(57)【要約】    【課題】  カメラや双眼鏡等の光学機器で、ユーザがビューファインダを通して注視する対象物が存在する位置に自動的に焦点調節する。    【解決手段】  機器使用開始時にユーザはビューファインダを通して実質的に無限遠方に存する物体を見つめると、ユーザの瞳孔間距離の基準値が計測される。その後ユーザがビューファインダを通して、観視あるいは撮影の対象となる対象物４２を見つめると、対象物４２とビューファインダとの間の距離に応じて瞳孔間距離Ｘ2が変化する。この瞳孔間距離Ｘ2に基づいて、ビューファインダから対象物４２までの距離Ｘ3が算出される。算出された距離Ｘ3の値に応じて焦点調節が自動的に行われる。    【選択図】    図６
2005107460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置用のレンズフォーカスシステムであって、
ａ）両眼用ビューファインダと、
ｂ）前記両眼用ビューファインダに動作可能に連繋され、瞳孔の向きを示すセンサ信号を生成する瞳孔向きセンサと、
ｃ）軸に沿って前後に可動な第１および第２のステレオスコピックレンズと、
ｄ）前記ビューファインダから対象物までの距離に関連する瞳孔間距離と、前記ビューファインダから前記対象物までの距離に対応して前記対象物にピントを合わせるために必要なレンズ位置決め動作とを関連させるマイクロプロセッサとを備え、
前記対象物にピントを合わせるためのマイクロプロセッサ制御に従って前記第１および第２のステレオスコピックレンズを前記軸に沿って動かすため、前記マイクロプロセッサは前記第１および第２のステレオスコピックレンズと連繋していることを特徴とするレンズフォーカスシステム。
【請求項２】
前記第１および第２のレンズに動作可能に連繋され、前記センサ信号の変化に応答するレンズ駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のレンズフォーカスシステム。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサは、前記レンズ駆動部を作動させることを特徴とする請求項２記載のレンズフォーカスシステム。
【請求項４】
ユーザの両眼の瞳孔それぞれが対象物を見つめるそれぞれの向きに従って、前記対象物にピントを合わせることが可能なステレオカメラであって、
ａ）ビューファインダであって、前記ユーザが前記ビューファインダを通して前記対象物を見つめているときに、前記ユーザの両眼の瞳孔それぞれに対応するビューファインダと、
ｂ）前記対象物にピントを合わせるように軸に沿って前後に移動可能な第１および第２のステレオスコピックレンズと、
ｃ）前記両眼の瞳孔が前記対象物を見つめているときに、前記両眼の瞳孔間の距離を測定する、前記両眼の瞳孔それぞれ用の瞳孔向きセンサと、
ｄ）前記ビューファインダから前記対象物までの距離に関連する瞳孔間距離と、前記ビューファインダから前記対象物までの距離に対応して前記対象物にピントを合わせるために必要なレンズ動作とを関連させるマイクロプロセッサとを備え、
前記対象物にピントを合わせるためのマイクロプロセッサ制御に従って前記第１および第２のステレオスコピックレンズを前記軸に沿って動かすため、前記マイクロプロセッサは前記第１および第２のステレオスコピックレンズと連繋していることを特徴とするステレオカメラ。
【請求項５】
前記第１および第２のステレオスコピックレンズを前記軸に沿って移動させるアクチュエータを前記第１および第２のステレオスコピックレンズのそれぞれに対してさらに備えることを特徴とする、請求項４記載のステレオカメラ。
【請求項６】
前記マイクロプロセッサは、前記第１および第２のステレオスコピックレンズそれぞれをほぼ瞬時に前記軸に沿って移動するように前記アクチュエータそれぞれを起動することを特徴とする請求項５記載のステレオカメラ。
【請求項７】
光学装置であって、
瞳孔間距離に基づく自動レンズフォーカシングシステムを含む光学装置。
【請求項８】
ａ）ビューファインダであって、ユーザが前記ビューファインダを通して対象物を見つめているときに、前記ユーザの両眼の瞳孔それぞれに対応するビューファインダと、
