JP7118576B2 - プリズム装着用アダプタ - Google Patents
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Description
本発明は、写真測量に用いられるカメラ、特にカメラに追尾用プリズムを設ける為のプリズム装着用アダプタに関するものである。
近年、小型無人飛行体(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)の発達、普及に伴い、UAVを利用した各種装置が提案されている。
例えば、UAVにカメラを搭載し、写真測量を行うことが提案されている。
写真測量を行う場合、カメラで写真撮影した位置(3次元座標)が正確に測量される必要があり、撮影位置を測定する精度は写真測量の精度に影響する。
UAVの3次元座標を測定する方法としては、人工衛星からの電波を利用するGNSS装置(Global Navigation Satellite System)により測定する方法がある。
GNSS装置は、高精度の位置測定が難しく、或は人工衛星からの電波を受信できない環境では、位置測定ができないと言う問題がある。
又、飛行体の位置測定を行う他の方法として、UAVにプリズムを設け、又既知点に追尾機能を有する測定機、例えば、トータルステーションを設置し、該トータルステーションにより前記プリズムを追尾しつつプリズムの位置を測定し、UAVの3次元座標を高精度で測定する方法がある。
後者のトータルステーションにより位置測定する方法では、プリズムはUAVに設けられ、又カメラもプリズムとは個別にUAVに搭載される。この為、UAV基準としプリズムとカメラの位置関係に基づき、トータルステーションで測定した位置を演算により補正する必要がある。
又、カメラは、フィルムの交換、或は充電を行う等からUAVに着脱される。この為、カメラとプリズムとの位置関係が微妙に変化する。
従って、トータルステーションの測定精度を、カメラ位置の演算結果に反映させる為には、プリズムの取付けの際に、プリズムとカメラとの相互位置精度を高める必要がある。
本発明は、写真測量用カメラの位置を測定する為のプリズムをカメラに直接取付け可能とし、プリズムとカメラとの相互位置精度を高めたプリズム装着用アダプタを提供するものである。
本発明は、レンズホルダの先端に装着されるプリズム装着用アダプタであって、該プリズム装着用アダプタは、補助リングとプリズムホルダとを含み、前記補助リングは、前記レンズホルダの先端内縁面に標準的に形成された雌螺子と螺合可能な雄螺子と、前記レンズホルダより突出する先端部を有し、前記プリズムホルダは前記先端部に外嵌し、前記プリズムホルダの先端面にプリズムが固着され、前記先端部の外周面には、V溝が形成され、前記プリズムホルダを半径方向に貫通する止め螺子を前記V溝に押圧し、前記止め螺子の軸心は前記V溝の中心より先端側にずれ、前記止め螺子の締込みにより、前記プリズムホルダが前記補助リングに固定されると共に前記プリズムホルダの位置決めがされる様構成されたプリズム装着用アダプタに係るものである。
又本発明は、前記プリズム装着用アダプタが、補助リングとプリズムホルダとを含み、前記補助リングは、前記レンズホルダの先端内縁面に形成された雌螺子と螺合可能な雄螺子と、前記レンズホルダより突出する先端部を有し、前記プリズムホルダは前記先端部に外嵌し、前記プリズムホルダの先端面に前記プリズムが固着され、前記プリズムホルダは該プリズムホルダを半径方向に貫通する止め螺子により、前記補助リングに固定されるプリズム装着用アダプタに係るものである。
又本発明は、前記プリズム装着用アダプタが、更にステップアップリングを含み、該ステップアップリングは、前記雌螺子に螺合して前記レンズホルダに設けられ、前記補助リングは前記ステップアップリングを介して前記レンズホルダに取付けられるプリズム装着用アダプタに係るものである。
