JP3875659B2 - カメラ装置及びロボット装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器による監視、コミュニケーション、ロボットの視覚等に利用され、カメラ型画像取込センサの視点を所定位置に位置合わせすることができるカメラ装置及びこれを搭載したロボット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器やロボット等に利用される機器の中には、カメラを備え、このカメラを用いて周囲の状況や撮像対象の動作等を監視しながら所定の判断を行うものがある。
【０００３】
このような機器の一つとして、カメラを人間の目のように回転させることで、視点の位置を変化させるアクティブカメラ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このアクティブカメラ装置では、カメラを球殻状の筐体の内部に配置している。このカメラは、筐体に取り付けられたジンバル機構に支持され、筐体の内部において、互いに交差する２軸周りに回転できるようになっている。このジンバル機構は、一対のジンバルから構成されており、一方のジンバルは筐体の内側に配置され、他方のジンバルは筐体の外側に配置されている。
【０００５】
筐体の外部には駆動装置が設けられている。この駆動装置は、カメラに結束される環状のワイヤを有し、このワイヤを所定方向に走行させることによって、筐体内部のカメラを駆動するようになっている。
【０００６】
このようなアクティブカメラ装置によれば、一方のジンバルが筐体の内部に設けられているため、より大きな駆動範囲が得られ、その結果、大きな視野が得られるという効果を有している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３５５６２２号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のアクティブカメラ装置では、カメラを駆動するための駆動装置を筐体の外側に配置した構成となっている。
【０００９】
そのため、塵や水分、或いは熱などの外部環境から駆動装置を保護することが困難であり、さらに駆動装置を含む装置の全体構成が大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、カメラや駆動装置等を外部環境から保護することができる小型のカメラ装置及びこれを搭載したロボット装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の一態様に従うカメラ装置及びロボット装置は次のように構成されている。
【００１２】
（１）開口部を有する球殻状の外筐体と、前記外筐体の内部に前記開口部を通して前記外筐体の外部を撮像可能に配置されたカメラと、前記外筐体の内部に前記球中心周りに回転可能に設けられた、前記開口部を開閉する開閉部材と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記外筐体の球中心で互いに交差する第１の軸と第２の軸の周りに回転可能に支持する球殻状の支持部材を含むカメラ支持手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第１の軸の周りに回転駆動する第１のカメラ駆動手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第２の軸の周りに回転駆動する第２のカメラ駆動手段と、前記支持部材と前記開閉部材を連動させる連動機構とを具備し、前記連動機構は、前記支持部材の外周面上に突出して設けられる係合ピンと、前記開閉部材に前記第２の軸の周り回転方向に対して短く、前記第１の軸の周りの回転方向に対して長く形成された、前記係合ピンと係合する係合穴とを有することを特徴とするカメラ装置。
【００１３】
（２）（１）に記載されたカメラ装置であって、前記開閉部材の外面両端部に軸心が前記第２の軸とほぼ一致するようにそれぞれ突設された一対の支持ピンをさらに具備し、前記支持ピンは前記外筐体の前記第２の軸と交差する位置に形成された第１の穴と、前記外筐体の前記第１の穴から偏心した位置に形成された第２の穴とを有する支持穴によって支持されており、前記開閉部材を前記支持部材から離間する方向に引き上げた際に前記支持ピンの位置が前記第１の穴から前記第２の穴に移動して前記係合ピンが前記係合ピンから抜脱されることにより、前記支持部材と前記開閉部材との連動が解除されることを特徴とする。
【００１４】
（３）開口部を有する球殻状の外筐体と、前記外筐体の内部に前記開口部を通して前記外筐体の外部を撮像可能に配置された眼球として機能するカメラと、前記外筐体の内部に前記球中心周りに回転可能に設けられた、前記開口部を開閉することによりまぶたとして機能する開閉部材と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記外筐体の球中心で互いに交差する第１の軸と第２の軸の周りに回転可能に支持する球殻状の支持部材を含むカメラ支持手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第１の軸の周りに回転駆動する第１のカメラ駆動手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第２の軸の周りに回転駆動する第２のカメラ駆動手段と、前記支持部材と前記開閉部材を連動させる連動機構とを具備し、前記連動機構は、前記支持部材の外周面上に突出して設けられる係合ピンと、前記開閉部材に前記第２の軸の周り回転方向に対して短く、前記第１の軸の周りの回転方向に対して長く形成された、前記係合ピンと係合する係合穴とを有することを特徴とするロボット装置。
【００１５】
（４）（３）に記載されたロボット装置であって、前記開閉部材の外面両端部に軸心が前記第２の軸とほぼ一致するようにそれぞれ突設された一対の支持ピンをさらに具備し、前記支持ピンは前記外筐体の前記第２の軸と交差する位置に形成された第１の穴と、前記外筐体の前記第１の穴から偏心した位置に形成された第２の穴とを有する支持穴によって支持されており、前記開閉部材を前記支持部材から離間する方向に引き上げた際に前記支持ピンの位置が前記第１の穴から第２の穴に移動して前記係合ピンが前記係合ピンから抜脱されることにより、前記支持部材と前記開閉部材との連動が解除されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す斜視図である。図２は、同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＸＺ平面で切断して示す断面図である。図３は、同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＹＺ平面で切断して示す断面図である。
【００２５】
図１〜図３に示すように、本発明のアクティブカメラ装置は、球殻状の外筐体１を有している。この外筐体１には、円形状の開口部２が形成されており、開口部２内には透明な素材で形成された透光部材（不図示）が嵌め込まれている。
【００２６】
なお、開口部２は、カメラ１２（後述する）の視野範囲を遮らないような形状と寸法に形成されている。
【００２７】
外筐体１の内面には、筐体固定部材４（支持部材）が固定されている。この筐体固定部材４は板状部材からなり、外筐体１の球中心側に向かって突出している。
【００２８】
筐体固定部材４の先端部には、板厚方向の中途部に第１の溝部５が形成されている。この第１の溝部５は、筐体固定部材４の長手方向に沿って形成されており、その底面３は外筐体１と同心の円弧面状になっている。
【００２９】
また、筐体固定部材４の先端部には、第１のモータ６（第１のカメラ駆動手段）が固定されている。第１のモータ６の駆動軸６ａには、第１のピニオンギア７が嵌着されている。この第１のピニオンギア７は、筐体固定部材４の先端部に設けられた挿通孔８内に挿入され、その周面は第１の溝部５と対向している。
【００３０】
第１の溝部５の内側には、弧状ジンバル９（半環状部材）がスライド可能に支持されている。この弧状ジンバル９は、半環状の板状部材からなり、外筐体１の球中心と同心になるよう配置されている。弧状ジンバル９の外周面は、第１の溝部５の底面３と接触し、内周面は第１のピニオンギア７よりも第１の溝部５の底面３側に位置している。
【００３１】
弧状ジンバル９の内周面には、内歯車９ａが形成されている。この内歯車９ａは、前記第１のピニオンギア７と噛み合っており、第１のモータ６を駆動することで、弧状ジンバル９を外筐体１の球中心を通るＹ軸（第１の軸）の周りに回転できるようになっている。
【００３２】