ｂ）前記瞳孔のそれぞれが前記対象物を見つめているときに、前記瞳孔間の距離を測定する、前記瞳孔それぞれ用の瞳孔向きセンサと、
ｃ）前記対象物にピントを合わせるように軸に沿って前後に可動な第１および第２のステレオスコピックレンズと、
ｄ）前記ビューファインダから前記対象物までの距離に関連する瞳孔間距離と、前記ビューファインダから前記対象物までの距離に対応して前記対象物にピントを合わせるために必要なレンズ動作とを関連させるマイクロプロセッサとを備え、
前記対象物にピントを合わせるためのマイクロプロセッサ制御に従って前記第１および第２のステレオスコピックレンズを前記軸に沿って動かすため、前記マイクロプロセッサは前記第１および第２のステレオスコピックレンズと連繋していることを特徴とする請求項７記載の光学装置。
【請求項９】
光学装置の前方にある対象物に前記光学装置のステレオスコピックレンズのピントを合わせる方法であって、
ａ）前記光学装置のユーザが前記対象物を見つめているときに、前記ユーザの瞳孔間距離を測定するステップと、
ｂ）前記測定された瞳孔間距離を、前記光学装置から前記対象物までの距離およびかかる距離にある前記対象物に前記ステレオスコピックレンズのピントを合わせるために必要な前記ステレオスコピックレンズの移動がそれぞれ反映されている既知の瞳孔間距離と比較するステップと、
ｃ）測定された前記瞳孔間距離により反映される前記光学装置から前記対象物までの距離を決定し、さらにかかる距離に対応して必要な前記ステレオスコピックレンズの移動を決定するステップと、
ｄ）前記ステレオスコピックレンズのピントを前記対象物に合わせるために必要な分、前記光学装置の前記ステレオスコピックレンズを移動するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
ユーザによって操作されるデュアルレンズ光学装置のステレオスコピックレンズのピントを対象物に合わせる方法であって、
ａ）無限遠を見つめるステップと、
ｂ）無限遠を見つめている間の第１の瞳孔間距離を測定し、記録するステップと、
ｃ）無限遠よりも近い距離にある対象物を見つめるステップと、
ｄ）前記無限遠よりも近い距離にある対象物を見つめている間の第２の瞳孔間距離を測定し、記録するステップと、
ｅ）前記第２の瞳孔間距離に基づき、前記ステレオスコピックレンズから前記対象物までの距離を求めるステップと、
ｆ）前記対象物にピントを合わせるように前記ステレオスコピックレンズを移動するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主題は、ユーザが撮影する対象物を見つめたときに、装置のレンズをユーザの各瞳孔の向きに相関させる光学装置のデュアルレンズフォーカスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビューファインダにあてがわれたユーザの両眼の瞳孔位置を定め（測定し）、次に立体観視レンズを動かして、眼で見ている対象物体に光学装置のレンズのピントが合うようにする立体光学装置がいくつか存在している。一般に、立体観視装置は、対象物をわずかに異なる２つの視点から取り込み、次いでこれらを並べて見ることによって対象物に三次元効果を与える。このような光学装置としては、双眼鏡、双眼タイプの顕微鏡、およびステレオカメラが挙げられる。双眼鏡および双眼タイプの顕微鏡に関しては通常、レンズのピント合わせは、観視対象物に対して近づけるかまたは遠ざける方向にレンズを手動調整することによって行われる。オートフォーカスを提供するデュアルレンズカメラに関しては、撮影者が、特に写真の目標物である対象物にカメラのピントを迅速かつ適正に合わせられることが非常に重要であり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、不都合なことに、このような光学装置に関連して出願人が気付いたように、このようなピント合わせは、対象物が、静止しているか動いているかに関わらず、ターゲットイメージ（焦点調節の対象）とするつもりのない複数の他の対象物がシーン内の遠近にある場合に問題になり得る。