DE3424134A1

DE3424134A1 - Autofokussierverfahren

Info

Publication number: DE3424134A1
Application number: DE19843424134
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Kawasaki Kanagawa Ohno; Ikuya Yokohama Kanagawa Tsurukawa
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1985-01-03
Also published as: US4561747A; JPH0672973B2; JPS6011809A; DE3424134C2

Description

Anwaltsakte; 33 569

Die Erfindung betrifft ein Autofokussierverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1_; und betrifft insbesondere ein cVerfahren, das bei einem Autofokus-System einer photographischen Kamera anwendbar ist.

Es ist ein Autofokussierverfahren bekannt, bei welchem Licht, das von einem aufzunehmenden Gegenstand reflektiert worden ist, über eine Linse oder Linsenanordnung, die in eine Scharfeinstellposition zu bringen ist, auf ein Paar Festkörper-Bildsensoren geleitet wird,und bei welchem die Linse oder Linsenanordnung in Richtung der optischen Achse entsprechend einer Korrelation zwischen den Ausgängen von den Festkörper-Bildsensoren verschoben wird. Ein Beispiel hierfür weist das

TCL-System von Honeywell auf.

Bei diesem herkömmlichen Autofokussierverfahren wird angenommen, daß der Ausgang von jedem der beiden Festkorper-Bildsensoren dasselbe Funktionsformat schafft, so daß es hoch empfindlich bezüglich Rauscheinflüssen ist. Wenn ferner Ausgangskenndaten einer Anzahl photoelektrischer Elemente der jeweiligen Festkörpersensoren gestreut werden, werden die Ausgänge, welche eigentlich dasselbe Funktionsformat haben sollten, durch eine derartige Streuung verzerrt und unterscheiden sich voneinander. Aus^diesem Grund wird daher gefordert, einen Festkörper-Bildsensor ohne Streuwirkung in den Ausgangskenndaten seiner photoelektrischen Elemente für die jeweils paarweise angeordneten Festkörper-Bildsensoren zu verwenden. Da jedoch die Ausbeute bei der Her-30

stellung eines derartigen Festkörper-Bildsensors niedrig ist, ist es schwierig, die Kosten für einen solchen Festkörper-Bildsensor zu senken, so daß die Kosten eines solchen Autofokussiersystems dadurch hoch getrieben werden.

Darüber hinaus wird in diesem herkömmlichen Autofokussierverfahren die Korrelation zwischen den Ausgängen der paarweise verwendeten Festkörper-Bildsensoren durch.die folgende

Gleichungsfunktion berechnet:

0 (i) = Σ {( A(n) - B( η + 1 + i ))^k n=a i-

wobei A(n) und B(n) Ausgänge von den entsprechenden Festkörper-Bildsensoren für η = 1 - N sind, wobei N die Anzahl photoelektrischer Elemente in jeder der Festkörper-Bildsensoren anzeigt, und α, ß und k Einstellwerte sind. Wie aus dem Aufbau der Auswertefunktion zu erkennen ist, wird sie durch den Kontrast eines aufzunehmenden Gegenstandes beeinflußt. Wenn.folglich der Kontrast gering ist, werden beispielsweise solche Nachteile hervorgerufen, wie eine

Verschlechterung in der Scharfeinstellgenauigkeit und eine beträchtliche Zeitverzögerung bei der Ausführung eines scharf eingestellten Zustandes.

Durch die Erfindung sollen die vorstehend beschriebenen

Nachteile der herkömmlichen Verfahren und Systeme beseitigt werden, und gemäß der Erfindung soll ein Autofokussierverfahren geschaffen werden, welches bezüglich Rauscheinflüssen empfindlich ist, und welches nicht nachteilig durch den Kontrast eines scharf einzustellenden Gegenstandes beeinflußt wird. Darüber hinaus soll gemäß dej: Erfindung ein Autofokussierverfahren und -system geschaffen werden, welches in vorteilhafter Weise bei einem Autofokusmechanismus einer photographischen Kamera angewendet werden kann.

^ow Gemäß der Erfindung ist dies bei einem AutofoWissierverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen

— 6 —
^ im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Gesamtaufbaus eines Auto-

fokussiersystems gemäß einer Ausführungsform der c Erfindung, und

Fig. 2 ein Flußdiagramm einer Schrittfolge in dem Autofokus sierverfahren der Erfindung.