弧状ジンバル９の一端側には、平歯車１５が設けられている。この平歯車１５は、弧状ジンバル９に対して垂直に固定されており、その回転軸はＹ軸とほぼ一致している。
【００３３】
弧状ジンバル９の周方向の両端部間は、軸部材１０によって連結されている。この軸部材１０は、断面ほぼ円形の丸棒からなり、その軸心線は外筐体１の球中心にて前記Ｙ軸とほぼ垂直に交わるＸ軸（第２の軸）とほぼ一致している。
【００３４】
この軸部材１０には、板状の取付板１１（取付部材）が設けられている。この取付板１１の一方の面には、凹状の支持部１１ａが形成されており、この支持部１１ａが軸部材１０と係合することで、取付板１１が軸部材１０の周りに回転可能となっている。
【００３５】
取付板１１の他方の面には、カメラ１２が設けられている。このカメラ１２はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサのような撮像素子（不図示）を有し、光軸がＸ軸及びＹ軸とほぼ垂直に交わるＺ軸と一致するよう配置され、その前面には前面ガラス１２ａを備えている。
【００３６】
また、カメラ１２の前面側には、ほぼ球殻状のカメラ支持部材１３が固定されている。このカメラ支持部材１３は、外筐体１と同心に配置されており、カメラ１２の前面に対応する部分には取付開口１４が形成されている。
【００３７】
取付板１１の所定位置には、第２のモータ１７（第２のカメラ駆動手段）がブラケット１９を介して固定されている。第２のモータ１７の駆動軸１７ａには、第２のピニオンギア１８が嵌着されている。この第２のピニオンギア１８は、前記平歯車１５と噛み合っており、第２のモータ１７を駆動することで、平歯車１５の周りを矢印Ａで示すよう回転するようになっている。
【００３８】
すなわち、カメラ１２と第２のモータ１７が取付板１１を介して一体的になっているため、第２のモータ１７を駆動することで、カメラ１２を軸部材１０の周りに、すなわちＸ軸周りに回転できるようになっている。
【００３９】
なお、第２のモータ１７の駆動停止によって第２のピニオンギア１８の回転を停止すると、カメラ１２が駆動停止時における位置を維持するようになっている。
【００４０】
また、上述のように、第１のモータ６を駆動すれば、第１のピニオンギア７の回転によって弧状ジンバル９がＹ軸の周りに回転するため、軸部材１０に支持されているカメラ１２をＹ軸周りに回転できるようになっている。
【００４１】
なお、第１のモータ６の駆動停止によって弧状ジンバル９の回転を停止すると、カメラ１２が駆動停止時における位置を維持するようになっている。
【００４２】
すなわち、筐体固定部材４、弧状ジンバル９、軸部材１０、及び取付板１１は、カメラ１２をＸ軸とＹ軸周りに回転可能に支持するためのカメラ支持手段２４を構成している。
【００４３】
外筐体１とカメラ支持部材１３の間には、開閉部材２０が配置されている。この開閉部材２０は、球殻体の一部から構成されており、外面両端部にはそれぞれ支持ピン２１が突設されている。これら支持ピン２１は、軸心がＸ軸とほぼ一致しており、外筐体１に設けられた支持穴２２によってそれぞれ回転可能に支持されている。
【００４４】
各支持穴２２は、第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂから構成されている。第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂは、それぞれほぼ同径の丸い穴からなり、第１の穴２２ａは外筐体１のＸ軸と交差する位置に、第２の穴２２ｂは第１の穴２２ａから少し偏心した位置にそれぞれ形成されている。
【００４５】
なお、第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂの連結部分は、その周辺部に比べて穴径が小さくなっているが、手動により開閉部材２０をカメラ支持部材１３に対する接離方向にスライドさせることで、支持ピン２１を第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂの間で摺動できるようになっている。
【００４６】
図４は、同実施の形態に係るカメラ支持部材１３と開閉部材２０が連動して動く様子を示し、（ａ）はカメラ支持部材１３が回転する前の状態を示す概略図、（ｂ）はカメラ支持部材１３が回転している状態を示す概略図、（ｃ）はカメラ支持部材１３が回転している状態を示す概略図である。
【００４７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、開閉部材２０とカメラ支持部材１３は、連動機構２３によって連結されている。この連動機構２３は、カメラ支持部材１３の外周面に設けられる係合ピン２３ａと、開閉部材２０に設けられる係合穴２３ｂから構成されている。
【００４８】
この係合ピン２３ａは、断面ほぼ円形に形成されており、カメラ支持部材１３と外筐体１の間の隙間に位置している。一方、係合穴２３ｂは、Ｘ軸周りの回転方向に対しては狭く、Ｙ軸周りの回転方向に対しては長く形成されている（図４（ｃ）参照）。
【００４９】
このため、図４（ａ）に示すように、係合穴２３ｂ内に係合ピン２３ａを挿通させておけば、カメラ支持部材１３がＸ軸周りに回転したときに、図４（ｂ）と図４（ｃ）に示すように、係合穴２３ｂの縁部に係合ピン２３ａが引っ掛かり、開閉部材２０とカメラ支持部材１３が連動するようになっている。
【００５０】
しかしながら、上述のごとく、係合穴２３ｂがＹ軸周りの回転方向に対して長く形成されているため、カメラ支持部材１３がＹ軸周りに回転しても、係合穴２３ｂの縁部に係合ピン２３ａが引っ掛からず、開閉部材２０がカメラ支持部材１３に連動しないようになっている。
【００５１】
図５は、同実施の形態に係るカメラ支持部材と開閉部材の連動機構を解除する工程を示し、（ａ）は連動機構が解除されていない状態を示す概略図、（ｂ）は連動機構が解除された状態を示す概略図、（ｃ）は連動機構が解除された後に開閉部材によって外筐体の開口部を閉じる状態を示す概略図である。
【００５２】
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、この連動機構２３は、手動によって解除できるようになっている。すなわち、図５（ａ）に示すように、連動機構２３が解除されてない状態から、開閉部材２０をカメラ支持部材１３から離間する方向に引き上げることで、支持ピン２１の位置を第１の穴２２ａから第２の穴２２ｂに移動させれば、図５（ｂ）に示すように、係合ピン２３ａが係合穴２３ｂから抜脱されるから、開閉部材２０とカメラ支持部材１３の連動が解除され、図５（ｃ）に示すように、開閉部材２０はカメラ支持部材１３に対して自由に動けるようになる。
【００５３】
なお、ここでは支持ピン２１の位置を第２の穴２２ｂとして開閉部材２０が動く形態について説明したが、連動機構２３が解除された後に支持ピン２１の位置を第１の穴２２ａに戻して開閉部材２０が動くようにしてもよい。
【００５４】
前記構成のアクティブカメラ装置においては、カメラ１２を外筐体１の球中心で互いに交差するＸ軸とＹ軸周りに回転可能に支持しており、第１のモータ６と第２のモータ１７を駆動することで、カメラ１２の視点、すなわち光軸を外筐体１の球中心の周りに回転させることができる。
【００５５】
しかも、第１のモータ６と第２のモータ１７の駆動量を調整すれば、カメラ１２の視点を種々に変更し、様々な角度から撮像対象を撮像することができる。
【００５６】
このようなアクティブカメラ装置において、本実施の形態では、第１のモータ６と第２のモータ１７を外筐体１の内部に収容している。
【００５７】
そのため、第１のモータ６と第２のモータ１７を塵や水分、或いは熱などの外部環境から保護することができるばかりか、装置の全体構成を小型化することができる。
【００５８】
また、外筐体１に開閉部材２０をＸ軸周りに回転可能に設け、この開閉部材２０によって開口部２を開閉できるようにしている。
【００５９】
そのため、カメラ１２の不使用時に開閉部材２０によってカメラ１２の前面側を覆うことで、カメラ１２の前面ガラス１２ａを保護することができる。
【００６０】
しかも、開閉部材２０の内周面にレンズクリーナを設ければ、開閉部材２０の開閉動作によってカメラ１２の前面ガラス１２ａ表面をクリーニングすることができる。
【００６１】
次に、図６〜図８を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６２】
