JP4404608B2 - 望遠鏡本体および望遠鏡 - Google Patents

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Description

本発明は、望遠鏡本体および望遠鏡に関する。
アイピースから覗いた観察像と同じ電子画像を撮影可能なデジタル撮影機能付きの望遠鏡(地上望遠鏡)が知られている(例えば、特許文献1参照)。デジタル撮影機能付き望遠鏡は、対物光学系およびフォーカスレンズを経た光をビームスプリッターで分岐させ、分岐した一方の光を接眼光学系へ導き、他方の光を例えばCCD撮像素子等の撮像素子へ導くように構成されている。
このようなデジタル撮影機能付き望遠鏡では、使用者の遠視・近視等の視度の違いにより、アイピースから覗いて観察する観察像と、撮像素子で撮像する被写体像とのピントずれを生じる場合がある。すなわち、アイピースから覗いた像のピントが合っている状態でも、撮影した画像にピントずれが生じる場合がある。
このピントずれをなくすために、特許文献1に記載のDV付きフィールドスコープは、接眼レンズ側に設けられた視度調節リングを操作して接眼レンズ群を移動させて、焦点板に付された目盛(撮影範囲枠)が明確に見えるようにする視度調整操作を行うことにより、個人差による視度差を補正するように構成されている(特許文献1の段落番号0034参照)。
しかしながら、特許文献1に記載のDV付きフィールドスコープでは、上記のような視度調整操作が煩わしく、使い勝手が良くないという問題がある。さらに、アイピースから覗いたときの観察像は視度調整操作を行わなくてもピントリングの操作によりピントが合わせられるので、煩わしい視度調整操作を怠ったり忘れたりしてしまいがちになり、その結果、撮影した画像がピントずれになってボケてしまうという問題もある。
また、視度調整操作を行ったとしても、使用者自身の目の焦点調節機能等の影響により、調整の仕方が甘い(正確でない)ことも多く、この場合には撮影画像がやはりピンボケになるという問題もある。
さらに、最初に視度調整操作を正確に行ったとしても、人の目の視度は眼精疲労や使用状況等によっても変化するので、観察を長時間続けている間に視度が変化することにより、撮影画像のピンボケが生じてくるという場合もある。
登録実用新案第3074642号公報
本発明の目的は、使用者の視度の違いによって生じた、接眼光学系を介して観察する観察像と撮像素子が撮像する被写体像とのピントずれを確実に補正することができる望遠鏡本体および望遠鏡を提供することにある。
このような目的は、下記(1)〜(10)の本発明により達成される。
(1) 対物光学系と、
ピント合わせを行う際に操作するピント操作部材と、前記ピント操作部材の操作によって光軸方向へ移動するフォーカスレンズとを有する合焦手段と、
前記対物光学系および前記フォーカスレンズを介して形成される被写体像を撮像する撮像素子と、
前記フォーカスレンズを経た光路を、接眼光学系へ向かう第1光路と前記撮像素子へ向かう第2光路とに分岐させるビームスプリッターと
前記第2光路に配置された焦点調節光学系とを備えた望遠鏡本体であって、
使用者の視度の違いによって生じた、前記被写体像の結像位置と前記撮像素子の受光面との位置ずれを補正する補正動作を行う補正手段を備え、
前記補正手段は、前記撮像素子に対し前記焦点調節光学系を相対的に光軸方向に移動させて、前記被写体像の結像位置を前記受光面に対し光軸方向に相対的に移動させるフォーカス駆動手段と、前記被写体像の結像位置が前記受光面に合う合焦状態を検出する焦点検出手段と、前記フォーカス駆動手段の作動を制御する制御手段とを有し、
使用者が当該望遠鏡本体の使用を開始するとき、当該使用者が前記ピントリングを操作することにより前記接眼光学系を介して観察する観察像のピントを合わせた状態で、前記制御手段は、前記フォーカス駆動手段を作動させて前記焦点検出手段により前記合焦状態を検出し、その際、今回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向と、前回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向とを比較して、これらの駆動方向同士が同じ一の方向である場合には、該一の方向に前記フォーカス駆動手段が駆動した連続回数が所定回数に達したか否かを判断し、前記連続回数が前記所定回数に達した場合には、該各回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動量のうちの最小値の分だけ、前記フォーカス駆動手段における前記被写体像の結像位置が前記受光面に合うような較正位置を前記一の方向へ移動させ、該移動させた較正位置を、将来使用者が当該望遠鏡本体の使用を開始するときの前記フォーカス駆動手段における前記較正位置として更新する更新処理を行うことを特徴とする望遠鏡本体。
これにより、使用者の視度の違いによって生じた、接眼光学系を介して観察する観察像と撮像素子が撮像する被写体像とのピントずれを自動的かつ確実に補正することができるので、使い勝手が良いとともに、ピントの合った被写体像を確実に撮影することができる。特に、補正手段が学習機能を有していることにより、使用者の視度が眼精疲労によって変化したり、使用地点や使用場所の明るさ等の使用状況が変化したりした場合であっても、その変化に対応して、被写体像のピントずれを確実に補正することができる。
(2) 前記制御手段は、前記較正位置を更新した場合には、前記フォーカス駆動手段の駆動方向およびの駆動量に関する情報を消去する上記(1)に記載の望遠鏡本体。
(3) 前記制御手段は、前記連続回数が前記所定回数に達しない場合には、前記更新処理を終了する上記(1)または(2)に記載の望遠鏡本体。
(4) 前記制御手段は、前記今回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向と前記前回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向とが互いに異なる方向であった場合には、前記更新処理を終了する上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の望遠鏡本体。
(5) 前記補正手段は、前記更新処理を行うか否かを選択可能に構成されている上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の望遠鏡本体。
