DE3783435T2

DE3783435T2 - Automatisches fokussierungsverfahren.

Info

Publication number: DE3783435T2
Application number: DE8787308765T
Authority: DE
Inventors: Kaichiro Nomoto; Yoshichi Ootake; Takashi Shinozaki
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2007-10-03
Also published as: EP0266072A2; EP0266072A3; US4903135A; DE3783435D1; EP0266072B1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zur automatischen Scharfeinstellung und ist insbesondere, aber nicht ausschließlich für Videokameras anwendbar.
Für eine Videokamera ist ein System zur automatischen Scharfeinstellung bekannt, das auf dem Umstand basiert, daß der Spannungspegel einer Hochfrequenzkomponente des Bildsignals dem Schärfegrad des sich ergebenden Bildes entspricht, und in dem die Scharfeinstellung derart erfolgt, daß die als Fokusspannung hergeleitete Spannung den maximalen Pegel annimmt, um die Fokussierlinse in die Scharfeinstellungslage zu bringen. Ein solches System zur automatischen Scharfeinstellung ist beispielsweise in dem 1965 veröffentlichten "NHK TECHNICAL RESEARCH REPORT", Band 17 (Nr. 1) oder in dem im November 1982 veröffentlichten "TELEVISION ACADEMY TECHNICAL REPORT ED" beschrieben, wobei zwei Fokusspannungen, die entsprechend der Bewegung der Fokussierlinse in einer Richtung entlang der optischen Achse derselben ermittelt werden, aufeinanderfolgend abgefragt und hinsichtlich des Pegels miteinander verglichen werden und gemäß dem Vergleichsergebnis die Fokussierlinse derart gesteuert wird, daß sie die Scharfeinstellungslage in Bezug auf ein Objekt einnimmt. Allgemein ändert sich entsprechend der Bewegung der Fokussierlinse der Pegel der Fokusspannung derart, daß eine im wesentlichen der Gaußschen Kurve gleichartige Kurve in Bezug auf die maximale Fokusspannung aufgenommen wird, die erhalten wird, wenn die Fokussierlinse die Scharfeinstellungslage einnimmt.
Daher ist die Änderungsrate des Fokusspannungspegels nicht konstant, d. h., die Änderungsrate ist im Bereich niedrigeren Pegels und ferner im Bereich höheren Pegels verringert. Dies ergibt ein Problem insofern, als deswegen, weil die Pegeldifferenz zwischen den beiden Fokusspannungen in den Bereichen niedrigeren und höheren Pegels zu klein wird, Schwierigkeiten bezüglich des genauen Messens der Differenz zwischen den beiden Fokusspannungspegeln und damit bezüglich des Gewährleistens einer hohen Zuverlässigkeit bei der automatischen Scharfeinstellung auftreten.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes System zur automatischen Scharfeinstellung zu schaffen, das eine genaue und zuverlässige automatische Scharfeinstellung unabhängig von der Fokusspannungsänderung ermöglicht, bei der die Pegeländerungsgeschwindigkeit verringert ist, sobald sich das Fokussierlinsensystem der Scharfeinstellungslage nähert.
In den "IEEE Transactions on Consumer Electronics", Band CE-29, Nr.3, Seiten 376 bis 382 ist ein Fokussierautomatiksystem vorgeschlagen, bei dem die Linse als Tiefpaßfilter mit veränderbarer Grenzfrequenz benutzt wird, welche sich entsprechend der Unscharfeinstellung verringert.