この場合、光学装置がデジタルカメラであれば、このようなカメラは通常、レンズのピント調節位置を変えながら連続して画像を取り込む。その後各画像が解析され、どれが隣接ピクセル間の差の平均値が最も大きくなる（コントラストの大きい）画像であるかを決定するが、これは時間のかかる作業であり、特に広範囲の中から最もピントの合った露出（画像）を見つける際に最長で２秒以上かかり得る。光学装置がビデオカメラである場合、このようなカメラは常にわずかにピント調節位置をずらして、ピントが合っているか否かを判断する。要するに、多くの場合、使用される光学装置に関わりなく、正確な対象物に適切かつ必要な時にピントを合わせることは、装置のユーザにとって問題であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に開示する内容は、瞳孔間距離（瞳孔間隔）に基づいた自動レンズフォーカスシステムを備えた光学装置を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本明細書に開示するレンズフォーカスシステムは、ピントを合わせようとする対象物を見つめて視覚化するために、ファインダを通して凝視するときにユーザが両眼をあてがうためのビューファインダを備える。ビューファインダには、対象物がビューファインダに対して近づくにつれて瞳孔の輻輳角が大きくなることから、眼で対象物を見つめているときに瞳孔間距離を測定する瞳孔向きセンサを接続することができる。システムは、立体視的に対象物にピントを合わせるように軸（光軸）に沿って前後に移動可能な第１および第２の立体視レンズをさらに備える。レンズのこのような移動は、各レンズが軸に沿って移動するように電気的に作動する各アクチュエータを使用して自動的に行うことが可能である。システムは、瞳孔間距離とビューファインダから対象物までの距離との相関、およびこれに対応する、レンズのピントを対象物に合わせるために必要なレンズの移動が提供されたマイクロプロセッサをさらに備えることができる。さらに、マイクロプロセッサは、レンズアクチュエータを動かしてほぼ瞬時に、対象物にレンズのピントを合わせるように各レンズを軸に沿って移動させることが可能であり得る。
【０００６】
本明細書に述べるフォーカスシステムは、シーン内で遠近方向に離れた複数の位置に対象物が存在する状況で有利となりうる。特に、カメラに適用するものとして例示すると、本システムは、ユーザの眼が対象物を見つめている向きによってカメラの立体視レンズのピント合わせ位置が決まるため、ピントがぼけるといった事態をなくすことができる。この眼とレンズの呼応により、ピント合わせによる遅延ならびに正しくピントが合っているか否かを判断するため、常にわずかなピントずらしを行うこともなくすことができる。このような迅速なピント合わせ能力により、ユーザは、対象物が各シーンのどこにあるかに関わりなく、あらゆる対象物にはっきりとピントを合わせながら、シーンからシーンに、また対象物から対象物に素早く移ることができる。
【０００７】
まず図１〜図４を参照して、ステレオカメラ（以下、単に「カメラ」と称する）１０を示す。カメラ１０は、ステレオ撮影レンズフォーカスシステムとして、ビューファインダレンズ１８、２０を通して、選ばれた対象物を見つめるユーザの両眼１３、１５の瞳孔１４、１６に対応する（両眼１３、１５で覗くことが可能なようになっている）ビューファインダ１２を備えることができる。第２に、カメラ１０は、選択された対象物にピントを合わせるようにそれぞれが前後に移動可能な２つの並んだ（並列配置された）カメラレンズ（ステレオスコピックレンズ）２２、２４を備えることができる。レンズ２２、２４のこのような移動は、２個の独立した電動アクチュエータ２６、２８等適切な駆動システムによって行うことができ、電動アクチュエータ２６、２８としてはステッピングモータを使用することもできる。
【０００８】