又本発明は、前記先端部の外周面には、V溝が形成され、前記止め螺子は、前記プリズムホルダ側の溝斜面に当接し、前記止め螺子の締付けにより、前記プリズムホルダが前記補助リングに固定されると共に前記補助リングと前記プリズムホルダとが密着される様になっているプリズム装着用アダプタに係るものである。
又本発明は、前記連結要素は、前記レンズホルダの先端面に形成された環状溝と該環状溝に向って突出する係合突片とを有し、前記連結部は前記環状溝に嵌合可能であり、前記係合突片が通過可能な切欠な係合環部とを有するプリズム装着用アダプタに係るものである。
更に又本発明は、前記プリズム装着用アダプタが、先端に半径方向に延出するプリズム保持プレートを有し、該プリズム保持プレートがガイドプレートと該ガイドプレートに対して変位可能に設けられたスライドプレートとを有し、前記プリズムは前記スライドプレートに固定され、該スライドプレートの前記ガイドプレートに対する変位で前記プリズムの位置調整が可能なプリズム装着用アダプタに係るものである。
本発明によれば、レンズホルダの先端に装着されるプリズム装着用アダプタであって、該プリズム装着用アダプタは、補助リングとプリズムホルダとを含み、前記補助リングは、前記レンズホルダの先端内縁面に標準的に形成された雌螺子と螺合可能な雄螺子と、前記レンズホルダより突出する先端部を有し、前記プリズムホルダは前記先端部に外嵌し、前記プリズムホルダの先端面にプリズムが固着され、前記先端部の外周面には、V溝が形成され、前記プリズムホルダを半径方向に貫通する止め螺子を前記V溝に押圧し、前記止め螺子の軸心は前記V溝の中心より先端側にずれ、前記止め螺子の締込みにより、前記プリズムホルダが前記補助リングに固定されると共に前記プリズムホルダの位置決めがされる様構成されたので、該プリズムの位置を測定することで、カメラ基準位置を容易に求めることができるという優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
図1は、UAVを用いた航空写真測量システム1の概略を示している。
図1中、2はUAV、3は追尾機能を有する測定装置であり、例えばトータルステーション、4は地上基地(例えばPC等の演算装置)、5は前記UAV2、前記トータルステーション3間でデータ通信を行う通信装置である。
前記UAV2は遠隔操作により飛行が制御され、或は、飛行プログラムに基づき自律飛行可能となっている。
該UAV2には、写真測量用カメラ7、プリズム8、通信装置9が搭載されている。尚、前記カメラ7としては、市販のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラを用いることができる。
該カメラ7は該カメラ7の光軸が常に鉛直又は略鉛直となる様に支持され、該カメラ7と前記プリズム8とは、一体的に設けられる。
尚、前記カメラ7の傾斜を検出する傾斜センサを設け、該傾斜センサの検出結果に基づき前記カメラ7の光軸の傾斜を補正する様にすれば、該カメラ7はその光軸が鉛直又は略鉛直となる様に支持されなくてもよい。
該カメラ7で取得された画像データは前記通信装置9、前記通信装置5を介して前記地上基地4に送信される。
前記トータルステーション3は既知点に設置され、前記プリズム8を視準し、該プリズム8を追尾しつつ該プリズム8の位置(3次元座標)を測定する。前記トータルステーション3で取得された位置データは、前記地上基地4に送信される。
該地上基地4では、位置測定タイミングと画像取得タイミングから画像取得位置と画像データとを関連付け、更に前記画像取得位置と前記画像に基づき写真測量を行う。
ここで、写真測量に於いて実際の画像取得位置はプリズム基準位置(即ち、プリズムの光学基準位置)ではなく、前記カメラ7の基準位置(即ち、入射瞳位置:Entrance Pupil Position)である。従って、写真測量に於ける演算では、プリズム基準位置とカメラ基準位置との位置偏差が演算に考慮されなければならない。
本実施例では、アダプタにより、前記プリズム8が前記カメラ7に直接取付けられる構造となっており、該カメラ7と前記プリズム8とが一体化され、且つ前記プリズム基準位置と前記カメラ基準位置との位置関係が固定される様になっている。
