JP6318455B1 - 制御装置、撮像装置、移動体、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

制御装置は、１又は複数のレンズを有する光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する取得部と、取得部が取得した情報が示す質量及び重心位置の少なくとも一方に基づいて、光学装置の姿勢を制御する制御部とを備える。

Description

本発明は、制御装置、撮像装置、移動体、制御方法及びプログラムに関する。

特許文献１には、テレビジョンカメラ装置が開示されている。テレビジョンカメラ装置は、カメラ本体の上部にハンドル取付け座が取付けられている。ハンドルには、ハンドル取付け座の溝に摺動可能なハンドル下端部が形成されている。これにより、カメラ重心の移動に際してもハンドルのバランス悪化が抑えられるようにされる。
特許文献１ 特開２００７−３３５９９０号公報

光学装置の姿勢を光学装置の重さ及び重心の少なくとも一方に基づいて適切に制御することが要求される場合がある。

一態様においては、制御装置は、１又は複数のレンズを有する光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する取得部と、取得部が取得した情報が示す質量及び重心位置の少なくとも一方に基づいて、光学装置の姿勢を制御する制御部とを備える。

取得部は、光学装置の質量及び重心位置を示す情報を取得し、制御部は、取得部が取得した情報が示す光学装置の質量及び重心位置に基づいて、光学装置の姿勢を制御してよい。

取得部は、１又は複数のレンズのうちの可動レンズの複数の位置のそれぞれに対応する、光学装置の複数の重心位置を示す情報を取得してよい。

光学装置の複数の重心位置は、光学装置の複数の焦点距離のそれぞれに対応してよい。

光学装置の複数の重心位置は、光学装置の複数のフォーカス位置のそれぞれに対応してよい。

光学装置の重心位置を計測する計測部をさらに備え、取得部は、可動レンズが第１の位置にある状態で計測部が計測した光学装置の重心位置である第１の重心位置と、可動レンズが第２の位置にある状態で計測部が計測した光学装置の重心位置である第２の重心位置とを示す情報を取得してよい。

光学装置は、回転軸を中心に回転可能に保持され、計測部は、光学装置の回転軸周りの回転角が第１の角度である状態で第１の重心位置及び第２の重心位置を計測し、光学装置の回転軸周りの回転角が第２の角度である状態で第１の重心位置及び第２の重心位置を計測してよい。

光学装置は、制御装置に対して着脱可能であり、光学装置は、重力方向とは異なる方向の回転軸を中心に、回転可能に保持されることが可能であり、計測部は、光学装置が制御装置に装着されていない第１の状態及び光学装置が制御装置に装着されている第２の状態のそれぞれにおいて、光学装置にかかる外力を計測し、第１の状態における外力と第２の状態における外力とに基づいて、光学装置の重心位置を計測してよい。

光学装置は、制御装置に対して着脱可能であり、制御装置は、計測部が計測した光学装置の重心位置を示す重心位置情報を、光学装置の識別情報に対応付けて格納する格納部をさらに備え、取得部は、制御装置に装着されている光学装置の識別情報に対応づけて格納部が格納している重心位置情報が示す重心位置に基づいて、光学装置の重心位置を算出してよい。

光学装置は、制御装置に対して着脱可能であり、光学装置は、光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納する格納部を有し、取得部は、制御装置に装着されている光学装置から、光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得してよい。

格納部は、光学装置の重心位置の実測値を示す情報を格納し、取得部は、制御装置に装着されている光学装置から、光学装置の質量及び重心位置の実測値を示す情報を取得してよい。

格納部は、光学装置の質量及び重心位置を示す情報を格納し、取得部は、制御装置に装着されている光学装置から、光学装置の質量及び重心位置を示す情報を取得してよい。

取得部は、制御装置に光学装置が装着された場合に、光学装置と通信して、光学装置の重心位置を示す情報を光学装置から取得してよい。

光学装置は、制御装置に対して着脱可能であり、制御装置は、複数の光学装置の種別を識別する種別情報に対応づけて、それぞれの種別の光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納する格納部をさらに備え、取得部は、制御装置に装着されている光学装置の種別情報に対応づけて格納部に格納されている質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得してよい。

制御部は、光学装置の姿勢の目標値と、光学装置の姿勢の検出値と、取得部が取得した情報に基づき予測される光学装置の姿勢とに基づいて、光学装置の姿勢を制御してよい。

光学装置は、１又は複数のレンズにより結像された像を撮像する撮像部をさらに有してよい。

一態様において、撮像装置は、上記制御装置と、１又は複数のレンズにより結像された像を撮像する撮像部とを備えてよい。

１又は複数のレンズは、撮像部に対して着脱可能な交換レンズに含まれてよい。

一態様において、上記制御装置を備えて移動する移動体は、取得部は、移動体に電源が投入されてから移動体が移動し始めるまでの間に、光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する。

移動体を移動させるための駆動部と、移動体の状況又は移動体の周囲の状況を検出する検出部と、駆動部及び検出部の動作確認を実行する確認部とをさらに備え、取得部は、確認部が動作確認を実行している間に、光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得してよい。

１又は複数のレンズを有する光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する段階と、取得した情報が示す質量及び重心位置の少なくとも一方に基づいて、光学装置の姿勢を制御する段階とを備えてよい。

