JP6821881B1 - 制御装置、撮像システム、移動体、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】溝の間のボールが位置ずれすることでレンズの移動に影響を与えることがある。【解決手段】撮像装置と、撮像装置を回転可能に支持する支持機構とを制御する制御装置は、撮像装置の姿勢を、保持枠の移動方向が重力方向の成分を有する第１方向になる第１姿勢にすべく、支持機構を制御し、駆動部を制御して保持枠をガイド構造を介して第１方向に移動させることにより、ボールと第１溝部と第２溝部との位置関係を調整するように構成される回路を備えてよい。【選択図】図１０

Description

本発明は、制御装置、撮像システム、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、溝の間にボールを含むガイド構造を介してレンズを移動させるカメラモジュールが開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 米国特許出願公開第２００８／２５３００３号明細書

溝の間のボールが位置ずれすることでレンズの移動に影響を与えることがある。

本発明の一態様に係る制御装置は、撮像装置と、撮像装置を回転可能に支持する支持機構とを制御する制御装置でよい。撮像装置は、レンズと、レンズを保持する保持枠と、保持枠の光軸方向への移動をガイドするガイド構造と、保持枠をガイド構造を介して光軸方向に沿って駆動させる駆動部と、保持枠、ガイド構造、及び駆動部を収容する収容部とを備えてよい。ガイド構造は、保持枠に設けられ、光軸方向に沿った第１溝部を有する第１ガイド部と、収容部に設けられ、第１溝部に対向する光軸方向に沿った第２溝部を有する第２ガイド部と、第１溝部と第２溝部との間に配置されるボールとを有してよい。制御装置は、撮像装置の姿勢を、保持枠の移動方向が重力方向の成分を有する第１方向になる第１姿勢にすべく、支持機構を制御し、駆動部を制御して保持枠をガイド構造を介して第１方向に移動させることにより、ボールと第１溝部と第２溝部との位置関係を調整するように構成される回路を備えてよい。

駆動部は、保持枠及び収容部の一方に支持される磁石と、磁石に対向し、保持枠及び収容部の他方に支持されるコイル及びヨークとを有してよい。駆動部は、磁石とヨークとの間の磁力により、第１ガイド部を第２ガイド部に押し付け、かつコイルに発生するローレンツ力により保持枠をガイド構造を介して光軸方向に駆動させてよい。

回路は、撮像装置の姿勢を調整する予め定められたキャリブレーションを支持機構に実行させることに応じて、撮像装置の姿勢を第１姿勢するように構成されてよい。

第１方向は、保持枠の移動方向が重力方向になる方向でよい。

回路は、撮像装置の姿勢が第１姿勢の状態で、ボールと第１溝部と第２溝部との位置関係が予め定められた位置関係になるように、駆動部を制御して保持枠をガイド構造を介して光軸方向に移動させてよい。

回路は、撮像装置の姿勢が第１姿勢の状態で、ボールと第１溝部と第２溝部との位置関係が予め定められた位置関係になるように、駆動部を制御して保持枠をガイド構造を介して光軸方向に予め定められた位置まで移動させるように構成されてよい。

保持枠は、光軸方向に第１位置から第２位置まで移動可能でよい。予め定められた位置は、第１位置または第２位置でよい。

本発明の一態様に係る撮像システムは、上記制御装置と、上記支持機構と、上記撮像装置とを備えてよい。

本発明の一態様に係る移動体は、上記撮像システムを備えて移動する移動体でよい。

本発明の一態様に係る制御方法は、撮像装置と、撮像装置を回転可能に支持する支持機構とを制御する制御方法でよい。撮像装置は、レンズと、レンズを保持する保持枠と、保持枠の光軸方向への移動をガイドするガイド構造と、保持枠をガイド構造を介して光軸方向に沿って駆動させる駆動部と、保持枠、ガイド構造、及び駆動部を収容する収容部とを備えてよい。ガイド構造は、保持枠に設けられ、光軸方向に沿った第１溝部を有する第１ガイド部と、収容部に設けられ、第１溝部に対向する光軸方向に沿った第２溝部を有する第２ガイド部と、第１溝部と第２溝部との間に配置されるボールとを有してよい。制御方法は、撮像装置の姿勢を、保持枠の移動方向が重力方向の成分を有する第１方向になる第１姿勢にすべく、支持機構を制御する段階を備えてよい。制御方法は、駆動部を制御して保持枠をガイド構造を介して第１方向に移動させることにより、ボールと第１溝部と第２溝部との位置関係を調整する段階を備えてよい。

