JP4271091B2

JP4271091B2 - 電子双眼鏡

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Publication number: JP4271091B2
Application number: JP2004192099A
Authority: JP
Inventors: 誠最上谷
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2005045777A

Description

本発明は、電子双眼鏡に関し、特に、輝度差の大きい部分を含む被観察像を撮像する場合に、撮像素子のダイナミックレンジを実質的に拡大させる制御機能を有する電子双眼鏡に関する。

記録媒体を通じて記録が可能で、暗視にも有利な電子双眼鏡が提案されている。電子双眼鏡は、主に、撮像レンズなどの光学系とその光学系により得られる光学像を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像部と、その電気信号を表示する表示素子を有する接眼部と、撮像部で得られた電気信号を、接眼部で観察できる画像信号に変換する画像信号生成部で構成されている。

ＣＣＤ等の撮像素子は、光学像を電気信号に変換し、この電気信号を画像信号生成部が一定の撮像時間ごとに取り出し、接眼部で観察可能な画像信号に変換し、変換した画像信号を接眼部に供給する。

輝度差の大きい、すなわちダイナミックレンジの大きい部分を含む被観察物を撮像する場合、撮像時間が短ければ、撮像素子に入射する光量が十分でなく、明るい部分は鮮明に写し出されるが、暗い部分は写らない、いわゆる黒つぶれ現象が生じる。一方、撮像時間が長ければ、撮像素子に入射する光量が、撮像素子の有する画素のフォトダイオードの飽和信号量を超え、暗い部分は鮮明に写し出されるが、明るい部分は飽和して飛んでしまう、いわゆる白飛び現象が生じる。

この黒つぶれ及び白飛び現象を改善する方法が撮像素子のダイナミックレンジ拡大という手法で、非特許文献１が開示している。具体的には、撮像時間の短い電気信号と長い電気信号を重合することにより、実質的に撮像時間の長短の比率だけ撮像素子のダイナミックレンジを拡大させることが可能である。
「トランジスタ技術」ＣＱ出版社、２００３年２月号、１４８、１４９頁

従って、この方法では、２つの電気信号を重合させるために撮像時間が異なる静止状態あるいは観察像が同一である２つの画像を必要とする。

この場合、１回目の露光動作が完了してから2回目の露光動作が実行される。従って、観察像の動きに対して不利であり、また観察物が静止物であったとしても、手ぶれなどの点でも不利である。ゆえに、上記技術を、望遠光学系を有する双眼鏡に適用することは難しい。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたもので、撮像素子のダイナミックレンジの実質的な拡大を行い、輝度差の大きい部分を含む被観察物の光学像を黒つぶれ及び白飛びを生じさせずに観察が可能な電子双眼鏡を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明の第１の電子双眼鏡は、撮像光学系により得られる被観察物の第１、第２光学像を第１、第２撮像領域に撮像し第１、第２光学像を第１、第２電気信号に変換する第１、第２撮像素子を有する撮像部と、第１、第２電気信号に基づいて被観察物の第１、第２光学像を表示可能な第１、第２接眼部と、第１、第２電気信号を、第１、第２接眼部で表示できる第１、第２画像信号に変換し、第１、第２接眼部に供給する画像信号生成部と、撮像部、画像信号生成部および第１、第２接眼部を制御する制御手段を備え、制御手段は、撮像部を制御して、第１、第２撮像素子に同時に撮像開始させる一方、撮像完了タイミングをそれぞれ異ならせて、撮像時間を第１、第２撮像時間にするとともに、画像信号生成部を制御して、第１撮像時間で得られた第１電気信号と第２撮像時間で得られた第２電気信号とを重合して第３電気信号を生成し、この第３の電気信号を第１、第２接眼部で観察できる第３の画像信号に変換して第１、第２接眼部に供給する。

好ましくは、手動操作される操作手段を有し、前記操作手段の操作状態に応じて、第１、第２撮像時間の制御、第１、第２撮像領域を制御する。

さらに、好ましくは、撮像光学系は、第１光学像を得るための第１撮像光学系と、第２光学像を得るための第２撮像光学系の２つであり、第３電気信号は、第１、第２撮像領域の中で、互いに重複して撮像された領域の光学像を電気信号に変換し重合させたものである。

さらに、好ましくは、被観察物までの距離を検出する手段と、第１、第２接眼部を、第１、第２接眼光軸と平行な軸を中心に回動させる接眼部回動手段と、第１、第２接眼部の回動角度を検出する手段とを有し、被観察物までの距離と回動角度から重複して撮像された領域を算出する。

