JP4429224B2

JP4429224B2 - 雲台装置

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Publication number: JP4429224B2
Application number: JP2005208960A
Authority: JP
Inventors: 正一茨木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: JP2007025378A; CN100504572C; US20070019106A1; US7623181B2; CN1900811A

Description

本発明は、カメラユニットを回転可能に支持する雲台装置に関する。

従来、カメラユニットを回転可能に支持する雲台に関して、カメラユニットのレンズの主点（中心点）を常に合わせ、パノラマ撮影に有効な手段（複数の画像のつなぎ目を違和感がないようにする手段）を施した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。該提案は、パノラマ撮影時におけるフォーカス動作やズーム動作に伴いレンズの主点位置が動くのに応じて、レンズの主点位置をカメラユニットの回転中心に合わせるものである。
特開２０００−１４７６４３号公報

しかしながら、上記従来技術においては、通常の使用時（パノラマ撮影を行わない時）には、カメラユニットを含む回転体の重心位置とカメラユニットの回転中心がずれてしまうという問題がある。そのため、回転体の回転速度や立ち上がり時間（回転動作が可能となるまでの時間）が遅くなる。他方、回転体の回転速度や立ち上がり時間を早めるためには、大きな回転駆動機構が必要となる。

本発明の目的は、簡易な機構により撮像装置を適正に動作させることを可能とした雲台装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の雲台装置は、基部に設置される固定ユニットと、前記固定ユニットの上面に平行な面内で回転する回転手段と、撮像装置の鉛直方向の位置を維持しながら、前記回転手段との水平方向の相対的位置関係を変える平行リンク機構で構成され、撮像装置と前記回転手段とを連結すると共に、前記撮像装置が動作するモードに従って、前記撮像装置の重心位置を前記撮像装置の回転中心と一致するように前記撮像装置を移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置が動作するモードに従って、撮像装置の重心位置を撮像装置の回転中心と一致するように撮像装置を移動させるため、簡易な機構により撮像装置を適正に動作させることができる雲台装置を実現することが可能となる。

通常使用モードでは、撮像装置の重心移動に応じて、撮像装置の重心位置と回転中心が一致する位置まで撮像装置を移動させるため、撮像装置及び回転手段を少ない力で回転させ且つ精度良く停止させることが可能となる。もしくは、より短時間で所定の回転数まで到達させることが可能となる。

撮像装置がパノラマ撮影モードで動作する場合、撮像装置のレンズの主点位置と撮像装置の回転中心が一致する位置まで撮像装置を移動させるため、パノラマ画像の画質を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る雲台装置としてのカメラ付き雲台装置の構成（主点位置一致状態）を示す正面図、図２は、カメラ付き雲台装置の構成を示す平面図、図３は、カメラ付き雲台装置の構成を示す側面図である。

図１乃至図３において、カメラ付き雲台装置は、カメラユニット１と、雲台装置５０と、リンクロッド１１、１２、１７、１８とから大略構成されている。カメラユニット１は、前玉レンズ押さえ１０を備えている。雲台装置５０は、パン回転ユニット１９、パン固定ユニット３１を備えている。尚、図１は、カメラユニット１の回転中心とレンズの主点位置を一致させた状態を示している。

先ず、カメラユニット１の構成を説明する。カメラユニット１は、通常使用モード（パノラマ撮影を行わないモード）とパノラマモード（パノラマ撮影を行うモード）を有する。前玉レンズ押さえ１０は、カメラユニット１による撮影に伴い外部からの光を最初に受ける前玉レンズ（不図示）を押さえる円筒状の部材である。カメラユニット１の前玉レンズを含む各レンズを透過した光は、撮像部（不図示）により光学信号が電気信号に変換される。カメラユニット１の撮像部で変換された電気信号は、ケーブル３６を介して雲台装置５０（または雲台装置経由で外部機器）に送信される。カメラユニット１の内部には、撮影画像を記憶するメモリ（不図示）が配設されている。

