(57)【要約】【課題】一対の撮像素子を用いた電子双眼鏡における焦点の調節を高速かつ高精度に行う。【解決手段】測距手段２０が、一対の撮像素子３、３により取得された２つの画像の位相差を用いて三角測量により対象物までの距離を算出して、自動焦点調節手段４０が、算出された距離を用いて結像光学系４、４の焦点を撮像素子３、３に合わせるように調節する。【選択図】　　　　　図１
2004133185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮像する一対の撮像素子と、該一対の撮像素子に対象物の像を結像する一対の結像光学系と、前記撮像素子により取得された画像を表示する表示部とを備えてなる電子双眼鏡であって、
前記一対の撮像素子により取得された２つの画像の位相差を用いて三角測量により前記対象物までの距離を算出する測距手段と、
該測距手段により測定された前記距離を用いて前記結像光学系の焦点を前記撮像素子に合わせるように調節する自動焦点調節手段と
を備えたことを特徴とする電子双眼鏡。
【請求項２】
前記撮像素子により取得された前記画像の高周波成分を積分した評価値を算出する評価値算出手段をさらに有し、前記自動焦点調節手段が、前記評価値算出手段により算出された前記評価値を用いて焦点を調節する機能を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の電子双眼鏡。
【請求項３】
前記対象物の画像を撮影する撮影手段と、前記対象物を観測する観測モードと前記対象物を撮影する撮影モードを切り替えるモード切替手段をさらに備え、前記自動焦点調節手段が、前記モード切換手段が前記観測モードに設定しているときには前記距離を用いて焦点を調節し、前記モード切替手段が前記撮影モードに設定しているときには前記評価値を用いて焦点を調節するものであることを特徴とする請求項２に記載の電子双眼鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を観測するとともに対象物の画像を撮影する機能を有する電子双眼鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、双眼鏡にはＣＣＤ等の撮像素子が用いられたものがあり、これは両眼で同時に遠景を拡大して見るばかりでなく、見ている遠景を撮影できるような機能を有している。このような双眼鏡として、１対の対物レンズおよび一対の接眼レンズが設けられており、対象物からの光がハーフミラーを用いて光路分割されて、分光された一方の光が撮像素子に入射されて、他方の光が接眼レンズに入射されるものが提案されている（特許文献１、２参照）。さらに、一対の撮像素子と一対の表示部が設けられており、各撮像素子により取得された画像を各表示部に表示させる双眼鏡が知られている（特許文献３参照）。
【０００３】
ところで、上述した撮像素子を用いた双眼鏡に限らず一般的な双眼鏡には対象物に焦点を合わせるための焦点調節機構が設けられている。この焦点調節機構は、ユーザがダイヤルを回すことにより手動で焦点を合わせるものもあるが、自動的に焦点を合わせる自動焦点調節機構が提案されている。たとえば、双眼鏡に赤外線を発光する測距手段を設けて、対象物に赤外線を投光して対象物から反射した赤外線から距離を測定して焦点を自動的に合わせるものが知られている。また、上述したような撮像素子を用いた双眼鏡の場合には、撮像素子により得られた画像から高周波成分を抽出し積分することにより評価値を算出して、評価値が極大となるようにフォーカスレンズを移動させるようないわゆるコントラストＡＦ方式により自動的に焦点を合わせるものが知られている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３１１８６８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−６６１１３号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平８−３３４７０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、赤外線等を利用して焦点を合わせる場合、双眼鏡に測距手段を別途設ける必要があり、双眼鏡の構造が複雑になってしまうという問題がある。一方、撮像素子から取得した画像を用いて焦点を合わせる場合、焦点を合わせるのに時間が掛かってしまい、双眼鏡の使い勝手が悪くなってしまうという問題がある。