ビューファインダ１２内には、ビューファインダレンズ１８、２０を通して対象物を眼で見つめて観察している間に、ビューファインダ１２における両眼の瞳孔の瞳孔間距離を測定する瞳孔向きセンサ３０をユーザの両眼の瞳孔１４、１６それぞれ用に配置することができる。眼が第２の対象物に向けられたために瞳孔間距離が変化すると、センサ３０は各瞳孔の向きの変化に追随し、ユーザが第２の対象物を見つめているときに、この第２の対象物へのピント合わせに関連する瞳孔間距離を再度求めることができる。各瞳孔向きセンサ３０は、図４に最も明瞭に示すように構成することが可能である。具体的には、ビューファインダレンズ１８を通り、その後ダイクロイックミラー５２に向かう視線５０を瞳孔１４が生み出す。同時に、赤外線源５４が赤外線を角膜に照射し、角膜で反射された赤外線がダイクロイックミラー５２に向かい、その後、ダイクロイックミラー５２で反射されて集光レンズ５６を通って、Ohmori他の米国特許第５，５１５，１３１号に記載されている結像位置検出装置等の注視点検出センサ５８に向かう。角膜で反射された光および眼球全体の像は集光レンズ５６を通り、この角膜全体の像が注視点検出センサ５８に形成される。この角膜の像から、瞳孔１４の中心位置および反射光の位置が取り込まれ、他方の瞳孔１６を測定する第２の瞳孔向きセンサ３０と相関させると、瞳孔間距離を算出することができる。
【０００９】
各ユーザ個人の瞳孔の向きに関してフォーカスシステムの較正をカスタマイズする一方法は、図５、図６、および図８に示される方法で実現される。この方法では、ユーザがビューファインダ１２を覗くのにともなって装置の使用が開始され、ユーザが遠方にある対象物を見つめることでユーザの瞳孔視線の無限遠注視位置をエミュレートし（図５）、これにより基本瞳孔間測定値Ｘ1を提供する。以降、他のユーザのために再較正が行われるまで、レンズのピント合わせは眼が見つめる方向に従って行われ、以下に説明するようにマイクロプロセッサの計算に従って各レンズ２２、２４の軸に沿った移動が適宜行われる。
【００１０】
特に、カメラ１０は、ビューファインダから対象物４２までの距離Ｘ3（図６）に関連する瞳孔間距離Ｘ1（図５）またはＸ2（図６）と、この距離に応じてレンズのピントを対象物に合わせるために必要なレンズの位置決め動作とを相関付けるマイクロプロセッサ３２を備えることができる。このような瞳孔間距離と対象物までの距離との相関付けは、図６に関連して述べるアルゴリズムまたはルックアップテーブルを適用することによって行うことができ、かかるアルゴリズムまたはルックアップテーブルによって、まず、瞳孔間距離がマイクロプロセッサ３２に電気的に送られる。瞳孔間距離により視線の角度および対象物までの距離が決まることから、アルゴリズムまたはルックアップテーブルに対して瞳孔間距離が入力されるだけで、このような角度および対象物距離が算出される。その後、相関付けられたレンズ２２、２４の位置が算出され、マイクロプロセッサ３２は最後のレンズ位置を読み出す。最後のレンズ位置が不適切な場合には、マイクロプロセッサ３２はほぼ瞬時に電気接続３８、３９を通して電動アクチュエータ２６、２８を起動し、機械的接続４６、４１を通してレンズ２２、２４を各トラックセット３４、３６上で前後に移動させて、最終的に、眼１３、１５が見つめている対象物４２にデュアルレンズのピントが合う適正な場所に配置する。
【００１１】
図６は、カメラレンズ２２、２４から対象物までの距離Ｘ3に関する眼１３、１５の注視向き（視線の向き、瞳孔の向き）を模式的に示す。具体的には、瞳孔間距離Ｘ2ならびにその結果生じる角度α1およびα2を、２個の瞳孔向きセンサ３０からマイクロプロセッサ３２に送ることができる。その後、アルゴリズム的（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃ）マイクロプロセッサアプリケーション（プログラム）が、式Ｘ3＝Ｘ2（（ｔａｎα1）（ｔａｎα2））／（ｔａｎα1＋ｔａｎα2）に従って求められるＸ3の値を算出する。Ｘ3の値が求められると、マイクロプロセッサ３２は、上に述べたようにデュアルレンズのピントが対象物４２に合うようにレンズ２２、２４を移動させることができる。
【００１２】