一態様において、プログラムは、上記制御方法をコンピュータに実行させる。

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。

システムの構成の一例を示す図である。 ＵＡＶ１００の機能ブロックの一例を示す。 光学装置１９０を基準姿勢に保持した状態の一例を示す。 ヨー軸から重心位置Ｇまでの距離ｈｙの例を示す。 ＵＡＶ本体１０１のメモリ１０６に格納される第１の重心位置情報のフォーマット例を示す。 ＵＡＶ本体１０１のメモリ１０６に格納される第２の重心位置情報のフォーマット例を示す。 レンズ装置１６０の重心位置を示す第３の重心位置情報のフォーマット例を示す。 レンズ装置１６０が撮像部１４０に装着されていない状態の一例を示す。 レンズ装置１６０の重心位置からｈｐを算出する処理の一例を示す。 ｈｐ及びｈｙを計測する重心位置計測手順の一例を示すフローチャートである。 他の形態においてＵＡＶ本体１０１が格納する第４の重心位置情報のフォーマット例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

図１は、システムの構成の一例を示す図である。システムは、無人航空機（ＵＡＶ）１００を備える。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶ本体１０１、複数の回転翼１０８、ジンバル１１０、及び光学装置１９０を備える。光学装置１９０は、撮像部１４０及びレンズ装置１６０を備える。ＵＡＶ１００は、対象物を備えて移動する移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。光学装置１９０は、撮像装置として機能する。

ＵＡＶ１００は、複数の回転翼１０８の回転を制御することで飛行する。ＵＡＶ１００は、例えば、４つの回転翼１０８を用いて飛行する。回転翼１０８の数は、４つには限定されない。ＵＡＶ１００は、回転翼１０８を有さない固定翼機でもよい。

ジンバル１１０は、ジンバル１１０に対する撮像部１４０及びレンズ装置１６０の姿勢を変更可能に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を支持する。ジンバル１１０は、撮像部１４０及びレンズ装置１６０を少なくとも１つの軸を中心に回転可能に支持してよい。例えば、ジンバル１１０は、撮像部１４０及びレンズ装置１６０を、ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル１１０は、撮像部１４０を保持してもよし、レンズ装置１６０を保持してもよい。

撮像部１４０は、レンズ装置１６０を介して結像された光学像の画像データを生成して記録する。レンズ装置１６０は、いわゆる交換レンズである。レンズ装置１６０は、撮像部１４０に対して着脱可能である。

図２は、ＵＡＶ１００の機能ブロックの一例を示す。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶ本体１０１、ジンバル１１０及び光学装置１９０を備える。ＵＡＶ本体１０１は、通信インタフェース１０２、ＵＡＶ制御部１０４、メモリ１０６、駆動部１０７及び検出部１０５を備える。

駆動部１０７は、ＵＡＶ１００を移動させる機構である。駆動部１０７は、例えば、複数の回転翼、及び複数の回転翼を駆動する複数の駆動モータを含む。ＵＡＶ１００は、駆動部１０７が駆動することで飛行する。

通信インタフェース１０２は、外部の送信機と通信する。通信インタフェース１０２は、遠隔の送信機から各種の命令を受信する。ＵＡＶ制御部１０４は、送信機から受信した命令に従って、ＵＡＶ１００の飛行を制御する。ＵＡＶ制御部１０４は、ジンバル１１０、撮像部１４０、及びレンズ装置１６０を制御する。ＵＡＶ制御部１０４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。メモリ１０６は、ＵＡＶ制御部１０４がジンバル１１０、撮像部１４０、及びレンズ装置１６０を制御するのに必要なプログラムなどを格納する。メモリ１０６は、コンピュータが可読な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１０６は、ＵＡＶ１００の筐体に設けられてよい。ＵＡＶ１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。ＵＡＶ制御部１０４及びジンバル制御部１１２は、ＵＡＶ１００を制御装置として機能させてよい。この場合、光学装置１９０を含む物体系の重心の位置を調整するためのプログラムがメモリ１０６から読み出されて実行される。ＵＡＶ制御部１０４は、ＵＡＶ１００を制御装置として機能させてよい。

検出部１０５は、ＵＡＶ１００の状況、又はＵＡＶ１００の周囲の状況を検出する。検出部１０５は、例えば、ＵＡＶ１００の緯度、経度、及び高度を含む位置、及びＵＡＶ１００の機首の向きに対応する方位を検出する。検出部１０５は、ＵＡＶ１００の周囲を撮像するセンシング用の撮像装置を含んでよい。

ＵＡＶ制御部１０４は、確認部１８８を含む。確認部１８８は、ＵＡＶ１００の飛行前のイニシャライズを実行する。確認部１８８は、駆動部１０７及び検出部１０５の動作確認を実行する。確認部１８８は、ＵＡＶ１００の飛行前に、駆動部１０７及び検出部１０５の動作確認を実行してよい。確認部１８８は、回転翼を駆動させる駆動モータ、及びＵＡＶ１００の状況を検出する各種センサの動作確認を実行してよい。イニシャライズが実行される期間は、ＵＡＶ１００に電源が投入されてからＵＡＶ１００が移動し始めるまでの間の期間の一例である。

ジンバル１１０は、ジンバル制御部１１２、ヨー軸ドライバ１１４、ピッチ軸ドライバ１１６、ロール軸ドライバ１１８、ヨー軸駆動モータ１２４、ピッチ軸駆動モータ１２６、ロール軸駆動モータ１２８、及び支持機構１３０を有する。