本発明の一態様に係るプログラムは、上記制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムでよい。

本発明の一態様によれば、対向する溝部の間にボールを含むガイド構造を介してレンズを移動させる撮像装置において、レンズを駆動する駆動部での電力を抑えつつ、溝部の間のボールの位置ずれを解消させることができる。

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

撮像システムの外観斜視図の一例を示す図である。 撮像装置の外観斜視図の一例を示す図である。 撮像装置の分解斜視図の一例を示す図である。 図２に示すＡ−Ａ断面図である。 図４に示すＢ−Ｂ断面図である。 ボール、第１ガイドレール、及び第２ガイドレールの位置関係について説明するための図である。 ボール、第１ガイドレール、及び第２ガイドレールの位置関係について説明するための図である。 ボール、第１ガイドレール、及び第２ガイドレールの位置関係について説明するための図である。 ボール、第１ガイドレール、及び第２ガイドレールの位置関係について説明するための図である。 撮像システムの機能ブロックの一例を示す図である。 無人航空機及び遠隔操作装置の外観の一例を示す図である。 撮像システムの電源がオンされたときの処理手順の一例を示すフローチャートである。 キャリブレーション時の撮像装置の姿勢の変化の様子について説明するための図である。 キャリブレーション時の撮像装置の姿勢の変化の様子について説明するための図である。 キャリブレーション時の撮像装置の姿勢の変化の様子について説明するための図である。 ハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の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。以下の実施の形態に、多様な変更また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。その様な変更また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、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、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。

本発明の様々な実施形態は、フローチャート及びブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、プログラマブル回路、及び／またはプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び／またはアナログハードウェア回路を含んでよい。集積回路（ＩＣ）及び／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。再構成可能なハードウェア回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、及び他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含んでよい。

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードの何れかを含んでよい。ソースコードまたはオブジェクトコードは、従来の手続型プログラミング言語を含む。従来の手続型プログラミング言語は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語でよい。コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供されてよい。プロセッサまたはプログラマブル回路は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

図１は、本実施形態に係る撮像システム１０の外観斜視図である。撮像システム１０は、撮像装置１００、支持機構２００、及び把持部３００を備える。支持機構２００は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてロール軸、ピッチ軸、ヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。支持機構２００は、ロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更、または維持してよい。支持機構２００は、ロール軸駆動機構２０１、ピッチ軸駆動機構２０２、及びヨー軸駆動機構２０３を備える。支持機構２００は、ヨー軸駆動機構２０３が固定される基部２０４をさらに備える。把持部３００は、基部２０４に固定される。把持部３００は、操作インタフェース３０１、及び表示部３０２を備える。撮像装置１００は、ピッチ軸駆動機構２０２に固定される。

操作インタフェース３０１は、撮像装置１００及び支持機構２００を操作するための命令をユーザから受け付ける。操作インタフェース３０１は、撮像装置１００による撮影または録画を指示するシャッター／録画ボタンを含んでよい。操作インタフェース３０１は、撮像システム１０の電源をオンまたはオフ、及び撮像装置１００の静止画撮影モードまたは動画撮影モードの切り替えを指示する電源／ファンクションボタンを含んでよい。

表示部３０２は、撮像装置１００により撮像される画像を表示してよい。表示部３０２は、撮像装置１００及び支持機構２００を操作するためのメニュー画面を表示してよい。表示部３０２は、撮像装置１００及び支持機構２００を操作するための命令を受け付けるタッチパネルディスプレイでよい。

図２は、撮像装置１００の外観斜視図である。図３は、撮像装置１００の分解斜視図である。図４は、図２に示すＡ−Ａ断面図である。

撮像装置１００は、レンズ１０１、保持枠１１０、ガイド構造１２０、駆動部１３０、収容部１４０、及び位置センサ１４８を備える。撮像装置１００は、ボイスコイルモータ方式の駆動部１３０で保持枠１１０を光軸方向に移動させることで、レンズ１０１の位置を調整する。

