は、カメラ本体と一体的であってもよい。
【０１４８】
カメラ本体に対して最も近くなるように意図されている、支持物の表面（以下、簡略化のため、「上面」と呼ぶ）には、カメラ本体が、レール２９上で正確に位置付けられ、配向される場合、位置合わせピン５７の予測される位置と、それぞれ、概略的に対応する位置に、１つ以上のくぼみ５３がある。各くぼみ５３は、対応する位置合わせピン５７の断面よりも大きい断面を有する。図９Ｂにおけるくぼみ５３は、支持レール２９の上面に取り付けられるプレート５５において設けられるが、原理としては、くぼみ５３は、支持レール自体に設けられてもよい。
【０１４９】
カメラ本体がマウント５６に対して並進的な移動および回転的な移動をすることができるように、カメラ本体はマウント５６に接続される。従って、カメラ本体がマウント５６に接続されたまま、カメラ本体の位置および配向を支持レール２９に対して変更することが可能である。
【０１５０】
支持レール２９上でカメラ本体を位置合わせするため、カメラ本体は、初期的には、マウント５６に取り付けられたまま、支持レール２９の上に位置づけされる。カメラ本体は、各位置合わせピン５７が対応するくぼみ５３において受け取られるように位置付けされるが、位置合わせピンがそれぞれのくぼみの中を移動することができるので、カメラ本体のレール２９と相対的な位置および配向は、この点において固定されない。さらに、マウント５６は、好ましくは、位置合わせピン５７の下端が、それぞれのくぼみの底に接触せず、これによって、カメラ本体がｚ軸の周りをチルトすることが可能になるように、カメラ本体をレールの上で保持する。
【０１５１】
カメラ本体の支持レール２９と相対的な位置および／または配向は、上述したように、センサが光ビームに対して正確に位置合わせされていることを示す所望の回折パターンが得られるまで調節され得る。
【０１５２】
その後、センサ３１の正確な位置合わせを提供する位置および配向にカメラ本体を保つように、カメラ本体は支持物２９と相対的に固定され得る。このことを行う簡便な方法の１つとして、接着剤５４を、支持レール２９の各くぼみ５３に導入し、各位置合わせピン５７を、支持レール２９に対して固定することがある。
【０１５３】
接着剤が硬化した後、カメラ本体は、マウント５６から切り離されてもよい。
【０１５４】
カメラのレンズは、本発明の位置合わせプロセスの間はない。従って、センサの位置合わせは、レンズの任意の誤った位置合わせ、またはレンズの不正確さから独立している。
【０１５５】
本発明のこの実施形態は、多くの方法において、立体視カメラ対の位置合わせに適用され得る。例えば、センサがその内部に取り付けられている第１のカメラ本体を、支持レールと相対的に位置合わせし、第１のカメラ本体を、支持レール上で、正しい位置に固定することが可能である。これによって、第１のカメラ本体の位置が支持レール上で固定され、また、第１のカメラ本体の支持レールに対する配向が固定される。支持レールは、光源に対して移動する。好ましくは、支持レールは、光ビーム２対して実質的に垂直な方向に（すなわち、実質的にｘ軸に沿って）移動する。その後、その内部にセンサが取り付けられる第２のカメラ本体が、支持レール２９上に位置付けされ得る。これによって、各カメラ本体が支持レールに対して位置合わせされるにつれて、正確に位置合わせされた立体視カメラ対が得られる。
【０１５６】
代替的な実施形態において、装置は、２本の光線を生成するように構成される。一方の光ビームは、立体視カメラ対のうちの一方のカメラ本体の意図された軸に沿っていて、他方の光ビームは、立体視カメラ対のうちの他方のカメラ本体の光学軸と一致している。これによって、２つのカメラ本体（それぞれが、以前に位置合わせされたセンサを含む）の位置および配向が、それぞれの回折パターンを用いて、支持レールまたは光源を移動させる必要なしに、調べられることが可能になる。この実施形態は、必要とされる、２つの光ビームを生成するため、２つの光源を用いてもよいし、１つの光源およびビームスプリッタを用いてもよい。ビームスプリッタは、入射する光を部分的に反射し、部分的に透過させる、プリズムのような「受動」ビームスプリッタであってもよい。あるいは、ビームスプリッタは、１本の入力ビームから、２本の出力光ビームを生成する、回転または振動するミラーのような「能動」デバイスであってもよい。原理としては、本発明のこの実施形態は、２本の必要な光のビームを生成するため、ある位置から他の位置へと移動することができる単一光源を用いることによって、実行され得る。
【０１５７】
本発明は、カメラ本体内にセンサを位置合わせする初期的な工程についても用いられ得る。これを行うため、センサは、初期的には、センサのカメラ本体と相対的な位置および／または配向が調節され得るように、カメラ本体内に取り付けられる。その後、カメラ本体は、適切な支持物、例えば、図９Ｂの支持レール２９に、所定の光ビームと相対的な位置および配向において、センサ３１が光ビームの経路内になるように、取り付けられる。その後、光ビームによって照射される場合にセンサによって生成される回折パターンは、概略的に上述した様態で、センサの位置および／または配向を調節するため用いられる。しかし、この実施形態において、センサのカメラ本体と相対的な位置および／または配向は、調節され得る。カメラ本体の支持物と相対的な位置および／または配向は、変更されない。
【０１５８】
図９Ａに示す実施形態において、カメラ本体は、カメラレンズがない状態で位置合わせされる。カメラ本体が位置合わせされた後、レンズがはめられ、位置合わせされ得る。レンズは、例えば、Ｃｌａｒｋｅ（上記）らによって提案され、図８を参照しながら説明した方法を用いて、位置合わせされ得る。簡略的にいうと、カメラ本体は、光ビームがセンサの中心に入射するように構成される。レンズは、正しい位置に配置され得る。レンズが光ビームを偏向させるＣＣＤ上の点は、レンズの主点であり、これは、記録され得る。立体視カメラ対によって獲得される２つの画像は、２つのカメラの主点の位置が既知である場合、レンズの位置合わせについて補正され得る。一方の眼用の画像を、他方の眼用の画像と相対的に並進移動させることによって、ピクセルを補間し、イメージの質を低下させることなしに、単なる補正を行うことが可能である。２つの画像が互いに対して並進移動された後、いずれかの領域における任意の重なる領域が、完全に位置合わせされた三次元画像を生成するため、トリミングされ得る。