Das Autofokussierverfahren gemäß der Erfindung weist als Abtastschritt ein Abtasten jedes der beiden Festkörper-Bildsensoren, als ümsetzschritt eine Analog-Digital-(A/D)Umsetzung, einen Fourier-Transformationsschritt, einen Faltungsschritt, einen Spitzenwert-Feststellschritt, um die Größe einer Verschiebung einer Linse oder Linsenanordnung aus den Faltungsergebnissen zu bestimmen, und einen Verschiebungsschritt auf, um die Linse in eine Scharfeinstellposition zu verschieben.

Nach einem Durchgang durch eine Linse oder eine Linsenan-Ordnung, welche in die Scharfeinstellpostion zu bringen ist, trifft das Licht auf ein Paar Festkörper-Bildsensoren auf. Während des Abtastschrittes wird dieses Licht durch jeden der paarweise angeordneten Festkörper-Bildsensoren abgetastet, so daß ein Ausgang in zeitlich gesteuerter Folge entsprechend

der Intensitätsverteilung des Lichts erzeugt wird. Dieser 25

Ausgang wird dann einer A/D-Umsetzuhg unterzogen, wobei der analoge Ausgang in eine digitale Größe umgesetzt wird. Die auf diese Weise erhaltene digitale Größe wird dann einer Fourier-Transformation unterzogen, und diese Ergebnisse

werden dann der Faltungsoperation unterzogen. Entsprechend 30

den Ergebnissen, die bei diesem Faltungsschritt erhalten worden sind, wird die Verschiebungsstrecke für die Linse, die in die Scharfeinstellposition zu bringen ist, bei dem Spitzenwert-Feststellschritt bestimmt. Schließlich wird bei dem

Schritt, bei welchem die Linse oder Linsenanordnung zu ver-35

schieben ist, aufgrund der auf diese Weise bestimmten Verschiebung die Linse oder Linsenanordnung in die Scharfein-

—/ —
Istellposition gebracht bzw. verschoben.

Nunmehr wird das Grundprinzip der Erfindung im einzelnen beschrieben. Wenn zwei Funktionen p(x) und q(x) vorhanden sind, 5besteht eine Methode, die Ähnlichkeit zwischen dem zwei Funktionen zu bewerten, darin, die folgende Gleichung zu verwenden:

Φ (ξ) = / { P(x) - q(x - ξ)} ² dx (1)

Im Prinzip wird bei der Erfindung diese Methode angewendet. 10Wenn die vorstehende Gl. (1) entwickelt wird, ergibt sich:

Φ (ξ) = / { P(X) } ²dx + /{g(x -ς)} ² dx

- 2 /p(x)q(x - ξ)άχ · (2)

Dies kann dann in folgender Form modifiziert werden:

Φ (ξ) - ( /{p(x)} ² dx + /{q(x -ξ )}² dx ]

2 /p(x)q(x -ζ )dx ]

¹ /{p(x)> dx + /{q(x "ζ )} dx 20

Nunmehr wird der Faktor in dem zweiten Term der Gl. (3) einer näheren Betrachtung unterzogen; dieser lautet:

2S P(X) q (X -ξ )dx

1 - 5 = (4).

/ip(x)}^ dx + /{q(x -ξ )}^Z dx

Die vorstehende Gl. (4) wird 0, wenn ς = 0 und p(x) gleich q(x) ist. Dies ist der Zustand, bei welchem zwei von derselben Funktion einander überlagert sind.

Hierbei sollen ! (x) und q(x) Funktionen sein, die als Ausgänge von einem Paar Festkörper-Bildsensoren erhalten worden sind. Da das Licht, das auf jeden der beiden Festkörper-Bildsensoren von demselben Gegenstand ausgeht, der scharf einzustellen oder aufzunehmen ist, und durch eine Linse oder Linsenanordnung hindurchgeht, welche in die Scharfein-

Istellposition zu bringen ist, sollten p(x) und q(x) in Aufbau und Format selbst bei dem Vorhandensein einer Streuung in den Ausgangskenndaten der photoelektrischen Elemente in jedem der Sensoren ähnlich sein. In Anbetracht dessen sollte,

5wenn der maximale Wert des zweiten Terms in der Gl. (4), welcher folgendermaßen lautet:

2/ ρ (x) g (χ - ς )dx

/{p(x)}² dx + /{q(x -ξ )}² dx

näher bei eins ist, die Fokussierlinse ebenfalls näher bei der Scharfeinstellposition sein.und folglich sollte in Abhängigkeit davon, daß sich bei diesem Wert der Maximalwert 15der Gl. (5) ergibt, die Verschiebungsstrecke der Linse oder Linsenanordnung bestimmt werden können.

