DE2828831C3

DE2828831C3 - Automatische Fokussiereinrichtung

Info

Publication number: DE2828831C3
Application number: DE2828831A
Authority: DE
Inventors: Kenji Fussa Tokio Fukuoka (Japan)
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2828831B2; GB2000655B; GB2000655A; US4183642A; DE2828831A1; JPS5413330A

Description

1. eine Einrichtung (2) zur Gewinnung von m (m>3) Helligkeitswerten einer Gruppe von m jeweils zueinander benachbarten Bildelementen,

2. eine Einrichtung (20, 22, 24), die für eine bestimmte Anzahl (N) von Gruppen von Bildelementen jeweils die Differenz (m-l)ter Ordnung (X_n) der Helligkeitswerte jeder Gruppe berechnet,

3. eine Einrichtung (5) zur Berechnung von

Y[a)= V

und von Y(h) = Y,X^p„(h),

20

2Ϊ

wobei die Argumente (a), (b) unterschiedliche Stellungen der Einrichtung zur Gewinnung der Helligkeitswerte relativ zu der Fokussierebene der Optik (1, 41) bezeichnen und die Potenz ρ eine ganze Zahl ungleich 0 bezeichnet,
4. eine Einrichtung (49) zur Berechnung des Schärfesignals Z= Y(a)- Y(b). ^so

2. Automatische Fokussiereinrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung ehies Schärfesignals aus den photoelektrisch ermittelten Helligkeitswerten von Bildelementen, mit welchem eine Einrichtung s^r> zum Bewegen des Fokussierglieds einer Optik angesteuert wird, bis das Schärfesignal ein Maximum erreicht, gekennzeichnet durch

1. eine Einrichtung (2) zur Gewinnung von m (m>3) Helligkeitswerten einer Gruppe von m ⁴" jeweils zueinander benachbarten Bildelementen,

2. eine Einrichtung (4, 4'), die für eine bestimmte Anzahl (N) von Gruppen von Bildelementen jeweils die Differenzen (m— l)ter Ordnung ^v' (Xri(a)) und (X^b)) der Helligkeitswerte jeder Gruppe berechnet, wobei die Argumente (a), (b) unterschiedliche Stellungen der Einrichtung zur Gewinnung der Helligkeitswerte relativ zu der Fokussierebene der Optik (41) bezeichnen, '"

3. eine Einrichtung (70) zur Berechnung von

D_n = [\X_n(a)-X_n(b)\y

wobei die Potenz ρ eine ganze Zahl ungleich 0 bezeichnet, ^5<i

4. eine Einrichtung (5) zur Berechnung des Schärfesignals

3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung zur Gewinnung von Helligkeitswerten ein einziger Lichtempfänger vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß er zwischen zwei Stellungen vor und hinter der vorherbestimmten Fokussierebene (45) schwingen kann.

4. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

bO dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung zur Gewinnung von Helligkeitswerten zwei Lichtempfänger (2,2') vorgesehen sind, die vor bzw. hinter der vorherbestimmter. Fokussierebene (45) angeordnet sind.

5. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtempfänger eine Vidikonkamera, eine Ladungskopplungsvorrichtung, eine Photodiodenanordnung oder solche mit vorgeschalteter mechanischer Abtastvorrichtung, wie Lochabtaster oder Drehspiegel, vorgesehen ist

6. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Lichtempfänger (2) mit Hilfe eines Oszillators (47), z. B. eines Piezooszillators oder einer Schwingspule, in Schwingungen versetzbar ist

Die Erfindung betrifft eine automatische Fokussiereinrichtung für Photoapparate, Kameras, Mikroskope u. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, mit der die Fokussierebene eines Objektivs selbsttätig scharf eingestellt werden kann.