(6) 前記補正動作において前記焦点検出手段よる検出を行う際の前記フォーカス駆動手段の駆動範囲は、更新前の前記較正位置の前後の区間である上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の望遠鏡本体。
これにより、被写体像のピントずれをより高い精度で、かつ迅速に補正することができる。よって、レリーズボタンを操作してから実際に撮影がなされるまでのタイムラグを短くすることができ、シャッターチャンスを逃さずに撮影することができる。また、消費電力の低減にも寄与するので、バッテリーの持続時間を長くすることができる。
(7) 前記補正手段は、前記較正位置を更新する前に、前記較正位置を検出する較正動作を行うものであり、
前記補正動作において前記焦点検出手段よる検出を行う際の前記フォーカス駆動手段の駆動範囲は、前記較正動作において前記焦点検出手段による検出を行う際の前記フォーカス駆動手段の駆動範囲より小さい上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の望遠鏡本体。
これにより、被写体像のピントずれをより高い精度で、かつ迅速に補正することができる。よって、レリーズボタンを操作してから実際に撮影がなされるまでのタイムラグを短くすることができ、シャッターチャンスを逃さずに撮影することができる。また、消費電力の低減にも寄与するので、バッテリーの持続時間を長くすることができる。
(8) 前記焦点検出手段は、前記撮像素子の出力信号に基づくコントラスト検出方式により、前記被写体像の結像位置が前記受光面に合う状態を検出する上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の望遠鏡本体。
これにより、焦点検出手段の構成の簡素化が図れるとともに、正確な焦点検出を行うことができ、その結果、より高い精度で較正を行うことができる。
(9) 前記対物光学系を含む前記対物光学系から前記撮像素子の受光面までの間に配置された光学系全系で前記撮像素子の撮像光学系が構成され、この撮像光学系の焦点距離が、35mmフィルム判換算で800mm以上である上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の望遠鏡本体。
撮像光学系の焦点距離が上記のような範囲にある場合、本発明の効果がより顕著に発揮される。
(10) 上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の望遠鏡本体と、接眼光学系とを有することを特徴とする望遠鏡。
これにより、使用者の視度の違いによって生じた、接眼光学系を介して観察する観察像と撮像素子が撮像する被写体像とのピントずれを自動的かつ確実に補正することができるので、使い勝手が良いとともに、ピントの合った被写体像を確実に撮影することができる。特に、補正手段が学習機能を有していることにより、使用者の視度が眼精疲労によって変化したり、使用地点や使用場所の明るさ等の使用状況が変化したりした場合であっても、その変化に対応して、被写体像のピントずれを確実に補正することができる。
本発明によれば、使用者の視度の違いによって生じた、接眼光学系を介して観察する観察像と撮像素子が撮像する被写体像とのピントずれを自動的かつ確実に補正することができるので、使い勝手が良いとともに、ピントの合った被写体像を確実に撮影することができる。特に、補正手段が学習機能を有していることにより、使用者の視度が眼精疲労によって変化したり、使用地点や使用場所の明るさ等の使用状況が変化したりした場合であっても、その変化に対応して、被写体像のピントずれを確実に補正することができる。
以下、本発明の望遠鏡本体および望遠鏡を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の望遠鏡本体の実施形態を示す斜め前方から見た斜視図、図2は、図1に示す望遠鏡本体を斜め後方から見た斜視図、図3は、図1に示す望遠鏡本体の操作スイッチ類の配置を示す図、図4は、図1に示す望遠鏡本体の断面側面図、図5は、本発明の望遠鏡の光学系を示す斜視図、図6は、プリズムユニットを図4と反対側から見た側面図、図7は、図1に示す望遠鏡本体のブロック図である。
これらの図に示す本発明の望遠鏡本体1は、アイピース2と組み合わせることにより、望遠鏡(スポッティングスコープ)10を構成するものである。望遠鏡10は、例えば野鳥観察などの目的に好適に用いることができる。
図1に示すように、望遠鏡本体1は、対物光学系11を内蔵した鏡筒12と、鏡筒12の基端側に設けられた筐体13とを有している。筐体13の正面側上方には、ピント操作部材としてのピントリング32が回転可能に設置されている。
図2に示すように、筐体13の背面側には、アイピース2を着脱自在に装着可能な円筒状のアイピース取付口14と、ディスプレイ15と、各種の操作スイッチ類4とが設置されている。
アイピース取付口14には、図5に示すような、接眼光学系21を内蔵したアイピース2を着脱自在に装着することができる。アイピース2を焦点距離の異なる他のアイピースに交換することにより、望遠鏡10の倍率を変更することができる。また、アイピース取付口14には、可変焦点式(ズームタイプ)のアイピースを装着することもできる。
図示の構成では、アイピース取付口14に装着されたアイピース2の光軸が対物光学系11の光軸に対し上向きに所定角度傾斜するアングルタイプの望遠鏡となっているが、これに限らず、本発明は、両者が平行とされたストレートタイプのものにも適用することができる。
ディスプレイ15は、例えば液晶表示素子などで構成されている。ディスプレイ15には、メニュー画面、各種モードの設定画面や、後述するCCD(Charge Coupled Device)撮像素子16で撮像した画像などを表示することができる。
図3に示すように、操作スイッチ類4としては、電源のON/OFFを切り替えるメインスイッチ41と、レリーズボタン42と、メニューキー43と、ディスプレイ15のON/OFFを切り替えるディスプレイキー44と、ディスプレイ15に表示されるカーソル等を移動させる上方向キー451、下方向キー452、左方向キー453および右方向キー454からなる4方向キー45と、選択した内容を確定するOKボタン(入力手段)46とが設けられている。