Erfindungsgemäß wird ein System zur automatischen Scharfeinstellung geschaffen, das ein Fokussierlinsensystem und eine Bildaufnahmevorrichtung zum Umsetzen von darauf von einem Objekt her über das Fokussierlinsensystem einfallenden Lichtstrahlen in ein entsprechendes elektrisches Signal enthält und das eine an die Bildaufnahmevorrichtung angeschlossene Filtereinrichtung zum Entnehmen einer vorbestimmten Hochfrequenzkomponente aus dem elektrischen Signal, eine an die Filtereinrichtung angeschlossene Detektoreinrichtung zum Erfassen einer der entnommenen vorbestimmten Hochfrequenzkomponente entsprechenden Fokusspannung, deren Pegel sich entsprechend der Lage des Fokussierlinsensystems derart ändert, daß er ein Maximum annimmt, wenn das Fokussierlinsensystem die Scharfeinstellungslage einnimmt,
eine Stellvorrichtung zum Verstellen des Fokussierlinsensystems in beiden Richtungen längs der optischen Achse desselben und
eine Steuereinrichtung aufweist, die an die Detektoreinrichtung angeschlossen ist, um aufeinanderfolgende Fokusspannungen mit jeder von einer Vielzahl von Bezugsspannungen zu vergleichen, die stufenweise ansteigen, und die an die Stellvorrichtung angeschlossen ist, um die Stellvorrichtung entsprechend dem Vergleichsergebnis derart zu steuern, daß das Fokussierlinsensystem die Scharfeinstellungslage bezüglich des Objekts einnimmt,
wobei die Steuereinrichtung in Anwendung erfaßt, daß eine erste und eine zweite der Fokusspannungen jeweils gleich einer ersten bzw. zweiten Bezugsspannung sind, und dann, wenn die erste und die zweite Bezugsspannung einander gleich sind, die Stellvorrichtung derart steuert, daß das Fokussierlinsensystem auf den mittleren Punkt zwischen der der ersten Bezugsspannung entsprechenden Lage und der der zweiten Bezugsspannung entsprechenden Lage eingestellt wird, und dann, wenn die zweite Bezugsspannung höher als die erste Bezugsspannung ist, die Stellvorrichtung derart steuert, daß sich das Fokussierlinsensystem kontinuierlich bewegt, bzw. dann, wenn die erste Bezugsspannung höher als die zweite Bezugsspannung ist, die Stellvorrichtung derart steuert, daß das Fokussierlinsensystem in eine Lage bewegt wird, die der ersten Bezugsspannung entspricht.
Die automatische Scharfstelleinrichtung ist derart gestaltet, daß die Scharfeinstellung entsprechend der aus einer vorbestimmten Hochfrequenzkomponente des elektrischen Signals erhaltenen Fokusspannung aufgrund des Umstands erfolgt, daß der Pegel der Fokusspannung der Schärfe des sich ergebenden Bildes entspricht. Die Fokusspannung kann aufeinanderfolgend mit jeder von einer Vielzahl von Bezugsspannungen verglichen werden, die in stufenweiser Steigerung vorbestimmt sind. Das Fokussierlinsensystem kann entsprechend dem Vergleich zwischen der mit einer der Fokusspannungen übereinstimmenden ersten Bezugsspannung und der mit der anderen Fokusspannung übereinstimmenden zweiten Bezugsspannung hinsichtlich der Lage derart gesteuert werden, daß es sich der Scharfeinstellungslage nähert. Wenn die erste und die zweite Bezugsspannung im Pegel einander gleich sind, wird das Fokussierlinsensystem auf den Mittelpunkt zwischen den Lagen gesteuert, die der ersten und der zweiten Bezugsspannung entsprechen.
Vorzugsweise weist die Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung eine Verstärkungsregelschaltungseinrichtung auf, die zwischen die Filtereinrichtung und die Detektoreinrichtung geschaltet ist und die derart gestaltet ist, daß ihre Verstärkung entsprechend einem Verstärkungsregelsignal stufenweise um einen vorbestimmten Wert verringert wird, wodurch die Fokusspannung in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird, wobei die Steuereinrichtung die Pegeldifferenz zwischen der Vielzahl von Bezugsspannungen derart steuert, daß sie sich stufenweise entsprechend dem bei der Verstärkungsregelung bestimmten Verstärkungsausmaß ändert. Es ist auch vorteilhaft, daß in der automatischen Scharfeinstellungseinrichtung die Steuereinrichtung die Fokusspannung derart verstärkt, daß der Verstärkungsgrad entsprechend dem Verstärkungsausmaß bei der Verstärkungsregelung bestimmt ist.
