DE4000343A1

DE4000343A1 - Automatische fokussiervorrichtung

Info

Publication number: DE4000343A1
Application number: DE4000343A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Komiya; Tatsuo Nagasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1990-07-26
Anticipated expiration: 2010-01-09
Also published as: JP2772079B2; DE4000343C2; US4990947A; JPH02275916A; US5070353A

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Fokussiervorrich tung zum Fokussieren einer optischen Vorrichtung, wie bei spielsweise einer Kamera, nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11.

Automatische Fokussiervorrichtungen diesen Typs beinhalten eine fotografische Linse und ein Paar von Linsen zum Refo kussieren von Lichtstrahlen, welche durch verschiedene Teile der fotografische Linse gesendet wurden. Derartige Vorrich tungen verwenden ein sog. Phasenkorrelationsschema. Nach diesem Schema wird eine Fokussierung auf Grundlage der Tat sache durchgeführt, daß der Abstand zwischen Bildern, welche man durch das Linsenpaar erhält, in Abhängigkeit des Defo kussierzustandes variiert. Zusätzlich ist eine automatische Fokussiervorrichtung erhältlich, welche ein sog. Bergauf fahrtsschema (hill climbing scheme) verwendet. Gemäß diesem Schema wird die Fokussierung dadurch durchgeführt, daß der Kontrast eines durch ein fotografisches optisches System gebildeten Bildes aufgenommen wird und das fotografische optische System zu der Position bewegt wird, bei der der Kontrast maximal ist. In Fig. 24 ist eine Sicht dargestellt, um das Prinzip des Phasenkorrelationsschemas zu erklären. Ein in Fig. 24 dargestelltes optisches System zeigt eine fotografische Linse 1, eine Kondensorlinse 2, welche an der Seite des Fokuses der fotografischen Linse 1 angeordnet ist, um Licht zu empfangen, das von der Linse 1 als einfallendes Licht ausgeht, Blendenmasken 3 und 4, um nur die jeweiligen Lichtstrahlen hindurchzulassen, welche von der fotografi schen Linse ausgehen und welche durch ihre Randbereiche A und B hindurchgetreten sind; ein Paar von Separationslinsen 5 und 6, um jeweils die Lichtstrahlen zu fokussieren, welche durch die Blendenmasken 3 und 4 hindurchgetreten sind; sowie Bildsensoren 7 und 8, auf denen Bilder durch die Lichtstrah len gebildet werden, welche durch die Separatorlinsen 5 und 6 fokussiert worden sind. Zu beachten ist, daß in Fig. 24 mit dem Bezugszeichen 0 ein zu fotografierendes Objekt be zeichnet ist, welches sich auf der optischen Achse der foto grafischen Linse 1 befindet, und mit F eine vorhergesagte Brennebene.

In einem optischen System nach dem oben beschriebenen Aufbau werden, wenn sich das Objekt 0 in einer Fokusposition befin det, die Bilder des Objektes auf den Bildsensoren 7 und 8 durch die Trennlinsen 5 und 6 gebildet. In diesem Fall ändert sich ein Abstand d zwischen den Bildern in Überein stimmung mit dem Defokussierzustand, welcher durch die Lichtstrahlen, die durch die Teile A und B der fotografi schen Linse 1 hindurchtreten, veranlaßt wird.

Eine Defokussierrichtung und der Defokussierbetrag kann dadurch erhalten werden, daß man die Positionen der zwei Bilder auf den Bildsensoren 7 und 8 durch eine Korrelations operation errechnet und indem man die Distanz d erhält.

In Fig. 25 ist ein Diagramm zum Erklären des Prinzipes des Bergauffahrtsschemas dargestellt. Das Diagramm zeigt eine Kontrastcharakteristik eines Bildes nahe der vorherbestimm ten Brennebene. Wie in Fig. 25 dargestellt ist, hat das Bild des Objektes 0, wenn sich das Objekt 0 in Fokusposition befindet, den maximalen Kontrast. Tritt ein Defokussierzu stand auf (der sog. vordere Fokus- oder hintere Fokuszu stand), nimmt der Kontrastpegel ab.

Daher kann die optische Linse immer dadurch in den Fokus sierzustand bewegt werden, indem die optische Linse 1 in eine Richtung bewegt wird, in welche der Kontrastpegel anwächst.

Nach einem weiteren Verfahren wird die Fokusjustage durch Verwendung der MTF (Modulation Transfer Function) Charakte ristik eines fotografischen Systems durchgeführt. Die veröf fentlichte, ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 62- 2 84 314 beschreibt eine automatische Fokussiervorrichtung, welche ein solches Verfahren verwendet. Eine derartige Vor richtung beinhaltet Speichervorrichtungen, um die MTF-Cha rakteristik vorzuspeichern, welche Defokussierzuständen bei vorherbestimmten örtlichen Frequenzen entspricht, eine Vor richtung zum Bereitstellen von örtlichen Frequenzkomponenten von Bildern bei wenigstens drei Positionen auf der optischen Achse einer optischen Linse 1, und eine Vorrichtung zum Festlegen der tatsächlichen Position der optischen Linse durch Vergleich der örtlichen Frequenzkomponenten, welche man durch die oben beschriebene Vorrichtung erhalten hat mit der vorgespeicherten MTF-Charakteristik und der Aufnahme eines Defokussierbetrages.

Nach einem weiteren Verfahren wird ein Bild durch ein foto grafisches optisches System bei zwei Positionen nahe einer vorhergesagten Brennebene gebildet, und die Fokusjustage wird auf Grundlage von Brennpunktdaten durchgeführt, welche von den jeweiligen Bildern bereitgestellt werden. Die veröf fentlichte ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 63- 1 27 217 beschreibt eine automatische Fokussiervorrichtung, welche dieses Verfahren verwendet. Diese Vorrichtung ist ausgebildet, um Fokusjustagen durch die Errechnung eines Defokussierbetrages auf Grundlage des Verhältnisses zwischen Hochfrequenzkomponenten, welche durch ein fotografisches optisches System in zwei verschiedenen Fokussierzuständen aufgenommen wurde, durchzuführen.

Indessen weisen die oben beschriebenen automatischen Fokus siervorrichtungen die folgenden Probleme auf.

In einer automatischen Fokussiervorrichtung, welche das Phasenkorrelationsschema verwendet, erscheinen hohe Korrela tionspegel bei einer Vielzahl von Positionen, wenn das zu bildende Objekt eine bestimmte Form aufweist. Folglich kann eine genaue Position des Objektes nicht erhalten werden, und die Fokusjustage kann nicht durchgeführt werden. Zusätzlich verlangt die Vorrichtung eine Vielzahl von Komponenten, wie die Kondensorlinse 2, die Blendenmasken 3 und 4, die Trenn linsen 5 und 6, die Bildsensoren 8 und 7 als Teile, welche speziell für die Fokusjustage verwendet werden. Daher ist es schwierig, die Vorrichtung in ihrer Größe zu reduzieren. Desweiteren ist eine hohe Verarbeitungs- und Aufbaugenauig keit nötig. Ferner ist, da nur die Lichtstrahlen auf die Bildsensoren 7 und 8 auffallen, welche durch die Teile A und B der optischen Linse hindurchtreten, der Betrag des auf fallenden Lichtes relativ klein. Daher wird die Zeit, welche zum Fokussieren auf ein lichtarmes Objekt benötigt wird, unwünschenswerterweise verlängert. Zusätzlich ist die Vor richtung den Begrenzungen eines optischen Systems (einer F- Nummer, einem reflektierenden Teleskop u. ä.) ausgesetzt.

In einer automatischen Fokussiervorrichtung, welche das Bergauffahrtsschema verwendet, wird die optische Linse ver anlaßt, einmal über die Fokussierpositionen hinwegzufahren, um die Defokussierrichtung und den Defokussierbetrag festzu stellen, und die Fokusjustage wird durch erneutes Bewegen der optischen Linse durchgeführt. Daher muß die optische Linse wiederholt bewegt werden, und es dauert eine lange Zeitspanne, bis die Linse fokussiert ist.

In einer automatischen Fokussiervorrichtung zum Durchführen der Fokusjustage, welche MTF-Charakteristiken wie in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 62-2 84 314 verwendet, werden Frequenzkomponenten eines Bildes bei wenigstens drei Positionen der optischen Linse bereitge stellt. Folglich müssen Abbildungen und Bewegungen des opti schen Systems wenigstens dreimal durchgeführt werden und die Fokussierung benötigt eine lange Zeitspanne. Ferner ist, da nur örtliche Frequenzkomponenten eines einzelnen Bildes ver wendet werden, wenn das Bild nur einen kleinen Betrag von örtlichen Frequenzkomponenten beinhaltet, die Genauigkeit der Fokussierdetektion erheblich reduziert.

In der automatischen Fokussiervorrichtung gemäß der veröf fentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 63- 1 27 217 wird der Defokussierbetrag unter der Annahme errech net, daß die MTF-Charakteristik eines fotografischen opti schen Systems eine Gauß-Verteilung vorweist. Daraus kann ein großer Fehler resultieren. Zusätzlich kann, da ein Defokus sierbetrag nur durch die Verwendung der örtlichen Frequenz komponenten eines einzelnen Bildes errechnet wird, wenn das Bild nur einen kleinen Betrag von örtlichen Frequenzkompo nenten aufweist, ein großer Fehler entstehen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auto matische Fokussiervorrichtung bereitzustellen, welche Fokus justagen mit hoher Präzision durchführen kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 11.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Fokussiervorrichtung bereitgestellt, mit:
einem fotografischen optischen System, welches eine vorher bestimmte Brennebene aufweist, um ein optisches Bild eines Objektes zu bilden;
einem optischen Systemtreiberkreis, um das fotografische optische System in Richtung einer seiner optischen Achsen zu bewegen;
einem Speicherkreis, um die MTF-(Modulation Transfer Function) Verhältnisse von ersten MTF-Werten, gemäß einer Vielzahl von ersten örtlichen Frequenzen bei ersten Positio nen nahe der Brennebene zu zweiten MTF-Werten, entsprechend einer Vielzahl von zweiten örtlichen Frequenzen bei zweiten Positionen neben der Brennebene, und Defokussierbeträgen, Fokussierrichtungen und Fokussierzuständen entsprechend den MTF-Verhältnissen zu speichern;
einem Bildsensor für die Ausgabe von Bildsignalen, welche durch fotoelektrisches Übertragen des optischen Bildes des Objektes, welches durch das fotografische optische System gebildet wurde, während eine Position des Bildsensors bezüg lich des fotografischen optischen Systemes durch den Trei berkreis gewechselt wird, bereitgestellt werden;
einem Ortsfrequenzkomponenten-Abnehmerkreis für die Eingabe der Bildsignalausgabe des Bildsensors in eine Vielzahl von Bandpaßfiltern mit verschiedenen Ortsfrequenzen und für das Entnehmen einer Vielzahl von Ortsfrequenzkomponenten ent sprechend der Anzahl der Ortsfrequenzen;
einem Rechnerkreis für die Entnahme von Ortsfrequenzkompo nenten in zwei verschiedenen Fokussierzuständen des fotogra fischen optischen Systems aus der Anzahl der Ortsfrequenz komponenten, welche durch den Ortsfrequenzkomponenten-Abneh merkreis entnommen worden sind und zum Errechnen eines Verhältnisses zwischen den Ortsfrequenzkomponenten in den verschiedenen Fokussierzuständen bei jeder gemeinsamen Fre quenz durch Berechnungen wie Teilungen und Subtraktionen;
einem Defokussierdetektionsschaltkreis zum Vergleichen der örtlichen Frequenzkomponentenverhältnisse, welche durch den Rechnerkreis aus den MTF-Verhältnissen, welche in dem Spei cherkreis gespeichert waren, errechnet wurden, und zum Fest legen eines Fokussierzustandes des fotografischen optischen Systems und zur Detektion eines Defokussierbetrages und einer Fokussierrichtung in dem bestimmten Fokussierzustand; und
einem Treibersteuerkreis, um einen Betrag und eine Bewe gungsrichtung des fotografischen optischen Systemes von dem Defokussierbetrag und der Fokussierrichtung, welche durch den Defokussierdetektionsschaltkreis detektiert wurden, zu errechnen und zum Ausgeben des Berechnungsergebnisses zum Treiberkreis.

Gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt der Speicherkreis eine Vorspeicherung von MTF-Verhältnissen vor, um einer Vielzahl von Ortsfrequenzen zu entsprechen. Die MTF-Verhält nisse wechseln in Abhängigkeit des Fokussierzustandes des Bildes eines Objektes, welches durch das fotografische opti sche System gebildet wurde und welches nur von dem Defokus sierbetrag des fotografischen optischen Systems abhängt. Das optische Bild des Objektes, welches durch das fotografische optische System gebildet wurde, wird in ein Bildsignal durch den Bildsensor konvertiert, während sein Fokussierzustand sequentiell wechselt. Der Ortsfrequenzkomponentenabnehmer kreis entnimmt eine Vielzahl von Ortsfrequenzkomponenten entsprechend den Frequenzen der MTF-Verhältnisse von den Bildsignalausgaben des Bildsensors. Diese entnommenen Orts frequenzkomponenten werden für eine vorherbestimmte Zeitpe riode festgehalten. Als ein Ergebnis wird das Verhältnis zwischen den Ortsfrequenzkomponenten, welche für ein vorher bestimmte Zeitperiode festgehalten wurden und den Ortsfre quenzkomponenten, welche erneut von dem Ortsfrequenzkompo nenten-Abnehmerkreis ausgegeben wurden gleich dem Verhältnis zwischen Ortsfrequenzkomponenten in zwei verschiedenen Fokussierzuständen des fotografischen optischen Systems. Der Rechnerkreis errechnet dann ein Verhältnis zwischen den Ortsfrequenzkomponenten in zwei verschiedenen Fokussierzu ständen des fotografischen optischen Systems bei jeder gemeinsamen Frequenz. Die Ortsfrequenzkomponentenverhält nisse, welche durch den Rechnerkreis errechnet wurden, wer den mit den MTF-Verhältnissen, welche in dem Speicherkreis gespeichert wurden, verglichen und der Fokussierzustand des fotografischen optischen Systems ist festgelegt, wobei dabei ein Defokussierbetrag und eine Fokussierrichtung erhalten wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine automatische Fokussiervorrichtung bereitgestellt wird, welche Fokusjustagen mit einer hohen Geschwindigkeit durchführt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine automatische Fokussiervorrichtung bereitgestellt wird, welche eine Verminderung der Größe der Vorrichtung erlaubt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung dargestellt ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau eines elek tronischen Abtastkreises dargestellt ist;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, in dem eine Fokusjustagefolge dargestellt ist;

Fig. 4 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung dargestellt ist;

Fig. 5 ein Blockdiagramm, in dem eine Modifikation der ersten und zweiten Ausführungsform dargestellt ist;

Fig. 6 ein Diagramm, in dem eine "MTF-Ortsfrequenzcha rakteristik" eines fotografischen optischen Sy stems dargestellt ist;

Fig. 7a bis 7d Darstellungen, in denen jeweils das fotogra fische optische System, MTF-Charakteristiken, und MTF-Verhältnischarakteristiken dargestellt sind, wenn der Brennpunkt des optischen Systems bei einer von zwei Positionen nahe einer vorher gesagten Brennebene angeordnet ist;

Fig. 8a bis 8d Darstellungen, in denen jeweils das fotogra fische optische System, MTF-Charakteristiken und MTF-Verhältnischarakteristiken dargestellt sind, wenn der Brennpunkt des optischen Systems dich ter an der vorhergesagten Brennebene als an eine der zwei Positionen nahe der vorhergesagten Brennebene angeordnet ist;

Fig. 9a bis 9d Darstellungen, in denen jeweils das fotogra fische optische System, MTF-Charakteristiken und MTF-Verhältnischarakteristiken dargestellt sind, wenn der Brennpunkt des optischen Systems bei der vorhergesagten Brennebene angeordnet ist;

Fig. 10a bis 10d Darstellungen, in denen jeweils das foto grafische optische System, MTF-Charakteristiken und MTF-Verhältnischarakteristiken dargestellt sind, wenn der Brennpunkt des optischen Systems dichter zu der vorhergesagten Brennebene als zu der anderen der zwei Positionen nahe der vorher bestimmten Brennebene angeordnet ist;

Fig. 11a bis 11d Darstellungen, in denen jeweils das foto grafische optische System, MTF-Charakteristiken und MTF-Verhältnischarakteristiken dargestellt sind, wenn der Brennpunkt des optischen Systems bei der anderen der zwei Positionen nahe der vorhergesagten Brennebene angeordnet ist;

Fig. 12 ein Zeitdiagramm, in dem Lese- und Ladungssamm lungs-Zeitverläufe eines Bildsensors dargestellt sind;

Fig. 13 ein Diagramm, in dem ein Verhältnis zwischen einer MTF und einem Defokussierbetrag darge stellt ist;

Fig. 14 ein Diagramm, in dem ein Verhältnis zwischen Signalverminderung und einer Ortsfrequenz darge stellt ist;

Fig. 15 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung dargestellt ist;

Fig. 16 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau eines Fil terkreises dargestellt ist;

Fig. 17 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau eines wei teren Filterkreises dargestellt ist;

Fig. 18 ein Blockdiagramm, in dem der Aufbau eines wei teren Filterkreises dargestellt ist;

Fig. 19A ein Diagramm, in dem eine RECT-Funktion darge stellt ist;

Fig. 19B ein Diagramm, in dem das Spektrum der RECT-Funk tion dargestellt ist;

Fig. 20A ein Diagramm, in dem eine Keilwellenfunktion (Spline function) dargestellt ist;

Fig. 20B ein Diagramm, in dem das Spektrum der Keilwel lenfunktion dargestellt ist;

Fig. 21 ein Diagramm, in dem Kontrastsignale dargestellt sind, bevor und nachdem die Filterung neben der vorhergesagten Brennebene durchgeführt wurde;

Fig. 22 ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung dargestellt ist;

Fig. 23 ein Diagramm, in dem eine Eingangs /Ausgangscharakteristik eines logarithmischen Kreises dargestellt ist;

Fig. 24 eine Ansicht, um das Phasenkorrelationsschema zu erklären; und

Fig. 25 ein Diagramm, um das Bergauffahrtsschema zu erklären.

Im folgenden soll nun das Prinzip der Defokussierdetektion, welche die MTF-Charakteristiken eines fotografischen opti schen Systems benutzt, beschrieben werden.

Wenn die MTF eines fotografischen optischen Systems, das Fourier-Spektrum eines Originalbildes, und das Fourier-Spek trum eines geformten Bildes sich jeweils als M (u; δ), F (u) und G (u) darstellen lassen, nimmt das Fourier-Spektrum G (u) die folgende Form an:

G(u) = F(u) · M(u, w ) (1)

wobei u die Ortsfrequenz und δ der Defokussierbetrag ist.

Wenn das Fourier-Spektrum von Bildern, die bei Positionen gebildet werden, bei denen man die Fokussierbeträge δ ₁ und δ ₂ erhalten hat, sich jeweils als G ₁ (u) und G ₂ (u) darstel len lassen, folgt:

G₁(u) = F(u) · M(u, δ₁) (2)

G₂(u) = F(u) · M(u, δ₂) (3)

Aus den Gleichungen 2 und 3 folgt, daß das Verhältnis zwi schen dem Fourier-Spektrum von Bildern, welche bei Positio nen gebildet wurden, bei denen sich unterschiedliche Defo kussierbeträge δ ₁ und δ ₂ ergeben haben, gegeben ist zu:

G₁(u)/G₂(u) = M(u, δ₁)/M(u, δ₂) = r(u : δ₁, δ₂) (4)

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist das Verhältnis r (u; δ ₁, δ ₂) nicht von dem gesamten Originalbild abhängig, sondern nur von den Defokussierbeträgen δ ₁ und δ ₂ des fotografischen optischen Systems. In diesem Fall ist r (u; δ ₁, w ₂) eine Funktion, welche durch den Fokussierzustand des fotografi schen optischen Systems (welche im nachfolgenden als MTF- Verhältnisfunktion bezeichnet werden soll) festgelegt.

Die Art und Weise, in der diese MTF-Verhältnisfunktion r (u; δ ₁, δ ₂) in Abhängigkeit mit einem Fokussierzustand eines Bildes ändert, soll im nachfolgenden beschrieben werden. In Fig. 6 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die MTF-Charak teristiken bezüglich des Defokussierbetrages δ dargestellt sind. Beachte, daß die Ordinaten- und Abszissenachse jeweils MTF-Werte und Ortsfrequenzen darstellt. Die Defokussierbe träge δ ₁ bis δ ₄ haben das folgende Verhältnis: 0 < δ ₁ < w ₂ < δ ₃ < δ ₄. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, haben die MTF-Werte eines fotografischen optischen Systems eine Charakteristik, gemäß der eine Hochfrequenzkomponente mit einem Ansteigen im Defokussierbetrag δ reduziert ist.

Die Fig. 7a bis 11d zeigen jeweils MTF-Charakteristiken bei benachbarten Positionen P 1 und P 2 auf der optischen Achse neben einer vorhergesagten Brennebene des optischen fotografischen Systems und MTF-Verhältnisfunktionen, welche mit den Positionen P 1 und P 2 verbunden sind. Unter Bezug nahme auf Fig. 6 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine fotografi sche Linse bezeichnet. Diese fotografische Linse hat die MTF-Charakteristik, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Das Bezugszeichen F bezeichnet die vorhergesagte Brennebene. Die Positionen P 1 und P 2 sind Positionen, die jeweils um einen Betrag von δ ₂/2 nach vorne und nach hinten von der vorherge sagten Brennebene verschoben sind. Demnach ist in Fig. 7a ein Nahe-dem-Fokuszustand, entsprechend der Entfernung δ ₂ dargestellt, in Fig. 8a ein Vor-dem-Fokuszustand entspre chend einer Entfernung δ ₂/2 dargestellt, in Fig. 9a ein fokussierter Zustand, in Fig. 10a ein Hinter-dem-Fokuszu stand gemäß der Entfernung δ ₂/2 und in Fig. 11a ein Hinter dem-Fokuszustand gemäß der Entfernung δ ₂ dargestellt. Jede der Fig. 7B, 8B, 9B, 10B und 11B zeigen MTFs; M ₁(u) als eine MTF-Kurve bei der Position P 1. Jede der Fig. 7C, 8C, 9C, 10C und 11C zeigen MTFs. M ₂(u) als eine MTF-Kurve bei der Position P 2. Es ist zu beachten, daß die in den Zeich nungen dargestellten Defokussierbeträge jeweils den MTF-Kur ven entsprechen. Desweiteren ist in jeder der Fig. 7D, 8D, 9D, 10D und 11D eine MTF-Verhältnistunktion r(u; δ ₁, w ₂) dargestellt, welche durch M ₁(u)/M ₂(u) dargestellt ist und welche mit den Positionen P 1 und P 2 verbunden ist. Wie in den Fig. 7A bis 11D dargestellt, ist die Form der MTF- Verhältnisfunktionen r (u; δ ₁, w ₂) Kurve, wie sie in jeder der Fig. 7D, 8D, 9D, 10D und 11D dargestellt ist, durch den jeweiligen Fokussierzustand festgelegt, wie er in jeder der Fig. 7A, 8A, 9A, 10A und 11A dargestellt ist. Demnach kann, wenn eine MTF-Verhältnisfunktion erhalten ist, der Fokussierzustand eines Bildes festgelegt werden. Folglich kann der Defokussierbetrag und die Defokussierrichtung erhalten werden.

