DE3217884A1

DE3217884A1 - Automatisches scharfeinstellsystem fuer videokamera

Info

Publication number: DE3217884A1
Application number: DE3217884A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Hanma; Toshio Yokohama Murakami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1982-05-12
Publication date: 1982-12-09
Also published as: USRE33830E; DE3217884C2; JPH044563B2; JPS57186872A; US4611244A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Automatisches Scharfeinstellsystem für Videokamera

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Scharfeinstellsystem für eine Videokamera, insbesondere mit einer automatischen Scharfeinstellfunktion nicht nur für Aufnahmen innerhalb eines Normalentfernungsbereichs, sondern auch für Nahaufnahmen.

Konventionelle automatische Scharfeinstellsysteme für eine Videokamera messen die Entfernung zwischen der Kamera und einem aufzunehmenden Objekt bzw. Gegenstand nach dem Triangulationsprinzip, etwa mit einem Doppelbild-Anpassungssystem, und verschieben ein Objektiv motorisch in eine vorbestimmte Lage derart, daß das Objektiv auf die gemessene Entfernung scharfeingestellt wird.

Solche oder ähnliche Systeme haben innerhalb des normalen Fotografier-Entfernungsbereichs von ca. 1 m bis Unendlich zwischen Videokamera und Objekt eine ausreichende automatische Scharfeinstellfunktion. Wenn jedoch die Entfernung weniger als 1 m beträgt, insbesondere bei der Herstellung

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von Nahaufnahmen oder makroskopischen Aufnahmen, wobei die Entfernung nur einige cm beträgt, ist die automatische Scharfeinstellung nicht möglich.

Das automatische Scharfeinstellungssystem vom Triangulatinstyp ist für Nahaufnahmen insbesondere aus den drei folgenden Gründen unwirksam:

(a) Bei dem Scharfeinstellsystem vom Triangulationstyp oder einem entsprechenden System ist die Entfernungsmessung mit hoher Genauigkeit über den großen Bereich von einigen cm bis Unendlich unmöglich. Dieses Scharfeinstellsystem mißt die Entfernung so, daß der Abweichungswinkel eines Meßspiegels der Entfernung gleichgemacht wird. Die Entfernungsmessung in einem Bereich von einigen cm bis Unendlich macht es erforderlich, daß der Spiegel um einen Winkel von mehreren 10° abweicht, wobei es in der Praxis nicht möglich ist, den Spiegel mit hoher Genauigkeit um einen so großen.Winkel zu verstellen.

(2) Wenn die Entfernung zwischen Objekt und Kamera etwa einige cm beträgt, wird die Parallaxe zwischen der Triangulationseinheit und der Objektivlinse groß, was in der erhöhten Wahrscheinlichkeit resultiert, daß die gemessene Entfernung nicht immer die wahre Entfernung zwischen der Kamera und dem aufzunehmenden Objekt darstellt.

(3) In den konventionellen automatischen Scharfeinstellsystemen erfolgt die Scharfeinstellung durch Steuerung der Rotation eines Entfernungsrings für die Objektivlinse. Da die Scharfeinstellung für den Nahaufnahmebereich jedoch normalerweise einen Zoom- oder Varioring verwendet, ist es für Nahaufnahmen erforderlich, den Betrieb des automatischen Scharfeinstellsystems zu unterbrechen und den Varioring manuell für die Scharfeinstellung zu justieren.

Diese Probleme erscheinen dadurch lösbar, daß ein System zur Korrektur einer Spiegelabweichung mit hoher Genauigkeit, ein System zur Korrektur der Parallaxe oder ein System zum Anlegen eines automatischen Scharfeinstellsignals an den Varioring anstatt an die Objektivlinse im Nahaufnahmebetrieb verwendet wird. Nach dem Stand der Technik ist es jedoch nicht möglich, solche Systeme zu realisieren. Für die derzeitigen automatischen Scharfeinstellsysteme wurde daher vorgeschlagen, die automatische Scharfeinstellfunktion zum Zeitpunkt von Nahaufnahmen zu unterbrechen.

Ein weiteres Beispiel für die konventionellen automatischen Scharfeinstellsysteme zur Beseitigung der oben genannten Nachteile (1) und (2) bei Systemen vom Triangulationstyp ist in der US-PS 4 320 417 angegeben.

Diese US-PS lehrt, daß das Videosignal einer Videokamera durch einen Hochpaß geschickt wird zur Extraktion einer HF-Komponente, daß eine der Feinheit oder dem Ströungsfreiheitsgrad des Fernsehbilds proportionale Spannung (nachstehend als Fokus-Spannung bezeichnet) abgetastet wird durch Erfassung der extrahierten HF-Komponente und daß ein Scharfeinstellring (nachstehend als Helikoid bezeichnet) in eine Stellung, in der die Fokus-Spannung ihren Höchstwert hat, d. h. in eine Scharfeinstelllage gebracht wird, indem die Differenz zwischen zwei konsekutiven Abtastwerten bestimmt und die Rotation des Helikoids durch einen Umschaltmotor so gesteuert wird, daß die Differenz immer positiv ist.

Um ferner einen Fehler bei der Entfernungsmessung infolge einer Bewegung des aufzunehmenden Objekts oder einer Schwenkbewegung der Kamera zu vermeiden, wird der Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe ihrer Brennweite begrenzt.

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In der genannten US-PS ist der Aufnahmebetrieb im Nahaufnahmebereich nicht erwähnt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines automatischen Scharfeinstellsystems, das die vorgenannten Nachteile der konventionellen automatischen Scharfeinstellsysteme für Videokameras überwindet und eine automatische Scharfeinstellfunktion sowohl für den Nahaufnahmebereich als auch für den Normalentfernungsbereich aufweist.