図７に、観光等に際して屋外で有用であり得る野外用双眼鏡６０を模式的に示す。双眼鏡６０は、上に述べた立体視レンズフォーカスシステムを組み込むことができる。特に、双眼鏡は、上に述べたように、ユーザの瞳孔１４、１６の瞳孔間距離を測定する瞳孔向きセンサ３０を各鏡筒６２、６４に１個ずつ備えることができる。上に述べたようにして得られる瞳孔間距離および角度の測定値はマイクロプロセッサ３２に送ることができ、マイクロプロセッサ３２が、ユーザの眼が見つめている対象物までの距離を求める。その後マイクロプロセッサ３２は、この対象物距離を、適宜ピントを合わせるようにレンズ６６、６８を最終的に配置する必要のある位置に相関付けることができ、必要に応じて、電気接続７４、７６を通して電動アクチュエータ７０、７２を起動して、機械的接続７８、８０を通してレンズ６６、６８をトラックセット８２、８４上で前後に移動させ、最終的にピントが適宜合わせられた適正な位置に配置することができる。レンズ６６、６８のピントがずれていると、最初は、見るべき遠方の対象物がぼけていることがあるが、ピントがずれている状態で見ていると、レンズ６６、６８が上に述べたように前後に移動するので、遠方にある対象物にピントが合うようになる。
【００１３】
図８は、ピント合わせステップの流れ図の実施形態である。具体的には、ステップ９０において、ユーザが無限遠を見つめることによって瞳孔間距離の基準値が確定される。ステップ９２において、この距離が測定され、その値がマイクロプロセッサに送られる。その後ステップ９４において、ユーザが、無限遠よりも近くにある観視対象物を見つめる。次いで、ステップ９６において、無限遠よりも近くにある上記対象物に対応する瞳孔間距離が測定され、この値がマイクロプロセッサに送られ、次いでマイクロプロセッサがレンズ、あるいはビューファインダから対象物までの距離を算出する（ステップ９８）。最後に、ステップ１００において、対象物を見つめているユーザの視線に対応してレンズが軸に沿って移動して、対象物にピントが合わせられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】双眼光学装置のステレオ（両眼）レンズフォーカスシステムを備えたステレオカメラの正面図の実施形態である。
【図２】図１の線２−２に沿った模式的な上面図の実施形態である。
【図３】図１の線３−３に沿った断面の模式的な上面図の実施形態である。
【図４】図２の線４−４に沿った模式的な側面図の実施形態である。
【図５】無限遠を見つめているユーザの眼の模式的な上面図の実施形態である。
【図６】無限遠よりも近い位置にある対象物を見つめているユーザの眼の模式的な上面図の実施形態である。
【図７】立体視レンズフォーカスシステムを備えた双眼鏡の模式的な上面図の実施形態である。
【図８】立体視レンズフォーカスシステムのフォーカスを起動するフォーカスステップについての流れ図の実施形態である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  ステレオカメラ
１２  ビューファインダ
１３、１５  ユーザの眼
１４、１６  瞳孔
１８、２０  ビューファインダレンズ
２２、２４  カメラレンズ
２６、２８、７０、７２  電気モータ（モータ）
３０  瞳孔向きセンサ
３２  マイクロプロセッサ
３４、３６  トラックセット
３８、３９、７４、７６  電気線
４１、４６、７８、８０  機械的接続
５０  視線
５２  ダイクロイックミラー
５４  赤外線源
５６  集光レンズ
５８  注視点検出センサ
６６、６８  レンズ
【図１】
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【図２】
2005107460.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005107460.tif 000008
【図７】
2005107460.tif 000009
【図８】
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