JP2021103268A - 支持装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体に対して直接的に加わる外的要因を軽減して測定対象の測定精度の向上を図る。【解決手段】支持装置と、支持装置に設けられた一つ又は複数のカメラ部とを備える。そして、支持装置を、外的負荷が加わる方向に対して剛性を有する配合方向に炭素繊維を形成した炭素繊維部材で形成する。具体的には、例えば支持装置を撓ませる力が加わる方向に剛性を有するように、炭素繊維部材の炭素繊維を形成する。また、支持装置にねじれを生じさせる方向に剛性を有するように、炭素繊維部材の繊維を形成する。さらには、支持装置を伸ばす力が加わる方向に剛性を有するように、炭素繊維部材の繊維を形成する。これにより、外的負荷が加わる方向に対する剛性を支持装置に付与することができ、筐体に対して直接的に加わる外的要因を軽減して測定対象の測定精度の向上を図ることができる。【選択図】図１３

Description

本発明は、支持装置及び撮像装置に関する。

今日において、ステレオカメラ装置が知られている。このステレオカメラ装置は、監視装置、測量装置の他、近年では、産業用ロボット、自動車又は小型飛行体等の移動体にも設けられている。

ステレオカメラ装置は、一方のカメラ部の画像中の画素ブロックと相関性を有する画素ブロックを、他方のカメラ部の画像から特定し、両画像における相対的なずれ量である「視差」から三角測量の原理を用いて距離データを算出する（ステレオ法）。

このようなステレオ法は、計量原理の性質から、２つのカメラ部の相対的な位置変化に大きく影響される。このため、各カメラ部の相対的な位置ズレにより、測定精度が低下する。

ここで、温度変化等の緩やかな経時変化による、各カメラ部の相対的な位置ズレに対しては、画像補正処理による校正方法で対処可能である。

しかし、振動等の高周波数の外的要因がステレオカメラ装置に加わると、各カメラ部の高速な相対的位置ズレが発生するため、画像補正処理のような電気的な校正方法では対応困難となる。このため、振動等の高周波数の外的要因による各カメラ部の相対的な位置ズレは、機械的に抑制する必要がある。

特許文献１（特開平１１−３０１３６５号公報）には、ステレオカメラ装置の自重による撓み（たわみ）、又は、車両走行時の振動等による各カメラ部の位置ズレを抑制可能とした車載用ステレオカメラの支持装置が開示されている。この車載用ステレオカメラの支持装置は、アルミニウム合金部材又はセラミックス部材でステレオカメラ装置の筐体を形成し、車体とステレオカメラ装置の間に、樹脂又は硬質ゴムで形成された中間部材を挟み込む。これにより、ステレオカメラ装置の筐体に伝達される振動等を中間部材で吸収でき、各カメラ部の相対的な位置ズレを軽減できる。

特許文献１の車載用ステレオカメラの支持装置は、車両からステレオカメラ装置の筐体に伝達される振動は、中間部材で吸収可能である。しかし、例えば風又は接触等により、ステレオカメラ装置の筐体に対して直接的に加わる外的要因に対しては、中間部材で吸収することは困難であるため、各カメラ部の位置ズレを抑制困難となる問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、筐体に対して直接的に加わる外的要因を軽減可能とした支持装置及び撮像装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外的負荷が加わる方向に対して剛性を有する配合方向に炭素繊維を形成した炭素繊維部材で形成された支持装置であり、外的負荷は、支持装置を撓ませる方向の力、支持装置にねじれを生じさせる方向の力、又は、支持装置を伸ばす方向の力のうち、少なくとも一つであることを特徴とする。

本発明によれば、筐体に対して直接的に加わる外的要因を軽減できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態の支持装置の分解斜視図である。 図２は、第１の実施の形態の支持装置の第１層部材〜第３層部材を形成するＣＦＲＰの繊維の方向を示す図である。 図３は、第２の実施の形態の移動体を操作している様子を示す図である。 図４は、第２の実施の形態の移動体の上面図である。 図５は、第２の実施の形態の移動体の正面図である。 図６は、第２の実施の形態の移動体に設けられている撮像装置の一部を透視した図である。 図７は、ステレオカメラ装置の構成の一例を示す図である。 図８は、比較例となるステレオカメラ装置の支持装置の変形による画素ズレ量を示す図である。 図９は、第２の実施の形態の移動体の支持装置と、比較例となるステレオカメラ装置の支持装置に、撓ませる力が加わった場合の画素ズレ量の差を示す図である。 図１０は、第２の実施の形態の移動体の支持装置と、比較例となるステレオカメラ装置の支持装置に、ねじれの力が加わった場合の画素ズレ量の差を示す図である。 図１１は、第２の実施の形態の移動体の支持装置と、比較例となるステレオカメラ装置の支持装置に、伸ばす方向の力が加わった場合の画素ズレ量の差を示す図である。 図１２は、第３の実施の形態の移動体の撮像装置の要部を示す図である。 図１３は、第４の実施の形態の移動体の撮像装置の要部を示す図である。 図１４は、比較例となるステレオカメラ装置の要部を示す図である。 図１５は、支持装置にねじれを発生させる実験形態を説明するための図である。 図１６は、アルミニウム合金で形成した支持装置及びＣＦＲＰで形成した支持装置に対してねじれを発生させた場合における画素ズレ量の違いを示す図である。