Die Aufgabe und die Merkmale der Erfindung werden leichter aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen
Fig. 1 eine Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung ist,
Fig. 2 bis 4 Darstellungen für die Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der Fokusspannung und den Bezugsspannungen sind,
Fig. 5A und 5B Ablaufdiagramme sind, die eine bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführte Funktion eines Mikrocomputers veranschaulichen,
Fig. 6 eine Blockdarstellung eines zweiten und dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist,
Fig. 7 und 8 Darstellungen für die Beschreibung des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels sind und
Fig. 9A, 9B und 10 Ablaufdiagramme sind, die die bei dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ausgeführten Prozesse veranschaulichen.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen automatischen Scharfstelleinrichtung dargestellt, die in eine Videokamera eingebaut ist. Die automatische Scharfstelleinrichtung enthält ein optisches Linsensystem 6, das ein afokales Linsensystem 5 und ein Fokussierlinsensystem 1 umfaßt und das zum Ausführen eines Scharfstellvorgangs durch Bewegen des Fokussierlinsensystems 1 in den Richtungen entlang der optischen Achse, d. h., in den in der Fig. mit Pfeilen A und B dargestellten Richtungen mittels eines Schrittmotors 2 gestaltet ist. Das Fokussierlinsensystem 1 kann zum Bewegen bis zu dem Maximum bei einem aufzunehmenden Objekt bei der Scharfeinstellung auf Unendlich gestaltet sein. Der Schrittmotor 2 wird im Ansprechen auf den Beginn des Scharfstellvorgangs angetrieben und die Lage der Fokussierlinse 1 auf der optischen Achse wird mittels eines an dem Schrittmotor 2 angebrachten nicht gezeigten Drehkodierers erfaßt, aus dem ein die Lage anzeigendes Signal S1 einem Mikrocomputer 3 zugeführt wird. Andererseits erreichen Lichtstrahlen mit optischen Informationen bezüglich eines mit der Videokamera aufgenommenen Objektes nach Hindurchtreten durch das optische Linsensystem 6 eine Bildaufnahmevorrichtung (CCD) 7, die durch optoelektrische Umsetzung ein den optischen Informationen entsprechendes elektrisches Signal 52 erzeugt. Das erzeugte Signal S2 wird durch einen Verstärker 8 verstärkt und einer nicht gezeigten Kameraschaltung sowie ferner einem Bandpaßfilter (BPS) 9 zugeführt. Das Bandpaßfilter 9 leitet aus dem Signal S2 eine vorbestimmte Hochfrequenzkomponente ab und die abgeleitete Hochfrequenzkomponente wird einer Schaltung 10 zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) zugeführt, in der das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 9 unterhalb eines vorbestimmten Pegels gehalten wird, bevor es einem Detektor (DET) 11 zugeführt wird, der eine der Hochfrequenzkomponente des Signals S2 entsprechende Fokusspannung erzeugt. Die Fokusspannung ändert sich gemäß der Darstellung durch E in Fig. 2 entsprechend der Bewegung des Fokussierlinsensystems l von einem Ende zum anderen. Hierbei entspricht der Pegel der Fokusspannung dem Schärfegrad des reproduzierten Bildes und ist am höchsten, wenn das Fokussierlinsensystem 1 in der Scharfeinstellungslage P steht. Die Fokusspannung E wird nach dem Durchlaufen eines Analog/Digital-Wandlers (A/D) 12 dem Mikrocomputer 3 zugeführt.