Zur Losung dieser Aufgabe ist das automatische Scharfeinstellsystem nach der Erfindung für Videokameras mit Zoom-Funktion gekennzeichnet durch einen Geber, der ein automatisches Scharfeinstellsignal nach Maßgabe einer Zoom-Lage einer Variooptik der Videokamera erzeugt, durch einen Motor zum Verschieben mindestens eines Teils einer Hauptlinse der Variooptik, durch einen Motorstellkreis zur Durchführung einer automatischen Scharfeinstellung durch Verstellen des Motors nach Maßgabe des automatischen Scharfeinstellsignals, durch einen Schalter, der selektiv zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist zur Auslösung von Aufnahmen in einem Normalentfernungsbereich bzw. in einem Nahaufnahmebereich, und durch eine Hauptlinsen-Verschiebebereich-Steuereinheit, die den Motorstellkreis so steuert, daß der Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der gewählten Betriebsart des Schalters festgelegt wird und dadurch der Motorstellkreis so steuerbar ist, daß die Hauptlinse innerhalb des festgelegten Verschiebebereichs verschoben wird.

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Um Aufnahmen im makroskopischen oder Nahbereich zu ermöglichen, wird dabei insbesondere die Hauptlinse für die Scharfeinstellung verwendet, und der Verschiebebereich der Hauptlinse für Aufnahmen innerhalb des Normalentfernungsbereichs ist verschieden von dem Hauptlinsen-Verschiebebereich für Aufnahmen im Nahbereich.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: ·

Fig. 1 den Aufbau eines Variooptik- bzw. Zoomlinsensystems einer Videokamera, wobei die Erfindung einsetzbar ist;

Fig. 2 das Blockschaltbild eines typischen Ausführungsbeispiels des automatischen Scharfeinstellsystems nach der Erfindung für eine Videokamera;

Fig. 3 ein Schema zur Erläuterung der automatischen Scharfeinstelltunktion;

Fig. 4 ein Konstruktionsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Lage der Hauptlinse und der Brennweite des Linsensystems erläutert;

Fig. 5 eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Lage der Hauptlinse, der Brennweite und dem Abstand zwischen Kamera und Objekt zeigt;

Fig. 6 das Blockschaltbild eines Teils eines typischen Ausführungsbeispiels des automatischen Scharfeinstellsystems nach der Erfindung für eine Videokamera;

Fig. 7 eine Tabelle, die die in einem Festwertspeicher oder ROM von Fig. 6 gespeicherte Information zeigt; und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsweise eines automatischen Scharfeinstellsystems nach der Erfindung erläutert.

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Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Variooptik- bzw. Zoomlinsensystems einer Videokamera. Dabei sind vorgesehen ein Objekt bzw. Gegenstand 2, ein Objektiv bzw. ein Frontteil 4, ein pankratischer Teil aus einer Variatorlinse 6 und einer Ausgleichslinse 8, eine Hauptlinse 10 bzw. ein Rückteil, eine Blende 12 und ein Bildaufnahmeelement 14. Die Einzelelemente 4-10 bilden eine Variooptik. Selbstverständlich umfaßt die Hauptlinse mehrere Linsen, die entweder teilweise oder vollständig verschiebbar sind, so daß eine Scharfeinstellung erfolgen kann.

Das Blockschaltbild von Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des automatischen Scharfeinstellsystems für die Videokamera und betrifft den Fall daß für das automatische Scharfeinstellsystem ein Videosignal von der Videokamera genutzt wird. Dabei ist mit den Ziffern 20-30 ein konventionelles automatisches Scharfeinstellsystem nach der US-PS 4 320 417 angegeben, das zuerst erläutert wird. Dabei sind vorgesehen eine Optik 1 einer Fernsehkamera und eine Fernsehkameraschaltung 20 mit einem Videosignalgeber, der eine zweidimensionale optische Abbildung, die von der Optik erzeugt wird, in ein entsprechendes serielles elektrisches Signal umsetzt. Das Videosignal wird von der Kameraschaltung erzeugt und erscheint an einem Ausgang 21. Es wird ferner einem Hochpaß 22 zugeführt zur Extraktion einer HF-Komponente entsprechend der Feinheit der Abbildung, und diese HF-Komponente wird in einem Detektor 24 erfaßt, so daß eine Fokusspannung erhalten wird, die der Größe der HF-Signalkomponente proportional ist. Die Fokusspannung hängt von der Feinheit des Fernsehbilds ab und ist am höchsten, wenn das Fernsehbild scharf ist. Wenn gemäß Fig. 3 die mit der Fernsehkamera betrachtete Szene einen Abstand A (m) von der Kamera aufweist, ist die Fokusspannung am höchsten, wenn sich die Hauptlinse in einer Position einer Skala entsprechend A (m) befindet, und nimmt ab, wenn die Hauptlinse von dieser Position abweicht.

Aus Pig. 3 ist ersichtlich, daß eine automatische Scharfeinstellung durch die Steuerung der Lage der Hauptlinse derart, daß die höchste Fokusspannung unterhalten wird, erzielbar ist.

Ein Differenzerfasser 26 tastet die am Detektor 24 erscheinende Pokusspannung in einem gleichbleibenden Zeitintervall ab und speichert jeden Abtastwert, und ferner erzeugt er eine positive Spannung, wenn sich die Fokusspannung mit der Zeit erhöht, bzw. eine negative Spannung, wenn sich die Fokusspannung mit der Zeit vermindert. Die Ausgangsspannung des Differenzerfassers 26 ist mit einem Motorantriebsglied 28 gekoppelt. Dieses arbeitet so, daß es bei positiver Eingangsspannung vom Differenzerfasser 26 ein ständiges Umlaufen eines Motors 30 in die gleiche Richtung wie vorher bewirkt, so daß die Hauptlinse in die entsprechende Richtung verschoben wird, und wenn die Eingangsspannung negativ wird, schaltet es die Drehrichtung des Motors 30 um, so daß die Hauptlinse in Gegenrichtung verschoben wird; wenn sich die Eingangsspannung auf einen negativen Wert ändert, hält es den Motor an, so daß die Hauptlinse angehalten wird. Das Motorantriebsglied 28 kann so funktionieren, daß es im Fall einer positiven Eingangsspannung vom Differenzerfasser 26 oder einer Null entsprechenden solchen Eingangsspannung ein ununterbrochenes Umlaufen des Motors 30 in die gleiche Richtung wie vorher bewirkt, und wenn die Eingangsspannung negativ wird, schaltet es die Umlaufrichtung des Motors 30 um, so daß die Hauptlinse in Gegenrichtung verschoben wird.