以下、支持装置及び撮像装置の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態となる支持装置の説明をする。図１は、第１の実施の形態の支持装置の分解斜視図である。この図１に示すように、支持装置１１０は、それぞれシート状の炭素繊維強化プラスチック部材（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）である第１層部材１１０ａ、第２層部材１１０ｂ、第３層部材１１０ｃを積層して形成されている。

図２は、第１層部材１１０ａ〜第３層部材１１０ｃを形成するＣＦＲＰの繊維の方向を示す図である。第１層部材１１０ａは、図２（ａ）に示すように、ＣＦＲＰの繊維が、図中、左上から右下への斜め方向となるように調整して形成されている。これに対して、第２層部材１１０ｂは、図２（ｂ）に示すように、ＣＦＲＰの繊維が、図中、右上から左下への斜め方向となるように調整して形成されている。このように、それぞれのＣＦＲＰの繊維の方向が交差するように、第１層部材１１０ａ及び第２層部材１１０ｂを形成することで、「ねじれ」の外的負荷に対する支持装置１１０の強度を増すことができる。

また、第３層部材１１０ｃは、図２（ｃ）に示すように、第１層部材１１０ａの繊維の方向及び第２層部材１１０ｂの繊維の方向に重ならないように、図中、奥側から手前側の方向に、ＣＦＲＰの繊維の方向が調整して形成されている。第３層部材１１０ｃを、このような繊維の方向に形成することで、「撓み」及び「伸び」の外的負荷に対する支持装置１１０の強度を増すことができる。

このように、支持装置１１０の第１層部材１１０ａ〜第３層部材１１０ｃは、ＣＦＲＰの繊維の方向がそれぞれ異なる方向となるように調整されている（図２（ｄ））。このようなＣＦＲＰの繊維の方向は、風又は接触等の直接的な外的負荷に対して、所定の強度を有する方向に調整すればよい。

すなわち、ＣＦＲＰは、繊維の方向と平行な向きの引張り応力に対し高い剛性を有する。このため、支持装置１１０の第１層部材１１０ａ〜第３層部材１１０ｃを、外的負荷が掛かる方向と、繊維の配列方向が一致するようにＣＦＲＰで形成することで、外的負荷に対して所定の強度を有する支持装置を提供できる。

このような支持装置１１０としては、様々な用途があり、風の強い屋外に設けられる監視装置を支持して固定する際に用いることができる。また、石等の落下物が直接負荷を与える可能性のある、例えば土砂崩れ現場の計測装置を支持して固定する際に用いることができる。すなわち、被装着物を支持する装置であれば、どのような装置に用いてもよい。そして、いずれの装置に用いた場合でも、外的負荷が掛かる方向と、繊維の配列方向とを一致させて支持装置１１０を形成することで、外的負荷に対して所定の強度を有するように支持装置１１０を形成できる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態となる移動体の説明をする。この第２の実施の形態の移動体は、例えばドローン、マルチコプタ又は無人移動体等の飛行体であり、後述する撮像装置を有している。この撮像装置を支持する支持部材として、第１の実施の形態で説明した支持装置１１０が用いられている。

（移動体の全体構成）
図３は、第２の実施の形態の移動体１を操作している様子を示す図である。この図３に示すように、移動体１は、小型の飛行体形状を有している。ユーザＵは、移動体１と無線通信可能な操縦装置２を操作することで、移動体１を遠隔操作する。

図４及び図５は、移動体１の外観を示す図である。図４は移動体１の上面図であり、図５は移動体１の正面図である。この図４及び図５に示すように、移動体１は、フレーム１０１、駆動装置１０２、回転翼１０３及び脚部１０４を有する遠隔操作可能な飛行体である。また、移動体１は、被写体となる対象物の静止画像又は動画像を撮像する撮像装置１０５を有する。