なお、ここでは、第１の実施の形態と同様の構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００６３】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示し、（ａ）は装置全体を切断して示す斜視図、（ｂ）は装置全体を切断して示す断面図である。図７は、同実施の形態に係る開閉部材２０によって外筐体１の開口部２を閉成する様子を示し、（ａ）は外筐体１の開口部２が全開である状態を示す概略図、（ｂ）は外筐体１の開口部２が開閉部材２０によって少し覆われた状態を示す概略図、（ｃ）は外筐体１の開口部２が開閉部材２０によって完全に覆われた状態を示す概略図である。
【００６４】
本実施の形態では、図６（ａ）と図６（ｂ）に示すように、支持ピン２１と支持穴２２の間に捩じりバネ３１が介装されている。この捩じりバネ３１は、開閉部材２０を外筐体１の開口部２を閉じる方向、すなわち矢印Ｂ方向に付勢している。
【００６５】
また、外筐体１の内部には、第３のモータ３２（開閉部材駆動手段）が設けられている。この第３のモータ３２の駆動軸３２ａには、プーリ３３が嵌着されており、このプーリ３３にはワイヤ３４が捲回されている。
【００６６】
ワイヤ３４の先端部は、開閉部材２０に接続されており、第３のモータ３２を駆動することで、プーリ３３から引き出されたワイヤ３４の長さを調整できるようになっている。
【００６７】
このような構成にすれば、第３のモータ３２を駆動することで、外筐体１の開口部２を容易に開閉することができる。
【００６８】
しかも、第３のモータ３２の駆動量を制御すれば、開口部２の開口量を変えることができるから、撮像条件に応じてカメラ１２に入射する光量や被写界深度を簡単に調整することができる。
【００６９】
例えば、カメラ１２の視野内の特定の被写体画像だけをシャープに写したい場合には、図７（ａ）に示すように、開閉部材２０によって開口部２の開口量を大きくすることで被写界深度を浅くし、視野内全体の画像をシャープにしたい場合には、図７（ｂ）に示すように、開口部２の開口量を小さくすることで被写界深度を深くすることができる。さらに、不使用時には、図７（ｃ）に示すように、開閉部材２０によって外筐体１の開口部２を閉成し、開閉部材２０をカバーとして機能させることもできる。
【００７０】
さらに、開閉部材２０によって光量を機械的に調整できるため、カメラ１２の撮像素子としてＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを用いた場合、ソフトウエアのみに頼って光量を調整する場合に比べて、よりよい画像を確実に取り込むことが可能となる。
【００７１】
また、開閉部材２０の内周面にレンズクリーナを設ければ、開閉部材２０の開閉動作によってカメラ１２の前面ガラス１２ａ表面を容易にクリーニングすることができる。
【００７２】
図８は、同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の変形例の構成を示す斜視図である。
【００７３】
図８に示すように、この変形例において、開閉部材２０と外筐体１の間には、線状の形状記憶合金２５が固定されている。この形状記憶合金２５は、電流を流すことで、線が縮む方向に変形するようになっている。
【００７４】
また、支持ピン２１と支持穴２２の間には、捩じりバネ３１（図６（ｂ）を参照。）が介装されている。この捩じりバネ３１は、開閉部材２０を外筐体１の開口部２を閉じる方向、すなわち矢印Ｂ方向に付勢している。そのため、この状態から形状記憶合金２５に電流を流すことによって、形状記憶合金２５は線が縮む方向に変形し、開閉部材２０を開く方向に駆動することができる。
【００７５】
次に、図９〜図１１を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００７６】
なお、ここでは、第１の実施の形態と第２の実施の形態と同じ構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００７７】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す断面図である。図１０は、同実施の形態に係るレンズ駆動装置４４の構成を示すブロック図である。図１１は、同実施の形態に係る開閉部材の内面に設けられるターゲットを示す概略図である。
【００７８】
本実施の形態では、図９に示すようにカメラ１２は、撮像素子４０と、撮像素子４０上に外筐体の外部の像を結像する１群レンズ４２と、２群レンズ４３及びレンズ駆動装置４４を有し、レンズ駆動装置４４によりレンズ４２、４３をカメラ１２の光軸に沿って前後に駆動させることで、フォーカス及び光学ズームを自動で行うことが可能である。
【００７９】
図１０に示すように、レンズ駆動装置４４は、静電アクチュエータなどのアクチュエータ４５と、撮像素子４０から出力される画像情報を処理してレンズ位置の目標値を生成する画像処理部４６と、画像処理部４６からの目標値出力に従ってレンズの軌道を生成する軌道生成部４９と、軌道生成部４９からの出力に従って、アクチュエータドライバ４７への指令値を生成する制御演算部５０と、指令値に従ってアクチュエータ４５を駆動するアクチュエータドライバ４７からなる。画像処理部４６、軌道生成部４９、制御演算部５０は、アクティブカメラ装置全体の制御を司る図示しないＣＰＵ（プロセッサ）によりソフトウエア処理で実現することも可能である。
【００８０】
この構成において、開閉部材２０の内面に貼り付けられた、予め図１１に示すような模様が描かれたターゲット４８を使用して以下のようにレンズ位置の初期化を行う。
【００８１】
まず、カメラ１２によって予め決められた視野でターゲット４８を撮像し、これよって得られる画像情報を画像処理部４６に取り込み、レンズ４２、４３を光軸方向に移動させながら、取込んだ画像情報に対して画像処理を施す。
【００８２】
具体的には、画像処理部４６はターゲット４８の模様に対応した画像情報の画面全体における平均的な輝度値をレンズ４２、４３の光軸方向の移動に伴って順次算出し、この輝度値が最大となるレンズ４２、４３の位置を見出す。
【００８３】
輝度値が最大となるレンズ４２、４３の位置は、予め決められたレンズパラメータなどにより決まり、この位置をレンズ４２、４３の初期位置とすることによって、再現性良くレンズ位置の初期化を行うことができる。
【００８４】
次に、図１２と図１３を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００８５】
なお、ここでは、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態と同じ構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００８６】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るアクティブカメラ装置が転動する様子を示し、（ａ）は重心位置が最も低い位置にある状態を示す概略図、（ｂ）は重心位置を最も低い位置から少しずらした状態を示す概略図である。図１３は、同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の転動が外部環境によって規制された状態を示す概略図である。
【００８７】
本実施の形態では、図１２に示すように、外筐体１の内部に外部装置（不図示）との間で無線通信を行うための無線モジュール５１（無線通信手段）を備えている。
【００８８】
この無線モジュール５１は、外部装置からの指令信号を受信し、この指令信号に従ってカメラ１２から出力される画像情報を外部装置に送信したり、指令信号を前記第１のモータ６と第２のモータ１７に供給して、この指令信号に従ってカメラ１２の向きを変えることができる。
【００８９】
このような構成にすることで、アクティブカメラ装置を狭い隙間などに転がし入れた場合でも、遠隔地からカメラ１２の方向を制御したり、遠隔地にてカメラ１２が撮像した画像情報を得ることができる。
【００９０】
また、外筐体１がほぼ球殻状に形成されているため、アクティブカメラ装置全体の重心位置を変えることで、設置面５３に対して転がり移動を行うことも可能となる。
【００９１】
例えば、図１２（ａ）に示すように、カメラ１２が下を向いている状態では、重心位置５２が外筐体１の球中心を通る鉛直方向軸ｋ上にあるため、アクティブカメラ装置に回転モーメントは作用していない。そのため、このアクティブカメラ装置は、設置面５３上で転がることなく静止する。
【００９２】
この状態からカメラ１２を少し駆動すると、図１２（ｂ）に示すように、重心位置５２が鉛直方向軸ｋ上からずれるため、アクティブカメラ装置に回転モーメントが作用する。そのため、このアクティブカメラ装置は、矢印Ｃで示すように、設置面５３を転がりながら移動する。
【００９３】