Die Ausgangsspannung des Differenzerfassers entsprechend Fig. 3 entspricht zwar dem Fall, daß die Hauptlinse aus ihrer Lage entsprechend einem Brennpunkt sehr nahe der Kamera zu einem unendlich fernen Brennpunkt verschoben wird;

es ist jedoch ersichtlich, daß in einem Fall, in dem die Hauptlinse von dem unendlich fernen Brennpunkt in Richtung des nahen Brennpunkts verschoben wird, die Ausgangsspannung der Strichlinienkurve entspricht.

Mit der vorstehend erläuterten Anordnung wird die automatische Scharfeinstellung erreicht, während das Motorantriebsglied ein Treiben der Hauptlinse durch den Motor 30 in Richtung der Anstiegsflanke der Fokusspannungskurve bewirkt, bis die Hauptlinse in einer dem Scheitelpunkt der Kurve entsprechenden Position nach Maßgabe der Ausgangsspannung des Differenzerfassers 26 anhält. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Scheitelpunkts der Kurve besteht darin, daß, wenn die Eingangsspannung vom Differenzerfasser 26 negativ wird, der Motor in Gegenrichtung bis zur nächsten negativen Krümmung der Eingangsspannung getrieben wird, so daß der Scheitelpunkt der Fokusspannung als eine Position bestimmt wird, die zwischen den beiden Positionen der Hauptlinse, bei denen sich die Eingangsspannung vom Differenzerfasser 26 zu negativ ändert, liegt.

Es ist zu beachten, daß der Scharfeinstellbetrieb der Variooptik 1 durch das automatische Scharfeinstellsystem 20-30 nicht dadurch erreicht wird, daß die Position des Objektivs - wie bei den bekannten Systemen - gesteuert wird, sondern dadurch, daß die Position der Hauptlinse gesteuert wird.

Die Ausbildung des neuen automatischen Scharfeinstellsystems wird nachstehend erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Handschalter, z. B. einen Druckknopfschalter, für die Wahl des automatischen Scharfeinstellbetriebs entweder über den normalen Entfernungsbereich oder

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über den makroskopischen oder Nahentfernungsbereich. Wenn dieser Druckknopfschalter 32 geöffnet ist, wird ein Hochpegelsignal erzeugt, wodurch die automatische Scharfeinstellung über den normalen Entfernungsbereich gewählt wird; wenn der Schalter 32 geschlossen ist, wird ein Niedrigpegelsignal erzeugt, wodurch die automatische Scharfeinstellung über den Nahentfernungsbereich gewählt wird. Ein Hauptlinsen-Lageerfasser 34 mit einem Potentiometer (nicht gezeigt) dient zur Erfassung der Lage der Hauptlinse und erzeugt ein Analogsignal, das die Erfassungslage bezeichnet. Ein Blendenerfasser 36 mit einem Potentiometer (nicht gezeigt) dient zur Erfassung des Öffnungsgrads der Blende 12 der Variooptik und erzeugt ein den erfaßten Öffnungsgrad bezeichnendes Analogsignal. Ein Zoomlageerfasser 3 8 mit einem Potentiometer (nicht gezeigt) dient zur Erfassung der Zoomlage der Linsen 6 und 8, d. h. der Brennweite, und erzeugt in Verriegelung mit einem Zoomhebel (nicht gezeigt) ein die Brennweite bezeichnendes Analogsignal. Ein Hauptlinsen-Verschiebebereich-Lesekreis 40 dient zum Auslesen eines Verschiebebereichs der Hauptlinse aufgrund von Eingangssignalen vom Zoomlageerfasser 38 und dem Druckknopfschalter 32. Dieser Lesekreis 40 kann so ausgelegt sein, daß er auch auf ein Eingangssignal des Blendenerfassers 36.anspricht.

Der Differenzerfasser 26, das Motorantriebsglied 28 und der Hauptlinsen-Verschiebebereich-Lesekreis 40, die von einer Strichpunktlinie umgeben sind, bestehen bevorzugt aus einem Kleinrechner 50, so daß die Funktionen dieser Glieder 26, 28 und 40 von dem Kleinrechner 50 ausgeführt werden.

Nachstehend wird die Beziehung zwischen einer Lage der Hauptlinse und dem Objektabstand, der in bezug auf die Lage der Hauptlinse schrafeinstellbar ist, erläutert. Die Bewegung der Hauptlinse zur Scharfeinstellung des Linsensystems

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4, 6, 8 und 10 kann durch die Bewegung einer Einzellinse (vgl. Fig. 4) ersetzt werden. In Fig. 4 sei der Abstand zwischen der Einzellinse 44 und dem Objekt 42 mit a, der Abstand zwischen der Linse und einem Bildaufnahmeelement mit b und die Brennweite mit f bezeichnet; dabei wird die folgende Gleichung erfüllt:

1/a + 1/b = 1/f (1 ) .