Es sind schon verschiedene Einrichtungen zum Scharfeinstellen von Photoapparaten, Kameras, Mikroskopen u. dgl. vorgeschlagen worden. Bei allen bekannten Vorrichtungen wird ein von einem Objektiv auf einem Schirm geschaffenes Bild ganz oder teilweise in eine Anzahl von Bildelementen zerlegt und Information, wie die Helligkeit dieser Bildelemente benutzt, um den Brennpunkt der Linse einzustellen. Die herkömmlichen Vorrichtungen weisen folglich Einrichtungen zum Zerlegen des Bildes in Bildelemente und Einrichtungen zum Weiterverarbeiten der von jedem Bildelement erhaltenen Information auf. Die nötigen Rechenvorgänge oder Weiterverarbeitungen sind vom Inhalt her entweder zu komplex oder zu einfach, um die Fokussierebene des Objektivs einzustellen. Eine der bekannten Vorrichtungen sieht z. B. vor, analoge, digitale oder hybride Operationen vorzunehmen, die zu komplex sind, um den Brennpunkt der Linse exakt einzustellen. Bei einer anderen herkömmlichen Vorrichtung sind die Rechenvorgänge zu einfach, um den Brennpunkt der Linse exakt einzustellen. Bei wieder einer anderen bekannten Vorrichtung werden die Rechenvorgänge auf der Basis der Fourierschen Transformation oder Variation vorgenommen, so daß diese bekannte Vorrichtung einen komplizierten Aufbau hat. Das alles zeigt, daß sich beim Erhalt von Information, die zum Scharfeinstellen des Objektivs auf der Basis der Bildelemente benötigt wird, das Problem stellt, wie die Weiterverarbeitung der von jedem Bildelement empfangenen Information zur Schaffung eines Bildformsignals vorgenommen werden soll.

Der in den Patentansprüchen 1 und 2 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Fokussiereinrichtung für Photoapparate, Kameras, Mikroskope und dergleichen zu schaffen, mit der das Objektiv mit Hilfe einer einfachen Rechenschaltung noch exakter als bisher scharf eingestellt werden kann.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 6 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm des Grundaufbaus einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2A eine Skizze eines in Fig.1 enthaltenen Lichtempfängers 2 und eine Anzahl von Bildelementen entsprechender Helligkeit,

F i g. 2B eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Helligkeit und Bildelementposition,

Fig.3 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Schaltungselemente,

Fig.4 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.5A, 5B und 5C Skizzen zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeisniels,

Fig.6A und 6B graphische Darste'Jungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiels,

F i g. 7 ein Blockdiagramm des Aufbaus von Teilen des in F i g. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig.8 ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.9 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 1OA und 1OB graphische Darstellungen zur Erläuterung, wie Bildformsignale mit Hilfe einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung erhalten werden.

In F i g. 1 ist in Form eines Blockdiagramms der Grundaufbau einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt Dabei erhält eine Optik 1 Licht von einem hier nicht gezeigten Objekt und bildet eine Abbildung des Objekts auf einem Lichtempfänger 2.

Der Lichtempfänger 2 hat die Aufgabe, das Bild ir Helligkeitswerte oder -informationen von Bildelementen umzuwandeln und diese Helligkeitsinformation an seinem Ausgang bereitzustellen. Als Lichtempfänger 2 eignet sich eine Vidikonkamera, eine Ladungskopplungsvorrichtung, eine Photodiodenanordnung (bei der die Photodioden beliebig angeordnet sein können), eine mechanische Abtastvorrichtung, z. B. ein Lochabtaster, ein Drehspiegel od. dgl. Die Helligkeitsinfonnation der Bildelemente, die auf diese Weise erhalten wird, wird nacheinander an einen mit Schieberegistern ausgerüsteten Bildelementverteiler 3 gegeben. Die Schieberegister des Bildelementverteilers geben die Helligkeitsinformation der m einander benachbarten Bildelemente nacheinander und parallel zueinander an eint Operationsschaltung 4 für die lokale Helligkeit ab. In dieser Operationsschaltung 4 für die lokale Helligkeit wird die Helligkeitsänderung weiterverarbeitet und dann abgegeben, d. h. es wird die Glätte des Kontrastes in bezug auf m einander benachbarte Bildelemente geliefert Das erhaltene Ergebnis wird an einen Akkumulator 5 angelegt, der das Ergebnis i uczug auf m benachbarte Bildelemente akkumuliert Daraufhin wird die Optik 1 automatisch betätigt, um den Maximalwert des akkumulierten Rechenwerts zu erhalten.

