DE3443558A1 - Automatische scharfeinstelleinrichtung - Google Patents

Description

"ΠεΟΤΚΕ - BüHLING - KlNWE^ GrUJ>E f?~l· KESSE SS

Vertreter beim EPA «JJ·

^. Dipl.-Ing. H. Tiedtke f

HeLLMANN - UlRAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne -2- Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams 3 // 3 5 5 8 Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 240: 8000 München 2

Tel.:089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent Müncher

29. November 1984 DE 4452

Canon Kabushiki Kaisha

Tokio, Japan Automatische Scharfeinstelleinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf automatische Scharfeinst eLLeinrichtungen und insbesondere auf aktive automatische ScharfeinsteLLeinrichtungen für die automatische ScharfeinsteLLung eines optischen Systems durch das Projizieren eines SignaLs auf ein Objekt und das Erfassen des von dem Objekt refLektierten SignaLs.

In der US-PatentanmeLdung Nr. 536 369, die der japanischen PatentanmeLdung Sho 57-171923 entspricht, wurde eine automatische ScharfeinsteLLeinrichtung für Videokameras vorgeschLagen, bei der die Videokamera mit einem aktiven automatischen ScharfeinsteLLmechanismus ausgestattet ist, bei weLchem aLs LichtqueLLe eine Infrarot-Leuchtdiode für den nahen Infrarotbereich eingesetzt wird. Bei dieser Einrichtung wird der Umstand genutzt, daß die Hochfrequenzkomponente eines VideosignaLs einen Spitzenwert erreichen kann, wenn das ObjektbiLd scharf eingesteLLt ist, wobei die Einrichtung in der Weise arbeitet, daß nach

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dem Abschluß der Scharfeinstellung mit dem aktiven automatischen Scha rf einsteIImechanismus die Hochfrequenzkomponente des Videosignals auf Änderungen überwacht wird, um zu ermitteln, ob bei den periodisch wiederkehrenden BiI-dem das Bild scharf eingestellt ist oder nicht. Falls das Bild unscharf wird, wird der aktive automatische Scharfeinstellmechanismus wieder in Betrieb gesetzt, um den Scharfeinstellungsvorgang zu wiederholen. Der Einsatz dieser Einrichtung bietet nicht nur die Möglichkeit, daß selbst bei einer Bewegung des Objekts nach der Scharfeinstellung der Scharfeinstellzustand wieder hergestellt wird, sobald das Bild unscharf wird, sondern macht auch ein fortgesetztes Speisen der Leuchtdiode nach der Scharfeinstellung des Bilds unnötig, wodurch der elektrische Leistungsverbrauch herabgesetzt werden kann.

Bei dieser Einrichtung wird jedoch nach der Scharfeinstellung für das erste Bild die Ermittlung, ob das zweite Bild scharf eingestellt ist oder nicht, allein in Abhängigkeit von dem Wert der Hochfrequenzkomponente des Videosignals getroffen. Daher hat diese Einrichtung folgenden Mangel:

Wenn beispielsweise bei dem Schwenken der Kamera ein anderes Objektbild erfaßt wird und dabei die Hoc hfrequenzkomponente des Videosignals zunimmt, wird trotz des Umstands, daß das tatsächliche Bild unscharf ist, eine Scharfeinstellung ermittelt, so daß es nicht mehr möglich ist, die Scharfeinstellung automatisch auszuführen.

In Anbetracht dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine automatische Scharfeinste I Ieinrichtung zu schaffen, die immer eine zuverlässige und genaue Scharfeinstellung gewährleistet, während der elektrische Leistungsverbrauch herabgesetzt wird.

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Die erfindungsgemäße Gestaltung wird bei einer aktiven automatischen Scharfeinstelleinrichtung angewandt, bei der ein Signal auf ein Objekt projiziert wird und das von dem Objekt reflektierte Signal erfaßt wird, um ein optisches System scharf einzustellen, und die nach dem Abschluß der Scharfeinstellung des optischen Systems außer Betrieb gesetzt wird; die Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen automatischen Scharfeinstelleinrichtung mit einer ersten Erfassungseinrichtung, die Videosignale für das Objekt zum Ermitteln des Umstands aufnimmt, daß das Bild des Objekts unscharf geworden ist, und mit einer zweiten Erfassungeinrichtung gelöst, die die Videosignale für das Objekt zur Ermittlung des Umstands aufnimmt, daß sich das Bild des Objekts bewegt hat, wobei durch mindestens eines der Ausgangssignale der ersten und der zweiten Erfassungseinrichtung die Scharfeinstelleinrichtung wieder für einen aktiven Scharfeinstellvorgang in Betrieb gesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs-2obeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltbild der automatischen Scharfeinstelleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Sucherteil der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung.