Es sei angenommen, daß das Objekt in einer unendlichen Position von der Linse liegt entsprechend der Vollinie 42. Die Linse 44 ist in der Position der Vollinie für die Scharfeinstellung positioniert. Unter diesen Bedingungen wird die Lage der Linse 44 als Bezugslage angenommen. In diesem Fall ist der Abstand b zwischen der Linse .44 und dem Bildaufnahmeelement 46 gleich f. Wenn das Objekt in einem Abstand a von der Linse liegt entsprechend der Strichlinie 42', wird die Linse in die Position der Strichlinie 44' bewegt. Angenommen, daß der Abstand zwischen der Linse und dem Bildaufnahmeelement b ist, so ist in diesem Fall die Größe der Bewegung der Linse aus der Bezugslage, d. h. die Entfernung von der Bezugslage, (b - f). Aus der Gleichung (1) gilt

b = ^af

a - f

und daher wird der Betrag der Verschiebung (b - f) wie folgt geschrieben:

af f²

b - f = —Si— - f = _£ (2).

a - f a - f

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Aufgrund der Tatsache, daß die Verschiebung der Linse 44 durch die Verschiebung der Hauptlinse ersetzt werden kann, entspricht die Beziehung zwischen der Lage der Hauptlinse relativ zur Bezugsposition (b - f), einem Objektabstand, der in bezug auf die Position der Hauptlinse scharfeinstellbar ist, und der Brennweite f Fig. 5. In Fig. 5 zeigen die Kurven die Beziehung zwischen der Brennweite f und der Lage der Hauptlinse relativ zur Bezugsposition 0 längs .der Ordinate für verschiedene Abstände a von der Hauptlinse zum Objekt. Der Punkt I auf der Ordinate bezeichnet die Lage des Bildauf nahmeeleinents 46. Aus Fig. 5 geht hervor, daß, wenn der Abstand zum Objekt unendlich groß ist, wenn also a = oo _r die Lage der Hauptlinse in der Bezugspositon festgelegt ist (d. h. b - f = O), und zwar unabhängig von der Brennweite, also der Variooptik-Vergrößerung. Wenn das Objekt jedoch näher liegt, ändert sieh die Lage der Hauptlinse in Abhängigkeit von der Brennweite. Wenn die Brennweite maximal ist (wenn also die Vergrößerung der Variooptik maximal ist) , z. B. 70 mm, liegt die Größe der Verschiebung der Hauptlinse, die für die Scharfeinstellung des Objekts im normalen Abstandsbereich von 1 m bis oo erforderlich ist, in einem Bereich von O bis B₁₁ (B₁₁ ist ca. 4,9 mm). Wenn die Brennweite minimal ist (wenn also die Vergrößerung der Variooptik minimal ist), z. B. 10 mm, liegt andererseits die Größe der Verschiebung der Hauptlinse, die für die Scharfeinstellung des gleichen Entfernungsbereichs erforderlich ist, im Bereich von O bis B (B- ist ca. 0,1 mm). Beim Fotografieren über den normalen Abstandsbereich ist der Abstand a von der Hauptlinse zum Objekt erheblich größer als die Brennweite f, so daß die Gleichung (2) im wesentlichen wie folgt geschrieben werden kann:

.'. ί / G O ·'■*

Wenn also der Abstand a des zu fotografierenden Objekts als in einem Bereich von a bis =o liegend eingestellt ist, wird der H öchstbetrag der Verschiebung der Hauptlinse als

aus der Gleichung (3) erhalten. Damit ist die Änderung dieses notwendigen Verschiebebereichs der Hauptlinse infolge der Änderung der Brennweite im wesentlichen proportional dem Quadrat der Zoom-Vergrößerung der Variolinse. Wenn es sich also z. B.um eine Zoom-Vergrößerung von 6 handelt, beträgt der erforderliche Verschiebebereich der Hauptlinse ungefähr das 36fache.

Wenn sich das Objekt bewegt, während des fotografiert wird, oder wenn die Kamera geschwenkt wird, kann der Differenzerfasser 26 fehlerhaft arbeiten und den Motor in eine solche Richtung treiben, daß eine unscharfe Einstellung resultiert.

Um die Bewegung des Motors in die falsche Richtung, die zu einem Unscharfezustand führt, durch den vorher erwähnten fehlerhaften Betrieb des Differenzerfassers 26 od. dgl. zu minimieren, hat der automatische Scharfeinstellbetrieb für den normalen Entfernungsbereich zuum Objekt (z. B. 1 m bis ο« ) bevorzugt die Funktion, den Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der Brennweite zu begrenzen. Wenn z. B. die Brennweite mit 70 mm, 40 mm und 10 mm eingestellt ist, ist der Verschiebebereich der Hauptlinse auf 0-4,9 mm, 0-1,6 mm bzw. 0-0,1 mm begrenzt, so daß es möglich ist, die fehlerhafte Bewegung des Motors zu minimieren. Durch Begrenzen des Verschiebebereichs der Hauptlinse wird einerseits Energie, die zum Antreiben der Hauptlinse benötigt wird, eingespart, und andererseits wird das Objekt innerhalb kürzerer Zeit scharfeingestellt.

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Zur Durchführung dieser Operationen sind die Kennlinien von Fig. 5 als Formel oder Tabelle in dem Hauptlinsen-Verschiebebereich-Lesekreis 40 enthalten. Nach Maßgabe des vom Zoomlageerfasser 38 erzeugten Ausgangssignals, das die Brennweite bezeichnet, wird der Verschiebebereich der Hauptlinse aus dem Lesekreis 40 ausgelesen, so daß der Motor 30 durch das Motoräntriebsglied so gesteuert wird, daß die Hauptlinse innerhalb des ausgelesenen Verschiebebereichs in bezug auf das Ausgangssignal des Hauptlinsen-Lageerfassers 34 verschoben wird, wodurch der Betrag der Verschiebung der Hauptlinse für die Durchführung der Scharfeinstellung minimiert wird. ■

Beim Fotografieren im makroskopischen oder Nahaufnahmebereich, wo die Entfernung zum Objekt z. B. einige cm bis 1 m beträgt, wird dagegen der Verschiebebereich der Hauptlinse nicht nach Maßgabe der Brennweite begrenzt, sondern die Hauptlinse ist bis zu einer Maximalposition B (= ca. 4,9 mm) verschiebbar, und zwar unabhängig von der Brennweite. Auf diese Weise wird im Vergleich zu dem Fall, in dem der Verschiebebereich begrenzt ist, der für eine Aufnahme kürzestmögliehe Abstand zum Objekt stark verringert. Es sei angenommen, daß der kürzeste Abstand zum Objekt beim Fotografieren innerhalb des normalen Abstandsbereichs χ m beträgt, daß die Zoom-Vergrößerung y, der größte Abstand der Hauptlinse von der Bezugslage B_TT und der kürzeste

2 noch fotografierbare Abstand zum Objekt ca. x/y beträgt.