【０１５９】
図１１に、本発明のさらなる実施形態による装置５０を示す。これは、原理としては、図９の実施形態に類似しているが、複数の光源２８Ａ〜２８Ｄ、例えば、複数のレーザを含む。光源２８Ａ〜２８Ｄは、発せられる光ビームが互いに平行であるように位置合わせされる。各ビームは、支持レール（図示せず）に関して位置合わせされるカメラ本体（図示せず）に取り付けられている、センサ３１Ａ〜３１Ｄのそれぞれに入射し、各ビームは、センサ３１Ａ〜３１Ｄから、それぞれ、回折パターンを生じさせる。カメラ本体は、それらの支持物と相対的な位置および配向が変更され得るように、支持物に取り付けられる。例えば、各カメラ本体は、図９Ｂの実施形態と類似する様態で、支持物に取り付けられ得る。回折パターンは、画面３２のような画像取り込みデバイスによって、取り込まれる。
【０１６０】
図１１には、光ビームを発し、各ビームがセンサ３１Ｂおよび３１Ｃからそれぞれ回折パターンを生成する、中央の２つの光源２８Ｂおよび２８Ｃのみを示す。センサ３１Ｂおよび３１Ｃが、互いに、名目上、同一である（すなわち、許容誤差の範囲内で互いに同一である）場合、２つの回折パターンは、互いに実質的に同一である。２つの回折パターンは、画面の３２Ｂで示される領域において、重なりあう。好ましい実施形態において、画面３２とセンサ３１との間の距離は、２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体が互いに対して正確に位置合わせされる場合、２つの回折パターンの最大点が重なり合うように、選択される。２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体は、この好ましい実施形態において、２つの回折パターンの最大点が互いに一致するまで、回折パターンを設定すること、ならびに／あるいは、一方または両方のカメラ本体の位置および／または配向を調節すること、そのことにより、一方または両方のセンサ３１Ｂおよび３１Ｃの位置および／または配向を調節することによって、互いに対して容易に位置合わせされ得る。
【０１６１】
カメラ本体の絶対的な位置合わせは、回折パターンの重なり合わない領域、すなわち、センサ３１Ｂによって生成され、画面の領域３２Ａに当たる、回折パターンの部分、および、センサ３１Ｃによって生成され、レーザ２８Ｃとレーザ２８Ｄとの間の画面３２の領域３２Ｃに当たる、回折パターンの部分とを用いることによって、調べられ得る。センサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体の絶対的な位置合わせは、回折パターンのこれらの重なり合わない領域から、確立され得、カメラ本体の位置および／または配向は、必要に応じて調節され得る。従って、この実施形態は、２つのカメラ本体の位置合わせを、第１に、互いに対して、第２に、所定の位置合わせに関して行うことを可能にする。
【０１６２】
一例として、２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体は、１つのセンサ、例えば、センサ３１Ｂによって生成される回折パターンの重なり合わない部分を初期的にモニタリングすることによって、位置合わせされ得る。これによって、センサ３１Ｂを収容するカメラ本体の絶対的な位置合わせが確立され、必要に応じて、位置および／または配向を調節することによって補正されることが可能になる。（「絶対的な位置合わせ」とは、固定された部品、例えば、図９の支持物２９との相対的な位置合わせを意味する。）センサ３１Ｂを収容するカメラ本体が正確に位置合わせされた後、２つのセンサ３１Ｂおよび３１Ｃを収容するカメラ本体の互いに対する位置合わせが、各センサによって生成される、回折パターンの重なり合う部分を用いることによって調べられ得る。２つのカメラ本体の相対的な位置合わせにおけるあらゆる不正確さは、センサ３１Ｃを含むカメラ本体の位置および／または配向を調節することによって補正され得る。この段階において、第１のカメラ本体の絶対的な位置合わせが正確であり、２つのカメラ本体が互いに対して正確に位置合わせされるので、第２のカメラ本体の絶対的な位置合わせも正確であるということになる。これは、第２のセンサ３１Ｃによって生成される回折パターンの重なり合わない部分から確認されることができる。
【０１６３】
各カメラ本体の位置および配向は、正確に位置合わせされた後、固定され得る。
【０１６４】
図１１に示す実施形態は、立体視カメラ対のカメラ本体を位置合わせするために用いられ得る。光源２８Ｂによって生成される光ビームと、光源２８Ｃによって生成される光ビームとの間の横方向の間隔は、左のカメラの光学軸と右のカメラの光学軸との間の間隔と等しく、好ましくは、人間の左眼と右眼との間の平均的な間隔とも等しい。
【０１６５】
図１１に示す他の光源２８Ａおよび２８Ｄは、マルチカメラ３−Ｄカメラのカメラ本体の位置合わせ、例えば、マルチ視点カメラまたは３−Ｄ静止「ルックアラウンド」ショット用のカメラの位置合わせにおいて用いられる。光源２８Ａおよび２８Ｄは、それぞれが１つのセンサを含む２つのカメラ本体のみを位置合わせ得ることが所望される場合、省かれ得る。反対に、原理としては、必要に応じて、４つより多い光源が用いられてもよい。
【０１６６】
原理として、図１１の実施形態における取り込みデバイス３２は、光源２８Ａ〜２８Ｄが可視光を発する場合、単に、回折パターンが表示される画面からなっていてもよい。しかし、精度を高め、かつ／または、可視スペクトルの外側の光源の使用を可能にするため、イメージ取り込みデバイスは、センサの正確な位置合わせを推測する、センサ３１Ｂおよび３１Ｃによって生成される２つの回折パターンの最大点が重なり合う位置に配置された検出器３５を含み得る。取り込みデバイス３２は、回折パターンの最大点として予測される位置において、センサによって生成される回折パターンの重なり合わない部分が向けられるところに配置されたさらなるセンサ３６および３７をさらに含み得る。センサ３５、３６、３７は、例えば、ナイフエッジフォトダイオードまたは位置感度検出器であってもよい。
