DE4113537C2 - Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung bzw. Fokussierung, die für eine elektro­ nische Standbild-Kamera, eine Videokamera, eine photogra­ phische Kamera, ein Teleskop und dergleichen verwendbar ist.

Eine herkömmliche Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung ist beschrieben in der Literaturstelle NHK Technical Research, Band 17, Nummer 1, laufende Nummer 86 065, Seiten 21 bis 37, unter dem Titel "Automatische Scharfeinstellung bei Fernsehkameras mit Hilfe des Gradienten-Servoansteue­ rungsverfahrens". Bei dem Gradienten- bzw. Schrittopti­ mierungs-Servoansteuerungsverfahren wird aus einem mittels einer Fernsehkamera erhaltenen Videosignal eine vorgegebene Frequenzkomponente extrahiert, worauf ein photographisches optisches System zu derjenigen Position bewegt wird, an der der Betrag des Bildsignals der extrahierten Frequenzkompo­ nente maximal wird, wodurch eine Scharfeinstellung herbeige­ führt wird. Das genannte Schrittoptimierungsverfahren erfor­ dert keinerlei spezielle optische Komponente für die Scharfeinstellung und ermöglicht daher eine Verringerung der Größe des Geräts. Darüber hinaus ist es möglich, einen hoch­ präzisen Scharfeinstellungsvorgang unabhängig von dem jewei­ ligen Muster eines zu photographierenden Objekts durchzu­ führen.

Bei dem Schrittoptimierungsverfahren schwingt ein jeweiliges optisches System jedoch in der Nähe eines Scharfein­ stellungspunktes, was zu einer geringen Scharfeinstellungs- bzw. Fokussierungsgeschwindigkeit führt.

In der nicht veröffentlichten DE 40 06 592 A1 ist eine dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung beschrieben, bei der zur Lösung des obengenannten Problems ein Scharfein­ stellungspunkt durch eine Interpolationsverarbeitung berech­ net wird, die auf den Bildsignalwerten an mehreren Punkten nahe des Scharfeinstellungspunktes basiert.

Diese Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung wird nach­ folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 kurz beschrieben. Gemäß Fig. 1 wird bei dieser Vorrichtung zur automa­ tischen Scharfeinstellung ein mittels eines photographischen optischen Systems 1 erhaltenes optisches Abbild eines zu photographierenden (nicht gezeigten) Objekts auf eine Licht­ empfangsfläche einer Ladungskopplungsvorrichtung projiziert, die als zweidimensionale Abbildungsvorrichtung dient und nachfolgend mit CCD bezeichnet wird. Es sei darauf hingewie­ sen, daß diese zweidimensionale Abbildungsvorrichtung nicht auf einen CCD beschränkt ist. Beispielsweise kann auch ein Metalloxyd-Halbleiter verwendet werden, der nachfolgend als MOS bezeichnet wird. Darüber hinaus muß nicht notwendiger­ weise eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung verwendet wer­ den, vielmehr kann auch eine Abbildungsröhre oder derglei­ chen verwendet werden. Die Ladungen, die infolge der Belich­ tungen des CCD2 mit dem Bildlicht des Objekts erzeugt wer­ den, werden in dem CCD2 gespeichert. Diese Ladungen werden daraufhin im Ansprechen auf Lesesignale, die von einer An­ steuerschaltung 3 zugeführt werden, jeweils in vorbestimmten Zeitabständen als Bildsignal aus dem CCD2 ausgelesen. Dieses Bildsignal wird daraufhin über einen Verstärker 4 einem nachfolgend mit BPF bezeichneten Bandpaßfilter 5 sowie einer Vor-Meßschaltung 6 zugeführt.

Die Vor-Meßschaltung 6 bestimmt diejenige Ladungsspeicher­ zeit des CCD2, die zu einer geeigneten Belichtung führt.

Das entsprechende Zeitsignal wird einem Mikroprozessor 7 zugeführt. Der Mikroprozessor 7 führt der Ansteuerschaltung 3 auf der Basis des Zeitsignals ein Befehlssignal zu, wodurch die Ladungsspeicherzeit zum Herbeiführen einer geeigneten Belichtung gesteuert wird.

In der Zwischenzeit wird aus dem dem BPF5 zugeführten Bild­ signal die Bildsignalkomponente eines bestimmten Frequenz­ bandes extrahiert bzw. herausgefiltert und einem Gatter bzw. Schaltglied 8 zugeführt. Das Gatter 8 extrahiert nur dieje­ nige Signalkomponente, die einem Ziel-Scharfeinstellungsbe­ reich aus dem einem Bild bzw. Vollbild entsprechenden Bild­ signal zugeordnet ist und führt sie einem Detektor 9 zu. Der Detektor 9 besteht beispielsweise aus einem Quadrat- bzw. Quadrierungsdetektor zur Erfassung der Quadratsumme von Signalen, der die Amplitude der dem Ziel-Scharfeinstellungs­ bereich zugeordneten Signalkomponente erfaßt und diese einem digitalen Integrator 11 über einen A/D Umsetzer 10 zuführt.

Der digitale Integrator 11 besteht aus einem Addierer 12 und einem Zwischenspeicher 13. Die dem digitalen Integrator 11 zugeführten Signalwerte werden sequentiell aufaddiert, um einen bestimmten Frequenzanteil-Wert auszugeben (der nachfolgend als Fokus- bzw. Bildschärfesignal-Wert bezeichnet wird). Dieser Bildschärfesignal-Wert entspricht einem bestimmten Ausmaß der Fokussierung bzw. Scharfein­ stellung. Aus einer Vielzahl von Bildschärfesignal-Werten an jeder Stellung des optischen Systems 1 wird ein Bildschärfe­ signal f(x) erzeugt. Die Variable x im Bildschärfesignal f(x) gibt dabei die Position bzw. Stellung des photographi­ schen optischen Systems 1 in Richtung der optischen Achse an. Das Bildschärfesignal f(x) wird dem Mikroprozessor 7 zugeführt, der es in einem Speicher 14 speichert. Der Mikro­ prozessor 7 führt unter Verwendung des Bildschärfesignals f(x) einen Steuerungsablauf zur Erfassung eines Scharfein­ stellungspunktes aus, um ein Bewegungs-Steuerungssignal zu erzeugen. Dieses Bewegungs-Steuerungssignal wird einer Motor-Ansteuerungsschaltung 15 zugeführt. Die Motor-Ansteue­ rungsschaltung 15 steuert zur Durchführung der Scharfein­ stellung einen Impulsmotor 16 an, mittels dem das photogra­ phische optische System 1 in Richtung der optischen Achse bewegbar ist.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der den vorgenannten Auf­ bau aufweisenden Vorrichtung näher erläutert. Es sei angenommen, daß zur Abbildung bzw. Aufnahme des Objekts ein Zeilensprungverfahren verwendet wird, bei dem Bildsig­ nale als Halbbild-Bildsignale erhalten werden. Aus dem CCD2 werden in jeder Halbbildperiode Halbbild-Bildsignale ausge­ lesen. Die Vor-Meßschaltung 6 ermittelt aus dem ersten Halb­ bild-Bildsignal eine geeignete Ladungs-Speicherzeit und führt dem Mikroprozessor 7 Daten über diese Ladungs- Speicherzeit zu. Daraufhin steuert der Mikroprozessor 7 die Ansteuerschaltung 3 in Übereinstimmung mit der festgelegten Speicherzeit an, wodurch dem CCD2 in einem vorgegebenen Zyklus Lesesignale zugeführt werden. In der Zwischenzeit veranlaßt die Motor-Ansteuerungsschaltung 15 den Impulsmotor 16, das photographische optische System 1 in einer bestimm­ ten Richtung zu bewegen. In diesem Fall ist die Bewegungsge­ schwindigkeit konstant. Zu diesem Zeitpunkt werden die aus dem CCD2 ausgelesenen Bildsignale über das BPF5, das Gatter 8, den A/D Umsetzer 10 und den digitalen Integrator 11 in das Bildschärfesignal f(x) umgeformt. Auf diese Weise werden während des Bewegungsablaufes des photographischen optischen Systems 1 Bildschärfesignale f(x) in vorbestimmten Zeitabständen erhalten, d. h. das Bildschärfesignal f(x) wird jedesmal dann erhalten, wenn das optische System 1 um eine vorbestimmte Strecke bewegt wird. Der Mikroprozessor 7 steuert das photographische optische System 1 in derjenigen Richtung an, in der sich der Pegel des Bildschärfesignales f(x) erhöht.