レンズ１０１は、複数のレンズを有してよい。レンズ１０１は、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ、及びフォーカスレンズとして機能してよい。保持枠１１０は、レンズ１０１を保持する。

ガイド構造１２０は、保持枠１１０の光軸方向への移動をガイドする。ガイド構造１２０は、第１ガイド部１２１及び第２ガイド部１２２を有する。第１ガイド部１２１は、保持枠１１０に設けられ、保持枠１１０の光軸方向への移動をガイドする。第２ガイド部１２２は、収容部１４０に設けられ、第１ガイド部１２１に対向し、保持枠１１０の光軸方向への移動をガイドする。

第１ガイド部１２１は、光軸方向に沿った第１ガイドレール１２１２を有する。第１ガイド部１２１は、一対の第１ガイドレール１２１２を有してよい。第１ガイド部１２１は、保持枠１１０と一体的に構成されてよい。一対の第１ガイドレール１２１２は、保持枠１１０に形成された一対の溝でよい。第１ガイドレール１２１２は、第１溝部の一例である。

第２ガイド部１２２は、第１ガイドレール１２１２に対向する光軸方向に沿った第２ガイドレール１２２２を有する。第２ガイド部１２２は、一対の第１ガイドレール１２１２に対向する一対の第２ガイドレール１２２２を有してよい。一対の第２ガイドレール１２２２は、収容部１４０に形成された一対の溝でよい。第２ガイドレール１２２２は、第２溝部の一例である。

ガイド構造１２０は、第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との間に配置される複数のボール１２３をさらに有する。ボール１２３が第１ガイドレール１２１２及び第２ガイドレール１２２２の間を回転することで、保持枠１１０が光軸方向に沿って移動する。

駆動部１３０は、保持枠１１０をガイド構造１２０を介して光軸方向に沿って駆動させる。駆動部１３０は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）として機能してよい。収容部１４０は、保持枠１１０、ガイド構造１２０、及び駆動部１３０を収容する。

駆動部１３０は、磁石１３１、コイル１３２、及びヨーク１３３を有する。磁石１３１は、保持枠１１０の側部に設けられてよい。磁石１３１は、レンズ１０１の半径方向の外側に位置する。コイル１３２及びヨーク１３３は、磁石１３１に対向し、収容部１４０に支持される。磁石１３１とヨーク１３３との間の磁力１３０１で、第１ガイド部１２１が第２ガイド部１２２に押し付けられる。駆動部１３０は、コイル１３２に電流を流すことで、コイル１３２に発生するローレンツ力により保持枠１１０をガイド構造１２０を介して光軸方向に駆動させる。磁石１３１は、一対の第１ガイドレール１２１２の間に配置されてよい。磁石１３１は、第１ガイド部１２１に配置されてよい。磁石１３１は、第１ガイド部１２１に固定されることで、保持枠１１０に支持されてよい。磁石１３１が収容部１４０に支持され、コイル１３２及びヨーク１３３が保持枠１１０に支持されてもよい。

撮像装置１００は、位置センサ１４８と、コイル１３２及び位置センサ１４８に接続されるフレキシブル基板（ＦＰＣ）１５０と、イメージセンサ１７０と、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ１７２とをさらに備える。撮像装置１００は、レンズ１０１を露出する開口を有する外カバー１６０をさらに備える。

位置センサ１４８は、保持枠１１０の位置を検出する。位置センサ１４８は、保持枠１１０の位置をレンズ１０１の位置として検出する。位置センサ１４８は、ホール素子でよい。位置センサ１４８は、磁石１３１で発生する磁界を検出することで、保持枠１１０の位置を検出してよい。位置センサ１４８は、コイル１３２の中心部分に、コイル１３２に囲まれるように配置されてよい。

イメージセンサ１７０は、収容部１４０の底部に配置されてよい。イメージセンサ１７０は、レンズ１０１を介して結像された被写体像を電気信号に変換する。イメージセンサ１７０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１７０の撮像面の上方には、ＩＲカットフィルタ１７２が配置されてよい。

図５は、図４に示すＢ−Ｂ断面図である。第１ガイドレール１２１２の一端部分及び第２ガイドレール１２２２の一端部分とボール１２３との間、及び第１ガイドレール１２１２の他端部分及び第２ガイドレール１２２２の他端部分とボール１２３との間に、空間１２３０がある。このような空間１２３０があれば、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、保持枠１１０が光軸方向に沿って移動する間に、ボール１２３は、第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との間で、ほとんど摩擦なしに回転できる。