支持機構１３０は、撮像部１４０及びレンズ装置１６０をヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸を中心に回転可能に支持する。支持機構１３０は、ヨー軸回転機構１３４、ピッチ軸回転機構１３６、及びロール軸回転機構１３８を含む。ヨー軸回転機構１３４は、ヨー軸駆動モータ１２４を用いてヨー軸を中心に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を回転させる。ピッチ軸回転機構１３６は、ピッチ軸駆動モータ１２６を用いてピッチ軸を中心に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を回転させる。ロール軸回転機構１３８は、ロール軸駆動モータ１２８を用いてロール軸を中心に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を回転させる。

ジンバル制御部１１２は、光学装置１９０の姿勢を制御する制御部の一例である。ジンバル制御部１１２は、ＵＡＶ制御部１０４からジンバル１１０の動作命令を取得する。動作命令は、ヨー角の目標値、ピッチ角の目標値、ロール角の目標値を含む。ヨー角は、ヨー軸まわりの光学装置１９０の回転角度である。ピッチ角は、ピッチ軸まわりの光学装置１９０の回転角度である。ロール角度は、ロール軸まわりの光学装置１９０の回転角度である。

ジンバル制御部１１２は、ＵＡＶ制御部１０４からの動作命令に応じて、ヨー軸ドライバ１１４、ピッチ軸ドライバ１１６、及びロール軸ドライバ１１８のそれぞれに対して、操作信号を出力する。ヨー軸ドライバ１１４、ピッチ軸ドライバ１１６、及びロール軸ドライバ１１８は、操作信号に従ってヨー軸駆動モータ１２４、ピッチ軸駆動モータ１２６、及びロール軸駆動モータ１２８を駆動させる。ヨー軸回転機構１３４、ピッチ軸回転機構１３６、及びロール軸回転機構１３８は、ヨー軸駆動モータ１２４、ピッチ軸駆動モータ１２６、及びロール軸駆動モータ１２８により駆動されて回転する。これにより、光学装置１９０の姿勢が調整される。

撮像部１４０は、撮像制御部１４２、撮像素子１４４及びメモリ１４６を有する。撮像制御部１４２は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。撮像制御部１４２は、ＵＡＶ制御部１０４からの撮像部１４０及びレンズ装置１６０の動作命令に応じて、撮像部１４０及びレンズ装置１６０を制御する。メモリ１４６は、コンピュータが可読な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１４６は、撮像部１４０の筐体の内部に設けられてよい。撮像部１４０の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

撮像素子１４４は、撮像部１４０の筐体の内部に保持され、レンズ装置１６０を介して結像された光学像の画像データを生成して、撮像制御部１４２に出力する。撮像制御部１４２は、撮像素子１４４から出力された画像データをメモリ１４６に格納する。撮像制御部１４２は、画像データを、ＵＡＶ制御部１０４を介してメモリ１０６に出力して格納してもよい。

レンズ装置１６０は、レンズ制御部１６２、レンズ１６４、レンズ１６６、及びレンズ１６８を有する。レンズ１６４、レンズ１６６、及びレンズ１６８は、レンズ装置１６０の鏡筒の内部に配置される。レンズ１６４、レンズ１６６、及びレンズ１６８の一部又は全部は、光軸に沿って移動可能に配置されてよい。光軸に沿って移動可能なレンズは、可動レンズの一例である。レンズ制御部１６２は、撮像制御部１４２からのレンズ動作命令に従って、レンズ１６４、レンズ１６６、及びレンズ１６８の少なくとも一つを光軸に沿って移動させる。レンズ装置１６０は、１つのレンズを有してよい。レンズ装置１６０は、複数のレンズを有してよい。レンズ装置１６０が有するレンズにより結像された像は、撮像部１４０により撮像される。

本実施形態では、ＵＡＶ１００が、ＵＡＶ制御部１０４、ジンバル制御部１１２、撮像制御部１４２、及びレンズ制御部１６２を備える例について説明する。しかし、ＵＡＶ制御部１０４、ジンバル制御部１１２、撮像制御部１４２、及びレンズ制御部１６２のうちの２つ又は３つで実行される処理をいずれか１つの制御部が実行してよい。ＵＡＶ制御部１０４、ジンバル制御部１１２、撮像制御部１４２、及びレンズ制御部１６２で実行される処理を１つの制御部で実行してもよい。

取得部１７０は、光学装置１９０の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する。ジンバル制御部１１２は、取得部１７０が取得した情報が示す質量及び重心位置の少なくとも一方に基づいて、光学装置１９０の姿勢を制御する。光学装置１９０の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する期間は、上述したＵＡＶ１００のイニシャライズが実行される期間内であってよい。取得部１７０は、確認部１８８が動作確認を実行している間に、光学装置１９０の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得してよい。

取得部１７０は、光学装置１９０の質量及び重心位置を示す情報を取得してよい。ジンバル制御部１１２は、取得部１７０が取得した情報が示す光学装置１９０の質量及び重心位置に基づいて、光学装置１９０の姿勢を制御してよい。

取得部１７０は、１又は複数のレンズのうちの可動レンズの複数の位置のそれぞれに対応する、光学装置１９０の複数の重心位置を示す情報を取得してよい。光学装置１９０の複数の重心位置は、光学装置１９０の複数の焦点距離のそれぞれに対応してよい。光学装置１９０の複数の重心位置は、光学装置１９０の複数のフォーカス位置のそれぞれに対応してよい。

計測部１８０は、光学装置１９０の重心位置を計測する。取得部１７０は、可動レンズが第１の位置にある状態で計測部１８０が計測した光学装置１９０の重心位置である第１の重心位置と、可動レンズが第２の位置にある状態で計測部１８０が計測した光学装置１９０の重心位置である第２の重心位置とを示す情報を取得する。