Der Mikrocomputer 3, der eine Zentraleinheit (CPU), einen Schreib/Lesespeicher (RAM), einen Festspeicher (ROM) usw. enthält, führt aufeinanderfolgend eine Abfrage der Fokusspannung E bei jedem Teilbild des Signals S2 aus und vergleicht die abgefragte Fokusspannung E mit einer Vielzahl von Bezugsspannungen. Die Vielzahl der Bezugsspannungen wird durch stufenweises Erhöhen um einen vorbestimmten Pegel in Bezug auf den Minimalpegel SEmin bestimmt, der von der Leistungsfähigkeit des Detektors 11 oder des Analog/Digital-Wandlers 12 abhängt. Wenn eine abgefragte Fokusspannung En im Pegel im wesentlichen einer Bezugsspannung SEn gleich wird, speichert der Mikrocomputer 3 die Bezugsspannung SEn und gemäß dem Signal S1 die Lage ln des Fokussierlinsensystems 1, und wenn eine andere abgefragte Fokusspannung En+1 im Pegel im wesentlichen einer anderen Bezugsspannung SEn+1 gleich wird, speichert der Mikrocomputer 3 darauf folgend die Bezugsspannung SEn+1 und gemäß dem Signal S1 die Lage ln+1 derselben. Der Mikrocomputer 3 vergleicht die Bezugsspannung SEn mit der Bezugsspannung SEn+1 und steuert das Fokussierlinsensystem 1 hinsichtlich der Lage entsprechend dem Vergleichsergebnis. Im einzelnen führt dann, wenn SEn+1 größer als SEn ist, der Mikrocomputer 3 weiterhin dem Schrittmotor 2 über eine Motortreiberschaltung 13 ein Steuersignal S3 zu, so daß das Fokussierlinsensystem 1 weiter in der gleichen Richtung bewegt wird und die Fokusspannung ansteigt. Dies beruht auf dem Umstand, daß die Fokusspannung den Maximalwert annimmt, wenn das Fokussierlinsensystem 1 die Scharfeinstellungslage einnimmt. Hierbei ist es auch zweckdienlich, daß jeder der Vielzahl der Bezugsspannungen ein Code zugeordnet wird und daß statt des Vergleiches zwischen SEn und SEn+1 hinsichtlich des Pegels der Vergleich zwischen dem Codes ausgeführt wird. Dies ergibt eine Vereinfachung des Betriebsvorganges für das Suchen der Scharfeinstellungslage.
Da sich andererseits gemäß der vorstehenden Beschreibung die Fokusspannung E derart ändert, daß sie den maximalen Pegel annimmt, wenn das Fokussierlinsensystem 1 die Scharfeinstellungslage P einnimmt, wird gemäß Fig. 3 die Fokusspannung E aufeinanderfolgend zweimalig gleich der höchsten Bezugsspannung SEmax, d. h., gleich der dem Maximalwert der Fokusspannung E am nächsten kommenden Bezugsspannung, wenn das Fokussierlinsensystem die Scharfeinstellungslage P durchläuft. Es ist offensichtlich, daß in diesem Fall die Scharfeinstellungslage P des Fokussierlinsensystems 1 auf dem mittleren Punkt zwischen der der ersten Bezugsspannung SEmax entsprechenden Lage und der der zweiten Bezugsspannung SEmax entsprechenden Lage ist. Daher wird bei SEn=SEn+1, d. h., bei SEmax = SEmax das Fokussierlinsensystem 1 zu dem mittigen Punkt zurückbewegt, um die Scharfeinstellungslage p einzunehmen. In dem Fall, daß gemäß Fig. 4 die höchste Bezugsspannung SEmax gleich dem Maximalwert der Fokusspannung E ist, wird die Fokusspannung (Emax) gleich der höchsten Bezugsspannung SEmax, bevor die Fokusspannung (Emax - 1) gleich einer Bezugsspannung SEmax - 1 wird, die im Pegel niedriger als Emax ist, ohne daß die Fokusspannung wieder gleich SEmax wird. Daher wird dann, wenn die Fokusspannung plötzlich gleich einer Bezugsspannung wird, die im Pegel niedriger als die vorangehende Bezugsspannung ist, das Fokussierlinsensystem 1 zu der der höchsten Bezugsspannung SEmax entsprechenden Stellung zurückbewegt, wodurch das Fokussierlinsensystem 1 in die Scharfeinstellungslage gebracht werden kann.