Wenn eine Fokusjustage durch Verwendung des oben beschriebe nen Prinzipes der Defokussierdetektion durchgeführt werden soll, ist es schwierig, die MTF-Verhältnisfunktionen r (u; δ ₁, w ₂) in dem gesamten Frequenzband zu erhalten. Aus diesem Grund ist eine Speichervorrichtung in der Vorrichtung ange ordnet, um die MTF-Verhältnisfunktionswerte bezüglich einer Vielzahl von typischen Ortsfrequenzen (z. B. Ortsfrequenzen u 1, u 2 und u 3 wie in Fig. 7A bis 11D dargestellt), welche in geeigneter Weise MTF-Verhältnisfunktionscharakteristiken darstellen, zu speichern. Mit diesem Aufbau können MTF-Ver hältnisfunktionswerte in einem weiten Frequenzband auf ein fache Art und Weise in den Speichervorrichtungen gespeichert werden.

In dem Fokussierzustand, der in Fig. 7A dargestellt ist, nimmt die MTF-Verhältnisfunktionskurve eine Form wie in Fig. 7D dargestellt an, in der die MTF-Verhältnisfunktion bei den Ortsfrequenzen u 2 und u 3 unendlich wird und die Kurve unste tig wird. Dies liegt daran, daß der Defokussierbetrag bei der Position P 2 (entsprechend dem Nenner eines Verhältnis ses) groß ist, und der Nenner des MTF-Verhältnisses Null wird. Wenn ein unstetiger Teil in einer MTF-Verhältnisfunk tion vorhanden ist, ist ein großer Rechenfehler die Folge.

Um derartige Unannehmlichkeiten zu beseitigen, werden die zu detektierenden Ortsfrequenzen zu verschiedenen Werten geschaltet. Wenn z. B. in dem Fall der MTF-Verhältnisfunk tion, welche in Fig. 7D dargestellt ist, die Ortsfrequenzen u 1, u 2 und u 3 zu den Frequenzen u 11, u 12 und u 13 geschaltet werden, kann ein Vergleich zwischen MTF-Werten bei unsteti gen Teilen vermieden werden. Indessen ist mit derartigen Ortsfrequenzen ein Änderung im MTF-Verhältnis klein und folglich kann eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden. Daher müssen Ortsfrequenzen, welche verwendet werden sollen, in geeigneter Art und Weise geschaltet werden.

Zusätzlich kann, um die oben beschriebenen Unannehmlichkei ten zu vermeiden, das Verhältnis von Ortsfrequenzkomponenten von Bildern unter Verwendung der Ortsfrequenzkomponente von einem der Bilder, welches einen kleineren Defokussierbetrag als der Nenner aufweist, errechnet werden. Z. B. für den Fall des Fokussierzustandes, der in Fig. 7A dargestellt ist, hat die sich ergebende MTF-Verhältnisfunktionskurve dieselbe Form wie die in Fig. 11D dargestellte, wenn eine MTF-Ver hältnisfunktion bereitgestellt wird mit

was zur Folge hat, daß kein unstetiger Teil produziert wird. Indessen wird eine Unterdrückungsvorrichtung benötigt, um den in Fig. 7a dargestellten Fokussierzustand von dem in Fig. 11a dargestellten zu unterdrücken. Beispielsweise kann als eine derartige Unterdrückungsvorrichtung eine Vorrich tung betrachtet werden, welche den in Fig. 7a dargestellten Fokussierzustand festlegt, wenn M ₁(u 1) < M ₂(u 2) ist, und welche den Fokussierzustand, der in Fig. 11A dargestellt ist, festlegt, wenn M ₁(u 1) < M ₂(u 2) ist.

Wenn ein Bildsensor eines zweidimensionalen Zwischenzeilen- Übertragungsschemas verwendet wird, kann die folgende Fokus justage durchgeführt werden. Im folgenden soll nun ein Fall beschrieben werden, in dem der oben beschriebene Bildsensor z. B. in einer elektronischen Kamera angewendet wird. Wäh rend eine optische Linse in der Richtung der optischen Achse mit der gleichen Geschwindigkeit V bewegt wird, wird ein Bild entsprechend eines Rahmens durch einen zweidimensiona len Zwischenzeilen-Übertragungsschema-CCD als ein Bildsensor aufgenommen. Fig. 12 zeigt ein Ladungssammlungs /Lesezeitverhalten von jedem Feld in diesem Aufnahmevorgang. Bezüglich Fig. 12 sind mit den Bezugszeichen T 1, T 2 und T 3 jeweils eine Ladungssammlungsstartzeit, eine Ladungssamm lungsendzeit, eine Lesestartzeit und eine Leseendzeit in jedem Feld bezeichnet; und mit T 11, T 12 und T 13 eine Ladungssammlungsstartzeit, eine Ladungssammlungsendzeit, eine Lesestartzeit und eine Leseendzeit. Fig. 13 zeigt eine Kurve einer "Defokussierbetrages-MTF"-Charakteristik entsprechend jeder Zeit.

Es soll nun angenommen werden, daß die Bewegung der opti schen Linse und das Aufnehmen durch die CCD-Vorrichtung bei dem Punkt mit einem Defokussierbetrag D 1 beginnen (Zeit T 1) und die optische Linse derartig bewegt wird, daß die Defo kussierbeträge D 2, D 3 und D 4 jeweils bei den Zeiten T 2, T 11 und T 12 erhalten werden. In diesem Fall kann ein mittlerer Unterschied Ld in optischen Weglängen zwischen ungeradzahli gen und geradzahligen Feldern durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

Ld = {(T 2-T 1)/2 + (T 12-T 11)/2 + (T 11-T 2)} × V = T 12+-T 11-T 2-T 1) × V/2 (5)

Demnach kann ein Bild eines Fokussierzustandes, der eine optische Wegdifferenz Ld aufweist, durch gleichförmige Bewe gung der optischen Linse gebildet werden und der Unterschied Ld kann durch die Steuerung der Geschwindigkeit der Bewegung justiert werden. Zusätzlich kann durch den Wechsel von opti schen Linsen die Vorrichtung auf einen Wechsel in der opti malen optischen Weglängendifferenz antworten. Beachte, daß die ungeradzahligen und die geradzahligen Feldsignale von Bildsignalausgängen des Bildsensors verwendet werden, weil beide der Felder einen hohen Korrelationspegel aufweisen und die Zeit zum Aufnehmen und Fokussieren verkürzt werden kann.

Da auf diese Art und Weise Bilder in zwei verschiedenen Fokuszuständen gebildet werden, kann die Fokusjustage durch geführt werden, ohne daß einige speziell für die Fokusjus tage entworfenen Teile verwendet werden. Folglich kann die Vorrichtung in der Größe reduziert werden und ist frei von den Begrenzungen eines optischen Systems. Desweiteren kann, da alle Lichtstrahlen, welche auf das fotografische optische System einfallen, verwendet werden, die Ladungssammlungszeit selbst für ein zu bildendes Objekt einer geringen Beleuch tungsstärke verkürzt werden. Ein Objekt einer hohen Beleuch tungsstärke kann einfach durch den Wechsel der Ladungssamm lungsstartzeit T 1 und der Zeit T 11 verarbeitet werden. Daher kann die Fokusjustage durchgeführt werden, ohne von der Beleuchtungsstärke eines zu bildenden Objektes beeinflußt zu werden.

Die Verminderung des Bildsignals infolge der Bewegung der optischen Linse wird im folgenden beschrieben. Es soll ein Fall betrachtet werden, in dem die optische Linse von einem Punkt A zu einem Punkt B, wie in Fig. 13 dargestellt, bewegt werden. Es soll angenommen werden, daß die Entfernung zwi schen den Punkten A und B mit 1 gegeben ist und die MTF- Kurve ein Form aufweist, welche einem einperiodischen Teil einer Sinuswelle entspricht. Wenn der Unterschied Ld=l/c (c ist der Nenner der Entfernung zwischen den Punkte A und B) ist, kann eine Verminderungsfunktion aufgrund der Bewe gung gegeben werden als sinc (lu/c), wobei u die Ortsfre quenz ist. Beachte, daß die Ortsfrequenz u=1/l einer Sinuswelle gleich sinc (1/c) ist. In Fig. 14 ist eine Kurve dargestellt, welche auf dieser Funktion basiert. Wie in Fig. 14 dargestellt, kann eine Verminderung des Bildsignales durch die Justage der Differenz ld, d. h. der Geschwindig keit der Bewegung der optischen Linse, minimiert werden, um c=3-5 oder mehr zu setzen.

Eine automatische Fokussiervorrichtung, bei der das oben beschriebene Prinzip der Defokussierdetektion angewendet wird, soll nun im folgenden beschrieben werden.

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das einen Auf bau einer automatischen Fokussiervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein fotografisches optisches System bezeichnet, das die MTF-Charakteristiken, wie sie in den Fig. 7A bis 11D dargestellt sind, auf weist; mit dem Bezugszeichen 12 einen Pulsmotor zum Treiben des fotografischen optischen Systems; mit 13 einen Treiber kreis für den Pulsmotor 12, und mit 14 einen Bildsensor, der in der Nähe der vorhergesagten Brennebene des fotografischen optischen Systems 10 angeordnet ist und der durch einen Zwi schenzeilen-Übertragungsschema-CCD gebildet wird. Der Aus gangsanschluß des Bildsensors 14 ist mit einem Fensterkreis 15 verbunden. Der Fensterkreis 15 dient der Entnahme eines Bildsignals aus einem Bildsignal von dem Bildsignal 14 ent sprechend eines Bereiches, auf den das optische System fokussiert werden soll. Der Fensterkreis 15 ist mit einem Schaltkreis 16 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse des Schalt kreises 16 sind parallel mit einer Vielzahl von Bandpaßfil tern (im nachfolgenden mit BPF bezeichnet) 17A bis 19A und 17B bis 19B verbunden. Der Schaltkreis 18 schaltet Bildsignaleingänge, welche von dem Fensterkreis 15 zu den jeweiligen BPFs eingegeben werden, zu den BPF 17 A bis 19 A oder 17 B bis 19 B. Es ist zu beachten, daß die BPFs 17 A bis 19 A und 17 B bis 19 B jeweils Durchlaßzentralfrequenzen von u 1 bis u 3 und u 11 bis u 13 aufweisen, welche jeweils den Orts frequenzen u 1 bis u 3 und u 11 bis 13, wie sie in Fig. 7A bis 11D dargestellt sind, entsprechen. Die BPFs 17 A und 17 B sind mit einem Leistungsdetektionskreis 21 verbunden. Die BPFs 18 A und 18 B sind mit einem Leistungsdetektionskreis 22 verbunden. Die BPFs 19 A und 19 B sind mit einem Leistungsde tektionskreis 23 verbunden. Die Leistungsdetektionskreise 21 bis 23 sind jeweils mit entsprechenden Haltekreisen 24 bis 26 und Teilern 27 bis 29 verbunden. Die Leistungsdetektions kreise 21 bis 23 detektieren jeweils Ortsfrequenzkomponenten von Bildsignalen, welche durch die BPFs 17 A bis 19 A und 17 B bis 19 B hindurchtreten und geben Ortsfrequenzkomponenten S 2, S 4 und S 6 als Ausgangssignale zu den entsprechenden Halte kreisen 24 bis 26 und zu den Teilern 27 bis 29 aus. Die Teiler 27 bis 29 berechnen jeweils Ortsfrequenzverhältnisse Y 1 (=S 1/S 2), Y 2 (=S 3/S 4) und Y 3 (=S 5/S 6). Die Leistungs detektionskreise 21 bis 23, die Haltekreise 24 bis 26 und die Teiler 27 bis 29 bilden Rechnervorrichtungen für die Bestimmung der Ortsfrequenzkomponentenverhältnisse. Die Tei ler 27 bis 29 sind jeweils mit A/D-Wandlern 31 bis 33 ver bunden. Die A/D-Wandler 31 bis 33 geben jeweils analoge Aus gangssignale Y 1, Y 2 und Y 3, welche von den Teilern 27 bis 29 ausgegeben werden, als digitale Signale Y 11, Y 12 und Y 13 aus. Die Digitalsignale Y 11 bis Y 13, welche von den A/D- Wandlern 31 bis 33 ausgegeben werden, werden jeweils in selbsthaltende Schalterkreise (latches) 34 bis 36 eingegeben und werden dann in einem elektronischen Abtastkreis 37 eingegeben. Der elektronische Abtastkreis 37 detektiert eine MTF-Verhältnisform aus Tastpulsen Φ, welche von einem Mikro prozessor (38) stammen und aus den Signalen Y 11 bis Y 13, welche Ortsfrequenzenkomponentenverhältnisse darstellen, welche von den selbsthaltenden Schaltern 34 bis 36 bei vor herbestimmten Zeiten angelegt werden, und gibt ein Defokus siersignal D zu dem Mikroprozessor 38 aus. In Antwort auf das Defokussiersignal D gibt der Mikroprozessor 38 ein Trei bersteuersignal Cd des fotografischen optischen Systems 10 zu dem Treiberkreis 13 aus. Desweiteren gibt der Mikropro zessor 38 ein Schaltsignal Cc an den Schaltkreis 16, um den Ausgang zu den BPFs 17 a bis 19 a oder 17 b bis 19 b zu schal ten.