D. h., wenn der· kürzeste Abstand zum Objekt beim Fotografieren . innerhalb des normalen Entfernungsbereichs.1 m liegt und die Zoom-Vergrößerung 6 ist, ist die kürzeste fotografierbare Entfernung zum Objekt beim Fotografieren im Nahbereich ca. 2,8 cm.

Um diese Operation durchzuführen, wird gemäß Fig. 2 der Druckknopfschalter 32 geschlossen und wählt die Nahaufnahme-Betriebsart, wodurch der Verschiebebereich der Hauptlinse gemäß der Auslesung durch den Hauptlinsen-Verschiebebereich-Lesekreis 40 auf 0-B₁₁ eingestellt wird.

Die Kurven von Fig. 5 können nach Maßgabe des Blendenöffnungsgrads korrigiert werden. Wenn der Öffnungsgrad der Blende 12 kleiner wird, wird der Verschiebebereich der Hauptlinse, der für das Fotografieren im normalen Entfernungsbereich erforderlich ist, enger. Daher kann der Lesekreis 40 nach Maßgabe des Ausgangssignals des Blendenerfassers 36 den Verschiebebereich der Hauptlinse korrigieren oder einen gespeicherten Korrekturwert auslesen.

Nachstehend wird die automatische Scharfeinstellung im normalen Entfernungsbereich und im Nahaufnahmebereich erläutert. Wie vorstehend erläutert, bestehen der Differenzerfasser 26, das Motorantriebsglied 28 und der Lesekreis für den Hauptlinsen-Verschiebebereich aus einem Kleinrechner 50 (z. B. HMCS44 oder HMCS45 von Hitachi Ltd.). Fig. 6 zeigt den Aufbau des Kleinrechners 50, wobei die Ausgänge des Detektors 24, des Hauptlinsen-Lageerfasers 34, des Blendenerfassers 36 und des Zoomlageerfassers 38 über Analog-Digital-Umsetzer (ADU) 52, 54, 56 und 58 einem Ein-Ausgabeglied (E/A-Glied) 62 zugeführt werden. Der Ausgang des Druckknopfschalters 32 wird dem E/A-Glied 62 direkt zugeführt. Das E/A-Glied 62, die ZE 64, ein ROM 66 und ein RAM 68 sind miteinander über Datenbusse verbunden. Der Ausgang des E/A-Glieds 62 ist über einen Digital-Analog-Umsetzer (DAU) 60 mit dem Motor 30 verbunden.

Die Arbeitsweise des automatischen Scharfeinstellsystems wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 8 erläutert. Dieser Ablauf wird nach Maßgabe des im ROM 66 gespeicherten Programms durchgeführt.

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In Schritt 102 wird geprüft, ob der Druckknopfschalter 32 eingeschaltet ist. Wenn er eingeschaltet ist, wird entschieden, daß Nahaufnahme-Fotografieren gewählt wurde, und das Programm geht zu Schritt 108. Wenn der Schalter 32 abgeschaltet ist, wird entschieden, daß Fotografieren im normalen Entfernungsbereich gewählt-ist, und das Programm geht zu Schritt 104.

In Schritt 104 wird die Brennweite vom Zoomlageerfasser 38 abgenommen, wonach in Schritt 106 der Höchstwert des Verschiebebereichs der Hauptlinse (Maximalwert der Lage der Hauptlinse) B_m entsprechend der in Schritt 106 ausgelesenen Brennweite (f_m) aus dem ROM 66 gelesen wird, der (vgl. Fig. 7) den Maximalwert des Verschiebebereichs der Hauptlinse entsprechend jeder Brennweite von Fig. 5 für das Fotografieren im normalen Entfernungsbereich speichert.

In Schritt 114 wird der in Schritt 106 erfaßte Maximalwert B- der Lage der Hauptlinse in einer vorbestimmten Adresse des RAM 68 gespeichert, wobei auch der Minimalwert, nämlich die Nullage der Hauptlinse, gespeichert wird.

Wenn der Druckknopfschalter 32 eingeschaltet ist, wird entschieden, daß Fotografieren im Nahbereich gewählt wurde, und das Programm geht zu Schritt 108, wo die Brennweite f aus dem Ausgang des Zoomlageerfassers 38 über den ADU 58 erfaßt wird.

In Schritt 110 wird entschieden, ob die ausgelesene Brennweite f kleiner als eine maximale Brennweite f„ für den Nahaufnahmebereich, die im ROM gespeichert ist, ist. Wenn

f_m kleiner oder gleich f_g ist, wird entschieden, daß die Brennweite f_m einen solchen Wert hat, daß Nahaufnahmen möglich sind, und das Programm geht zu Schritt 112, so daß

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ein Maximalwert B„ des Verschiebebereichs der Hauptlinse für Nahauf nahinen, der im ROM gespeichert ist, ausgelesen und in einer vorbestimmten Adresse des RAM in Schritt 114 gespeichert wird. Der RAM speichert auch den Minimalwert, d. h. die Nullage des Verschiebebereichs bei der Nahaufnahme. B_M kann einen Wert gleich einem Maximalwert B_n (B₁₁ im Fall von Fig. 5) des Verschiebebereichs für Aufnahmen im normalen Entfernungsbereich annehmen.