本発明によれば、撮像素子のダイナミックレンジの実質的な拡大を行い、輝度差の大きい部分を含む被観察物の光学像を黒つぶれ及び白飛びを生じさせずに観察が可能な電子双眼鏡を提供することができる。

電子双眼鏡に係る本発明の第１の実施形態を説明する。図１〜３に示すように、本実施形態における電子双眼鏡は、撮像部１０と、接眼部３０Ｒ、３０Ｌと、画像信号生成部５０と、制御部６０と、スイッチ部７０とを有する。接眼部３０Ｒ、３０Ｌは左右で同一構成であり、それぞれは、撮像部１０及び画像信号生成部５０と、連結機構を介して互いの光学系の光軸間距離が任意調整できるように連結されている。

撮像部１０は、撮像レンズ１１と、赤外線カットフィルタやローパスフィルタ等の各種フィルタ１２と、ハーフミラー等の入射光線分配装置１３と、ＣＣＤ等の撮像素子１４Ｒ、１４Ｌとを有する。入射光線分配装置１３は、撮像レンズを介した入射光線を２分割又は分配して２つの撮像素子１４Ｒ、１４Ｌ上に結像させる。撮像素子１４Ｒ、１４Ｌは、撮像レンズ１１、及び各種フィルタ１２を介して、入射光線分配装置１３で分配されて投影された２つの光学像を、通常使用モードにおいては互いに同じ撮像時間で撮像領域１５Ｒ、１５Ｌに撮像し電気信号Ｓ_15R、Ｓ_15Lに変換する。撮像領域１５Ｒ、１５Ｌは互いに同じ大きさである。撮像部１０は、図示しない焦点調整機構を有してもよい。

撮像領域１５Ｒ、１５Ｌと、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌは矩形である。撮像領域１５Ｒ、１５Ｌは、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの最も大きく撮像できる有効撮像面積の範囲内に含まれており、かつそれよりも小さい。

右接眼部３０Ｒは、ＬＣＤ等の表示素子３４Ｒと、接眼レンズ３１Ｒとを有し、観察者は接眼レンズ３１Ｒを介して表示された画像を観察する。通常使用モードにおいて、表示素子３４Ｒは、画像信号生成部５０が供給した、画像信号Ｓ_35Rを、表示領域３５Ｒに表示する。左接眼部３０Ｌも同様に、表示素子３４Ｌと接眼レンズ３１Ｌとを有し、表示素子３４Ｌは、画像信号Ｓ_35Lを表示領域３５Ｌに表示する。

表示領域３５Ｒ、３５Ｌと、表示素子３４Ｒ、３４Ｌは矩形である。表示領域３５Ｒ、３５Ｌは、表示素子３４Ｒ、３４Ｌの最も大きく表示できる有効表示面積の範囲内に含まれており、かつそれよりも小さい。

画像信号生成部５０は、ドライバ５１と、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）５２と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５３と、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）５４と、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）５５と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）５６を有しており、通常使用モードにおいては、撮像部１０で撮像し変換された電気信号Ｓ_15R、Ｓ_15Lを、接眼部３０Ｒ、３０Ｌで観察できる画像信号Ｓ_35R、Ｓ_35Lに変換し、接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。この画像信号生成部５０を経て、図示しない外部記憶装置などに画像信号を変換及び供給することも可能である。

また、制御部６０は、各部の動作を統括して制御し、特に、スイッチ部７０のスイッチ接点状態に基づいて、電源のＯＦＦと、上述の通常使用モードと、以下に詳述するダイナミックレンジ拡大モードとの切り替えを行う（図４参照）。

スイッチ部７０は、手動操作によりスライド可能な操作部材７０ａと、この操作部材７０ａの設置位置により選択的に通電されるスイッチ接点とを有し、観察者は、この操作部材７０ａを操作して、使用モードの選択をすることができる。

ここで、通常の使用モードが選択された場合において、撮像部１０で撮像された被写体画像が、接眼部３０Ｒ、３０Ｌに表示されるまでの各部の動作を説明する。

撮像レンズ１１、各種フィルタ１２及び入射光線分配装置１３を介して得られる光学的被写体像は、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの受光領域に結像され、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌにより一定時間蓄積された電荷である電気信号Ｓ_15R、Ｓ_15Lに光電変換される。撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの電荷蓄積時間はドライバ５１によって制御される。

光電変換された電気信号Ｓ_15R、Ｓ_15Lは、相関二重サンプリング回路５２によりノイズ成分が低減され、オートゲインコントローラ５５によりゲインが制御され、アナログデジタル変換器５６によりデジタル信号に変換される。これらの動作はタイミングジェネレータ５３がドライバ５１及び相関二重サンプリング回路５２に出力するクロックパルスに従って行われる。