チルトモータ２は、カメラユニット１の筐体下部に固定されており、カメラユニット１をチルト回転動作（軸を中心に鉛直方向に回動させる動作）（図４参照）させる際の駆動力を発生する。カメラユニット１の内部には、チルトモータ２を駆動するモータ駆動回路（不図示）が配設されている。回転チルトギア４は、チルトモータ２の回転軸３に固定されており、回転軸３と共に回転する。チルト固定ギア５は、穴部（不図示）を有し、カメラ側板６に固定されており、回転チルトギア４に噛み合っている。

カメラ側板６及びカメラ側板７は、カメラユニット１の長手方向両側部を挟んで対向する位置に配置されている。チルト軸８及びチルト軸９は、カメラユニット１の略重心位置と対応する位置に、光軸と直交し且つ水平方向にカメラユニット１に固定されている。チルト軸８は、チルト固定ギア５の上記穴部を通り、カメラ側板６に対して回転自在に構成されている。チルト軸９は、カメラ側板７に対して回転自在に構成されている。

リンクロッド１１及びリンクロッド１２は、カメラ側板６に対して回転自在にリベット１３、１４により取り付けられている。リンクロッド１１には、カメラ側板６に対する配設側とは反対側にギア（不図示）が一体で形成されている。リンクロッド１７、１８は、カメラ側板７に対して回転自在にリベット１５、１６（不図示）により取り付けられている。リンクロッド１７、１８にはギアは形成されていない。

次に、雲台装置５０の構成を説明する。パン回転ユニット１９は、パン固定ユニット３１に支持されると共にパン回転を行う円筒状の筐体であり、一対のパン側板２０、一対のパン側板２１、アングル２２、アングル２３、リンクモータ２４、パンギア２６を備えている。パン回転ユニット１９は、後述のパンモータ３４の駆動によりパン固定ユニット３１の上面に平行な面内で回転する。パン側板２０は、リンクロッド１１、１２に対応して設けられ、パン回転ユニット１９に対してアングル２２を介して固定されている。パン側板２１は、リンクロッド１７、１８に対応して設けられ、パン回転ユニット１９に対してアングル２３を介して固定されている。

リンクロッド１１、１２の下端部（カメラ側板６に対する取付側とは反対側の端部）は、アングル２２を介して回転自在にパン側板２０に取り付けられている。リンクロッド１１、１２、カメラ側板６、パン側板２０により平行リンク機構を構成している。リンクロッド１７、１８の下端部（カメラ側板７に対する取付側とは反対側の端部）は、アングル２３を介して回転自在にパン側板２１に取り付けられている。リンクロッド１７、１８、カメラ側板７、パン側板２１により平行リンク機構を構成している。

上記２つの平行リンク機構は、カメラユニット１を介して連動し、カメラユニット１を所定位置（カメラユニット１の重心位置と回転中心が一致する位置、カメラユニット１のレンズの主点位置と回転中心が一致する位置）を含む所望の位置へ移動させる。

リンクモータ２４は、パン回転ユニット１９の内部に固定されており、上記２つの平行リンク機構を動作させる際の駆動力を発生する。パン回転ユニット１９の内部には、リンクモータ２４を駆動するモータ駆動回路（不図示）が配設されている。リンクギア２５は、リンクモータ２４の回転軸に固定されており、該回転軸と共に回転する。リンクギア２５は、リンクロッド１１の下端部に一体に形成された半月形状のギア部１１ａと噛み合っている。

パンギア２６は、パン回転ユニット１９の内壁部の周方向に沿って形成されており、後述のパン回転ギア３５と噛み合っている。また、パン回転ユニット１９の内部の中心部には、軸受ユニットが配設されている。軸受ユニットは、軸受ハウジング２７、軸受２８、軸受２９から構成されている。軸受ハウジング２７の内側には、軸受２８、２９がスリーブ３０を挟み与圧をかけた状態で固定されている。

パン固定ユニット３１は、カメラ付き雲台装置の使用時に基部に設置（載置）され、パン回転ユニット１９を支持する円筒状の筐体であり、固定軸３２、パンモータ３４を備えている。固定軸３２は、パン固定ユニット３１の内部の中心部に圧入されると共に、パン回転ユニット１９の内部の中心部を通り、パン回転ユニット１９の回転中心に形成された穴部（不図示）を貫通している。固定軸３２には、パン回転ユニット１９の上記軸受ユニットが回転可能に挿入されている。