ここで、ＶＣＭである駆動部１３０に必要な最大の推進力をＦｍａｘ、駆動部１３０により駆動される保持枠１１０及びレンズ１０１を含む物体系の重量をｍ、フォーカス制御に必要な加速度をａ（≒４Ｇ）、重力加速度をｇ（≒１Ｇ）、ボール１２３の転がり摩擦係数をμｒ、磁石１３１の磁気吸着力をＮとする。この場合、最大の推進力Ｆｍａｘは、次式で表すことができる。
Ｆｍａｘ＝ｍａ＋ｍｇ＋μｒＮ

空間１２３０があれば、転がり摩擦係数μｒ≒０とできるので、Ｆｍａｘ＝ｍａ＋ｍｇ＝５ｍＧとなる。

一方、撮像装置１００に衝撃が加わった場合などで、ボール１２３と、第１ガイドレール１２１２と、第２ガイドレール１２２２との間の位置関係にずれが生じることがある。図７Ａに示すように、ボール１２３が、第１ガイドレール１２１２の一端部分にずれると、ボール１２３が第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との間で、ほぼ摩擦なしに回転できなくなる。すなわち、転がり摩擦係数μｒは０でなくなる。この場合、例えば、μｒ≒０．３、Ｎ≒２０ｍＧの場合、Ｆｍａｘ＝７ｍＧとなる。

位置関係のずれを補正するためには、ボール１２３が第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との間で転がりにくい状態で、保持枠１１０をさらに光軸方向に移動させる必要がある。例えば、図７Ａのように、ボール１２３が物体側（被写体側）にずれた場合、ボール１２３が第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との間で転がりにくい状態で、保持枠１１０を物体側にさらに移動させる必要がある。保持枠１１０を被写体側に一旦移動させた後、保持枠１１０を撮像面側に移動させることで、ボール１２３と、第１ガイドレール１２１２と、第２ガイドレール１２２２との間の位置関係が補正され、図７Ｂに示すように、第１ガイドレール１２１２の一端部分及び第２ガイドレール１２２２の一端部分とボール１２３との間、及び第１ガイドレール１２１２の他端部分及び第２ガイドレール１２２２の他端部分とボール１２３との間に、再び空間１２３０を生じさせることができる。

上記のような空間１２３０がないと、転がり摩擦係数μｒが０ではないので、駆動部１３０で必要な電力が増加してしまう。そこで、本実施形態では、このような空間１２３０がない状態で、ボール１２３と、第１ガイドレール１２１２と、第２ガイドレール１２２２との間の位置関係を調整すべく、駆動部１３０を駆動する場合、重力方向に保持枠１１０を移動させるように、支持機構２００を介して撮像装置１００の姿勢を制御する。これにより、保持枠１１０を光軸方向に移動させる場合に駆動部１３０で必要な電力を低減させる。

図８は、撮像システム１０の機能ブロックを示す図である。撮像装置１００は、撮像制御部１８０、イメージセンサ１７０、メモリ１７６、レンズ制御部１８２、駆動部１３０、レンズ１０１、保持枠１１０、ガイド構造１２０を備える。

イメージセンサ１７０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１７０は、レンズ１０１を介して結像された光学像の画像データを撮像制御部１８０に出力する。撮像制御部１８０は、ＣＰＵまたは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、システムオンチップ（ＳＯＣ）などにより構成されてよい。撮像制御部１８０は、回路の一例である。撮像制御部１８０は、把持部３００からの撮像装置１００の動作命令に応じて、撮像装置１００を制御してよい。

メモリ１７６は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、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１７６は、撮像制御部１８０がイメージセンサ１７０などを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ１７６は、撮像装置１００の筐体の内部に設けられてよい。把持部３００は、撮像装置１００により撮像された画像データを保存するための他のメモリを備えてよい。把持部３００は、把持部３００の筐体からメモリを取り外し可能なスロットを有してよい。