可動レンズが第１の位置にある状態は、レンズ装置１６０はテレ端の状態であってよい。すなわち、レンズ装置１６０の焦点距離が最も長い状態であってよい。可動レンズが第２の位置にある場合、レンズ装置１６０はワイド端の状態であってよい。すなわち、レンズ装置１６０の焦点距離が最も短い状態であってよい。計測部１８０は、レンズ装置１６０がテレ端とワイド端との間の複数の状態のそれぞれにおいて、光学装置１９０の重心位置を計測して良い。

可動レンズが第１の位置にある状態は、レンズ装置１６０のフォーカス位置が無限端の状態であってよい。可動レンズが第２の位置にある場合、レンズ装置１６０のフォーカス位置が至近端の状態であってよい。計測部１８０は、レンズ装置１６０のフォーカス位置が至近端との間の複数のフォーカス位置にある状態のそれぞれにおいて、光学装置１９０の重心位置を計測して良い。

光学装置１９０は、回転軸を中心に回転可能に保持される。例えば、光学装置１９０は、ヨー軸、ピッチ軸及びロール軸のそれぞれの回転軸のまわりに回転可能に保持される。計測部１８０は、光学装置１９０の回転軸周りの回転角が第１の角度である状態で第１の重心位置及び第２の重心位置を計測し、光学装置１９０の回転軸周りの回転角が第２の角度である状態で第１の重心位置及び第２の重心位置を計測する。例えば、計測部１８０は、光学装置１９０のピッチ軸周りの回転角が第１の角度である状態で第１の重心位置及び第２の重心位置を計測し、光学装置１９０のピッチ軸周りの回転角が第２の角度である状態で第１の重心位置及び第２の重心位置を計測してよい。

光学装置１９０は、ＵＡＶ本体１０１に対して着脱可能である。光学装置１９０は、重力方向とは異なる方向の回転軸を中心に、回転可能に保持されることが可能である。重力方向とは異なる方向の回転軸とは、ピッチ軸であってよい。計測部１８０は、光学装置１９０がＵＡＶ本体１０１に装着されていない第１の状態及び光学装置１９０がＵＡＶ本体１０１に装着されている第２の状態のそれぞれにおいて、光学装置１９０にかかる外力を計測し、第１の状態における外力と第２の状態における外力とに基づいて、光学装置１９０の重心位置を計測してよい。

ＵＡＶ本体１０１において、メモリ１０６は、計測部１８０が計測した光学装置１９０の重心位置を示す情報を、光学装置１９０の識別情報に対応付けて格納してよい。メモリ１０６は、光学装置１９０の重心位置を示す情報を、光学装置１９０の識別情報に対応付けて格納する格納部の一例である。取得部１７０は、ＵＡＶ本体１０１に装着されている光学装置１９０の識別情報に対応づけてメモリ１０６が格納している重心位置情報が示す重心位置に基づいて、光学装置１９０の重心位置を算出する。

メモリ１６３は、光学装置１９０の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納してよい。取得部１７０は、ＵＡＶ本体１０１に装着されている光学装置１９０から、光学装置１９０の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得してよい。メモリ１６３は、光学装置１９０の重心位置の実測値を示す情報を格納してよい。取得部１７０は、ＵＡＶ本体１０１に装着されている光学装置１９０から、光学装置１９０の質量及び重心位置の実測値を示す情報を取得してよい。光学装置１９０の重量が既知の場合には、光学装置１９０の初期状態におけるジンバル１１０にかかるトルクの出力値を計測部１８０で算出する。重量と重心位置の積はトルクの出力値に相当する。従って、計測部１８０で算出されたトルクの出力値と光学装置１９０の重量から光学装置１９０がＵＡＶ本体１０１に実装されたときの重心位置を計測部１８０で算出する。光学装置１９０の初期状態とは、ＵＡＶ本体１０１に搭載され光学装置１９０に電源が入ったときの状態をいう。

メモリ１６３は、光学装置１９０の質量及び重心位置を示す情報を格納してよい。取得部１７０は、制御装置に装着されている光学装置１９０から、光学装置１９０の質量及び重心位置を示す情報を取得してよい。取得部１７０は、ＵＡＶ本体１０１に光学装置１９０が装着された場合に、光学装置１９０と通信して、光学装置１９０の重心位置を示す情報を光学装置１９０から取得してよい。

光学装置１９０は、制御装置に対して着脱可能である場合、メモリ１０６は、複数の光学装置１９０の種別を識別する種別情報に対応づけて、それぞれの種別の光学装置１９０の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納してよい。取得部１７０は、ＵＡＶ本体１０１に装着されている光学装置１９０の種別情報に対応づけてメモリ１０６に格納されている質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得してよい。

ジンバル制御部１１２は、光学装置１９０の姿勢の目標値と、光学装置１９０の姿勢の検出値と、取得部１７０が取得した情報に基づき予測される光学装置１９０の姿勢とに基づいて、光学装置１９０の姿勢を制御してよい。ジンバル制御部１１２は、光学装置１９０の姿勢の検出値に基づくフィードバック情報と取得部１７０が取得した情報とに基づくフィードフォワード制御により、光学装置１９０の姿勢を制御してよい。

図３は、光学装置１９０を基準姿勢に保持した状態の一例を示す。基準姿勢は、一例として、レンズ装置１６０の光軸が重力方向に実質的に直交する姿勢である。光学装置１９０がピッチ軸まわりの予め定められたピッチ角に保持された状態を、基準姿勢として採用してよい。