Darüber hinaus sind, wie vorstehend beschrieben, p(x) und q(x) ähnliche Funktionen, und somit ist, wenn p(x) eine periodische Funktion ist, auch g(x -Ä eine periodische Funktion mit derselben Periode. Folglich haben der Zähler und der Nenner in der vorstehenden Gl. (5) einen gemeinsamen periodischen Faktor. Selbst wenn somit eine Periodizität in p(x) und q(x -/) vorhanden ist, die vorstehende Gl. (5)

25nichts mit Periodizität zu tun.

Eine überprüfung des Aufbaus des Zählers in der Gl. (5) zeigt, daß die Fourier-Transformation dieses Nenners ein Produkt von Fourier-Transformationen von p'(x) and q(-x) entsprechend dem bekannten Überlagerungstheorem ist. Folglich ist es beim Berechnen der vorstehend wiedergegebenen Gl. (5) günstig, p(x) und q(x) vor der Berechnung einer Fourier-Transformation zu unterziehen, und danach erst die Berechnung durchzuführen, um die inverse Fourier-Transformation auszuführen.

Nunmehr wird die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In Fig. 1 ist in Blöcken ein Autofokussiersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei trifft Licht L das von demselben scharf einzustellenden oder aufzunehmenden Gegenstand durch eine (nicht dargestellte) Fo-

ökussierlinse kommt, auf ein Paar Festkörper-Bildsensoren A und B auf. Bekanntlich weist jeder der Bildsensoren A und B eine Anzahl N photoelektrischer Elemente auf, wie dem Fachmann bekannt ist.

Nunmehr wird an jedem der beiden Festkörper-Bildsensoren A und B eine Abtastung durchgeführt, so daß die Lichtintensität, die von jedem der photoelektrischen Elemente empfangen worden ist, in eine Reihe von Ausgangssignalen umgesetzt wird, wie A(1) , A(2) , . . . . (A(n) ,. . ., (A(N) und B(D , B (2) , . . . , (B(n)...., B(N). Diese Ausgangssignale A(n) und B(n) wobei η gleich 1 - N ist, werden dann einem A/D-Umsetzer zugeführt, um in digitale Werte A'(n) und B¹(n) umgesetzt zu werden, welche, dann einer Fourier-Transformationseinheit zugeführt werden, um dort der Fourier-Transformation unterzogen zu werden. Das heißt A¹(n) und B'(n) werden auf die folgende Weise fourier-transformiert:

Nl _x

F₁ (U) = _Σ 2 X χ α· (η) X cos (2ττ Χ X u X η)

n=l N * "N

Nl 1

F₂ (u) = l 2 X X A¹ (η) X sin (2 π Χ XuXn)

n=l N N

Nl' 1

G,(u) = Σ 2 X X B¹ (η) X cos(2 π X X u X η)

η=1 N N

Nl 1

G₂(U) = Σ 2 X X Β· (η) X sin (2 ττ X X u X η)

η=1 N N

- 10 -

""IU""

wobei u = 0/ 1, 2,..., M ist und M eine ganze Zahl ist, welche gleich oder kleiner als (N/2) - 1 und eine Einstellzahl ist, die in angemessener Weise aus dem Ortsfrequenz-Komponentenverhältnis eines aufzunehmenden Gegenstandes und der Ansprechgeschwindigkeit bei einem Autofokussiervorgang bestimmt ist.

Ausgänge F₁(U), F₂(u), G₁(U) und G-(U) von der Fourier-Transformationseinheit, wobei u = 0, 1, 2, ..., M, ist, werden dann einer Faltungseinheit zugeführt, wo mit diesen Werten eine Faltung durchgeführt wird. Das heißt, in der

Faltungseinheit werden die folgenden Werte aus F₁(U), F_(u), und G₂(u) berechnet:

M F

₀ « [Jj₁ (F₁(U)) ² + (F₂(U)) ² )

^G0 ⁼ U-I i^Gl^(U)) ⁺ {^G2^(U))

·

F(U) = ( F₁(U) X G₁(U) + F₂(U) X G₂(U) )

G(U) «( F₂(U) X G₁(U) - F₁(U) X G₂(U) )

Mit Hilfe dieser Werte wird dann die folgende Gleichung be rechnet:

2 M -^:Ψ^: '·'■ ■■■

f*g s χ ( j F(U)CpS(Ut).+ G (U) sin (ut) )

F_n + G_n

0 0

wobei f*g der vorher beschriebenen Gl. (5) entspricht.