さらに、操作スイッチ類4としては、使用者を特定する使用者特定手段としての使用者特定キー47が設けられている。使用者特定キー47は、U1ボタン471、U2ボタン472およびU3ボタン473で構成されている。本発明の望遠鏡本体1には、後述するように、使用者の視度の違いによって生じた、接眼光学系21を介して観察する観察像とCCD撮像素子16が撮像する被写体像とのピントずれを補正する学習機能を備えた補正手段が設けられている。そして、本実施形態では、複数人(ここでは3人)の使用者が共同して望遠鏡本体1を使用する場合に対応できるように、各人ごとの補正手段の学習内容をU1ボタン471、U2ボタン472およびU3ボタン473にそれぞれ関連付けて記憶可能になっている。そして、3人のうちのいずれかが望遠鏡本体1を再び使用する場合には、使用者特定キー47の3個のボタンのうちの自分に割り当てられたボタンを押すことにより、記憶された学習内容を読み出すことができる。
図4に示すように、鏡筒12の先端付近には、対物光学系11が設置されている。また、筐体13内には、フォーカスレンズ(焦点調節レンズ)31が対物光学系11と同軸上に設置されている。フォーカスレンズ31は、ピントリング32を回転操作することによって光軸方向へ移動し、これによりピント合わせを行うことができる。ピントリング32の回転運動をフォーカスレンズ31の直進運動に変換するフォーカスレンズ移動機構33(図示せず)としては、例えば円筒カム機構や送りねじ機構などを用いることができる。フォーカスレンズ31と、ピントリング32と、フォーカスレンズ移動機構33とで、合焦手段3が構成される。
筐体13内におけるフォーカスレンズ31の後方には、プリズムユニット5が設置されている。プリズムユニット5は、第1の直角プリズム51と、第2の直角プリズム52と、第3の直角プリズム53と、第4の直角プリズム54と、プリズム55とを有している。
第1の直角プリズム51の短辺側の面と第2の直角プリズム52の長辺側の面とは接合されており、この接合面がビームスプリッター56を構成している。また、図5に示すように、プリズム55には、接眼光学系21(アイピース取付口14)へ向かう光が出射する出射面551が設けられている。
図4に示すように、対物光学系11およびフォーカスレンズ31を経た光は、まず、第1の直角プリズム51へ入射する。この光の光路Lは、ビームスプリッター56にて、接眼光学系21へ向かう第1光路Lと、CCD撮像素子16へ向かう第2光路Lとに分岐する。
接眼光学系21へ向かう第1光路Lは、ビームスプリッター56での反射と、第1の直角プリズム51の他方の短辺側の面での反射とにより、180°向きが変わる。図6に示すように、第1光路Lは、第3の直角プリズム53にて2回反射して再度180°向きが変わり、さらにプリズム55にて2回反射することにより上向きに傾斜し、出射面551より出射して接眼光学系21へ向かうように構成されている。
第1の直角プリズム51と第3の直角プリズム53とは、正立光学系(ポロプリズム)を構成する。これにより、アイピース2において正立像を観察することができる。
図4に示すように、CCD撮像素子16へ向かう第2光路Lは、ビームスプリッター56を透過して第4の直角プリズム54内へ進み、第4の直角プリズム54にて2回反射することにより180°向きが変わって前方へ進む。
筐体13内には、さらに、CCD撮像素子16と、光学フィルターユニット17と、縮小光学系18とが設置されている。
CCD撮像素子16は、第2光路Lに沿って進んだ光を受光する位置に配置されており、対物光学系11およびフォーカスレンズ31により得られた像を撮像可能になっている。これにより、望遠鏡10では、アイピース2での観察像と同じ電子画像をCCD撮像素子16によって撮影することができる。なお、撮像素子としては、CCD撮像素子16に限らず、例えばCMOSセンサー等を用いてもよい。
光学フィルターユニット17は、CCD撮像素子16の受光面161側に重ねて設置されている。この光学フィルターユニット17は、光学ローパスフィルターと、赤外線カットフィルターとが積層されてなるものである。光学ローパスフィルターは、被写体光の空間周波数の中から、CCD撮像素子16の画素間隔で決まる標本化空間周波数に近い空間周波数成分を低減させるものである。光学ローパスフィルターを設けたことにより、偽色(モアレ)が生じるのを防止することができる。また、赤外線カットフィルターは、赤外波長成分を除去するものである。赤外線カットフィルターを設置したことにより、CCD撮像素子16が人間の目に見えない赤外光を受光してしまうのを防止することができる。
第4の直角プリズム54と、CCD撮像素子16および光学フィルターユニット17との間には、縮小光学系18が設置されている。フォーカスレンズ31からの、第2光路Lを通った光束は、縮小光学系18によってCCD撮像素子16のサイズに合うように縮小され、CCD撮像素子16の受光面161上に結像する。
以上説明したように、望遠鏡本体1では、対物光学系11を含む対物光学系11からCCD撮像素子16の受光面161までの間に配置された光学系全系、すなわち、対物光学系11、フォーカスレンズ31、ビームスプリッター56、縮小光学系18および光学フィルターユニット17によって、CCD撮像素子16に対する撮像光学系が構成される。
この撮像光学系の焦点距離は、35mmフィルム判換算で800mm以上であるのが好ましい。ここで、35mmフィルム判換算の焦点距離とは、CCD撮像素子16の有効受光面を35mm銀塩フィルムカメラのフィルム露光面(36mm×24mm)の面積に拡大したとき、その拡大受光面に同じ画角で被写体像を結像させるような焦点距離を言う。
また、この撮像光学系の焦点距離の上限は特にないが、実際に実用されると想定される本発明の望遠鏡における撮像光学系の焦点距離としては、35mmフィルム判換算で20000mm以下程度である。
縮小光学系18は、その光軸方向へ移動可能に設置されており、縮小光学系駆動機構19の駆動により縮小光学系18が光軸方向へ移動するように構成されている(図7参照)。本実施形態における縮小光学系駆動機構19は、その詳細な図示を省略するが、送りねじとこれを回転させるステッピングモータとを用いて縮小光学系18を直進駆動する構造になっている。縮小光学系駆動機構19の作動は、縮小光学系駆動コントローラ(制御手段)68により制御される。
縮小光学系18が光軸方向へ移動すると、対物光学系11およびフォーカスレンズ31を介して形成される被写体像の結像位置がCCD撮像素子16の受光面161に対して光軸方向に移動する。すなわち、縮小光学系18は、撮像素子16の受光面161上における被写体像の合焦状態を調節するCCD撮像素子16用の焦点調節光学系として機能する。また、縮小光学系駆動機構19は、被写体像の結像位置を受光面161に対し光軸方向に相対的に移動させるフォーカス駆動手段として機能する。