Bei dieser automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung ergibt sich die Schwierigkeit, wie die von jedem Bildelefhent erhaltene Information, d. h. die Helligkeitsinformition jedes Bildelements, weiterverarbeitet werden soll. Der wichtigste Aspekt besteht darin, mit Hilfe der Art der erhaltenen Helligkeitsinformation den Zeitpunkt festzulegen, in dem die Scharfeinstellung beendet ist
Gemäß der Erfindung wird ein Bild als scharfeinge-

stellt betrachtet wenn die Änderung der Helligkeit in jedem Punkt des Bildes klein wird. Deshalb wird erfmdungsgemäß die Helligkeit von n, benachbarten Bildelementen ausgenutzt und die Differenz der (j73—l)ten Ordnung erhalten. Es wird davon ausgegangen, daß das Bild scharfeingestellt ist, wenn die Summe der absoluten Werte der obengenannten (m— l)^len Differenz, die Summe der (zn— l)^te" Differenz zum Quadrat erhoben, oder die Summe der (m—l)^Icn Differenz kubiert groß wird. Daraufhin wird die Optik 1 betätigt um ihre Linsenstellung zu ändern. Dann wird die obengenannte Summe in bezug auf entsprechende Linsenstellungen ermittelt und das Bild als scharfeingestellt betrachtet wenn die Linse diejenige Stellung einnimmt bei der die obengenannte Summe den Maximalwert hat

Wie F i g. 2A zeigt wird z. B. die entsprechende Helligkeit aller Bildelemente mit x\, xt... X_n-1, X_n, X_n+ 1 ...x_N bezeichnet, wobei die Helligkeit benachbarter Bildelemente durch die fortlaufenden numerischen Suffixe gekeinzeichnet ist Wenn m=3, d. h. wenn die Helligkeiten X_n-i, X_n und X_n+ \ (n=\, -.^ N) von drei benachbarten Bildelementen einander zugeordnet weiterverarbeitet werden, wird zunächst ein absoluter Wert X_n der Differenz zweiter Ordnung der Helligkeit

jo um das n^te Bildelement wie folgt erhalten

X₁₁ - |\„ , - 2\„ + .v_IItI| (1)

In ähnlicher Weise wird X_n in bezug auf jedes η r, erhalten, und die Summe yvon X_n in bezug auf jedes η ergibt sich wie folgt:

/' Φ 0

Die durch die Gleichung (1) erhaltene Differenz zweiter Ordnung soll die Glätte der Änderung der Position der Helligkeit des Bildes darstellen. Wenn z. B. x„-i, X_n, x_n+i auf einer geraden Linie in einer graphischen Darstellung angeordnet sind, bei der χ auf der Ordinate als Funktion von π auf der Abszisse eingetragen ist, dann wird X_n Null. Je mehr x_n verschoben wird, um so größer wird der Wert für X_n. Die Tatsache, daß die durch die Gleichung (2) festgelegte Summe Y von X_n groß ist, ist also so aufzufassen, daß die Änderung der Position der Helligkeit des Bildes nicht glatt ist.

Wenn m=4, d. h. wenn die Helligkeit x„-i, X_n, X_n+\ und X_n+2 (n= 1,..., N) von vier benachbarten Bildelementen einander zugeordnet weiterverarbeitet wird, läßt sich ein absoluter Wert der Differenz dritter Ordnung der Helligkeit um das n^lc Bildelement gemäß folgender Gleichung erhalten:

X_n ■-- |-v„ ι -,.Vv₁₁ + .Vv_{11 M} - .V₁₁₁₂1 (3)

Wenn man gemäß der Gleichung (2) die Summe Y dieser X_n errechnet, dann zeigt eine um so größere Summe Y an, daß die Glätte der Bildhelligkeit um so geringer ist. Das bedeutet mit anderen Worten, daß das Bild als scharfeingestellt betrachtet wird.

Wenn die Helligkeit von m benachbarten Bildelemen-

ten in gegenseitiger Zuordnung weiterverarbeitet wird, kann man in ähnlicher Weise einen absoluten Wert der Differenz der {m— l)^le" Ordnung der Helligkeit um das n^le Bildelement gemäß folgender Gleichung erhalten:

(4)

wobei

Welcher Ordnung die zum Scharfeinstellen angewandte Differenz vorzugsweise ist, hängt von einem weiter unten beschriebenen Akkumulierverfahren ab. Vorzugsweise wird die Differenz jedoch in derjenigen Ordnung gewählt, die für den in Frage stehenden Zweck optimal ist.