In Fig. 2 ist die Schaltkreisanordnung des elektronischen Abtastkreises 37 dargestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden nun mit den Bezugszeichen 41 bis 43 und 44 ROMs (read only memories) bezeichnet. Die ROMs 41 bis 43 speichern jeweils MTF-Verhältnisse D 1, D 2 und D 3 bezüglich N-Typen von Fokussierzuständen bei Ortsfrequenzen (u 1 und u 11), Ortsfre quenzen (u 2 und u 12) und Ortsfrequenzen (u 3 und u 13). Das ROM 45 speichert Defokussierbeträge D 4 bezüglich den N-Typen von Fokussierzuständen. In diesem Fall, wenn jede der Digitaldaten Y 11, Y 12 und Y 13, welche Frequenzverhältnisse darstellen, aus acht Bits bestehen, ist die Zahl der Typen von Fokussierzuständen, d. h. n=256 und 256×2=512 Daten in den ROMs 41 bis 45 gespeichert.

Bezugszeichen 46 bezeichnet einen Zähler, um die ROMs 41 bis 43 zu veranlassen, die Verhältnisse D 1, D 2 und D 3 zu den Subtrahierern 47 bis 49 in Antwort auf Zeitpulssignale Φ von dem Mikroprozessor 38 auszugeben. Die Subtrahierer 47 bis 49 führen eine Subtraktionsverarbeitung der MTF-Verhältnisse D 1, D 2 und D 3, welche von den ROMs 41 bis 43 angelegt wur den, und den Digitaldaten Y 11, Y 12 und Y 13, welche von den selbsthaltenden Schaltern 34 bis 36 angelegt wurden, durch und stellen die örtliche Frequenzkomponentenverhältnisse dar. Die Subtraktionsergebnisse, welche jeweils von den Sub trahierern 47 bis 49 erhalten werden, werden in einen Addie rer 53 über Absolutwertkreise 50 bis 51 eingegeben. Als ein Ergebnis gibt der Addierer 53 ein Tastsignal Ss aus. Dieses Tastsignal Ss wird in einen Nulldurchgangsdetektor 55 über einen Differenzierer 54 eingegeben. Ein Ausgangssignal von dem Nulldurchgangsdetektor 55 und ein Ausgangssignal D 4 von dem ROM 45 werden in ein Defokussierbetragsdetektor 56 ein gegeben. Der Defokussierbetragsdetektor 56 detektiert eine MTF-Verhältnisform aus dem Ausgangssignal des Nulldurch gangsdetektors 55 und dem Defokussierbetrag der N-Fokussier zustände, welche aus dem ROM 45 ausgelesen werden, wenn die Nulldurchgangsposition detektiert wurde, und gibt ein Defo kussiersignal D aus.

Eine Funktion der automatischen Fokussiervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau soll nun im folgenden beschrieben werden.

In Fig. 3 ist ein Flußdiagramm dargestellt, welches ein schematische Fokusjustagensequenz darstellt. Wenn die Fokus justage beginnt, wird die Bewegung des fotografischen opti schen Systems 10 gestartet (Schritt S 1), und eine erste De fokussierjustage ist durchgeführt (Schritt S 2). In Schritt S 2 wird eine Kombination der BPFs 17 B bis 19 B auf der Nied rigfrequenzseite verwendet. Eine zweite Defokussierjustage wird unter Verwendung der BPFs 17 A bis 19 A auf der Hochfre quenzseite durchgeführt (Schritt S 3). Die Bewegung des foto grafischen optischen Systems 10 wird dann bei einer Im-Fo kusposition gestoppt, um dadurch die Fokussierjustage zu vervollständigen.

Die Funktion der Ausführungsform soll nun im folgenden ge nauer beschrieben werden.

Wenn die Fokusjustage gestartet wird, führt die Bewegung des fotografischen optischen Systems 10 bei der gleichen Geschwindigkeit V gestartet. Das fotografische optische System 10 kann in eine der Richtungen bewegt werden, in der das optische System 10 sich dem Bildsensor 14 entweder nähert oder sich von ihm fortbewegt. Die erste Defokussier justage beginnt zu derselben Zeit, zu der auch die Bewegung des fotografischen optischen Systems 10 beginnt, und folg lich wird ein Abbildungsvorgang des Bildsensors 14 gestar tet. Das optische Bild eines durch den Bildsensor 14 zu bil denden Objektes wird in Bildsignale konvertiert, welche sequentiell in Feldeinheiten von ungeradzahligen Feldern zu geradzahligen Feldern eingelesen werden. Die Fig. 12 und 13 zeigen jeweils Sammel- und Lesezeitverhalten von Bild signalen des Bildsensors 14 und die Fokussierbeträge bei den jeweiligen Zeiten. In diesem Fall ist zu beachten, daß die Zeiten T 1 und T 11 durch ein zusätzlich angeordnetes Belich tungsdetektionselement gesteuert werden, um einen geeigneten Bestrahlungswert zu setzen. Von den Lesebildsignalen werden nur Signale von dem Fensterkreis 15 entnommen, welche Berei chen entsprechen, auf denen die optische System 10 fokus siert werden soll und in den Schaltkreis 16 eingegeben.

In dem Verfahrensschritt der ersten Defokussierbetrags justage gibt der Mikroprozessor 38 das Schaltsignal Cc an den Schaltkreis 16 aus, welches verwendet wird, um den Aus gang zu der Niederfrequenzseite der Bandpaßfilter 17 B bis 19 B zu schalten. Als eine Folge werden die Bildsignale von dem Schaltkreis 16 an die Niederfrequenzseiten BPFs 17 B bis 19 B angelegt. Die Komponentenbeträge der Ortsfrequenzen u 11, u 12 und u 13 werden jeweils von den Leistungsdetektionskrei sen 21 bis 23 aus den Bildsignalen, welche zu den BPFs 17 B bis 19 B angelegt worden sind, erhalten. Diese Komponentenbe träge sind die Komponentenbeträge von ungeradzahligen Feld signalen. Nachdem die Zeit entsprechend einem Feld verstri chen ist, werden Signale S 1, S 3 und S 5 als Ortsfrequenzkom ponenten von ungeradzahligen Feldern von den Haltekreisen 24 bis 26 ausgegeben und Signale S 2, S 4 und S 8 werden als Orts frequenzkomponenten von geradzahligen Feldern ausgegeben. Daher empfangen die Teiler 27 bis 29 jeweils Ortsfrequenz komponenten (S 1, S 2), (S 3, S 4) und (S 5, S 6), wobei jedes Paar dieselbe Frequenz und unterschiedliche Fokussierzu stände aufweist (welche durch die Durchführung von Abbil dungsoperationen bei ungeradzahligen und geradzahligen Fel dern erhalten wurden). Als ein Ergebnis führen die Teiler 27 bis 29 jeweils Teiloperationen der Komponentenverhältnisse der Ortsfrequenzen bei verschiedenen Fokussierzuständen bei jeder der Frequenzen u 11, u 12 und u 13 durch. Die Teiler 27 bis 29 geben jeweils Ortsfrequenzkomponentenverhältnisse Y 1 (=S 1/S 2), Y 2 (=S 3/S 4) und Y 3 (=S 5/S 8) aus. Die Ortsfre quenzkomponentenverhältnisse Y 1 bis Y 3, welche von den Tei lern 27 bis 29 ausgegeben werden, werden in Digitalsignale Y 11, Y 12 und Y 13 durch die A/D-Wandler 31 bis 33 gewandelt. Die Digitalsignale Y 11, Y 12 und Y 13 werden dann in den elek tronischen Abtastkreis 37 eingegeben, während sie durch die selbsthaltenden Schalter 34 bis 36 für eine vorherbestimmte Zeitperiode gehalten werden.

In dem elektronischen Abtastkreis 37 werden Taktpulse Φ aus dem Mikroprozessor 38 sequentiell in den Zähler 46 eingele sen. Der Zähler 46 gibt Lesesignale mit Leseadressen, welche sich sequentiell ändern, zu den ROMs 41 bis 43 und 45 in Antwort auf die Taktpulse Φ aus. Als ein Ergebnis werden die MTF-Verhältnisse D 1 bis D 3, welche gespeichert wurden, um einer Vielzahl von Fokussierzuständen bezüglich einer Viel zahl einer Ortsfrequenz zu entsprechen, sequentiell von den ROMs 41 bis 43 ausgelesen und in die Subtrahierer 47 bis 49 eingegeben. Ein Defokussierbetrag d 4, welcher den MTF-Ver hältnissen entspricht, die aus den ROMs 41 bis 43 ausgelesen wurden, wird von dem ROM 45 ausgelesen und in den Defokus sierbetragsdetektor 56 eingelesen. D. h., daß die Leseadres sen der ROMs 41 bis 43 und 45 auf der Basis der Taktpulse Φ abgetastet werden. Die Subtrahierer 47 bis 49 führen jeweils den Vergleich und die Subtraktion zwischen den Ortsfrequenz komponentenverhältnissen Y 11 bis Y 13 und den vorgesetzten MTF-Verhältnissen D 1 bis D 3 durch. Die Absolutwerte der Sub traktionsergebnisse werden durch die Absolutwertkreise 50 bis 52 erhalten und werden durch den Addierer 53 zusammenad diert. Ein Abtastsignal Ss wird dann von dem Addierer 53 ausgegeben. Der Wert des Abtastsignals Ss ist gegeben als

Ss = |Y 11-d 1| + |Y 12-d 2| + |Y 12-d 3|. (6)

Dieses Abtastsignal Ss hat den Minimalwert bei der Im-Fokus position. Daher wird eine Null-Durchgangsposition festge stellt, wenn man das Abtastsignal Ss durch die Differenzier vorrichtung 54 differenziert und einen Null-Durchgang des Differenzierergebnisses durch den Null-Durchgangsdetektor 55 detektiert. Wenn die Null-Durchgangsposition durch den Null- Durchgangsdetektor 55 detektiert wurde, gibt der Defokus sierbetragsdetektor 56 den Defokussierbetrag D 4, welcher von dem ROM 45 ausgelesen wurde als ein Defokussiersignal D an den Mikroprozessor 38 aus. Der Mikroprozessor 38 berechnet eine Zielstopposition des fotografischen optischen Systems 10 aus dem Eingangsdefokussiersignal D und der gegenwärtigen Bewegungsgeschwindigkeit V des optischen Systems 10 und gibt ein Steuersignal Cd für die Fokusjustage an den Treiberkreis 13 aus. Eine Treiberoperation des Pulsmotors 12 wird durch das Steuersignal Cd gesteuert, um die Bewegung des fotogra fischen optischen Systems zu justieren.