ピッチ軸駆動モータ１２６は、光学装置１９０を保持する保持トルクＴを発生する。保持トルクＴは、ピッチ軸回転機構を通じて光学装置１９０に加えられる。光学装置１９０は、保持トルクＴが重力により生じるトルクと釣り合った場合に、一定の姿勢に保持される。

光学装置１９０には、外力としての重力が加わる。重力は、光学装置１９０の重心位置Ｇに加わるとみなすことができる。光学装置１９０のピッチ軸まわりの運動について、重力により生じるトルクの大きさは、ｈｐ×（ｍ＋Ｍ）である。ｈｐは、ピッチ軸から重心位置Ｇまでの距離である。ｍは、撮像部１４０の質量である。Ｍは、レンズ装置１６０の質量である。光学装置１９０が保持トルクＴにより基準姿勢に保持されている場合、関係式Ｔ＝ｈｐ×（ｍ＋Ｍ）を満たす。

レンズ装置１６０のメモリ１６３には、レンズ装置１６０の質量Ｍを示す質量情報が格納されている。撮像部１４０において、撮像制御部１４２は、メモリ１６３からレンズ装置１６０の質量Ｍを示す情報を取得する。取得部１７０は、撮像制御部１４２と通信して、レンズ装置レンズ装置１６０の質量情報を取得する。メモリ１０６には、撮像部１４０の質量ｍを示す質量情報が格納されている。取得部１７０は、メモリ１０６から、撮像部１４０の質量情報を取得する。計測部１８０は、保持トルクＴを、ジンバル制御部１１２から取得する。計測部１８０は、保持トルクＴに関する上記関係式と、撮像部１４０の質量ｍと、レンズ装置１６０の質量Ｍとに基づいて、ピッチ軸から重心位置Ｇまでの距離ｈｐを算出する。

計測部１８０は、レンズ装置１６０のズーム値及びフォーカス位置の任意の組み合わせについて、光学装置１９０を保持するための保持トルクＴを計測する。計測部１８０は、これらの保持トルクＴの計測によって、ズーム値及びフォーカス位置の任意の組み合わせについてｈｐを計測することができる。

ジンバル制御部１１２は、ピッチ軸ドライバ１１６の制御において、基準入力信号とフィードバック信号との差に基づいて第１の操作信号を算出する。ジンバル制御部１１２は、第１操作信号に第２操作信号を加算した操作信号を、ピッチ軸ドライバ１１６に供給する。基準入力信号は、ピッチ角の目標値に基づく信号である。フィードバック信号は、ピッチ角の検出値に基づく信号である。第２操作信号は、レンズ装置１６０の現在のズーム値及びフォーカス位置に対応するｈｐと、光学装置１９０の質量Ｍ＋ｍに基づく信号である。第２操作信号は、ｈｐと質量Ｍ＋ｍとに基づき予測される光学装置１９０の姿勢を示す。これにより、ジンバル制御部１１２は、光学装置１９０の重心位置及び光学装置１９０の質量に基づくフィードフォワード制御により、光学装置１９０のピッチ角を制御することができる。

レンズ装置１６０のズーム値及びフォーカス位置を変化させると、光学装置１９０の重心位置が大きく変わる場合がある。しかし、上記フィードバック制御によれば、光学装置１９０の重心位置が大きく変わった場合でも、光学装置１９０のピッチ角が大きく変化することを抑制できる。

図４は、ヨー軸から重心位置Ｇまでの距離ｈｙの例を示す。距離ｈｙは、ｈｐ及びピッチ角θｐの関数である。距離ｈｙは、ｈｙ＝ｈｐ×ｓｉｎｅ（θｐ）により表される。計測部１８０は、計測したｈｐに基づいて、任意のθｐにおけるｈｙを算出することができる。

ジンバル制御部１１２は、ヨー軸ドライバ１１４の制御において、基準入力信号とフィードバック信号との差に基づいて第１操作信号を算出する。ジンバル制御部１１２は、第１操作信号に第２操作信号を加算した操作信号を、ピッチ軸ドライバ１１６に供給する。基準入力信号は、ヨー角の目標値に基づく信号である。フィードバック信号は、ヨー角の検出値に基づく信号である。第２操作信号は、レンズ装置１６０の現在のズーム値及びフォーカス位置に対応するｈｙと、光学装置１９０の質量Ｍ＋ｍに基づく信号である。第２操作信号は、ｈｙと質量Ｍ＋ｍとに基づき予測される光学装置１９０の姿勢を示す。これにより、ジンバル制御部１１２は、光学装置１９０の重心位置、光学装置１９０の質量及び光学装置１９０の現在のピッチ角に基づくフィードフォワード制御により、光学装置１９０のヨー角を制御することができる。

レンズ装置１６０のズーム値及びフォーカス位置を変化させると、光学装置１９０の重心位置が大きく変わる場合がある。しかし、上記フィードバック制御によれば、光学装置１９０の重心位置が大きく変わった場合でも、光学装置１９０のヨー角が大きく変化することを抑制できる。

図５は、ＵＡＶ本体１０１のメモリ１０６に格納される第１の重心位置情報のフォーマット例を示す。第１の重心位置情報は、ズーム値、フォーカス値及びｈｐのデータの組を複数含む。メモリ１０６は、第１の重心位置情報をレンズＩＤに対応づけて格納する。レンズＩＤは、レンズ装置１６０を識別する識別情報である。