変換されたデジタル信号は、デジタルシグナルプロセッサ５４によりガンマ補正などの種々の画像処理が施される。

画像処理が施された画像信号Ｓ_35R、Ｓ_35L、すなわち画像信号生成部５０で変換された画像信号Ｓ_35R、Ｓ_35Lは、画像信号生成部５０により接眼部３０Ｒ、３０Ｌにある表示素子３４Ｒ、３４Ｌに供給される。

表示素子３４Ｒ、３４Ｌは、供給された画像信号Ｓ_35R、Ｓ_35Lを表示領域３５Ｒ、３５Ｌに表示する。観察者は、右目で、右接眼レンズ３１Ｒを介して表示された画像を観察し、左目で、左接眼レンズ３１Ｌを介して表示された画像を観察する。

次に、ダイナミックレンジ拡大モードが選択された場合において、撮像部１０で撮像された被写体画像が、接眼部３０Ｒ、３０Ｌに表示されるまでの各部の動作を説明する。制御部６０は、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの撮像時間を互いに異なるものに設定する。制御部６０は、ドライバ５１を介して撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの電荷蓄積を同時に開始する一方、電荷蓄積の終了タイミングを撮像素子１４Ｒ、１４Ｌでそれぞれ異ならせることで、電荷蓄積時間（撮像時間）の異なる２つの撮像信号を得る。本実施形態においては、右側撮像素子１４Ｒの電荷蓄積時間が左側撮像素子１４Ｌの電荷蓄積時間よりも短くなるように設定されている。例えば、右撮像素子１４Ｒは１／２５０秒、左撮像素子１４Ｌは１／６０秒とする等である。異なる撮像時間の値は、それぞれの撮像素子について撮像時間選択スイッチ等を設けて、観察者の任意で変更できるようにしてもよい。通常の使用モードにおいて撮像された電気信号Ｓ_15R、Ｓ_15Lに対して、ダイナミックレンジ拡大モードにおいて撮像された電気信号を、第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lとして区別する。

画像信号生成部５０は、制御部６０の制御により、異なる撮像時間で撮像された第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lを、重合する。画像信号生成部５０は、重合した第３電気信号Ｓ₆₅を、接眼部３０Ｒ、３０Ｌで観察可能な第３画像信号Ｓ₇₅に変換し、接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。電気信号を画像信号に変換する手順は、通常の使用モードの場合と同様である。表示素子３４Ｒ、３４Ｌは、供給された第３画像信号Ｓ₇₅を表示領域３５Ｒ、３５Ｌに表示する。

これにより、観察者の選択で、撮像単眼タイプの電子双眼鏡において、同一の観察像について異なる２つの撮像時間の電気信号を重合させることができ、異なる２つの撮像時間の長短の比率だけ撮像素子のダイナミックレンジが実質的に拡大され、輝度差の大きい部分を含む被観察物の光学像を黒つぶれ及び白飛び現象を生じさせずに観察することが可能になる効果が得られる。また、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの撮像を同時に開始する一方、終了時点を異ならせているため、各撮像素子による画像のタイムラグは最小に抑えられ、手ぶれの影響を受けにくくすることが出来る。

次に、第２の実施形態について説明する。図５〜７に示すように、第１の実施形態と異なるところは、撮像単眼タイプの代わりに撮像双眼タイプとすることである。これにより撮像部は１０Ｒ、１０Ｌと２つになり、それぞれに撮像光学系と撮像素子を有する点と、入射光線分配装置が無い点が異なる。撮像部１０Ｒ、１０Ｌは左右で同一構成であり、それぞれは、接眼部３０Ｒ、３０Ｌ及び画像信号生成部５０と、連結機構を介して互いの光学系の光軸間距離が任意調整できるように連結されている。以下、第１の実施形態と異なる点のみを説明する。

右撮像部１０Ｒは、撮像レンズ１１Ｒと、赤外線カットフィルタやローパスフィルタ等の各種フィルタ１２Ｒと、ＣＣＤ等の撮像素子１４Ｒとを有する。通常使用モードにおいて、撮像素子１２Ｒは、撮像レンズ１１Ｒ及び各種フィルタ１２Ｒを介して投影された光学像を、撮像領域１５Ｒに撮像し電気信号Ｓ_15Rに変換する。左撮像部１０Ｌも同様に、撮像レンズ１１Ｌと、各種フィルタ１２Ｌと、撮像素子１４Ｌとを有し、撮像素子１４Ｌは、光学像を撮像領域１５Ｌに撮像し電気信号Ｓ_15Lに変換する。