フレーム１０１は、例えば図４に示すように、ウエブ部１０１ａと、ウエブ部１０１ａの両端部に配置されたフランジ部１０１ｂとが平面視においてＨ型の形状となるように配置されている。なお、フレーム１０１の形状はこの限りではない。例えば、フレーム１０１は、移動体１の中心から放射状に伸び、互いに直角をなすようにＸ字状に設けられた４本のアームを有する構成としてよい。また、フレーム１０１は、駆動装置１０２と回転翼１０３の数だけ中心から放射状にアームが伸びた構造等でもよい。

駆動装置１０２は、回転翼１０３を回転させるモータである。一例として、駆動装置１０２としては、ブラシレスモータを用いることができる。駆動装置１０２は、２本のフランジ部１０１ｂの先端部にそれぞれ取り付けられ、回転翼１０３の回転軸と連結されている。各駆動装置１０２は、制御装置１００により、互いに独立して制御される。

回転翼１０３は、各駆動装置１０２にそれぞれに取り付けられており、駆動装置１０２が駆動されることで回転する。回転翼１０３は、各駆動装置１０２の駆動が独立して制御されることで、その回転速度が調整される。なお、図４には、移動体１は、４つの回転翼１０３を有することとして図示したが、回転翼１０３は、３つ以上であれば飛行体として安定した飛行が可能である。さらには、回転翼１０３は、４つ、６つ、８つのような偶数分設けることが好ましい。また、回転翼１０３は、図４及び図５に示すように、略同一平面上に複数の回転翼１０３を配置した形態に限定されるものではなく、略同一平面上に配置された複数の回転翼１０３が多段に積層される形態でもよい。

脚部１０４は、フレーム１０１の略中央位置の下面と連結されている。脚部１０４は、下側部が逆Ｖ字形状に形成されており、移動体１が地面に着陸した際の衝撃等から移動体１を保護する。

制御装置１００は、例えばフレーム１０１のウエブ部１０１ａ内に設けられている。制御装置１００は、目的に応じて移動体１に設けられた各種センサからの信号、及び、外部から送信される操作信号に応じて各駆動装置１０２等を制御する。

また、制御装置１００は、各駆動装置１０２の駆動を独立して制御することで各回転翼１０３の回転速度を独立に制御し、移動体１の上昇、下降、前進、後退の他、ヨー軸（Ｚ軸）周りの回転、及び、空中へ移動してホバリング（停止飛行）等の動作を制御する。また、制御装置１００は、移動体１の姿勢を左右に傾けることで、前進及び後退と同様に移動体１を左右方向に移動制御する。

撮像装置１０５は、フレーム１０１のウエブ部１０１ａを介して伝達される振動を吸収するスペーサを介してウエブ部１０１ａ上に設けられている。これにより、フレーム１０１及びウエブ部１０１ａの振動が、構造物との間の距離の測定に与える影響を軽減することができる。また、後述するが、撮像装置１０５の支持部材（筐体）は、繊維の方向を調整した炭素繊維強化プラスチック部材（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）で形成されている。ＣＦＲＰは、炭素繊維部材の一例である。

これにより、撮像装置１０５は、風及び接触等の直接的な外的要因で加わる、例えば撓み、ねじれ、伸び等の外的負荷の影響を軽減するようになっている。このため、撮像装置１０５は、上述のスペーサ及び繊維の方向を調整したＣＦＲＰにより、測定対象（物体）を高精度で測定可能となっている。

このような撮像装置１０５は、移動体１の周囲を撮像する。一例として、撮像装置１０５は、右目用の撮像画像を撮像するカメラ部１０５ａ、及び、左目用の撮像画像を撮像するカメラ部１０５ｂを備えた、いわゆるステレオカメラ装置となっている。撮像装置１０５は、フレーム１０１のウエブ部１０１ａに固定されている。撮像装置１０５は、移動体１が地面と平行となる水平飛行時に光軸が水平になるように、ウエブ部１０１ａに設けられている。また、撮像装置１０５は、撮像方向が、移動体１の前進方向に一致するように、ウエブ部１０１ａに設けられている。

なお、撮像装置１０５として、カメラ部を一つのみ有する単眼カメラ装置を設けてもよいし、移動体１の周囲の全天球（３６０°）パノラマ画像を撮像する全天球カメラ装置を設けてもよい。