Es ist zu beachten, daß wenn das fotografische optische System in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden muß, er dahingehend gesteuert wird, daß er sich in die entgegen gesetzte Richtung zu der oben beschriebenen bewegt. Wenn festgestellt wird, daß die Zielstopposition sich weit von der gegenwärtigen Postition des fotografischen optischen Systemes 10 befindet, wird das optische System 10 mit einer Geschwindigkeit bewegt, welche höher ist als die Bewegungs geschwindigkeit V. Mit diesem Vorgang ist die erste Defokus sierbetragsjustage vervollständigt. Wenn das fotografische optische System sich der Ziel-Position nähert, wird die Bewegungsgeschwindigkeit erneut auf die Geschwindigkeit V gesetzt und die zweite Defokussierbetragsjustage wird in derselben Art und Weise wie die erste Justage durchgeführt. Demnach werden Abbildungsoperationen in Feldeinheiten durch den Bildsensor 14 durchgeführt, und ein Vorgang ähnlich zu dem oben beschriebenen wird auf Basis der erhaltenen Bild signale durchgeführt, wobei ein Defokussierbetrag erhalten wird. In der zweiten Justage indessen werden die Hochfre quenzseiten BPFs 17 A bis 19 A verwendet und der Defokussier betrag wird durch Verwendung von Daten in den ROMs 41 bis 43 und 45 errechnet, welche Werte haben, die den Ortsfrequenzen u 1, u 2 und u 3 entsprechen. Als ein Ergebnis wird eine Ziel stopposition des fotografischen optischen Systems erneut erhalten, und die Bewegung des fotografischen optischen Systems ist justiert. Wenn das optische System 10 die Ziel position erreicht hat, wird seine Bewegung gestoppt, wodurch der Fokusjustagevorgang vervollständigt ist.

Wie oben beschrieben, werden gemäß der ersten Ausführungs form MTF-Verhältnisse entsprechend einer Vielzahl von Fre quenzen in den ROMs 41 bis 43 und 45 gespeichert, um eine Vielzahl von Fokussierzuständen des fotografischen optischen Systems 10 zu entsprechen. Ortsfrequenzkomponentenverhält nisse in zwei verschiedenen Fokussierzuständen werden bezüg lich einer Vielzahl von Frequenzkomponenten erhalten und mit den vorgesetzten MTF-Verhältnissen verglichen, um den Defo kussierbetrag und die Fokusrichtung des fotografischen opti schen Systems zu erhalten. Daher kann ein Defokussierbetrag und eine Fokusrichtung durch einen Fokusjustagevorgang erhalten werden, ohne durch einen Zustand eines aufzunehmen den Objektes beeinflußt zu werden.

Weil die Fokusjustage durchgeführt wird, indem nur ein Bild signal von dem Bildsensor 14 verwendet wird, werden keine Teile, welche speziell für die Fokusjustage entworfen sind, wie ein Sensor, benötigt. Daher kann die Vorrichtung in der Größe reduziert werden und es ist von den Begrenzungen eines optischen Systems unabhängig.

Da ungeradzahlige und geradzahlige Feldsignale von dem Bild sensor 14 verwendet werden, können Bilder in zwei Fokussier zuständen in einer kurzen Zeitspanne gebildet werden. Zusätzlich kann, da Vergleiche zwischen MTF-Verhältnissen und Ortsfrequenzkomponentenverhältnissen Y 11 bis Y 13 durch elektronische Abtastung durchgeführt werden, eine hohe Ope rationsgeschwindigkeit realisiert werden. Daher kann die Zeit für die Fokusjustage verkürzt werden.

Da die BPFs 17 A bis 19 A und die BPFs 17 B bis 19 B einen Zweitschrittaufbau einer Hochfrequenz und einer Niederfre quenzseite bilden, und diese Seiten durch den Schaltkreis 16 geschaltet werden, kann eine Hochpräzisionsfokusjustage selbst dann durchgeführt werden, wenn der Defokussierbetrag groß ist.

Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Defokussierbe tragsjustage zweimal durchgeführt. Indessen kann die Defo kussierbetragsjustage kontinuierlich wiederholt werden oder die Fokusjustage kann durch nur eine Defokussierjustage durchgeführt werden. Zusätzlich können die ROMs 41 bis 43 und 45 in dem fotografischen optischen System angeordnet werden. Mit diesem Aufbau wird ein Austausch des fotografi schen optischen Systems erleichtert. Eine Vielzahl von Bild sensoren 14 kann neben der vorhergesagten Brennebene ange ordnet werden, um zwei verschiedene Fokussierzustände zu er halten. Ferner kann es erlaubt werden, daß wenn ein geeigne tes Abbildungselement verwendet wird, sich die Sammelzeit der ungeradzahlig und geradzahlig numerierten Felder, welche in Fig. 12 dargestellt sind, überlappen. Mit diesem Aufbau kann die Fokussierzeit weiter verkürzt werden. In der Aus führungsform wird der Fensterkreis 15 dazu verwendet, um nur Signalkomponenten zu entnehmen, welche einem Bereich ent sprechen, auf den das fotografische optische System fokus siert werden soll. Indessen kann in diesem Fall, wenn die Signale von den jeweiligen Linien addiert werden, das Rauschen reduziert werden. Rauschreduktion kann durch die Entnahme von Signalkomponenten bei einer Vielzahl von Posi tionen durchgeführt werden. In der Ausführungsform wird der Differenzierer 54 und der Null-Durchgangsdetektor 55 verwen teln. Indessen kann auch einfach ein Minimalwertdetektor verwendet werden.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, in dem ein Aufbau einer automatischen Fokussiervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die gleichen Bezugszeichen in Fig. 4 bezeichnen die gleichen Teile wie in Fig. 1, und auf eine detaillierte Beschreibung von ihnen soll verzichtet werden. In dieser Ausführungsform wird ein zerstörungsfreier Lesezugangsbildsensor als Bild sensor verwendet, und das Verhältnis zwischen Ortsfrequenz komponenten wird errechnet, indem eine der Ortsfrequenzkom ponenten verwendet wird, welche einen kleineren Defokussier betrag aufweist als ein Nenner. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist mit dem Bezugszeichen 60 ein zerstörungsfreier Lesezu gangsbildsensor dargestellt, welcher neben der vorhergesag ten Brennebene eines fotografischen optischen Systems 10 angeordnet ist. Der Bildsensor 60 kann z. B. ein SIT, AMI oder CMD sein. Der Bildsensor 60 wird in die Richtung der optischen Achse durch einen Treiberkreis 61 bewegt, welcher dem Bildsensor 60 gegenüberliegt. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet einen BPF, welcher eine zentrale Ortsdurchlaßfre quenz aufweist. Der BPF 62 ist mit einem Leistungsdetek tionskreis 63 verbunden. Haltekreise 64 bis 68 und ein Unterdrückungskreis 67 sind parallel mit dem Leistungsdetek tionskreis 63 verbunden. Die Haltekreise 64 bis 66 sind mit einem Schaltkreis 68 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Haltekreises 64 ist auch mit dem Unterdrückungskreis 67 ver bunden. Der Schaltkreis 68 ist mit einem Teiler 69 verbunden und ist derartig entworfen, daß er die Ausgänge S 11 bis S 13 der Haltekreise 64 bis 66 schaltet, um sie an den Teiler 69 anzulegen. Der Teiler 69 ist direkt mit dem Ausgangsanschluß des Leistungsdetektionskreises 63 verbunden. Der Teiler 69 führt eine Teilung der Ortsfrequenzkomponente So aus dem Leistungsdetektionskreis 63 und jeder der Ortsfrequenzen S 11 bis S 13 von den jeweils entsprechenden Haltekreisen 64 bis 66 durch und gibt das Teilungsresultat aus. Die Schaltsteue rung wird durch den Schaltkreis 68 derartig durchgeführt, daß die Signale S 11 bis S 13, die von den Haltekreisen 64 bis 66 ausgegeben werden und in den Teiler 69 eingegeben werden, mit den Ortsfrequenzkomponenten So von dem Leistungsdetek tionskreis 63 Frequenz-koinzidieren. Der Unterdrückungskreis 67 unterdrückt die Größenordnung der Ausgangssignale So von dem Leistungsdetektionskreis 63 und die des Ausgangssignals S 11 von dem Haltekreis 64 und gibt jeweils Unterdrückungs signale J 1 und J 2 zu dem Teiler 69 und zu dem Mikroprozessor 80. Ein Ortsfrequenzkomponentenverhältnis S 15, welches von dem Teiler 69 ausgegeben wird, wird in einen A/D-Wandler eingegeben. Eine Vielzahl von selbsthaltenden Schaltern (latches) 71 bis 73 sind parallel mit dem A/D-Wandler 70 bei den jeweiligen Frequenzen verbunden. Die selbsthaltenden Schalter 71 bis 73 sind mit dem elektronischen Abtastkreis 37 verbunden. Der Mikroprozessor 80 ist mit den Haltekreisen 64 bis 66 verbunden und gibt Kommandosignale zu den Halte kreisen 64 bis 66 aus, um ihre jeweiligen Halteintervalle festzusetzen. Zusätzlich ist der Mikroprozessor 80 mit den selbsthaltenden Schaltern 71 bis 73 verbunden, um sie mit Selbsthaltezeitsignalen zu versorgen. Desweiteren gibt der Mikroprozessor 80 Taktpulssignale Φ zu dem elektronischen Abtastkreis 37 aus, um die MTF-Verhältnisse auszulesen. Der Mikroprozessor 80 gibt ein Steuersignal C 1 zum Treiben des Bildsensors und ein Steuersignal C 2 zum Treiben des fotogra fischen optischen Systems 10 auf Grundlage eines Defokus siersignals D von dem elektronischen Abtastkreis 37 und dem Unterdrückungssignal J 2 von dem Unterdrückungskreis 67 aus.