レンズ１０１は、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ、及びフォーカスレンズとして機能してよい。レンズ１０１は、光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ制御部１８２は、撮像制御部１８０からのレンズ制御命令に従って、駆動部１３０を駆動して、レンズ１０１を光軸方向に沿って移動させる。レンズ制御命令は、例えば、ズーム制御命令、及びフォーカス制御命令である。駆動部１３０は、レンズ１０１を光軸方向に移動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む。駆動部１３０は、ＤＣモータ、コアレスモータ、または超音波モータなどの電動機を含んでよい。レンズ制御部１８２は、回路の一例である。

撮像装置１００は、姿勢制御部２１０、角速度センサ２１２、及び加速度センサ２１４をさらに備える。角速度センサ２１２は、撮像装置１００の角速度を検出する。角速度センサ２１２は、撮像装置１００のロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸回りのそれぞれの角速度を検出する。姿勢制御部２１０は、角速度センサ２１２から撮像装置１００の角速度に関する角速度情報を取得する。角速度情報は、撮像装置１００のロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸回りのそれぞれの角速度を示してよい。姿勢制御部２１０は、加速度センサ２１４から撮像装置１００の加速度に関する加速度情報を取得する。加速度情報は、撮像装置１００の振動の大きさを表す振動レベルを示してよい。加速度情報は、撮像装置１００のロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸のそれぞれの方向の加速度を示してもよい。

角速度センサ２１２、及び加速度センサ２１４は、イメージセンサ１７０及びレンズ１０１などを収容する筐体である収容部１４０内に設けられてよい。本実施形態では、撮像装置１００と支持機構２００とが一体的に構成される形態について説明する。しかし、支持機構２００が、撮像装置１００を着脱可能に固定する台座を備えてよい。この場合、角速度センサ２１２、及び加速度センサ２１４は台座など撮像装置１００の筐体の外に設けられてよい。

姿勢制御部２１０は、角速度情報及び加速度情報に基づいて、撮像装置１００の姿勢を維持または変更すべく、支持機構２００を制御する。姿勢制御部２１０は、回路の一例である。

姿勢制御部２１０は、撮像装置１００の姿勢を、保持枠１１０の移動方向が重力方向の成分を有する第１方向になる第１姿勢にすべく、支持機構２００を制御する。第１方向は、保持枠の移動方向が重力方向になる方向でよい。姿勢制御部２１０は、撮像装置１００の撮像方向が鉛直方向下向き、または鉛直方向上向きになる姿勢になるように、支持機構２００を制御してよい。

姿勢制御部２１０は、撮像装置１００の姿勢を調整する予め定められたキャリブレーションを支持機構２００に実行させることに応じて、撮像装置１００の姿勢を第１姿勢してよい。姿勢制御部２１０が、キャリブレーションを実行することで、撮像装置１００の実際の姿勢（ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸の回転位置）と、姿勢制御部２１０が認識している撮像装置１００の姿勢（ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸の回転位置）とを一致させる位置補正を行う。姿勢制御部２１０は、撮像システム１０の電源をオンしたときに、キャリブレーションを実行してよい。

レンズ制御部１８２は、撮像装置１００の姿勢が第１姿勢の状態で、駆動部１３０を制御して保持枠１１０をガイド構造１２０を介して第１方向に移動させる。これにより、レンズ制御部１８２は、ボール１２３と第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との位置関係を調整する。

レンズ制御部１８２は、撮像装置１００の姿勢が第１姿勢の状態で、ボール１２３と第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との位置関係が予め定められた位置関係になるように、駆動部１３０を制御して保持枠１１０をガイド構造１２０を介して光軸方向に移動させてよい。レンズ制御部１８２は、第１ガイドレール１２１２の一端部分及び第２ガイドレール１２２２の一端部分とボール１２３との間、及び第１ガイドレール１２１２の他端部分及び第２ガイドレール１２２２の他端部分とボール１２３との間に空間ができるように、ボール１２３と第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との位置関係を調整してよい。

レンズ制御部１８２は、撮像装置１００の姿勢が第１姿勢の状態で、ボール１２３と第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との位置関係が予め定められた位置関係になるように、駆動部１３０を制御して保持枠１１０をガイド構造１２０を介して光軸方向に予め定められた位置まで移動させてよい。保持枠１１０は、光軸方向に第１位置から第２位置まで移動可能でよい。予め定められた位置は、第１位置または第２位置でよい。保持枠１１０の第１位置から第２位置までの移動範囲は、至近端から無限遠端までに相当するレンズ１０１の駆動範囲に対応してよい。

