JP2005107460A - Lens focus system and the same method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The subject of the present disclosure relates to a dual lens focus system for an optical device that correlates the lens of the device to the orientation of each pupil of the user when the user looks at an object to be photographed.
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。 The pupil position of both eyes of the user assigned to the viewfinder is determined (measured), and then the stereoscopic lens is moved so that the lens of the optical device is focused on the target object viewed by the eyes. There are several stereo optical devices. In general, a stereoscopic viewing apparatus gives a three-dimensional effect to an object by capturing the object from two slightly different viewpoints and then viewing them side by side. Examples of such an optical device include binoculars, a binocular microscope, and a stereo camera. For binoculars and binocular microscopes, the lens is usually focused by manually adjusting the lens toward or away from the object being viewed. For dual lens cameras that provide autofocus, it can be very important that the photographer can focus the camera quickly and properly, especially on the object that is the photographic target.
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。 However, unfortunately, as Applicants have noticed in connection with such optical devices, such focusing can be performed regardless of whether the object is stationary or moving. This can be a problem when there are multiple other objects in the scene that are not intended to be adjusted. In this case, if the optical device is a digital camera, such a camera normally captures images continuously while changing the focus adjustment position of the lens. Each image is then analyzed to determine which is the image with the highest average difference between adjacent pixels (high contrast), which is a time consuming task, especially from the widest range. It can take up to 2 seconds or more to find a focused exposure (image). When the optical device is a video camera, such a camera always shifts the focus adjustment position slightly to determine whether or not the camera is in focus. In short, in many cases, regardless of the optical device used, it can be a problem for the user of the device to focus on the correct object appropriately and when needed.
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。 The content disclosed herein includes an optical device with an automatic lens focus system based on interpupillary distance (pupil spacing).
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。 The lens focus system disclosed herein includes a viewfinder that allows the user to apply both eyes when staring through the viewfinder in order to stare and visualize the object to be focused. Since the convergence angle of the pupil increases as the object approaches the viewfinder, a pupil orientation sensor that measures the interpupillary distance can be connected to the viewfinder. . The system further includes first and second stereoscopic lenses that are movable back and forth along an axis (optical axis) so as to focus on the object stereoscopically. Such movement of the lens can be done automatically using each actuator that is electrically actuated so that each lens moves along an axis. The system further comprises a microprocessor provided with the correlation between the pupil distance and the distance from the viewfinder to the object, and the corresponding lens movement required to focus the lens on the object. Can do. Further, the microprocessor may be able to move each lens along an axis to move the lens actuator almost instantly to focus the lens on the object.
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。 The focus system described herein can be advantageous in situations where the object is present at multiple locations separated in the perspective direction within the scene. In particular, as an example applied to a camera, the present system can eliminate the situation where the focus of the stereoscopic lens of the camera is determined by the direction in which the user's eyes are looking at the object, and thus the focus is out of focus. . Since the eye and the lens respond to each other, it is possible to determine the delay due to focusing and whether or not the lens is correctly focused. This rapid focus capability allows users to quickly focus from scene to scene and from object to object, regardless of where the object is in each scene, while focusing clearly on any object. Can move.
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。
First, referring to FIGS. 1 to 4, a stereo camera (hereinafter simply referred to as “camera”) 10 is shown. The
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。
The
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。
One method of customizing the focus system calibration with respect to each user's individual pupil orientation is implemented in the manner shown in FIGS. In this method, the user starts using the device as he / she looks into the
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。
In particular, the
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。
FIG. 6 schematically shows the gaze direction (the direction of the line of sight, the direction of the pupil) of the
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。
FIG. 7 schematically shows
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。
FIG. 8 is an embodiment of a flowchart of the focusing step. Specifically, in step 90, the reference value of the interpupillary distance is determined by the user looking at infinity. In
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
DESCRIPTION OF
30
Claims (10)
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。 A lens focus system for an optical device,
a) a binocular viewfinder;
b) a pupillary direction sensor operatively linked to the binocular viewfinder and generating a sensor signal indicating the direction of the pupil;
c) first and second stereoscopic lenses movable back and forth along an axis;
d) The inter-pupil distance related to the distance from the viewfinder to the object and the lens positioning operation necessary to focus on the object corresponding to the distance from the viewfinder to the object And a microprocessor
The microprocessor is coupled to the first and second stereoscopic lenses for moving the first and second stereoscopic lenses along the axis in accordance with a microprocessor control for focusing on the object. A lens focus system characterized by
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。 A stereo camera capable of focusing on the object according to each direction in which the pupils of both eyes of the user look at the object,
a) a viewfinder, the viewfinder corresponding to each pupil of both eyes of the user when the user is looking at the object through the viewfinder;
b) first and second stereoscopic lenses that are movable back and forth along an axis to focus on the object;
c) a pupil orientation sensor for each of the pupils of both eyes, which measures the distance between the pupils of both eyes when the pupils of both eyes are staring at the object;
d) The interpupillary distance related to the distance from the viewfinder to the object and the lens operation necessary to focus on the object corresponding to the distance from the viewfinder to the object And a microprocessor
The microprocessor is coupled to the first and second stereoscopic lenses for moving the first and second stereoscopic lenses along the axis in accordance with a microprocessor control for focusing on the object. A stereo camera characterized by
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。 An optical device,
An optical device including an automatic lens focusing system based on interpupillary distance.
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。 a) a viewfinder, the viewfinder corresponding to each of the pupils of both eyes of the user when the user is looking at an object through the viewfinder;
b) a pupillary orientation sensor for each pupil that measures the distance between the pupils when each of the pupils is staring at the object;
c) first and second stereoscopic lenses movable back and forth along an axis to focus on the object;
d) The interpupillary distance related to the distance from the viewfinder to the object and the lens operation necessary to focus on the object corresponding to the distance from the viewfinder to the object And a microprocessor
The microprocessor is coupled to the first and second stereoscopic lenses for moving the first and second stereoscopic lenses along the axis according to a microprocessor control for focusing on the object. The optical device according to claim 7, wherein
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。 A method of focusing a stereoscopic lens of the optical device on an object in front of the optical device,
a) measuring the user's interpupillary distance when a user of the optical device is gazing at the object;
b) The measured interpupillary distance is the distance from the optical device to the object and the movement of the stereoscopic lens necessary to focus the object on the object at such distance. Comparing each with a known interpupillary distance that is reflected respectively;
c) determining a distance from the optical device to the object reflected by the measured interpupillary distance, and further determining a movement of the stereoscopic lens corresponding to the distance;
and d) moving the stereoscopic lens of the optical device by an amount necessary to adjust the focus of the stereoscopic lens to the object.
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。 A method of focusing a stereoscopic lens of a dual lens optical device operated by a user on an object,
a) a step of looking at infinity;
b) measuring and recording a first interpupillary distance while staring at infinity;
c) staring at an object closer than infinity;
d) measuring and recording a second interpupillary distance while gazing at an object closer than infinity;
e) determining a distance from the stereoscopic lens to the object based on the second interpupillary distance;
f) moving the stereoscopic lens to focus on the object.
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