Um bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Summe X für X_n in bezug auf jedes η zu erhalten, wird das X_n in bezug auf jedes η einfach gemäß Gleichung (2) addiert. Wenn davon ausgegangen wird, daß das Bild scharfeingestellt ist, wenn die Glätte der Änderung der Helligkeit in einem Bereich des Bildes außerordentlich klein ist, können anstelle der Gleichung (2) die folgenden Gleichungen

Y	= Σ xi ο	(5)
Y	I)	(6)
Y	- y χ⁴	(7)

angewandt werden und die Summe F von

γ2 yj> y4

usw. in bezug auf jedes n erhalten werden. Die Optik kann dann so betätigt werden, daß diese Summe Yvon

usw. groß wird. Gemäß einer Alternativlösung kann auch einer der Bildelementpositionen mehr Einfluß gegeben werden als den anderen oder

υ=Σ\/χ~,,

kann anstelle der Gleichung (2) angewendet werden. Es können auch andere beliebige Maßnahmen getroffen werden, um das optimale Signal zur Feststellung der Brennpunktpositionen zu erhalten. Es können alle oder nur ein Bereich der die Bildoberfläche darstellenden Bildelemente verarbeitet werden.

Fig.3 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der in F i g. 1 gezeigten Operationsschaltung 4 für die lokale Helligkeit, wenn /n=3. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Bildelementverteiler 3 die Aufgabe, als Analogsignal drei benachbarte Bildelementsignale parallel zueinander an die Operationsschaltung 4 für die lokale Helligkeit gemäß F i g. 3 zu liefern. Von den an Eingangsklemmen 20 anliegenden Helligkeitssignalen x_n-1, x„ und X_n+ 1 wird das Helligkeitssignal x_n mit Hilfe eines Verstärkers 21 auf 2 X_n verstärkt und in seiner Polarität auf — 2 x„ umgekehrt Dann erfolgt in einer Additionsschaltung 22 eine Berechnung

(x_n-\ — 2 x_n+x_n+\), um ein analoges Signal X_n zu erhalten. Dies analoge Signal X_n wird mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers 23 in ein digitales Signal umgewandelt In diesem digitalen Signal ist die negative Zahl durch Komplement ausgedrückt Dies digitale Signal wird an eine Operationsschaltung 24 für den absoluten Wert angelegt, die an ihrer Ausgangsklemme 25 ein Digitalsignal wie folgt abgibt

\χ_η-ι-2χ_π+χ_η+ι\.

Das der Operationsschaltung 24 für den absoluten Wert zugeführte Signal gelangt also in eine Positiv-Negativ-Diskriminierschaltung 26, eine Komplementierschaltung 27 und ein Gatter 28. Wenn das Signal eine positive Zahl darsielit, gibt die Positiv-Negativ-Diskriminierschaltung 26 ein Ausgangssignal von hohem Pegel ab, welches das Gatter 28 öffnet und ein Gatter 29 schließt. Folglich gelangt das Signal durch das Gatter 28 zur Ausgangsklemme 25. Wenn das Signal eine negative Zahl bedeutet (dargestellt durch Komplement von 2) gibt die Positiv-Negativ-Diskriminierschaltung 26 ein Ausgangssignal von niedrigem Pegel ab, welches das Gatter 29 öffnet und das Gatter 28 schließt Zusätzlich kommt von der Komplementierschaltung 27 ein Komplement und Umkehrzeiehen. Der Ausgang der Komplementierschaltung 27 mit umgekehrtem Vorzeichen gelangt durch das Gatter 29 zur Ausgangsklemme 25. So erhält das digitale Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 23 seinen absoluten Wert und das digitale Signal entsprechend dem absoluten Wert

\x_n-i- 2x_n+X_n-,I

erscheint an der Ausgangsklemme 25.
In Fi,g. 4 ist der Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt Wenn z.B. m=3, arbeitet die erfindungsgemäße Einrichtung wie folgt Licht von einem Objekt 40 gelangt durch eine Linse 41, einen in geöffneter Stellung befindlichen Verschluß 43 auf einen Film 44. Wenn der Brennpunkt der Linse 41 eingestellt wird, wird ein Strahiungsteiier 42 zwischen der Linse 41 und dem Verschluß 43 angeordnet Das Licht wird von diesem Strahlungsteiler 42 geteilt und das geteilte Licht trifft auf den Lichtempfänger 2. Dieser Lichtempfänger 2 oszilliert geringfügig vor und hinter einer Position, die dem Film 44 entspricht d. h. einer vorherbestimmten Brennebene, die mit dem Film 44 konjugiert ist

