DE3851383T2

DE3851383T2 - Automatische Fokussierungsschaltung für automatische Fokusanpassung in Abhängigkeit von Videosignalen.

Info

Publication number: DE3851383T2
Application number: DE3851383T
Authority: DE
Inventors: Toshinobu Haruki; Masaru Hidaka; Kenichi Kikuchi; Hirotsugu Murashima; Masao Takuma
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2008-07-01
Also published as: EP0297587A2; AU1853588A; CA1289236C; AU596018B2; KR890001354A; AU4892090A; US4922346A; EP0297587A3; ES2063746T3; DE3851383D1; AU609346B2; EP0297587B1; KR930004641B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine automatische Fokussiereinrichtung und insbesondere die Verbesserung einer automatischen Fokussiereinrichtung zur automatischen Scharfeinstellung auf ein Objekt in Reaktion auf ein Videosignal, das von einem Bildsensor in einem Bildaufnahmegerät mit einem automatischen Fokussiermechanismus, wie z. B. einer Videokamera, gewonnen wird.
Für eine automatische Fokussiereinrichtung, die in einem Bildaufnahmegerät, wie z. B. einer Videokamera eingesetzt wird, ist konventionell ein Lösungsweg entwickelt worden, der das von einem Bildsensor gewonnene Videosignal selbst für die Beurteilung des Fokussierzustandes benutzt. Eine derartige Lösung weist eine Reihe guter Eigenschaften auf. Zum Beispiel ist im wesentlichen keine Parallaxe vorhanden. Außerdem läßt sich selbst dann die Brennweite exakt einstellen, wenn die Tiefenschärfe gering ist und das Objekt in der Ferne angeordnet ist. Weiterhin muß man bei dieser Lösung keinen gesonderten speziellen Sensor für die automatische Fokussierung vorsehen, so daß das Gerät als Mechanismus sehr klein wird.
Als Beispiel eines derartigen Fokussierungsverfahrens unter Nutzung des Videosignals ist konventionell ein Einstellverfahren bekannt geworden, das als sogenanntes Hill-Climbing- Stellsystem bezeichnet wird. Das Hill-Climbing-Stellsystem wird zum Beispiel in den US-Patenten US-A-4,638,364, US-A- 4,614,975 und den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 58505/1983 und 103776/1985 beschrieben. Kurz gesagt wird für jedes einzelne Feld eine Hochfrequenzkomponente des Videosignals, das von einem Bildsensor gewonnen wird, als Fokusbewertungswert ermittelt, der Fokusbewertungswert wird ständig mit dem Fokusbewertungswert des vorherigen Feldes verglichen, und die Fokussierlinsenposition wird ständig leicht hin- und herbewegt, so daß der Fokusbewertungswert immer den Maximalwert annimmt.
Wenn bei dem oben beschriebenen Hill-Climbing-Stellsystem ein Abfallen des Fokusbewertungswertes festgestellt wird, verbleibt die Fokussierlinse nicht in einer nichtfokussierten Position, sondern wird immer in Richtung des ansteigenden Fokusbewertungswertes angetrieben, selbst wenn sich das Objekt verändert, so daß sehr gute Nachlaufeigenschaften erreicht werden.
Weiterhin wurde von einem der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine verbesserte automatische Fokussiereinrichtung vorgeschlagen, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-49512 am 4. März 1987 beschrieben wird.
Fig. 1 stellt ein schematisches Blockschaltbild dar, das die vorgeschlagene automatische Fokussiereinrichtung zeigt, und Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild dar, welches Einzelheiten der in Fig. 1 enthaltenen Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung zeigt.
Gemäß Fig. 1 enthält eine Videokamera einen Fokussierring 2 zum Bewegen der Fokussierlinse 1, einen Fokussiermotor 3 zum Antrieb des Fokussierringes 2 und eine Bildabtastschaltung 4, zu der ein Bildsensor (nicht gezeigt), wie z. B. eine CCD (ladungsgekoppelte Anordnung) gehört. Die Fokussierlinse 1 kann auch durch ein piezoelektrisches Element anstelle eines Motors bewegt werden. Außerdem kann anstelle der Fokussierlinse auch der Bildsensor selbst (nicht gezeigt), z. B. eine CCD, durch ein piezoelektrisches Element bewegt werden.
Das Bild, welches durch die Fokussierlinse 1 auf der Oberfläche des Bildsensors erzeugt wird, wird durch die Bildabtastschaltung 4 in ein Videosignal gewandelt und der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 zugeführt. Gemäß Fig. 2, in der die Einzelheiten der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 dargestellt sind, wird die Luminanz- Signalkomponente des Videosignals, das von der Bildabtastschaltung 4 geliefert wird, in eine Synchronisationsabtrennschaltung 5a und eine Gateschaltung 5c eingespeist. Die Synchronisationsabtrennschaltung 5a trennt von dem zugeführten Luminanz- bzw. Helligkeitssignal das Vertikalsynchronisations-Signal VD und das Horizontalsynchronisations- Signal HD ab und führt es der Gatesteuerschaltung 5b zu. Die Gatesteuerschaltung 5b definiert in Reaktion auf das anliegende Vertikalsynchronisations-Signal VD und Horizontalsynchronisations-Signal HD sowie das feste Ausgangssignal eines Oszillators (nicht gezeigt) eine rechteckige Abtastfläche im zentralen Teil des Bildes. Von der Gatesteuerschaltung 5a erhält die Gateschaltung 5c ein solches Signal zum Öffnen oder Schließen eines Gates für jedes Feld, der daß Helligkeitssignal nur in dem Bereich der Abtastfläche durchgelassen wird. Die Gateschaltung 5c kann in irgendeiner Vorstufe der Integrationsschaltung 5f eingefügt werden, wie später beschrieben wird.
Das Hochpaßfilter 5d erhält für jedes Feld von der Gateschaltung 5c nur das Helligkeits-Signal, das dem Bereich der Abtastfläche entspricht. Die Hochfrequenzkomponente des Videosignals, die durch das Hochpaßfilter 5d abgetrennt wurde, wird durch den Signalgleichrichter 5e amplitudendemoduliert, und das demodulierte Ausgangssignal wird der Integrationsschaltung 5f zugeführt. Die Integrationsschaltung 5f integriert für jedes Feld das demodulierte Ausgangssignal, welches an ihr anliegt, und das integrierte Ausgangs-Signal wird einem A/D-Wandler 5g zugeführt. Der A/D-Wandler 5g wandelt den ihm zugeführten integrierten Wert in einen Digitalwert um, der als Fokusbewertungswert für das aktuelle Feld verwendet werden kann.
Jetzt folgt die Beschreibung der Vorgänge unmittelbar nach dem Start der automatischen Fokussiersteuerung. Unmittelbar nach dem Start der automatischen Fokussiersteuerung wird der Fokusbewertungswert, der dem ersten Feld entspricht und von der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 abgegeben wird, zunächst in einem Speicher 6 zum Speichern des Maximalwertes und einem Speicher 7 zum Speichern des Anfangswertes abgelegt. Danach dreht die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 den Fokussiermotor 3 in eine vorgegebene Richtung. Dann vergleicht ein Komparator 9 den Anfangs-Fokusbewertungswert, der in dem Anfangswertspeicher 7 abgelegt ist, mit dem aktuellen Fokusbewertungswert, der aus der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 kommt, und erzeugt ein Vergleichs-Signal. Damit legt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 in Reaktion auf das Vergleichs-Signal die Drehrichtung des Fokussiermotors 3 fest.