このようにして、アクティブカメラ装置が目的位置に到達したら、急激な重心移動が起こらないようカメラ１２をゆっくり駆動し、外筐体１を転動させることなく、カメラ１２の向きのみを変える。これによって、所望の視点から撮像対象を撮像することが可能となる。
【００９４】
また、図１３に示すように、外筐体１が外部環境５４によって固定されれば、カメラ１２の向きを変えて目的の視点に切り替える動作を容易に行えることができる。
【００９５】
なお、アクティブカメラ装置の転がり移動は、カメラ１２などの内部機構を急激に動かしたときに重心に作用する移動加速度を利用することによっても実現できる。
【００９６】
次に、図１４と図１５を用いて本発明の第５の実施の形態を説明する。
【００９７】
なお、ここでは、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態と同じ構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００９８】
図１４は、本発明の第５の実施の形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。
【００９９】
本実施の形態では、図１４に示すように、ロボット装置６０の所定位置に本発明のアクティブカメラ装置を目になぞらえて装着している。
【０１００】
このような構成にすることで、外筐体１に内蔵されたカメラ１２を眼球、開閉部材２０をまぶたとして動かすことで、ロボット装置６０に生物が示すような感情表現を行わせたり、人とのコミュニケーションを行わせることができる。
【０１０１】
なお、人とのコミュニケーションとしては、人の命令を理解した際に人に向かって片目を閉じてウインクをする等が考えられる。
【０１０２】
図１５に示すフローチャートを用いてロボット装置６０が人とコミュニケーションを行う際の工程を説明する。
【０１０３】
図１５は、ロボット装置６０と人がコミュニケーションを行う際の制御フローチャートを示す工程図である。
【０１０４】
アクティブカメラ装置を起動したならば、人がロボット装置６０に対してジェスチャもしくは声で命令をする（ステップＳ１）。ロボット装置６０に内臓された音声検出部（不図示）が人の声を検出したら（ステップＳ２のＹＥＳ）、その声をマイク（不図示）によって取り込み（ステップＳ３）、音声認識（ステップＳ４）によって、どのような命令がされているのかを判断する（ステップＳ５）。
【０１０５】
一方、音声検出部が人の声を検出しない場合（ステップＳ２のＮＯ）、人のジェスチャをカメラ１２によって取り込み（ステップＳ６）、ジェスチャ認識（ステップＳ７）によって、どのような命令がされているのかを判断する（ステップＳ５）。
【０１０６】
ジェスチャ認識では、あらかじめ複数のパターンを記憶装置（不図示）に記憶しておき、ジェスチャがどのパターンに該当するかを検出することで、命令内容を理解する。
【０１０７】
次に、ロボット装置６０が、現在おかれている状況や周囲の情報に基づいて、命令内容を実行できると判断した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、第３のモータ３２に駆動指令信号を送り、開閉部材２０によって外筐体１の開口部２を開閉する（ステップＳ９）。これによって、ロボット装置６０は、コミュニケーションの意思表示として、片目のまぶたを閉じる、いわゆるウインクを行う。
【０１０８】
一方、ロボット装置６０が命令内容を実行できないと判断した場合（ステップＳ８のＮＯ）、再び音声検出部で人の声の検出を行う。
【０１０９】
なお、本発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によれば、装置の構成を大型化することなく、カメラや駆動手段等を外部環境から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す斜視図。
【図２】 同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＸＺ平面で切断して示す断面図。
【図３】 同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＹＺ平面で切断して示す断面図。
【図４】 同実施の形態に係るカメラ支持部材と開閉部材が連動して動く様子を示し、（ａ）はカメラ支持部材が回転する前の状態を示す概略図、（ｂ）はカメラ支持部材が回転している状態を示す概略図、（ｃ）はカメラ支持部材１３が回転している状態を示す概略図。
【図５】 同実施の形態に係るカメラ支持部材と開閉部材の連動機構を解除する工程を示し、（ａ）は連動機構が解除されていない状態を示す概略図、（ｂ）は連動機構が解除された状態を示す概略図、（ｃ）は連動機構が解除された後に開閉部材によって外筐体の開口部を閉じる状態を示す概略図。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示し、（ａ）は装置全体を切断して示す斜視図、（ｂ）は装置全体を切断して示す断面図。
【図７】 同実施の形態に係る開閉部材によって外筐体の開口部を閉成する様子を示し、（ａ）は外筐体の開口部が全開である状態を示す概略図、（ｂ）は外筐体の開口部が開閉部材によって少し覆われた状態を示す概略図、（ｃ）は外筐体の開口部が開閉部材によって完全に覆われた状態を示す概略図。
【図８】 同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の変形例の構成を示す斜視図。
【図９】 本発明の第３の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す断面図。
【図１０】 同実施の形態に係るレンズ駆動装置の構成を示すブロック図。
【図１１】 同実施の形態に係る開閉部材の内面に設けられるターゲットを示す概略図。
【図１２】 本発明の第４の実施の形態に係るアクティブカメラ装置が転動する様子を示し、（ａ）は重心位置が最も低い位置にある状態を示す概略図、（ｂ）は重心位置を最も低い位置から少しずらした状態を示す概略図。
【図１３】 同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の転動が外部環境によって規制された状態を示す概略図。
【図１４】 本発明の第５の実施の形態に係るロボット装置の構成を示す概略図。
【図１５】 同実施の形態に係るロボット装置と人がコミュニケーションを行う際の制御フローチャートを示す工程図。
【符号の説明】
１…外筐体、２…開口部、４…筐体固定部材（支持部材）、６…第１のモータ（第１のカメラ駆動手段）、９…弧状ジンバル（半環状部材）、１０…軸部材、１１…取付板（取付部材）、１２…カメラ、１７…第２のモータ（第２のカメラ駆動手段）、２０…開閉部材、２４…カメラ支持手段、３２…第３のモータ（開閉部材駆動手段）、４４…レンズ駆動装置（レンズ駆動手段）、４２…１群レンズ、４３…２群レンズ、４８…ターゲット、５２…重心位置、５１…無線モジュール（無線通信手段）、６０…ロボット装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器による監視、コミュニケーション、ロボットの視覚等に利用され、カメラ型画像取込センサの視点を所定位置に位置合わせすることができるカメラ装置及びこれを搭載したロボット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器やロボット等に利用される機器の中には、カメラを備え、このカメラを用いて周囲の状況や撮像対象の動作等を監視しながら所定の判断を行うものがある。
【０００３】
このような機器の一つとして、カメラを人間の目のように回転させることで、視点の位置を変化させるアクティブカメラ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このアクティブカメラ装置では、カメラを球殻状の筐体の内部に配置している。このカメラは、筐体に取り付けられたジンバル機構に支持され、筐体の内部において、互いに交差する２軸周りに回転できるようになっている。このジンバル機構は、一対のジンバルから構成されており、一方のジンバルは筐体の内側に配置され、他方のジンバルは筐体の外側に配置されている。
【０００５】
筐体の外部には駆動装置が設けられている。この駆動装置は、カメラに結束される環状のワイヤを有し、このワイヤを所定方向に走行させることによって、筐体内部のカメラを駆動するようになっている。
【０００６】
このようなアクティブカメラ装置によれば、一方のジンバルが筐体の内部に設けられているため、より大きな駆動範囲が得られ、その結果、大きな視野が得られるという効果を有している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３５５６２２号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のアクティブカメラ装置では、カメラを駆動するための駆動装置を筐体の外側に配置した構成となっている。