【０１６７】
図１１に示す実施形態は、２つ以上のセンサの位置合わせを、それぞれのカメラ本体内において、少なくとも１つのセンサのそれぞれのカメラ本体における位置および／または位置合わせを変更することによって行うために代替的に用いられ得る。
【０１６８】
上記の実施形態において、センサの位置合わせは、センサによって生成される回折パターンの最大点の位置から確立される。従って、センサを正確に位置合わせするため、所定の点（回折パターンの最大点として予測される位置に対応する）における回折パターンの強度が最高に達するまで、センサの位置および／または配向を調節する必要がある。これは、眼によって行うことが困難になり得る。従って、図１１の検出器３５、３６、３７のような検出器の提供によってセンサのより正確な位置合わせが可能になるので、検出器の提供は、好ましい。
【０１６９】
図１２は、センサ対によって生成される２つの回折パターンが互いに対して位相がずれるように構成される、本発明のさらなる実施形態による、装置５１を示す。センサが互いに対して正確に位置合わせされる場合、２つの回折パターンが互いに打ち消し合い、これによって、センサの正確な位置合わせを眼によって確立することがより容易になる。
【０１７０】
図１２の実施形態は、コヒーレント光のビームを発するレーザのような源２８を必要とする。位置合わせされる２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂに入射する２本のビームは、ビームスプリッタ構成を用いて、コヒーレント光源によって発せられる単一ビームから得られる。ビームを分割し、２つの分割されたビームを、それぞれのセンサに方向付ける光学系は、レーザから一方のセンサへの光路が、レーザと他方のセンサとの間の経路の長さとは、半波長（または、奇数の半波長）の光路差を有する。結果として、２つのセンサによって生成される回折パターンは、互いに対して、ちょうど位相がずれ、２つの回折パターンが画面のような取り込みデバイス３２の上に重ねられる時に、打ち消される。
【０１７１】
図１２の実施形態において、レーザ２８によって発せられるレーザビームは、偏光子３８からの出力ビームが４５°で平面偏光されるように、偏光子３８を介して通過する。偏光された光のビームは、入射光ビームをほぼ等しい強度の２本のビームに分割する、偏光ビームスプリッタ３９に入射する。一方のビームは、偏光ビームスプリッタ３９によって９０°で反射され、ミラー４０Ａにおいて反射された後、位置合わせされるセンサ３１Ｂのうちの１つに入射する。他方のビームは、逸脱することなく、偏光ビームスプリッタ３９を通って透過され、その後、２つのミラー４０Ｂおよび４０Ｃによって反射されて、位置合わせされる他のセンサ３１Ａに入射する。補償プレート４１は、偏光ビームスプリッタとセンサ３１Ａとの間の光路に配置されて、２本のビームの経路の間に、（ｎ−１／２）λと等しい差があることを確実にする。但し、λは、光源２８によって発せられる光の波長であり、ｎは、自然数である（すなわち、ｎ＝１、２、３．．．である）。
【０１７２】
２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂに入射する光ビームが、互いにちょうど位相がずれているので、２つの得られる回折パターンも、互いに位相がずれる。２つの回折パターンが重なり合う領域において、互いに干渉し、打ち消し合う。２つのセンサが互いに対して正確に位置合わせされる場合、２つの回折パターンが重なり合うところに、０の全体振幅がある。センサは、画面の重なり合う領域において、２つの回折パターンが互いをちょうど打ち消し合うまで、一方または両方のセンサの位置および／または配向を単に調節することによって、互いに対して、位置合わせされ得る。
【０１７３】
図１２の実施形態は、眼によって２つのセンサを位置合わせするために用いられ得る。しかし、好適な実施形態において、装置は、２つの回折パターンが重なり合う領域に配置された、１つ以上のヌル検出器４２をさらに含む（図１２には、１つのヌル検出器４２しか示されていないが、本発明は１つのヌル検出器に限定されない）。２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂは、ヌル検出器が、干渉回折パターンの全体振幅が最小であることを示すまで、一方または両方のセンサの位置および／または配向を調節することによって、互いに対して位置合わせされ得る。これによって、プロセスが自動化されることが可能になり、スペクトルの可視範囲の外側の波長を発するレーザが用いられることも可能になる。
【０１７４】
図１２の実施形態において、センサ３１Ａ〜３１Ｄは、カメラ本体内に配置され、カメラ本体は、図９Ａの実施形態に類似する様態で、支持物に取り付けられる。センサが既に取り付けられ、位置合わせされたカメラ本体の位置合わせに図１２の実施形態が適用される場合、装置は、好ましくは、（例えば、図９Ａの支持物２９のような支持物と相対的に）各カメラ本体の位置および／または配向を調節する手段を含み、好ましくは、カメラ本体の位置および配向を固定する手段も含む。あるいは、図１２の実施形態は、それぞれのカメラ本体内において各センサの位置および／または配向を調節する手段を含み、それぞれのカメラ本体内において各センサの位置および配向を固定する手段も含み得る。カメラ本体、支持物、調節手段、および固定手段は、説明を容易にするため、図１２から省かれる。
【０１７５】
図１３に、本発明のさらなる実施形態による装置を示す。図１３の装置５２は、概して、図９に示す装置２７と類似し、ここでは、異なる点のみが説明される。
【０１７６】
図１３に示す装置２７’において、光源２８は、センサが支持物２９と相対的に正確に位置合わせされている場合、光のビームがセンサ３１に対して垂直でないように構成される。また、レーザビームは、上記の点から装置を考慮する場合、垂直である必要はない。ビームは、任意の角度で入射することができ、回折パターンが、センサ３１から鏡面反射されたビームの方向に焦点合わせされる。
【０１７７】