姿勢制御部２１０は、ユーザからの指示に応じて、撮像装置１００の姿勢を第１姿勢して、レンズ制御部１８２は、撮像装置１００の姿勢が第１姿勢の状態で、ボール１２３と第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との位置関係を調整してよい。姿勢制御部２１０は、加速度センサ２１４で検出される加速度が予め定められた閾値を超えた場合、撮像装置１００に強い衝撃が生じ、ボール１２３の位置ずれが生じた可能性が高いと判断して、撮像装置１００の姿勢を第１姿勢して、レンズ制御部１８２は、撮像装置１００の姿勢が第１姿勢の状態で、ボール１２３と第１ガイドレール１２１２と第２ガイドレール１２２２との位置関係を調整してよい。

上記のような撮像装置１００は、移動体に搭載されてもよい。撮像装置１００は、図９に示すような、無人航空機（ＵＡＶ）に搭載されてもよい。ＵＡＶ１０００は、ＵＡＶ本体２０、ジンバル５０、複数の撮像装置６０、及び撮像装置１００を備えてよい。ジンバル５０、及び撮像装置１００は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１０００は、推進部により推進され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などの飛行体、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。

ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１０００を飛行させる。ＵＡＶ本体２０は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１０００を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。また、ＵＡＶ１０００は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置１００は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル５０は、撮像装置１００を回転可能に支持する。ジンバル５０は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いて更に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５０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更してよい。

複数の撮像装置６０は、ＵＡＶ１０００の飛行を制御するためにＵＡＶ１０００の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０００の機首である正面に設けられてよい。更に他の２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０００の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置６０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置６０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置６０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１０００の周囲の３次元空間データが生成されてよい。ＵＡＶ１０００が備える撮像装置６０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１０００は、少なくとも１つの撮像装置６０を備えていればよい。ＵＡＶ１０００は、ＵＡＶ１０００の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置６０を備えてもよい。撮像装置６０で設定できる画角は、撮像装置１００で設定できる画角より広くてよい。撮像装置６０は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。

遠隔操作装置６００は、ＵＡＶ１０００と通信して、ＵＡＶ１０００を遠隔操作する。遠隔操作装置６００は、ＵＡＶ１０００と無線で通信してよい。遠隔操作装置６００は、ＵＡＶ１０００に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転等のＵＡＶ１０００の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、ＵＡＶ１０００の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、ＵＡＶ１０００が位置すべき高度を示してよい。ＵＡＶ１０００は、遠隔操作装置６００から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、ＵＡＶ１０００を上昇させる上昇命令を含んでよい。ＵＡＶ１０００は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。ＵＡＶ１０００は、上昇命令を受け付けても、ＵＡＶ１０００の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。

図１０は、撮像システム１０の電源がオンされたときの処理手順の一例を示す。撮像システム１０の電源がオンすると（Ｓ１００）、姿勢制御部２１０は、支持機構２００のキャリブレーションを開始する（Ｓ１０２）。姿勢制御部２１０は、ロール軸駆動機構２０１、ピッチ軸駆動機構２０２、及びヨー軸駆動機構２０３を駆動させて、撮像装置１００を回転させる。姿勢制御部２１０は、撮像装置１００を回転させたときに角速度センサ２１２及び加速度センサ２１４で検出される撮像装置１００の角速度及び加速度に基づいて、撮像装置１００の実際の姿勢と、姿勢制御部２１０が認識している撮像装置１００の姿勢とを一致させる位置補正を行う。

さらに、姿勢制御部２１０は、支持機構２００を制御することで、撮像装置１００を第１姿勢に制御する。姿勢制御部２１０は、例えば、撮像装置１００の撮像方向が鉛直方向下向きになるように支持機構２００を制御する。撮像システム１０が図９に示すようなＵＡＶ１０００に搭載されている場合、撮像システム１０の電源がオンすると、撮像装置１００の撮像方向４０１は、図１１Ａに示すように、水平方向になる。この状態から、姿勢制御部２１０は、図１１Ｂに示すように、撮像装置１００の撮像方向４０１が鉛直方向下向きなるように、ジンバル５０を制御する。この状態で、レンズ制御部１８２は、保持枠１１０を重力方向である第１方向に移動させる（Ｓ１０６）。レンズ制御部１８２は、図１１Ｂに示すように、保持枠１１０を鉛直方向下向きに移動させる。保持枠１１０が重力方向に移動するので、ボール１２３の位置ずれが生じている場合でも、駆動部１３０の電力を最小限に抑えて、保持枠１１０を移動させることができる。そして、レンズ制御部１８２が、保持枠１１０を予め定められた位置まで光軸方向に移動させた後、逆方向に移動させることで、ボール１２３の位置ずれを解消させることができる。