図2~図6を参照して、本発明の第1の実施例を説明する。
図2は、前記カメラ7のレンズホルダ12の先端に前記プリズム8が取付けられている状態を示している。前記レンズホルダ12の先端にプリズム装着用アダプタ11が前記レンズホルダ12と同心に装着され、前記プリズム装着用アダプタ11には前記プリズム8が固着され、該プリズム8は前記プリズム装着用アダプタ11を介して前記レンズホルダ12の先端に取付けられる。
図3を参照して、本発明の第1の実施例に係る前記プリズム装着用アダプタ11を説明する。尚、図3は、図2のA矢視図である。
該プリズム装着用アダプタ11はリング形状となっており、又該プリズム装着用アダプタ11は補助リング13とプリズムホルダ14とを有する。
前記レンズホルダ12の先端内縁面には、波長フィルタ(図示せず)、レンズ保護フィルタ(図示せず)等を取付ける為の雌螺子12aが標準として刻設されている。第1の実施例では、前記レンズホルダ12が標準的に具備する雌螺子12aを前記プリズム装着用アダプタ11取付けの為の連結要素として使用する。
前記補助リング13の基部には前記雌螺子12aと螺合する雄螺子が刻設され、該雄螺子は前記プリズム装着用アダプタ11の連結部として機能する。
前記雄螺子と前記雌螺子12aとが螺合し、結合することで、前記補助リング13は、前記レンズホルダ12の先端に固着される。又、前記補助リング13の先端部15は、前記雄螺子より大径、或は小径となっている。尚、図示では前記先端部15が大径の場合を示している。
前記補助リング13が前記レンズホルダ12に固着された状態で、前記補助リング13の前記先端部15の基側の端面が前記雌螺子12aの先端に当接し、前記補助リング13の前記カメラ7のレンズ光軸16方向の位置が決定される。
前記先端部15は前記雌螺子12aから突出しており、前記先端部15の外周面にV溝17が形成されている。又、前記先端部15に前記プリズムホルダ14が外嵌する様になっている。該プリズムホルダ14が前記先端部15に外嵌することで、前記プリズムホルダ14の軸心が、前記レンズ光軸16と合致する様になっている。
前記プリズムホルダ14の先端には、中心に向って延出する内フランジ18が形成され、該内フランジ18の内面が前記補助リング13の先端面(即ち前記先端部15の先端面)に密着する。
前記プリズムホルダ14には、複数の螺子孔19、好ましくは円周方向3等分の位置に3の螺子孔19が穿設される。該螺子孔19は、前記プリズムホルダ14の半径方向に延出する螺子軸心を有する。前記V溝17には前記プリズムホルダ14を固定する為の止め螺子21が螺入される。
前記螺子孔19の螺子軸心は前記V溝17の中心に対して、若干前記レンズ光軸16方向にずれている。図3に見られる様に、螺子軸心は先端側にeずれており、前記止め螺子21を締込むと、該止め螺子21は前記V溝17の先端側(前記プリズムホルダ14側)の溝斜面に当接し、前記止め螺子21を更に締込むと溝斜面で発生する分力により前記プリズムホルダ14を前記補助リング13の先端(即ち、前記先端部15)に押圧する力が作用する。更に、前記分力は、前記プリズムホルダ14に振動等が作用した場合に、緩み止めとしても機能する。
前記止め螺子21は、前記プリズムホルダ14を前記補助リング13に固定すると共に軸心方向の正確な位置決めをする作用を有する。従って、前記プリズム装着用アダプタ11は、前記カメラ7に対する着脱に於いて、高度の再現性を有する。
前記プリズムホルダ14には、プリズム保持プレート23が半径方向に延出し、該プリズム保持プレート23の表面は前記プリズムホルダ14の先端面と面一となっている。前記プリズム保持プレート23は前記プリズムホルダ14と一体に形成してもよく、或は前記プリズム保持プレート23を前記プリズムホルダ14に後付けしてもよい。前記プリズム8は、前記プリズムホルダ14の先端面に、且つ前記内フランジ18と前記プリズムホルダ14とに掛渡って固着される。