制御部６０、スイッチ部７０及びスイッチ部７０が有する操作部材７０ａの構成は第１の実施形態と同じである。さらにスイッチ部７０は、重合調整操作ボタン７１を有し、この重合調整操作ボタン７１の押下と観察者の目測により、２つの異なる撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中で、重複して撮像された撮像領域を特定し、その撮像領域にある第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lだけを取り出して重合を行う。

撮像部１０Ｒ、１０Ｌで撮像された被写体画像が、通常の使用モードにおいて、接眼部３０Ｒ、３０Ｌに表示されるまでの各部の動作は第１の実施形態と同じである。

操作部材７０ａの選択により、ダイナミックレンジ拡大モードが選択され、重合調整操作ボタン７１が押下されると、画像信号生成部５０は、制御部６０の制御により、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中で互いに離れている側から一定幅だけ取り除いた重合前撮像領域１６Ｒ、１６Ｌで撮像された第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lだけを重合する。画像信号生成部５０は、重合した第３電気信号Ｓ₆₅を第３画像信号Ｓ₇₅に変換し接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。表示素子３４Ｒ、３４Ｌは表示領域３５Ｒ、３５Ｌの中で、互いに離れている側から一定幅だけ取り除いた重合後表示領域３６Ｒ、３６Ｌに第３画像信号Ｓ₇₅を表示する（図８参照）。観察者は表示された光学像を観察することで、重合させた画像が、異なる２つの画像を重ね合わせたものか、一致した画像を重ね合わせたものかを確認する。この一定幅は、画像信号生成部５０にあらかじめ設定された重合調整操作ボタン７１の押下一回につき取り除かれる撮像領域の幅であり、幅が短ければ短いほど細かい調整が可能になる。

図８〜９は、異なる２つの撮像領域の第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lの重合の具体例を示したものである。ここでは、被観察物が“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”と書かれたものであるとして説明する。右撮像素子１４Ｒは、“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”の中で“ＣＤＥＦＧＨＩ”と書かれた部分だけを撮像領域１５Ｒに撮像し、左撮像素子１４Ｌは、“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”の中で“ＡＢＣＤＥＦＧ”と書かれた部分だけを撮像領域１５Ｌに撮像する。ここで、操作部材７０ａの選択により、ダイナミックレンジ拡大モードが選択され、重合調整操作ボタン７１が一回押下されると、画像信号生成部５０は、右撮像領域１５Ｒで撮像された“ＣＤＥＦＧＨＩ”の中で、左撮像領域１５Ｌと離れた側に撮像されている“Ｉ”の部分の幅だけを取り除き、“ＣＤＥＦＧＨ”と書かれた部分である右重合前撮像領域１６Ｒの第１電気信号Ｓ_55Rを取り出す。同様に、画像信号生成部５０は、左撮像領域１５Ｌで撮像された“ＡＢＣＤＥＦＧ”の中で、右撮像領域１５Ｒと離れた側に撮像されている“Ａ”の部分の幅だけを取り除き、“ＢＣＤＥＦＧ”と書かれた部分である左重合前撮像領域１６Ｌの第２電気信号Ｓ_55Lを取り出す。画像信号生成部５０は、第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lを重合し、重合した第３電気信号Ｓ₆₅を第３画像信号Ｓ₇₅に変換して接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。供給された第３画像信号Ｓ₇₅は表示領域３５Ｒ、３５Ｌよりも幅の短い重合後表示領域３６Ｒ、３６Ｌに表示される。図８では、重合後表示領域３６Ｒ、３６Ｌに表示される光学像は、“ＢＣＤＥＦＧ”と書かれた部分と“ＣＤＥＦＧＨ”と書かれた部分が重なりあっているので、一致した画像の重ね合わせとはいえない（図８参照）。

そこで、さらに重合調整操作ボタン７１を押下することにより、画像信号生成部５０は、制御部６０の制御により、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中で互いに離れている側からさらに一定幅だけ取り除いた新たな重合前撮像領域１６Ｒ’、１６Ｌ’で撮像された新たな第１、第２電気信号Ｓ_55R'、Ｓ_55L'だけを重合する。画像信号生成部５０は、新たに重合した第３電気信号Ｓ_65'を新たな第３画像信号Ｓ_75'に変換し接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。表示素子１４Ｒ、１４Ｌは表示領域１５Ｒ、１５Ｌの中で、互いに離れている側からさらに一定幅だけ取り除いた新たな重合後表示領域３６Ｒ’、３６Ｌ’に新たな第３画像信号Ｓ_75'を表示する。観察者は表示された観察像を観察することで、重合させた画像が異なる２つの画像を重ね合わせたものか、一致した画像を重ね合わせたものかを確認する。