すなわち、双眼鏡は対象物を撮影する目的より以前に対象物を観測する機能を有する必要があるが、対象物を観測しているときに得られた画像からコントラストＡＦ方式により焦点の調節を行っているとリアルタイムな観測を行うことができないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、高速かつ高精度な焦点の調節を自動的に行うことができる電子双眼鏡を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子双眼鏡は、対象物を撮像する一対の撮像素子と、該一対の撮像素子に対象物の像を結像する一対の結像光学系と、前記撮像素子により取得された画像を表示する表示部とを備えてなる電子双眼鏡であって、前記一対の撮像素子により取得された２つの画像の位相差を用いて三角測量により前記対象物までの距離を算出する測距手段と、該測距手段により測定された前記距離を用いて前記結像光学系の焦点を前記撮像素子に合わせるように調節する自動焦点調節手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、「電子双眼鏡」は、撮像素子を使用した双眼鏡を意味するもので、接眼部には接眼レンズがあってもなくてもよい。すなわち、一対の表示部を直接両眼で見る形式のものとしてもよいし、その表示面側にそれぞれ接眼レンズを設けたものであってもよい。
【００１１】
なお、本発明による電子双眼鏡は、撮像素子により取得された画像の高周波成分を積分した評価値を算出する評価値算出手段をさらに有するものであってもよい。
【００１２】
また、「自動焦点調節手段」は、測距手段により測定された距離を用いて結像光学系の焦点を撮像素子に合わせるように調節することに加えて、評価値算出手段により算出された評価値を用いて焦点を調節する機能を有するものであってもよい。
【００１３】
さらに、本発明による電子双眼鏡は、対象物を撮影する撮影手段を備え、対象物を観測する観測モードと、対象物の画像を撮影する撮影モードを切り替えるモード切替手段をさらに備えたものであってもよい。
【００１４】
また、上記自動焦点調節手段は、モード切換手段が観測モードに設定しているときには距離を用いて焦点を調節し、モード切替手段が撮影モードに設定しているときには評価値を用いて焦点を調節するものであってもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の電子双眼鏡によれば、測距手段により測定された距離を用いて結像光学系の焦点を撮像素子に合わせるように調節することにより、測距を行うための赤外線等の測距手段を別途設ける必要がなくなり、電子顕微鏡の構成を簡略化することができる。
【００１６】
また、測距手段により距離の測定を用いて焦点の調節が行われることにより、いわゆるコントラストＡＦ方式等の画像を用いて合焦位置の検出をする場合に比べて高速に焦点調節を行うことができるため、常に対象物に焦点の合った状態で観測を行うことができユーザの使い勝手を向上させることができる。
【００１７】
なお、撮像素子により取得された画像の高周波成分を積分した評価値を算出する評価値算出手段をさらに有し、自動焦点調節手段が、評価値算出手段により算出された評価値を用いて焦点を調節する機能を有するように構成すれば、測距手段により測定された距離を用いて高速に合焦位置を検出することができるとともに、評価値を用いて高精度に合焦位置を検出することができる。
【００１８】
特に、対象物の画像を撮影する撮影手段と、対象物を観測する観測モードと対象物を撮影する撮影モードを切り替えるモード切替手段をさらに備え、自動焦点調節手段が、観測モードのときには距離を用いて焦点を調節し、撮影モードのときときには評価値を用いて焦点を調節するようにすれば、観測モードのときに距離を用いて検出された焦点位置の近辺を評価値を用いてさらに高精度な焦点位置の検出が行われることになり、評価値を用いて焦点の調節を行う時間を短縮して高速かつ高精度な焦点位置の検出を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の電子双眼鏡の実施形態を示す模式図である。図１の電子双眼鏡１は対象物を撮像するＣＣＤ等からなる一対の撮像素子３、３と、撮像素子３、３上に対象物の像を結像する一対の結像光学系４と、撮像素子３により取得された画像を表示する一対の表示部５とを有する。
【００２０】
ここで、結像光学系４には対象物の光が撮像素子３上に結像するように移動するフォーカスレンズ４ａが含まれている。また、一対の表示部５、５の表示面側にはそれぞれ接眼レンズ６、６が結像光学系２の光軸方向に沿って移動可能に取り付けられており、視度が調整できるようになっている。
【００２１】
撮像素子３、３とフォーカスレンズ４ａ、４ａと表示部５、５の動作はシステムコントローラ１０により制御されており、システムコントローラ１０は、右の撮像素子３により取得された画像を右の表示部５に表示させ、左の撮像素子３により取得された画像を左の表示部５に表示させるようになっている。したがって、ユーザは接眼レンズ６、６から左右の眼で同時に表示部５、５を見ることにより、撮像素子３、３により撮影された対象物の画像を立体的に見ることができる。