前記プリズム8のプリズム光軸22は、前記レンズ光軸16と平行となっている。又、前記プリズム8に入射する全ての光線(図3に於いて、該プリズム8に上方から入射する全ての光線)について、再帰反射する光学特性を有している。
従って、前記プリズム装着用アダプタ11は、前記プリズム8を前記カメラ7に直接固定でき、前記プリズム8と前記カメラ7とは一体物として取扱うことができる。前記プリズム8の取付け後は、プリズム基準位置とカメラ基準位置はそれぞれ固定され、プリズム基準位置とカメラ基準位置とを実測することで、或は設計上から計算することで、プリズム基準位置とカメラ基準位置とは既知の関係となる。
更に、上記実施例では、前記プリズム装着用アダプタ11により前記プリズム8を前記レンズホルダ12に直接取付けるので、構造上、前記プリズム8を前記カメラ基準位置に最も近い位置とすることができる。
而して、前記UAV2に対して前記カメラ7を着脱しても、プリズム基準位置とカメラ基準位置の関係は変化することなく、而も、前記プリズム8はカメラ基準位置に最も近い位置に設けられるので、該プリズム8を測定することで、正確な写真撮影位置を求めることができる。
次に、図4~図6に於いて、前記プリズム8を前記カメラ7に取付ける手順を説明する。
前記レンズホルダ12の先端に前記補助リング13を螺子込む(図4)。尚、図4中、13aは前記補助リング13を螺子込む場合に使用されるスリットである。前記プリズム8が取付けられた前記プリズムホルダ14を前記補助リング13に嵌合する(図5)。前記プリズム8の回転方向の位置決めをし、前記止め螺子21で固定する(図6)。最終的に前記プリズム8が前記カメラ7に取付けられた状態は、図2に示される。
図7~図10を参照して、本発明の第2の実施例を説明する。尚、図7~図10中、図2~図6中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
レンズホルダにはレンズフード等の付属品を着脱する為の着脱機構が標準的に設けられている。この着脱機構では、例えば、レンズホルダ12の先端にレンズフードを嵌込み、更に所定角度(例えば、90゜)回転することで、該レンズフードが前記レンズホルダ12の先端に取付けられる様になっている。
第2の実施例では、該レンズホルダ12が備えている付属品着脱機構をプリズム装着用アダプタ25を取付ける為の連結要素として利用する。
図7は、前記付属品着脱機構に適合する構成を有する前記プリズム装着用アダプタ25を介してプリズム8を前記レンズホルダ12に取付けた状態を示している。前記プリズム装着用アダプタ25は、プリズム装着用アダプタ11と同様、リング形状となっている。又、前記プリズム装着用アダプタ25には前記プリズム8が直接固着され、前記プリズム装着用アダプタ25はプリズムホルダとしても機能する。
図8を参照して、前記プリズム装着用アダプタ25について説明する。尚、図8は、図7のB矢視図である。
前記レンズホルダ12の先端面には、レンズ光軸を中心とする円筒縁部26が形成され、該円筒縁部26の周囲に環状溝27が形成されている。前記円筒縁部26の先端外周面には係合突片28が前記環状溝27に向って突出する様に形成されている。又、前記係合突片28は、所要の間隔で複数設けられている。
前記プリズム装着用アダプタ25の前記レンズホルダ12と対峙する面には、断面が鉤状をしている係合環部29が突設され、該係合環部29は、前記環状溝27と嵌合可能である。
前記係合環部29の内径は、前記円筒縁部26と隙間なく嵌合可能であり、又前記係合環部29は前記係合突片28が通過可能な切欠部(図示せず)を有している。
従って、前記係合突片28と前記切欠部とを合わせることで、前記係合環部29を前記環状溝27に嵌合させることができ、更に前記プリズム装着用アダプタ25を回転させることで、前記係合突片28が前記係合環部29と係合することになり、前記プリズム装着用アダプタ25を前記レンズホルダ12に結合することができる。前記係合環部29は、前記連結要素に対応する連結部として機能する。