Zum besseren Verständnis wird der vorstehend beschriebene Scharfeinstellungslage-Suchvorgang bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in Fig. 5A und 5B näher beschrieben. Diese Scharfeinstellungslage-Suchroutine beginnt mit einem Schritt 100 zum Einleiten der Bewegung des Fokussierlinsensystems 1 in einer Richtung entlang der optischen Achse. Gleichzeitig mit der Bewegung des Fokussierlinsensystems 1 liest der Mikrocomuputer 3 bei einem Schritt 102 eine Fokusspannung E ein und vergleicht bei einem Schritt 108 eine erhaltene Fokusspannung mit jeder (SEn) von einer Vielzahl von Bezugsspannungen, die im voraus bestimmt und im Festspeicher des Mikrocomputers 3 gespeichert sind. Falls die erhaltene Fokusspannung nicht gleich irgendeiner der Bezugsspannungen ist, vergleicht der Mikrocomputer 3 auf gleichartige Weise die nächste erhaltene Fokusspannung mit jeder der Vielzahl von Bezugsspannungen. Falls sie gleich der Bezugsspannung SEn der Vielzahl von Bezugsspannungen wird, speichert der Mikrocomputer 3 bei einem Schritt 110 die Bezugsspannung oder den der Bezugsspannung SEn entsprechenden Code in ein Register A1 und ferner die Lage Sln des Fokussierlinsensystems 1 zu diesem Zeitpunkt in ein Register B1 ein. Danach liest bei einem Schritt 112 der Mikrocomputer 3 die nächste Fokusspannung E und vergleicht bei einem Schritt 118 eine neuerdings erhaltene Fokusspannung mit jeder SEn der Vielzahl von Bezugsspannungen. Falls die Fokusspannung gleich der Bezugsspannung SEn ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 120 weiter, bei dem der Mikrocomputer 3 die Bezugsspannung SEn oder den der Bezugsspannung entsprechenden Code zu diesem Zeitpunkt sowie ferner die Lage S1n des Fokussierlinsensystems 1 in ein Register A2 bzw. B2 ein. Ein nachfolgender Schritt 122 wird ausgeführt, um den Vergleich zwischen den in den Registern A1 und A2 gespeicherten Bezugsspannungen vorzunehmen und die Pegelbeziehung zwischen diesen zu ermitteln. Falls der Wert von A1 gleich dem Wert von A2 ist, folgt ein Schritt 124, bei dem das Fokussierlinsensystem 1 zu dem Mittelpunkt zwischen den den Werten B1 und B2 entsprechenden Lagen versetzt wird, so daß das Fokussierlinsensystem 1 die Scharfeinstellungslage einnimmt. Falls die Bezugsspannung in dem Register A1 größer als die Bezugsspannung in dem Register A2 ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 126 zum Umkehren der Bewegungsrichtung des Fokussierlinsensystems 1 weiter und kehrt dann zu dem Schritt 102 zurück. Falls die Bezugsspannung in dem Register A1 niedriger als die Bezugsspannung in dem Register A2 ist, werden in einem Schritt 128 die Bezugsspannung in dem Register A2 und die Lage in dem Register B2 jeweils in die Register A1 bzw. B1 umgespeichert, wonach Schritte 130 bis 140 folgen, die den vorangehend genannten Schritten 112 bis 122 entsprechen und deren Beschreibung zur Kürzung weggelassen ist. Falls bei dem Schritt 140 die Bezugsspannung in dem Register A1 gleich der Bezugsspannung in dem Register A2 ist, schreitet die Steuerung zu dem Schritt 124 weiter. Bei A1 < A2 kehrt der Funktionsablauf zu dem Schritt 128 zurück. Bei A1 > A2 schreitet die Steuerung zu einem Schritt 142 weiter, bei dem durch die Entscheidung, daß die vorangehend gespeicherte Bezugsspannung gleich dem Maximalwert der Fokusspannung ist, das Fokussierlinsensystem 1 in die dem Wert in dem Register B1 entsprechende Lage zurückbewegt wird.
Zum Vermeiden der Erfordernis eines Analog/Digital- Wandlers und eines Detektors mit hoher Leistungsfähigkeit ist es vorteilhaft, daß die Fokusspannung durch den Verstärkungsumschaltprozeß in einen vorbestimmten Pegelbereich komprimiert wird. Das Komprimieren der Fokusspannung ergibt jedoch ein Problem, das das Entstehen eines Pendelns zwischen einem Scharf Zustand und einem Unscharfzustand hinsichtlich des reproduzierten Bildes betrifft- da in der Nähe der Scharfeinstellungslage des Fokussierlinsensystems 1 die Änderungsrate der Fokusspannung zu klein wird und daher die Rückkehrstrecke des Fokussierlinsensystems 1 zwischen der Scharfeinstellungslage P und der Lage für SEmax länger wird. Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine automatische Scharfstelleinrichtung, die das Ausschalten dieses dem Komprimieren der Fokusspannung anhaftenden Problems ermöglicht.