固定軸３２の軸方向中央部には、段差３３−１が形成され、固定軸３２の軸方向上端部には、Ｅリング３３−２が挟み込まれている。段差３３−１には、パン回転ユニット１９の上記軸受ユニットを構成する軸受２８が当接している。Ｅリング３３−２は、固定軸３２をパン回転ユニット１９に固定している。パン回転ユニット１９は、段差３３−１及びＥリング３３−２によりパン固定ユニット３１に対して上下方向に固定され、更に軸受２８、２９により回転可能となる。

パンモータ３４は、パン固定ユニット３１の内部に固定されており、パン回転ユニット１９をパン回転動作させる際の駆動力を発生する。パン固定ユニット３１の内部には、パンモータ３４を駆動するモータ駆動回路（不図示）が配設されている。パン回転ギア３５は、パンモータ３４の回転軸に固定されており、上記パンギア２６と噛み合っている。パンモータ３４が回転するとパン回転ギア３５が回転するため、該パン回転ギア３５に噛み合っているパンギア２６を介してパン回転ユニット１９が回転する。

尚、図１の符号３９は回転体（カメラユニット１、パン回転ユニット１９）の回転中心軸、符号４１はカメラユニット１の垂直方向におけるレンズの画角で構成される撮影可能領域、符号４０は主点位置を示す。また、図２の符号４３はカメラユニット１の水平方向におけるレンズの画角で構成される撮影可能領域、符号４２は主点位置を示す。

次に、上記構成を有する本実施の形態のカメラ付き雲台装置の動作について図１乃至図６を参照しながら詳細に説明する。

図４は、カメラユニット１のチルト回転動作を示す図である。図５は、カメラ付き雲台装置の構成（重心位置一致状態）を示す正面図である。図６は、カメラユニット１のワイドコンバージョンレンズの装着状態を示す図である。

図４乃至図６において、今、カメラユニット１をチルト回転動作（チルト軸を中心に鉛直方向に回動させる動作）させる場合を想定する。カメラ付き雲台装置の外部から（例えばリモコン操作により）、カメラユニット１のチルト回転の指示を受けた場合、上記モータ駆動回路の制御によりチルトモータ２が回転を開始する。

これに伴い、チルトモータ２の回転軸３に固定されている回転チルトギア４は、噛み合っているチルト固定ギア５に沿って回転する。カメラユニット１は、図４に示すように、チルト固定ギア５が固定されたカメラ側板６とカメラ側板７に挟まれた状態で鉛直方向に回転（回動）する。これにより、カメラユニット１のチルト回転を実現することができる。

次に、カメラユニット１の両側に配設された上記平行リンク機構の動作を説明する。

カメラユニット１を光軸方向の前後に移動させる場合、パン回転ユニット１９に固定されているパン側板２０を基点にしてリンクロッド１１、１２を回転させる。リンクロッド１１、１２は、回転以外の動作がカメラ側板６により規制されているので、カメラ側板６及びパン側板２０と平行リンクを維持したまま回転する。同様に、リンクロッド１７、１８は、回転以外の動作がカメラ側板７により規制されているので、カメラ側板７及びパン側板２１と平行リンクを維持したまま回転する。これにより、カメラユニット１とパン回転ユニット１９とにおける水平方向の相対的位置関係をずらすことができる。

更に、リンクモータ２４の駆動により、リンクロッド１１の下端部に一体に形成されたギア部１１ａに噛み合っているリンクギア２５が回転する。これに伴い、リンクロッド１１が回転動作を行い、上記同様にカメラユニット１の移動動作を行う。

また、パンモータ３４の駆動により、パン回転ユニット１９の内壁部の周方向に沿って形成されたパンギア２６と噛み合っているパン回転ギア３５が回転する。これに伴い、カメラユニット１及びパン回転ユニット１９が回転動作を行う。これにより、カメラ付き雲台装置のパン回転を実現することができる。