Aus Fig. 5A und 5B geht hervor, daß der Lichtempfänger 2 vor und hinter einer vorherbestimmten Brennebene 45 mit einer Amplitude Δχ zwischen Positionen a und b schwingt. In Fig. 5A ist der tatsächliche Brennpunkt 46 gegenüber einer vorherbestimmten Brennebene 45 nach hinten versetzt während er gemäß Fig.5C gegenüber der vorherbestimmten Brennebene 45 nach vorn versetzt ist In Fig.5B ist gezeigt wie der tatsächliche Brennpunkt 46 mit der vorherbestimmten Brennebene 45 zusammenfällt was bedeutet, daß die Scharfeinstellung richtig erfolgt ist Um den Lichtempfänger 2 schwingen zu lassen, ist ein Oszillator 47 z. B. in Form eines piezoelektrischen Oszillators, einer Schwingspule od. dgL vorgesehen.

Wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, liegt der Ausgang des Lichtempfängers 2 über den Bildelementverteiler 3 und die Operationsschaltung 4 für die lokale Helligkeit an der Akkumulationsschaltung 5 an, die an ihrem Ausgang ein Signal Yabgibt welches die Änderung der Position der Helligkeit des Bildes darstellt mit anderen Worten die Glätte des Kontrastes.

In der Praxis ist mit dem Oszillator 47 und der Akkumulationsschaltung S eine Zeitgeberschaltung 48 gekoppelt, so daß die Akkumulationsschaltung 5 jedes Mal, wenn der Lichtempfänger 2 die obengenannte Stellung a bzw. b erreicht, zwei Signale Y₁₁, Yb abgibt. Diese beiden Signale Y_u Yb werden in einen Komparator bzw. eine Vergleichsschaltung 49 für die akkumulierten Werte eingegeben, um ein Signal Z= Yb- Y_a zu erhalten. Das Signal Z liegt an einer Motorantriebseinrichtung 50 an, die einen Motor 51 veranlaßt, die Linse 41 zu bewegen.

F i g. 6A zeigt das obengenannte Verhältnis zwischen den Signalen Y₈, Yb und einen Abstand zwischen der Linse 41 und dem Lichtempfänger 2, d.h. eine Linsenpositicn, wobei das Signa! Yauf der Ordinate und die Linsenposition auf der Abszisse eingetragen ist.

In Fig.6B ist das genannte Verhältnis zwischen dem Signal Z und dem Abstand zwischen der Linse 41 und dem Lichtempfänger 2 dargestellt, wobei das Signal Z auf der Ordinate und die Linsenposition auf der Abszisse eingetragen ist. In den F i g. 6A und 6B entsprechen die Punkte A, B, C auf der Abszisse der Linsenposition in Fig.5A, 5B bzw. 5C. Bei der in F i g. 5A dargestellten Bedingung schwingt der Lichtempfänger 2 um den Punkt A gemäß F i g. 6A zwischen Punkten a und b, und die Akkumulationsschaltung 5 liefert die Signale Y₃, Yb an die Vergleichsschaltung 49 für die akkumulierten Werte, die ihrerseits ein positives SignalZa= Y_a- Y_b abgibt

Dieses positive Signal Za gelangt über die Motorantriebseinrichtung 50 an den Motor 51, der daraufhin so in Umdrehung versetzt wird, daß die Linse 41 vom Lichtempfänger 2 getrennt wird. Wenn die Linse 41 die in Fig.5B gezeigte Stellung erreicht ergibt sich Ys- Yb, wie durch den Punkt S in Fi g. 6A angedeutet. Infolgedessen stellt sich

z_b = Yb- η = 0

gemäß Fig.6B ein, und die Linse 41 wird an der in F i g. 5B gezeigten Stellung angehalten.

Bei der in F i g. 5C gezeigten Bedingung schwingt der Lichtempfänger 2 um Punkt Cgemäß F i g. 6A zwischen Punkten a und b. In diesem Fall wird, wie durch Punkt C in Fig.6B angedeutet, ein Signal Z_c negativ. Dies negative Signal Z₀ bewirkt, daß die Linse 41 in solcher Richtung bewegt wird, daß der Abstand zwischen der Linse 41 und dem Lichteimpfänger 2 klein wird. Die Linse 41 wird an der in Fig.5B gezeigten Stelle angehalten.