Genauer gesagt dreht die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 den Fokussiermotor 3 in die oben genannte vorgegebene Richtung bis der Komparator 9 ein Vergleichsausgangssignal erzeugt, das "groß" oder "klein" anzeigt. Falls das vom Komparator 9 bereitgestellte Vergleichsausgangs-Signal anzeigt, daß der aktuelle Fokusbewertungswert größer als der im Anfangswertspeicher 7 abgelegte Anfangs-Fokusbewertungswert ist, behält die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 die oben genannte vorgegebene Drehrichtung bei. Andernfalls kehrt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 die Drehrichtung des Fokussiermotors um, wenn das Vergleichsausgangs- Signal anzeigt, daß der bereitgestellte aktuelle Fokusbewertungswert kleiner als der Anfangs-Fokusbewertungswert ist.
Mit diesen Vorgängen ist die Initialisierung der Drehrichtung des Fokussiermotors 3 abgeschlossen. Darüber hinaus beobachtet die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 das Ausgangs-Signal des Komparators 8. Um eine Fehlfunktion infolge von statistischen Schwankungen des Fokusbewertungswertes zu verhindern, läßt sich der Komparator 9 so einrichten, daß er kein Vergleichsausgangs-Signal, das "groß" oder "klein" anzeigt, erzeugt, solange die Differenz zwischen dem Anfangs-Fokusbewertungswert und dem aktuellen Fokusbewertungswert nicht einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Andererseits vergleicht der Komparator 8 den maximalen Fokusbewertungswert, der gerade im Maximalwertspeicher 6 liegt, mit dem aktuellen Fokusbewertungswert, der von der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 kommt, und gibt zwei Arten von Vergleichssignalen (S1, S2) ab, das heißt Signale für einen ersten und einen zweiten Modus, bei welchen der aktuelle Fokusbewertungswert größer oder unter einen bestimmten Schwellwert abgefallen ist, jeweils im Vergleich zu dem Fokusbewertungswert, der in dem Maximalwertspeicher 6 abgelegt ist. Falls der Fokusbewertungswert größer als der Inhalt des Maximalwertspeichers 6 ist, wird der Inhalt des Maximalwertspeichers 6 in Reaktion auf das Ausgangs-Signal S1 des Komparators 8 aktualisiert, so daß stets der bisherige Maximalwert des Fokusbewertungswertes im Maximalwertspeicher 6 abgelegt ist.
Entsprechend der Position des Fokussierringes, der die Fokussierlinse 1 trägt, wird von dem Fokussierring 2 ein Signal erzeugt, das der Position des Fokussierringes entspricht, und dem Speicher 13 zugeführt, der die Position des Fokussierringes speichert. Der Speicher 13 für die Position des Fokussierringes wird in Reaktion auf das Ausgangs-Signal des Komparators 8 so aktualisiert, daß in ihm stets das Positions-Signal des Fokussierringes gespeichert ist, bei welchem der Fokusbewertungswert ein Maximum darstellt.
Die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 beobachtet das Ausgangssignal des Komparators 8, während sich der Fokussiermotor in die Richtung dreht, die in Reaktion auf das Ausgangs-Signal des Komparators 9, wie oben beschrieben wird, initialisiert wurde. Wenn der Komparator 8 das Vergleichsausgangs-Signal S2 für den zweiten Modus erzeugt, bei welchem der aktuelle Fokusbewertungswert im Verhältnis zum maximalen Fokusbewertungswert unter den oben beschriebenen Schwellwert abfällt, kehrt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 die Drehrichtung des Fokussiermotors 3 um. Daß sich die Drehrichtung des Fokussiermotors 3 nicht umkehrt, solange der aktuelle Fokusbewertungswert nicht unter einen bestimmten Schwellwert abgefallen ist, hat den Zweck, eine Fehlfunktion infolge statistischer Schwankungen des Fokusbewertungswertes zu verhindern.
Wenn der Fokussiermotor seine Drehrichtung umgekehrt hat, vergleicht der Komparator 14 den Inhalt des Speichers 13 für die Position des Fokussierringes, der dem Maximalwert des Fokusbewertungswertes entspricht, mit dem aktuellen Positionssignal des Fokussierringes, das vom Fokussierring 2 erzeugt wird. Wenn beide miteinander übereinstimmen, das heißt, wenn der Fokussierring 2 wieder die Position eingenommen hat, in der der Fokusbewertungswert ein Maximum besitzt, hält die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 die Drehung des Fokussiermotors 3 an. Gleichzeitig gibt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 ein Stop-Signal LS für die Linse aus. In der oben beschriebenen Weise läuft die Folge der automatischen Fokussiervorgänge ab.
Der Speicher 11 und der Komparator 12 sind Schaltungen, die dazu dienen, mit der automatischen Fokussierung durch die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 fortzufahren, wenn sich der Fokusbewertungswert um mehr als den vorgegebenen Schwellwert ändert, während die Fokussierlinse angehalten ist. Genauer gesagt wird im Speicher 11 der Fokusbewertungswert zu dem Zeitpunkt abgelegt, wenn die automatische Fokussierung durch die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 beendet ist, wenn also das Stop-Signal LS für die Linse erzeugt wird. Der Komparator 12 vergleicht den Inhalt des Speichers 11 mit dem aktuellen Fokusbewertungswert, der von der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 geliefert wird. Wenn die Differenz zwischen ihnen den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird angenommen, daß sich das Objekt verändert hat, so daß die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 ein Signal erhält, welches anzeigt, daß sich das Objekt verändert hat. Daraufhin nimmt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 die automatische Fokussierung wieder auf, so daß man eine automatische Fokussierung erhält, welche den Veränderungen des Objektes folgen kann.
Das oben beschriebene automatische Fokussiereinrichtung weist jedoch die folgenden beiden Nachteile auf.
Der erste Nachteil besteht darin, daß es schwierig ist, eine schnelle automatische Fokussierung zu erreichen, da die Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors nicht erhöht werden kann.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Linsenposition (den Abstand zwischen der Linse und dem Objekt) in dem in Fig. 1 gezeigten automatischen Fokussiereinrichtung und dem Fokusbewertungswert zeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 erfolgt jetzt die ausführliche Beschreibung des oben genannten ersten Nachteils. In Fig. 3 stellt die Abszisse die Linsenposition und die Ordinate den Fokusbewertungswert dar.
In Fig. 3 wird angenommen, daß der automatische Fokussiervorgang von einem Zustand aus gestartet wird, bei welchem sich die Linse in Position A befindet, die beträchtlich von der objektseitigen fokussierten Position P entfernt ist. In diesem Fall dreht sich der Fokussiermotor 3 aus der Position A, bei der der Fokusbewertungswert klein und das Objekt stark defokussiert ist, in Richtung größeren Abstandes zwischen der Linse und dem Objekt so daß der Fokusbewertungswert schnell ansteigt. Wenn die Linse die Nähe der Linsenposition B erreicht, steigt der Fokusbewertungswert schwach an. Außerdem läuft die Linse über die scharf eingestellte Position P hinweg und erreicht eine Linsenposition P', in der der Fokusbewertungswert unter den oben beschriebenen Schwellwert fällt. Danach kehrt die Linse aus der Linsenposition P' in die scharf eingestellte Linsenposition P zurück und wird angehalten.