【００２２】
図２は電子双眼鏡１におけるシステムコントローラ１０の一例を示すブロック図である。システムコントローラ１０は、送られた画像の画像処理を行う画像処理手段１１と、撮像素子３、３から送られた画像を一時的に記憶するバッファメモリ１２と、画像処理された画像を圧縮する画像圧縮手段１３と、圧縮された画像を記憶媒体に記憶するために記憶媒体をコントロールするメディアコントローラ１４と、圧縮された画像を表示部５、５に表示させる画像表示手段１５と、電子双眼鏡１の動作を決定するためにユーザが操作するキーコントローラ１６と内部メモリ１７とを有し、これらはバス１８によりデータ伝送可能に接続されている。そして、撮像素子３、３、画像処理手段１１、画像圧縮手段１３およびメディアコントローラ１４が画像を撮影する撮影手段を形成しており、電子双眼鏡１は、撮像素子３、３において取得された画像を記憶媒体に記憶することができるようになっている。
【００２３】
なお、システムコントローラ１０にはアナログ処理手段７により撮像素子３、３により取得された画像がＡ／Ｄ変換された状態で送られるようになっている。
【００２４】
さらに、システムコントローラ１０は、測距手段２０、評価値算出手段３０、自動焦点調節手段４０とを有する。測距手段２０は三角測量の原理により対象物までの距離を算出するものである。ここで、図３に示すように、結像光学系４の光軸間の距離をＢ、撮像素子３と結像光学系４との距離をｆ、結像光学系と目標物Ｔとの距離をＬ、撮像素子３、３での目標物Ｔが結像される結像位置から光軸ＣＬ、ＣＬまでの距離をそれぞれＸ１、Ｘ２とする。
【００２５】
このとき、目標物Ｔを頂点として結像光学系４、４の中心を結んだ直角三角形は、結像光学系４、４を頂点とし距離Ｘ１、Ｘ２を底辺とした直角三角形と相似しているため、Ｌ／ｆ＝Ｂ／（Ｘ１＋Ｘ２）となる。よって、距離Ｘ１と距離Ｘ２は、距離Ｌが短いとその和が大きくなり、距離Ｌが長くなるとその和が小さくなる。距離ｆと距離Ｂは予め定められているため、対象物までの距離Ｌは、距離Ｘ１、Ｘ２により算出することができる。そこで、測距手段２０は撮像素子３、３から得られる２つの画像の位相差Ｘ１＋Ｘ２を求めることにより、対象物までの距離Ｌが算出するようになっている。
【００２６】
評価値算出手段３０は、デジタル変換された映像信号からハイパスフィルタ等により高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分を積分手段により積分して評価値を算出して自動焦点調節手段４０に送るようになっている。なお、評価値算出手段３０において使用される画像は、左右いずれの撮像素子３、３から取得された画像であってもよい。
【００２７】
自動焦点調節手段４０は、フォーカスレンズ４ａを移動させるフォーカスレンズ駆動手段８を制御することにより焦点の調節を行う機能を有している。ここで、自動焦点調節手段４０は、撮像素子３、３により取得された画像を表示部５、５に表示させる観測モードのときと、撮像素子３、３により取得された画像を撮影する撮影モードに切り替わったときとではことなる焦点調節方式を用いるようになっている。ここで、この観測モードと撮影モードの切替は、レリーズスイッチ１９により行われて、レリーズスイッチ１９が押されていない場合には観測モードとなり、レリーズスイッチ１９が半押しされると撮影モードに切り替わる。よってレリーズスイッチ１９は、モード切替手段として機能することとなる。
【００２８】
観測モードのとき、自動焦点調節手段４０は、対象物までの距離Ｌを用いて焦点を調節し、評価値算出手段３０により算出された評価値を用いて焦点の調節を行うようになっている。具体的には、自動焦点調節手段４０は測距手段２０から送られる距離Ｌに被写界深度がくるようにフォーカスレンズ４ａを駆動させるようになっている。
【００２９】
このように、観測モードのとき三角測量の原理を用いて対象物までの距離を測定し、表示部３、３の解像度に適した精度で焦点の調節を行うことにより高速な焦点調節処理を行うことができ、常に焦点が合った状態で対象物の観測することができる。なお、撮像された観測のための画像は表示部３、３により表示されるため、表示部３、３上においてきれいな画像であればよく合焦精度は高いものは要求されない。よって、測定された距離Ｌを用いた合焦精度で十分であり、ユーザに画質のよい画像を提供することができる。
【００３０】
一方、撮影モードのとき、自動焦点調節手段４０は、フォーカスレンズ駆動手段８を用いて対象物のフォーカスレンズ４ａを移動させながら、評価値算出手段３０により算出される評価値が最大になるように焦点を調節する。これにより、撮像素子の解像度に適した高精度な焦点調節処理を行うことができる。つまり、撮影モードにより取得された画像はプリント出力やパーソナルコンピュータでの画面表示等を行うため高精度な合焦を要求されるものであり、このとき評価値を用いて焦点の調節を行うことにより高精度な合焦を行うことができる。