その後、姿勢制御部２１０は、撮像装置１００の姿勢を基準姿勢に制御する（Ｓ１０８）。例えば、姿勢制御部２１０は、図１１Ｃに示すように、撮像装置１００の撮像方向が水平方向なるようにジンバル５０を制御する。

図１２は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ１３００の一例を示す。コンピュータ１３００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１３００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーションまたは当該装置の１または複数の「部」として機能させることができる。または、当該プログラムは、コンピュータ１３００に当該オペレーションまたは当該１または複数の「部」を実行させることができる。当該プログラムは、コンピュータ１３００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ１３００に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１３１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ１３００は、ＣＰＵ１３１２、及びＲＡＭ１３１４を含み、それらはホストコントローラ１３１０によって相互に接続されている。コンピュータ１３００はまた、通信インタフェース１３２２、入力／出力ユニットを含み、それらは入力／出力コントローラ１３２０を介してホストコントローラ１３１０に接続されている。コンピュータ１３００はまた、ＲＯＭ１３３０を含む。ＣＰＵ１３１２は、ＲＯＭ１３３０及びＲＡＭ１３１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。

通信インタフェース１３２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブが、コンピュータ１３００内のＣＰＵ１３１２によって使用されるプログラム及びデータを格納してよい。ＲＯＭ１３３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ１３００によって実行されるブートプログラム等、及び／またはコンピュータ１３００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。プログラムが、ＣＲ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリまたはＩＣカードのようなコンピュータ可読記録媒体またはネットワークを介して提供される。プログラムは、コンピュータ可読記録媒体の例でもあるＲＡＭ１３１４、またはＲＯＭ１３３０にインストールされ、ＣＰＵ１３１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１３００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ１３００の使用に従い情報のオペレーションまたは処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ１３００及び外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１３１２は、ＲＡＭ１３１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース１３２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース１３２２は、ＣＰＵ１３１２の制御の下、ＲＡＭ１３１４、またはＵＳＢメモリのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ１３１２は、ＵＳＢメモリ等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ１３１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１３１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ１３１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ１３１２は、ＲＡＭ１３１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１３１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１３１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１３１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ１３００上またはコンピュータ１３００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ１３００に提供する。

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、多様な変更また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。その様な変更また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、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、およ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、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、およ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。

１０ 撮像システム
２０ ＵＡＶ本体
５０ ジンバル
６０ 撮像装置
１００ 撮像装置
１０１ レンズ
１１０ 保持枠
１２０ ガイド構造
１２１ 第１ガイド部
１２２ 第２ガイド部
１２３ ボール
１３０ 駆動部
１３１ 磁石
１３２ コイル
１３３ ヨーク
１４０ 収容部
１４８ 位置センサ
１６０ 外カバー
１７０ イメージセンサ
１７２ ＩＲカットフィルタ
１７６ メモリ
１８０ 撮像制御部
１８２ レンズ制御部
２００ 支持機構
２０１ ロール軸駆動機構
２０２ ピッチ軸駆動機構
２０３ ヨー軸駆動機構
２０４ 基部
２１０ 姿勢制御部
２１２ 角速度センサ
２１４ 加速度センサ
３００ 把持部
３０１ 操作インタフェース
３０２ 表示部
６００ 遠隔操作装置
１０００ ＵＡＶ
１３００ コンピュータ
１３１０ ホストコントローラ
１３１２ ＣＰＵ
１３１４ ＲＡＭ
１３２０ 入力／出力コントローラ
１３２２ 通信インタフェース
１３３０ ＲＯＭ

Claims (11)