Fig. 2 zeigt das Bildschärfesignal f(x) in Form einer Kombi­ nation von diskreten Signalwerten, die auf die vorgenannte Weise erhalten werden. Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereiches Q in der Nähe des Maximalwertes der in Fig. 2 gezeigten Bildschärfesignalkurve. Der Mikroprozessor 7 berechnet diejenige Position α des optischen Systems 1, an der ein Spitzenwert Px (=f(α)) des Bildschärfesignals durch eine Interpolationsverarbeitung erhalten wird, bei der unter Zugrundelegung der folgenden Formeln ein Maximalwert-Punkt P₁ (=f(x_m)) und zwei Punkte P₀ (=f(x_m-1)) und P₂ (f(x_m+1)) der abgetasteten Werte des Bildschärfesignals, die auf bei­ den Seiten davon liegen, verwendet werden:

Falls P₀ P₂ ist, gilt:

α = x_m - (Δx/2) (P₀-P₂)/(P₁-P₂) (1a)

Falls P₀<P₂ ist, gilt:

α = X_m + (Δx/2) (P₂-P₀)/(P₁-P₀) (1b)

In diesen Formeln ist mit x_m diejenige Position des opti­ schen Systems 1 bezeichnet, an der der Maximalwert _P1 erhal­ ten wird, während Δ x die Entfernung (das Abtastintervall) angibt, um die sich das optische System 1 während einer vor­ bestimmten Zeitspanne bewegt.

Wenn das photographische optische System 1 zu dem Scharfein­ stellungspunkt α bewegt wird, der durch eine auf die Glei­ chung (1a) oder (1b) gestützte Interpolationsverarbeitung berechnet wird, ist die Scharfeinstellung beendet.

Wenn bei diesem Verfahren das Abtastintervall Δ x vergrößert wird, kann die Anzahl der Abtastungen (Erfassungen) des Bildschärfesignales f(x) verringert werden, um dadurch die Fokussierungs- bzw. Scharfeinstellungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Da die Scharfeinstellungs-Position jedoch durch eine Interpolationsverarbeitung erfaßt wird, wird bei Ver­ größerung des Abtastintervalls Δ x ein auf die Interpolation zurückzuführender Fehler vergrößert, was eine wenig präzise Scharfeinstellung zur Folge hat. Wenn bei diesem Interpolationsverfahren das Abtastintervall Δ x andererseits zu klein ist, wird die Erfassung einer Scharfeinstellungsposition sehr leicht durch Rauschen überlagert bzw. durch Störungen beeinflußt. Dies wirkt sich ebenfalls negativ auf die Scharfeinstellungsgenauigkeit aus. Gemäß vorstehender Beschreibung kann demnach bei dem herkömmlichen Verfahren kein Abtastintervall bestimmt werden, das den Fehler minimiert und es ist darüber hinaus schwierig, Präzision und Geschwindigkeit der Scharfeinstellung aufeinander abzustimmen.

Aus der DE 37 35 091 A1 ist ein automatisches Fokussierverfahren bekannt, das mit Kontrastmessung arbeitet. Hierbei wird das Objektiv schrittweise entlang der optischen Achse bewegt und der Kontrast für jede Position des Objektivs gespeichert. Es wird dann die jeweilige Differenz zwischen den gespeicherten Kontrastwerten und dem anfänglichen Kontrastwert berechnet und diese Differenz mit einem Vergleichswert verglichen. Wenn erfaßt wird, daß jeder der hierbei ermittelten Vergleichswerte positiv wird, wird hieraus geschlossen, daß die Position des maximalen Kontrastes durchschritten worden ist und das Objektiv wird auf diesen Scharfeinstellungspunkt zurückgefahren. Bei geringeren Helligkeitskontrasten des aufzunehmenden Objekts kann die Schrittweite verkleinert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung, bei dem ein Scharfeinstellungspunkt durch Interpolation erhalten wird, derart weiterzubilden, daß ein jeweiliger Scharfeinstellungspunkt mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Genauigkeit erfaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung schlägt demnach ein Gerät zur automatischen Scharfeinstellung vor, bei der ein optimales Abtastintervall zum Erhalt von Daten einstellbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird demnach anhand von jeweiligen Para­ metern ein Zwischenparameter ermittelt, mittels dem sich eine Bildschärfesignal-Kurve charakterisieren bzw. beschrei­ ben läßt. Anhand dieses Zwischenparameters wird ein Abtastintervall bestimmt. In jedem Abtastintervall werden Bildschärfesignale abgetastet, wobei gleichzeitig das opti­ sche System und/oder die Abbildungseinrichtung bewegt wird. Ein jeweiliger Scharfeinstellungspunkt kann dadurch erhalten werden, daß die Bildschärfesignale an drei oder zwei Punkten interpoliert werden. Hierdurch ist es möglich, einen Scharfeinstellungspunkt sehr genau und mit hoher Geschwin­ digkeit zu erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 anhand eines Blockdiagramms die eingangs beschriebene Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung;

Fig. 2 den Kurvenverlauf eines mittels des herkömmlichen Geräts erhaltenen Bildschärfesignals;

Fig. 3 einen Bildausschnitt zur Erläuterung des Prinzips einer Interpolationsverarbeitung zum Erzielen eines Scharfeinstellungspunktes bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Parametern eines optischen Systems, die zur Festlegung eines Zwischenparameters verwendet werden, der ein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt;

Fig. 5 anhand eines Kurvenverlaufs die Beziehung zwischen den Werten einer Modulationsübertragungsfunk­ tion (MÜF) und Raumfrequenzen;

Fig. 6 anhand eines Kurvenverlaufs die Beziehung zwischen den Werten der MÜF und eines Betrags der Defokussierung;

Fig. 7 anhand eines Kurvenverlaufs die Beziehung zwischen Fokussierungsfehlern und jeweiligen Abtast­ intervallen bei einer Dreipunkt-Interpolation;

Fig. 8 einen Kurvenverlauf zur Erläuterung von Begren­ zungen bei den Abtastintervallen;

Fig. 9 eine erste Bedingung zur Einstellung eines Frequenzbandes;

Fig. 10 eine zweite Bedingung zur Einstellung des Frequenzbands;

Fig. 11 einen Scharfeinstellungsbereich innerhalb eines Halbbilds;

Fig. 12 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Ein­ stellung eines optimalen Abtastintervalls;

Fig. 13 einen Kurvenverlauf zur Erläuterung des Prinzips einer Zweipunkt-Interpolation zum Erzielen eines Scharfeinstellungspunktes;

Fig. 14 anhand eines Blockdiagramms den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scharfeinstellungspunkt-Erfassungsschaltung;

Fig. 15 anhand eines Blockdiagramms den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung;

Fig. 16 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Gesamtab­ laufs eines Scharfeinstellungsverfahrens bei dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 17 ein Flußdiagramm eines in Fig. 16 gezeigten Unterprogramms zur Berechnung eines Parameters;

Fig. 18 ein Flußdiagramm eines in Fig. 16 gezeigten Unterprogramms für die automatische Scharfeinstellung;

Fig. 19 ein Flußdiagramm eines in Fig. 18 gezeigten Unterprogramms zur Erfassung eines Scharfeinstellungs­ punktes;

Fig. 20 anhand eines Kurvenverlaufs einen Fall, bei dem eine Umkehr-Verarbeitung erforderlich ist;

Fig. 21 ein Flußdiagramm eines in Fig. 19 gezeigten Unterprogramms zur Durchführung einer Umkehr-Verarbei­ tung;

Fig. 22 ein Flußdiagramm eines in Fig. 18 gezeigten Unterprogramms zur Durchführung einer Endpunkt-Verarbei­ tung;

Fig. 23 anhand eines Kurvenverlaufs zwei Punkte, die bei der Zweipunkt-Interpolation verwendet werden;

Fig. 24 ein Flußdiagramm eines in Fig. 22 gezeigten Unterprogramms zur Durchführung der Zweipunkt-Interpola­ tion;

Fig. 25 ein Flußdiagramm eines in Fig. 24 gezeigten Interpolations-Unterprogramms;

Fig. 26 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungs­ beispiels der Vorrichtung zur automatischen Scharfein­ stellung;

Fig. 27 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des detaillierten Aufbaus eines in Fig. 26 gezeigten Geschwindigkeitsdetektors;

Fig. 28 einen Kurvenverlauf, der auf die Bewegung eines scharfzustellenden Objekts zurückzuführende Änderungen in der Bildschärfesignal-Kurve zeigt, um hierdurch das Prinzip einer Geschwindigkeitserfassung bezüglich eines sich bewegenden Objekts zu erläutern;

Fig. 29A die Bewegung einer Bildebene für den Fall, daß sich das Objekt und das optische System in die gleiche Richtung bewegen;

Fig. 29B die Bewegung der Bildebene für den Fall, daß sich das Objekt und das optische System in entgegenge­ setzte Richtungen bewegen;

Fig. 30 einen Kurvenverlauf zur Erläuterung des Prinzips der Geschwindigkeitserfassung bei dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel;

Fig. 31 anhand eines Kurvenverlaufs die Werte einer in einem in Fig. 27 gezeigten Festwertspeicher hinterlegten Standardkurve; und

Fig. 32 schematisch die Anordnung des optischen Systems bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Nachstehend soll zunächst das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, nachstehend auch als Gerät bezeichneten Vorrichtung zur automatischen Scharfein­ stellung näher beschrieben werden. Erfindungsgemäß wird aus verschiedenen Parametern der Vorrichtung ein Zwischenparameter berechnet, der einen Funktionsverlauf (Kurve) eines ein Fokussierungs- bzw. Scharfeinstellungsmaß in bezug auf die Position eines optischen Systems angebendes Fokus- bzw. Bildschärfesignal charakterisiert bzw. beschreibt, wobei unter Zugrundelegung dieses Zwischenparameters ein optimales Abtastintervall für eine auf eine Interpolation gestützte Verarbeitung zur Erfassung der Scharfeinstellung festgelegt wird. Während die Position des optischen Systems entlang der Richtung der optischen Achse geändert wird, werden in Über­ einstimmung mit diesem optimalen Abstimmungsintervall Bild­ schärfesignale abgetastet. Anschließend wird mittels einer auf drei oder zwei Abtastwerte sowie das Abtastintervall gestützten Interpolation ein Betriebsablauf zur Erfassung eines Scharfeinstellungspunktes durchgeführt.