Es besteht die Notwendigkeit eine derartige Folge von automatischen Fokussiervorgängen mit hoher Geschwindigkeit ablaufen zu lassen. Wenn jedoch die von den Komparatoren für den Vergleich benötigte Zeit reduziert wird, kann eine Fehlfunktion auftreten. Eine schnelle automatische Fokussierung läßt sich folglich im wesentlichen nur durch schnelle Bewegung der Linse 1 durch den Fokussiermotor 3 erreichen, das heißt, durch schnelle Drehung des Fokussiermotors 3. Bei dem oben beschriebenen Bewegungsvorgang der Linse aus der Position B in die Position P über die Position P' ist jedoch die Änderung des Fokusbewertungswertes sehr gering, so daß zwangsläufig infolge der Trägheit des Motors selbst ein Überlauf auftritt, wenn der Motor in der Linsenposition P' umgesteuert oder in der Linsenposition P angehalten wird. Je größer die Drehgeschwindigkeit des Fokusssiermotors 3 ist, um so größer wird dieser Überlauf. Im Ergebnis ist eine ziemliche Zeit erforderlich, bis die Linse die scharf eingestellte Position P erreicht. Bei dem konventionellen automatischen Fokussiereinrichtung, bei welchem die Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors 3, wie oben beschrieben, stets konstant gehalten wird, kann also die Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors nicht allzu hoch angesetzt werden, so daß eine automatische Fokussierung mit hoher Geschwindigkeit nicht realisierbar ist.
Der zweite Nachteil besteht in der Schwankung des Fokusbewertungswertes durch die Zeilensprungabtastung. Genauer gesagt wird bei der oben beschriebenen automatischen Fokussiereinrichtung die Linsenposition so gesteuert, daß der Fokusbewertungswert, der aus dem Pegel der Hochfrequenzkomponente des Videosignals gewonnen wird, stets ein Maximum ist. Da jedoch das Video-Signal vom Bildsensor normalerweise durch Zeilensprungabtastung gewonnen wird, sind die Positionen eines geraden Feldes und eines ungeraden Feldes, die zusammen das Bild ausmachen, innerhalb des Bildes um eine Abtastzeile gegeneinander verschoben. Dadurch verändert sich selbst dann, wenn kontinuierlich dasselbe Objekt aufgezeichnet wird, bei jedem Feld der Fokusbewertungswert, so daß die Linsenposition, in der der Fokusbewertungswert ein Maximum ist, nur undeutlich bestimmbar wird.
Ein anderer Signaldetektor für die automatische Fokussierung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird in dem JP-A-62 60 369 veröffentlicht.
Da der Signaldetektor für die automatische Fokussierung, der dort offenbart wird, keine Möglichkeit bietet, die Geschwindigkeit der Bewegung der Relativposition der Fokussierlinse zu verändern, ist es nach wie vor schwierig, eine hohe Fokussiergeschwindigkeit zu erreichen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Fokussiereinrichtung bereitzustellen, welche die automatische Fokussierung mit hoher Geschwindigkeit realisieren kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine automatische Fokusiereinrichtung bereitzustellen, welche eine verlustfreie Hill-Climbing-Steuerung realisieren kann, indem die Geschwindigkeit der Bewegung der Relativposition der Fokussierlinse in Abhängigkeit vom Grad der Defokussierung eingestellt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine automatische Fokussiereinrichtung bereitzustellen, welche die durch das Zeilensprungverfahren verursachte Schwankung des Fokusbewertungswertes verhindern und die Position der Fokussierlinse, bei der Fokusbewertungswert ein Maximum aufweist, genau erfassen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die in den Ansprüchen offengelegten Mittel erfüllt.
Demzufolge besteht ein prinzipieller Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß der Grad der Defokussierung eines Objektes aus dem Verhältnis des ersten Fokusbewertungswertes zum zweiten Fokusbewertungswert als normierte Zustandsgröße ermittelt wird, und daß in Reaktion auf den ermittelten Grad der Defokussierung das Ansprechverhalten der automatischen Fokussierung so eingestellt wird, daß sich eine schnelle und stabile automatische Fokussierung erreichen läßt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß immer eine hinreichende Anzahl von Abtastvorgängen zur Beobachtung der Maximalwerte der Fokusbewertungswerte garantiert werden kann, auch wenn Videokomponenten aus verschiedenen Bändern als Fokusbewertungswerte verwendet werden, so daß eine exakte Hill-Climbing-Steuerung möglich ist.
Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß kontinuierlich zwei Fokusbewertungswerte, die in gleichmäßigen Zeitabschnitten gewonnen wurden, in gleichmäßigen Zeitabschnitten addiert werden, und daß der durch die Addition erhaltene Fokusbewertungswert in gleichmäßigen Zeitabschnitten aktualisiert wird, so daß sich ein Fokusbewertungswert höherer Präzision ergibt, der nicht durch die Zeilensprungabtastung beeinflußt ist.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die folgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht werden.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine konventionelle automatische Fokussiereinrichtung zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das die Einzelheiten der in
Fig. 1 dargestellten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Linsenposition bei der in Fig. 1 gezeigten automatischen Fokussiereinrichtung und dem Fokusbewertungswert zeigt;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine automatische Fokussiereinrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Linsenposition und dem ersten und zweiten Fokusbewertungswert zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das die Details der in Fig. 4 gezeigten Erkennungsschaltung für den fokussierten Zustand zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis des ersten Fokusbewertungswertes zum zweiten Fokusbewertungswert und dem fokussierten Zustand eines Objektes zeigt;
Fig. 8 ist in schematisches Blockschaltbild, das eine automatische Fokussiereinrichtung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Berechnungsvorganges bei dem in Fig. 8 gezeigten Addierer; und
Fig. 10 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine automatische Fokussiereinrichtung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine automatische Fokussiereinrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 erfolgt nun die Beschreibung einer automatischen Fokussiereinrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 4 besitzt eine Videokamera einen Fokussierring 2 zum Bewegen der Fokussierlinse 1, einen Fokussiermotor 3 zum Antrieb des Fokussierringes 2 und eine Bildabtastschaltung 4 mit einem Bildsensor (nicht gezeigt), wie z. B. einer CCD, wie bei dem konventionellen, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die Fokussierlinse 1 kann auch mit Hilfe eines piezoelektrischen Elementes anstelle eines Motors bewegt werden. Auch kann anstelle der Fokussierlinse der Bildsensor (nicht gezeigt) selbst, wie z. B. die CCD, durch das piezoelektrische Element bewegt werden. Ein Bild, das durch die Fokussierlinse 1 auf dem Bildsensor abgebildet wird, wird durch die Bildabtastschaltung 4 in ein Helligkeitssignal umgewandelt und einer Synchronisationsabtrennschaltung 5a' sowie einer Gateschaltung 5c' zugeführt. Die Synchronisationsabtrennschaltung 5a entspricht der Synchronisationsabtrennschaltung 5a, die in der in Fig. 2 gezeigten konventionellen Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 enthalten ist, und trennt aus dem zugeführten Helligkeitssignal das Vertikalsynchronisations-Signal VD und das Horizontalsynchronisations-Signal HD ab und führt diese einer Gatesteuerschaltung 5b' zu. Die Gatesteuerschaltung 5b' entspricht der Gatesteuerschaltung 5b, die in der in Fig. 2 gezeigten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 enthalten ist, und