原理として、図１１または１２に示す装置は、位置合わせされるセンサに対して垂直でない光のビームを生成する光源（図１１）、あるいは、光源および光学系（図１２）を用いて、実施されてもよい。
【０１７８】
図１４は、本発明のさらなる実施形態による、装置４３を示す。この実施形態は、ＣＣＤセンサを、２つのカメラの光学軸が、平行ではなく収束する、立体視カメラ対に位置合わせするように意図されている。
【０１７９】
図１４の装置４３は、第１の偏光ミラー４４ａによって、第１のセンサ３１Ａ上に偏光される第１の光ビームを発する第１の光源２８を含む。装置は、第２の偏光ミラー４４ｂによって第２のセンサ３１Ｂ上に偏光される、第２の光ビームを生成する第２の光源２８’をさらに含む。図１４において、偏光ミラー４４ａおよび４４ｂは、反射プリズムの２つの面であるが、本発明は、偏光ミラーについて、この特定の構成に限定されない。第１および第２の偏光ミラーの間の角度は、２つのセンサ３１Ａおよび３１Ｂに必要とされる収束の角度に依存する。すなわち、偏光ミラーの間の角度は、２つのセンサが正確に位置合わせされる場合に、各センサに入射する鏡面反射が画像取り込みデバイス３２に対して垂直になるような角度である。
【０１８０】
各センサ３１Ａおよび３１Ｂの位置合わせが、上述したように、取り込みデバイスに対して突出する回折パターンから決定され得、各センサの位置および／または配向は、観察された回折パターンに基づいて、調節され得る。画像取り込みデバイスは、画面からなり、好ましくは、それぞれのセンサが正確に位置合わせされる場合に回折パターンが最大値を有する位置において、検出器またはマークが設けられる。この実施形態においては、光源（単数または複数）が２つの回折パターンが重なり合う領域に位置付けされるが、回折パターンが二次元であり、光源（単数または複数）の上および下に（すなわち、図１４の紙の平面の中または外に）、２つの最大点が一致するスポットが存在し得ることに留意されたい。
【０１８１】
本発明の他の実施形態を参照しながら説明されてきた装置は、光軸が収束しているセンサ対を位置合わせするように適用され得る。取り込みデバイス３２について、提供される場合には、検出器について、全ての必要なものは、適切に再位置付けされることである。
【０１８２】
図１４は、２つの別個の光源２８および２８’が設けられた装置４３を示す。代替的な実施形態において、２つの別個の光源の代わりに、１つの光源およびビームスプリッタが用いられ得る。
【０１８３】
センサがそれぞれのカメラ本体において既に位置合わせされ、取り付けられる場合、各センサの位置および／または配向は、それぞれのカメラ本体の位置および／または配向を変更することによって、調節され得る。あるいは、それぞれのカメラ本体内の各センサの位置および／または配向が調節されてもよい。後者の場合、図１４の実施形態は、好ましくは、それぞれのカメラ本体内の各センサの位置および／または配向を調節する手段を含み、好ましくは、それぞれのカメラ本体内の各センサの位置および配向を固定する手段も含み得る。カメラ本体、支持物、調節手段、および固定手段は、説明を簡略化するため、図１４から省かれる。
【０１８４】
図１５は、本発明のさらなる実施形態による装置４５を示す。この実施形態は、本発明がいかに自動化され得るかを示す。
【０１８５】
図１５に示す装置は、概して、図９の実施形態に対応する。しかし、この実施形態において、位置合わせされるカメラ本体（図示せず）は、コンピュータ制御アクチュエータ４７に接続されたマウント４６上で支持される。センサ３１は、カメラ本体内部に取り付けられ、カメラ本体内において既に位置合わせされている。
【０１８６】
アクチュエータ４７は、コンピュータシステム４８によって制御される。コンピュータシステム４８の入力は、画像取り込みデバイス３２のセンサ３３からの出力である。
【０１８７】
図１５の装置において、画像取り込みデバイスのセンサ３３は、初期出力を提供し、これは、初期の配向において、ＣＣＤセンサ３１によって生成される回折パターンを示す。センサからの出力は、コンピュータ４８への入力であり、これは、センサによって観察される回折パターンから、ＣＣＤセンサ３１の位置合わせに対する適切な補正を決定する。コンピュータは、ＣＣＤセンサ３１の位置および／または配向に対する適切な調節を決定した後、支持物４６を移動して、カメラ本体の位置および／または配向を変更し、それに応じて、センサ３１の位置および／または配向を変更するように、アクチュエータ４７に指令する。その後、センサ３１の新たな位置合わせが、新たな回折パターンによって生成されるセンサ３３からの出力から決定され、カメラ本体（およびセンサ３１）の位置および／または配向は、必要に応じて、さらに補正される。このプロセスは、カメラ本体が正確に位置合わせされるまで繰り返される。
【０１８８】
図１５の装置４５は、カメラ本体を固定する手段（明瞭化のため、図１５には示していない）をさらに含む。センサ３１が正確に位置合わせされる場合、固定手段は、図９の実施形態を参照しながら説明したように、カメラ本体を、支持物に対して、正確な位置および配向に固定するように作動され得る。
【０１８９】
図１５の実施形態は、センサが既に内部に取り付けられ、位置合わせされたカメラ本体を、支持レールのような支持物に対して位置合わせする。図１５の実施形態の改変例（図示せず）は、カメラ本体内においてセンサが位置合わせされることを可能にする。この実施形態は、アクチュエータが、センサのカメラ本体との相対的な位置および／または配向を変動させるために有効である点を除いて、概して、図１５の実施形態に対応する。
【０１９０】
図１１〜１４の実施形態も、これらの実施形態の画像取り込みデバイスのセンサまたは検出器の出力を用いることによって、同様に自動化され得る。
【０１９１】
図９〜１５を参照しながら説明した装置は、複数のレンズを有するマルチセンサ立体視カメラにおいて、センサを位置合わせするように意図されてきた。しかし、本発明は、図３Ｂに模式的に示すタイプの複数のレンズを有する単一センサシステムの位置合わせに適用されてもよい。図１６に、図３Ｂに示すタイプの複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラにおける、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒのカメラのセンサに対する位置合わせに適する本発明の装置４９を示す。