Eine Funktion der automatischen Fokussiervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau soll nun im folgenden beschrieben werden. Wenn die Fokusjustage beginnt, wird das fotografi sche optische System 10 mit einer konstanten Geschwindigkeit V bewegt. Ein Abbildungsvorgang des Bildsensors 60 beginnt, und ein Lesevorgang von Bildsignalen wird durchgeführt. In diesem Fall wird der Abbildungsvorgang derartig durchge führt, daß ein optimaler Belichtungswert durch ein Belich tungsaufnahmeelement (nicht gezeigt) erhalten wird. Dieser Lesevorgang wird dreimal durchgeführt, und Lesetaktfrequen zen Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃, (Φ ₁ < Φ ₂ < Φ ₃) für den Bildsensor werden geändert, wobei eine Zeitmodulation der Signale durchgeführt wird. D. h., daß verschiedene Ortsfrequenzkomponenten durch den einzelnen BPF 62 entnommen werden können, indem der zer störungsfreie Lesezugriffsbildsensor 60 verwendet wird und die Lesetaktfrequenzen bei der gleichen Zeit geändert wer den. In diesem Fall hat das Ausgangssignal So des Leistungs detektionskreises 63 einen Komponentenbetrag einer Ortsfre quenz u 1, wenn das Lesetaktsignal Φ ₁ ausgegeben wird; einen Komponentenbetrag einer Ortsfrequenz u 2, wenn das Lesetast signal Φ ₂ ausgegeben wird; und einen Komponentenbetrag einer Ortsfrequenz u 3, wenn das Taktsignal Φ ₃ ausgegeben wird. Die Zeitverhalten der Haltekreise 64 bis 66 werden in Übereinstimmung mit einem Wechsel in der Lesetaktfrequenz derartig gesteuert, daß das Ausgangssignal S 11 von dem Haltekreis 64 eine Komponente der Ortsfrequenz u 1 aufweist, das Ausgangssignal S 12 des Haltekreises 65 eine Komponente der Ortsfrequenz u 2 aufweist und das Ausgangssignal von dem Haltekreis 66 einen Komponentenbetrag der Ortsfrequenz u 3 aufweist. In diesem Fall wird, selbst wenn das fotografische optische System angetrieben wird, dasselbe Bild wiederholt gelesen, indem die Charakteristiken des Bildsensors 60 als ein zerstörungsfreies Lesezugriffsbildelement verwendet wird, so daß die Signale S 11, S 12 und S 13 jeweils die Orts frequenzkomponente des gleichen Bildes darstellen. Es ist zu beachten, daß ein leichter Wechsel im Bild aufgrund der Ladungssammlung während den drei Leseoperationen entstehen kann. Indessen kann eine solche Unannehmlichkeit durch die Verkürzung der Lesezeit oder durch Verwendung eines mechani schen Abblockers eliminiert werden.

Nachfolgend wird ein Abbildungsvorgang durchgeführt, die Lesetaktfrequenzen wechseln zu Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ und ein Lesevorgang wird erneut dreimal durchgeführt. Der Schalt kreis 68 führt eine Schaltoperation durch, um S 14=S 11 zu setzen, wenn das Ausgangssignal So des Leistungsdetektions kreises 63 den Komponentenbetrag von u 1 aufweist, um S 14= S 12 zu setzen, wenn das Ausgangssignal So dem Komponentenbe trag von u 2 aufweist, und um S 14=S 13 zu setzen, wenn das Ausgangssignal So einen Komponentenbetrag von u 3 aufweist. In dem Teiler 69 werden die Ortsfrequenzkomponentenverhält nisse S 15, d. h. das Verhältnis zwischen dem Signal S 14 und dem Ausgangssignal So errechnet, aber ein Berechnungsverfah ren variiert in Abhängigkeit der Größenordnung des Komponen tenbetrages der Ortsfrequenz u 1. D. h., daß der Komponenten betrag S 11 von u 1 bei dem ersten Abbildungsvorgang mit dem Komponentenbetrag So von u 1 bei dem zweiten Abbildungsvor gang durch den Unterdrückungskreis 67 verglichen wird. Wenn So kleiner als S 11 ist, wird eine Berechnung von S 15= So/S 14 durchgeführt. Ist So S 11, wird eine Berechnung von S 15=S 14/So durchgeführt. Auf diese Art und Weise werden Komponentenverhältnisse der Ortsfrequenzen u 1, u 2 und u 3 aufeinanderfolgend errechnet, und von dem Teiler 69 ausgele sen. Das Signal S 15, welches von dem Teiler 69 ausgegeben wird, wird durch den A/D-Wandler 70 in ein Digitalsignal konvertiert. Gleichzeitig liegen die selbsthaltenden Schal ter 71 bis 73 jeweils Signale Y 21, Y 22 und Y 23 als Komponen tenverhältnisse der Ortsfrequenzen u 1, u 2 und u 3 an den elektronischen Abtastkreis 37 an. Aufgrund der Funktion der selbsthaltenden Schalter werden die aufeinanderfolgend errechneten Verhältnisse Y 21, Y 22 und Y 23 simultan in den elektronischen Abtastkreis 37 eingegeben und werden in den selbsthaltenden Schaltern 71 bis 73 gehalten, bis ein Defo kussierbetrag detektiert wurde. Ähnlich der ersten Ausfüh rungsform vergleicht der elektronische Abtastkreis 37 die Verhältnisse Y 21, Y 22 und Y 23 mit den vorgespeicherten MTF- Verhältnissen, errechnet einen Defokussierbetrag und gibt ein Defokussiersignal D als Berechnungsergebnis an den Mikroprozessor 80 aus. Der Mikroprozessor 80 errechnet einen genauen Defokussierbetrag auf Grundlage des Defokussier signales D, des Unterdrückungssignales J 2 und der Bewegungs geschwindigkeit des fotografischen optischen Systems 10 und gibt ein Steuersignal C 2 an den Treiberkreis 13 aus, um die Geschwindigkeit und den Betrag der Bewegung des fotografi schen optischen Systems 10 zu steuern. Die auf diesem Steu ersignal C 2 basierende Treibersteuerung wird durchgeführt, um das fotografische optische System zu bewegen und dabei die Fokusjustage durchzuführen.

Wie oben beschrieben, kann nach dieser Ausführungsform der selbe Effekt wie der in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Zusätzlich kann, da jeweils nur ein Bildsensor 60, der BPF 62, der Leistungsdetektionskreis 63, der Teiler 69 und der A/D-Wandler 70 benötigt wird, die Vorrichtung weiter in der Größe reduziert werden.

Da eine Ortsfrequenzkomponente mit einen kleineren Defokus sierbetrag immer als ein Nenner verwendet wird, wenn eine Operation in dem Teiler 69 durchgeführt wird, kann immer ein hochpräziser Wert erhalten werden und die Präzision der Fokusjustage kann verbessert werden.

In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die drei Typen von Frequenzen Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ als Lesetaktfrequenzen des Bildsensors 60 verwendet. Indessen können auch andere Frequenzen verwendet werden, um mit den drei obigen Fre quenztypen geschaltet zu werden. Alternativ kann auch eine große Anzahl von Frequenzen verwendet werden. Zusätzlich kann eine Kombination aus einem CCD-Bildsensor und einem Rahmenspeicher anstelle des zerstörungsfreien Lesezugriffs bildsensor 60 verwendet werden.

Die gesamte Signalverarbeitung in der ersten und zweiten Ausführungsform kann durch digitale Verarbeitung durchge führt werden. Genauer gesagt kann jeder der Teiler 90 und 91, welche durch alternierend lange und kurze unterbrochene Linien in den Fig. 1 und 4 dargestellt sind, aus einem A/D-Wandler 92, einem Mikroprozessor 93 und einem ROM 94 gebildet werden, indem eine Vielzahl von MTF-Verhältnissen in den jeweiligen Fokussierzuständen gespeichert ist, wie in Fig. 5 dargestellt. In diesem Aufbau wird ein Fokusjustage vorgang durch den Mikroprozessor 93 durchgeführt. Mit diesem Aufbau kann die Vorrichtung in ihrer Größe reduziert werden.

Desweiteren kann anstelle des Mikroprozessors ein anderer Hardwareaufbau verwendet werden, um die gleiche Funktion zu erfüllen.

Eine automatische optische Fokussiervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben werden. In dieser Ausführungsform wird die Verarbeitungsfolge, in der die Ortsfrequenzkomponenten der Bildsignale, welche bei einer Abbildungsoperation eines Bildsensors 14 durch die Leistungsdetektionskreise 21 bis 23 detektiert worden sind, auf der gleichen Art und Weise durchgeführt, wie in der Vor richtung, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die gleichen Bezugszeichen in Fig. 15 bezeichnen die gleichen Teile wie in Fig. 1, und auf eine detaillierte Beschreibung von ihnen soll verzichtet werden.

In dieser Ausführungsform werden die MTF-Verhältnisse errechnet, nachdem die Ortsfrequenzkomponenten der Bild signale, welche durch die Leistungsdetektionskreise 21 bis 23 gemessen worden sind, der Filterverarbeitung ausgesetzt gewesen sind. Genauer gesagt sind die A/D-Wandler 101 bis 103 jeweils mit den Leistungsdetektionskreisen 21 bis 23 verbunden. Ortsfrequenzkomponenten, welche durch die Leistungsdetektionskreise 21 bis 23 detektiert worden sind, werden jeweils durch die A/D-Wandler 101 bis 103 A/D-konver tiert. Die A/D-Wandler 101 bis 103 geben jeweils A/D-konver tierte Ortsfrequenzkomponenten als Kontrastsignale S 21 bis S 23 zu den Filterkreisen 104 bis 106 aus, mit denen die A/D- Wandler 101 bis 103 jeweils verbunden sind. Die Filterkreise 104 bis 106 sind jeweils mit den Teilern 111 bis 113 verbun den. Die Teiler 111 bis 113 empfangen jeweils Signale S 24 bis S 26 von den entsprechenden Filterkreisen 104, 106 und empfangen ebenfalls, über die selbsthaltenden Schalter 107 bis 109, Signale S 27 bis S 29, welche jeweils von den Filter kreisen 104 bis 106 ausgegeben wurden. Die Teiler 111 bis 113 teilen jeweils die Signale S 24 bis S 26, welche direkt von den Filterkreisen 104 bis 106 angelegt wurden, durch die Signale S 27 bis S 29, welche über die selbsthaltenden Kreise 107 bis 109 angelegt wurden, und geben Ortsfrequenzkomponen tenverhältnisse Y 31 (=S 24/S 27), Y 32 (=S 25/S 28) und Y 33 (= S 26/S 29) an den elektronischen Abtastkreis 37 aus.

Die Fig. 16 bis 18 zeigen jeweils Schaltkreisanordnungen von jedem der Filterkreise 104 bis 106. In den jeweiligen Zeichnungen bezeichnet das Referenzsymbol F (x) einen Ein gang; g (x) einen Ausgang. In dem in Fig. 16 dargestellten Filterkreis ist eine Vielzahl von Verzögerungselementen T mit dem Eingang in Reihe verbunden, und die Ausgänge der Verzögerungselemente T sind jeweils mit einem Addierer über Multiplizierer verbunden, in denen Filterkoeffizienten ω ₁ bis l _m gesetzt sind.

In dem in Fig. 17 dargestellten Filterkreis sind Addierer jeweils zwischen einer Vielzahl von in-Reihe-verbundenen Verzögerungselementen T verbunden. In diesem Aufbau wird der Eingang f (x) in die jeweiligen Addierer über Multiplizierer eingegeben, in denen die Filterkoeffizienten ω ₁ bis l _m ge setzt sind.

Der in Fig. 18 dargestellte Filterkreis kann verwendet wer den, wenn ein Filterkoeffizient ω=1 ist. In diesem Schalt kreis wird der Eingang f (x) in einem FIFO-Speicher eingege ben und wird sequentiell verzögert, und ein Ausgang aus dem FIFO-Speicher (Silospeicher) wird nachfolgend von dem Ein gang f (x) subtrahiert. Das Subtraktionsergebnis wird in einen Addierer eingegeben und zu einem Signal von einem selbsthaltenden Schalter addiert, welcher mit der Ausgangs seite des Addierers verbunden ist.

Die Filterkoeffizienten und das Spektrum der Filterfunktio nen der Filterkreise mit dem oben beschriebenen Aufbau soll nun im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 19A bis 20B beschrieben werden.