definiert auf Grund des zugeführten Vertikalsynchronisations-Signals VD und des Horizontalsynchronisations-Signals HD sowie eines festen Ausgangssignals eines Oszillators (nicht gezeigt) eine Abtastfläche in der Mitte des Bildes. Die Gatesteuerschaltung 5b' führt für jedes Feld der Gateschaltung 5c' ein solches Signal zum Öffnen bzw. Schließen eines Gates zu, so daß das Helligkeitssignal nur im Bereich der Abtastfläche passieren kann. Die Gateschaltung 5c' entspricht der Gateschaltung 5c, die in der in Fig. 2 gezeigten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 enthalten ist, und führt auf Grund des Signals von der Gatesteuerschaltung 5b' für jedes Feld nur das Helligkeitssignal, das dem Bereich der Abtastfläche entspricht, einer ersten und zweiten Filterschaltung 15 und 16 zu. Sowohl die erste als auch die zweite Filterschaltung 15 und 16 entsprechen dem Hochpaßfilter 5d, das in der in Fig. 2 gezeigten konventionellen Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 enthalten ist, und beide lassen nur die Hochfrequenzkomponente des Helligkeitssignals durch, das von der Bildabtastschaltung 4 kommend über die Gateschaltung 5c' anliegt. Die erste Filterschaltung 15 besitzt im Vergleich zur zweiten Filterschaltung 16 eine höhere Grenzfrequenz. Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Grenzfrequenz der ersten Filterschaltung 15 zum Beispiel 600 kHz, und die Grenzfrequenz der zweiten Filterschaltung 16 200 kHz beträgt. Durch den Schalter 17, der von der Fokussier-Steuerschaltung 10 gesteuert wird, wird eines der Ausgangssignale von der ersten oder zweiten Filterschaltung 15 bzw. 16 ausgewählt und der Sammelschaltung 18 zugeführt. Die Sammelschaltung 18 entspricht der Signalgleichrichterschaltung 5e, der Integrationsschaltung 5f und dem A/D-Wandler 5g, die in der in Fig. 2 gezeigten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 enthalten sind. Mit anderen Worten, die Synchronisationsabtrennschaltung 5a', die Gatesteuerschaltung 5b', die Gateschaltung 5c', die erste Filterschaltung 15, der Schalter 17 und die Sammelschaltung 18 bilden eine erste Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung. Andererseits bilden die Synchronisationsabtrennschaltung 5a', die Gatesteuerschaltung 5b', die Gateschaltung 5c', die zweite Filterschaltung 16, der Schalter 17 und die Sammelschaltung 18 eine zweite Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Linsenposition (dem Abstand zwischen der Linse und dem Objekt) und den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung zeigt. In Fig. 5 bezeichnet die Abszisse die Linsenposition und die Ordinate den Fokusbewertungswert.
Da die Grenzfrequenz der ersten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung höher ist als die der zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung, wie oben beschrieben wurde, ist der resonanzkurvenförmige Verlauf des Fokusbewertungswertes, der von der ersten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung geliefert wird, steiler als der des zweiten Fokusbewertungswertes, der von der zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung gebildet wird.
Das Ausgangssignal der Sammelschaltung 18 wird dem Schalter 19 zugeführt. Der Schalter 19 wird in gleicher Weise wie der Schalter 17 in Reaktion auf das Signal von der Fokussiermotorsteuerschaltung 10 betätigt. Im Ergebnis werden die Ausgangssignale der ersten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung einer ersten Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 und die der zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung einer zweiten Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21 zugeführt.
Die erste Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 und die zweite Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21 sind im Prinzip gleich aufgebaut, wie in Fig. 6 gezeigt wird. Insbesondere enthält die Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 (oder 21) einen Maximalwertspeicher 20a, einen Anfangswertspeicher 20b, einen Komparator 20c, einen Komparator 20d, einen Speicher 20e für die Position des Fokussierringes und einen Komparator 20f, welche dem Maximalwertspeicher 6, dem Anfangswertspeicher 7, dem Komparator 8, dem Komparator 9, dem Speicher 13 für die Position des Fokussierringes beziehungsweise dem Komparator 14 entsprechen, aus denen die in Fig. 1 gezeigte konventionelle automatische Fokussiereinrichtung besteht. Die Wirkungsweise der Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 (oder 21) geht aus der Beschreibung der oben erläuterten in Fig. 1 gezeigten automatischen Fokussiereinrichtung hervor. Kurz zusammengefaßt wird unmittelbar nach dem Start des automatischen Fokussiervorganges der Fokusbewertungswert für das erste Feld, der von der Sammelschaltung 18 über den Schalter 19 zugeführt wird, an den Maximalwertspeicher 20a und den Anfangswertspeicher 20b in der Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 übergeben und darin gespeichert. Dann dreht die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 den Fokussiermotor 3 in eine vorgegebene Richtung. Danach vergleicht der Komparator 20d den ursprünglichen Fokusbewertungswert, der im Anfangswertspeicher 20b gespeichert ist, mit dem neuesten Fokusbewertungswert von der Sammelschaltung 18 und erzeugt ein Vergleichssignal 20z. Die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 initialisiert dementsprechend die Drehrichtung des Fokussiermotors 3.
Genauer gesagt dreht die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 den Fokussiermotor 3 in die oben beschriebene vorgegebene Richtung, bis der Komparator 20d ein Vergleichsausgangssignal erzeugt, das "groß" oder "klein" anzeigt. Wenn der Komparator 20d das Vergleichsausgangs-Signal 20z erzeugt, welches anzeigt, daß der neueste Fokusbewertungswert größer ist als der ursprüngliche im Anfangswertspeicher 20b abgelegte Fokusbewertungswert, dann behält die Fokussiermotor- Steuerschaltung 10 die oben beschriebene vorgegebene Drehrichtung bei. Im anderen Fall, wenn das Vergleichsausgangssignal 20z anzeigt, daß der aktuelle Fokusbewertungswert kleiner ist als der ursprüngliche Fokusbewertungswert, kehrt die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 die Drehrichtung des Fokussiermotors 3 um. Auf diese oben beschriebene Weise erfolgt die Initialisierung der Drehrichtung des Fokussiermotors 3. Danach fragt die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 das Ausgangssignal 20y des Komparators 20c ab.
Der Komparator 20c vergleicht andererseits den maximalen Fokusbewertungswert, der bisher im Maximalwertspeicher 20a gespeichert ist, mit dem neuesten Fokusbewertungswert von der Sammelschaltung 18 und erzeugt zwei Arten von Signalen, d. h. ein Vergleichsignal S1, welches anzeigt, daß der aktuelle Fokusbewertungswert "größer" als der Fokusbewertungswert ist, der im Maximalwertspeicher 20a gespeichert ist, oder ein Vergleichssignal S2, welches anzeigt, daß der aktuelle Fokusbewertungswert "unter einen bestimmten Schwellwert abgesunken ist". Wenn der neueste Fokusbewertungswert größer ist als der Inhalt des Maximalwertspeichers 20a, wird der Inhalt des Maximalwertspeichers 20a in Reaktion auf das Ausgangssignal S1 des Komparators 20c aktualisiert, so daß stets der Maximalwert aus den bisherigen Fokusbewertungswerten im Maximalwertspeicher 20a gespeichert ist.