Der Zwischenparameter wird nunmehr näher erläutert. Fig. 4 zeigt verschiedene Typen von Parametern des optischen Systems. Im einzelnen zeigt Fig. 4 ein zu fokussierendes bzw. scharfzustellendes Objekt O, einen Abbildungspunkt I einer Linse bzw. eines Objektivs 1, eine Brennweite f des Objektivs l, einen Blendendurchmesser A des Objektivs 1, eine Objektentfernung a, eine Abbildungsentfernung b, den Durchmesser δ eines Unschärfekreises, sowie ein Defokussie­ rungs- bzw. Unschärfemaß d. Gemäß Fig. 4 gilt in einem Nah­ feldbereich die folgende Beziehung:

(1/a) + (1/b) = 1/f (2)

Aufgrund von Ähnlichkeits-Bedingungen gilt darüber hinaus die folgende Beziehung:

A/δ = b/d (3)

Aufgrund der obigen Beziehungen bzw. Gleichungen (2) und (3) kann der Durchmesser δ des Unschärfekreises wie folgt ausge­ drückt werden:

δ = (a-f)d/F (4)

wobei mit F der Blendenwert (F-Zahl) bzw. die Lichtstärke (= f/A) des Objektivs L bezeichnet ist.

Darüber hinaus läßt sich die Modulationsübertragungsfunktion eines optischen Systems (die nachfolgend mit MÜF abgekürzt werden soll) allgemein wie folgt ausdrücken:

In dieser Gleichung bezeichnet J₁ eine Bessel-Funktion erster Art der Ordnung 1 und S eine Raumfrequenz (mm^-1), die durch das Frequenzband bzw. die Durchlaß-Bandbreite eines Bandpaßfilters zum Extrahieren bzw. zum Herausfiltern einer Frequenzkomponente des Bildschärfesignals festgelegt wird. Wenn der Durchmesser δ des Unschärfekreises konstant ist, kann die Funktion MÜF(S) durch die in Fig. 5 gezeigte Kurve dargestellt werden, in der in periodischer Folge positive und negative Werte auftreten. In Fig. 5 ist mit S₁ die­ jenige Raumfrequenz bezeichnet, bei der die MÜF zum ersten Mal den Wert 0 annimmt. In Übereinstimmung mit den Eigen­ schaften einer Bessel-Funktion läßt sich eine Bedingung für S₁ nach folgender Beziehung darstellen:

δπS ≒ 3,832 (6)

Aus den Gleichungen 4 und 6 läßt sich ableiten, daß das­ jenige Unschärfemaß d, bei dem der Wert der MÜF zu 0 wird, durch folgenden Ausdruck gegeben ist:

d = (3,832/π)a F/(a-f)S (7)

Da die Objektentfernung a sehr viel größer als die Brenn­ weite f ist, wird der Term a/(a-f) in Gleichung (7) unge­ fähr gleich 1. Die Gleichung (7) läßt sich daher wie folgt umschreiben:

d = (3,832/π)F/S
= 1,22F/S
=d_FZP (8)

Da der Durchmesser δ des Unschärfekreises gemäß Gleichung (4) proportional zu dem Unschärfemaß d ist, kann aus Glei­ chung (5) leicht entnommen werden, daß Änderungen in der MÜF, die als Funktion des Unschärfemaßes d auftreten, sol­ chen Änderungen ähnlich sind, die als Funktion der Raum­ frequenz S auftreten. Fig. 6 zeigt den Verlauf einer Über­ tragungsfunktion MÜF(d) als Funktion des Unschärfemaßes d, wenn die Raumfrequenz S konstant gehalten wird. Fig. 5 zeigt demgegenüber den Verlauf einer Übertragungsfunktion MÜF(S), wenn das Unschärfemaß d konstant gehalten wird. Der durch Gleichung (8) ausgedrückte Wert d fällt daher mit einem in Fig. 6 gezeigten Wert d₁ zusammen. Da Fig. 6 den Verlauf bzw. die Werte der MÜF als Funktion des Unschärfemaßes d zeigt, fällt der Kurvenverlauf der MÜF mit dem Funktions- bzw. Kurvenverlauf des oben beschriebenen Bildschärfesignals f(x) zusammen. Das gemäß der vorstehenden Beschreibung durch Erfassung der Quadratsumme der Bildsignale erhaltene Bild­ schärfesignal f(x) ist in Fig. 6 mittels einer unter­ brochenen Kurve dargestellt. In der folgenden Beschreibung wird von der Annahme ausgegangen, daß das Bildschärfesignal durch quadratische Erfassung der Bildsignale erhalten wird.

Das anhand der Gleichung (8) berechnete Unschärfemaß d stellt einen Zwischenparameter dar, der den Kurvenverlauf des Bildschärfesignals charakterisiert bzw. beschreibt. Wenn ein jeweiliges Unschärfemaß den Wert d übersteigt, wird das Bildschärfesignal im wesentlichen zu 0. Dieser Unschärfe­ parameter sei mit FZP definiert (FZP: First Zero Point bzw. erster Nullpunkt). Der Kurvenverlauf des Bildschärfesignals kann demnach anhand des Zwischenparameters d_FZP, der durch den Blendenwert F und die Raumfrequenz S bestimmt wird, in Erfahrung gebracht werden; der Zwischenparameter d_FZP ist proportional zum Blendenwert F und umgekehrt proportional zur Raumfrequenz S.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Festlegung eines optima­ len Abtastintervalls Δ x unter Zugrundelegung des Zwischenpa­ rameters d_FZP näher erläutert. Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die Fehler zwischen einem realen Scharfeinstel­ lungspunkt und solchen Scharfeinstellungspunkten zeigt, die durch die oben erwähnte, durch die Gleichungen (1a) und (1b) dargestellte Dreipunkt-Interpolationsverarbeitung erhalten werden, und zwar in Bezug zu derjenigen Bildschärfesignal- Kurve, welche die in Fig. 6 mit einer unterbrochenen Linie dargestellte Wellenform (das Quadrat der Gleichung (5)) auf­ weist. In Fig. 7 ist das Abtastintervall Δ x entlang der Achse der Abszisse aufgetragen, welche mit dem Zwischenpara­ meter d_FZP normalisiert ist, während der Fokussierungs- bzw. Bildschärfefehler entlang der Achse der Ordinate aufgetragen ist, welche ebenfalls mit dem Zwischenparameter d_FZP norma­ lisiert ist. Fig. 7 zeigt die Beziehungen zwischen dem Abtastintervall x und dem Fokussierungsfehler, falls kein Rauschen vorliegt (durchgezogene Kurve), bzw. bei Rauschab­ ständen von 50 dB, 40 dB, 30 dB und 20 dB (unterbrochen ge­ zeichnete Kurven). Wenn kein Rauschen vorhanden ist, stellt die betreffende Kurve die der Interpolationsverarbeitung inhärenten Fehler dar. In diesem Falle wird bei einer Ver­ größerung des Abtastintervalls Δ x der Fokussierungsfehler vergrößert. Wenn das Rauschen zunimmt und der Rauschabstand dementsprechend abnimmt, wird der Fokussierungs- bzw. Scharfeinstellungsvorgang bei einer Verringerung des Abtastintervalls Δ x zunehmend durch das Rauschen beeinflußt. Als Folge davon wird der Fokussierungsfehler vergrößert. Das optimale Abtastintervall Δ x wird daher in Übereinstimmung mit den der Interpolationsverarbeitung inhärenten bzw. für diese typischen Fehlern und einem jeweiligen Einfluß des Rauschens festgelegt. Gemäß Fig. 7 werden bei jedem Rauschabstand die minimalen Fehler nahe dem Wert Δ x von ungefähr 0,522 d_FZP erhalten. Das optimale Abtastintervall Δx kann daher wie folgt ausgedrückt werden:

Δx = C_OPT · d_FZP (9)

In dieser Gleichung ist mit C_OPT eine Konstante bezeichnet, die entsprechend einem Erfassungsverfahren für das Bild­ schärfesignal festgelegt ist. Wenn das Quadratsummen-Erfas­ sungsverfahren verwendet wird, wird die Konstante C_OPT gemäß Fig. 7 zu 0,52 festgelegt.