Die Fig. 6 ist eine Darstellung der Gestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei Teile, die denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Mol-%1 entsprechen., mit dem gleichen Zahlen und Zeichen bezeichnet sind und zur Abkürzung die ausführliche Beschreibung der Teile weggelassen ist. Nach Fig. 6 enthält das zweite Ausführungsbeispiel gleichermaßen ein optisches Linsensystem 6 mit einem afokalen Linsensystem 5 und einem Fokussierlinsensystem 1, das für die Scharfeinstellung mittels eines Schrittmotors 2 entlang der optischen Achse bewegt wird. Die Lage des Fokussierlinsensystems 1 wird mittels eines an dem Schrittmotor 2 angebrachten nicht gezeigten Drehkodierers erfaßt. Ein die Lage des Fokussierlinsensystems 1 anzeigendes Signal S1 wird von dem Drehkodierer einem Mikrocomputer 3 zugeführt, der eine Zentraleinheit (CPU), einen Schreib/Lesespeicher (RAM), einen Festspeicher (ROM) usw. enthält. Der Schrittmotor 2 wird durch eine Motortreiberschaltung 13 betrieben, die entsprechend einem Steuersignal S3 aus dem Mikrocomputer 3 gesteuert wird. Andererseits erreichen Lichtstrahlen mit optischen Informationen bezüglich eines mit der Videokamera aufgenommenen Objektes nach dem Durchlaufen des optischen Linsensystems 6 eine Bildaufnahmevorrichtung 7. Die Bildaufnahmevorrichtung 7 erzeugt ein elektrisches Signal S2, welches wiederum über einen Verstärker 8 einer Kameraschaltung der Videokamera und ferner einem Bandpaßfilter (BPF) 9 zugeführt wird. Das Bandpaßfilter greift aus dem Ausgangssignal S2 der Bildaufnahmevorrichtung 7 eine vorbestimmte Hochfrequenzkomponente heraus. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 9 wird einer Verstärkungsregelschaltung (oder Verstärkungswählschaltung) 15 zugeführt, die derart gestaltet ist, daß die Verstärkung entsprechend einem Verstärkungsregelsignal S4 aus dem Mikrocomputer 3 gesteuert wird. Die Verstärkung der Verstärkungsregelschaltung 15 wird stufenweise um einen vorbestimmten Wert derart verringert, daß das Ausgangssignal (die Fokusspannung E) eines an die Verstärkungsregelschaltung 15 angeschlossenen Detektors 11 in einem vorbestimmten Bereich mit der oberen Grenze Nmax und der unteren Grenze Nmin gehalten wird, wie es in Fig. 7 durch einen strichpunktierte Linie dargestellt ist, wobei eine ausgezogene Linie in Fig. 7 die Fokusspannung E' im Falle keiner Verstärkungsregelung darstellt. Hierbei erfolgt die Verstärkungsregelung in Stufen derart, daß im Ansprechen auf das Erreichen des oberen Grenzwertes Nmax des vorbestimmten Bereiches die Fokusspannung auf den unteren Grenzwert Nmin verringert wird. Die Fokusspannung E wird über einen Analog/Digital-Wandler 12 dem Mikrocomputer 3 zum Vergleichen mit einer Vielzahl von Bezugsspannungen für das Suchen der Scharfeinstellungslage zugeführt. Ein wichtiger Punkt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Pegeldifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden der Vielzahl von Bezugsspannungen derart bestimmt wird, daß die Differenz größer eingestellt wird, wenn die Verstärkung hoch ist, und die Differenz kleiner eingestellt wird, wenn die Verstärkung niedrig ist. D.h., die Bezugsspannungen werden gemäß Fig. 7 gesteuert, wobei die Pegeldifferenz H zwischen diesen in dem Bereich kleiner ist, in dem die Änderungsrate des Fokusspannungspegels niedriger ist, nämlich in der Umgebung der Scharfeinstellungslage P des Fokussierlinsensystems 1. Als Ergebnis der Steuerung der Differenz H wird die Rückkehrstrecke M verkürzt, um das auf das Zurückkehren des Fokussierlinsensystems 1 zu der Scharfeinstellungslage P zurückzuführende Pendeln zwischen dem Scharfzustand und dem Unscharfzustand zu verhindern.