なお、本発明におけるフォーカス駆動手段としては、上記の構成に限らず、CCD撮像素子16を光軸方向に移動することによって結像位置を受光面161に対し相対的に移動させるように構成されたものでもよい。本実施形態においては、構成の簡単化を優先し、縮小光学系18を移動させて焦点調節を行うようにしている。
縮小光学系18に対しては、縮小光学系18が基準位置Psにあるのを検出する位置センサ69が設けられている。位置センサ69の出力信号は、縮小光学系駆動コントローラ68に入力される。縮小光学系18が基準位置Psにあるとき、受光面161は、アイピース2の視野枠22(予定焦点位置)と光学的に等価な位置に位置する。
図7に示すように、望遠鏡本体1は、電気的回路構成として、制御手段としてのCPU(Central Processing Unit)60と、DSP(Digital Signal Processor)61と、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)62と、撮像信号処理回路63と、タイミングジェネレータ64と、JPEG回路(画像データ圧縮回路)65と、メモリインターフェース66と、記憶手段としてのEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)67とを有している。また、筐体13内には、メモリーカード(記録媒体)100を装填可能なスロット(図示せず)が設けられている。
CPU60は、予め記憶されたプログラムや操作スイッチ類4からの入力信号に基づいて望遠鏡本体1を統括的に制御するものであり、撮影制御、縮小光学系駆動コントローラ68に対する制御等の各種動作制御を行う。
DSP61は、CCD撮像素子16の駆動制御およびCCD撮像素子16からの画素信号から画像データを生成したり、画像データの圧縮処理やメモリーカード100への画像データ記録処理など、画像処理および画像記録の処理動作を統括して制御するプロセッサであり、CPU60と接続され相互に通信して制御の連携が可能な構成となっている。
SDRAM62には、画像データ生成等の作業を行う作業領域や、ディスプレイ15用領域等が予め定められている。
タイミングジェネレータ64は、DSP61の制御に基づき、CCD撮像素子16、撮像信号処理回路63および縮小光学系駆動コントローラ68に対してサンプルパルスなどを出力し、これらの動作制御を行う。
さて、このような望遠鏡10では、使用者の視度が理想的に設計値に一致している場合には、ピントリング32を回してピント合わせをしたとき、観察像の結像位置(空中像)が視野枠22の位置に来たときにアイピース2から覗いた観察像のピントが合うと認識できるように設計されている。別言すると、使用者は、視野枠22の位置(予定焦点位置)に形成される像が明瞭に見えるように、ピントリング32を回してピント合わせを行うように設計されている。前述したように、縮小光学系18が基準位置PsにあるときのCCD撮像素子16の受光面161は視野枠22の位置(予定焦点位置)と光学的に等価な位置にあるので、この状態ではCCD撮像素子16の受光面161にも被写体像が結像している。よって、この状態で撮影を行えば、ピントの合った画像を撮影することができる。
しかしながら、使用者の視度は人によって異なり、また同じ使用者でも、眼精疲労や使用状況等によっても変化する。さらには使用者自身の目の焦点調節機能もある。したがって、使用者がアイピース2から覗いて、観察像のピントが合っていると認識している状態において、そのときのフォーカスレンズ31の位置による観察像の位置は、視野枠22の位置とは必ずしも一致せずに、視野枠22の位置から前後にずれる。これに伴って、撮像光学系によって形成される被写体像の位置もCCD撮像素子16の受光面161からずれた位置となる。この被写体像の結像位置のずれが、撮像光学系の焦点深度を越えてしまうと、使用者がアイピース2から覗いて観察した状態ではピントが合っていると認識していても、CCD撮像素子16で撮像した画像ではピントがずれてボケた画像になってしまうという問題がある。
上述したようなピントずれを防止するため、本発明では、使用者の視度の違いにより生じた、被写体像の結像位置と受光面161との位置ずれを補正する補正手段を設けている。この補正手段は、前述した縮小光学系駆動機構19および縮小光学系駆動コントローラ68と、結像位置が受光面161に合う状態を検出する焦点検出手段とで構成される。
なお、本実施形態では、CPU60が上記焦点検出手段として機能し、CPU60は、CCD撮像素子16の出力信号に基づくコントラスト検出方式によって、結像位置が受光面161に合う状態を検出する。
後述するように、上記補正手段は、過去に行った補正動作における補正量を学習して将来の補正動作に反映させる学習機能を有している。これにより、本発明では、撮影した画像がピントずれになるのを確実に防止することができ、特に、使用者の視度の経時変化や使用状況の変化等があった場合であっても、この効果を達成することができる。
以下、この補正手段の作用・効果を含め、望遠鏡10の制御動作について説明する。
図8は、本発明の望遠鏡におけるメイン制御動作を示すフローチャート、図9は、メニュー設定処理サブルーチンを示すフローチャート、図10は、メニュー設定処理の際のディスプレイの表示画面を示す図、図11は、学習調整処理サブルーチンを示すフローチャートである。
電源オフ状態からメインスイッチ41が押されてオンすると(図8中のステップS001)、CPU60が起動して各種設定値の読み込みを行う(ステップS002)。次いで、CPU60は、縮小光学系駆動コントローラ68を介して縮小光学系駆動機構19を駆動制御することにより、縮小光学系18を基準位置Psに移動させ(ステップS003)、初期化する。
なお、CPU60は、縮小光学系18を移動させたとき、その駆動方向Kおよび駆動量Δを管理することにより、縮小光学系18の絶対位置(現在位置)Pを把握する。駆動方向Kは、所定方向(例えばCCD撮像素子16から離れていく方向)をプラス(+)、その反対の方向をマイナス(−)の符合として、管理する。駆動量Δは、縮小光学系駆動機構19のステッピングモータに対する駆動パルス数で管理する。
なお、縮小光学系駆動機構19は、1駆動パルスの入力で、縮小光学系18を前記撮像光学系の焦点深度の半分の長さだけ移動させるものとして設計されている。例えば、撮像光学系の焦点深度が12μmだとすると、縮小光学系駆動機構19への1駆動パルスの入力で縮小光学系18は6μm移動し、縮小光学系18を焦点深度分の距離だけ駆動するには、2駆動パルスを必要とする。