Da der jeweilige Fokussierungsfehler gemäß Fig. 7 darüber hinaus proportional zu dem Zwischenparameter d_FZP ist, kann die Fokussierungsgenauigkeit durch Verringerung des Blenden­ werts F oder durch Vergrößerung der Raumfrequenz S verbes­ sert werden. Die Raumfrequenz S kann jedoch nicht unbegrenzt vergrößert werden, da bei einer Vergrößerung der Raumfre­ quenz S das Rauschen zunimmt. Der Blendenwert F wird vor­ zugsweise auf den vollen Öffnungswert des optischen Systems eingestellt, um eine Erhöhung der zu empfangenden und abzu­ bildenden Lichtmenge zu ermöglichen.

Nachfolgend wird ein Vorgang zur Einstellung der optimalen Raumfrequenz S (der Bandbreite des Bandpaßfilters) näher erläutert. Ein durch den in Fig. 4 gezeigten Abbildungspunkt I definierter Abbildungsbereich ändert sich stark in Abhän­ gigkeit von der Brennweite f. Da die minimale Abbildungsent­ fernung (wenn die Objektentfernung gleich unendlich ist) und da die maximale Abbildungsentfernung (wenn die Objektentfer­ nung einer nähest möglichen Entfernung a_min entspricht) durch den Ausdruck a_min · f/(a_min-f) gegeben ist, wird der Abbildungsbereich L durch folgende Formel ausgedrückt:

L = a_min · f/(a_min-f) - f (10)

Wenn a_min = 0,75 m, ergibt sich beispielsweise für f=35 mm L=1,713 mm, während sich für f=70 mm L=7,205 mm ergibt. Wenn der Bewegungsbereich des optischen Systems bei einer Änderung in der Brennweite f geändert wird, wird demnach die Bewegung des Abbildungspunkts bei einer Bewegung des optischen Systems in Abhängigkeit von der Brennweite f ebenfalls geändert. Der Maßstab der Abszissen­ achse der Bildschärfesignal-Kurve f(x) wird daher in Abhän­ gigkeit von der Brennweite f geändert.

Um unter allen Umständen anhand der Werte des Bildschärfesi­ gnals an zwei Punkten eine Defokus- bzw. Unschärferichtung geeignet festlegen zu können, muß einer der beiden Punkte von einem Scharfeinstellungspunkt aus innerhalb von d_FZP ge­ legen sein. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 näher erläutert. Gemäß Fig. 8 sind zwei Punkte P₁ und P₂ von einem Scharfeinstellungspunkt P_x um eine Strecke ent­ fernt, die dem Wert d_FZP oder mehr entspricht, wohingegen sich ein Punkt P₃ innerhalb von d_FZP befindet. Es sei ange­ nommen, daß zunächst am Punkt P₁ ein Bildschärfesignal abge­ tastet und anschließend am Punkt P₂ ein weiteres Bildschär­ fesignal abgetastet wird, das heißt, daß ein Abtastintervall Δ x₁₂ eingestellt ist. Da in diesem Fall P₁ ungefähr gleich P₂ ist, kann die Richtung des Scharfeinstellungspunkts bzw. die Richtung zu diesem hin nicht festgelegt werden. Wenn hingegen die Punkte P₁ und P₃ verwendet werden, das heißt, wenn ein Abtastintervall Δ x₁₃ eingestellt ist, kann aufgrund der Tatsache, daß P₁ kleiner als P₃ ist, ermittelt werden, daß der Punkt P₃ sich näher am Scharfeinstellungspunkt be­ findet als der Punkt P₁ und daß die Scharfeinstellungs-Rich­ tung mit der Richtung des Punkts P₃ bzw. der Richtung zu diesem hin zusammenfällt. Aus diesem Grund sind einem jewei­ ligen Abtastintervall Beschränkungen auferlegt und der Zwi­ schenparameter d_FZP, das heißt, ein Frequenzband S des Band­ paßfilters, muß so eingestellt sein, daß diese Beschränkun­ gen erfüllt bzw. berücksichtigt werden.

Wenn beispielsweise die in den Fig. 9 und 10 gezeigten Extremfälle betrachtet werden, müssen die folgenden Bedin­ gungen gelten:

d_FZP LΔx (11)

Δx 2d_FZP (11a)

Der Scharfeinstellungspunkt wird erfaßt, während das Objek­ tiv mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, und das Bildschärfesignal wird für jede Halbbild-Periode (=Δ x) abgetastet. Wenn das Objektiv mit maximaler Geschwindigkeit bewegt wird und die Bewegungsstrecke des Fokussierungs­ punkts des Objektivs den Wert Vd_max hat, gilt Δ x=Vd_max. Das Einsetzen der Gleichung (8) in die Beziehungen (11) und (11a) ergibt daher folgendes:

1,22 F/S L-Vd_max

Vd_max 2 (1,22F/S)

Die vorstehenden beiden Beziehungen können in bezug auf die Raumfrequenz S wie folgt umgeschrieben werden:

S 1,22F/(L-Vd_max) (12)

S 2,44F/Vd_max (12a)

Von diesen zwei Bedingungen wird Bedingung (12) vorzugsweise dann verwendet, wenn gilt Vd_max (2/3)L, während Bedingung (12a) vorzugsweise dann verwendet wird, wenn gilt Vd_max < (2/3)L. Der Maximalwert der Raumfrequenz S sei als Standardfrequenz S_B definiert. Es werden Frequenzen verwen­ det, die niedriger als diese Standardfrequenz S_B sind.

Die verwendbare Maximalfrequenz ist durch die Größe bzw. Fläche eines Ziel-Scharfeinstellungsbereichs (der nachfol­ gend als Fokussierungsbereich bezeichnet werden soll) beschränkt. Dies wird nachstehend näher erläutert. Unter der Voraussetzung, daß das Bandpaßfilter ein horizontales, ein­ dimensionales Filter ist, und falls gemäß Fig. 11 die Anzahl der Bildpunkte einer Abbildungseinrichtung durch M×M, die Anzahl der Bildpunkte des Fokussierungsbereichs durch Ax×Ay und die Fläche (in mm) der Abbildungseinrichtung durch Sx×Sy gegeben sind, läßt sich eine Minimalfrequenz S_min (mm^-1) wie folgt ausdrücken:

S_min = (Sx · Ax/M)^-1
= M/(Sx·Ax) (13)

Da die Minimalfrequenz S_min kleiner als die Standardfrequenz S_B sein muß, ist festzuhalten, daß der Fokussierungsbereich Ax bzw. dessen Breite der folgenden Beschränkung unterliegt:

Ax M/(S_B · Sx) (14)

Die erfaßbare Maximalfrequenz S_max(mm^-1) ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

S_max = (1/2) (Sx/M)^-1
= M/(2 · Sx) (15)

Hierbei ist anzumerken, daß M und Sx derart eingestellt sind, daß sie die Bedingung S_B < S_max erfüllen.

Das Frequenzband bzw. der Durchlaßbereich des Bandpaßfilters wird innerhalb der auf die vorstehend beschriebene Weise eingestellten Beschränkungen festgelegt. In der Praxis muß darüber hinaus ein Frequenzband gewählt werden, bei dem nur wenig Rauschen auftritt, so daß die Frequenz bzw. die Raum­ frequenz S bei der das Bildschärfesignal mit dem maximalen Pegel auftritt, innerhalb dieser Beschränkungen gewählt wird, wodurch schließlich ein optimales Abtastintervall Δ x erhalten wird.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 ein Verfahren beschrieben, mittels dem dieses optimale Abtastintervall Δ x erhalten werden kann. Wenn der Fokussierungsbereich Ax fest­ gelegt bzw. unveränderlich ist, werden folgende drei Parame­ ter verwendet: die Brennweite f des optischen Systems, der Blendenwert F des optischen Systems und das Muster eines scharfzustellenden bzw. zu fokussierenden Objekts (Bild­ schärfesignale bei den jeweiligen Frequenzen). Der Zwischen­ parameter d_FZP wird aus dem gewählten Band S des Bandpaßfil­ ters und dem Blendenwert F erhalten. Das optimale Abtastin­ tervall Δ x kann durch Multiplikation des Zwischenparameters d_FZP mit einer Konstanten C_OPT in Übereinstimmung mit einem jeweiligen Erfassungsverfahren erhalten werden.

Im einzelnen wird der Abbildungsbereich L aus der nähesten Entfernung a_min und der Brennweite f des optischen Systems in Übereinstimmung mit Gleichung (10) erhalten. Anschließend wird die Standardfrequenz S_B aus dem erhaltenen Abbildungs­ bereich L, dem Blendenwert F des optischen Systems sowie aus der maximalen Bewegungsstrecke Vd_max einer Brennpunktebene in Übereinstimmung mit den Gleichungen (12) und (12a) erhal­ ten. In der Zwischenzeit wird eine Minimalfrequenz S_min aus der Fläche bzw. dem Wert Ax des Fokussierungsbereichs, der Fläche bzw. dem Wert Sx der Abbildungseinrichtung sowie aus der Anzahl M der Bildelemente der Abbildungseinrichtung in Übereinstimmung mit Gleichung (13) erhalten.