【０１９２】
装置４９は、実質的に、複数のレンズを有する単一センサ立体視カメラシステムの２つの視点をシミュレートする２本の光ビームを生成する、一対の光源２８Ｌおよび２８Ｒからなる。光源２８Ｌおよび２８Ｒによって生成される光ビームは、センサ１５がカメラ本体に取り付けられているが、図３Ｂのレンズ１６Ｌおよび１６Ｒがない立体視カメラに入力され、センサ１５は、切り換え可能なミラー２０によって遮蔽されない光ビームから、回折パターンを生成する。図１６に実線で示す位置にある切り換え可能なミラー２０を用いることによって、回折パターンが、レーザ２８Ｌからの光ビームから生成され、ミラー１９Ｌの位置合わせにも依存する。従って、図１６に実線で示す位置にある切り換え可能なミラー２０は、ミラー１９Ｌの位置合わせが、取り込みデバイス３２によって取り込まれる回折パターンから確立され得、ミラー１９Ｌの位置合わせが、必要に応じて調節され得る。
【０１９３】
ミラー１９Ｌが正確に位置合わせされた後、スイッチ可能なミラー２０は、図１６に、破線で示す位置に移動され得る。その後、センサ１５は、光源２８Ｒからの光ビームからの回折パターンを生成し、この回折パターンは、ミラー１９Ｒの位置合わせに依存する。ミラー１９Ｒの位置合わせは、この回折パターンから確立され得、ミラー１９Ｒの位置合わせは、必要に応じて調節され得る。従って、本発明のこの実施形態による装置は、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒが、ＣＣＤセンサ１５の光学軸に対して位置合わせされることを可能にする。装置４９は、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒの一方または両方のカメラ本体（図１６には示していない）に対する位置合わせを、ミラーが正確に位置合わせされた後固定する手段をさらに含み得る。
【０１９４】
図１６のカメラのセンサ１５は、初期的には、上記の方法によって、例えば、図９を参照しながら説明した方法によって、カメラ本体（図示せず）内で、位置合わせされ得る。このタイプの立体視カメラにおいて、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒのセンサ１５に対する位置合わせが、通常は、センサの位置合わせよりも重要であるが、初期ステップとして、センサをカメラ本体に対して位置合わせして、反射された回折パターンが、ミラーを位置合わせする工程について正確な位置にあるようにすることが、必要とされ得る。
【０１９５】
画像取り込みデバイス４９は、他の実施形態における場合と同様に、光源２８Ｌおよび２８Ｒが可視光を発する場合に、画面３２からなる。上述したように、画像取り込みデバイスには、例えば、位置合わせプロセスの精度を向上させるため、装置が自動化されることを可能にするため、または、可視スペクトルの外側で放射する光源が用いられることを可能にするため、１つ以上の検出器３３が設けられ得る。検出器３３が設けられる場合、２つの光源２８Ｌおよび２８Ｒが設けられる軸に対して垂直な軸にほぼ沿って（すなわち、図１６の紙の面の外に）、位置付けされることが好ましい。検出器が、光源が設けられる軸に沿って位置づけされる場合、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒが回折パターンの一部を遮蔽し、位置合わせプロセスの信頼度を下げるというリスクがある。
【０１９６】
図１６に、２つの別個の光源２８Ｌおよび２８Ｒを示す。図１６の実施形態は、各ミラー１９Ｌおよび１９Ｒに入射する光ビームを生成する、１つの光源およびビームスプリッタを用いて代替的に実施されてもよい。図１６の実施形態は、原理としては、図１６の光源２８Ｌおよび２８Ｒのうちの一方として機能を果たすある位置と、図１６の光源２８Ｌおよび２８Ｒのうちの他方として機能を果たす他の位置との間で移動することができる１つの光源を用いて、実現されてもよい。
【０１９７】
図９の実施形態を参照しながら説明されたように、センサがｘ方向およびｙ方向に正確に位置合わせされているか否かを判定することは、レーザビームがセンサ上に入射する点から回折パターンが独立しているので、可能ではない。図９〜１５の実施形態において、このセンサまたは各センサがｘ方向およびｙ方向に正確に位置合わせされているか否かは、光ビームがセンサ上に入射する点を観察することによって、判定され得る。図１６の実施形態において、ミラーがｘ方向およびｙ方向に正確に位置合わせされているか否かを判定することはより困難であるが、これは、比較的小さい欠点である。なぜなら、ミラー１９Ｌおよび１９Ｒのｘ方向およびｙ方向に沿った位置合わせが、カメラシステムの三次元光学性能に影響を与えず、カメラシステムの使用可能な視野に影響を与えるのみだからである。
【０１９８】
本発明は、センサ（単数または複数）、または、図１６の実施形態においては、ミラーを、カメラ本体に対して位置合わせし得る装置を提供する。各実施形態において、装置は、センサ／ミラーを、取り除かれるカメラレンズと位置合わせする。センサ／ミラーが位置合わせされた後、レンズは、カメラ本体にはめられ、任意の適切な従来技術を用いて、位置合わせされ得る。具体的には、レンズの位置合わせは、上記の図８を参照しながら説明された方法を用いて、実行され得る。すなわち、カメラは、レンズなしで、光ビームがＣＣＤセンサの中心に入射するように、設置され、その後、レンズが適切な位置にはめられる。レンズがはめられたときの光ビームのセンサ上の位置における変化は、ピクセルを補間することなく（従って、画像の質を低下させることなく）、一方の画像を他方の画像に対してシフトすることによる、一対の画像に対する簡略的な補正の基盤となっている。いずれかの画像の任意の張り出している領域が、完全に位置合わせされた三次元画像を生成するように、トリミングされ得る。
【０１９９】