Die Linse 41 kann kontinuierlich oder stufenweise bewegbar sein. Bei stufenweiser Bewegung der Linse 41 kann das Signal Z für jede Stufe errechnet werden. Das Ausgangssignal Z der Vergleichsschaltung 49 für die akkumulierten Werte kann an einen Meßanzeiger 52 gegeben werden, der die erfolgte Schärfeneinstellung anzeigt

F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Akkumulator und Komparator in Form einer Akkumulationsschaltung 5 und einer Vergleichsschaltung 49 für die akkumulierten Werte. Wenn der Lichtempfänger 2 an der in F i g. 5A gezeigten Stelle ankommt, wird das drei benachbarten Bildelementen entsprechende Signal X_n, welches

gleichfalls von einem Register 61 ein Signal erhält, welches folgenden Wert darstellt

2j

k = I

2.\'„ —

Der Addierer 60 addiert das Signal X_n zu dem zuletzt genannten Signal zu einem Signal

\x_n-i-2x„+x_n+i\
darstellt, an eine Additionsschaltung 60 angelegt, die

65 welches dann an das Register 61 angelegt wird. Dieser Rechenvorgang wird so oft wiederholt, wie es der Anzahl Bauelemente entspricht, um die Summe yfür X_n zu erhalten. Dies Signal bzw. die Summe Y, z. B. V₂, wird in einem Speicherregister 62 für akkumulierte Werte registriert.

Wenn der Lichtempfänger 2 die in Fig.5A gezeigte Position b erreicht, wird die Summe Yb im Speicherregister 62 für akkumulierte Werte registriert Hierbei liegt die Summe Y_a an einem in der Vergleichsschaltung 49 für die akkumulierten Werte angeordneten Speicherregister 63 für akkumulierte Werte an. Die Summe Y₂ wird von diesem Speicherregister 63 an eine Subtraktionsschaltung 64 abgegeben, an der gleichfalls die Summe Yb anliegt Die Subtraktionsschaltung 64 liefert das Signal Z= Yb- Ya₁ welches an einen Digital-Analog-Wandler 65 abgegeben und in ein Analoges Signal umgewandelt wird. Dies analoge Signal wird dann an die in Fig.4 gezeigte Motorantriebseinrichtung 50 abgegeben.

Wie schon erwähnt, wird gemäß der Erfindung die Glätte in Form der Summe Y der Änderung der Bildhelligkeit bei jeder Linsenstellung ermittelt und die Linsenstellung so festgelegt, daß die Glätte entsprechend Y einen Maximalwert erreicht Um diese Idee in die Praxis umzusetzen, wird die Änderung von Y wahrgenommen, wenn die Linsenstellung ganz geringfügig geändert wird, um zu unterscheiden, bei welcher Bewegungsrichtung der Linse der Wert von Y zunehmen kann. Wenn z. B. die Linse 41 bei der Position A gemäß Fig.6A ankommt stellt sich eine Neigung Yb- Yb für Y, d. h. eine Neigung Za gemäß F i g. 6B ein, und die Linse 41 wird entsprechend dieser Neigung Za bewegt.

Da es unter mechanischen Gesichtspunkten schwierig ist die Linsenstellung geringfügig zu verschieben, um die Neigung für den Wert Y festzustellen, wird der Lichtempfänger 2 durch Schwingungen geringfügig bewegt, um eine Wirkung zu erzielen, die äquivalent ist zu dem Effekt der sich bei Verstellung der Linsenposition ergibt

F i g. 8 zeigt den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung. Dies Ausführungsbeispiel ähnelt in seinem Aufbau dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4, jedoch sind hier anstelle des in F i g. 4 gezeigten einen schwingenden Lichtempfängers 2 zwei Lichtempfänger 2,2' vorgesehen. Diese beiden Lichtempfänger 2, 2' sind vor bzw. hinter der vorherbestimmten Brennebene in geringem Abstand voneinander angeordnet und liefern zwei Signale Ya, Yb- Die den Bauelementen gemäß F i g. 4 entsprechenden Teile sind in F i g. 8 mit den gleichen Bezugszeichen mit oder ohne Apostroph gekennzeichnet