Anschließend wird diejenige Frequenz F, bei der die Bedin­ gung S_min S erfüllt ist, sowie dasjenige Bildschärfesi­ gnal, bei dem der Maximalpegel auftritt, aus den Bildschär­ fesignalen f(x) bei den jeweiligen Frequenzen des Objekts ermittelt. Daraufhin wird der Zwischenparameter d_FZP aus der Frequenz S und dem Blendenwert F des optischen Systems er­ mittelt.

Der Zwischenparamter d_FZP wird mit der auf das jeweilige Er­ fassungsverfahren gestützten Konstanten C_OPT multipliziert, worauf eine Verarbeitung zur Erfassung des Scharfeinstel­ lungspunkts durchgeführt wird, indem dieses Multiplikations­ ergebnis als optimales Abtastintervall Δ x verwendet wird.

Wenn bei Beginn der Verarbeitung zur Erfassung des Scharfeinstellungspunkts der Betrag bzw. Anteil von Hochfre­ quenz-Komponenten zunimmt, muß das Band bzw. der Durchlaßbe­ reich des Bandpaßfilters zur Hochfrequenzseite hin geschal­ tet werden, um die Fokussierungsgenauigkeit zu verbessern. In diesem Falle kann ein optimales Abtastintervall leicht dadurch erhalten werden, daß ein Zwischenparameter in Über­ einstimmung mit den Gleichungen (8) und (9) ermittelt wird, wodurch eine hochpräzise Scharfeinstellung bei hoher Ge­ schwindigkeit ermöglicht wird. Gleichungen (8) und (9) sind sehr einfach aufgebaut und daher mit hoher Geschwindigkeit berechenbar. Wenn die Verarbeitungsgeschwindigkeit jedoch weiter erhöht werden soll, kann im voraus eine Tabelle von Raumfrequenzen, Blendenwerten F und Erfassungskonstanten C_OPT gebildet werden, so daß durch Auslesen der jeweiligen Information der Tabelle ein optimales Abtastintervall ermit­ telt werden kann.

Es ist anzumerken, daß der Wert Δ x die Bewegungsstrecke der Brennpunktsebene der Abbildungseinrichtung angibt, welcher Wert nicht notwendigerweise mit der Bewegungsstrecke des optischen Systems übereinstimmt. Diese Strecken sind jedoch proportional zueinander, so daß die Bewegungsstrecke Δ x leicht in die Bewegungsstrecke des optischen Systems umge­ wandelt werden kann, indem die Strecke Δ x mit einem Propor­ tionalkoeffizienten multipliziert wird.

Nachfolgend wird ein weiteres Verfahren zur Erfassung des Scharfeinstellungspunkts unter Verwendung des Zwischenpara­ meters d_FZP näher erläutert. Bei der vorstehend beschriebe­ nen Interpolation werden drei Punkte verwendet. In manchen Fällen, wie beispielsweise dann, wenn sich das Objektiv in den der nähest möglichen Entfernung oder der Entfernung "un­ endlich" entsprechenden Endlagen befindet, ist es jedoch nicht möglich, drei Punkte zu erhalten. Um solche Fälle ebenfalls handhaben zu können, wird daher erfindungsgemäß eine Interpolationsverarbeitung durchgeführt, die auf zwei Punkte gestützt ist. Eine derartige Zweipunkt-Interpolation kann jedoch nicht nur dann durchgeführt werden, wenn wie bei den genannten zwei Endlagen des Objektivs keine drei Punkte erhalten werden können, sondern auch dann, wenn gleichwohl Daten an drei Punkten erzielbar sind. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erfassung eines Scharfeinstellungspunkts an­ hand von zwei Punkten P₀ und P₁ beschrieben, die sich gemäß der Darstellung in Fig. 13 auf beiden Seiten eines Scharfeinstellungspunkts P_x befinden. In Fig. 13 entspricht die Achse der Abszisse der Position des optischen Systems. Wenn ein Unschärfemaß des Punkts P₀ mit X₀ und ein Unschär­ femaß des Punkt P₁ mit X₁ ausgedrückt wird (wobei gilt: X₀ = |α-x₀|, X₁=|α-x₁|, wobei α den Scharfeinstellungs­ punkt, x₀ die dem Punkt P₀ entsprechende Position des opti­ schen Systems und x₁ die dem Punkt P₁ entsprechende Position des optischen Systems angibt), können die Werte der Übertra­ gungsfunktion MÜF an den beiden Punkten P₀ und P₁ gemäß Gleichung (5) durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

Hierin ist mit d′_FZP eine Entfernung bzw. Bewegungsstrecke des optischen Systems bezeichnet, wenn sich die Bildebene um den Betrag d_FZP bewegt. Da als Erfassungsverfahren eine Qua­ dratsummenerfassung verwendet wird, ist ein Verhältnis R(x₀, x₁) der Wert der Übertragungsfunktion MÜF an den beiden Punkten durch folgenden Ausdruck gegeben:

R(x₀, x₁)
= (MÜF(x₁))²/(MÜF(x₀))²
= (x₀ · J₁(3,832 x₁/d′_FZP)/x₁ · J₁(3,832 x₀/d′_FZP))² (17)

Das Verhältnis R(x₀, x₁) wird alleine festgelegt durch eine Kombination der beiden Punkte, das heißt durch die Entfer­ nung zwischen den beiden Punkten l(= x₀-x₁) und den jewei­ ligen Entfernungen X₀ und X₁ vom Scharfeinstellungspunkt. Wenn das Unschärfemaß an demjenigen Punkt (x₀ in diesem Falle), an dem ein größerer Wert für das Bildschärfesignal erhalten wird, durch D ausgedrückt ist, kann das Unschärfe­ maß aus der Entfernung l zwischen den beiden Punkten sowie aus dem Verhältnis R hergeleitet werden. Da es jedoch schwierig ist, Gleichung (17) analytisch zu lösen, wird durch Bezugnahme auf die Tabelle eine numerische Lösung für Gleichung (17) durchgeführt, um das Unschärfemaß D zu erhal­ ten. Falls die Entfernung zwischen den beiden Punkten und die Entfernung D von dem Scharfeinstellungspunkt mittels des Zwischenparameters d′_FZP normalisiert werden, kann der Un­ schärfebetrag D in diesem Fall unabhängig von dem jeweiligen Blendenwert F und dem jeweiligen Band des Bandpaßfilters aus der gleichen Tabelle erhalten werden. Hierzu werden gemäß Fig. 14 Werte l′=l/d′_FZP und D′=D/d′_FZP eingestellt. Mittels dieses Verfahrens kann anhand von zwei, auf beiden Seiten des Scharfeinstellungspunkts befindlichen Punkten auf leichte Weise ein Scharfeinstellungspunkt bestimmt werden. Ein derartiges Verfahren zur Erfassung eines Scharfeinstel­ lungspunkts unter Verwendung von zwei derartigen Punkten sei als Zweipunkt-Interpolationsverfahren bezeichnet.

Die Tabelle weist darüber hinaus einen Bereich auf, bei dem in Abhängigkeit von einer Kombination von l′ und R kein Wert vorhanden ist, so daß aus diesem Bereich ausgelesene Daten nicht verwendbar sind. Aus diesem Grund wird in einem sol­ chen Fall eine Fehlerkennung E als "1" ausgegeben. Im Nor­ malfall wird die Fehlerkennung E auf den Wert "0" einge­ stellt.

Gemäß vorstehender Beschreibung ist der Zwischenparameter d_FZP äußerst wirksam bei der Charakterisierung der Wellen­ form einer Bildschärfesignal-Kurve.

Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das vorstehend beschriebene Prinzip der Fokuserfassung angewen­ det wird, näher erläutert. In Fig. 15, die einen schemati­ schen Schaltungsaufbau dieses ersten Ausführungsbeispiels zeigt, sind Teile, die denen der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, weshalb auf eine erneute Erläuterung dieser Teile verzichtet wird. Ein fotographi­ sches optisches System 1 hat einen Blendenwert F, eine Lin­ sen- bzw. Objektivposition x und eine Brennweite f. Gemäß Fig. 15 wird die Objektivposition x zwar mittels eines (nicht gezeigten) Sensors erfaßt, jedoch kann diese Erfas­ sung auch mittels eines Impulsmotors 16 oder einer Motor-An­ steuerungsschaltung 15 bewirkt werden. Bei dem fotographi­ schen optischen System 1 sei angenommen, daß eine Bewegungs­ strecke dl der Objektivposition x und eine Bewegungsstrecke dp der Fokal- bzw. Brennpunktsebene oder der Abbildungsebene proportional zueinander sind, wie dies durch nachfolgende Gleichung angegeben ist:

dl = C(f) · dp (18)

In dieser Gleichung ist ein Proportionalkoeffizient C(f) eine Funktion, die der Brennweite f des Objektivs zugeordnet ist.