Wenn f^ größer als f_s ist, wird entschieden, daß Fotografieren innerhalb des normalen Entfernungsbereichs gewählt wurde, und das Programm geht zu Schritt 106.

Wenn, wie insbesondere in Fig. 5 zu sehen ist, die Brennweite f größer als ein Sollwert f (z. B. 50 mm) ist, ist die für eine Aufnahme nächstmögliche Entfernung zum Objekt mit der Maximalposition der Hauptlinse so groß (ca. 0,5 m bei f = 50 mm), daß eine Nahaufnahme unmöglich ist. Infolgedessen wird in einem solchen Fall das Fotografieren innerhalb des normalen Entfernungsbereichs bevorzugt.

In Schritt 106 wird der Motor 30 in eine vorbestimmte Richtung angetrieben. Schritt 118 dient dem Auslesen der Position der Hauptlinse durch den ADU 54 aus dem Ausgang des Hauptlinsen-Lageerfassers 34, und die ausgelesene Lage wird im RAM 68 gespeichert.

In Schritt 120 wird im RAM 68 eine Fokusspannung V gespeichert, die vom Detektor 24 durch den ADU 52 zugeführt wird. Dieser Schritt des Auslesens der Fokusspannung wird in regelmäßigen Zeitabständen von z. B. 1/60 s durchgeführt.

In Schritt 122 wird die Differenz zwischen der in Schritt 120 ausgelesenen Fokusspannung V und einer im RAM gespei-

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cherten und während des vorhergehenden Ausleseschritts der Fokusspannung ausgelesenen Fokusspannung, d. h. V- V_n-1 = V_n, errechnet.

In Schritt 124 wird geprüft, ob die so erhaltene Differenz AV größer als Null ist, und wenn sie gleich oder größer als Null ist, geht das Programm zu Schritt 128; ist die Differenz AV kleiner als Null, geht das Programm zu Schritt 126.

In Schritt 126 wird die Routine zur Erfassung des Scheitels der durch die Fokusspannung gebildeten Kurve entsprechend Fig. 2 ausgeführt. Gemäß einer Methode zur Erfassung des Kurvenscheitels wird der Motor rückwärts angetrieben, wenn die Eingangsspannung vom Differenzerfasser 26 sich zur negativen Seite ändert, und der Motor wird wieder in Rückwärtsrichtung angetrieben, wenn sich die Eingangsspannung wiederum zur negativen Seite ändert,wie bereits erläutert wurde; dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt. Eine weitere bekannte Methode kann zur Erfassung des Scheitelpunkts der Fokusspannung angewandt werden. Wenn der Höchstwert der Fokusspannung auftritt, wird die Hauptlinse in eine dementsprechende Lage verschoben, wodurch die Optik scharfeingestellt wird.

In Schritt. 128 wird geprüft, ob die Position b der Hauptlinse innerhalb des in Schritt 114 in den RAM gesetzten Verschiebebereichs der Hauptlinse liegt, also zwischen dem Höchstwert B (^B _M) ^un^ ^^em Minimalwert Null. D. h., es wird geprüft, ob die Position der Hauptlinse b , die in Schritt 118 ausgelesen wurde, die Beziehung B (B_M) ^ b_m^ 0 erfüllt. Wenn B_m (B_M) έ b_m k 0, so geht das Programm zu Schritt 116 zurück, in dem der Motor weiter in derselben Richtung getrieben wird, so daß die Routine von Schritt 118 und den folgenden Schritten durchgeführt wird.

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Wenn die Beziehung B_m (B_M) = b_m = 0 nicht erfüllt ist, wird entschieden, daß die Position der Hauptlinse außerhalb des Verschiebebereichs derselben liegt, und das Programm geht zu Schritt 130, in dem der Motor in Gegenrichtung getrieben wird, so daß die Hauptlinse in ihren Verschiebebereich gebracht wird. Dann geht das Programm zu Schritt 116 zurück, in dem der Motor 30 in dieselbe Gegenrichtung getrieben wird, so daß Schritt 118 und die folgenden Schritte ausgeführt werden.

Wie vorstehend erläutert, wird die Scharfeinstellung durchgeführt, indem die Hauptlinse verschoben wird, und der Verschiebebereich der Hauptlinse wird zwischen dem Fotografieren innerhalb des normalen Entfernungsbereichs und Nahaufnahmen dadurch geändert, daß der Druckknopfschalter ein- und ausgeschaltet wird, so daß sowohl für die Normalentfernung als auch für Nahaufnahmen eine automatische Scharfeinstellung durchgeführt wird.

Ferner wird beim Fotografieren im normalen Entfernungsbe-. reich der Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der Brennweite geändert, wodurch eine fehlerhafte Scharfeinstellung vermieden wird, die sonst etwa durch Verschwenken der Kamera od. dgl. hervorgerufen werden könnte. Bei Nahaufnahmen wird ferner die Maximalposition des Verschiebebereichs der Hauptlinse nicht geändert, sondern unabhängig von der Brennweite auf einen vorbestimmten Maximalwert eingestellt, wodurch der kleinste zu fotografierende Abstand zum Objekt verkürzt wird.

Beim Fotografieren im normalen Entfernungsbereich kann der Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe des Öffnungsgrads der Blende korrigiert werden. Dabei werden zuerst in dem RAM die Änderungen des Maximal- und des Minimalwerts des

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Hauptlinsen-Verschiebebereichs in bezug auf die Änderungen des Blendenöffnungsgrads gespeichert. Nach Schritt 106 wird der Blendenöffnungsgrad vom Blendenerfasser 3 6 abgelesen, so daß der Maximal- und der Minimalwert des Verschiebebereichs, die in Schritt 106 gelesen wurden, nach Maßgabe des Blendenöffnungsgrads korrigiert und im RAM gespeichert werden.