測距センサ１０６は、移動体１と周囲の構造物との距離を検知するセンサである。測距センサ１０６は、前進方向側のフレーム１０１のフランジ部１０１ｂにおいて、左右の端部に設けられる。図５は、フランジ部１０１ｂの両端部に左測距センサ１０６Ｌと右測距センサ１０６Ｒとを設けた例を示している。左測距センサ１０６Ｌ及び右測距センサ１０６Ｒは、移動体１の前進方向に存在する測定対象との距離を検知（測定）する。なお、測距センサ１０６としては、例えばＴＯＦ（Time Of Flight）センサ、又は、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）センサ等を用いることができる。

（撮像装置の構成）
図６に、撮像装置１０５の一部を透視した図を示す。この図６は、第１の実施の形態を用いて説明した支持装置１１０に、撮像装置１０５の各カメラ部１０５ａ、１０５ｂが埋め込まれるかたちで設けられている例である。換言すると、支持装置１１０と各カメラ部１０５ａ、１０５ｂが一体形成されて、撮像装置１０５が形成されている。

すなわち、この撮像装置１０５は、アルミ合金又は鉄に比べて軽量、高強度及び高剛性である例えば炭素繊維強化プラスチック部材（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）で、支持装置１１０が形成されている。この支持装置１１０に対して、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂが、ネジ等を用いることなく組み込まれている。

ＣＦＲＰは繊維方向に作用する引張り負荷に対して、最も高い剛性を示す性質がある。このため、撮像装置１０５の各カメラ部１０５ａ、１０５ｂが設けられる支持装置１１０は、負荷に対して剛性を高める方向と、繊維の配列方向とが一致するように形成されている。

シャフト状の構造体に曲げる方向の力（撓み）が作用する場合、及び、シャフト状の構造体に、長手方向の軸回りに回転させる力（ねじれ）が作用する場合に対する、撮像装置１０５の支持装置１１０を形成するＣＦＲＰの好ましい繊維の配列方向を説明する。

まず、撓みが発生する場合、引張り負荷が、シャフト状の構造体の長手方向に作用する。このため、撓みに対するシャフト状の構造体の剛性を高めるには、シャフト状の構造体の長手方向に、ＣＦＲＰの繊維を配列させることが好ましい。

これに対して、ねじれが発生する場合、引張り負荷がヘリカル角±４５ｄｅｇに発生する。このため、ねじれに対する剛性を高めるためには長手方向に対しヘリカル角±４５ｄｅｇに近い方向に、ＣＦＲＰの繊維を配列させることが好ましい。このように、ＣＦＲＰの繊維の配列方向を調整して撮像装置１０５の支持装置１１０を形成することで、支持装置１１０の剛性を高める方向を選択的に調整することができる。

ここで、撮像装置１０５がステレオカメラ装置である場合、その測定原理の性質上、特に遠距離の測定時に、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂが設けられる支持装置１１０の「撓み」及び「ねじれ」の作用による各カメラ部１０５ａ、１０５ｂ同士の回転ズレが生ずると、著しく測定精度が悪化する。これに対して、遠距離の測定時に、支持装置１１０の「伸び」による各カメラ部１０５ａ、１０５ｂ同士の並進ズレが生じても、距離に対する並進ズレの割合が小さいため、測定精度に与える影響は少ない。

なお、ここで言う「撓み」、「ねじれ」、「伸び」は、撮像装置１０５の基線長に平行な方向をｘ軸とし、光軸に平行な方向をｚ軸とし、基線長と光軸に対し垂直な方向をｙ軸とした際における以下の変形を示している。

撓み：ｙ軸を回転軸にカメラ支持部がたわむ変形
ねじれ：ｘ軸を回転軸にカメラ支持部がねじれる変形
伸び：ｘ軸方向に、カメラ支持部の長さが伸びる変形

このようにＣＦＲＰは、繊維の配列方向を調整することで、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂの支持装置１１０の剛性を高める方向を選択できる。このため、測定精度が悪化し易い方向の負荷に対して高い剛性を得る方向に、ＣＦＲＰの繊維の配列方向を調整して各カメラ部１０５ａ、１０５ｂの支持装置１１０を形成する。これにより、軽量でありながら、負荷に対して測定精度が劣化しづらい撮像装置１０５を形成することができる。

ここで、ステレオカメラ装置を形成する場合、図７に示すように、アルミニウムの支持部材２１０の両端に、左右のカメラ部２０５ａ、２０５ｂをそれぞれネジ止めしてステレオカメラ装置２０５を形成することが考えられる。このようにアルミニウムの支持部材２１０に左右のカメラ部２０５ａ、２０５ｂをそれぞれネジ止めしてステレオカメラ装置２０５（＝比較例となるステレオカメラ装置２０５）を形成した場合において、支持部材２１０に「撓み」、「ねじれ」、「伸び」が加わることで生ずる、測定対象（物体）に対する測定誤差（画素ズレ）を図８に示す。