図９の具体例を説明すると、図８の状態から重合調整操作ボタン７１を一回押下されると、画像信号生成部５０は、右重合前撮像領域１６Ｒの“ＣＤＥＦＧＨ”から左撮像領域１５Ｌと離れた側に撮像されている“Ｈ”の部分の幅を取り除き、“ＣＤＥＦＧ”と書かれた部分である新たな右重合前撮像領域１６Ｒ’の新たな第１電気信号Ｓ_55R'を取り出す。同様に、画像信号生成部５０は、左重合前撮像領域１６Ｌの“ＢＣＤＥＦＧ”から右撮像領域１５Ｒと離れた側に撮像されている“ｂ”の部分の幅を取り除き、 “ＣＤＥＦＧ”と書かれた部分である新たな左重合前撮像領域１６Ｌ’の新たな第２電気信号Ｓ_55L'を取り出す。画像信号生成部５０は、新たな第１、第２電気信号Ｓ_55R'、Ｓ_55L'を重合し、新たに重合した第３電気信号Ｓ_65'を新たな第３画像信号Ｓ_75'に変換して接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。供給された新たな第３画像信号Ｓ_75'は表示領域３５Ｒ、３５Ｌよりもさらに幅の短い新たな重合後表示領域３６Ｒ’、３６Ｌ’に表示される。図９では、新たな重合後表示領域３６Ｒ’、３６Ｌ’に表示される光学像は、“ＣＤＥＦＧ”と書かれたものと“ＣＤＥＦＧ”と書かれたものが重なりあっているので、一致した画像の重ね合わせといえる。

このように、観察者が、一致した画像を重ね合わせたものと判断できるまで重合調整操作ボタン７１の押下と観察者の目測といった上記操作を繰り返し行う。繰り返し行った結果、一致した画像を重ね合わせたものと判断した場合は、重合調整操作ボタン７１の押下を終了する。

これにより、観察者の選択と目測により、対物双眼タイプの電子双眼鏡において、観察像が異なり撮像領域が同一でない場合でも、重複した撮像領域の第１、第２電気信号を重合させることが可能になる効果が得られる。また、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの撮像を同時に開始する一方、終了時点を異ならせているため、各撮像素子による画素のタイムラグは最小に抑えられ、手ぶれの影響を受けにくくすることが出来る。

次に第３の実施形態について説明する。第２の実施形態と異なる点は、重合調整操作ボタン７１による観察者の手動操作の代わりに、制御部６０が異なる２つの撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中から一致する撮像領域を算出する機能を有する点である。以下、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。

図１０〜１２のように、第３の実施形態にかかる電子双眼鏡は、右撮像部１０Ｒの焦点調節機構１８Ｒを有し、被観察物との焦点を調節する。さらに、第３の実施形態にかかる電子双眼鏡は、右撮像部１０Ｒのレンズ位置検出部を有し、撮像レンズ１１Ｒの無限遠合焦距離からの繰り出し量を検出し、この繰り出し量に基づいて焦点調節機構１８Ｒで被観察物までの距離Ｄの値を検出する。

接眼部３０Ｒ、３０Ｌは、それぞれの接眼光軸Ｘ_3R、Ｘ_3Lの中間に位置する回動軸Ｘを中心に回動可能である。この回動によって右接眼光軸Ｘ_3Rと回動軸Ｘを含む平面と、左接眼光軸Ｘ_3Lと回動軸Ｘを含む平面とのなす角度が変化し、これにより右接眼光軸Ｘ_3Rと左接眼光軸Ｘ_3Lの軸間距離が変化し、眼幅が調整される。同様に、撮像部１０Ｒ、１０Ｌも、それぞれの撮像光軸Ｘ_1R、Ｘ_1Lの中間に位置する回動軸Ｘを中心に回動可能である。

制御部６０は、回動角センサー６２を有し、眼幅調整で接眼部３０Ｒ、３０Ｌが回動軸Ｘを中心に回動された角度θ₃₀を検出する。回動角センサー６２は、ブラシ６２ａとコード板６２ｂが設けられており、具体的には、左接眼部３０Ｌが回動してブラシ６２ａとコード板６２ｂが接触するときの２値化出力データを検出することで、それに対応する回動角度θ₃₀を検出する（図１３〜１４参照）。２値化出力データと回動角度θ₃₀の関係は、図１５に示す変換テーブルを制御部６０に記憶させておき、これを使って算出する。例えば、ブラシ６２ａがコード板６２ｂと２値化出力データ“１”、“１”、“０”、“０”で接触している場合には、回動角度θ₃₀は１２度である。本実施形態では、接眼部３０Ｒ、３０Ｌの回動は、それぞれの接眼光軸Ｘ_3R、Ｘ_3Lの中心に位置する回動軸Ｘを中心に回動させているので、右接眼部の回動角度はθ₃₀と逆方向で同じ値となる。従って、別途右接眼部の回動角度を検出する必要はない。