1. 撮像装置と、前記撮像装置を回転可能に支持する支持機構とを制御する制御装置であって、
   前記撮像装置は、
   レンズと、
   前記レンズを保持する保持枠と、
   前記保持枠の光軸方向への移動をガイドするガイド構造と、
   前記保持枠を前記ガイド構造を介して光軸方向に沿って駆動させる駆動部と、
   前記保持枠、前記ガイド構造、及び前記駆動部を収容する収容部と
   を備え、
   前記ガイド構造は、
   前記保持枠に設けられ、前記光軸方向に沿った第１溝部を有する第１ガイド部と、
   前記収容部に設けられ、前記第１溝部に対向する前記光軸方向に沿った第２溝部を有する第２ガイド部と、
   前記第１溝部と前記第２溝部との間に配置されるボールと
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記撮像装置の姿勢を、前記保持枠の移動方向が重力方向の成分を有する第１方向になる第１姿勢にすべく、前記支持機構を制御し、
   前記駆動部を制御して前記保持枠を前記ガイド構造を介して、前記第１方向に移動させた後、前記第１方向と逆方向に移動させることにより、前記ボールと前記第１溝部と前記第２溝部との位置関係を調整するように構成される回路を備える、制御装置。
2. 前記駆動部は、
   前記保持枠及び前記収容部の一方に支持される磁石と、
   前記磁石に対向し、前記保持枠及び前記収容部の他方に支持されるコイル及びヨークと
   を有し、
   前記磁石と前記ヨークとの間の磁力により、前記第１ガイド部を前記第２ガイド部に押し付け、かつ前記コイルに発生するローレンツ力により前記保持枠を前記ガイド構造を介して前記光軸方向に駆動させる、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記回路は、前記撮像装置の姿勢を調整する予め定められたキャリブレーションを前記支持機構に実行させることに応じて、前記撮像装置の姿勢を前記第１姿勢にするように構成される、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記第１方向は、前記保持枠の移動方向が重力方向になる方向である、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記回路は、前記撮像装置の姿勢が前記第１姿勢の状態で、前記ボールと前記第１溝部と前記第２溝部との位置関係が予め定められた位置関係になるように、前記駆動部を制御して前記保持枠を前記ガイド構造を介して光軸方向に移動させる、請求項１に記載の制御装置。
6. 前記回路は、前記撮像装置の姿勢が前記第１姿勢の状態で、前記ボールと前記第１溝部と前記第２溝部との位置関係が予め定められた位置関係になるように、前記駆動部を制御して前記保持枠を前記ガイド構造を介して光軸方向に予め定められた位置まで移動させるように構成される、請求項５に記載の制御装置。
7. 前記保持枠は、前記光軸方向に第１位置から第２位置まで移動可能であり
   前記予め定められた位置は、前記第１位置または前記第２位置である、請求項６に記載の制御装置。
8. 請求項１から７の何れか１つに記載の制御装置と、
   前記支持機構と、
   前記撮像装置と
   を備える撮像システム。
9. 請求項８に記載の撮像システムを備えて移動する移動体。
10. 撮像装置と、前記撮像装置を回転可能に支持する支持機構とを制御する制御方法であって、
    前記撮像装置は、レンズと、前記レンズを保持する保持枠と、前記保持枠の光軸方向への移動をガイドするガイド構造と、前記保持枠を前記ガイド構造を介して光軸方向に沿って駆動させる駆動部と、前記保持枠、前記ガイド構造、及び前記駆動部を収容する収容部とを備え、
    前記ガイド構造は、前記保持枠に設けられ、前記光軸方向に沿った第１溝部を有する第１ガイド部と、前記収容部に設けられ、前記第１溝部に対向する前記光軸方向に沿った第２溝部を有する第２ガイド部と、前記第１溝部と前記第２溝部との間に配置されるボールとを有し、
    前記制御方法は、
    前記撮像装置の姿勢を、前記保持枠の移動方向が重力方向の成分を有する第１方向になる第１姿勢にすべく、前記支持機構を制御する段階と、
    前記駆動部を制御して前記保持枠を前記ガイド構造を介して、前記第１方向に移動させた後、前記第１方向と逆方向に移動させることにより、前記ボールと前記第１溝部と前記第２溝部との位置関係を調整する段階と
    を備える、制御方法。
11. 請求項１から７の何れか１つに記載の制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。