Bandpaßfilter (BPF) 5a bis 5d, die jeweils Bandpaß-Frequen­ zen S₁, S₂, S₃ bzw. S₄ aufweisen (wobei gilt S₁ < S₂ < S₃ < S₄), sind parallel mit dem Ausgangsanschluß eines Vorverstärkers 4 verbunden. Die Ausgänge der Bandpaß­ filter 5a bis 5d sind jeweils in Reihe mit Schaltgliedern bzw. Gattern 8a bis 8d, Detektoren 9a bis 9d, die jeweils aus einer Quadrat-Detektorschaltung gebildet sind, A/D-Um­ setzern 10a bis 10d und digitalen Integratoren 11a bis 11d verbunden. Eine Fokussierungsbereich-Bezeichnungs- bzw. Festlegungseinrichtung 21 ist mit jedem der Gatter 8a bis 8d verbunden und hat die Aufgabe, ein derartiges Befehlssignal zu übertragen, daß aus einem jeweiligen Halbbild des Bildsi­ gnals ausschließlich die Signale eines Ziel-Scharfeinstel­ lungsbereichs extrahiert werden. Jeder der Detektoren 9a bis 9d dient als Quadrat-Detektor. Darüber hinaus ist jeder der digitalen Integratoren 11a bis 11d aus einem Addierer 12 und einem Zwischenspeicher 13 gebildet. Die Integratoren 11a bis 11d führen einem Mikroprozessor 22 jeweils Bildschärfesi­ gnale V₁, V₂, V₃ bzw. V₄ zu. Der Mikroprozessor 22 empfängt die Bildschärfesignale V₁ bis V₄ für jede Halbbildperiode und führt anhand der in den Fig. 16 bis 19, 21, 22, 24 und 25 gezeigten Rechenvorschrift einen Vorgang zur automa­ tischen Scharfeinstellung durch. Der Mikroprozessor 22 empfängt darüber hinaus Daten, die sich auf die Objektivposi­ tion x, den Blendenwert F und die Brennweite f des fotogra­ phischen optischen Systems 1 beziehen, welche Daten zur Fokuseinstellung benötigt werden. Ein Festwertspeicher bzw. ROM 23 ist an den Mikroprozessor 22 angeschlossen und ent­ spricht dem in Fig. 14 gezeigten Tabellen-Festwertspeicher. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist in ähnlicher Weise wie bei dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Gerät eine Vor- Meßschaltung mit dem Ausgangsanschluß des Vorverstärkers 4 verbunden, um eine einer geeigneten Belichtung entsprechende Ladungsspeicherzeit festzulegen. Das von dem Vorverstärker 4 ausgegebene Bildsignal wird in einem Speichermedium, wie zum Beispiel einer Magnetscheibe oder einem Magnetband gespei­ chert.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieses ersten Ausführungs­ beispiels mit dem oben beschriebenen Aufbau näher erläutert. Wenn eine Scharfeinstellung eingeleitet wird, wird von der Vor-Meßschaltung eine geeignete Ladungsspeicherzeit einge­ stellt und von einer Ladungskopplungsvorrichtung (CCD) 2 ein Abbildungsvorgang begonnen. Anschließend werden für jede Halbbildperiode Bildsignale gelesen und über die Bandpaßfil­ ter 5a bis 5d bestimmte Frequenzkomponenten hieraus extra­ hiert. In der Zwischenzeit werden von den Gattern 8a bis 8d ausschließlich die Signale aus einem Fokussierungsbereich innerhalb eines Halbbilds extrahiert und die Werte V₁ bis V₄ des Bildschärfesignals, die über die Detektoren 9a bis 9d, die A/D-Umsetzer 10a bis 10d und die digitalen Integratoren 11a bis 11d erhalten werden, dem Mikroprozessor 22 zuge­ führt.

Wenn das fotographische optische System 1 innerhalb einer Halbbildperiode (wobei die Ladungsspeicherzeit einem Lesezy­ klus entspricht) von x_α bis x_β bewegt wird, können die Werte V₁ bis V₄ des Bildschärfesignals als die Werte eines Bild­ schärfesignals an einer Zwischenposition x=(x_α-x_β)/2 des fotographischen optischen Systems 1 betrachtet werden. Die Werte des Bildschärfesignals werden daher als Funktionen des Bands S und der Objektivposition x betrachtet und ausge­ drückt durch die Funktion M (X, x). Auf diese Weise werden für jede Halbbildperiode Bildschärfesignalewerte M(S_i, x) (i=1-4) an vier Raumfrequenzen S₁ bis S₄ erhalten, die den Bandpaßfiltern 5a bis 5d entsprechen. Unter Verwendung die­ ser Bildschärfesignalwerte wird mittels der oben beschriebe­ nen Dreipunkt- oder Zweipunkt-Interpolation eine Verarbei­ tung zur Erfassung des Scharfeinstellungspunkts durchge­ führt.

Der von dem Mikroprozessor 22 durchgeführte Vorgang zur Er­ fassung des Scharfeinstellungspunkts wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in der Druckzeichnung gezeigten Flußdia­ gramme näher erläutert. Fig. 16 zeigt dabei eine Hauptrou­ tine zur automatischen Scharfeinstellung. In einem Schritt #1 wird ein Unterprogramm durchgeführt, das mit der Berech­ nung von Parametern befaßt ist. Fig. 17 zeigt dieses Unter­ programm im einzelnen. In einem Schritt #11 wird in Überein­ stimmung mit Gleichung (10) ein Abbildungsbereich L ermit­ telt. In einem Schritt #12 wird aus der Maximalgeschwindig­ keit V_max der Brennpunktebene und aus dem Koeffizienten C(f) in Übereinstimmung mit Gleichung (18) eine maximale Bewe­ gungsstrecke Vd_max der Brennpunktebene ermittelt. In einem Schritt #13 wird die auf diese Weise ermittelte maximale Be­ wegungsstrecke Vd_max in die Gleichungen (12) und (12a) ein­ gesetzt, um eine Standardfrequenz S_b zu berechnen. In einem Schritt #14 wird in Übereinstimmung mit den Gleichungen (13) und (15) sowohl eine Minimalfrequenz S_min als auch eine Maximalfrequenz S_max erhalten. In einem Schritt #15 werden Bildschärfesignalwerte M(S_i, x_i) (i=1-4) erfaßt. In einem Schritt #16 wird aus der Frequenz S diejenige Maximalfre­ quenz S_d gewählt, die einen Schwellenwert MT überschreitet und der Bedingung S_min S S_B genügt. In einem Schritt #17 wird schließlich ein Gesamt-Erfassungszähler n der Bild­ schärfesignale auf den Wert "1" eingestellt, während ein Ge­ samt-Inversionszähler rv des optischen Systems 1 auf den Wert "0" eingestellt wird. Der Schwellenwert MT wird so ein­ gestellt, daß ein Band mit geringem Rauschen gewählt ist.

Wenn die jeweiligen Parameter auf diese Weise festgelegt sind, kehrt der Ablauf der Hauptroutine in Fig. 16 zurück. In einem Schritt #2 werden in Übereinstimmung mit den Glei­ chungen (8) und (9) der Zwischenparameter d_FZP und das opti­ male Abtastintervall Δ x der Brennpunktebene berechtnet. In einem Schritt #3 wird in Übereinstimmung mit Gleichung (18) das optimale Abtastintervall Δx_L (=C(f) · Δx) derjenigen Posi­ tion des optischen Sytems 1 ermittelt, die dem Intervall Δ x entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Wert d′_FZP (=C(f) · d_FZP) erhalten. Anschließend wird die Bewegungsgeschwindig­ keit des fotographischen optischen Systems 1 derart gesteu­ ert, daß jedesmal dann ein Bildschärfesignal erhalten wird, wenn das optische System 1 um die Strecke Δ x_L bewegt worden ist. Mit anderen Worten, das fotographische optische System 1 wird in einer der Halbbildperiode entsprechenden Zeit um die Strecke Δ x_L bewegt.

In einem Schritt #4 wird die Ansteuerung zur Bewegung des fotographischen optischen Systems 1 begonnen. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Bewegungsrichtung willkürlich festgelegt sein. Wenn das optische System 1 hingegen in einer solchen Richtung bewegt wird, daß es sich einer Standard-Brennweite nähert (einer Scharfeinstellungsposition, bei der häufig fo­ tografiert wird), kann die Scharfeinstellung in vielen Fäl­ len sehr effektiv durchgeführt werden. In einem Schritt #5 wird ein Unterprogramm zur automatischen Scharfeinstellung durchgeführt.