【００３１】
特に、焦点位置は観測モードにおいて検出された焦点位置の近傍に存在するものであり、算出した評価値を用いて焦点位置を検出する際にも、観測モードの近傍でフォーカスサーボを行えばよく、焦点位置を検出する時間がかからず高速に焦点の調節を行うことができる。
【００３２】
次に、図３は本発明の電子双眼鏡１の動作例を示すフローチャート図であり、図１から図３を参照して電子双眼鏡１の動作例について説明する。まず、２つの撮像素子により撮像が行われて２つの画像が取得される（ステップＳＴ１）。すると、測距手段２０において、２つの画像の位相差から対象物までの距離Ｌが算出される（ステップＳＴ２）。そして、自動焦点調節手段４０において対象物までの距離Ｌからフォーカスレンズ４ａ、４ａの位置が決定されて（ステップＳＴ３）、対象物の光が撮像素子上に結像されるようにフォーカスレンズ４ａ、４ａが駆動する（ステップＳＴ４）。そしてレリーズボタン１９が半押しされるまで、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４（観測モード）が繰り返されてユーザは電子双眼鏡１を用いて観測が行うことができる。
【００３３】
その後、レリーズボタン１９が半押しされると（ステップＳＴ５）、撮影モードになり、評価値算出手段３０において評価値が算出されて、自動焦点調節手段４０において評価値が最大となるようにフォーカスレンズ４ａが駆動され焦点が調節される（ステップＳＴ６、ステップＳＴ７）。そして、レリーズボタン１９が全押しされると（ステップＳＴ８）、撮像素子３、３により取得された画像が記憶媒体に記憶される（ステップＳＴ９）。
【００３４】
上記実施の形態によれば、測距手段２０により測定された距離を用いて結像光学系の焦点を撮像素子に合わせるように調節することにより、測距を行うための赤外線等の測距手段を別途設ける必要がなくなり、電子双眼鏡１の構成を簡略化することができる。
【００３５】
また、測距手段２０により距離の測定を用いて焦点の調節が行われることにより、いわゆるコントラストＡＦ方式により合焦位置の検出をする場合に比べて高速に焦点調節を行うことができるため、常に対象物に焦点の合った状態で観測を行うことができる。
【００３６】
なお、撮像素子３、３により取得された画像の高周波成分を積分した評価値を算出する評価値算出手段３０をさらに有し、自動焦点調節手段４０が、評価値算出手段３０により算出された評価値を用いて焦点を調節する機能を有するように構成すれば、測距手段２０により測定された距離を用いて高速に合焦位置を検出することができるとともに、評価値を用いて高精度に合焦位置を検出することができる。
【００３７】
特に、対象物を観測する観測モードと、対象物の画像を撮影する撮影モードを切り替えるレリーズスイッチ（モード切替手段）１９をさらに備え、自動焦点調節手段４０が、観測モードになっているときには距離を用いて焦点を調節し、観測モードから撮影モードに切り替わると評価値を用いて焦点を調節するようにすれば、観測モードにおいて検出された焦点位置の近辺を評価値を用いてフォーカスサーボすることにより高速かつ高精度な焦点位置の検出を行うことができる。
【００３８】
本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、図１において電子双眼鏡１に接眼レンズを設けた場合について例示しているが、接眼レンズを設けずに、ユーザが直接両眼で左右の表示部５、５を見るようにしてもよい。
【００３９】
また、図２の電子双眼鏡１において撮影した画像を記憶する際には、各撮像素子３、３により取得された画像に左右いずれの撮像素子３、３により撮像されたかという情報を付加するようにしてもよい。そして、電子双眼鏡１に記憶した画像を再生する画像再生機能を持たせて、右側の撮像素子３により撮像された画像を右側の表示部５に表示し、左側の撮像素子３により撮像された画像を左側の表示部５に表示するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子双眼鏡の好ましい実施の形態を示す模式図
【図２】本発明の電子双眼鏡の好ましい実施の形態を示すブロック図
【図３】図２の測距手段における三角測量の一例を示す模式図
【図４】本発明の電子双眼鏡の動作例を示すフローチャート図
【符号の説明】
１　　　電子双眼鏡
２　　　結像光学系
３　　　撮像素子
４ａ　　フォーカスレンズ
４　　　結像光学系
５　　　表示部
１９　　レリーズボタン（モード切替手段）
２０　　測距手段
３０　　評価値算出手段
４０　　自動焦点調節手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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