また、制御部６０には、双眼鏡の有する固有の実視界角度θ、撮像領域の大きさがあらかじめ記憶されている。

異なる２つの撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中で重複して撮像された撮像領域、すなわち一致しない撮像領域を取り除いた幅は、被観察物までの距離Ｄ、双眼鏡の有する固有の実視界角度θ、双眼鏡の有する固有の撮像領域の大きさ、眼幅によって求められる。

これを、図１６〜１７を使って詳述する。図１６〜１７は接眼部３０Ｒ、３０Ｌを省略した電子双眼鏡の平面図の中に、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌで撮像される光学像を表したものである。被観察物が、距離Ｄの位置にあり、 “ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”と書かれたものであるとして説明する。図１６のように眼幅が広いＬ₁の場合、右撮像素子１４Ｒは、“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”の中で“ＣＤＥＦＧＨＩ”と書かれた部分だけを撮像領域１５Ｒに撮像し、左撮像素子１４Ｌは、“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”の中で“ＡＢＣＤＥＦＧ”と書かれた部分だけを撮像領域１５Ｌに撮像する。従って、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中で重複して撮像された範囲は“ＣＤＥＦＧ”と書かれた部分すなわちω₁の幅となる。

一方、図１７のように、眼幅がＬ₁よりも狭いＬ₂の場合、右撮像素子１４Ｒは、“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”の中で“ＢＣＤＥＦＧＨ”と書かれた部分だけを撮像領域１５Ｒに撮像する。眼幅Ｌ₂は眼幅Ｌ₁よりも狭いので眼幅Ｌ₁の時には撮像領域１５Ｒに撮像された“Ｉ”は撮像されない。左撮像素子１４Ｌは、“ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ”の中で“ＡＢＣＤＥＦＧ”と書かれた部分だけを撮像領域１５Ｌに撮像する。従って、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌで重複して撮像された範囲は“ＢＣＤＥＦＧ”と書かれた部分すなわちω₂の幅となる。ω₂はω₁よりも広くなる。この間、変化したのは眼幅だけで、距離Ｄ、実視界角度θ、撮像領域の大きさは変化しない。

重複して撮像された撮像領域の幅の算出に必要なパラメータである距離Ｄは、焦点調節機構１８Ｒを使って観察者の目測で被観察物の焦点を合わせ、そのときの撮像レンズ１１Ｒの繰り出し量に基づいて求められる。

重複して撮像された撮像領域の幅の算出に必要なパラメータである眼幅は、制御部６０が、撮像部１０Ｒ、１０Ｌそれぞれの光軸間の距離を検出する機構などを備えて調節された眼幅を検出する。具体的には、回動角センサー６２で回動角度を検出し、接眼部３０Ｒ、３０Ｌの回動半径との関係から、接眼光軸Ｘ_3R、Ｘ_3Lの間の距離を算出する。

制御部６０は、距離Ｄ、眼幅と電子双眼鏡の固有の値である実視野角度θ、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの大きさから、重複して撮像された撮像領域の幅を算出し、画像信号生成部５０は、制御部６０の制御により、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌの中で互いに近づく側から重複して撮像された撮像領域の幅だけの部分を重合前撮像領域１６Ｒ、１６Ｌとして、この部分の電気信号だけを第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lとして重合する。画像信号生成部５０は、重合した第３電気信号Ｓ₆₅を第３画像信号Ｓ₇₅に変換し接眼部３０Ｒ、３０Ｌに供給する。表示素子３４Ｒ、３４Ｌは表示領域１５Ｒ、１５Ｌの中で、互いに近づく側から重複して撮像された撮像領域の幅だけの部分である重合後表示領域３６Ｒ、３６Ｌに表示する。