Fig. 18 zeigt die Einzelheiten des im Schritt #5 angegebenen Unterprogramms zur automatischen Scharfeinstellung. In einem Schritt #51 werden zu einem Zeitpunkt, bei dem das fotogra­ phische optische System 1 um die Strecke Δ x_L bewegt worden ist, Bildschärfesignalwerte M(S_i, x₂) (i=1-4) erfaßt. In einem Schritt #52 werden die Bildschärfesignalwerte M(S_d, x₁) und M(S_d, x₂) in dem momentan gewählten Band S_d mitein­ ander verglichen, um dadurch zu ermitteln, ob sich der jeweilige Bildschärfesignalwert vergrößert oder verkleinert. Wenn der Bildschärfesignalwert abnimmt, wird die Bewegungs­ richtung des fotographischen optischen Systems 1 in einem Schritt #53 umgekehrt und der Ablauf verzweigt weiter zu einem Schritt #58. Wenn der Bildschärfesignalwert demgegen­ über zunimmt, wird die Bewegungsrichtung nicht geändert und in einem Schritt #54 geprüft, ob das Frequenzband des Band­ paßfilters zu dem Hochfrequenzband umgeschaltet werden kann. Das heißt, es wird geprüft, ob ein Band S vorliegt, das den Bedingungen S_d S < S_max und M(S, x₂) MT genügt. Wenn dies im Schritt #54 bejaht wird, wird das Erfassungsband Sd auf den neuesten Stand gebracht bzw. aktualisiert und der Zwischenparameter d_FZP sowie das Abtastintervall Δx werden in einem Schritt #56 erneut berechnet. In einem Schritt #57 wird ein neues Abtastintervall Δx_L (=C(f) · Δ x) ermittelt, worauf der Ablauf zu dem Schritt #58 verzweigt. Eine Ände­ rung in dem optimalen Abtastintervall Δ x_L entspricht einer Änderung in der Bewegungsgeschwindigkeit des fotographischen optischen Systems 1 durch den Impulsmotor 16, da der Lesezy­ klus (Halbbildperiode) der Ladungskopplungsvorrichtung 2 konstant ist.

Wenn im Schritt #54 demgegenüber auf "NEIN" entschieden wird, wird der Zähler n in einem Schritt #58 auf den Wert "2" eingestellt. In einem Schritt #59 wird geprüft, ob das fotographische optische System 1 einen Endpunkt (Position "unendlich" oder nähest mögliche Position) innerhalb der nächsten Belichtungszeit erreicht. Wenn dies im Schritt #59 bejaht wird, wird in einem Schritt #60 eine später unter Be­ zugnahme auf Fig. 22 näher erläuterte Endpunkt-Anschlußver­ arbeitung durchgeführt, worauf der Ablauf zu einem Schritt #61 verzweigt. Wenn im Schritt #59 demgegenüber auf "NEIN" enschieden wird, werden im Schritt #61 neue Bildschärfesi­ gnalwerte M(S_i, x_n) (i=1-4) eingegeben und in einem Schritt #62 wird einen Unterroutine zur Fokuserfassung durchgeführt. Es ist anzumerken, daß die beim Schritt #59 beginnende Ver­ arbeitung dann wiederholt wird, wenn in der Fokuserfassungs- Unterroutine kein Scharfeinstellungspunkt ermittelt werden kann, wobei ein Erfassungs-Überlaufzähler zum Abbruch der Unterroutine zur automatischen Scharfeinstellung herangezo­ gen wird, wenn ein Fokus-Erfassungszähler den Wert "8" über­ steigt, worauf der Ablauf zur vorherigen Routine zur Beendi­ gung der Scharfeinstellungs-Erfassung zurückkehrt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 19 die Fokuser­ fassungs- bzw. Scharfeinstellungs-Unterroutine des Schritt #62 näher erläutert. In einem Schritt #621 wird geprüft, ob eine Dreipunkt-Interpolation durchgeführt werden kann. Das heißt, es wird geprüft, ob der Erfassungszäher n 3 ist und ob die Erfassungsintervalle von drei Punken gleich sind, das heißt, ob gilt |x_n-x_n-1| = |x_n-1-x_n-2|. Wenn im Schritt #621 auf "JA" entschieden wird, wird in Übereinstimmung mit Gleichung (1a) oder (1b) in einem Schritt #622 ein Scharfeinstellungspunkt α berechnet. In einem Schritt #623 wird das fotographische optische System 1 zu dem Scharfein­ stellungspunkt α bewegt, wodurch die Verarbeitung zur Fokuserfassung beendet wird.

Wenn im Schritt #621 demgegenüber auf "NEIN" entschieden wird, werden die Bildschärfesignalwerte M(S, x_n) und M(S, x_n-1) in einem Schritt #624 verglichen, um dadurch zu ermit­ teln, ob die Bewegungsrichtung eine Richtung zur Annäherung an den Scharfeinstellungspunkt (die nachfolgend als Vor­ wärtsrichtung bezeichnet werden soll) oder eine Richtung zur Abkehr vom Scharfeinstellungspunkt darstellt (wobei letztere als Rückwärtsrichtung bezeichnet werden soll). Wenn die Vor­ wärtsrichtung vorliegt, kehrt der Ablauf zu der ursprüngli­ chen Routine zurück.

Wenn demgegenüber die Rückwärtsrichtung vorliegt, wird in einem Schritt #625 geprüft, ob der Gesamt-Inversionszähler rv nicht größer als "1" ist. Wenn dies im Schritt #625 bejaht wird, wird in einem Schritt #626 eine später unter Bezug­ nahme auf Fig. 21 näher erläuterte Umkehrverarbeitungs- Unterroutine ausgeführt. Wenn diese Unterroutine abgeschlos­ sen ist, verzweigt der Ablauf entweder zu einem Schritt #627 oder die Verarbeitung zur Fokuserfassung wird beendet. Wenn im Schritt #625 demgegenüber auf "NEIN" enschieden wird, wird die Bewegungsrichtung im Schritt #627 umgekehrt. Wenn in einem Schritt #628 jedoch festgestellt wird, daß der Ge­ samt-Inversionszähler größer oder gleich "3" ist, wird er­ mittelt, daß keine Scharfeinstellung herbeigeführt werden kann, wodurch die Verarbeitung zur Fokuserfassung beendet wird. Wenn der Gesamt-Inversionszähler nicht kleiner als "3" ist, kehrt der Ablauf zu der übergeordneten Routine zurück, das heißt, zu der in Schritt #63 in Fig. 18 gezeigten Unter­ routine zur automatischen Scharfeinstellung.

Nachfolgend wird die Umkehr-Unterroutine des Schritts #626 in Fig. 19 näher erläutert. Unter Bezugnahme auf Fig. 20 wird dabei ein Fall beschrieben, bei dem der Wert des Gesamt-Inversionszählers rv kleiner als "1" ist. Wenn unter Verwendung eines Bands S₁ als Erfassungs-Frequenzband zwei Punkte P₀ und P₁ erfaßt werden, wird das Band S₁ in einem solchen Fall auf ein Band S₂ umgeschaltet, um zwei Punkte Q₁ und Q₂ zu erfassen, und die Bewegungsrichtung wird umge­ kehrt. Obwohl einer der erfaßten Punkte den Scharfeinstel­ lungspunkt überschreitet, kann in diesem Fall aufgrund von unregelmäßigen Abtastintervallen keine Dreipunkt-Interpola­ tion durchgeführt werden. Um eine Dreipunkt-Interpolation durchführen zu können, muß die Bewegungsrichtung des foto­ graphischen optischen Systems 1 umgekehrt werden, um an drei Punkten neue Bildschärfesignale zu erfassen, was zu einer Zunahme des Zeitverlusts führt. Aus diesem Grund wird der Scharfeinstellungspunkt mit hoher Geschwindigkeit durch In­ terpolation der vorgenannten zwei Punkte ermittelt, die sich auf beiden Seiten des Scharfeinstellungspunkts befinden. In diesem Fall wird jedoch das niedrige Band S₁ verwendet, um die Bedingung |x₂-x₀| 2d′_FZP zu erfüllen. Obgleich die Punkte x₀ und x₂ sich stets auf beiden Seiten des Scharfein­ stellungspunkts befinden, befinden sich die Punkte x₁ und x₂ nicht immer auf beiden Seiten des Scharfeinstellungspunkts. Das Band S₂ wird nicht gewählt, da die in Fig. 10 gezeigte Bedingung nicht immer erfüllt ist. Der Mikroprozessor 22 führt die Umkehr-Verarbeitung in Übereinstimmung mit dem in Fig. 21 gezeigten Flußdiagramm durch. In einem Schritt #6261 werden ein Teilungswert 1′, der durch Division des Abstands 1 zwischen den zwei auf beiden Seiten des Scharfeinstel­ lungspunkt befindlichen Punkten x₀ und x₁ durch den Zwi­ schenparameter d′_FZP erhalten wird, und ein Verhältnis R (=P₀/P₂) des Bildschärfesignalwerts in die Tabelle im Fest­ wertspeicher 23 eingegeben, wobei einer dem Scharfeinstel­ lungspunkt zugeordneter Wert T′ aus der Tabelle ausgelesen, dieser Wert T′ mit dem Zwischenparameter d′_FZP multipliziert und der Wert x₂ zu dem Ergebnis der Multiplikation addiert wird, wodurch man, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist, den Scharfeinstellungspunkt α erhält. Zu diesem Zeitpunkt wird die Fehlerkennung auf E "1" oder "0" gesetzt.