【０００９】
そのため、塵や水分、或いは熱などの外部環境から駆動装置を保護することが困難であり、さらに駆動装置を含む装置の全体構成が大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、カメラや駆動装置等を外部環境から保護することができる小型のカメラ装置及びこれを搭載したロボット装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の一態様に従うカメラ装置及びロボット装置は次のように構成されている。
【００１２】
（１）開口部を有する球殻状の外筐体と、前記外筐体の内部に前記開口部を通して前記外筐体の外部を撮像可能に配置されたカメラと、前記外筐体の内部に前記球中心周りに回転可能に設けられた、前記開口部を開閉する開閉部材と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記外筐体の球中心で互いに交差する第１の軸と第２の軸の周りに回転可能に支持する球殻状の支持部材を含むカメラ支持手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第１の軸の周りに回転駆動する第１のカメラ駆動手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第２の軸の周りに回転駆動する第２のカメラ駆動手段と、前記支持部材と前記開閉部材を連動させる連動機構とを具備し、前記連動機構は、前記支持部材の外周面上に突出して設けられる係合ピンと、前記開閉部材に前記第２の軸の周り回転方向に対して短く、前記第１の軸の周りの回転方向に対して長く形成された、前記係合ピンと係合する係合穴とを有することを特徴とするカメラ装置。
【００１３】
（２）（１）に記載されたカメラ装置であって、前記開閉部材の外面両端部に軸心が前記第２の軸とほぼ一致するようにそれぞれ突設された一対の支持ピンをさらに具備し、前記支持ピンは前記外筐体の前記第２の軸と交差する位置に形成された第１の穴と、前記外筐体の前記第１の穴から偏心した位置に形成された第２の穴とを有する支持穴によって支持されており、前記開閉部材を前記支持部材から離間する方向に引き上げた際に前記支持ピンの位置が前記第１の穴から前記第２の穴に移動して前記係合ピンが前記係合ピンから抜脱されることにより、前記支持部材と前記開閉部材との連動が解除されることを特徴とする。
【００１４】
（３）開口部を有する球殻状の外筐体と、前記外筐体の内部に前記開口部を通して前記外筐体の外部を撮像可能に配置された眼球として機能するカメラと、前記外筐体の内部に前記球中心周りに回転可能に設けられた、前記開口部を開閉することによりまぶたとして機能する開閉部材と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記外筐体の球中心で互いに交差する第１の軸と第２の軸の周りに回転可能に支持する球殻状の支持部材を含むカメラ支持手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第１の軸の周りに回転駆動する第１のカメラ駆動手段と、前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第２の軸の周りに回転駆動する第２のカメラ駆動手段と、前記支持部材と前記開閉部材を連動させる連動機構とを具備し、前記連動機構は、前記支持部材の外周面上に突出して設けられる係合ピンと、前記開閉部材に前記第２の軸の周り回転方向に対して短く、前記第１の軸の周りの回転方向に対して長く形成された、前記係合ピンと係合する係合穴とを有することを特徴とするロボット装置。
【００１５】
（４）（３）に記載されたロボット装置であって、前記開閉部材の外面両端部に軸心が前記第２の軸とほぼ一致するようにそれぞれ突設された一対の支持ピンをさらに具備し、前記支持ピンは前記外筐体の前記第２の軸と交差する位置に形成された第１の穴と、前記外筐体の前記第１の穴から偏心した位置に形成された第２の穴とを有する支持穴によって支持されており、前記開閉部材を前記支持部材から離間する方向に引き上げた際に前記支持ピンの位置が前記第１の穴から第２の穴に移動して前記係合ピンが前記係合ピンから抜脱されることにより、前記支持部材と前記開閉部材との連動が解除されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す斜視図である。図２は、同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＸＺ平面で切断して示す断面図である。図３は、同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＹＺ平面で切断して示す断面図である。
【００２５】
図１〜図３に示すように、本発明のアクティブカメラ装置は、球殻状の外筐体１を有している。この外筐体１には、円形状の開口部２が形成されており、開口部２内には透明な素材で形成された透光部材（不図示）が嵌め込まれている。
【００２６】
なお、開口部２は、カメラ１２（後述する）の視野範囲を遮らないような形状と寸法に形成されている。
【００２７】
外筐体１の内面には、筐体固定部材４（支持部材）が固定されている。この筐体固定部材４は板状部材からなり、外筐体１の球中心側に向かって突出している。
【００２８】
筐体固定部材４の先端部には、板厚方向の中途部に第１の溝部５が形成されている。この第１の溝部５は、筐体固定部材４の長手方向に沿って形成されており、その底面３は外筐体１と同心の円弧面状になっている。
【００２９】
また、筐体固定部材４の先端部には、第１のモータ６（第１のカメラ駆動手段）が固定されている。第１のモータ６の駆動軸６ａには、第１のピニオンギア７が嵌着されている。この第１のピニオンギア７は、筐体固定部材４の先端部に設けられた挿通孔８内に挿入され、その周面は第１の溝部５と対向している。
【００３０】
第１の溝部５の内側には、弧状ジンバル９（半環状部材）がスライド可能に支持されている。この弧状ジンバル９は、半環状の板状部材からなり、外筐体１の球中心と同心になるよう配置されている。弧状ジンバル９の外周面は、第１の溝部５の底面３と接触し、内周面は第１のピニオンギア７よりも第１の溝部５の底面３側に位置している。
【００３１】
弧状ジンバル９の内周面には、内歯車９ａが形成されている。この内歯車９ａは、前記第１のピニオンギア７と噛み合っており、第１のモータ６を駆動することで、弧状ジンバル９を外筐体１の球中心を通るＹ軸（第１の軸）の周りに回転できるようになっている。
【００３２】
弧状ジンバル９の一端側には、平歯車１５が設けられている。この平歯車１５は、弧状ジンバル９に対して垂直に固定されており、その回転軸はＹ軸とほぼ一致している。
【００３３】
弧状ジンバル９の周方向の両端部間は、軸部材１０によって連結されている。この軸部材１０は、断面ほぼ円形の丸棒からなり、その軸心線は外筐体１の球中心にて前記Ｙ軸とほぼ垂直に交わるＸ軸（第２の軸）とほぼ一致している。
【００３４】
この軸部材１０には、板状の取付板１１（取付部材）が設けられている。この取付板１１の一方の面には、凹状の支持部１１ａが形成されており、この支持部１１ａが軸部材１０と係合することで、取付板１１が軸部材１０の周りに回転可能となっている。
【００３５】
取付板１１の他方の面には、カメラ１２が設けられている。このカメラ１２はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサのような撮像素子（不図示）を有し、光軸がＸ軸及びＹ軸とほぼ垂直に交わるＺ軸と一致するよう配置され、その前面には前面ガラス１２ａを備えている。
【００３６】
また、カメラ１２の前面側には、ほぼ球殻状のカメラ支持部材１３が固定されている。このカメラ支持部材１３は、外筐体１と同心に配置されており、カメラ１２の前面に対応する部分には取付開口１４が形成されている。
【００３７】
取付板１１の所定位置には、第２のモータ１７（第２のカメラ駆動手段）がブラケット１９を介して固定されている。第２のモータ１７の駆動軸１７ａには、第２のピニオンギア１８が嵌着されている。この第２のピニオンギア１８は、前記平歯車１５と噛み合っており、第２のモータ１７を駆動することで、平歯車１５の周りを矢印Ａで示すよう回転するようになっている。
【００３８】