Dagegen wird dem Speicher für die Fokussierring-Position 20e ein vom Fokussierring 2 erzeugtes Positionssignal zugeführt. Der Speicher für die Fokussierring-Position 20e wird mit dem Ausgangssignal S1 des Komparators 20c aktualisiert, so daß er stets das Positionssignal des Fokussierringes enthält, bei dem der Fokusbewertungswert ein Maximum ist.
Die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 beobachtet das Ausgangs-Signal 20y des Komparators 20c, während sich der Fokussiermotor 3 in die Richtung dreht, die in Reaktion auf das Ausgangssignal 20z des Komparators 20d eingestellt wurde, wie oben beschrieben wird. Wenn der Komparator 20c ein Vergleichsausgangssignal S2 abgibt, welches anzeigt, daß der neueste Fokusbewertungswert im Vergleich zum maximalen Fokusbewertungswert unterhalb des oben beschriebenen Schwellwertes abgefallen ist, kehrt die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 die Drehrichtung des Fokussiermotors 3 um.
Nachdem der Fokussiermotor 3 seine Drehrichtung umgekehrt hat, werden der Inhalt des Speichers 20e für die Fokussierringposition, die zu dem Maximalwert des Fokusbewertungswertes gehört, und das aktuelle Positionssignal des Fokussierringes, das von dem Fokussierring 2 erzeugt wird, im Komparator 20f miteinander verglichen. Wenn beide miteinander übereinstimmen, d. h. wenn der Fokussierring 2 in die Position zurückgekehrt ist, in der der Fokusbewertungswert das Maximum aufweist, hält die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 den Fokussiermotor 3 in Reaktion auf das Ausgangssignal 20x des Komparators 20f an. Gleichzeitig liefert die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 ein Linsen-Stopsignal LS.
Die zweite Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21 ist ebenso aufgebaut wie die oben beschriebene erste Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20. Die Ausgangssignale 21x, 21y und 21z der zweiten Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21 entsprechen den Ausgangssignalen 20x, 20y beziehungsweise 20z der ersten Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20.
Die Schalter 17 und 19 werden so gesteuert, daß sie bei jedem Feld in Reaktion auf das Ausgangssignal der Fokussiermotorsteuerschaltung 10 umgeschaltet werden, so daß die Ausgangssignale der ersten und zweiten Filterschaltung 15 und 16 abwechselnd in der Sammelschaltung 18 addiert und an die erste beziehungsweise zweite Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 oder 21 weitergeleitet werden. Es wird also der erste zu einem Feld gehörende Fokusbewertungswert von der ersten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung über den Schalter 19 in die erste Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 eingegeben, und dann wird der zweite, zum nächsten Feld gehörende Fokusbewertungswert von der zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung über den Schalter 19 in die zweite Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21 eingegeben. Die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 steuert die Drehung des Fokussiermotors 3 für jedes Feld in Reaktion auf die Signale 20x, 20y und 20z von der ersten Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 20 und die Signale 21x, 21y und 21z von der zweiten Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21.
Weiterhin dienen der Speicher 11 und der Komparator 12 dazu, mit der automatischen Fokussierung durch die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 fortzufahren, wenn sich der Fokusbewertungswert um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert ändert, während die Fokussierlinse angehalten ist. Im Einzelnen ist es so, daß zu dem Zeitpunkt, wenn die automatische Fokussierung durch die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 beendet und das Linsen-Stop-Signal LS erzeugt wird, im Speicher 11 der gültige Fokusbewertungswert abgelegt wird. Der Komparator 12 vergleicht den Inhalt des Speichers 11 mit dem neuesten Fokusbewertungswert, der von der Sammelschaltung 18 kommt. Wenn die Differenz zwischen beiden einen bestimmten Schwellwert überschreitet, ist anzunehmen, daß sich das Objekt verändert hat, und es wird an die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 ein Signal angelegt, welches anzeigt, daß sich das Objekt verändert. Im Ergebnis setzt die automatische Fokussierung durch die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 wieder ein, so daß man eine automatische Fokussierung erhält, die der Änderung des Objektes folgt.
Wenn der Komparator 12 feststellt, daß sich das Objekt verändert hat, steuert die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 die Schalter 17 und 19 so, daß nur der zweite Fokusbewertungswert von der zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung ausgewählt und an die zweite Erkennungsschaltung für die Scharfeinstellung 21 weitergeleitet wird. Genauer gesagt steuert die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 die Schalter 17 und 19 so, daß dann, wenn das Eingangssignal der Fokussiermotorsteuerschaltung 10 zum Zeitpunkt des scharf eingestellten Zustand auf dem ersten Fokusbewertungswert beruht, der zweite Fokusbewertungswert von der zweiten Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung ausgewählt wird, während die Schalter 17 und 19 in der zuletzt eingenommenen Stellung verbleiben, wenn das Eingangssignal der Fokussiermotorsteuerschaltung 10 auf dem zweiten Fokusbewertungswert beruht.
Die automatische Fokussierung wird also, gleich welche Stellungen die Schalter 17 oder 19 zum Zeitpunkt der Scharfeinstellung besitzen, wenn der Vorgang der automatischen Fokussierung beendet ist, stets auf Basis des zweiten Fokusbewertungswertes mit der breiten Resonanzkurve durchgeführt, wenn die automatische Fokussierung wieder aufgenommen wird. Da man unter Verwendung des zweiten Fokusbewertungswertes insbesondere selbst dann, wenn die Linse beträchtlich von der fokussierten Position entfernt ist, so daß das Objekt defokussiert ist, einen Fokusbewertungswert mit einer gewissen Amplitude erhält, wie in Fig. 5 gezeigt wird, kann der Vorgang der automatischen Fokussierung durch Hill-Climbing-Steuerung garantiert wieder fortgesetzt werden. Wenn der Vorgang der automatischen Fokussierung wieder fortgesetzt wird, führt die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 die automatische Fokussierung weiter, wobei die Schalter 17 und 19 bei jedem Feld umgeschaltet werden.
Außerdem ermittelt eine Berechnungsschaltung 22 aus dem ersten und zweiten Fokusbewertungswert, die an den Ausgängen des Schalters 19 anliegen, ständig das Verhältnis des neuesten ersten Fokusbewertungswertes zum neuesten zweiten Fokusbewertungswert.