F i g. 9 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der

Erfindung. Dies Ausführungsbeispiel ähnelt in seinem Aufbau dem in Fig.8 gezeigten Ausführungsbeispiel. Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 8 werden die von den beiden an Positionen entsprechend a, b gemäß F i g. 5A angeordneten Lichtempfängern 2, 2' gelieferten Signale zum Errechnen der akkumulierten Werte Ya, Yb verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel hingegen werden X_n und X_n, die von den Operationsschaltungen 4, 4' für die lokale Helligkeit geliefert werden und sich auf die absoluten Werte

i-2 jr„_

Ι bzw. |x„'-i-2 *„' + *„'

jedes Bildelements beziehen, unmittelbar an eine Subtraktionsschaltung 70 gegeben, um die Differenz zwischen X_n und X_n aufgrund des Unterschiedes zwischen den Positionen a, b zu erhalten. Das entstehende Differenzsignal wird in die Akkumulationsschaltung 5 eingegeben, die den akkumulierten Wert abgibt, der die Glätte des Kontrastes in bezug auf alle Bildelemente darstellt. Dies Ausführungsbeispiel ist also in gewisser Hinsicht einfacher als das in F i g. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt sich in verschiedenster Hinsicht, z. B. im Schaltungsaufbau, abwandeln. Beispielsweise können alle Operationen analog oder digital vorgenommen werden.

Die Fig. 1OA und 1OB sind graphische Darstellungen des Verhältnisses zwischen den Bildformsignalen und der Linsenposition. Sie sind anhand von Versuchsergebnissen mit einem Ausführungsbeispiel einer automatischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung eingetragen. Die Kurve gemäß Fig. 1OA stellt eine Differenz erster Ordnung der Helligkeitsänderung an zwei benachbarten Bildelementen dar, bei der ein akkumulierter Wert Y der absoluten Werte der Differenz erster Ordnung in bezug auf alle Bildelemente erhalten wurde und die Linse so bewegt wurde, daß der akkumulierte Wert Y den Maximalwert erreichte. Die akkumulierten Werte Fund Zsind auf der Ordinate und die Linsenposition ist auf der Abszisse eingetragen. Der Maßstab auf der Ordinate ist anhand des Maximalwertes für Ygenormt.

In der Kurve gemäß Fig. 1OB ist eine Differenz zweiter Ordnung der Änderung der Helligkeit von drei benachbarten Bildelementen eingetragen. Hierzu wurde

ίο ein akkumulierter Wert Y der absoluten Werte der Differenz zweiter Ordnung in bezug auf alle Bildelemente erhalten und die Linse so bewegt, daß der akkumulierte Wert Y den Maximalbetrag erreichte. Ähnlich wie in Fig. 1OA sind die akkumulierten Werte r'und Zauf der Ordinate und die Linsenposition auf der Abszisse eingetragen.

In der graphischen Darstellung gemäß F i g. 1OA ist zu erkennen, daß der akkumulierte Wert Yin der Nähe der Position, bei der das Objektiv scharfeingestellt ist, sich sanft ändert, d. h. Z=O ist sanft, so daß nicht klar ist, wo eine korrekte Brennpunktposition ist.

Bei der graphischen Darstellung in Fig. 1OB gemäß der Erfindung hingegen ändert sich der akkumulierte Wert Yselbst in der Nähe der Position rasch, an der das Objektiv scharfeingestellt ist, d. h. Z=O ist. Folglich ist es möglich, die Position genau festzustellen, bei der das Objektiv fokussiert ist. In den Fig. 1OA und 1OB ist die Neigung der Änderung des akkumulierten Wertes Z durch gestrichelte Linien angedeutet. Der obengenann-

jo te Wert Y ist in durchgezogener Linie eingetragen, während die gestrichelten Linien dem obengenannten Wert -Z entsprechen.

Wie schon gesagt, läßt sich der wichtige Vorteil, daß die Fokussierebene des Objektivs mit großer Genauig-

Ji keit eingestellt werden kann, erfindungsgemäß durch Benutzung einer Einrichtung erzielen, die eine Differenz mindestens zweiter Ordnung der Helligkeitsänderung bei m > 3 liefert

Hierzu ') Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automatische Fokussiereinrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Schärfesignals aus den photoelektrisch ermittelten Helligkeitswerten von Bildelementen, mit welchem eine Einrichtung zum Bewegen des Fokussierglieds einer Optik angesteuert wird, bis das Schärfesignal ein Maximum erreicht, gekennzeichnetdurch