すなわち、カメラ１２と第２のモータ１７が取付板１１を介して一体的になっているため、第２のモータ１７を駆動することで、カメラ１２を軸部材１０の周りに、すなわちＸ軸周りに回転できるようになっている。
【００３９】
なお、第２のモータ１７の駆動停止によって第２のピニオンギア１８の回転を停止すると、カメラ１２が駆動停止時における位置を維持するようになっている。
【００４０】
また、上述のように、第１のモータ６を駆動すれば、第１のピニオンギア７の回転によって弧状ジンバル９がＹ軸の周りに回転するため、軸部材１０に支持されているカメラ１２をＹ軸周りに回転できるようになっている。
【００４１】
なお、第１のモータ６の駆動停止によって弧状ジンバル９の回転を停止すると、カメラ１２が駆動停止時における位置を維持するようになっている。
【００４２】
すなわち、筐体固定部材４、弧状ジンバル９、軸部材１０、及び取付板１１は、カメラ１２をＸ軸とＹ軸周りに回転可能に支持するためのカメラ支持手段２４を構成している。
【００４３】
外筐体１とカメラ支持部材１３の間には、開閉部材２０が配置されている。この開閉部材２０は、球殻体の一部から構成されており、外面両端部にはそれぞれ支持ピン２１が突設されている。これら支持ピン２１は、軸心がＸ軸とほぼ一致しており、外筐体１に設けられた支持穴２２によってそれぞれ回転可能に支持されている。
【００４４】
各支持穴２２は、第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂから構成されている。第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂは、それぞれほぼ同径の丸い穴からなり、第１の穴２２ａは外筐体１のＸ軸と交差する位置に、第２の穴２２ｂは第１の穴２２ａから少し偏心した位置にそれぞれ形成されている。
【００４５】
なお、第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂの連結部分は、その周辺部に比べて穴径が小さくなっているが、手動により開閉部材２０をカメラ支持部材１３に対する接離方向にスライドさせることで、支持ピン２１を第１の穴２２ａと第２の穴２２ｂの間で摺動できるようになっている。
【００４６】
図４は、同実施の形態に係るカメラ支持部材１３と開閉部材２０が連動して動く様子を示し、（ａ）はカメラ支持部材１３が回転する前の状態を示す概略図、（ｂ）はカメラ支持部材１３が回転している状態を示す概略図、（ｃ）はカメラ支持部材１３が回転している状態を示す概略図である。
【００４７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、開閉部材２０とカメラ支持部材１３は、連動機構２３によって連結されている。この連動機構２３は、カメラ支持部材１３の外周面に設けられる係合ピン２３ａと、開閉部材２０に設けられる係合穴２３ｂから構成されている。
【００４８】
この係合ピン２３ａは、断面ほぼ円形に形成されており、カメラ支持部材１３と外筐体１の間の隙間に位置している。一方、係合穴２３ｂは、Ｘ軸周りの回転方向に対しては狭く、Ｙ軸周りの回転方向に対しては長く形成されている（図４（ｃ）参照）。
【００４９】
このため、図４（ａ）に示すように、係合穴２３ｂ内に係合ピン２３ａを挿通させておけば、カメラ支持部材１３がＸ軸周りに回転したときに、図４（ｂ）と図４（ｃ）に示すように、係合穴２３ｂの縁部に係合ピン２３ａが引っ掛かり、開閉部材２０とカメラ支持部材１３が連動するようになっている。
【００５０】
しかしながら、上述のごとく、係合穴２３ｂがＹ軸周りの回転方向に対して長く形成されているため、カメラ支持部材１３がＹ軸周りに回転しても、係合穴２３ｂの縁部に係合ピン２３ａが引っ掛からず、開閉部材２０がカメラ支持部材１３に連動しないようになっている。
【００５１】
図５は、同実施の形態に係るカメラ支持部材と開閉部材の連動機構を解除する工程を示し、（ａ）は連動機構が解除されていない状態を示す概略図、（ｂ）は連動機構が解除された状態を示す概略図、（ｃ）は連動機構が解除された後に開閉部材によって外筐体の開口部を閉じる状態を示す概略図である。
【００５２】
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、この連動機構２３は、手動によって解除できるようになっている。すなわち、図５（ａ）に示すように、連動機構２３が解除されてない状態から、開閉部材２０をカメラ支持部材１３から離間する方向に引き上げることで、支持ピン２１の位置を第１の穴２２ａから第２の穴２２ｂに移動させれば、図５（ｂ）に示すように、係合ピン２３ａが係合穴２３ｂから抜脱されるから、開閉部材２０とカメラ支持部材１３の連動が解除され、図５（ｃ）に示すように、開閉部材２０はカメラ支持部材１３に対して自由に動けるようになる。
【００５３】
なお、ここでは支持ピン２１の位置を第２の穴２２ｂとして開閉部材２０が動く形態について説明したが、連動機構２３が解除された後に支持ピン２１の位置を第１の穴２２ａに戻して開閉部材２０が動くようにしてもよい。
【００５４】
前記構成のアクティブカメラ装置においては、カメラ１２を外筐体１の球中心で互いに交差するＸ軸とＹ軸周りに回転可能に支持しており、第１のモータ６と第２のモータ１７を駆動することで、カメラ１２の視点、すなわち光軸を外筐体１の球中心の周りに回転させることができる。
【００５５】
しかも、第１のモータ６と第２のモータ１７の駆動量を調整すれば、カメラ１２の視点を種々に変更し、様々な角度から撮像対象を撮像することができる。
【００５６】
このようなアクティブカメラ装置において、本実施の形態では、第１のモータ６と第２のモータ１７を外筐体１の内部に収容している。
【００５７】
そのため、第１のモータ６と第２のモータ１７を塵や水分、或いは熱などの外部環境から保護することができるばかりか、装置の全体構成を小型化することができる。
【００５８】
また、外筐体１に開閉部材２０をＸ軸周りに回転可能に設け、この開閉部材２０によって開口部２を開閉できるようにしている。
【００５９】
そのため、カメラ１２の不使用時に開閉部材２０によってカメラ１２の前面側を覆うことで、カメラ１２の前面ガラス１２ａを保護することができる。
【００６０】
しかも、開閉部材２０の内周面にレンズクリーナを設ければ、開閉部材２０の開閉動作によってカメラ１２の前面ガラス１２ａ表面をクリーニングすることができる。
【００６１】
次に、図６〜図８を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６２】
なお、ここでは、第１の実施の形態と同様の構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００６３】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示し、（ａ）は装置全体を切断して示す斜視図、（ｂ）は装置全体を切断して示す断面図である。図７は、同実施の形態に係る開閉部材２０によって外筐体１の開口部２を閉成する様子を示し、（ａ）は外筐体１の開口部２が全開である状態を示す概略図、（ｂ）は外筐体１の開口部２が開閉部材２０によって少し覆われた状態を示す概略図、（ｃ）は外筐体１の開口部２が開閉部材２０によって完全に覆われた状態を示す概略図である。
【００６４】
本実施の形態では、図６（ａ）と図６（ｂ）に示すように、支持ピン２１と支持穴２２の間に捩じりバネ３１が介装されている。この捩じりバネ３１は、開閉部材２０を外筐体１の開口部２を閉じる方向、すなわち矢印Ｂ方向に付勢している。
【００６５】
また、外筐体１の内部には、第３のモータ３２（開閉部材駆動手段）が設けられている。この第３のモータ３２の駆動軸３２ａには、プーリ３３が嵌着されており、このプーリ３３にはワイヤ３４が捲回されている。
【００６６】
ワイヤ３４の先端部は、開閉部材２０に接続されており、第３のモータ３２を駆動することで、プーリ３３から引き出されたワイヤ３４の長さを調整できるようになっている。
【００６７】
このような構成にすれば、第３のモータ３２を駆動することで、外筐体１の開口部２を容易に開閉することができる。
【００６８】
しかも、第３のモータ３２の駆動量を制御すれば、開口部２の開口量を変えることができるから、撮像条件に応じてカメラ１２に入射する光量や被写界深度を簡単に調整することができる。
【００６９】
例えば、カメラ１２の視野内の特定の被写体画像だけをシャープに写したい場合には、図７（ａ）に示すように、開閉部材２０によって開口部２の開口量を大きくすることで被写界深度を浅くし、視野内全体の画像をシャープにしたい場合には、図７（ｂ）に示すように、開口部２の開口量を小さくすることで被写界深度を深くすることができる。さらに、不使用時には、図７（ｃ）に示すように、開閉部材２０によって外筐体１の開口部２を閉成し、開閉部材２０をカバーとして機能させることもできる。