また、カメラユニット１の重心は、図５にマーク３７で示すように、カメラユニット１の筐体の回転中心軸上に位置している。一般に回転体が回転する場合、その回転体の重心を通る軸で回転を行うことが、最も少ないエネルギーで回転でき且つ精度よく停止できる。もしくは、同じエネルギーならば、より短時間で所定の回転数まで到達させることができる。よって、図４に示すように、通常使用時には、予め求めておいたカメラユニット１の重心位置と回転中心軸が一致するような位置まで、リンクモータ２４によりリンクギア２５及びリンクロッド１１を介してカメラユニット１の位置を動かす。これにより、カメラユニット１の重心位置と回転中心軸を一致させる。

また、カメラユニット１がズーム動作やオートフォーカス動作等のためにレンズ内に或る質量をもつ部材を有する場合、その移動量に応じて算出された値もしくは予め作成されたテーブルに基づいて、カメラ付き雲台装置の制御部（不図示）または外部からリンクモータ２４に指令を送る。これに伴い、リンクモータ２４によりリンクギア２５及びリンクロッド１１を介してカメラユニット１の位置を動かす。これにより、カメラユニット１の重心位置と回転中心軸を一致させる。

上記重心位置一致機能を用いると、図６に示すように、前玉レンズの前方でワイド側に前玉レンズの倍率を変化させるワイドコンバージョンレンズ３８を配置すべく、該レンズ３８を前玉レンズ押さえ１０に嵌合させた場合、カメラユニット１の元々の設定された重心位置がずれる。

そこで、ワイドコンバージョンレンズ３８の重心位置を予め求めておくことにより、前玉レンズ押さえ１０に対するワイドコンバージョンレンズ３８の装着時／非装着時におけるカメラユニット１の重心位置が判明する。従って、該重心位置を参照し、リンクモータ２４によりリンクギア２５及びリンクロッド１１を介してカメラユニット１の位置を動かすことで、カメラユニット１の重心位置と回転中心軸を一致させることができる。これにより、少ない力でパン回転ユニット１９及びカメラユニット１を回転させることが可能となる。

次に、カメラユニット１のパノラマ撮影に関して説明する。パノラマ撮影を行う場合は、カメラ付き雲台装置の制御部または外部からの制御により以下の項目を設定する。
（１）カメラユニット１のチルト角度を決定する。
（２）ズーム比を固定する。
（３）カメラユニット１の撮影範囲（パン回転角度）を決定する。
（４）ズーム比、パン回転角度から、撮影回数、角度割（１枚撮影する度におけるパン移動角度）を算出する。
（５）フォーカスを固定する。
（６）ズーム・フォーカス値からカメラユニット１のレンズの主点位置を算出する。
（７）レンズの主点位置に基づきリンクモータ２４を動作させ、カメラユニット１のレンズの主点位置と回転中心とを一致させる。
（８）上記（４）で算出された角度割の中心にカメラユニット１を回転移動する。
（９）撮影を開始する（カメラユニット１のメモリの記憶領域に当該撮影に伴う画像を１枚分記憶する）。
（１０）以降、カメラユニット１の回転移動と撮影を繰り返す（カメラユニット１のメモリのそれぞれ別の記憶領域に各撮影に伴う画像を１枚分ずつ記憶する）。
（１１）最後の撮影が終わった後、カメラユニット１を上記（９）の位置に移動する。
（１２）カメラユニット１のメモリの各記憶領域に蓄えられた画像を補正する。
（１３）カメラユニット１のメモリの各記憶領域に蓄えられた画像をカメラユニット１の回転方向に合成する。

本実施の形態では、パノラマ撮影時はカメラユニット１のレンズの主点位置をカメラユニット１の回転中心に一致させている。そのため、上記（１２）の画像補正は、レンズを主点位置に位置させていない場合と比較し、カメラユニット１の回転の上下振動による画像の高さ合わせ以外は不要であり、画像処理時間が短く且つ精度及び画質の良いパノラマ画像の作成が可能となる。