本発明の好ましい実施形態が、光学部品の位置合わせに関して説明されてきた。しかし、本発明は、原理としては、光学部品の位置合わせに限定されず、回折パターンを生成するあらゆる構造体に適用され得る。さらに、本発明は、その面積全体にわたって（または、１面の面積全体にわたって）回折性である構造体とともに用いられることに限定されず、回折性部分を有するあらゆる構造体とともに用いられ得る。本発明は、主に回折性の構造体ではない構造体にも、その構造体が、回折性の領域を有する限り、適用され得る。一例として、本発明は、小さい回折性領域を有するミラーに適用され得る。回折性領域は、ミラーを含むシステムの通常動作中、回折性領域が続いて用いられない場合でも、ミラーを位置合わせするために用いられ得る。
【０２００】
上記の実施径形態において、回折パターンは、反射において生成される。しかし、原理としては、本発明は、反射において生成される回折パターンに限定されない。
【０２０１】
構造体の配向および／または位置を決定する装置は、光ビームを生成する光源（２８）を含む。構造体（３１）は、構造体の位置および／または配向が、光ビームと相対的に、変更されることができるように、光ビームの光路に取り付けられる。装置は、第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む第１の取り込み手段（３２）をさらに含む。構造体の位置合わせについての情報は、回折パターンから得られることができ、構造体（３１）の位置および／または配向は、必要に応じて、光ビームと相対的に、調節され得る。
【０２０２】
構造体は、すでに、マウント、支持物、本体、ハウジングなど（３１）に取り付けられているか、その内部に取り付けられている。この場合、本発明は、マウント、支持物、本体、ハウジングなど（３１）が、外部物体または基準（２９）に対して位置合わせされることを可能にする。本発明は、構造体を、マウント、支持物、本体、ハウジングなど（３１）に対して位置合わせするために、代替的に用いられ得る。
【０２０３】
構造体は、光学部品であり得る。
【０２０４】
【発明の効果】
本発明の装置は、構造体によって生成される回折パターンによって、支持物と相対的な配向および位置についての情報を提供する。回折パターンを用いて構造体の位置および配向をモニタリングすることは、回転誤差を並進誤差から区別することができる。さらに、２つの構造体の位置および配向が同時に調べられることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ａは、遠近調節および収束の原理を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、遠近調節および収束の原理を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、遠近調節および収束の原理を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、水平方向および垂直方向不均衡の発生を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、水平方向および垂直方向不均衡の発生を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、水平方向および垂直方向不均衡の発生を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａ（１）および図３Ａ（２）は、１つのレンズを有する、単一センサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、複数のレンズを有する、単一センサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、１つのレンズを有する、マルチセンサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、複数のレンズを有する、マルチセンサ立体視カメラシステムを示す図である。
【図４】図４は、立体視カメラ対における回転的な位置合わせ誤差を示す図である。
【図５】図５は、立体視カメラ対における並進的な位置合わせ誤差を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａ（１）および６Ａ（２）は、立体視カメラ対の位置合わせを較正する従来の方法を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａ（１）および６Ａ（２）の方法における起こり得る欠点を示す図である。
【図７】図７は、立体視カメラ対の位置合わせを補正する、他の従来技術による方法を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、カメラのレンズの主点を判定する方法を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、カメラのレンズの主点を判定する方法を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の一実施形態による装置の模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの部分拡大図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、用いられる軸の分類を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂ（１）〜図１０Ｂ（４）は、本発明による装置において得られる回折パターン上の異なる位置合わせ層の効果を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態による装置を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施形態による装置を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施形態による装置を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態による装置を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施形態による装置を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第７の実施形態による装置を示す図である。