この図８は、縦軸が画素ズレ量（画素＝ｐｉｘ）を示し、横軸が左右のカメラ部２０５ａ、２０５ｂから測定対象まで距離（ｍ）を示している。また、実線のグラフが、アルミニウムの支持部材２１０を撓ませる力が加わった場合のグラフであり、点線のグラフが、アルミニウムの支持部材２１０にねじれが生じた場合のグラフであり、一点鎖線のグラフが、アルミニウムの支持部材２１０を伸ばす方向の力が加わった場合のグラフである。

この図８からわかるように、アルミニウムの支持部材２１０を撓ませる力が加わった場合（実線）、及び、アルミニウムの支持部材２１０にねじれが生じた場合（点線）は、それぞれ測定対象（物体）に対する測定誤差（画素ズレ）は、変わらず一定である。しかし、アルミニウムの支持部材２１０を伸ばす方向に力が加わると（一点鎖線）、左右のカメラ部２０５ａ、２０５ｂから測定対象（物体）までの距離が近距離となるほど、測定誤差（画素ズレ）が大きくなる。

図９は、アルミニウムの支持部材２１０を撓ませる力が加わった場合（細線）、及び、ＣＦＲＰで左右のカメラ部１０５ａ、１０５ｂと支持装置１１０を一体的に形成した撮像装置１０５を撓ませる力が加わった場合（太線）の測定誤差（画素ズレ）を示す図である。この図９からわかるように、支持部材２１０をアルミニウムで形成した場合よりも、支持部材２１０を上述のように繊維の配列方向を調整したＣＦＲＰで形成した場合の方が、撓みに対する画素ズレが少ないことがわかる。

図１０は、アルミニウムの支持部材２１０にねじれが生じた場合（細点線）、及び、ＣＦＲＰで左右のカメラ部１０５ａ、１０５ｂと支持装置１１０を一体的に形成した撮像装置１０５にねじれが生じた場合（太点線）の測定誤差（画素ズレ）を示す図である。この図１０からわかるように、支持部材２１０をアルミニウムで形成した場合よりも、支持部材２１０を上述のように繊維の配列方向を調整したＣＦＲＰで形成した場合の方が、ねじれに対する画素ズレが少ないことがわかる。

図１１は、アルミニウムの支持部材２１０を伸ばす方向の力が加わった場合（細一点鎖線）、及び、ＣＦＲＰで左右のカメラ部１０５ａ、１０５ｂと支持装置１１０を一体的に形成した撮像装置１０５を伸ばす方向の力が加わった場合（太一点鎖線）の測定誤差（画素ズレ）を示す図である。この図１１からわかるように、支持部材２１０をアルミニウムで形成した場合よりも、支持部材２１０を上述のように繊維の配列方向を調整したＣＦＲＰで形成した場合の方が、伸びに対する画素ズレが少ないことがわかる。

さらに具体的に説明する。上述のように、ステレオカメラ構成の撮像装置は、各カメラ部の相対位置関係にズレが生ずると、測定精度が低下する。このような測定精度は、撮像する物体が、理想的な撮像位置からずれるほど低下する。このような撮像位置のずれは、支持部材２１０の変形が要因となっている。支持部材２１０の変形の仕方としては、以下の３つがある。

撓み：図７で示したｙ軸を回転軸としてたわむように負荷がかかった際の挙動
ねじれ：図７示したｘ軸を回転軸にねじれる方向に負荷がかかった際の挙動
伸び：図７で示したｘ軸方向の長さが変化する向きに負荷がかかった際の挙動

ここで、計算のため、図７に示すアルミニウムで形成した支持部材２１０を、
断面積Ａ＝１．０×１０^−４ｍ^２、ｘ軸方向の長さＬ＝１．０×１０^−１ｍのアルミ合金とし、支持部材２１０に対して等しい力Ｆで、それぞれせん断応力［Ｎ／ｍ^２］、トルクＴ［Ｎ・ｍ］、引張り応力［Ｎ／ｍ^２］を与え、ひずみ、ねじれ、伸びによる各カメラ部の位置ズレによる測定誤差を比較する。なお、アルミ合金材料の横断性係数（断性率）Ｇと縦断性係数（ヤング率）Ｅは一般的に公開されている値を用いる。