Wenn ein Digitalmotor wie etwa ein Impulsmotor 30 eingesetzt wird, sind der Hauptlinsen-Lageerfasser 34 und der ADU 54 nicht erforderlich, da die Lage der Hauptlinse durch Zählen der an den Impulsmotor angelegten Antriebsimpulse erfaßbar ist.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung wird der Verschiebebereich der Hauptlinse für Nahaufnahmen auf 0 bis B (B_M = B) eingestellt, so daß die Scharfeinstellung bis zu einem unendlich fernen Objekt möglich ist. Stattdessen kann der Minimalwert des Verschiebebereichs auf einen von Null verschiedenen endlichen Wert (z. B. 1 mm) eingestellt werden, so daß der Hauptlinsen-Verschiebebereich dadurch verkleinert wird, was eine fehlerhafte Scharfeinstellung bei Nahaufnahmen reduziert.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann der Druckknopfschalter 32 ungeachtet der Brennweite manuell ein- und ausgeschaltet werden. Um die Handhabbarkeit zu verbessern, indem die Operation einer Heim-Videokamera od. dgl. für den Normalverbraucher vereinfacht wird, kann jedoch der Druckknopfschalter 32 auch so aufgebaut sein, daß er nur innerhalb eines bestimmten Bereichs der Zoom-Position betätigbar ist. ■

Ferner kann ein Betätigungsschalter zum direkten Drehen des Motors 30 dem Ausführungsbespiel nach Fig. 2 zugefügt

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werden, wodurch die manuelle Scharfeinstellung ermöglicht wird. In diesem Fall ist natürlich ein manueller Automatik-Umschalter für die Umschaltung zwischen automatischer und manueller Scharfeinstellung erforderlich.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, ein Videosignal von einer Videokamera für das automatische Scharfeinstellsystem zu verwenden; das System ist auch bei anderen Scharfeinstellsystemen einsetzbar, z. B. unter Nutzung eines Reflexionssignals eines auf ein Objekt abgestrahlten Ultraschallsignals.

Wie vorstehend erläutert, ist ein manueller Schalter zur Wahl zwischen Normalentfernungs-Aufnahmen und Nahaufnahmen vorgesehen, und wenn Normalentfernungs-Aufnahmen gewählt werden, ist der Hauptlinsen-Verschiebebereich auf den kleinsten Bereich begrenzt, der für die Durchführung einer Scharfeinstellung über den Normalentfernungsbereich ausreicht, wodurch eine Energieeinsparung in bezug auf den Motor, eine Verkürzung der Zeitdauer für die Scharfeinstellung, die Vermeidung eines fehlerhaften Betriebs, der zu einer Unscharfe führt, sowie eine lange Lebensdauer der mechanischen Teile für den Antrieb der Hauptlinse erzielbar sind. Wenn andererseits Nahaufnahmen gewählt werden, ist der Hauptlinsen-Verschiebebereich unbegrenzt, wodurch die noch fotografierbare nächste Entfernung zum Objekt verkürzt wird. Damit hängt die Erfindung nicht von der Art des Scharfeinstellsystems ab und kann auch bei anderen Scharfeinstellsystmen Anwendung finden.

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Claims

Ansprüche

1. Automatisches Scharfeinstellsystem für eine Videokamera mit Zoom-Funktion,
gekennzeichnet durch einen Geber (24), der ein automatisches Scharfeinstellsignal nach Maßgabe einer Zoom-Lage einer Variooptik (4-10) der Videokamera erzeugt;

einen Motor (30) zum Verschieben mindestens eines Teils einer Hauptlinse der Variooptik (4-10);

- einen Motorstellkreis (28) zur Durchführung einer automatischen Scharfeinstellung durch Verstellen des Motors (30) nach Maßgabe des automatischen Scharfeinstellsignals;

- einen Schalter (32), der selektiv zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist zur Auslösung von Aufnahmen in einem Normalentfernungsbereich bzw. in einem Nahaufnahmebereich; und

- eine Hauptlinsen-Verschiebebereich-Steuereinheit (40), die den Motorstellkreis (28) so steuert, daß der Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der gewählten Betriebsart des Schalters (32) festgelegt wird und

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dadurch der Motorstellkreis (28) so steuerbar ist, daß die Hauptlinse innerhalb des festgelegten Verschiebebereichs verschoben wird.

2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Scharfeinstellsignal-Geber (24) ein der Feinheit eines Fernsehbilds entsprechendes Signal aus einem Videosignal extrahiert, das das von der Videokamera aufgenommene Bild repräsentiert, und das extrahierte Signal als automatisches Scharfeinstellsignal bereitstellt, und daß der Motorstellkreis (28) den Motor (30) so steuert, daß das automatische Scharfeinstellsignal maximiert wird.

3. System nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

eine Einheit (38) zum Erfassen einer Brennweite durch Erfassung der Zoomlage der Variooptik (4-10), wobei die Verstellbereichs-Steuereinheit (40) den Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der erfaßten Brennweite steuert, wenn der Schalter (32) die Normalentfernungsbereichs-Betriebsart wählt, und den Verschiebebereich ungeachtet der erfaßten Brennweite auf einen vorbestimmten Bereich einstellt, wenn der Schalter (32) die Nahaufnahmebereichs-Betriebsart wählt.

4. System nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

eine Einheit (38) zum Erfassen einer Brennweite durch Erfassung der Zoomlage der Variooptik (4-10), wobei, wenn der Schalter (32) die Nahaufnahmebereichs-Betriebsart wählt, die Verschiebebereichs-Steuereinheit (40) den Verschiebebereich der Hauptlinse auf einen dem Normalentfernungsbereichs-Betrieb entsprechenden Bereich dann einstellt, wenn die erfaßte Brennweite größer als ein vorbestimmter Wert ist.

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5. System nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen Betätigungsschalter, der selektiv zwischen einem ersten Zustand zur Auslösung des manuellen Antriebs der Hauptlinse und einem zweiten Zustand zur Auslösung des Motorantriebs der Hauptlinse umschaltbar ist.

6. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verschiebebereichs-Steuereinheit (40) einen Speicher enthält, in dem Verschiebebereiche für Aufnahmen im Normalentfernungsbereich und im Nahaufnahmebereich gespeichert sind, wobei die Verschiebebereichs-Steuereinheit (40) den Verschiebebereich aus dem Speicher nach Maßgabe der vom Schalter (32) gewählten Betriebsart ausliest und den Motorstellkreis (28) so beeinflußt, daß die Hauptlinse innerhalb des ausgelesenen Verschiebebereichs verschoben wird.

7. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verschiebebereichs-Steuereinheit (40) einen Speicher enthält, in dem ein erster Verschiebebereich speicherbar ist, der sich nach Maßgabe der erfaßten Brennweite für den Normalentfernungsbereichs-Betrieb ändert, und in dem ein zweiter Verschiebebereich für den Nahaufnahmebereichs-Betrieb speicherbar ist, wobei die Verschiebebereichs-Steuereinheit (40) den ersten Verschiebebereich, der nach Maßgabe der erfaßten Brennweite festgelegt ist, ausliest, wenn der Schalter (32) die Normalentfernungsbereichs-Betriebsart wählt, und ungeachtet der erfaßten Brennweite den zweiten Verschiebebereich ausliest, wenn die Nahaufnahmebereichs-Betriebsart gewählt ist, wodurch der Motorstellkreis (28) so beeinflußbar ist, daß er die Hauptlinse innerhalb des ausgelesenen Verschiebebereichs verschiebt.

8. Automatisches Scharfeinstellsystem für eine Videokamera mit Zoom-Funktion,

gekennzeichnet durch

- einen Geber zum Erzeugen eines automatischen Scharfeinstellsignals nach Maßgabe einer Zoomlage einer Variooptik (4-10) der Videokamera;

einen Motor (30)zum Verschieben mindestens eines Teils einer Hauptlinse der Variooptik (4-10); einen Schalter (32), der selektiv zwischen einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist, in der Aufnahmebetrieb innerhalb eines Normalentfernungsbereichs bzw. innerhalb eines Nahaufnahmebereichs erfolgt; und einen Motorstellkreis zum Steuern des Motors (30) nach Maßgabe des automatischen Scharfeinstellsignals und der vom Schalter (32) gewählten Betriebsart, - wobei der Motorstellkreis einen Rechner (50) enthält, der einen Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der vom Schalter (32) gewählten Betriebsart festlegt und dadurch eine automatische Scharfeinstellung bewirkt, indem der Motor (30) nach Maßgabe des automatischen Scharfeinstellsignals so gesteuert wird, daß die Hauptlinse innerhalb des festgelegten Verschiebebereichs verschoben wird.

9. System nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Geber (24) für das automatische Scharfeinstellsignal ein der Feinheit eines Fernsehbilds entsprechendes Signal aus einem Videosignal extrahiert, das das von der Videokamera aufgenommene Bild repräsentiert, und das extrahierte Signal als das automatische Scharfeinstellsignal zur Verfugung stellt, und daß der Rechner (50) den Motor (30) so steuert, daß das automatische Scharfeinstellsignal maximiert wird.

10. System nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch

eine Einheit (38) zum Erfassen einer Brennweite durch Erfassung der Zoomlage der Variooptik (4-10), wobei der Rechner (50) den Verschiebebereich der Hauptlinse nach Maßgabe der erfaßten Brennweite begrenzt, wenn der Schalter (32) die Normalentfernungsbereichs-Betriebsart wählt, und den Verschiebebereich ungeachtet der erfaßten Brennweite auf einen vorbestimmten Bereich einstellt, wenn der Schalter (32) die Nahaufnahmebereichs-Betriebsart wählt.

11. System nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch'

eine Einheit (38) zum Erfassen einer Brennweite durch Erfassung der Zoomlage der Variooptik (4-10), wobei der Rechner (50), wenn der Schalter (32) die Nahaufnahmebereichs-Betriebsart wählt, den Verschiebebereich der Hauptlinse auf einen Bereich einstellt, der dem Normalentfernungsbereichs-Betrieb entspricht, wenn die erfaßte Brennweite einen vorbestimmten Wert übersteigt.

12. System nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch

einen Betätigungsschalter, der selektiv zwischen einem ersten Zustand zur Auslösung eines manuellen Antriebs der Hauptlinse und einem zweiten Zustand zum motorischen Antrieb der Hauptlinse umschaltbar ist.

13. System nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Rechner (50) einen Speicher (66) aufweist, in dem Verschiebebereiche für Aufnahmen im Normalentfernungsbereich und im Nahaufnahmebereich speicherbar sind, und den Verschiebebereich aus dem Speicher (66) nach Maßgabe der durch

den Schalter (32) gewählten Betriebsart ausliest und den Motor (30) derart steuert, daß die Hauptlinse innerhalb des ausgelesenen Verschiebebereichs verschoben wird.

14. System nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Rechner (50) einen Speicher aufweist, in dem ein erster Verschiebebereich, der sich nach Maßgabe der erfaßten Brennweite für den Normalentfernungsbereichs-Betrieb ändert, und ein zweiter Verschiebebereich für den Nahaufnahmebereichs-Betrieb speicherbar sind, und den ersten Verschieb ebereich, der nach Maßgabe der erfaßten Brennweite bestimmt ist, ausliest, wenn der Schalter (32) die Normalentfernungsbereichs-Betriebsart wählt, und den zweiten Verschiebebereich ungeachtet der erfaßten Brennweite ausliest, wenn die Nahaufnahmebereichs-Betriebsart gewählt ist, wodurch der Motor (30) so steuerbar ist, daß die Hauptlinse innerhalb des ausgelesenen Verschiebebereichs verschiebbar ist.