Fig. 3 A bis 3M zeigen Kurvenformen von hauptsächlichen Ausgangssignalen in der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung für die automatische Scharfeinstellung eines Aufnahmeobjektivs 1 mit einer Infrarot-Leuchtdiode 2 für den nahen Infrarotbereich_/einer Projektionslinse 3, einem

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Lichtsensor 4 mit zwei Zerlegungszellen, einer Sammellinse 5 und einem Elektromotor 6 als Antriebszelle für die automatische Scharfeinstellung. Mit dem Aufnahmeobjektiv 1 ist axial ein Farbfilter 7 ausgefluchtet, dem eine Drei-5fachelektroden-Einröhren-Farbkamera 8 nachgesetzt ist welche Verarbeitungsschaltungen 9 , 10 und 11 für Blausignale, Grünsignal bzw. Rotsignale, eine Matrixschaltung 12 und einen Farbcodierer 13 aufweist. Ein Schaltglied 21, ein Hochpaßfilter 22, ein Integrator 23, eine Ab-

lOfrage/Halteschaltung 24, ein Zwischenspeicher 25 und ein Vergleicher 26 bilden eine erste Erfassungseinrichtung für die Ermittlung, ob das Objektbild scharf eingestellt ist oder nicht. Ein Schaltglied 31, ein Integrator 32, eine Abfrage/Halteschaltung 33, ein Zwischenspeicher 34 und ein VergLei eher 35 bilden eine zweite Erfassungseinrichtung für die Ermittlung, ob sich das Objekt bewegt. Mit 41 ist ein ODER-Glied bezeichnet, während mit 51 eine Steuerschaltung für die automatische Scharfeinstellung bezeichnet ist. Die Fig. 2 zeigt ein Bildfeld 61 eines Suchers der mit der Einrichtung nach Fig. 1 ausgestatteten Videokamera mit einer Rechteckfläche 62, innerhalb der aus dem Videosignal ermittelt wird, ob das Objektbild unscharf wird, und mit einem Entfernungsmeßpunkt 63 für die aktive automatische Scharfeinstellung.

Die Einrichtung mit dieser Gestaltung arbeitet folgendermaßen: Die Infrarot-Leuchtdiode 2 wird eingeschaltet und es wird mittels der Projektionslinse 3 auf ein (nicht gezeigtes) Aufnahmeobjekt ein Lichtpunkt projiziert. Das Reflexionslicht von diesem Lichtpunkt wird mittels der Sammellinse 5 aufgenommen, so daß der Lichtpunkt auf dem Lichtsensor 4 abgebildet wird. Sobald sich das Aufnahmeobjektiv 1 axial bewegt, werden die Leuchtdiode 2 und der Lichtsensor 4 in Querrrichtung bewegt. Eine Servoregelung

35mit geschlossenem Regelkreis wirkt in der Weise, daß bei

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der Scharfeinstellung das Punktbild in der Querrichtungs-Mitte des Lichtsensors 4 liegt. Wenn der Scharfeinstellungszustand herbeigeführt ist, wird die Stromversorgung der Infrarot-Leuchtdiode 2 abgeschaltet. Dieser Betriebs-Vorgang der aktiven Scharfeinstelleinrichtung wird mittels der Steuerschaltung 51 gesteuert. Es ist anzumerken, daß das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement gleichzeitig bewegt werden und daß bei der Scharfeinstellung das Entfernungsmeßfeld immer in der Mitte der Bildfeldfläche liegt.

Die Dreifachelektroden-Einröhren-Farbkamera 8 erzeugt mit dem Farbfilter 7 , das vertikale Blaufilter-, Grünfilter- und Rotfiltei—Streifen hat, an den Ausgängen der jeweiligen Verarbeitungsschaltungen 9, 10 bzw. 11 ein Blausignal B, ein Grünsignal G und ein Rotsignal R, welche durch die Matrixschaltung 12 in Signale B-Y, Y und R-Y umgesetzt werden, wobei Y ein Helligkeitssignal ist, welches durch Y=O,11B+O,59G+O,3R gegeben ist. Diese Signale werden in dem Farbcodierer 13 so zusammengesetzt, daß kombinierte Farbvideosignale erzeugt werden.