図６は、ＵＡＶ本体１０１のメモリ１０６に格納される第２の重心位置情報のフォーマット例を示す。第２の重心位置情報は、ズーム値、フォーカス値、ピッチ角及びｈｙのデータの組を複数含む。メモリ１０６は、第２の重心位置情報をレンズＩＤに対応づけて格納する。

図７は、レンズ装置１６０の重心位置を示す第３の重心位置情報のフォーマット例を示す。第３の重心位置情報は、ズーム値、フォーカス値及びｈ_Ｌのデータの組を複数含む。ｈ_Ｌは、一例として、レンズ装置１６０におけるマウント面からレンズ装置１６０の重心位置までの距離である。計測部１８０は、ｈ_Ｌ＝ｈｐ−Ｌｍにより、ｈ_Ｌを算出する。Ｌｍは、ピッチ軸から撮像部１４０におけるマウント面までの距離であってよい。

ＵＡＶ制御部１０４は、算出した第３の重心位置情報を、撮像制御部１４２を通じてレンズ装置１６０に送信する。レンズ装置１６０において、レンズ制御部１６２は、受信した第３の重心位置情報を、メモリ１６３に格納させる。

メモリ１６３に第３の重心位置情報が格納されている場合において、レンズ装置１６０がジンバル１１０に装着されたときには、第３の重心位置情報は、レンズ制御部１６２及び撮像制御部１４２を通じて、ＵＡＶ制御部１０４に供給される。取得部１７０は、取得した第３の重心位置情報を用いて、レンズ装置１６０の重心位置を算出する。第３の重心位置情報を用いてレンズ装置１６０の重心位置を算出する方法を、図８及び図９に関連して説明する。

図８は、レンズ装置１６０が撮像部１４０に装着されていない状態の一例を示す。計測部１８０は、図３に関連して説明した計測方法と同様の方法により、ピッチ軸から撮像部１４０の重心位置Ｇｃまでの距離を計測する。

計測部１８０は、撮像部１４０を基準姿勢に保持するための保持トルクＴ_０を、ジンバル制御部１１２から取得する。図８に示すように、関係式Ｔ_０＝ｈ_ｐ０×ｍを満たす。計測部１８０は、撮像部１４０の質量ｍと、保持トルクＴ_０とに基づいて、ｈ_ｐ０を算出する。

図９は、レンズ装置１６０の重心位置からｈｐを算出する処理の一例を示す。計測部１８０は、（−ｈ_ｐ０×ｍ＋（ｈ_Ｌ＋Ｌｍ）×Ｍ）／（ｍ＋Ｍ）により、ｈｐを算出する。そのため、レンズ装置１６０に第３の重心位置が格納されている場合、計測部１８０は、第３の重心位置情報を用いて、ズーム値及びフォーカス値の複数の組に対応するｈｐ及びｈｙを算出できる。この場合に、図３に関連して説明したような、光学装置１９０を基準姿勢に保持して保持トルクＴを取得する動作をしなくて済む。

図１０は、ｈｐ及びｈｙを計測する重心位置計測手順の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、確認部１８８によるイニシャライズと並行して実行されてよい。

Ｓ３０２において、ＵＡＶ制御部１０４は、レンズ装置１６０の第３の重心位置情報がレンズ装置１６０に記憶されているか否かを判断する。第３の重心位置情報がレンズ装置１６０に記憶されていない場合、取得部１７０は、レンズ装置１６０の質量Ｍを取得する（Ｓ３０４）。取得部１７０は、レンズ装置１６０のレンズＩＤに対応づけてメモリ１０６に格納されている質量Ｍを読み出す。

Ｓ３０６からＳ３１４の処理は、レンズ装置１６０のズーム値及びフォーカス値の組み合わせについてのループ処理である。Ｓ３０８において、ＵＡＶ制御部１０４は、ジンバル制御部１１２を制御して、光学装置１９０を基準姿勢の状態に保持する。基準姿勢とは、図３に示す姿勢であってよい。Ｓ３１０において、計測部１８０は、ピッチ軸まわりの保持トルクＴを計測する。Ｓ３１２において、計測部１８０は、重心位置を示すｈｐを算出する。Ｓ３０６からＳ３１４のループ処理により、ズーム値及びフォーカス値の予め定められた複数の組み合わせ毎にｈｐが算出される。

Ｓ３１６において、計測部１８０は、ピッチ角θｐについて重心位置を示すｈｙを算出する。ｈｙの算出方法は、図４等に説明した方法に基づく。

Ｓ３１８において、ＵＡＶ制御部１０４は、ズーム値及びフォーカス値の組み合わせに対応づけて、第１の重心位置情報をメモリ１０６に格納する。ＵＡＶ制御部１０４は、ズーム値、フォーカス値及びピッチ角θｐの組み合わせに対応づけて、第２の重心位置情報をメモリ１０６に格納する。

Ｓ３２０において、計測部１８０は、第３の重心位置情報を、レンズ装置１６０のメモリ１６３に格納させる。Ｓ３２０の処理が終了した後、本フローチャートに基づく動作は終了する。

Ｓ３０２の判断において、第３の重心位置情報がレンズ装置１６０のメモリ１６３に記憶されている場合、取得部１７０は、第３の重心位置情報をレンズ装置１６０から取得する（Ｓ３３０）。取得部１７０は、第１の重心位置情報及び第２の重心位置情報を算出して、メモリ１０６に格納する（Ｓ３３２）。Ｓ３３２の処理が終了した後、本フローチャートに基づく動作は終了する。