Die Fig. 19A und 20A zeigen jeweils eine Rechteckfunktion (rect function) und eine Keilwellenfunktion (spline func tion), welche jeweils durch die folgenden Formeln darge stellt werden können:

rect (x/a): |x|a/2 rect (x/a) = 1
|x|<a/2 rect (x/a) = 0
spline (x/a): |x|a/2 spline (x/a) = x³-2 x² + 1
a/2<|x|a spline (x/a) = -x³-5 x²-8 x+4
|x|<a spline (x/a) = 0

In Fig. 19B ist ein Graph dargestellt, der das Spektrum der Rechteckfunktion von Fig. 19A darstellt. In Fig. 20B ist ein Graph dargestellt, der das Spektrum der Keilwellenfunktion in Fig. 20A zeigt. Wie in den Fig. 19A bis 20B gezeigt, dienen sowohl die Rechteckfunktion als auch die Keilwellen funktion als Tiefpaßfilter. Wenn das Filtern unter Verwen dung der Rechteckfunktion durchgeführt werden soll, werden Filterkoeffizienten, welche in Fig. 19A mit schwarzen Punk ten angezeigt sind, verwendet, unter der Voraussetzung, daß z. B. sechs Werte des Eingangs f (x) gefiltert werden sol len. Wenn das Filtern unter Verwendung der Keilwellenfunk tion durchgeführt werden soll, werden Filterkoeffizienten verwendet, die mit schwarzen Punkten in Fig. 20A dargestellt sind, unter der Voraussetzung, daß z. B. zwölf Werte des Eingangs f (x) gefiltert werden sollen. Es ist zu beachten, daß wenn die Filterkoeffizienten ω ₁ bis l _m=1 sind und die Rechteckfunktion verwendet wird, weil Signale einfach addiert werden, vorzugsweise der in Fig. 18 dargestellte Filterschaltkreis verwendet werden sollte.

Eine Funktion von dieser Ausführungsform soll nun im folgen den beschrieben werden.

In dieser Ausführungsform ist die Verarbeitungsfolge, in der durch das fotografische optische System gebildete Bilder durch den Bildsensor 14 detektiert werden und in der die Ortsfrequenzkomponenten der Bildsignale der detektierten Bilder, welche durch die Leistungsdetektionskreise 21 bis 23 detektiert werden, gleich der der ersten Ausführungsform. Daher soll eine Beschreibung nach dem Schritt begonnen wer den, bei dem Ortsfrequenzkomponenten jeweils durch die Lei stungsdetektionskreise 21 bis 28 detektiert worden sind. Die Ortsfrequenzkomponenten, welche durch die Leistungsdetek tionskreise 21 bis 23 detektiert worden sind, werden jeweils in Digitalsignale durch die A/D-Wandler 101 bis 103 konver tiert und werden als Kontrastsignale S 21 bis S 23 in die ent sprechenden Filterkreise 104 bis 106 eingegeben. Die Filter kreise 104 bis 106 empfangen die Kontrastsignale S 21 bis S 23 aufeinanderfolgend, entsprechend den geradzahligen und unge radzahligen Feldsignalen jeweils mit einer Rate von einem Signal pro Feld. Die Eingangskontrastsignale S 21 bis S 23 werden als die Eingänge f (x), wie in den Fig. 16 bis 18 gezeigt, gefiltert. Als ein Ergebnis wird jedes der Kon trastsignale S 21 bis S 23 von einem Signal mit Rauschen, wie durch eine fette Kurve angezeigt, in ein Signal mit geglät teten Rippeln, wie durch eine gestrichpunktete Linie ange zeigt, konvertiert, wie in Fig. 21 dargestellt. Folglich werden die Kontrastsignale S 21 bis S 23 als Kontrastsignale S 24 bis S 26 ausgegeben, welche jeweils ein verbessertes S/N- Verhältnis haben. Die Kontrastsignale S 24 bis S 26, welche von den Filterkreisen 104 bis 106 ausgegeben werden, werden jeweils in die Teiler 111 bis 113 und simultan in die selbsthaltenden Schalter 107 bis 108 eingegeben. Jeder der selbsthaltenden Schalter 107 bis 108 hat die Funktion, zwei beliebige Signale von den Signalen auszuwählen, welche bei einem entsprechenden der Filterkreise 104 bis 106 gefiltert wurde. Die Selbsthaltezeitverhalten des Selbsthalteschalters 107 bis 109 werden justiert, um Kontrastsignale S 27 bis S 29 zu erhalten, welche verschiedene Fokussierzustände mit be liebigen optischen Weglängenunterschieden repräsentieren. Nachfolgend werden die Kontrastsignale S 27 bis S 29, welche Fokussierzustände darstellen, die von denen der durch die Kontrastsignale S 24 bis S 26 dargestellten verschieden sind, jeweils in die Teiler 111 bis 113 eingegeben. Die Teiler 111 bis 113 geben jeweils Signale Y 31 (=S 24/S 27), Y 32 (= S 25/S 28) und Y 33 (=S 26/S 29) an den elektronischen Abtast kreis 37 aus. Da die Funktion dieser Ausführungform gleich der der ersten Ausführungsform ist, soll auf eine Beschrei bung von ihr verzichtet werden.

Wie oben beschrieben wurde können gemäß dieser Ausführungs form, da die Kontrastsignale S 24 bis S 26, welche durch A/D- Konvertierung der Ortsfrequenzkomponenten erhalten wurden, durch die Filterkreise 104 bis 106 gefiltert wurden, die S/N-Verhältnisse der Kontrastsignale verbessert werden und die Fokussierpräzision kann erheblich verbessert werden.

In der dritten Ausführungsform werden die Filterkreise 104 bis 106 durch Digitalfilter gebildet.

Indessen kann, selbst wenn sie durch Analogfilter gebildet werden, die spezifische Funktion und die Wirkung der dritten Ausführungsform erhalten werden.

Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun im folgenden beschrieben werden.

Fig. 22 zeigt den Aufbau einer automatischen Fokussiervor richtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung. Es ist zu beachten, daß die gleichen Bezugsz eichen in Fig. 22 die gleichen Teile wie in Fig. 1 bezeich nen. In dieser Ausführungsform, ist eine MTF-Verhältnisfunk tion r (u; w ₁, δ ₂) wie folgt definiert:

Zusätzlich wird ein logarithmischer Schaltkreis mit einer Eingangs-/Ausgangscharakteristik wie in Fig. 23 dargestellt als eine "log-Funktion" verwendet.

In dieser Ausführungsform werden die logarithmischen Kreise 120 bis 125, die jeweils die Eingangs- /Ausgangscharakteristik, wie in Fig. 23 dargestellt, aufwei sen, jeweils mit den Ausgängen der Leistungsdetektionskreise 21 bis 23 und die Haltekreisen 24 bis 26 verbunden. Die lo garithmischen Kreise 120 bis 125 bilden Paare, welche jeweils die Leistungsdetektionskreise 120 bis 125 beinhalten. Diese Paare sind jeweils mit den Subtrahierern 126 bis 128 verbunden. Die Subtrahierer 126 bis 128 sind jeweils mit A/D-Wandlern 31 bis 33 verbunden. Unterschiede im Logarithmus der MTFs, welche gemäß Gleichung 7 errechnet worden sind, werden in die ROMs 41 bis 43 des elektronischen Abtastkreises 37 gespeichert. Eine Funktion dieser Ausführungsform soll im folgenden beschrieben werden.

In dieser Ausführungsform ist die Verarbeitungsfolge, in der Bilder, welche durch das fotografische optische System ge bildet worden sind, durch den Bildsensor 14 detektiert wer den, und die Ortsfrequenzkomponenten der Bildsignale der detektierten Bilder, welche jeweils als Kontrastsignale S 1 bis S 6 von den Leistungsdetektionskreisen 21 bis 23 und den Haltekreisen 24 bis 26 ausgegeben werden, gleich der in der ersten A 03484 00070 552 001000280000000200012000285910337300040 0002004000343 00004 03365usführungsform und daher wird auf eine Beschreibung von ihr verzichtet.

Die Kontrastsignale S 2, S 4 und S 6 von den Leistungsdetek tionskreisen 21 bis 23 werden jeweils in die logarithmischen Kreise 121, 123 und 125 eingegeben und werden gleichermaßen in die Haltekreise 24 bis 26 eingegeben. Die Kontrast signale, welche in die Haltekreise 24 bis 26 gegeben werden, werden für eine vorherbestimmte Zeitdauer gehalten und wer den nachfolgend an die entsprechenden logarithmischen Kreise 120, 122 und 124 angelegt. Als ein Ergebnis werden Kontrast signale, welche verschiedene Fokussierzustände darstellen, in die Paare der logarithmischen Kreise 120 und 121, 122 und 123, 124 und 125 eingegeben, wobei jedes mit demselben Sub trahierer verbunden ist. Die Signale S 30 bis S 35, welche von den logarithmischen Kreisen 120 bis 125 ausgegeben werden, werden jeweils in die Subtrahierer 126 bis 128 eingegeben. Die Subtrahierer 126 bis 128 führen jeweils Subtraktionen von Y 1=S 30-S 31, Y 2=S 32-S 33 und Y 3=S 34-S 35 durch und die Ausgangsdifferenzsignale Y 1 bis Y 3 werden als Sub traktionsergebnis zu den entsprechenden A/D-Wandlern 31 bis 33 geleitet. Signale, welche von den A/D-Wandlern 31 bis 33 ausgegeben werden, werden durch die selbsthaltenden Schalter 34 bis 36 für eine vorherbestimmte Zeitdauer gehalten und werden nachfolgend in den elektronischen Abtastkreis 37 aus gegeben. Nachfolgend wird ein Defokussierbetrag auf der gleichen Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform detektiert.

Wie oben beschrieben kann gemäß dieser Ausführungsform, da die MTF-Verhältnisfunktion r (u; δ ₁, δ ₂) durch die Gleichung 7 definiert ist und die verwendeten logarithmischen Kreise 120 bis 125 jeweils die in Fig. 23 dargestellte Eingangs- /Ausgangscharakteristik aufweisen, eine Fokusjustage in der gleichen Art und Weise wie in der ersten bis dritten Ausfüh rungsform durchgeführt werden, ohne daß ein Dividierer ver wendet wird. Zusätzlich kann, selbst wenn der Teiler eines MTF-Verhältnisses gleich Null ist (z. B. M (u, δ ₁)=0), eine Berechnung einer MTF-Verhältnisfunktion ohne Rechenfeh ler durchgeführt werden, wodurch die Fokussiergenauigkeit verbessert werden kann.

In der vierten Ausführungsform wird die Logarithmusoperation anstelle von Divisionen verwendet. Indessen können beliebige andere Operationsvorrichtungen verwendet werden, solange sie die Charakteristiken von zwei Kontrastsignalen entnehmen können.