Fig. 7 veranschaulicht ein Diagramm, das die Beziehung zwischen diesem Verhältnis (erster Fokusbewertungswert/zweiter Fokusbewertungswert) und dem scharf eingestellten Zustand des Objektes zeigt. In Fig. 7 ist auf der Abszisse der Grad der Defokussierung aufgetragen, d. h. der Betrag der Verschiebung der Linse aus der scharf eingestellten Position, und auf der Ordinate das oben beschriebene Verhältnis. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, ist das Verhältnis mit dem Grad der Defokussierung durch eine stetig abfallende Kennlinie verbunden. Wenn das Objekt aus dem fokussierten Zustand herausläuft, werden die Ausgangssignale der ersten und zweiten Filterschaltung hinsichtlich ihrer Hochfrequenzkomponenten gedämpft, wobei der Dämpfungsgrad im direkten Zusammenhang mit dem Grad der Defokussierung steht. Wenn in einem bestimmten Zeitpunkt das oben beschriebene Verhältnis berechnet wird, gewinnt das Verhältnis die Bedeutung eines Wertes, der zu diesem Zeitpunkt den Fokussierungszustand des Objektes anzeigt, ähnlich dem Fokusbewertungswert. Genauer gesagt ist das oben beschriebene Verhältnis eine Funktion, die den Fokussierungszustand des Objektes beschreibt. Darüberhinaus ist das Verhältnis eine Art normierte Zustandsgröße, da es als Prozentzahl ausgedrückt wird. Ein derartiges Verhältnis wird durch die Umgebung, in welcher das Objekt angeordnet ist, nicht so stark beeinflußt, so daß sich der Fokussierungszustand exakt feststellen läßt. Wenn sich zum Beispiel die Helligkeit des Objektes ändert, ändert sich der absolute Wert des Fokusbewertungswertes. Das oben beschriebene Verhältnis ändert sich jedoch nicht sehr stark. Außerdem ist ein solches Verhältnis auf Grund seines Wesens unabhängig von der Art des Objektes. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung das oben beschriebene Verhältnis als ein weiterer Parameter zur Charakterisierung des Fokussierungszustandes, d. h. des Grades der Defokussierung benutzt, zusätzlich zum Fokusbewertungswert.
In Fig. 4 vergleicht der Komparator 23 das durch die Berechnungsschaltung 22 berechnete Verhältnis mit einem in einer Schwellwertspeicherschaltung 24 voreingestellten Schwellwert (0,5 bei dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel). Das Ergebnis der Vergleichs wird durch die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 benutzt, um die Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors 3 zu regeln.
Wenn im Einzelnen festgestellt wird, daß das neueste von der Berechnungsschaltung 22 berechnete Verhältnis kleiner als der in der Schwellwertspeicherschaltung 24 eingestellte Schwellwert ist, erzeugt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 das Steuer-Signal NSP für den Normalgeschwindigkeitsmodus und leitet es an den Fokussiermotor 3. Der Fokussiermotor 3 dreht sich dementsprechend mit Normalgeschwindigkeit. Wenn andererseits festgestellt wird, daß das berechnete Verhältnis größer als der oben beschriebene Schwellwert ist, erzeugt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 das Steuer-Signal LSP, welches den Niedriggeschwindigkeitsmodus festlegt, und leitet es an den Fokussiermotor 3. Der Fokussiermotor 3 dreht sich dementsprechend mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der oben beschriebenen Normalgeschwindigkeit.
Wenn das Verhältnis kleiner als der Schwellwert ist und sich das Objekt in einem defokussierten Zustand befindet, wird also die Linse 1 mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt. Wenn andererseits das Verhältnis größer als der Schwellwert ist, und die Linse sich in der Nähe der scharf eingestellten Position befindet, und damit die Änderung des Fokusbewertungswertes im Verhältnis zur Bewegung der Linse klein ist, wird die Linse 1 mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegt. Dadurch kann das Nachlaufen, das auftritt, wenn die Drehrichtung des Fokussiermotors 3 in Reaktion auf das Ausgangssignal S2 des Komparators 20c umgekehrt wird, klein gehalten werden.
Zwar wird bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel abwechselnd der erste Fokusbewertungswert und der zweite Fokusbewertungswert ausgewählt, der erste Fokusbewertungswert und der zweite Fokusbewertungswert können aber auch so ausgewählt werden, daß alle drei Felder ein anderer Fokusbewertungswert auftritt. Zum Beispiel der erste Fokusbewertungswert, der erste Fokusbewertungswert, der zweite Fokusbewertungswert, der erste Fokusbewertungswert, der erste Fokusbewertungswert, der zweite Fokusbewertungswert.
Weiterhin lassen sich ähnliche Wirkungen erzielen, wenn der erste und zweite Fokusbewertungswert nur für die Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors verwendet werden, während ein anderes System für die eigentliche automatische Fokussierung eingesetzt wird.
Da der Grad der Defokussierung des Objektes als normierte Zustandsgröße erfaßt wird, und die Kennlinien für die Reaktion der automatischen Fokussierung auf den Grad der Defokussierung beliebig eingestellt werden können, wie im Vorangehenden beschrieben wurde, läßt sich entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine hochschnelle und stabile automatische Fokussierung erreichen.
Fig. 8 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine automatische Fokussiereinrichtung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei der in Fig. 8 gezeigten automatischen Fokussiereinrichtung gleichen die Fokussierlinse 1, der Fokussierring 2, der Fokussiermotor 3, die Bildabtastschaltung 4, eine Synchronisationsabtrennschaltung 5a', die Gatesteuerschaltung 5b', die Gateschaltung 5c', die erste und zweite Filterschaltungen 15 und 16, die Schalter 17 und 19, die Sammelschaltung 18, die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10, der Speicher 11, die Komparatoren 12 und 23, die Berechnungsschaltung 22, und die Schwellwertspeicherschaltung 24 den Komponenten, die bei dem ersten, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, mit den entsprechenden Bezugszahlen bezeichnet sind, und der Maximalwertspeicher 6, der Anfangswertspeicher 7, die Komparatoren 8, 9 und 14 und der Speicher 13 für die Position des Fokussieringes gleichen den Komponenten, die in dem in Fig. 1 gezeigten konventionellen Beispiel mit den entsprechenden Bezugszahlen bezeichnet sind, und werden daher nicht weiter beschrieben. Die in Fig. 8 gezeigte automatische Fokussiereinrichtung gleicht also der in den Fig. 1 und 4 gezeigten automatischen Fokussiereinrichtung, mit Ausnahme des Folgenden.
Insbesondere sind die Ausgänge des Schalters 19 mit den Speichern 25 und 26 verbunden. Das Umschalten des Schalters 19 bei jedem Feld erfolgt synchron zum Umschalten des Schalters 17 in Reaktion auf das Schaltersteuersignal von der Fokussiermotorsteuerschaltung 10, so daß im Speicher 25 der Wert P1 gespeichert wird, der durch Integration des Ausgangssignals der ersten Filterschaltung 15 für ein Feld durch die Sammelschaltung 18 gewonnen wird, während im Speicher 26 der Wert P2 gespeichert wird, der durch Integration des Ausgangssignals der zweiten Filterschaltung 16 für ein Feld durch die Sammelschaltung 18 gewonnen wird. Genauer gesagt wird der integrierte Wert für das ungerade Feld pro Bild im Speicher 26 aktualisiert, während der integrierte Wert für das gerade Feld pro Bild im Speicher 26 aktualisiert wird.