本実施形態では、使用者が望遠鏡本体1望遠鏡10)の使用を開始するに際し、補正手段は、被写体像の結像位置と受光面161との位置ずれを較正(初期補正)する較正動作を行う。以下では、この較正動作を「視度調整キャリブレーション」とも呼ぶ。
視度調整キャリブレーションを行う際には、視度調整モードにする。視度調整モードに入るには、まず、メニューキー43を押す。メニューキー43が押されると(ステップS004)、以下に説明するメニュー設定処理が行われる(ステップS005)。
メニュー設定処理が開始されると、CPU60は、図示しないオンスクリーンディスプレイ回路を制御して、図10に示すメインメニュー画面91をディスプレイ15に表示させる(図9のステップS101)。このメインメニュー画面91では、上方向キー451または下方向キー452を操作してカーソル92を動かすことにより、「撮影モード」、「視度調整」、「画質」および「サイズ」のうちから設定する項目を選択することができる。「撮影モード」、「画質」または「サイズ」の文字の位置にカーソル92を合わせてOKボタン46を押した場合には、それぞれの項目の設定処理へと進むが(ステップS102)、その説明は省略する。
メインメニュー画面91において「視度調整」の文字の位置にカーソル92を合わせてOKボタン46を押すと(ステップS103)、視度調整モードになり、ディスプレイ15にはユーザー選択画面93が表示される(ステップS104)。ユーザー選択画面93では、「ユーザー1」、「ユーザー2」および「ユーザー3」のいずれかの文字の位置にカーソル92を合わせてOKボタン46を押すことにより、この後に行う視度調整キャリブレーションの較正量および後述する学習内容を関連付けるユーザー番号を選択することができる。
ユーザー選択画面93において上方向キー451または下方向キー452を操作すると(ステップS105)、カーソル92が上下に動くとともに、較正量および学習内容を記憶するEEPROM67内のユーザメモリ領域番号UNがUN=0〜3の間で変更される(ステップS106)。OKボタン46を押すと(ステップS107)、選択したユーザー番号が確定する。以下では、「ユーザー1」を選択した場合について説明する。
「ユーザー1」を選択してOKボタン46を押すと、UN=1なるユーザメモリ領域番号に基づいて、EEPROM67内の1番のユーザメモリ領域が較正量および学習内容を記憶すべき領域として設定される(ステップS108)とともに、ディスプレイ15には視度調整実行指示画面94が表示される(ステップS109)。
視度調整実行指示画面94には、使用者に視度調整を行うことを促す「視度調整を実行してください。完了したら「OK」ボタンを押してください。」なる文面が表示されている。これに従い、使用者は、ピントリング32を操作して、アイピース2を覗いて観察した観察像のピントを合わせる。
使用者がピント合わせをし終えてOKボタン46を押すと(ステップS110)、ディスプレイ15には視度調整学習機能設定画面95が表示される(ステップS111)。ここでは、表示された「ON」、「OFF」の文字のいずれかの位置にカーソル92を合わせてOKボタン46を押すことにより、学習機能を用いるか用いないかを選択することができる。
CPU60は、上方向キー451、下方向キー452からの入力に対応して(ステップS112)、学習機能のON/OFFを管理するためのフラグF_SSの値を0(ON)と1(OFF)とに切り替える(ステップS113)。OKボタン46が押されると(ステップS114)、CPU60は、フラグF_SSの値を確定して、前記ユーザメモリ領域に記憶する(ステップS115)。以下では、学習機能を用いる場合、すなわちフラグF_SS=1の場合について説明する。なお、本発明では、学習機能の使用/不使用を選択可能とせず、常に学習機能を発揮させるものでもよい。
学習機能の使用/不使用の選択操作を終了すると、視度調整キャリブレーションが開始される。CPU60は、縮小光学系駆動コントローラ68を介して縮小光学系駆動機構19を駆動制御することにより、縮小光学系18を基準位置Psに移動させた後(ステップS116)、コントラスト検出方式による焦点検出を行う(ステップS117)。すなわち、CPU60は、縮小光学系18をその可動範囲の全体に渡って微小距離ずつ移動させながら、その各位置においてCCD撮像素子16から得られる画像信号に基づいてコントラスト値を算出し、いわゆる山登り制御によって、コントラストが最大となる位置、すなわち合焦位置を探す(ステップS118)。この合焦位置に縮小光学系18を位置させることにより、アイピース2を介して観察する観察像と、CCD撮像素子16で撮像する被写体像とが共にピントが合う状態が得られる。
次いで、CPU60は、上記のような視度調整キャリブレーションにおける較正量、すなわち縮小光学系18の較正後の位置Pcとして、基準位置Psからの駆動方向Kおよび駆動量Δcを、ステップS108で設定したEEPROM67内の1番のユーザメモリ領域に格納(記憶)するとともに(ステップS119)、視度調整キャリブレーションが終了したことを使用者に報知するための視度調整完了画面96をディスプレイ15に表示する(ステップS120)。OKボタン46を押すと、視度調整モードを終了する(ステップS121)。
本実施形態では、上述したような視度補正キャリブレーションをすることとしたことにより、後述する学習機能が発揮されない使用開始直後の数回の撮影であっても被写体像のピントずれをより確実かつ迅速に補正することができる。また、このような視度補正キャリブレーションは、上記のような簡単な操作で迅速に行うことができるので、煩わしさがなく、使い勝手が良い。
以上では、「ユーザー1」について視度調整キャリブレーションを行って較正後の縮小光学系18の位置Pcを登録(記憶)した場合について説明したが、「ユーザー2」および「ユーザー3」に対しても同様に視度調整キャリブレーションを行うことができる。すなわち、本実施形態では、3人までの使用者に対する較正後の縮小光学系18の位置Pcをそれぞれ記憶することができる。
視度調整キャリブレーションを終えたユーザーが望遠鏡10を使用する際には、使用者特定キー47のうち自分に対応する番号のボタンを押すことにより、使用者が自分であることを特定する(図8中のステップS006)。以下では、「ユーザー1」が使用する場合について代表して説明する。U1ボタン471が押されると(ステップS007)、CPU60は、EEPROM67内の1番のユーザメモリ領域に格納(記憶)された駆動方向Kおよび駆動量Δcのデータを読み出し、これらのデータで示される較正位置Pcへ縮小光学系18を移動させる。