尚、前記プリズム装着用アダプタ25の前記レンズホルダ12に対する位置決めは、例えば以下の如く行う。
前記環状溝27に板バネ(図示せず)を実装し、該板バネにより前記係合環部29を前記係合突片28に押圧し、更に前記環状溝27内にストッパを設けて、回転を規制することで、前記プリズム装着用アダプタ25の前記レンズホルダ12に対する光軸方向、回転方向の位置決めを行うことができる。
第2の実施例では、前記プリズム装着用アダプタ25に、前記プリズム8が設けられるが、該プリズム8の取付け構造は、第1の実施例と同様に行うことができる。例えば、前記プリズム装着用アダプタ25にプリズム保持プレート23を設け、該プリズム保持プレート23に前記プリズム8を固着する。該プリズム8と前記プリズム装着用アダプタ25とが一体化され、該プリズム装着用アダプタ25を前記レンズホルダ12に装着することで、前記プリズム8の前記レンズホルダ12に対する位置決めが成される。
図9、図10は、第2の実施例に於ける前記プリズム8のカメラ7への取付け手順を示している。
前記係合突片28と前記切欠部とを合わせ、前記プリズム装着用アダプタ25を前記環状溝27に嵌込む(図9)。次に、前記プリズム装着用アダプタ25を回転させ、該プリズム装着用アダプタ25と前記環状溝27とをロックする(図10)。ロックされた状態は、図7に示される。
前記プリズム8を前記プリズム装着用アダプタ25と一体化し、該プリズム装着用アダプタ25を前記付属品着脱機構(即ち、前記環状溝27、前記係合突片28)を利用して、前記レンズホルダ12に装着することで、前記プリズム8の前記レンズホルダ12に対する高度の着脱再現性が得られる。
図11(A)、図11(B)は、第1の実施例の応用例を示している。
レンズホルダ12は、レンズの口径の相違などで、全てが同一径の雌螺子を有しているとは限らない。従って、補助リング13の雄螺子を前記レンズホルダ12の雌螺子に適合する様に製作すればよい。
一方、市販のカメラ、レンズユニットでは、汎用の波長フィルタ、汎用のレンズフードを装着できる様に、口径調整用のステップアップリング或はステップダウンリングが用意されている。従って、このステップアップリング或はステップダウンリングを用いることで、口径の異なるレンズホルダ12に前記補助リング13を装着することができる。
図11(A)、図11(B)中、31はステップアップリングを示している。
該ステップアップリング31は、前記レンズホルダ12の雌螺子と螺合する雄螺子を有している。該雄螺子、雌螺子を結合し、前記ステップアップリング31を前記レンズホルダ12に装着する。
前記ステップアップリング31は、前記補助リング13の雄螺子に適合する雌螺子を有しており、該補助リング13を前記ステップアップリング31に螺合させ、取付ける。
前記補助リング13には、プリズムホルダ14が取付け可能であり(図5参照)、前記補助リング13、前記ステップアップリング31を介して、プリズム8を前記レンズホルダ12に取付けることができる。
図12~図15は第3の実施例を示しており、図12、図13中、図2、図3中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
第3の実施例に於けるプリズム装着用アダプタ33は、補助リング13、プリズムホルダ14とを有し、第1の実施例と同様な構造でレンズホルダ12に装着される。又、前記プリズム装着用アダプタ33は、第2の実施例と同様な構造で前記レンズホルダ12に装着される。
第3の実施例では、前記プリズムホルダ14にプリズム保持プレート34が設けられ、該プリズム保持プレート34はプリズム8の位置を調整可能な位置調整機能を有している。
前記プリズム保持プレート34は、ガイドプレート35とスライドプレート36とを有する。
前記ガイドプレート35は前記プリズムホルダ14から延出し、前記ガイドプレート35の表面には、前記レンズホルダ12の半径方向に延びるあり溝レール37が形成されている。前記スライドプレート36の裏面にはあり溝38が形成されている。又、前記スライドプレート36の中心側にはオーバハング部39が形成されている。前記スライドプレート36の前記オーバハング部39を含む部分に前記プリズム8が固着される。