Hierbei wird mittels des Schaltglieds 21 das Signal Y für die Rechteckfläche 62 herausgezogen und es wird im weiteren dessen Hoc hfrequenzkomponente mittels des Hochpaßfilters 22 herausgezogen, dessen Ausgangssignal in Fig. 3C gezeigt ist. Dieses Signal wird dann für ein Vollbild mittels des Integrators 23 gemäß der Darstellung in Fig. 3D integriert und mittels der Abfrage/Halteschaltung 24 gespeichert. Danach wird durch eine Signal aus der Steuerschaltung 51 in dem Zwischenspeicher 25 derjenige Datenwert gespeichert, der dann erzielt wird, wenn das Aufnahmeobjektiv den Scharfeinstellungszustand erreicht. Die Fig. 3E und 3F zeigen die Kurvenformen des Ausgangssigna I s der Abfrage/Halteschaltung 24 bzw. des Ausgangssigna I s des

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!Zwischenspeichers 25. Dieses Ausgangssignal wird mittels des Vergleichers 26 mit dem Datenwert für das nächste Vollbild verglichen. Wenn der Datenwert größer ist, wird das Bild als unscharf bewertet, wobei der Vergleicher 26 ein Ausgangssignal hohen Pegels erzeugt. Nach Fig. 3G hat das Ausgangssignal des Vergleichers 26 den niedrigen Pegel, da das Ausgangssignal der Abfrage/HaLteschaItung 24 höher als das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 25 ist. Ferner wird mittels des Schaltglieds 31, das eine gleichartige Funktion wie das Schaltglied 21 hat, das Signal R-Y für die Rechteckfläche 62 herausgezogen und dann für ein Vollbild mittels des Integrators 32 integriert sowie mittels der Abfrage/Halteschaltung 33 gespeichert. Danach wird durch das Signal aus der Steuerschaltung 51 in dem Zwischenspeicher 34 der Datenwert gespeichert, der dann erzielt wird, wenn das Aufnahmeobjektiv den Scha rfeinste I-lungszsutand erreicht. Die Fig. 3H bis 3K zeigen jeweils Ausgangs- und Eingangssignale dieser Schaltungen. Das gespeicherte Signal wird mittels des Vergleichers 35 mit

20dem Datenwert für das nächste Vollbild verglichen. Wenn sich der Farbton des Objekts geändert hat, gibt der Vergleicher 35 ein Ausgangssigna I hohen Pegels gemäß Fig. 3L ab, womit bewertet wird, daß sich das Objekt bewegt hat. Dadurch erzeugt dann, wenn die Hochfrequenzkomponente des Signals Y für das Objekt abnimmt oder wenn sich der Farbton des Objekts geändert hat, das ODER-Glied 41 ein Ausgangssignal hohen Pegels, das an die Steuerschaltung 51 angelegt wird, welche daraufhin wieder die Stromversorgung der Leuchtdiode 2 einschaltet. Daher wird mittels der

30aktiven ScharfeinsteI Leinrichtung wieder die Scharfeinstellung ausgeführt.

Es ist anzumerken, daß für die Erfassung einer Signaländerung mittels des Vergleichers 26 oder 35 ein Bezugspegel gewählt werden kann, das um einen vorgeschriebenen Wert

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niedriger als das Zwischenspeichersignal ist, was den Vorteil hat, daß die Ersparnis elektrischer Leistung gesteigert wird und der Betrieb stabilisiert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel wurde zwar als Beispiel für die Farbvideokamera die Dreifachelektroden-Farbkamera genannt, jedoch besteht selbstverständlich für die erfindungsgemäße Gestaltung keine Einschränkung auf diese Ausführung; vielmehr kann die erfindungsgemäße Scharfeinstelleinrichtung auch bei anderen Kamerarten angewandt werden, wie z.B. bei der Frequenzaufteilungs-Ausführung, der Phasenaufteilungs-Ausführung und der Energiestufen-Ausführung. Ferner kann außer der beschriebenen Einröhren-Kamera (EinpI atten-Kamera) eine Kamera mit drei Röhren (drei Platten) verwendet werden.