尚、カメラユニット１をレンズの主点位置に移動させる場合（上記（７））、その移動動作が終了するまではズーム及びフォーカスに関わるレンズは移動させない。また、カメラユニット１の回転移動中においても（上記（８））、レンズは移動させない。これは、カメラユニット１の移動中にレンズの位置がずれ、レンズの主点位置がずれてしまうことを防止するためである。

逆に、カメラユニット１の回転中心とレンズの主点位置を一致させていない場合は、レンズの焦点距離によるが近傍の被写体に対し輻輳が起こり、画像重ね合わせ領域の画像の視差補正が必要であり、画像処理に多くの時間がかかる。もしくは、更に近傍の被写体に対しては視差補正のため更に多くの画像重ね合わせ領域を必要とし、１回のパノラマ撮影に多くの時間を要する。また、画像処理を多くすることで画質も劣化してしまう。

カメラユニット１のレンズの主点位置と回転中心とを一致させた状態は、上記図１及び図２でも表している。図１では、垂直方向におけるレンズの画角で構成される撮影可能領域４１の頂点が主点位置４０になる。また、図２では、水平方向におけるレンズの画角で構成される撮影可能領域４３の頂点が主点位置４２になる。主点位置４０と主点位置４２とは、ともに回転体（カメラユニット１、パン回転ユニット１９）の回転中心軸３９と一致することで、撮影時においてはカメラユニット１の回転移動時の画角の輻輳が生じないため、画像補正等が不要になる。

尚、上記図１及び図２の状態において、カメラユニット１の回転速度及び回転動作可能となるまでの立ち上がり時間ともに、パノラマ撮影における画像重ねあわせ精度を確保するため、通常使用時と比較して十分遅い速度及び時間となる。従って、カメラユニット１の回転中心軸が重心位置と一致していないことによる弊害はない。

次に、上述したカメラ付き雲台装置の使用例について説明する。

図７は、カメラ付き雲台装置の使用例を示す図である。

図７において、カメラ付き雲台装置のカメラユニット１とパン回転ユニット１９を連結する２つの平行リンク機構を動かすことと、カメラユニット１をチルト回転させることで、パン回転ユニット１９の外周側の略鉛直下方向の撮影も可能となる。カメラ付き雲台装置の用途としては、例えば書画を撮影する書画カメラ等で雲台装置よりも下方にある被写体を撮影する場合などの各種用途がある。

以上説明したように、本実施の形態によれば、カメラユニット１のモード（通常使用時、パノラマ撮影時）に応じてカメラユニット１を所定位置（重心位置と回転中心が一致する位置、主点位置と回転中心が一致する位置）へ移動させる。従って、従来問題となっていた回転体の回転速度や立ち上がり時間が遅くなることを解消でき、大きな回転駆動機構を設けることも不要となる。これにより、簡易な機構により撮像装置を適正に動作させることができるカメラ付き雲台装置を実現することが可能となる。

通常使用時には、カメラユニット１の重心位置を回転中心に一致させるため、カメラユニット１及びパン回転ユニット１９を少ない力で回転させ且つ精度良く停止させることが可能となる。もしくは、より短時間で所定の回転数まで到達可能となる。

パノラマ撮影時には、カメラユニット１のレンズの主点位置を回転中心に一致させるため、カメラユニット１の回転の上下振動による画像の高さ合わせ以外は不要であり、画像処理時間が短く且つ精度及び画質の良いパノラマ画像の作成が可能となる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、レンズユニット１のパン回転ユニット１９に対する水平方向の移動手段としてスライド機構を使用する点において相違する。本実施の形態における、上述した第１の実施の形態（図１）と同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図８は、本実施の形態に係る雲台装置としてのカメラ付き雲台装置の構成を示す正面図である。

図８において、カメラ付き雲台装置は、カメラユニット１と、パン回転ユニット１９及びパン固定ユニット３１を有する雲台装置５０と、スタンド４３、４４とから大略構成されている。