Desweiteren werden die Ausgangs-Signale der Speicher 25 und 26 einem Addierer 27 und der Berechnungsschaltung 22 zugeführt. Genauer gesagt addiert der Addierer 27 für jedes Feld die integrierten Werte P1 und P2, die in den Speichern 25 und 26 abgelegt sind, und stellt den durch die Addition berechneten Wert als Fokusbewertungswert M bereit. Fig. 9 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Vorgangs der Berechnung im Addierer 27. Wie in Fig. 9 gezeigt wird, nimmt der integrierte Wert P1, der zu einem ungeraden, im Speicher 25 gespeicherten Feld gehört, nacheinander die Werte a1, a2, a3, . . . an, während der integrierte Wert P2, der zu einem geraden, im Speicher 26 gespeicherten Feld gehört, nacheinander die Werte b1, b2, b3, . . . annimmt. Der durch Addition vom Addierer 27 berechnete Bewertungswert M ändert sich von Feld zu Feld, indem der erste Fokusbewertungswert durch Addition von (a1 + b1), der zweite von (b1 + a2), der dritte von (a2 + b2), der vierte von (b2 + a3), der fünfte von (a3 + b3) . . . gewonnen wird. Da als Fokusbewertungswert für das aktuelle Feld ein Wert verwendet wird, der durch Addition des integrierten Wertes des Ausgangssignals der zum aktuellen Feld gehörenden ersten oder zweiten Filterschaltung 15 oder 16 mit dem integrierten Wert des anderen, zum vorherigen Feld gehörenden Ausgangssignals, gebildet wird, sind Schwankungen des Fokusbewertungswertes von Feld zu Feld, die durch die oben beschriebene Zeilensprungabtastung verursacht werden, beseitigt. Darüberhinaus erhält man einen stabilen Fokusbewertungswert, auf den statistischen Schwankungen keinen Einfluß haben.
Nach dem Start der automatischen Fokussierung wird der erste durch Addition erhaltene Fokusbewertungswert M an den Maximalwertspeicher 6 und den Anfangswertspeicher 7 übergeben und darin gespeichert. Die Einzelheiten des nachfolgenden automatischen Fokussierungvorganges, der unter Verwendung der Speicher 6, 7, 13 und 11 und der Komparatoren 8, 9, 12 und 14 abläuft, wurde bereits bei der Erläuterung des konventionellen in Fig. 1 gezeigten Beispiels und des ersten, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben, so daß die Beschreibung derselben entfallen kann.
Im weiteren berechnet die Berechnungsschaltung 22 aus den in den Speichern 25 und 26 gespeicherten integrierten Werten, wie bei dem ersten, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, das Verhältnis des integrierten Wertes P2 zum integrierten Wert P1, d. h. den integrierten Wert p1'/den integrierten Wert P2. Die Beziehung zwischen dem Verhältnis und dem Fokussierungszustand des Objektes verhält sich so, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Außerdem wurden die Kennlinien des Verhältnisses bereits ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Das Verhältnis als ein Parameter, der den Grad der Defokussierung anzeigt, wird also gesondert dazu verwendet, die Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors 3 zu steuern, wie bei dem ersten in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt wird. Wenn sich im Einzelnen ergibt, daß das neueste Verhältnis, das durch die Berechnungsschaltung 22 berechnet wird, kleiner als der in der Schwellwertspeicherschaltung 24 eingestellte Schwellwert ist, dann erzeugt die Fokussiermotor-Steuerschaltung 10 das Steuersignal NSP für den Normalgeschwindigkeitsmodus und leitet es an den Fokussiermotor 3. Der Fokussiermotor 3 dreht sich dementsprechend mit Normalgeschwindigkeit. Wenn dagegen festgestellt wird, daß das berechnete Verhältnis größer als der oben beschriebene Schwellwert ist, dann erzeugt die Fokussiermotorsteuerschaltung 10 das Steuersignal LSP für den Niedriggeschwindigkeitsmodus und leitet es an den Fokussiermotor 3. Der Fokussiermotor 3 dreht sich dementsprechend mit einer niedrigeren als der oben beschriebenen Normalgeschwindigkeit.
Wie weiter oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, kann selbst dann die notwendige Anzahl von Abtastungen zur Verfolgung der Maximalwerte der Fokusbewertungswerte gesichert werden, wenn je Feld eine Vielzahl von Filtern benutzt wird, die im Zeitmultiplex umgeschaltet werden, um Videosignalkomponenten aus verschiedenen Bändern als Fokusbewertungswert zu verwenden. Außerdem wird selbst dann, wenn das Objekt defokussiert ist, wenn also der Fokusbewertungswert niedrig ist, ein Fokusbewertungswert verwendet, der durch Addition eine Hochfrequenzkomponente enthält, welche sich in Abhängigkeit von der Linsenposition steil ändert, so daß die Hill-Climbing-Steuerung präziser funktioniert als in dem Fall, daß für die Hill-Climbing Steuerung ein Fokusbewertungswert verwendet wird, der eine Niederfrequenzkomponente enthält, welche sich mit der Linsenposition nur schwach ändert.
Weiterhin werden bei dem zweiten, oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Filterschaltungen mit verschiedenen Grenzfrequenzen eingesetzt, da das genannte Verhältnis zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Fokussiermotors berechnet werden muß. Es werden also die integrierten Werte der Ausgangssignale der unterschiedlichen Filterschaltungen, die den letzten beiden aufeinanderfolgenden Feldern entsprechen, addiert. Ein Wert, der durch Addition erhalten wird, wird als Fokusbewertungswert verwendet. Wenn jedoch das oben beschriebene Verhältnis nicht berechnet werden muß, reicht eine Filterschaltung für die Berechnung des Fokusbewertungswertes aus. Fig. 10 zeigt eine automatische Fokussiereinrichtung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem derartigen Fall, daß das genannte Verhältnis nicht berechnet werden muß, läßt sich ein hochgenauer Fokusbewertungswert erzeugen, indem die integrierten Werte des Ausgangssignals der Fokusbewertungswert-Erzeugungsschaltung 5 mit einer Filterschaltung, die den letzten beiden aufeinanderfolgenden Feldern entsprechen, addiert werden, und der erhaltene Wert für jedes Feld aktualisiert wird. Darüberhinaus kann das Ausgangssignal des Addierers 27 durch zwei geteilt werden, um für je ein Feld einen Mittelwert zu nehmen. Der erhaltene Mittelwert kann auch als Fokusbewertungswert verwendet werden.
Obwohl bei dem oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeit des Fokussiermotors in einem zweistufigen Modus eingestellt wird, bestehend aus einem Normalgeschwindigkeitsmodus und einem Niedriggeschwindigkeitsmodus, kann die Geschwindigkeit in einem mehrstufigen Modus auch genauer eingestellt werden, so daß die Geschwindigkeit des Fokussiermotors häufiger geregelt wird.
Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Fall beschrieben wird, bei welchem ein Signal als Fokusbewertungswert verwendet wird, das in der scharf eingestellten Position seinen Maximalwert erreicht, läßt sich auch als Fokusbewertungswert ein Signal verwenden, welches in der scharf eingestellten Position seinen Minimalwert annimmt, und es kann eine Schaltung für die Erfassung des Minimalwertes eingesetzt werden, um eine solche Steuerung zu realisieren, daß stets das Minimum des ermittelten Wertes beibehalten wird, womit dieselbe Wirkung erreicht werden kann.
Außerdem lassen sich die Funktionen entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen leicht mit Hilfe von Software durch einem Mikroprozessor realisieren.
Weiterhin kann entgegen den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei denen das Positions-Signal des Fokussierringes vom Fokussierring 2 erzeugt und in dem Speicher 13 für die Position des Fokussierringes gespeichert wird, so daß das Positions-Signal des Fokussierringes, bei der Maximalwert des Fokusbewertungswertes auftritt, und das aktuelle Positions-Signal des Fokussierringes durch den Komparator 14 miteinander verglichen werden können, auch das Positions-Signal des Fokussiermotors vom Fokussiermotor 3 erfaßt und gegen das Positions-Signal des Fokussierringes ausgetauscht werden, womit derselbe Effekt erzielt werden kann.
Darüberhinaus können auch die Fokusbewertungswerte nicht pro Feld, sondern pro Bild ermittelt werden.