Das Ergebnis f*g wird dann in zeitlich gesteuerter Folge bei einem vorbestimmten Abstand in der Veränderlichen t ausgegeben. Das heißt, wenn gegeben ist, daß t^ = XTI ist, wobei bei Verwendung eines Taktes T I = 1 - I_n und i = 1 . ist, X" eine Konstante und I = 1, 2, 3... I,../In eine

• : ■ .· - 11 -

positive ganze Zahl ist, wobei wiederum In ein eingestellter Wert ist, werden f*g(t_±) = L(I) in zeitlich gesteuerter Folge in der Reihenfolge von.I = 1, 2_f... ausgegeben und einer Spitzenwert-Bestimmungseinheit zugeführt, in welcher die Spitzenwertbestimmung auf die folgende Weise durchgeführt wird.

Das heißt, wie in dem Ablauf, der in dem Ablaufdiagramm der Fig. 2 dargestellt ist, werden die nacheinander zugeführten Größe L) 1) , L(2) , L(3) ,..., L(I) ,..., L(Si) nacheinander miteinander verglichen, um dadurch einen Maximalwert L(MAX) festzustellen. Das I, welches L(MAX) ergibt, wird als I(MAX) bezeichnet, welches dann mit vorher eingestellten Werten C. und C₂ verglichen wird, wobei bestimmt wird, ob gilt:

I(MAX) > C₁,

I(MAX) < C₂, oder

C₁ > I(MAX) > C₀.
' ²

Das heißt, die Werte von C₁ und C₂ werden so eingestellt, daß, wenn I(MAX) größer als· C ist, dies den zu nahen Zustand anzeigt; wenn andererseits I(MAX) kleiner als C₂

ist, zeigt dies den zu weit entfernten Zustand an. Wenn 25

folglich I (MAX) größer C₁ ist ode» I(MAX) kleiner als C₂ ist, dann muß die Linse oder Linsenanordnung verschoben werden, um so den Scharfeinstellzustand zu erhalten. Die Größe einer Bewegung oder Verschiebung der Linse oder

Linsenanordnung wird dann entsprechend I(MAX) bestimmt, 30

welches dann einem Paar Dekodierer zugeführt wird, von denen einer mit einem Linsenanordnungsantrieb verbunden ist, um die Linse in die Scharfeinstellposition zu bringen, und von welchen die andere mit einer Anzeige verbunden ist, welche

den nicht-scharfeingestellten Zustand, nämlich zu nahe oder 35

zu weit, entsprechend anzeigt. Der vorstehend beschriebene Ablauf wird dann wieder rechts von dem Beginn eines Abtast-

- 12 -

Ischrittes durchgeführt. Wenn andererseits C. < I (MAX) < C_ ist/ dann wird der scharf eingestellte Zustand erhalten, so daß die Linse oder Linsenanordnung nicht mehr bewegt zu werden braucht. In diesem Fall wird dann der scharf eingestellte Zu-

5 stand angezeigt.

Ende der Beschreibung

- Leerseite -

Claims

BERG ■ STAPF ."SCHWABE ^5ANDMAIR MAUERKIRCHERSTRASSE 45 ■ 8000 MÜNCHEN 80 3 £ 2 4 1 3 4 Anwaltsakte: 33 569 Ricoh Company/ Ltd. Tokyo / Japan Autofokussierverfahren Patentansprüche

1.Autofokussierverfahren, bei welchem eine Linse oder Linsenanordnung, durch welche Licht von einem interessierenden Gegenstand hindurchgeht und auf ein Paar Festkörper-Bildsensoren
auftrifft, entlang der Richtung einer optischen Achse der
Linse oder Linsenanordnung entsprechend einer Korrelation zwischen Ausgängen von den Bildsensoren verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Festkörper-