この動作の具体例を、図１８のフローチャートで説明する。まず、ステップＳ₁で、電子双眼鏡の電源をＯＮか否かを判別する。ＯＦＦが選択されている場合は、スタンバイ状態となる。次にステップＳ₂で、ダイナミックレンジ拡大モードを選択されているか否かを判別する。ダイナミックレンジ拡大モードを選択されない場合はステップＳ₃で通常使用モードとなり、左右の撮像部で撮像した画像を左右の接眼部にそれぞれ供給する。ダイナミックレンジ拡大モードが選択されている場合は、ステップＳ₄で、眼幅調整がされているか否かを判別する。眼幅調整がされている場合は、ステップＳ₅で、回動角センサー６２で回動角度を検出する。次にステップＳ₆で、右撮像素子１４Ｒの露光時間ＴＲを輝度の高いエリアが最適になるように短く設定する。ステップＳ₇で、左撮像素子１４Ｌの露光時間ＴＬを輝度の低いエリアが最適になるように長く設定する。ステップＳ₈で撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの電荷蓄積を同時に開始する。ステップＳ₉では、電荷蓄積開始から右撮像素子１４Ｒの露光時間ＴＲだけ経過したかを判別する。経過していない場合はステップＳ₉を繰り返し行う。経過している場合には、ステップＳ₁₀で、右撮像素子１４Ｒの電荷蓄積を停止させ、蓄積された電荷の読み出しを行う。次にステップＳ₁₁で、電荷蓄積開始から、左撮像素子１４Ｌの露光時間ＴＬだけ経過したかを判別する。経過していない場合はステップＳ₁₁を繰り返し行う。経過している場合には、ステップＳ₁₂で、左撮像素子１４Ｌの電荷蓄積を停止させ、蓄積された電荷の読み出しを行う。ステップＳ₁₃で両撮像部に撮像された画像の中で一致させることができる領域を特定、すなわち位置合わせを行う。位置合わせには、ステップＳ₅で検出した回動角θ₃₀や距離Ｄ、実視界角度θなどの数値を基にした算出結果を用いる。位置合わせが終了すると、ステップＳ₁₄で重合された画像を左右の接眼部に表示する。従って、表示されるのは左右の接眼部で同じものである。

これにより、観察者の選択により、撮像双眼タイプの電子双眼鏡において、自動的に重複して撮像された撮像領域の幅が算出され、重複した撮像領域の第１、第２電気信号を重合させることが可能になる効果が得られる。また、撮像素子１４Ｒ、１４Ｌの撮像を同時に開始する一方、終了時点を異ならせているため、各撮像素子による画素のタイムラグは最小に抑えられ、手ぶれの影響を受けにくくすることが出来る。

第３の実施形態においては、眼幅調整のための回動について、接眼光軸Ｘ_3R、Ｘ_3Lの中心と、撮像光軸Ｘ_1R、Ｘ_1Lの中心が一致するような回動軸Ｘを中心に回動する場合を説明したが、回動軸がそれぞれの接眼部、撮像部で異なるものであってもよい。回動角度を検出するなどして、眼幅の値が算出できる手段が設けられていれば同様の効果が得られるからである。

いずれの実施形態においても、撮像領域１５Ｒ、１５Ｌは同じ大きさとして説明した。しかし、異なる大きさであってもよい。撮像領域の小さいほうを、２つの撮像領域の中で一致させることができる最大の範囲として、第１、第２電気信号Ｓ_55R、Ｓ_55Lを取り出せばよいからである。

いずれの実施形態においても、重合を撮像領域の電気信号について行ったが、接眼部で観察可能な画像信号に変換された後で重合を行ってもよい。重合の効果は電気信号を画像信号に変換する前段階であっても後段階であっても大きく異ならないからである。

第１の実施形態における、撮像部側からみた電子双眼鏡の斜視図である。第１の実施形態における、接眼部側からみた電子双眼鏡の斜視図である。第１の実施形態における、電子双眼鏡の構成図である。第１の実施形態における、操作部材を図示したものである。第２の実施形態における、撮像部側からみた電子双眼鏡の斜視図である。第２の実施形態における、接眼部側からみた電子双眼鏡の斜視図である。第２の実施形態における、電子双眼鏡の構成図である。第２の実施形態における、異なる２つの撮像領域の電気信号の重合を示した図である。第２の実施形態における、異なる２つの撮像領域の電気信号の重合を図８からさらに進めた図である。第３の実施形態における、撮像部側からみた電子双眼鏡の斜視図である。第３の実施形態における、接眼部側からみた電子双眼鏡の斜視図である。第３の実施形態における、電子双眼鏡の構成図である。第３の実施形態における、眼幅調整前の接眼部の回動角センサーを示した、接眼部側からみた図である。第３の実施形態における、眼幅調整後の接眼部の回動角センサーを示した、接眼部側からみた図である。第３の実施形態における、回動角センサーの、ブラシとコード板の接触点の２値化出力データと回動角度θ₃₀との変換テーブルを示した表である。第３の実施形態のおける、眼幅Ｌ₁、Ｌ₂の違いから、異なる２つの撮像領域の中で一致させることができる撮像領域の幅ω₁、ω₂が異なる状態を示したもので、眼福がＬ₁の場合の撮像領域の幅ω₁を示した図である。第３の実施形態のおける、眼幅Ｌ₁、Ｌ₂の違いから、異なる２つの撮像領域の中で一致させることができる撮像領域の幅ω₁、ω₂が異なる状態を示したもので、眼福がＬ₂の場合の撮像領域の幅ω₂を示した図である。第３の実施形態における、左右の撮像部で撮像した画像の重合を行うフローチャートである。