この後、「ユーザー1」は、アイピース2を覗いて観察を行う。その際、観察対象物までの距離に応じてピントリング32を操作することにより、観察像のピントを合わせることができる。
ディスプレイ15には、次のようにして、観察像と同じ、CCD撮像素子16で撮像したリアルタイムの画像をライブビュー表示(モニター表示)することができる。CCD撮像素子16の受光面161上に結像した被写体像は、光電変換されて電荷データとなり、この電荷データ(信号)は、ライブビュー画像データ作成のため、CCD撮像素子16から所定画素分ずつ間引かれて順次読み出され、撮像信号処理回路63にて相関二重サンプリング(CDS)、自動利得制御(AGC)およびアナログ−デジタル変換がなされた後、DSP61へ入力される。DSP61においては、入力された信号に対して所定のカラープロセス処理やγ補正等の信号処理が施され、ライブビュー画像データ(輝度信号データY、二つの色差信号データCr、Cb)が生成される。このライブビュー画像データは、ディスプレイ15の表示画素数に対応して、CCD撮像素子16の有効画素数よりも少ない画素数(間引きしたデータ数)の画像データであり、このライブビュー画像データに基づいてディスプレイ15の表示がなされる。ライブビュー画像データの生成処理は、CCD撮像素子16の読み出しとともに周期的に更新され、ディスプレイ15上では、リアルタイムの動画として表示される。
「ユーザー1」は、上記のような観察状態において記録しておきたい観察像に出会った場合、レリーズボタン42を操作して撮影を行うことにより、その観察像と同じ電子画像を記録しておくことができる。
ここで、前述した視度補正キャリブレーションを行ったことにより、縮小光学系18が較正位置Pcにあるので、観察対象物までの距離にかかわらず、アイピース2から覗いた観察像のピントをピントリング32の操作によって合わせれば、CCD撮像素子16が撮像する被写体像のピントも合うようにも思えるが、実際には、撮影した画像のピントがずれる場合がある。この理由としては、次のような二つの理由が考えられる。
第1の理由は、人間の目が焦点調節機能を有していることに基づく。視度補正キャリブレーションにおいて使用者がピントリング32を操作して観察像のピントを合わせたとき(前記ステップS109)、目の焦点調節機能が働くので、ピントが合っていると使用者が認識できるフォーカスレンズ31の位置にはある程度の幅がある。このため、使用者がピントを正確に合わせたと思っても、そのときのフォーカスレンズ31の位置は必ずしも正確でない。よって、ピントが正確には合っていない状態で視度補正キャリブレーションが行われることとなり、その結果、縮小光学系18の較正位置Pcが適正位置からずれた位置に定められ、撮影画像のピントずれの原因となる。
第2の理由は、使用者の視度が経時的に変化し得ることに基づく。長時間に渡り観察を続けた場合など、眼精疲労による器械近視の影響で、使用者の視度は、変化していく。このため、視度補正キャリブレーションが正確に行われ、較正位置Pcが最初は適正だった場合であっても、時間の経過とともに使用者の視度が変化していくことにより、縮小光学系18の適正位置が変化して較正位置Pcからずれていき、その結果、撮影画像のピントが徐々にずれていく。
このような問題に対し、本発明では、撮影を行うに際し、前記の補正手段を作動させて被写体像の結像位置と受光面161との位置ずれを補正する補正動作を行い、さらに過去に行った補正動作を学習して将来の補正動作に反映させる学習制御を行うことにより、上記の問題を克服することができ、常にピントの合った画像を撮影することができる。以下、詳細に説明する。
レリーズボタン42が半押しされて測光スイッチ421がオンすると(ステップS010)、CPU60は、フラグF_SSの値を判断し(ステップS011)、フラグF_SS=1である場合には、以下のような学習調整処理を行う(ステップS012)。
まず、CPU60は、縮小光学系18の現在位置Pが較正位置Pcに等しいか否かを判断する(ステップS201)。学習調整処理においては、後述するように、CPU60は、各回の補正動作における縮小光学系駆動機構19の駆動方向Kを判断し、この駆動方向Kが連続して同じ方向であった回数をカウントして、この同一方向駆動連続回数を変数nで管理する。ステップS201においてP=Pcだったとき、すなわち縮小光学系18が較正位置Pcにあるときは、視度補正キャリブレーションをした直後であることになるので、同一方向駆動連続回数n=0として初期化する(ステップS202)。
次いで、CPU60は、縮小光学系駆動コントローラ68を介して縮小光学系駆動機構19を駆動制御することにより、コントラスト検出方式による焦点検出を行う。すなわち、CPU60は、縮小光学系18を較正位置Pcの前後の区間で微小距離ずつ移動させながら、その各位置においてCCD撮像素子16から得られる画像信号に基づいてコントラスト値を算出し、コントラストが最大となる位置、すなわち合焦位置を探す(ステップS203)。
コントラストが最大となる合焦位置が検出されたら(ステップS204)、その位置で縮小光学系18の駆動を停止する(ステップS205)。そして、較正位置Pcからこの合焦位置への駆動方向Kおよび駆動量Δnを前記ユーザメモリ領域に記憶するとともに、縮小光学系18の現在位置を管理する変数PをP=P+Δn(駆動方向Kが+のとき)、あるいはP=P−Δnと置き換えて、更新する(ステップS206)。
このような補正動作を撮影開始に際して行うことにより、前述したような視度補正キャリブレーションでのキャリブレーションずれがあり、較正位置Pcが適正位置からずれていた場合であっても、被写体像の結像位置がCCD撮像素子16の受光面161上に正確に合うように再補正がなされるので、ピントが正確に合った画像を確実に撮影することができる。
また、上述したような補正動作におけるコントラスト検出においては、縮小光学系18を較正位置Pcから駆動開始するので、縮小光学系18を広範囲に移動させなくても合焦位置が検出できる。したがって、補正動作におけるコントラスト検出(ステップS203)の際の縮小光学系18の駆動範囲(移動範囲)は、視度補正キャリブレーションにおけるコントラスト検出(ステップS117)の際の駆動範囲より小さく(例えば、縮小光学系駆動機構19への駆動パルス数で、較正位置Pcの前後に数パルスずつ程度に)設定される。これにより、合焦位置を迅速に検出することができるので、レリーズボタン42を操作してから実際に撮影がなされるまでのタイムラグを短くすることができ、シャッターチャンスを逃さずに撮影することができる。また、消費電力の低減にも寄与するので、バッテリーの持続時間を長くすることができる。