【００７０】
さらに、開閉部材２０によって光量を機械的に調整できるため、カメラ１２の撮像素子としてＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを用いた場合、ソフトウエアのみに頼って光量を調整する場合に比べて、よりよい画像を確実に取り込むことが可能となる。
【００７１】
また、開閉部材２０の内周面にレンズクリーナを設ければ、開閉部材２０の開閉動作によってカメラ１２の前面ガラス１２ａ表面を容易にクリーニングすることができる。
【００７２】
図８は、同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の変形例の構成を示す斜視図である。
【００７３】
図８に示すように、この変形例において、開閉部材２０と外筐体１の間には、線状の形状記憶合金２５が固定されている。この形状記憶合金２５は、電流を流すことで、線が縮む方向に変形するようになっている。
【００７４】
また、支持ピン２１と支持穴２２の間には、捩じりバネ３１（図６（ｂ）を参照。）が介装されている。この捩じりバネ３１は、開閉部材２０を外筐体１の開口部２を閉じる方向、すなわち矢印Ｂ方向に付勢している。そのため、この状態から形状記憶合金２５に電流を流すことによって、形状記憶合金２５は線が縮む方向に変形し、開閉部材２０を開く方向に駆動することができる。
【００７５】
次に、図９〜図１１を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００７６】
なお、ここでは、第１の実施の形態と第２の実施の形態と同じ構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００７７】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す断面図である。図１０は、同実施の形態に係るレンズ駆動装置４４の構成を示すブロック図である。図１１は、同実施の形態に係る開閉部材の内面に設けられるターゲットを示す概略図である。
【００７８】
本実施の形態では、図９に示すようにカメラ１２は、撮像素子４０と、撮像素子４０上に外筐体の外部の像を結像する１群レンズ４２と、２群レンズ４３及びレンズ駆動装置４４を有し、レンズ駆動装置４４によりレンズ４２、４３をカメラ１２の光軸に沿って前後に駆動させることで、フォーカス及び光学ズームを自動で行うことが可能である。
【００７９】
図１０に示すように、レンズ駆動装置４４は、静電アクチュエータなどのアクチュエータ４５と、撮像素子４０から出力される画像情報を処理してレンズ位置の目標値を生成する画像処理部４６と、画像処理部４６からの目標値出力に従ってレンズの軌道を生成する軌道生成部４９と、軌道生成部４９からの出力に従って、アクチュエータドライバ４７への指令値を生成する制御演算部５０と、指令値に従ってアクチュエータ４５を駆動するアクチュエータドライバ４７からなる。画像処理部４６、軌道生成部４９、制御演算部５０は、アクティブカメラ装置全体の制御を司る図示しないＣＰＵ（プロセッサ）によりソフトウエア処理で実現することも可能である。
【００８０】
この構成において、開閉部材２０の内面に貼り付けられた、予め図１１に示すような模様が描かれたターゲット４８を使用して以下のようにレンズ位置の初期化を行う。
【００８１】
まず、カメラ１２によって予め決められた視野でターゲット４８を撮像し、これよって得られる画像情報を画像処理部４６に取り込み、レンズ４２、４３を光軸方向に移動させながら、取込んだ画像情報に対して画像処理を施す。
【００８２】
具体的には、画像処理部４６はターゲット４８の模様に対応した画像情報の画面全体における平均的な輝度値をレンズ４２、４３の光軸方向の移動に伴って順次算出し、この輝度値が最大となるレンズ４２、４３の位置を見出す。
【００８３】
輝度値が最大となるレンズ４２、４３の位置は、予め決められたレンズパラメータなどにより決まり、この位置をレンズ４２、４３の初期位置とすることによって、再現性良くレンズ位置の初期化を行うことができる。
【００８４】
次に、図１２と図１３を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００８５】
なお、ここでは、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態と同じ構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００８６】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るアクティブカメラ装置が転動する様子を示し、（ａ）は重心位置が最も低い位置にある状態を示す概略図、（ｂ）は重心位置を最も低い位置から少しずらした状態を示す概略図である。図１３は、同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の転動が外部環境によって規制された状態を示す概略図である。
【００８７】
本実施の形態では、図１２に示すように、外筐体１の内部に外部装置（不図示）との間で無線通信を行うための無線モジュール５１（無線通信手段）を備えている。
【００８８】
この無線モジュール５１は、外部装置からの指令信号を受信し、この指令信号に従ってカメラ１２から出力される画像情報を外部装置に送信したり、指令信号を前記第１のモータ６と第２のモータ１７に供給して、この指令信号に従ってカメラ１２の向きを変えることができる。
【００８９】
このような構成にすることで、アクティブカメラ装置を狭い隙間などに転がし入れた場合でも、遠隔地からカメラ１２の方向を制御したり、遠隔地にてカメラ１２が撮像した画像情報を得ることができる。
【００９０】
また、外筐体１がほぼ球殻状に形成されているため、アクティブカメラ装置全体の重心位置を変えることで、設置面５３に対して転がり移動を行うことも可能となる。
【００９１】
例えば、図１２（ａ）に示すように、カメラ１２が下を向いている状態では、重心位置５２が外筐体１の球中心を通る鉛直方向軸ｋ上にあるため、アクティブカメラ装置に回転モーメントは作用していない。そのため、このアクティブカメラ装置は、設置面５３上で転がることなく静止する。
【００９２】
この状態からカメラ１２を少し駆動すると、図１２（ｂ）に示すように、重心位置５２が鉛直方向軸ｋ上からずれるため、アクティブカメラ装置に回転モーメントが作用する。そのため、このアクティブカメラ装置は、矢印Ｃで示すように、設置面５３を転がりながら移動する。
【００９３】
このようにして、アクティブカメラ装置が目的位置に到達したら、急激な重心移動が起こらないようカメラ１２をゆっくり駆動し、外筐体１を転動させることなく、カメラ１２の向きのみを変える。これによって、所望の視点から撮像対象を撮像することが可能となる。
【００９４】
また、図１３に示すように、外筐体１が外部環境５４によって固定されれば、カメラ１２の向きを変えて目的の視点に切り替える動作を容易に行えることができる。
【００９５】
なお、アクティブカメラ装置の転がり移動は、カメラ１２などの内部機構を急激に動かしたときに重心に作用する移動加速度を利用することによっても実現できる。
【００９６】
次に、図１４と図１５を用いて本発明の第５の実施の形態を説明する。
【００９７】
なお、ここでは、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態と同じ構成、動作、作用については、その説明を省略する。
【００９８】
図１４は、本発明の第５の実施の形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。
【００９９】
本実施の形態では、図１４に示すように、ロボット装置６０の所定位置に本発明のアクティブカメラ装置を目になぞらえて装着している。
【０１００】
このような構成にすることで、外筐体１に内蔵されたカメラ１２を眼球、開閉部材２０をまぶたとして動かすことで、ロボット装置６０に生物が示すような感情表現を行わせたり、人とのコミュニケーションを行わせることができる。
【０１０１】
なお、人とのコミュニケーションとしては、人の命令を理解した際に人に向かって片目を閉じてウインクをする等が考えられる。
【０１０２】
図１５に示すフローチャートを用いてロボット装置６０が人とコミュニケーションを行う際の工程を説明する。
【０１０３】
図１５は、ロボット装置６０と人がコミュニケーションを行う際の制御フローチャートを示す工程図である。
【０１０４】