【符号の説明】
２７ 装置
２８ 光源
２９ 支持物
３０ カメラ本体
３１ センサ
３２ 取り込みデバイス
Claims (43)
- 構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、
第１の光ビームを生成する第１の光源と、
第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける、第１のマウントと、
該第１の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第１の取り込み手段と、
第２の光ビームを生成し、該第２の光ビームの光路が、該第１の光ビームの光路と所定の関係にある、第２の光源と、
第２の構造体を該第２の光ビームの光路内に取り付ける、第２のマウントと、該第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段と
を含む、装置。 - 前記第１の構造の位置および／または配向を前記第１の光ビームと相対的に調節する、第１の調節手段を含む、請求項１に記載の装置。
- 支持物と、前記第１の構造の位置および／または配向を前記第１の光ビームと相対的に固定する、第１の固定手段とをさらに含む、請求項１に記載の装置。
- 前記第２のマウントは、第２の構造体を、前記第１の構造体の位置および／または配向が前記第２の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるように調節される、請求項１に記載の装置。
- 前記第２の構造体の位置および／または配向を前記第２の光ビームと相対的に調節する第２の調節手段を含む、請求項４に記載の装置。
- 前記第２の構造体の位置および配向を前記支持物と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含む、請求項４に記載の装置。
- 前記第２の光源が、前記第１の光源であり、前記装置が、該第１の光源によって発せられた光から、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを生成するビームスプリッタを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとの間の所定の位相差を生成する手段をさらに含む、請求項７に記載の装置。
- 前記所定の位相差は、（２ｎ−１）λ／２であり、ここで、λは、前記第１の光源によって発せられた光の波長であり、ｎは、自然数である、請求項８に記載の装置。
- 前記第２の取り込み手段は、前記第１の取り込み手段であり、該第１の取り込み手段は、用いられる場合、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンを取り込む、請求項１に記載の装置。
- 前記第２の取り込み手段は、前記第１の構造体によって生成される前記回折パターン、および前記第２の構造体によって生成される回折パターンを取り込む、請求項９に記載の装置。
- 前記第１の構造体によって生成される前記回折パターンと、前記第２の構造体によって生成される前記回折パターンとの和が、０であるか否かを判定するヌル検出器を含む、請求項１１に記載の装置。
- 前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路と平行である、請求項１に記載の装置。
- 前記第１の構造体に入射するときの前記第１の光ビームの経路は、前記第２の構造体に入射するときの前記第２の光ビームの経路から発散している、請求項１に記載の装置。
- 前記構造体の各々は、光学部品である、請求項１に記載の装置。
- 前記光学部品の各々が、マイクロレンズアレイを含む、請求項１５に記載の装置。
- 前記光学部品の各々は、ＣＣＤセンサである、請求項１５に記載の装置。
- 前記第１の構造体は、前記第２の構造体とほぼ同一である、請求項１に記載の装置。
- 構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、
第１の光ビームを生成する第１の光源と、
回折構造体を該第１の光ビームの光路内に取り付ける手段と、
該第１の光ビームから該回折構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む、取り込み手段と、
第１の構造体を、該第１の光ビームの光路内に、該第１の構造体の位置および／または配向が該回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段と、
第２の光ビームを生成し、該取り付け手段は、前記回折構造体を、該第２の光ビームの光路内に取り付けるように調節される、第２の光源と、
該第２の光ビームから該回折構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む、第２の取り込み手段と
を含む、装置。 - 前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する第１の調節手段を含む、請求項１９に記載の装置。
- 前記第１の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する第１の固定手段をさらに含む、請求項１９に記載の装置。
- 第２の構造体を、前記第２の光ビームの光路内に、該第２の構造体の位置および／または配向が前記回折構造体と相対的に調節可能であるように取り付ける手段をさらに含む、請求項１９に記載の装置。
- 前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に調節する、第２の調節手段を含む、請求項２２に記載の装置。
- 前記第２の構造体の位置および／または配向を、前記回折構造体と相対的に固定する、第２の固定手段をさらに含む、請求項２２に記載の装置。
- 前記第１の構造体は、第１の光学部品であり、前記第２の構造体は、第２の光学部品である、請求項１９に記載の装置。