前記あり溝レール37と前記あり溝38が摺動自在に嵌合し、前記スライドプレート36は前記ガイドプレート35に対して半径方向に変位可能となっている。
前記ガイドプレート35の側面には、目盛41が刻印され、前記スライドプレート36の側面には前記目盛41を指すカーソル42が刻印されている。
前記ガイドプレート35には前記スライドプレート36の位置を固定する為の固定螺子43が設けられる。前記スライドプレート36を前記ガイドプレート35に対して変位させ、前記プリズム8の位置を調整した後前記固定螺子43を締付け、前記スライドプレート36の位置を固定する。ここで、前記スライドプレート36の変位は手動行ってもよく、或は前記スライドプレート36を変位させる機構として、例えばラック-ピニオン機構が採用されてもよい。
第3の実施例では、前記プリズム8と一体となっている前記プリズム装着用アダプタ33を前記レンズホルダ12に装着できると共に、前記固定螺子43によって前記プリズム8の位置調整が可能であり、該プリズム8の光軸とレンズ光軸間の距離を所定の値に正確にセットすることができる。
更に、前記プリズム装着用アダプタ33を異なるカメラに装着する際にも、前記プリズム8の位置調整により、カメラが有する個体差を解消することができる。而して、前記プリズム装着用アダプタ33では、前記プリズム8の着脱を高精度の再現性で行えると共に、前記プリズム装着用アダプタ33の汎用性を向上させることができる。
1 航空写真測量システム
2 UAV
3 トータルステーション
4 地上基地
7 カメラ
8 プリズム
11 プリズム装着用アダプタ
12 レンズホルダ
13 補助リング
14 プリズムホルダ
17 V溝
23 プリズム保持プレート
25 プリズム装着用アダプタ
27 環状溝
29 係合環部
31 ステップアップリング
34 プリズム保持プレート
2 UAV
3 トータルステーション
4 地上基地
7 カメラ
8 プリズム
11 プリズム装着用アダプタ
12 レンズホルダ
13 補助リング
14 プリズムホルダ
17 V溝
23 プリズム保持プレート
25 プリズム装着用アダプタ
27 環状溝
29 係合環部
31 ステップアップリング
34 プリズム保持プレート
Claims (3)
- レンズホルダの先端に装着されるプリズム装着用アダプタであって、該プリズム装着用アダプタは、補助リングとプリズムホルダとを含み、前記補助リングは、前記レンズホルダの先端内縁面に標準的に形成された雌螺子と螺合可能な雄螺子と、前記レンズホルダより突出する先端部を有し、前記プリズムホルダは前記先端部に外嵌し、前記プリズムホルダの先端面にプリズムが固着され、前記先端部の外周面には、V溝が形成され、前記プリズムホルダを半径方向に貫通する止め螺子を前記V溝に押圧し、前記止め螺子の軸心は前記V溝の中心より先端側にずれ、前記止め螺子の締込みにより、前記プリズムホルダが前記補助リングに固定されると共に前記プリズムホルダの位置決めがされる様構成されたプリズム装着用アダプタ。
- 前記プリズム装着用アダプタは、更にステップアップリングを含み、該ステップアップリングは、前記雌螺子に螺合して前記レンズホルダに設けられ、前記補助リングは前記ステップアップリングを介して前記レンズホルダに取付けられる請求項1に記載のプリズム装着用アダプタ。
- 前記プリズム装着用アダプタは、先端に半径方向に延出するプリズム保持プレートを有し、該プリズム保持プレートがガイドプレートと該ガイドプレートに対して変位可能に設けられたスライドプレートとを有し、前記プリズムは前記スライドプレートに固定され、該スライドプレートの前記ガイドプレートに対する変位で前記プリズムの位置調整が可能な請求項1又は請求項2に記載のプリズム装着用アダプタ。
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