アクティブカメラ装置を起動したならば、人がロボット装置６０に対してジェスチャもしくは声で命令をする（ステップＳ１）。ロボット装置６０に内臓された音声検出部（不図示）が人の声を検出したら（ステップＳ２のＹＥＳ）、その声をマイク（不図示）によって取り込み（ステップＳ３）、音声認識（ステップＳ４）によって、どのような命令がされているのかを判断する（ステップＳ５）。
【０１０５】
一方、音声検出部が人の声を検出しない場合（ステップＳ２のＮＯ）、人のジェスチャをカメラ１２によって取り込み（ステップＳ６）、ジェスチャ認識（ステップＳ７）によって、どのような命令がされているのかを判断する（ステップＳ５）。
【０１０６】
ジェスチャ認識では、あらかじめ複数のパターンを記憶装置（不図示）に記憶しておき、ジェスチャがどのパターンに該当するかを検出することで、命令内容を理解する。
【０１０７】
次に、ロボット装置６０が、現在おかれている状況や周囲の情報に基づいて、命令内容を実行できると判断した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、第３のモータ３２に駆動指令信号を送り、開閉部材２０によって外筐体１の開口部２を開閉する（ステップＳ９）。これによって、ロボット装置６０は、コミュニケーションの意思表示として、片目のまぶたを閉じる、いわゆるウインクを行う。
【０１０８】
一方、ロボット装置６０が命令内容を実行できないと判断した場合（ステップＳ８のＮＯ）、再び音声検出部で人の声の検出を行う。
【０１０９】
なお、本発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によれば、装置の構成を大型化することなく、カメラや駆動手段等を外部環境から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す斜視図。
【図２】 同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＸＺ平面で切断して示す断面図。
【図３】 同実施の形態に係る球状カメラユニットの構成をＹＺ平面で切断して示す断面図。
【図４】 同実施の形態に係るカメラ支持部材と開閉部材が連動して動く様子を示し、（ａ）はカメラ支持部材が回転する前の状態を示す概略図、（ｂ）はカメラ支持部材が回転している状態を示す概略図、（ｃ）はカメラ支持部材１３が回転している状態を示す概略図。
【図５】 同実施の形態に係るカメラ支持部材と開閉部材の連動機構を解除する工程を示し、（ａ）は連動機構が解除されていない状態を示す概略図、（ｂ）は連動機構が解除された状態を示す概略図、（ｃ）は連動機構が解除された後に開閉部材によって外筐体の開口部を閉じる状態を示す概略図。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示し、（ａ）は装置全体を切断して示す斜視図、（ｂ）は装置全体を切断して示す断面図。
【図７】 同実施の形態に係る開閉部材によって外筐体の開口部を閉成する様子を示し、（ａ）は外筐体の開口部が全開である状態を示す概略図、（ｂ）は外筐体の開口部が開閉部材によって少し覆われた状態を示す概略図、（ｃ）は外筐体の開口部が開閉部材によって完全に覆われた状態を示す概略図。
【図８】 同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の変形例の構成を示す斜視図。
【図９】 本発明の第３の実施の形態に係るアクティブカメラ装置の構成を示す断面図。
【図１０】 同実施の形態に係るレンズ駆動装置の構成を示すブロック図。
【図１１】 同実施の形態に係る開閉部材の内面に設けられるターゲットを示す概略図。
【図１２】 本発明の第４の実施の形態に係るアクティブカメラ装置が転動する様子を示し、（ａ）は重心位置が最も低い位置にある状態を示す概略図、（ｂ）は重心位置を最も低い位置から少しずらした状態を示す概略図。
【図１３】 同実施の形態に係るアクティブカメラ装置の転動が外部環境によって規制された状態を示す概略図。
【図１４】 本発明の第５の実施の形態に係るロボット装置の構成を示す概略図。
【図１５】 同実施の形態に係るロボット装置と人がコミュニケーションを行う際の制御フローチャートを示す工程図。
【符号の説明】
１…外筐体、２…開口部、４…筐体固定部材（支持部材）、６…第１のモータ（第１のカメラ駆動手段）、９…弧状ジンバル（半環状部材）、１０…軸部材、１１…取付板（取付部材）、１２…カメラ、１７…第２のモータ（第２のカメラ駆動手段）、２０…開閉部材、２４…カメラ支持手段、３２…第３のモータ（開閉部材駆動手段）、４４…レンズ駆動装置（レンズ駆動手段）、４２…１群レンズ、４３…２群レンズ、４８…ターゲット、５２…重心位置、５１…無線モジュール（無線通信手段）、６０…ロボット装置。
Claims (4)
- 開口部を有する球殻状の外筐体と、
前記外筐体の内部に前記開口部を通して前記外筐体の外部を撮像可能に配置されたカメラと、
前記外筐体の内部に前記球中心周りに回転可能に設けられた、前記開口部を開閉する開閉部材と、
前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記外筐体の球中心で互いに交差する第１の軸と第２の軸の周りに回転可能に支持する球殻状の支持部材を含むカメラ支持手段と、
前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第１の軸の周りに回転駆動する第１のカメラ駆動手段と、
前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第２の軸の周りに回転駆動する第２のカメラ駆動手段と、
前記支持部材と前記開閉部材を連動させる連動機構とを具備し、
前記連動機構は、前記支持部材の外周面上に突出して設けられる係合ピンと、前記開閉部材に前記第２の軸の周り回転方向に対して短く、前記第１の軸の周りの回転方向に対して長く形成された、前記係合ピンと係合する係合穴とを有することを特徴とするカメラ装置。 - 前記開閉部材の外面両端部に軸心が前記第２の軸とほぼ一致するようにそれぞれ突設された一対の支持ピンをさらに具備し、前記支持ピンは前記外筐体の前記第２の軸と交差する位置に形成された第１の穴と、前記外筐体の前記第１の穴から偏心した位置に形成された第２の穴とを有する支持穴によって支持されており、前記開閉部材を前記支持部材から離間する方向に引き上げた際に前記支持ピンの位置が前記第１の穴から前記第２の穴に移動して前記係合ピンが前記係合ピンから抜脱されることにより、前記支持部材と前記開閉部材との連動が解除されることを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
- 開口部を有する球殻状の外筐体と、
前記外筐体の内部に前記開口部を通して前記外筐体の外部を撮像可能に配置された眼球として機能するカメラと、
前記外筐体の内部に前記球中心周りに回転可能に設けられた、前記開口部を開閉することによりまぶたとして機能する開閉部材と、
前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記外筐体の球中心で互いに交差する第１の軸と第２の軸の周りに回転可能に支持する球殻状の支持部材を含むカメラ支持手段と、
前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第１の軸の周りに回転駆動する第１のカメラ駆動手段と、
前記外筐体の内部に設けられ、前記カメラを前記第２の軸の周りに回転駆動する第２のカメラ駆動手段と、
前記支持部材と前記開閉部材を連動させる連動機構とを具備し、
前記連動機構は、前記支持部材の外周面上に突出して設けられる係合ピンと、前記開閉部材に前記第２の軸の周り回転方向に対して短く、前記第１の軸の周りの回転方向に対して長く形成された、前記係合ピンと係合する係合穴とを有することを特徴とするロボット装置。 - 前記開閉部材の外面両端部に軸心が前記第２の軸とほぼ一致するようにそれぞれ突設された一対の支持ピンをさらに具備し、前記支持ピンは前記外筐体の前記第２の軸と交差する位置に形成された第１の穴と、前記外筐体の前記第１の穴から偏心した位置に形成された第２の穴とを有する支持穴によって支持されており、前記開閉部材を前記支持部材から離間する方向に引き上げた際に前記支持ピンの位置が前記第１の穴から前記第２の穴に移動して前記係合ピンが前記係合ピンから抜脱されることにより、前記支持部材と前記開閉 部材との連動が解除されることを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
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