カメラユニット１とパン回転ユニット１９との間には、カメラユニット１の長手方向両側部を挟んで対向する状態で、スタンド４３、４４が配設されている。スタンド４３、４４は、カメラユニット１を回転可能に保持する。パン回転ユニット１９は、プレート４５、直線ギア４６、モータ４７、ギア４８を備えている。

プレート４５は、スタンド４３、４４の下端部に固定されており、パン回転ユニット１９の回転方向と同じ水平方向に移動可能に構成されている。プレート４５の下端部には、直線ギア４６が固定されている。モータ４７は、プレート４５を水平方向に移動させる駆動力を発生するものであり、回転軸にギア４８が固定されている。ギア４８は、直線ギア４６に噛み合っており、モータ４７の回転に同期して回転する。

今、モータ４７が回転すると、ギア４８に噛み合っている直線ギア４６が水平方向（図８の左右方向）に移動する。これに伴い、直線ギア４６が固定されているプレート４５が水平方向に移動するため、スタンド４３、４４も水平方向に移動する。これに伴い、カメラユニット１とパン回転ユニット１９とに関して水平方向に相対的な位置関係を変えることができる。これにより、通常使用時は、カメラユニット１の回転中心と回転体（カメラユニット１、パン回転ユニット１９）の重心位置を合わせることが可能となる。また、パノラマ撮影時は、カメラユニット１の回転中心とレンズの主点位置をそれぞれ合わせることが可能となる。

通常使用時には、カメラユニット１の重心位置を回転中心に一致させるため、カメラユニット１及びパン回転ユニット１９を少ない力で回転させ且つ精度良く停止させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る雲台装置としてのカメラ付き雲台装置の構成（主点位置一致状態）を示す正面図である。カメラ付き雲台装置の構成を示す平面図である。カメラ付き雲台装置の構成を示す側面図である。カメラユニットのチルト回転動作を示す図である。カメラ付き雲台装置の構成（重心位置一致状態）を示す正面図である。カメラユニットのワイドコンバージョンレンズの装着状態を示す図である。カメラ付き雲台装置の使用例を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る雲台装置としてのカメラ付き雲台装置の構成を示す正面図である。

符号の説明

１カメラユニット（撮像装置）
２チルトモータ（機構）
４回転チルトギア（機構）
５チルト固定ギア（機構）
１１、１２、１７、１８リンクロッド（移動手段）
１９パン回転ユニット（回転手段）
２４リンクモータ（移動手段）
２５リンクギア（移動手段）
２６パンギア（機構）
３１パン固定ユニット（固定ユニット）
３４パンモータ（機構）
３５パン回転ギア（機構）
４３、４４スタンド（移動手段）
４５プレート（移動手段）
４６直線ギア（移動手段）
４７モータ（移動手段）
４８ギア（移動手段）

Claims

基部に設置される固定ユニットと、
前記固定ユニットの上面に平行な面内で回転する回転手段と、
撮像装置の鉛直方向の位置を維持しながら、前記回転手段との水平方向の相対的位置関係を変える平行リンク機構で構成され、撮像装置と前記回転手段とを連結すると共に、前記撮像装置が動作するモードに従って、前記撮像装置の重心位置を前記撮像装置の回転中心と一致するように前記撮像装置を移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする雲台装置。
前記移動手段は、前記撮像装置のモードが通常使用モードの場合、前記撮像装置の重心移動に応じて、前記撮像装置の重心位置と前記撮像装置の回転中心が一致する位置まで前記撮像装置を移動させることを特徴とする請求項１記載の雲台装置。
前記移動手段は、前記撮像装置がパノラマ撮影モードで動作する場合、前記撮像装置のレンズの主点位置と前記撮像装置の回転中心が一致する位置まで前記撮像装置を移動させることを特徴とする請求項１記載の雲台装置。
前記移動手段は、前記撮像装置の移動動作が終了するまでは、前記撮像装置が備えるズーム或いはフォーカスに関わるレンズは移動しないことを特徴とする請求項３記載の雲台装置。
前記回転手段は、前記固定ユニットの上面に平行な面内で回転させる機構と、前記撮像装置を鉛直方向に回転させる機構とを更に備えることを特徴とする請求項１記載の雲台装置。