1OBildsensoren abgetastet wird, um dadurch entsprechende Ausgänge A(n) und B(n) zu erzeugen;

die Ausgänge A(n) und B(n) in digitale Daten A*(n) und B'(n)
umgesetzt werden;
Fourier-Transformationen F-(u), F₃(U), G₁(U) und G₃(u) mit

15Hilfe der folgenden Gleichungen berechnet werden:

VII/XX/Ktz - 2 -

* (089) 98 82 72 - 74 Telex: 5 24 560 BERG d Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 700 202 70)

Telegramme (cable): Telekopierer: (089) 983049 Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

BERGSTAPFPATENT Münrhpn KaIIp Infntor· RWI flr ll + lll Ρλλ.λ(.«λ us.-k™ cm« an» m. ■> 7μ,«λ.λ,

-2-1

N 1 · 1

F₁ (u) ■ Σ 2 X X A¹ (η) X cos (2 π X XuXn)

η=1 N N

Nl, 1

F₂(U) = Σ 2 X X A¹ (η) X είη(2π X X u X η)

η=1 N N

Nl 1

G₁ (U) = Σ 2 X X B¹ (η) X Οθ3(2π X X u X η)

η=1 N ■ N

Nl 1

G₂(U) = Σ 2 X X B¹ (η) X sin(2?r X X u X η)

η=1 N N

wobei N die Anzahl von photoelektrischen Elementen in jedem der beiden Festkörper-Bildsensoren ist, u = 0,1,2, ...., M ist und M eine ganze Zahl ist, welche gleich oder kleiner als(N/2) - 1 ist; die folgenden Werte F_Q, G_Q, F(u) und G(u) aus den Werten F₁(U), F₀(u), G₁(U) und G₀(u) berechnet wer-

I « I λ!»

den:

V= utl'i^{-^Fl^(u)> ² * 20

M ₂

^G0 ⁼ u=l'Li G₁(U)) + (G₀(U))

F(U) = ( F₁(U) X G₁(U) + F₂(U) X G₂(u) ) G(U) = ( F₀(U) X G₁(U) - F₁(U) X G₀(U) ); 2 1.12

der folgende Wert f*g mit Hilfe der Werte F., G_Q, F(u) und G(u) in einer zeitlich gesteuerten Folge in einer vorbestimmten Zeitperiode für eine veränderliche t auf folgende

Weise berechnet wird: 30

2 M
f*g = χ ( _Σ F(u)cos(ut) + G (u) sin (ut) ) _und

*o ^Go ^u *

eine Verschiebungsgröße der Linse oder Linsenanordnung entsprechend einem Wert der Veränderlichen t bestimmt wird, welches einen Maximalwert für den Wert f*g ergibt, wobei, wenn die Größe einer auf diese Weise bestimmten Verschiebung

— 3 —

außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, die Linse oder Linsenanordnung in eine Scharfeinstellposition entsprechend der auf die diese Weise bestimmten Verschiebung verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlich gesteuerte Folge beim Berechnen des Wertes f*g festgelegt wird durch

t_± =XTI,

wobei "K eine Konstante, T eine Taktperiode, I eine positive

ganze Zahl 1 - I_n, i eine positive ganze Zahl 1-1 und

I ein eingestellter Wert ist, wodurch der Wert f*g(t.) = L(I)

anschließend für I = 1, 2 ,... berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Veränderlichen t, die einen Maximalwert für f*g ergibt, durch Vergleichen der L(I) miteinander bestimmt wird und als I(MAX) bezeichnet wird, welcher dann mit einem Paar vorbestimmter Werte C. und C₂ verglichen wird, um dadurch einen zu nahen Zustand anzuzeigen, wenn I(MAX) größer als C₁ ist, um einen zu weit entfernten Zustand anzuzeigen, wenn I(MAX) kleiner als C₂ ist, und um einen scharf eingestellten Zustand anzuzeigen, wenn I(MAX) größer

als C₁, aber kleiner als C₂ ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeic hn e t, daß die Linse oder Linsenanordnung nur bewegt wird, wenn der Wert I(MAX) entweder größer als C₁ oder kleiner als C₂ ist, und die Verschiebungsstrecke der Linse entsprechend dem Wert I(MAX) bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-η e t, daß ein Fokussier- oder Scharfeinstellzustand angezeigt wird, welcher durch den Schritt des Vergleiche ns von KMAX) mit C₁ und C₂ festgesetzt ist.