ＵＡＶ１００によれば、光学装置１９０の重心位置の実測値に基づいて、光学装置１９０の姿勢を制御することができる。そのため、レンズ装置１６０及び撮像部１４０の製品個体差を考慮した制御することができる。

上記の実施形態によれば、ＵＡＶ１００において実測した第３の重心位置情報が、レンズ装置１６０のメモリ１６３に格納される。上記実施形態の変形例において、第３の重心位置情報は、レンズ装置１６０の製造時に実測された情報であってよい。

図１１は、他の形態においてＵＡＶ本体１０１が格納する第４の重心位置情報のフォーマット例を示す。メモリ１０６は、ズーム値、フォーカス値及びｈ_Ｌのデータの組を複数含む重心位置情報を格納する。ズーム値、フォーカス値及びｈ_Ｌは、図７等に関連して説明した第３の重心位置情報と同様の情報である。第４の重心位置情報は、レンズ種別に対応づけられた重心位置情報である。この点で、第４の重心位置情報は第３の重心位置情報とは異なる。第４の重心位置情報は、ＵＡＶ１００の製造時に、メモリ１０６に書き込まれた情報であってよい。メモリ１０６は、レンズ装置１６０のレンズの種別を識別する種別ＩＤに対応づけて、第４の重心位置情報を格納する。

レンズ装置１６０が撮像部１４０に装着された場合、取得部１７０は、レンズ装置１６０の種別を識別する種別ＩＤをレンズ装置１６０から取得する。取得部１７０は、取得した種別ＩＤに対応づけてメモリ１０６に格納されている第４の重心位置情報を取得する。取得部１７０は、第４の重心位置情報を用いて、光学装置１９０の重心位置を算出してよい。光学装置１９０の重心位置は、図７から図９に関連して説明した処理と同様の処理により算出することができる。

上記の実施形態において、レンズ装置１６０は、交換レンズである。しかし、レンズ装置１６０は、撮像部１４０と一体的に設けられてよい。この場合において、レンズ装置１６０及び撮像部１４０を含む光学装置１９０は、ジンバル１１０に着脱可能であってよい。

上記の実施形態に示される複数の段階の少なくとも１つの段階は、ハードウェア、又は関連するハードウェアに命令するプログラムによって実装されてよい。プログラムは、コンピュータが可読な記録媒体に格納されてよい。記録媒体は、ＲＯＭ、磁気ディスク、及び光ディスクの少なくとも１つを含んでよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現可能である。請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。「直交」との記載は、「交わる」状態であってもよい。

１００ ＵＡＶ
１０１ ＵＡＶ本体
１０２ 通信インタフェース
１０４ ＵＡＶ制御部
１０５ 検出部
１０６ メモリ
１０７ 駆動部
１０８ 回転翼
１１０ ジンバル
１１２ ジンバル制御部
１１４ ヨー軸ドライバ
１１６ ピッチ軸ドライバ
１１８ ロール軸ドライバ
１２４ ヨー軸駆動モータ
１２６ ピッチ軸駆動モータ
１２８ ロール軸駆動モータ
１３０ 支持機構
１３４ ヨー軸回転機構
１３６ ピッチ軸回転機構
１３８ ロール軸回転機構
１４０ 撮像部
１６４ レンズ
１９０ 光学装置

Claims (23)