Claims

1. Automatische Fokussiervorrichtung, gekennzeichnet durch:
ein optisches System (10), das eine vorherbestimmte Brennebene und eine optische Achse aufweist, um ein optisches Bild eines Objektes zu formen;
eine Treibervorrichtung (12, 13) zum Bewegen des opti schen Systems (10) in einer Richtung der optischen Achse;
Speichervorrichtungen (41 bis 43, 45) zum Speichern von MTF (Modulation Transfer Function)-Verhältnis Defokus sierbeträgen, Fokussierrichtungen und Fokussierzustän den gemäß den MTF-Verhältnissen, wobei die MTF-Verhält nisse Verhältnisse von ersten MTF-Werten gemäß einer Vielzahl von ersten Ortsfrequenzen bei einer ersten Position nahe der Brennebene zu zweiten MTF-Werten, gemäß einer Vielzahl von zweiten Ortsfrequenzen bei einer zweiten Position nahe der Brennebene sind;
einen Bildsensor (14) zum Detektieren des optischen Bildes des Objektes, welches durch das optische System (10) gebildet wurde, während eine Position des Bildsen sors relativ zu dem optischen System (10) durch die Treibervorrichtung (12, 13) geändert wird, und zur Aus gabe von Bildsignalen;
Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (21 bis 23), für die Entnahme einer Vielzahl von Ortsfrequenz komponenten entsprechend der Vielzahl von Ortsfrequen zen aus den Bildsignalen, welche von dem Bildsensor (14) ausgegeben wurden;
Rechnervorrichtungen (27 bis 29) für die Entnahme von Ortsfrequenzkomponenten in zwei verschiedenen Fokus sierzuständen des optischen Systems (10) aus der Viel zahl von Ortsfrequenzkomponenten, welche durch die Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (24 bis 26) entnommen worden sind, und zum Berechnen eines Ver hältnisses zwischen den Ortsfrequenzkomponenten in ver schiedenen Fokussierzuständen bei jeder gemeinsamen Frequenz;
Defokussierdetektionsvorrichtungen (37) zum Vergleichen der Ortsfrequenzkomponentenverhältnisse, welche durch die Rechnervorrichtungen (27 bis 29) mit den MTF-Ver hältnissen errechnet wurden, welche in den Speichervor richtungen (41 bis 43, 45) gespeichert wurden, zum Festlegen eines Fokussierzustandes des optischen Systems (10), und zum Detektieren eines Defokussierbe trages und einer Fokussierrichtung in dem festgelegten Fokussierzustand; und
Treibersteuervorrichtungen (38), zum Berechnen eines Betrages und einer Bewegungsrichtung des optischen Systems (10) auf der Grundlage des Defokussierbetrages und der Fokussierrichtung, welche durch die Defokus sierdetektionsvorrichtungen (37) detektiert wurde und zur Ausgabe des errechneten Ergebnisses an die Treiber vorrichtungen (12, 13).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnervorrichtungen (27 bis 29) eine Vielzahl von Haltekreisen (24 bis 26) zum Halten der Vielzahl von Ortsfrequenzkomponenten, welche von den Ortsfre quenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (21 bis 23) aus gegeben worden sind, für eine vorherbestimmte Zeit dauer, und Teilervorrichtungen (27 bis 29) aufweist, zum Teilen der jeweiligen Ortsfrequenzkomponenten, wel che von der Vielzahl von Haltekreisen (24 bis 26) aus gegeben wurden durch die Ortsfrequenzkomponenten bei den gemeinsamen Frequenzen, welche von den Ortsfre quenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (21 bis 23) aus gegeben wurden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnervorrichtungen beinhalten:
eine Vielzahl von Haltekreisen (24 bis 26) zum Halten der Vielzahl von Ortsfrequenzkomponenten, welche von den Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen aus gegeben wurden, für eine vorherbestimmte Zeitdauer,
eine Vielzahl von logarithmischen Kreisen (120 bis 125), um jeweils eine logarithmische Übertragung der Ausgänge der Vielzahl von Haltekreisen (24 bis 26) und der Vielzahl von Ortsfrequenzkomponenten, welche von den Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (17 bis 26) entnommen worden sind, durchzuführen, und
eine Vielzahl von Subtrahierern (126 bis 128), um je weils die Ortsfrequenzkomponenten bei den gemeinsamen Frequenzen von den Ausgängen der Vielzahl von logarith mischen Kreisen (120 bis 125) zu subtrahieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnervorrichtungen beinhalten:
eine Vielzahl von A/D-Wandlervorrichtungen (101 bis 103), um jeweils die Vielzahl von Ortsfrequenzkomponen ten von den Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtun gen A/D-zu-wandeln, um Ausgänge zu erzeugen,
eine Vielzahl von Filterkreisen (104 bis 106), um jeweils die Ausgänge von der Vielzahl von A/D-Wandler vorrichtungen (101 bis 103) zu filtern, um gefilterte Ausgänge zu erzeugen,
eine Vielzahl von selbsthaltenden Schaltern (latches) (107 bis 109), um jeweils die gefilterten Ausgänge der Vielzahl von Filterkreisen (104 bis 106) für eine vor herbestimmte Zeit zu halten und nachfolgend die gefil terten Ausgänge auszugeben, und
eine Vielzahl von Teilervorrichtungen (111 bis 113), um jeweils die Ausgänge der Vielzahl von selbsthaltenden Schaltern (107 bis 109) und die Ausgänge der Vielzahl von Filterkreisen (104 bis 106) durch die Ortsfrequenz komponenten bei gemeinsamen Frequenzen zu teilen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Defokussierdetektionsvorrichtungen beinhalten:
einen elektronischen Abtastkreis (37), um die Ortsfre quenzkomponentenverhältnisse mit den MTF-Verhältnissen durch elektronisches Abtasten zu vergleichen und um einen Defokussierbetrag und eine Defokussierrichtung, welche einen Fokussierzustand des fotografischen opti schen Systems (10) darstellen, zu detektieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor (14) beinhaltet:
einen zweidimensionalen Zwischenzeilen-Übertragsschema- Bildsensor, der geradzahlige und ungeradzahlige Felder aufweist, wobei der Bildsensor (14) jeweils die opti schen Bilder des Objektes in einem der verschiedenen Fokussierzustände mit den geradzahligen Feldern detek tiert und die optischen Bilder des Objektes in dem an deren Fokussierzustand mit den ungeradzahligen Feldern detektiert, und die detektierten Bilder als Bildsignale ausgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vielzahl von Filterkreisen (104 bis 106) beinhaltet:
eine Vielzahl von in Reihe verbundenen Verzögerungsele menten, welche ein Verzögerungselement erster Stufe zum Empfangen der Ausgänge von den A/D-Wandlervorrichtungen beinhalten, wobei die Verzögerungselemente jeweils Aus gänge erzeugen,
eine Vielzahl von Multiplizierern, zum jeweiligen Mul tiplizieren der Ausgänge der Verzögerungselemente mit vorherbestimmten Filterkoeffizienten, und Ausgabe von Ergebniswerten, und einem Addierer zum Addieren der Ergebniswerte der Multiplizierer und Ausgabe eines Additionsergebnisses.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Filterkreise (104 bis 106) beinhaltet:
eine Vielzahl von Multiplizierern zum Multiplizieren jeder der Eingangsortsfrequenzkomponenten mit vorherbe stimmten Koeffizienten und zum Ausgeben von Ergebnis werten, wobei die Multiplizierer einen Multiplizierer erster Stufe beinhalten, eine Vielzahl von Verzöge rungselementen mit einem Verzögerungselement erster Stufe, welches mit dem Multiplizierer erster Stufe zum Verzögern des Ergebniswertes von dem Multiplizierer erster Stufe verbunden ist, wobei die Verzögerungsele mente verzögerte Ausgänge erzeugen, und eine Vielzahl von Addierern, von denen jeder den Ausgang von vorange gangenen der Verzögerungselemente zu den Ausgang von den entsprechenden der Multiplizierer addiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Filterkreise (104 bis 106) einen FIFO- Speicher beinhaltet, um aufeinanderfolgend Ortsfre quenzkomponenten zu empfangen und aufeinanderfolgend vorangegangene Eingangsortsfrequenzkomponenten bei Empfang der Ortsfrequenzkomponenten in der Reihenfolge des Empfangs auszugeben, Subtraktionsvorrichtungen, um Ortsfrequenzkomponenten von dem FIFO-Speicher von den Ortsfrequenzkomponenten, welche von den Entnahmevor richtungen eingegeben wurden, zu subtrahieren und Ergebnissignale auszugeben, und Additionsvorrichtungen, um aufeinanderfolgend die Ergebnissignale von den Sub traktionsvorrichtungen zu Addieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Ortsfrequenzen Niedrig frequenz- und Hochfrequenzkomponenten enthält, wobei die Speichervorrichtungen (41 bis 43, 45) die MTF-Ver hältnisse entsprechend den Niedrigfrequenz- und den Hochfrequenzkomponenten der ersten Ortsfrequenzen und die MTF-Verhältnisse entsprechend den Niedrigfrequenz- und den Hochfrequenzkomponenten der zweiten Ortsfre quenzenspeichern speichern, und
wobei die Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen eine Vorrichtung (17-19) zur Entnahme der Niedrig und der Hochortsfrequenzkomponenten und zum getrennten Ausgeben der jeweiligen Frequenzkomponenten, und Schal tervorrichtungen (16) aufweisen, zum Schalten zwischen den niedrigen und hohen Frequenzen.

11. Eine automatische Fokussiervorrichtung, dadurch gekenn zeichnet, daß sie aufweist:
ein optisches System (10), das eine vorherbestimmte Brennebene und eine optische Achse aufweist, um ein optisches Bild eines Objektes zu bilden;
Treibervorrichtungen (12, 13, 61) zum Bewegen des opti schen Systems (10) in eine Richtung der optischen Achse;
Speichervorrichtungen (41 bis 43, 45) zum Speichern von MTF-Verhältnis-Defokussierbeträgen, Fokussierrichtungen und Fokussierzuständen gemäß den MTF-Verhältnissen, wobei die MTF-Verhältnisse Verhältnisse von ersten MTF- Werten gemäß einer Vielzahl von ersten Ortsfrequenzen bei einer ersten Position nahe der Brennebene zu zwei ten MTF-Werten, gemäß einer Vielzahl von zweiten Orts frequenzen in einer zweiten Position nahe der Brennebene sind;
ein zerstörungsfreier Lesezugriffsbildsensor (60) zum Detektieren des optischen Bildes des Objektes, welches durch das optische System (10) gebildet wurde, während eine Position des Bildsensors (60) relativ zu dem opti schen System (10) durch die Treibervorrichtungen (12, 13, 61) geändert wurde, und zum Ausgeben von Bildsigna len;
Ortsfrequenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (63) zum Lesen des Bildsignales desselben optischen Bildes von dem Bildsensor (60) über eine Vielzahl von Zeiten mit sich ändernden Lesetaktfrequenzen, zur Entnahme von Ortsfrequenzkomponenten gemäß der Vielzahl von Ortsfre quenzen von der Vielzahl von Lesebildsignalen, und Aus gabe der entnommenen Komponenten;
Haltevorrichtungen (64 bis 66) zum Halten der Vielzahl von Ortsfrequenzkomponenten, welche durch die Ortsfre quenzkomponenten-Entnahmevorrichtungen (63) entnommen worden sind, für eine vorherbestimmte Zeitperiode, und nachfolgende Ausgabe der Ortsfrequenzkomponenten;
Rechnervorrichtungen (69) zum Errechnen der Vielzahl von Ortsfrequenzen, welche von den Haltekreisen (64 bis 66) ausgegeben wurden, und der Vielzahl von Ortsfre quenzkomponenten aus den Ortsfrequenzkomponenten-Ent nahmevorrichtungen (63) bei jeder gemeinsamen Frequenz, um Verhältnisse zwischen den Ortsfrequenzkomponenten in verschiedenen Fokussierzuständen des optischen Systems (10) zu erhalten;
Defokussierdetektionsvorrichtungen (37), um die Orts frequenzkomponentenverhältnisse, welche durch die Rech nervorrichtungen (69) errechnet worden sind, mit den MTF-Verhältnissen, welche in den Speichervorrichtungen (41 bis 43, 45) gespeichert sind, zu vergleichen, um einen Fokussierzustand des optischen Systems (10) fest zulegen und um einen Defokussierbetrag und eine Fokus sierrichtung in dem festgelegten Fokussierzustand zu detektieren; und
Treibersteuervorrichtungen, um einen Betrag und eine Bewegungsrichtung des fotografischen optischen Systems (10) aus dem Defokussierbetrag und der Fokussierrich tung, welche durch die Defokussierdetektionsvorrichtun gen (37) detektiert worden sind, zu errechnen, und das Rechenergebnis an die Treibervorrichtungen (12, 13, 61) auszugeben.