コントラスト検出を終えたら、今回の補正動作における駆動方向Kと、前記ユーザメモリ領域に記憶された前回の補正動作における駆動方向Kとを比較し(ステップS207)両者が同じ(同方向)である場合には、n=n+1として、同一方向駆動連続回数nに1を加算する(ステップS208)。次いで、同一方向駆動連続回数nが所定回数(本実施形態では5回)に達したかどうかを判断し(ステップS209)、同一方向駆動連続回数nが5回に達していない場合には、学習調整処理を終了する。
ステップS209において、同一方向駆動連続回数nが5回に達した場合には、ユーザメモリ領域に記憶された駆動量Δn(n=0〜5)のうちの最小値Δminの分だけ、縮小光学系18を較正位置Pcから同じ駆動方向Kへ移動させるとともに(ステップS210)、較正位置PcをPc=Pc+Δmin(駆動方向Kが+のとき)、あるいはPc=Pc−Δminと置き換えて、較正位置Pcを更新する(ステップS211)。
上記のステップS209〜S211が補正手段の学習制御の主要部分であるが、この学習制御は次のような意味を持つ。各回の補正動作でコントラスト検出によって合焦位置を検出した結果、縮小光学系18が毎回同じ方向に駆動される場合には、現在の較正位置Pcが適正な位置から一定の方向にずれている可能性が高いと考えられる。よって、同一方向駆動連続回数nが所定回数に達した場合には、現在の較正位置Pcが適正位置からずれているものと判断し、較正位置Pcのずれを修正するように更新することとしたものである。なお、本実施形態では、駆動量Δnのうちの最小値Δminの分だけ較正位置Pcを修正することにより、修正が過大になって適正位置を通り越してしまうのを確実に防止することができる。
このように、本実施形態の補正手段は、過去に行った補正動作における補正量を学習し、その学習内容に基づいて、縮小光学系18の較正位置Pcを更新する。これにより、視度補正キャリブレーションでのキャリブレーションずれがあった場合であっても、その較正位置Pcを自動的に修正していくので、撮影画像がピントずれになるのをより確実に防止することができる。さらに、使用者の目の視度が眼精疲労によって徐々に変化していったり、使用地点や周囲の明るさ等の使用状況が変化したりした場合であっても、これに対応して較正位置Pcが適正になるように更新することができるので、撮影画像がピントずれになるのを確実に防止することができる。
ステップS211で較正位置Pcを更新した後は、次回の学習制御に備えて、記憶していた駆動方向Kおよび駆動量Δn(n=0〜5)を消去し(ステップS212)、その後、学習調整処理を終了する。
一方、上記ステップS207において、今回の補正動作における駆動方向Kが前回の補正動作における駆動方向Kと異なる場合、すなわち逆方向だった場合には、較正位置Pcを修正すべき方向の傾向には信頼性がないものと考えられるので、同一方向駆動回数n=0としてリセットして、学習調整処理を終了する(ステップS213)。このように、補正動作での駆動方向Kが1〜4回連続して同じ方向だったとしても、次回の補正動作で駆動方向Kが反転した場合には、同一方向駆動回数nをリセットする。また、ステップS207において、前回の補正動作のデータがなく判別不可の場合、すなわち視度補正キャリブレーションの直後の場合にも、同様に、同一方向駆動回数n=0としてリセットして、学習調整処理を終了する(ステップS213)。
以上のような学習調整処理を終了したら、CPU60は、CCD撮像素子16の出力信号に基づいて測光(ステップS013)、および露出演算(ステップS014)を行う。
この状態から、さらにレリーズボタン42が全押しされてレリーズスイッチ422がオンすると(ステップS015)、CPU60は、DSP61へ本露光動作を指示する。本露光指令を受けたDSP61は、CCD撮像素子16の不要電荷掃き出し制御や露出制御(電荷蓄積時間制御)を行った後、前記と同様に撮像信号処理回路63を介し、CCD撮像素子16から画素間引きせずに電荷データを読み出し、SDRAM62に一旦保持する。そして、DSP61は、SDRAM62から読み出した電荷データに対し所定の信号処理を施すことにより、画素データ数の多い記録用静止原画像データを生成する(ステップS016)。
さらに、DSP61は、生成された記録用静止原画像データから画素データ間引き処理をして、表示用静止画像のスクリーンネイル(例えば640×480画素)を生成し、一定時間、ディスプレイ15に表示させる(ステップS017)。また、DSP61は、生成された記録用静止原画像データにJPEG回路65にて画像データ圧縮処理を施し、得られた圧縮画像データをメモリインターフェース66を介して出力して、メモリーカード100に記録する(ステップS018)。メインスイッチ41が再度押されてオフした場合には、電源オフ状態となる(ステップS019)。
以上、本発明の望遠鏡本体および望遠鏡を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、望遠鏡本体および望遠鏡を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、上述した実施形態における補正手段の学習制御の内容は、一例であり、学習制御の仕方は、上記のものに限らず、いかなるものでもよく、例えば、過去複数回の補正動作における補正量の平均値を算出して、その平均値に基づき較正位置Pcを更新するような制御でもよい。
また、上述した実施形態においては、補正手段が学習制御付きの補正動作に加えて初期補正として視度補正キャリブレーションを行う場合について説明したが、本発明では、補正手段は、視度補正キャリブレーションを行わず、学習制御付きの補正動作のみを行うものでもよい。
また、上述した実施形態においては、焦点検出手段がコントラスト検出方式の場合について説明したが、これに限らず、例えば位相差検出方式等の他の方式のものであってもよい。
また、上述した実施形態における望遠鏡10は、アイピース2が望遠鏡本体1から着脱自在で交換可能なものであるが、本発明では、これに限らず、アイピースが一体化しており交換できないものであってもよい。
また、本発明は、望遠鏡を地上望遠鏡に適用するのに限らず、天体望遠鏡を含め、各種の望遠鏡に適用することができる。