符号の説明

１０Ｒ、１０Ｌ撮像部
１４Ｒ、１４Ｌ撮像素子
１５Ｒ、１５Ｌ撮像領域
１６Ｒ、１６Ｌ重合前撮像領域
３０Ｒ、３０Ｌ接眼部
３４Ｒ、３４Ｌ表示素子
３５Ｒ、３５Ｌ表示領域
３６Ｒ、３６Ｌ重合後表示領域
５０画像信号生成部
６０制御部
７０スイッチ部

Claims

第１、第２撮像光学系により得られる被観察物の第１、第２光学像を第１、第２撮像領域にてそれぞれ撮像し前記第１、第２光学像を第１、第２電気信号にそれぞれ変換する第１、第２撮像素子を有する撮像部と、
前記第１、第２電気信号に基づいて前記被観察物の第１、第２光学像をそれぞれ表示可能な第１、第２接眼部と、
前記第１、第２電気信号を、前記第１、第２接眼部で表示できる第１、第２画像信号にそれぞれ変換し、前記第１、第２接眼部に供給する画像信号生成部と、
前記撮像部、前記画像信号生成部および前記第１、第２接眼部を制御する制御手段と、
前記第１、第２接眼部を、第１、第２接眼光軸と平行な軸を中心に、前記撮像部とともに回動させる接眼部回動手段とを備え、
前記制御手段は、前記撮像部を制御して、前記第１、第２撮像素子に同時に撮像開始させる一方、撮像完了タイミングをそれぞれ異ならせて、撮像時間を第１、第２撮像時間にするとともに、前記画像信号生成部を制御して、前記第１撮像時間で得られた第１電気信号と前記第２撮像時間で得られた第２電気信号とを重合させて、前記第１、第２撮像領域の中で互いに重複して撮像された領域であって、前記第１、第２接眼部の回動によって変化する眼幅に対応した幅を有する重複領域に対応した第３電気信号を生成させ、この第３電気信号を前記第１、第２接眼部で観察できる第３画像信号に変換して前記第１および第２接眼部に供給させることを特徴とする電子双眼鏡。
第１、第２撮像光学系により得られる被観察物の第１、第２光学像を第１、第２撮像領域にてそれぞれ撮像し前記第１、第２光学像を第１、第２電気信号にそれぞれ変換する第１、第２撮像素子を有する撮像部と、
前記第１、第２電気信号に基づいて前記被観察物の第１、第２光学像をそれぞれ表示可能な第１、第２接眼部と、
前記第１、第２電気信号を、前記第１、第２接眼部で表示できる第１、第２画像信号にそれぞれ変換し、前記第１、第２接眼部に供給する画像信号生成部と、
前記撮像部、前記画像信号生成部および前記第１、第２接眼部を制御する制御手段と、
手動操作される操作手段とを備え、
前記制御手段は、前記撮像部を制御して、前記第１、第２撮像素子に同時に撮像開始させる一方、撮像完了タイミングをそれぞれ異ならせて、撮像時間を第１、第２撮像時間にするとともに、前記画像信号生成部を制御して、前記第１撮像時間で得られた第１電気信号と前記第２撮像時間で得られた第２電気信号とを重合させて、前記第１、第２撮像領域の中で互いに重複して撮像された領域であって、前記操作手段の操作によって調整される同じ幅だけ前記第１、第２撮像領域の互いに離れている側から取り除くことにより特定される重複領域に対応した第３電気信号を生成させ、この第３電気信号を前記第１、第２接眼部で観察できる第３画像信号に変換して前記第１および第２接眼部に供給させることを特徴とする電子双眼鏡。
前記被観察物までの距離を検出する手段と、前記第１、第２接眼部の回動角度を検出して前記回動角度から前記眼幅を算出する算出手段とをさらに有し、前記被観察物までの距離と、前記眼幅と、実視界角度と、前記第１、第２撮像領域の大きさとに基づいて、前記画像信号生成部が前記重複領域の幅を算出することを特徴とする請求項１に記載の電子双眼鏡。