Claims

1. Automatische Fokussierschaltung zum automatischen Anpassen des Fokus an ein Objekt in Antwort auf ein Videosignal, das von einer Bildabtastvorrichtung mit Fokussierlinse 1 und Bildsensor erhalten wird, mit:

einer Relativpositionsänderungsvorrichtung (2, 3) zum Ändern der Relativposition in Richtung auf eine optische Achse der Fokussierlinse relativ zum Bildsensor;

einer ersten Fokusauswert-Wertbestimmungsvorrichtung (5a', 5b', 5c') zum Detektieren des Pegels einer ersten Hochfrequenzkomponente des Videosignals jeweils nach konstanten Zeitabschnitten, welches von der Bildabtastvorrichtung erhalten wird und zum Konvertieren des Pegel s in einen ersten Fokusauswertungswert, der sich stark ändert in Antwort auf die Änderung der Relativposition der Fokussierlinse, um denselben zuzuführen;

einer zweiten Fokusauswertungs-Wertdektiervorrichtung (5a' 5b', 5c', 16, 17, 18) zum Detektieren des Pegels einer zweiten Hochfrequenzkomponente, welche die erste Hochfrequenzkomponente enthält, jeweils nach konstanten Zeitabschnitten und einer Komponente auf einem Pegel, der geringer ist als der Pegel der ersten Hochfrequenzkomponente des Videosignals, welches von der Bildabtastvorrichtung erhalten wird, und zum Umsetzen des Pegels in einen zweiten Fokusauswertungswert, der sich mäßig ändert in Antwort auf die Änderung der Relativposition der Fokussierlinse, um diesen zuzuführen,

wobei sowohl der erste, als auch der zweite Fokusauswertungswert ein Fokusauswertungswert ist, der in der In-Fokus-Stellung seinen Maximalwert erreicht,

einer Steuervorrichtung (6, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 20, 21) zum Steuern der Relativpositionsänderungsvorrichtung so, daß die Relativposition der Fokussierlinse in die In-Fokus- Stellung getrieben wird;

gekennzeichnet, durch eine Vorrichtung (22) zum Berechnen des relativen Verhältnisses des ersten Fokusauswertungswertes zum zweiten Fokusauswertungswert,

eine Vorrichtung (23, 24) zum Vergleichen des berechneten Relativerhältnisses mit einem vorbestimmten Wert, und

eine Vorrichtung (10), die in Antwort auf das Ausgangssignal der Vergleichsvorrichtung die Bewegungsgeschwindigkeit der Relativposition der Fokussierlinse setzt.

2. Automatische Fokussierschaltung nach Anspruch 1, die ferner aufweist eine dritte Fokusauswertungswert-Detektiervorrichtung (19, 25, 26, 27), die in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Fokusauswertungswert einen dritten Fokusauswertungswert erzeugt, der in der In-Fokus-Stellung den Maximalwert erreicht, und wobei die Steuervorrichtung in Abhängigkeit vom dritten Fokusauswertungswert die Relativpositionsänderungsvorrichtung so steuert, daß die Relativposition der Fokussierlinse in die Stellung gefahren wird, in der der dritte Fokusauswertungswert den Maximalwert einnimmt.

3. Automatische Fokussierschaltung nach Anspruch 2, wobei die dritte Fokusauswertungswert-Detektiervorrichtung eine Schaltvorrichtung (9, 10) aufweist, zum alternierenden Auswählen des ersten und zweiten Fokusauswertungswertes, die von der ersten bzw. zweiten Fokusauswertungswert-Detektiervorrichtung jeweils nach konstanten Zeitabschnitten ausgegeben wird, um denselben als dritten Fokusauswertungswert auszugeben.

4. Automatische Fokussierschaltung nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung aufweist:

eine erste In-Fokus-Zustands-Detektiervorrichtung (20), die in Antwort auf den dritten Fokusauswertungswert von der Schaltvorrichtung die Relativposition der Fokussierlinse detektiert, in welcher der erste Fokusauswertungswert den Maximalwert annimmt,

eine zweite In-Fokus-Zustandsdetektiervorrichtung (21), die in Antwort auf den dritten Fokusauswertungswert von der Schaltvorrichtung die relative Position der Fokussierlinse detektiert, in welcher der zweite Fokusauswertungswert den Maximalwert annimmt, und

eine Vorrichtung (10), die in Antwort auf die Ausgänge der ersten und zweiten ln-Fokus-Zustandsdetektiervorrichtung ein Signal erzeugt zum Steuern der Relativpositionsänderungsvorrichtung, so daß die Relativposition der Fokussierlinse in die detektierte Stellung getrieben wird.

5. Automatische Fokussierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Fokusauswertungswert-Detektiervorrichtung aufweist:

eine Schaltvorrichtung (19) zum alternierenden Auswählen des ersten bzw. des zweiten Fokusauswertungswertes, wie von der ersten bzw. zweiten Fokusauswertungswert-Detektiervorrichtung ausgegeben wird nach jedem konstanten Zeitabstand, eine erste Speichervorrichtung (25) zum Halten des ersten Fokusauswertungswertes, der durch die Schaltvorrichtung ausgewählt wurde,

eine zweite Speichervorrichtung (26) zum Halten des zweiten Fokusauswertungswertes, der durch die Schaltvorrichtung ausgewählt wurde, und

eine Addiervorrichtung (27) zum Addieren des neuesten Inhaltes der ersten und zweiten Speichervorrichtungen jeweils nach konstanten Zeitperioden, um einen durch Addition erhaltenen Wert als dritten Fokusauswertungswert auszugeben.

6. Automatische Fokussierschaltung nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitssetzvorrichtung die Geschwindigkeit der Bewegung auf eine normale Geschwindigkeit setzt, wenn bestimmt wird, daß das berechnete Relativverhältnis kleiner ist als der vorbestimmte Wert, während die Bewegungsgeschwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit gesetzt wird, wenn bestimmt wird, daß das berechnete Relativverhältnis größer als der vorbestimmte Wert ist.

7. Automatische Fokussierschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Fokusauswertungswert- Detektiervorrichtung gemeinsam benutzen eine Synchronisations-Trennvorrichtung (5a') zum Abtrennen eines Vertikalsynchronisationssignals und eines Horizontalsynchronisationssignals aus dem Videosignal, und Gatevorrichtungen (5b', 5c') zum Durchführen des Videosignals innerhalb eines Abtastbereichs, der in Antwort auf das vertikale Synchronisationssignal und das vertikale Synchronisationssignal, die durch die Synchronisationssignal- Trennvorrichtung getrennt wurden, nach jeder der konstanten Zeitabschnitte.