この条件で、たわみ角φ［ｒａｄ］は、「Ｇ＝（Ｆ／Ａ）／ｔａｎφ」で表すことができ、「φ＝ｔａｎ^−１［（（Ｆ／Ａ）／Ｇ）］」となる。

次に、ねじれ角θ［ｒａｄ］は、断性二次極モーメントＩ_ｐを用いて、「θ＝ＴＬ／（Ｉ_ｐＧ）と表わすことができる。

また、引張りによる変化の割合であるひずみεは、「ε＝（Ｆ／Ａ）／Ｅ」で表わすことができる。よって、伸び（引張りによる変位）Δｘは、「Δｘ＝ｌ×ε」となる。

ここで、理解を容易とするために、一方のカメラ部の位置を固定とし、他方のカメラ部を自由端にした状態で、せん断力、トルク、引張り応力を与えた場合を考える。評価値としては、各カメラ部の支持部材に負荷が加わっていない理想的な状態で撮像した画像中の物体位置と、各カメラ部の支持部材に負荷を与えた状態で撮像した画像中の物体位置とのずれ［ｐｉｘ］を用いる。なお、各カメラ部のピンホールは、理想的なピンホールとし、焦点距離は、ｆ＝６．０ｍｍ、ピクセルピッチは、ｐｉｔｃｈ＝３．０ｍｍ／ｐｉｘとする。

距離に応じた、撓み、ねじれ、及び、伸びの３種類の負荷による、近距離（被写体距離は、例えば０．１ｍ）から遠距離（例えば、１００ｍ）までの間の画素ズレ量を示したグラフが、上述の図８のグラフである。この図８からわかるように、撓み及びねじれにより生じる相対的な回転変化に比べ、伸びによる並進変化は、測定対象（物体）までの距離が遠くなるほど画像上のずれが小さくなる。例えば、０．１ｍの距離の測定対象（物体）と、１００ｍ離れた位置の測定対象とでは、画素ずれ量が３オーダー程度減少する。

この反面、撓み及びねじれは、測定対象までの距離とは関係なく、一定量の画素ずれが発生することが分かる（図９、図１０参照）。すなわち、測定対象までの距離が遠距離になるほど、伸び等の並進変化による測定誤差は減少するが、撓み及びねじれ等の回転変化による測定誤差は、距離に関係なく一定となる。

このようなことから、撮像装置１０５の測定精度の向上を図るためには、測定対象との間の距離が遠距離の場合は、撓み及びねじれに対して効果のある方向に、ＣＦＲＰの繊維を配列させて撮像装置１０５を形成すればよい。しかし、測定対象との間の距離が近距離の場合における伸びに対して効果のある方向に、ＣＦＲＰの繊維を配列させて撮像装置１０５を形成する必要がある。

換言すると、ユースケースに対応して、撓み、ねじれ及び伸び等の各種変形パターンに対する剛性を高めるためには、ＣＦＲＰの繊維の配列を、各種変形パターンに対応した配列に調整することが好ましい。

このため、図１に示したように繊維の配列を、ねじれによって生じる引張り応力の向きと平行な方向に配列した第１層部材１１０ａ及び第２層部材１１０ｂと、撓み及び伸びによって生じる引張り応力の向きと平行な方向に配列した第３層部材１１０ｃを積層したＣＦＲＰで撮像装置１０５の支持装置１１０を形成する。これにより、図９〜図１１に示したように、アルミニウム合金で形成した支持部材２１０よりも、ＣＦＲＰで形成した支持装置１１０の方が、画素ズレによる測定精度の低下を１／１０以下に抑えることができる。

ＣＦＲＰで形成した支持装置１１０は、アルミニウム合金で形成した支持部材２１０に対して、例えば５６％程度の重量となる。このため、アルミニウム合金で支持部材を形成するよりも、ＣＦＲＰで支持部材を形成した方が、撮像装置１０５を軽量化することができる。すなわち、繊維の配列方向を調整したＣＦＲＰを用いることで、撓み、ねじれ、伸び等の外的付加に対して剛性があり、かつ、軽量な支持装置１１０を形成することができる。

（第２の実施の形態の効果）
以上の説明から明らかなように、第２の実施の形態の移動体１は、ねじれ、撓み、伸び等の外的要因にそれぞれ対応する方向に遷移を配列した第１層部材１１０ａ〜第３層部材１１０ｃを積層したＣＦＲＰで撮像装置１０５の支持装置１１０を形成する。これにより、撓み、ねじれ、伸び等の外的要因を軽減して、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂの画素ズレによる測定対象の測定誤差を軽減できる。