- 前記第１の光学部品はミラーである、請求項２５に記載の装置。
- 前記第２の光学部品はミラーである、請求項２５に記載の装置。
- 前記光源または各光源はレーザである、請求項１に記載の装置。
- 前記光源の各々はレーザである、請求項１９に記載の装置。
- 構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、
第１の構造体において、第１の所定の配向の第１の光ビームを方向付ける工程と、
該第１の光ビームから第１の回折パターンを取り込む工程と、
該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、
第２の構造体において、第２の光ビームを方向付ける工程であって、該第１および該第２の光ビームが、互いに対して相対的である所定の配向を有する、工程と、
該第２の光ビームから生成された第２の回折パターンを取り込む工程と、
該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と
を包含する、方法。 - 前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の光ビームと相対的に、前記第１の構造の位置および／または配向を調節する工程を包含する、請求項３０に記載の方法。
- 前記第１および第２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含する、請求項３０に記載の方法。
- 構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、
第１の光ビームを、第１の構造体を含む第１の光路に沿って、回折構造体に方向付ける工程と、
該第１の光ビームから生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、
該第１の回折パターンから、該第１の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と、
第２の光ビームを、第２の構造体を含む第２の光路に沿って、該回折構造体に方向付ける工程と、
該第２の光ビームから生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、
該第２の回折パターンから、該第２の構造体の配向および／または位置についての情報を得る工程と
を包含する、方法。 - 前記第１の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記回折構造体と相対的に、前記第１の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含する、請求項３３に記載の方法。
- 前記第１および２の回折パターンから得られた情報に基づいて、前記第１の構造体と相対的に、前記第２の構造体の位置および／または配向を調節する工程を包含する、請求項３３に記載の方法。
- 構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、
第１の光ビームを生成する第１の光源と、
第１の構造体を、該第１の光ビーム内に、該第１の構造体の位置および／配向が該第１の光ビームと相対的に調節可能になるように取り付ける第１のマウントと、
該第１の構造によって生成された回折パターンを取り込む第１の取り込み手段と、
支持物と、
該第１の構造体の位置および配向を該支持物と相対的に固定する固定手段と
を含み、該支持物は、該第１の光ビームの該光路と相対的に可動である、装置。 - 前記支持物は、前記第１の光ビームの方向に対して実質的に垂直な方向に可動である、請求項３６に記載の装置。
- 構造体の配向および／または位置を決定する方法であって、
所定の配向を有する光ビームを第１の構造体に方向付ける工程と、
該第１の構造体によって生成される第１の回折パターンを取り込む工程と、
該第１の回折パターンから得られた情報から、該第１の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、
該第１の構造体の位置および配向を支持物と相対的に固定して、該第１の構造体を該支持物に取り付ける工程と、
該支持物を該光ビームに対して移動させる工程と、
第２の構造体を該支持物に取り付ける工程と
を包含する、方法。 - 前記第２の構造体を前記支持物に取り付ける工程は、
前記第２の構造体を前記光ビームの光路内に位置付ける工程と、
該第２の構造体によって生成される第２の回折パターンを取り込む工程と、
該第２の回折パターンから得られた情報から、該第２の構造体の配向および／または位置を調節する工程と、
該第２の構造体の位置および配向を、該支持物と相対的に固定して、該第２の構造体を該支持物に取り付ける工程と
を含む、請求項３８に記載の方法。 - 前記光ビームに対して前記支持物を移動させる工程は、該支持物を、該光ビームの光路に対して実質的に垂直な方向に移動させる工程を含む、請求項３８に記載の方法。
- 光学部品の配向および／または位置を決定する装置であって、
光ビームを生成する光源と、
光学部品を、該光ビームの光路内に、該光学部品の位置および／または配向が該光ビームと相対的に調節可能になるように取り付けるマウントと、
該光学部品によって生成される回折パターンを取り込む取り込み手段と、
を含む、装置。 - 前記光学部品は、マイクロレンズアレイ、ＣＣＤセンサ、および回折格子からなる群から選択される、請求項４１に記載の装置。
- 構造体の配向および／または位置を決定する装置であって、
光ビームを生成する光源と、
回折構造体を、該光ビームの光路内に取り付ける手段と、
該光ビームから該回折構造体によって生成された回折パターンを取り込む、取り込み手段と、
構造体を、該光ビームの光路内に、該構造体の位置および／または配向が該回折構造体に対して調節可能になるように取り付ける手段と、
該回折パターンから、該構造体の位置および／または配向についての情報を得る手段と
を含む、装置。
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