Obgleich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Differenz H zum Verkürzen der Rückkehrstrecke M gesteuert wird, ist es auch zweckmäßig, die komprimierte Fokusspannung zu expandieren, um die ursprüngliche Spannung wieder herzustellen und sie entsprechend dem Verstärkungsgrad derart zu verstärken, daß sie als die in Fig. 8 mit Ea bezeichnete erhalten wird. In diesem Fall wird die Rückkehrstrecke M gleichfalls verkürzt, ohne daß die Differenz H gesteuert wird. Auf diesem Umstand basiert ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen automatischen Scharfeinstellungssystems. D.h., der Mikrocomputer 3 verstärkt (vervielfacht) die zumindest im niedrigsten Verstärkungszustand komprimierte Fokusspannung auf die ursprüngliche Spannung, wodurch die Änderungsrate der Fokusspannung hinsichtlich des Pegels in der Umgebung der Scharfeinstellungslage P vergrößert wird, so daß die Rückkehrstrecke M verkürzt wird, um das Pendeln zwischen dem Scharfzustand und dem Unscharfzustand zu verhindern. Da eine Schaltungsanordnung des dritten Ausführungsbeispiels zu derjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels mit Ausnahme der Verstärkung der Fokusspannung gleichartig ist, ist zur Kürzung die Beschreibung der Schaltungsanordnung weggelassen.
Die Fig. 9A und 9B sind ein Ablaufdiagramm, das die Funktion des Mikrocomputers 3 bei dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wobei Schritte, die denjenigen in Fig. 5A und 5B entsprechen, mit den gleichen Zahlen bezeichnet sind und die ausführliche Beschreibung derselben weggelassen ist. In Fig. 9A und 9B sind Schritte 104, 106, 114, 116, 132 und 134 hinzugefügt. Bei jedem der Schritte 104, 114 und 132 wird die bei dem jeweils vorangehenden Schritt gelesene Fokusspannung E dahingehend überprüft, ob sie innerhalb des vorbestimmten Bereiches zwischen Nmin und Nmax liegt. Falls die Entscheidung "JA" ist, schreitet die Steuerung zu dem Schritt 108, 118 bzw. 136 weiter. Falls die Entscheidung "NEIN" ist, schreitet die Steuerung zu dem Schritt 106, 116 bzw. 134 weiter. Die Schritte 106, 116 und 134 sind einander gleich und als eine Subroutine in Fig. 10 dargestellt, bei der zuerst ein Schritt 300 ausgeführt wird, um zu ermitteln, ob die aufgenommene Fokusspannung E größer als Nmax ist. In Abhängigkeit davon, ob die Ermittlung bei dem Schritt 300 "JA" oder "NEIN", ist, schreitet die Steuerung jeweils zu einem Schritt 302 bzw. 304 weiter, um das Steuersignal S4 um eine Stufe zum Verringern bzw. Erhöhen der Verstärkung der Verstärkungsregelschaltung 15 zu ändern. Dann werden bei einem Schritt 306 die Register A1, B1, A2 und B2 gelöscht. Die Steuerung schreitet zu einem Schritt 308 zum Einschalten eines Zeitgebers und dann zu einem Schritt 310 zum Ermitteln weiter, ob eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeitspanne kann auf eine Zeitdauer eingestellt werden, die dafür erforderlich ist, das durch die stufenförmige Verstärkungsänderung verursachte Übergangsverhalten auszugleichen, z. B. auf das 2- bis 3-fache des Fokusspannung-Abfrageintervalls (ungefähr 30 bis 50 ms). Nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne kehrt die Steuerung zu dem Schritt 102 oder 128 zurück.
Es ist anzumerken, daß im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels die bei den Schritten 108, 118 und 136 verglichenen Bezugsspannungen SEn zum Zeitpunkt des Vergleichs entsprechend dem Steuersignal S4 verändert sind. Andererseits ist im Falle des dritten Ausführungsbeispiels die bei den Schritten 108, 118 und 136 verglichene Fokusspannung E vor dem Vergleich entsprechend dem Steuersignal 54 verstärkt (multipliziert).
Es ist ersichtlich, daß das vorstehende nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung betrifft und daß beabsichtigt ist, alle diejenigen Änderungen und Abwandlungen der hier zum Zwecke der Beschreibung herangezogenen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung abzudecken, die keine Abweichungen vom Geltungsbereich der Erfindung bilden.