また、撮像装置１０５は、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂを支持装置１１０に対して埋め込むかたちで設けることで、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂと支持装置１１０とをネジ等を用いずに、一体的に形成している。ネジ等を用いて各カメラ部１０５ａ、１０５ｂを支持装置１１０に組み込む場合、支持装置１１０にネジ孔を設ける必要がある。ＣＦＲＰで形成された支持装置１１０にネジ孔を設けるということは、上述のように配列されたＣＦＲＰの繊維が切断されることを意味する。これにより、多少なりとも、支持装置１１０の剛性が低下するおそれがある。

しかし、第２の実施の形態の移動体１の場合、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂを支持装置１１０に対して埋め込むかたちで設けることで、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂと支持装置１１０とをネジ等を用いずに、一体的に形成している。このため、ねじれ、撓み、伸び等の外的要因に対する上述の剛性を維持することができる（剛性のロスを防止できる）。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の移動体を説明する。上述の第１の実施の形態の移動体１は、各カメラ部１０５ａ、１０５ｂと支持装置１１０とを一体的に形成した例であった。これに対して、第３の実施の形態の移動体は、各カメラ系と支持装置とを別々に作製した例である。なお、上述の第２の実施の形態と、以下に説明する第３の実施の形態とでは、この点が異なる。以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。

図１２は、第３の実施の形態の移動体に設けられている撮像装置の各カメラ部及び支持装置３１０を示す図である。支持装置３１０は、第１の実施の形態で説明した支持装置１１０に相当する。図１２に示すように、第３の実施の形態の移動体に設けられている撮像装置の場合、長板形状の支持装置３１０の長手方向の両端部に、それぞれカメラ保持部３２０ａ又はカメラ保持部３２０ｂが接着剤等により固定されている。なお、各カメラ保持部３２０ａ、３２０ｂの固定に、接着剤を用いることとしたが、ネジで固定してもよい。左目用のカメラ部３０５ａは、カメラ保持部３２０ａに装着され、右目用のカメラ部３０５ｂは、カメラ保持部３２０ｂに装着される。

なお、図１２は、ＣＦＲＰの繊維をｘ軸方向に配列して支持装置３１０を形成した例である。この繊維の配列は、特に支持装置３１０の撓み及び伸びの影響を軽減する場合に有効である。

このような第３の実施の形態の移動体は、各カメラ系（３２０ａ、３２０ｂ、３０５ａ、３０５ｂ）と支持装置３１０とを別々に作製することで、各カメラ系及び支持装置３１０の形状を、より任意な形状で作成可能とできる他、上述の第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態の移動体を説明する。上述の第３の実施の形態の移動体は、各カメラ系と支持部材とを別々に作製すると共に、支持部材のｘ軸方向に対して例えば±４５度となる斜め方向に沿って、それぞれＣＦＲＰの繊維を配列した例である。なお、上述の第３の実施の形態と、以下に説明する第４の実施の形態とでは、この点が異なる。以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。

図１３は、第４の実施の形態の移動体に設けられている撮像装置の各カメラ部及び支持装置４１０を示す図である。支持装置４１０は、第１の実施の形態で説明した支持装置１１０に相当する。この図１３に示すように、第４の実施の形態の移動体に設けられている撮像装置の場合、長板形状の支持装置４１０の長手方向の両端部に、それぞれカメラ保持部４２０ａ又はカメラ保持部４２０ｂが接着剤等により固定されている。なお、各カメラ保持部４２０ａ、４２０ｂの固定に、接着剤を用いることとしたが、ネジで固定してもよい。左目用のカメラ部４０５ａは、カメラ保持部４２０ａに装着され、右目用のカメラ部４０５ｂは、カメラ保持部４２０ｂに装着される。

なお、図１２は、ＣＦＲＰの繊維を支持装置４１０のｘ軸方向に遷移を配列すると共に、ｘ軸方向に対して例えば±４５°の斜め方向にＣＦＲＰの繊維を配列させて、支持装置４１０を形成している。これにより、撓み及伸びの他、ねじれに対する剛性を有する支持装置４１０を形成できる他、上述の第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（実験例）
図１４は、アルミニウム合金で支持部材５１０を形成し、この支持部材５１０と別々に作製した各カメラ系（５２０ａ、５２０ｂ、５００ａ、５００ｂ）を、支持部材５１０に対してネジ止めして形成した比較例となる撮像装置５００を示す図である。支持部材５１０は、図１３に示した撓み、ねじれ及び伸びに対応する方向に遷移の配列方向が調整された支持装置４１０と質量及び外形が同等となるように、中抜き処理（支持部材５１０を中空状にする処理）が施されている。