1. １又は複数のレンズを有する光学装置が着脱可能な制御装置であって、
   複数の光学装置の種別を識別する種別情報に対応づけて、それぞれの種別の光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納する格納部と、
   前記制御装置に装着されている前記光学装置の種別情報に対応づけて前記格納部に格納されている前記光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した情報が示す質量及び重心位置の少なくとも一方に基づいて、前記光学装置の姿勢を制御する制御部と
   を備える制御装置。
2. １又は複数のレンズを有する光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する取得部と、
   前記光学装置の姿勢の目標値と、前記光学装置の姿勢の検出値と、前記取得部が取得した情報に基づき予測される前記光学装置の姿勢とに基づいて、前記光学装置の姿勢を制御する制御部と
   を備える制御装置。
3. 前記取得部は、前記光学装置の質量及び重心位置を示す情報を取得する
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記取得部は、前記１又は複数のレンズのうちの可動レンズの複数の位置のそれぞれに対応する、前記光学装置の複数の重心位置を示す情報を取得する
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記光学装置の複数の重心位置は、前記光学装置の複数の焦点距離のそれぞれに対応する
   請求項４に記載の制御装置。
6. 前記光学装置の複数の重心位置は、前記光学装置の複数のフォーカス位置のそれぞれに対応する
   請求項４又は５に記載の制御装置。
7. 前記光学装置の重心位置を計測する計測部
   をさらに備え、
   前記取得部は、前記可動レンズが第１の位置にある状態で前記計測部が計測した前記光学装置の重心位置である第１の重心位置と、前記可動レンズが第２の位置にある状態で前記計測部が計測した前記光学装置の重心位置である第２の重心位置とを示す情報を取得する
   請求項４から６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 制御装置であって、
   １又は複数のレンズを有する光学装置の重心位置を計測する計測部と、
   前記光学装置の質量及び重心位置を示す情報を取得する取得部であって、前記１又は複数のレンズのうちの可動レンズが第１の位置にある状態で前記計測部が計測した前記光学装置の重心位置である第１の重心位置と、前記可動レンズが第２の位置にある状態で前記計測部が計測した前記光学装置の重心位置である第２の重心位置とを示す情報を取得する、取得部と、
   前記取得部が取得した情報が示す前記光学装置の質量及び重心位置に基づいて、前記光学装置の姿勢を制御する制御部と
   を備え、
   前記光学装置は、前記制御装置に対して着脱可能であり、
   前記制御装置は、
   前記計測部が計測した前記光学装置の重心位置を示す重心位置情報を、前記光学装置の識別情報に対応付けて格納する格納部
   をさらに備え、
   前記取得部は、前記制御装置に装着されている前記光学装置の識別情報に対応づけて前記格納部が格納している前記重心位置情報が示す重心位置に基づいて、前記光学装置の重心位置を算出する
   制御装置。
9. 前記光学装置は、回転軸を中心に回転可能に保持され、
   前記計測部は、前記光学装置の前記回転軸周りの回転角が第１の角度である状態で前記第１の重心位置及び前記第２の重心位置を計測し、前記光学装置の前記回転軸周りの回転角が第２の角度である状態で前記第１の重心位置及び前記第２の重心位置を計測する
   請求項７又は８に記載の制御装置。
10. 前記光学装置は、前記制御装置に対して着脱可能であり、
    前記光学装置は、重力方向とは異なる方向の回転軸を中心に、回転可能に保持されることが可能であり、
    前記計測部は、前記光学装置が前記制御装置に装着されていない第１の状態及び前記光学装置が前記制御装置に装着されている第２の状態のそれぞれにおいて、前記光学装置にかかる外力を計測し、前記第１の状態における前記外力と前記第２の状態における前記外力とに基づいて、前記光学装置の重心位置を計測する
    請求項７から９のいずれか一項に記載の制御装置。
11. 前記光学装置は、前記制御装置に対して着脱可能であり、
    前記光学装置は、前記光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納する格納部を有し、
    前記取得部は、前記制御装置に装着されている前記光学装置から、前記光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する
    請求項２に記載の制御装置。
12. 前記格納部は、前記光学装置の重心位置の実測値を示す情報を格納し、
    前記取得部は、前記制御装置に装着されている前記光学装置から、前記光学装置の質量及び重心位置の実測値を示す情報を取得する
    請求項１１に記載の制御装置。
13. 前記格納部は、前記光学装置の質量及び重心位置を示す情報を格納し、
    前記取得部は、前記制御装置に装着されている前記光学装置から、前記光学装置の質量及び重心位置を示す情報を取得する
    請求項１１又は１２に記載の制御装置。
14. 前記取得部は、前記制御装置に前記光学装置が装着された場合に、前記光学装置と通信して、前記光学装置の重心位置を示す情報を前記光学装置から取得する
    請求項１１から１３のいずれか一項に記載の制御装置。
15. 前記光学装置は、前記１又は複数のレンズにより結像された像を撮像する撮像部をさらに有する
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の制御装置。
16. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の制御装置と、
    前記１又は複数のレンズにより結像された像を撮像する撮像部と
    を備える撮像装置。
17. 前記１又は複数のレンズは、前記撮像部に対して着脱可能な交換レンズに含まれる
    請求項１６に記載の撮像装置。
18. 請求項１又は２に記載の制御装置を備えて移動する移動体であって、
    前記取得部は、前記移動体に電源が投入されてから前記移動体が移動し始めるまでの間に、前記光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する
    移動体。
19. 前記移動体を移動させるための駆動部と、
    前記移動体の状況又は前記移動体の周囲の状況を検出する検出部と、
    前記駆動部及び前記検出部の動作確認を実行する確認部と
    をさらに備え、
    前記取得部は、前記確認部が動作確認を実行している間に、前記光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する
    請求項１８に記載の移動体。
20. １又は複数のレンズを有する光学装置が着脱可能な制御装置による制御方法であって、
    複数の光学装置の種別を識別する種別情報に対応づけて、それぞれの種別の光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を格納する段階と、
    前記制御装置に装着されている前記光学装置の種別情報に対応づけて格納されている前記光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する段階と、
    前記取得した情報が示す質量及び重心位置の少なくとも一方に基づいて、前記光学装置の姿勢を制御する段階と
    を備える制御方法。
21. １又は複数のレンズを有する光学装置の質量及び重心位置の少なくとも一方を示す情報を取得する段階と、
    前記光学装置の姿勢の目標値と、前記光学装置の姿勢の検出値と、前記取得した情報に基づき予測される前記光学装置の姿勢とに基づいて、前記光学装置の姿勢を制御する段階と
    を備える制御方法。
22. 制御装置による制御方法であって、
    １又は複数のレンズを有する光学装置の重心位置を計測する段階と、
    前記光学装置の質量及び重心位置を示す情報を取得する段階であって、前記１又は複数のレンズのうちの可動レンズが第１の位置にある状態で前記計測された前記光学装置の重心位置である第１の重心位置と、前記可動レンズが第２の位置にある状態で前記計測された前記光学装置の重心位置である第２の重心位置とを示す情報を取得する、段階と、
    前記取得された情報が示す前記光学装置の質量及び重心位置に基づいて、前記光学装置の姿勢を制御する段階と
    を備え、
    前記光学装置は、前記制御装置に対して着脱可能であり、
    前記制御方法は、
    前記計測された前記光学装置の重心位置を示す重心位置情報を、前記光学装置の識別情報に対応付けて格納する段階と、
    前記制御装置に装着されている前記光学装置の識別情報に対応づけて格納されている前記重心位置情報が示す重心位置に基づいて、前記光学装置の重心位置を算出する段階と
    をさらに備える制御方法。
23. 請求項２０から２２のいずれか一項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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