Claims

1. System zur automatischen Scharfeinstellung, das ein Fokussierlinsensystem (1) und eine Bildaufnahmevorrichtung (7) zum Umsetzen von darauf von einem Objekt her über das Fokussierlinsensystem einfallenden Lichtstrahlen in ein entsprechendes elektrisches Signal enthält und das

eine an die Bildaufnahmevorrichtung angeschlossene Filtereinrichtung (9) zum Entnehmen einer vorbestimmten Hochfrequenzkomponente aus dem elektrischen Signal,

eine an die Filtereinrichtung angeschlossene Detektoreinrichtung (11) zum Erfassen einer der entnommenen vorbestimmten Hochfrequenzkomponente entsprechenden Fokusspannung, deren Pegel sich entsprechend der Lage des Fokussierlinsensystems (1) derart ändert, daß er ein Maximum annimmt, wenn das Fokussierlinsensystem die Scharfeinstellungslage einnimmt,

eine Stellvorrichtung (2) zum Verstellen des Fokussierlinsensystems in beiden Richtungen längs der optischen Achse derselben und

eine Steuereinrichtung (3) aufweist, die an die Detektoreinrichtung angeschlossen ist, um aufeinanderfolgende Fokusspannungen mit jeder von einer Vielzahl von Bezugsspannungen zu vergleichen, die stufenweise ansteigen, und die an die Stellvorrichtung (2) angeschlossen ist, um die Stellvorrichtung entsprechend dem Vergleichsergebnis derart zu steuern, daß das Fokussierlinsensystem (1) die Scharfeinstellungslage bezüglich des Objekts einnimmt,

wobei die Steuereinrichtung (3) in Anwendung erfaßt, daß eine erste und eine zweite der Fokusspannungen jeweils gleich einer ersten bzw. zweiten Bezugsspannung sind, und dann, wenn die erste und die zweite Bezugsspannung einander gleich sind, die Stellvorrichtung (2) derart steuert, daß das Fokussierlinsensystem auf den mittleren Punkt zwischen der der ersten Bezugsspannung entsprechenden Lage und der der zweiten Bezugsspannung entsprechenden Lage eingestellt wird, und dann, wenn die zweite Bezugsspannung höher als die erste Bezugsspannung ist, die Stellvorrichtung derart steuert, daß sich das Fokussierlinsensystem kontinuierlich bewegt, bzw. dann, wenn die erste Bezugsspannung höher als die zweite Bezugsspannung ist, die Stellvorrichtung derart steuert, daß das Fokussierlinsensystem in eine Lage bewegt wird, die der ersten Bezugsspannung entspricht.

2. System zur automatischen Scharfeinstellung nach Anspruch 1, in dem dann, wenn die erste und die zweite Bezugsspannung nicht einander gleich sind, die Steuereinrichtung die Stellvorrichtung derart steuert, daß sich das Fokussierlinsensystem in der Richtung zu der Lage hin bewegt, die die höhere Bezugsspannung ergibt.

3. System zur automatischen Scharfeinstellung nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Verstärkungsregelschaltungseinrichtung aufweist, die zwischen die Filtereinrichtung und die Detektoreinrichtung geschaltet ist und die derart gestaltet ist, daß ihre Verstärkung entsprechend einem Verstärkungsregelsignal stufenweise um einen vorbestimmten Wert verringert wird, wodurch die Fokusspannung in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird, wobei die Steuereinrichtung die Pegeldifferenz zwischen der Vielzahl von Bezugsspannungen derart steuert, daß sie sich stufenweise entsprechend dem bei der Verstärkungsregelung bestimmten Verstärkungsausmaß ändert.

4. System zur automatischen Scharfeinstellung nach Anspruch 1 oder 2, das eine Verstärkungsregelschaltungseinrichtung enthält, die zwischen die Filtereinrichtung und die Detektoreinrichtung geschaltet ist und die derart gestaltet ist, daß ihre Verstärkung entsprechend einem Verstärkungsregelsignal aus der Steuereinrichtung stufenweise um einen vorbestimmten Wert verringert wird, wodurch die Fokusspannung in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird, wobei die Steuereinrichtung die Fokusspannung derart verstärkt, daß der Verstärkungsgrad entsprechend dem Verstärkungsausmaß bei der Verstärkungsregelung bestimmt ist.