支持部材５１０と支持装置４１０の質量を同等として理由は２つある。１つ目は、移動体に撮像装置を設ける際に、撮像装置の軽量化が重視されているためである。２つ目は、撮像装置の自重による支持部材のたわみを軽減させるため、支持部材の軽量化が重視されているためである。外形を同等とした理由は、撮像装置の基線長の長さを一致させるため、また、ねじれに対する剛性は、回転中心から、より外側にある質量に大きく依存するためである。

このようなアルミニウム合金で形成した支持部材５１０、及び、ＣＦＲＰで形成した支持装置４１０に対して、それぞれ図１５に示すように対角線上の角部からそれぞれ重りで負荷を掛けることで、ねじれを発生させる。図１６は、アルミニウム合金で形成した支持部材５１０、及び、ＣＦＲＰで形成した支持装置４１０の、ねじれに対する画素ズレ量（縦軸）を示す図である。なお、図１６の画素ズレ量は、左右のカメラ部で撮像した測定対象の、負荷を与える前後の位置ずれｙ軸成分量を示している。

図１６の画素ズレ量を示す各バーは、測定対象のうち、評価する代表点の数における標準偏差を表しており、画像領域内における位置ずれのばらつきを表している。この実験から、ＣＦＲＰで形成した支持装置４１０を用いることで、アルミニウム合金で形成した支持部材５１０に比べ、約７６．４％の画素ずれを軽減できるという実験結果を得た。

なお、アルミニウム合金で形成した支持部材５１０と同じ重量とするために、ＣＦＲＰで外形を大きくして重量合わせを行った支持装置４１０を形成した場合、アルミニウム合金で形成した支持部材５１０よりも、より剛性のある支持装置４１０を形成できる。

また、ＣＦＲＰで形成した支持部材５１０と同じ重量とするために、アルミニウム合金を中空状にして（中抜きして）支持装置４１０を形成した場合に比べ、剛性のある支持装置４１０を形成できる。

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。

例えば、上述の各実施の形態の説明では、支持装置に２つのカメラ部を設けることとしたが、支持装置に対して一つ又は３つ以上のカメラ部を設けてもよい。一つのカメラ部を設けた場合、支持部材に撓み及びねじれ等の外的負荷が加わることで生ずる撮像画像のブレ等を軽減できる。

また、上述の実施の形態は、本願発明を小型の飛行体に適用した例であったが、この他、自動車、船舶、旅客機、宇宙船等の他の移動体に適用してもよい。いずれの場合も、上述と同様の効果を得ることができる。

また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 移動体
２ 操縦装置
１００ 制御装置
１０１ フレーム
１０１ａ ウエブ部
１０１ｂ フランジ部
１０２ 駆動装置
１０３ 回転翼
１０４ 脚部
１０５ 撮像装置
１０５ａ 右目用カメラ部
１０５ｂ 左目用カメラ部
１０６ 測距センサ
１１０ 支持装置
１１０ａ 第１層部材
１１０ｂ 第２層部材
１１０ｃ 第３層部材

特開平１１−３０１３６５号公報

Claims (6)

1. 外的負荷が加わる方向に対して剛性を有する配合方向に炭素繊維を形成した炭素繊維部材で形成された支持装置であり、
   前記外的負荷は、前記支持装置を撓ませる方向の力、前記支持装置にねじれを生じさせる方向の力、又は、前記支持装置を伸ばす方向の力のうち、少なくとも一つであること
   を特徴とする支持装置。
2. 支持装置と、
   前記支持装置に設けられた一つ又は複数のカメラ部とを備え、
   前記支持装置は、炭素繊維部材で形成されること
   を特徴とする撮像装置。
3. 前記支持装置は、外的負荷が加わる方向に対して剛性を有する配合方向に炭素繊維を形成した炭素繊維部材で形成されること
   を特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記外的負荷は、前記支持装置を撓ませる方向の力、前記支持装置にねじれを生じさせる方向の力、又は、前記支持装置を伸ばす方向の力のうち、少なくとも一つであり、
   前記支持装置は、前記支持装置を撓ませる方向に対して繊維が配列させて形成した第１の層部材、前記支持装置にねじれを生じさせる方向に対して繊維を配列させて形成した第２の層部材、及び、前記支持装置を伸ばす方向に対して繊維を配列させて形成した第３の層部材のうち、前記外的負荷に応じた、いずれか一つの層部材で形成され、又は、前記外的負荷に応じた、複数の層部材を積層して形成されること
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 一つ又は複数の前記カメラ部は、前記炭素繊維部材により前記支持装置と一体的に形成されていること
   を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか一項に記載の撮像装置。
6. 一つ又は複数の前記カメラ部は、前記支持装置とは別体で形成されていること
   を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか一項に記載の撮像装置。

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