本発明の望遠鏡本体の実施形態を示す斜め前方から見た斜視図である。 図1に示す望遠鏡本体を斜め後方から見た斜視図である。 図1に示す望遠鏡本体の操作スイッチ類の配置を示す図である。 図1に示す望遠鏡本体の断面側面図である。 本発明の望遠鏡の光学系を示す斜視図である。 プリズムユニットを図4と反対側から見た側面図である。 図1に示す望遠鏡本体のブロック図である。 本発明の望遠鏡におけるメイン制御動作を示すフローチャートである。 メニュー設定処理サブルーチンを示すフローチャートである。 メニュー設定処理の際のディスプレイの表示画面を示す図である。 学習調整処理サブルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
望遠鏡本体
10 望遠鏡
11 対物光学系
12 鏡筒
13 筐体
14 アイピース取付口
15 ディスプレイ
16 CCD撮像素子
161 受光面
17 光学フィルターユニット
18 縮小光学系
19 縮小光学系駆動機構
2 アイピース
21 接眼光学系
22 視野枠
3 合焦手段
31 フォーカスレンズ
32 ピントリング
33 フォーカスレンズ移動機構
4 操作スイッチ類
41 メインスイッチ
42 レリーズボタン
421 測光スイッチ
422 レリーズスイッチ
43 メニューキー
44 ディスプレイキー
45 4方向キー
451 上方向キー
452 下方向キー
453 左方向キー
454 右方向キー
46 OKボタン
47 使用者特定キー
471 U1ボタン
472 U2ボタン
473 U3ボタン
5 プリズムユニット
51 第1の直角プリズム
52 第2の直角プリズム
53 第3の直角プリズム
54 第4の直角プリズム
55 プリズム
56 ビームスプリッター
60 CPU
61 DSP
62 SDRAM
63 撮像信号処理回路
64 タイミングジェネレータ
65 JPEG回路
66 メモリインターフェース
67 EEPROM
68 縮小光学系駆動コントローラ
69 位置センサ
91 メインメニュー画面
92 カーソル
93 ユーザー選択画面
94 視度調整実行指示画面
95 視度調整学習機能設定画面
96 視度調整完了画面
100 メモリーカード
光路
第1光路
第2光路
S001〜S019、S101〜S121、S201〜S213 ステップ

Claims (10)

  1. 対物光学系と、
    ピント合わせを行う際に操作するピント操作部材と、前記ピント操作部材の操作によって光軸方向へ移動するフォーカスレンズとを有する合焦手段と、
    前記対物光学系および前記フォーカスレンズを介して形成される被写体像を撮像する撮像素子と、
    前記フォーカスレンズを経た光路を、接眼光学系へ向かう第1光路と前記撮像素子へ向かう第2光路とに分岐させるビームスプリッターと
    前記第2光路に配置された焦点調節光学系とを備えた望遠鏡本体であって、
    使用者の視度の違いによって生じた、前記被写体像の結像位置と前記撮像素子の受光面との位置ずれを補正する補正動作を行う補正手段を備え、
    前記補正手段は、前記撮像素子に対し前記焦点調節光学系を相対的に光軸方向に移動させて、前記被写体像の結像位置を前記受光面に対し光軸方向に相対的に移動させるフォーカス駆動手段と、前記被写体像の結像位置が前記受光面に合う合焦状態を検出する焦点検出手段と、前記フォーカス駆動手段の作動を制御する制御手段とを有し、
    使用者が当該望遠鏡本体の使用を開始するとき、当該使用者が前記ピントリングを操作することにより前記接眼光学系を介して観察する観察像のピントを合わせた状態で、前記制御手段は、前記フォーカス駆動手段を作動させて前記焦点検出手段により前記合焦状態を検出し、その際、今回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向と、前回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向とを比較して、これらの駆動方向同士が同じ一の方向である場合には、該一の方向に前記フォーカス駆動手段が駆動した連続回数が所定回数に達したか否かを判断し、前記連続回数が前記所定回数に達した場合には、該各回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動量のうちの最小値の分だけ、前記フォーカス駆動手段における前記被写体像の結像位置が前記受光面に合うような較正位置を前記一の方向へ移動させ、該移動させた較正位置を、将来使用者が当該望遠鏡本体の使用を開始するときの前記フォーカス駆動手段における前記較正位置として更新する更新処理を行うことを特徴とする望遠鏡本体。
  2. 前記制御手段は、前記較正位置を更新した場合には、前記フォーカス駆動手段の駆動方向およびの駆動量に関する情報を消去する請求項1に記載の望遠鏡本体。
  3. 前記制御手段は、前記連続回数が前記所定回数に達しない場合には、前記更新処理を終了する請求項1または2に記載の望遠鏡本体。
  4. 前記制御手段は、前記今回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向と前記前回の使用時の補正動作における前記フォーカス駆動手段の駆動方向とが互いに異なる方向であった場合には、前記更新処理を終了する請求項1ないし3のいずれかに記載の望遠鏡本体。
  5. 前記補正手段は、前記更新処理を行うか否かを選択可能に構成されている請求項1ないし4のいずれかに記載の望遠鏡本体。
  6. 前記補正動作において前記焦点検出手段よる検出を行う際の前記フォーカス駆動手段の駆動範囲は、更新前の前記較正位置の前後の区間である請求項1ないし5のいずれかに記載の望遠鏡本体。
  7. 前記補正手段は、前記較正位置を更新する前に、前記較正位置を検出する較正動作を行うものであり、
    前記補正動作において前記焦点検出手段よる検出を行う際の前記フォーカス駆動手段の駆動範囲は、前記較正動作において前記焦点検出手段による検出を行う際の前記フォーカス駆動手段の駆動範囲より小さい請求項1ないし6のいずれかに記載の望遠鏡本体。
  8. 前記焦点検出手段は、前記撮像素子の出力信号に基づくコントラスト検出方式により、前記被写体像の結像位置が前記受光面に合う状態を検出する請求項1ないし7のいずれかに記載の望遠鏡本体。
  9. 前記対物光学系を含む前記対物光学系から前記撮像素子の受光面までの間に配置された光学系全系で前記撮像素子の撮像光学系が構成され、この撮像光学系の焦点距離が、35mmフィルム判換算で800mm以上である請求項1ないし8のいずれかに記載の望遠鏡本体。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載の望遠鏡本体と、接眼光学系とを有することを特徴とする望遠鏡。
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