Ferner können als Maßnahme zur Bestimmung der Schärfe oder Unscharfe des Objektbilds andere Verfahren als das vorstehend beschriebene angewandt werden, wie beispielsweise das

20^erfahren, bei dem die Hochfrequenzkomponente genutzt wird. D.h., es kann gemäß der Beschreibung in der japanischen Patentanmeldung Sho 58-708 die Steuerung so vorgenommen werden, daß der Absolutwert der Differenz zwischen einem zeitlich verzögerten Videosignal und einem unver-

25zögerten Videosignal herangezogen wird, nämlich das Verfahren zur Nutzung des Zeitdifferenzsignals angewandt wird. Ein weiteres Verfahren besteht darin, gemäß der Beschreibung in der JP-OS Sho 47-37634 die Steuerung derart vorzunehmen, daß der differenzierte Wert des Video-

3QSignals maximal wird. Ein nächstes Verfahren besteht in der Nutzung des Differenzsignals zwischen den benachbarten Auflösungszellen gemäß der Beschreibung in der JP-OS Sho 56-62210.

35Ferner ist es auch möglich, als Verfahren zum Ermitteln

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einer Bewegung oder Änderung des Objekts aus dem Videosignal statt des vorstehend beschriebenen, nämlich des Verfahrens, bei dem das Farbdifferenzsignal wie das Signal R-Y oder B-Y benutzt wird, verschiedenerlei andere Verfahren anzuwenden. Beispielsweise könne/Ί die Videosignale für das Objekt in binäre Form umgesetzt werden und zum Ermitteln einer Bewegung des Objekts die zeitlichen Änderungen dieses binären Bildsignals ausgewertet werden. Ein weiteres Verfahren besteht darin, zum Herausgreifen von Umrißlinien des Objekts die erste oder zweite Ableitung des. Videosignals für das Objekt heranzuziehen. Durch die Auswertung von Änderungen dieser Umrißlinien wird eine Bewegung des Objekts ermittelt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird erfindungsgemäß bei der aktiven automatischen Scha rfei ns te I Leinrichtung, von der bei der Inbetriebnahme ein Signal auf ein Objekt projiziert wird und das von dem Objekt reflektierte Signal erfaßt wird, bis ein optisches System scharf eingestellt ist, und die durch das Erreichen des ScharfeinsteL lungszustands des optischen Systems automatisch außer Betrieb gesetzt wird, eine erste Erfassungeinrichtung, die durch Verarbeiten des Videosignals für das Objekt ermittelt, daß das Bild des Objekts unscharf wird und eine zweite Erfassungeinrichtung benutzt, die durch Verarbeiten des Videosignals für das Objekt eine Versetzung des Bilds des Objekts erfaßt, wobei die Inbetriebnahme der aktiven automatischen Scharfeinstellennrichtung durch mindestens eines der Ausgangssignale der ersten und der zweiten

gO Erfassungseinrichtung gesteuert wird. Daher ermöglicht es die erfindungsgemäße Schar feinste I Leinrichtung, trotz einer Beschränkung des elektrischen Leistungsverbrauchs auf ein Mindestmaß zu gewährleisten, daß der Scha rfeinstellungsvorgang jedesmal wiederholt wird, wenn das ο ρ tische System nicht mehr scharf eingestellt ist.

Claims (2)

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   Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münchei

   29. November 1984 DE 4452 Patentansprüehe.

   M-/ Aktive automatische Scharfe insteLLeinrichtung mit einer Vorrichtung zum Projizieren von Licht auf ein Objekt und einer Lichtempfangsvorrichtung zum Erfassen von reflektiertem Licht, gemäß deren SignaL ein optisches Aufnahmesystem scharf eingesteLLt wird, nach dessen Scharfeinstellung der Einstellvorgang beendet wird, gekennzeichnet durch eine erste Erfassungseinrichtung (21 bis 26) für das Erfassen des Umstands, daß ein Bild des Objekts unscharf geworden ist, eine zweite Er fassungseinrichtung (31 bis 35) für das Erfassen des Umstands, daß sich das Bild des Objekts bewegt hat, und eine Schaltung (41) zum Erzeugen eines Einschaltsignals für die Scharfeinstelleinrichtung gemäß dem Ausgangssignal der ersten und/oder zweiten Erfassungseinrichtung.
2. 2. Scharfeinstelleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Videosignal-Formungseinrichtung (7 bis 12) zum Umsetzen von Signalen für ein über das optische Aufnahmesystem (1) aufgenommenes Bild in Videosignale, die von der ersten und der zweiten Erfassungseinrichtung (21 bis 26, 31 bis 35) aufgenommen werden.

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