In einen Schritt #6262 wird der Wert der Fehlerkennung E überprüft. Wenn diese den Wert "1" hat, zeigt dies an, daß auf die Tabelle nicht bezuggenommen werden kann. Als Folge davon kehrt der Ablauf zu der übergeordneten Routine, das heißt zum Schritt #627 in der Fokuserfassungs-Unterroutine in Fig. 19 zurück, um die Bewegungsrichtung des fotographi­ schen optischen Systems 1 umzukehren, wodurch die Verarbei­ tung zur Fokuserfassung fortgesetzt wird. Wenn die Fehler­ kennung E auf den Wert "0" gesetzt ist, wird das fotographi­ sche optische System 1 in einem Schritt #6263 zum dem Scharfeinstellungspunkt α bewegt und die Verarbeitung zur Fokuserfassung beendet. Infolge der Durchführung einer der­ artigen Umkehr-Verarbeitung kann eine Zweipunkt-Interpola­ tion durchgeführt werden, um dadurch die Geschwindigkeit bei der Scharfeinstellung zu erhöhen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 22 eine Endpunkt­ verarbeitungs-Unterroutine im Schritt #60 der automatischen Scharfeinstellungs-Unterroutine näher erläutert. Die End­ punktverarbeitung wird in einem Fall durchgeführt, bei dem das fotographische optische System 1 einen Endpunkt (Posi­ tion "unendlich" oder nähest mögliche Position) erreicht, wenn die Bildschärfesignale mit bzw. in dem augenblicklichen Intervall Δ x_L abzutasten sind, das heißt, in einem Fall, bei dem keine Dreipunkt-Interpolation durchgeführt werden kann.

Um das Intervall Δ x_L zu verringern, wird in einem Schritt #601 überprüft, ob das Erfassungsband S_d auf ein Band mit höheren Frequenzen umgeschaltet werden kann. Wenn dies im Schritt #601 bejaht wird, wird in einem Schritt #603 eine neue Frequenz S_d eingestellt. In einem Schritt #604 werden ein Zwischenparameter d_FZP und ein Intervall Δ x berechnet. In einem Schritt #605 wird ein neues Intervall Δ x_L ermit­ telt. In einem Schritt #606 wird überprüft, ob das fotogra­ phische optische System 1 den Endpunkt erreicht. Wenn dies im Schritt #606 bejaht wird, wird in einem Schritt #602 eine Zweipunkt-Interpolations-Unterroutine durchgeführt. Wenn im Schritt #601 demgegenüber festgestellt wird, daß eine Bandumschaltung nicht durchgeführt werden kann, wird im Schritt #602 ebenfalls eine Zweipunkt-Interpolation ausge­ führt. Wenn im Schritt #606 auf "NEIN" enschieden wird, kehrt der Ablauf zu der übergeordneten Routine zurück, das heißt, zu dem Schritt #61 der in Fig. 18 gezeigten Unterrou­ tine für die automatische Scharfeinstellung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 23 die Zweipunkt- Interpolation an einem Endpunkt näher erläutert. Hierbei sei angenommen, daß die Bildschärfesignale an zwei Punkten P₀ und P₁ abgetastet werden und daß festgestellt wird, daß das fotographische optische System 1 bei der nächsten Erfassung einen Endpunkt erreicht oder daß keine Bandumschaltung durchgeführt werden kann. In diesem Fall wird das fotogra­ phische optische System 1 zu dem Endpunkt P₃ bewegt und eine Erfassung von Punkten P₂ und P₃ durchgeführt. Unter Zugrun­ delegung der Pegelbeziehung zwischen diesen drei Punkten P₁ bis P₃ wird auf folgende Weise eine Zweipunkt-Interpolation durchgeführt.

Falls P₁ < P₂ < P₃, wird unter Verwendung der Punkte P₂ und P₃ eine Zweipunkt-Interpolation durchgeführt, da x₂ < α < x₃.

Falls P₁ < P₂, wird unter Verwendung der Punkte P₀ und P₂ eine Zweipunkt-Interpolation durchgeführt, da x₀ < α < x₂.

Falls P₁ < P₂ und P₂ < P₃, wird unter Verwendung der Punkte P₁ und P₃ eine Zweipunkt-Interpolation durchgeführt, da x₁ < α < x₃.

Fig. 24 zeigt ein Flußdiagramm einer Unterroutine zur Durch­ führung einer Zweipunkt-Interpolation. In einem Schritt #6021 wird überprüft, ob eine augenblickliche Position x_n einem Endpunkt enspricht. Falls dies im Schritt #6021 bejaht wird, wird in einem Schritt #6022 ein Bildschärfesignalwert an der Position x_n eingegeben, während in einem Schritt #6023 ein Bildschärfesignalwert an einer Position x_n-2, die sich zwei Felder vor der Position x_n befindet, eingegeben wird, wodurch eine Interpolation unter Verwendung von diesen zwei Punkten durchgeführt wird.

Fig. 25 zeigt diese Interpolations-Unterroutine im einzel­ nen. In einem Schritt #60231 wird durch Bezugnahme auf die Tabelle ein Scharfeinstellungspunkt α erhalten und die Feh­ lerkennung E auf "0" oder "1" gesetzt. In einem Schritt #60232 wird der Wert der Fehlerkennung E überprüft. Wenn dieser "1" ist, wird das optische System 1 in einem Schritt #60234 zu dem Mittelpunkt zwischen den beiden Punkten x_n und x_n-1 bewegt. Wenn die Fehlerkennung demgegenüber "0" ist, wird das optische System 1 in einem Schritt #60233 zu dem Scharfeinstellungspunkt α bewegt. Daraufhin kehrt der Ablauf zu der übergeordneten Routine zurück.

Wenn im Schritt #6021 auf "NEIN" entschieden wird, wird in einem Schritt #6024 ein weiteres Bildschärfesignal eingege­ ben und in einem Schritt #6025 eine Vergröße­ rung/Verkleinerung des Werts des Bildschärfesignals über­ prüft. Wenn eine Verringerung des Bildschärfesignals erfaßt wird, wird in einem Schritt #6023 unter Verwendung von M(S₁, x_n-2) und M(S₁, x_n) eine Zweipunkt-Interpolation durchge­ führt. Wenn hingegen eine Zunahme des Werts des Bildschärfe­ signal festgestellt wird, wird in einem Schritt #6026 ein weiteres Bildschärfesignal eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Objektiv am Endpunkt. In einem Schritt #6027 wird erneut eine Vergrößerung/Verkleinerung des Bild­ schärfesignals überprüft. Wenn eine Vergrößerung des Werts des Bildschärfesignals erfaßt wird, wird in einem Schritt #6028 unter Verwendung der beiden Punkte M(S₁, x_n-1) und M(S₁, x_n) eine Interpolation durchgeführt. Da diese Interpo­ lation der anhand des Flußdiagramms der Fig. 25 gezeigten mit Ausnahme davon, daß x_n-2 in x_n-1 geändert wird, ent­ spricht, erscheint eine Beschreibung hiervon entbehrlich. Wenn demgegenüber eine Abnahme des Werts des Bildschärfesi­ gnals erfaßt wird, wird unter Verwendung der beiden Punkte M(S₁, x_n-2) und M(S₁, x_n) eine Zweipunkt-Interpolation durchgeführt. Es ist anzumerken, daß diese Zweipunkt-Inter­ polation unter Verwendung eines Signals, das die Minimalfre­ quenz S₁ als Bildschärfesignal enthält, stabil durchgeführt werden kann.

Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem vorliegenden Aus­ führungsbeispiel der Zwischenparameter d_FZP, der eine Bild­ schärfesignalkurve charakterisiert, anhand des Blendenwerts F des fotographischen optischen Systems 1 und des Frequenz­ bands S des Bandpaßfilters in Übereinstimmung mit Gleichung (8) erfaßt und das optimale Abtastintervall Δx wird aus dem Zwischenparameter d_FZP und der Konstanten C_OPT, die auf einem jeweiligen Erfassungsverfahren basiert, in Überein­ stimmung mit Gleichung (9) erhalten. Dadurch kann ein opti­ males Abtastintervall Δx erhalten werden, das von den Ein­ flüssen von Rauschen befreit ist und das einen auf die In­ terpolation zurückzuführenden Fehler minimiert. Da der Scharfeinstellungspunkt unter Zugrundelegung von Bildschär­ fesignalwerten, die auf einen Bewegungsvorgang mit dem opti­ malen Abtastintervall Δx hin erhalten werden, sowie des optimalen Abtastintervalls Δx erfaßt wird, kann darüber hinaus eine hochgenaue Scharfeinstellung innerhalb einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden. Da die Scharfeinstel­ lung weiterhin mittels einer einfachen arithmetischen Verar­ beitung durchgeführt werden kann, ist es möglich, die Fokus­ sierungsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen.

Bei dem Algorithmus der Fokuserfassung wird im wesentlichen eine Interpolationsverarbeitung verwendet, die auf Abtastda­ ten an drei Punkten basiert, die das optimale Abtastinter­ vall aufweisen. Wenn keine Abtastdaten an drei Punkte erhal­ ten werden können, wie es beispielsweise dann der Fall ist, wenn die Bewegungsrichtung des fotographischen optischen Sy­ stems 1 umgekehrt ist oder sich das fotographische optische System 1 an einem Endpunkt befindet, wird eine Zweipunkt-In­ terpolation verwendet, wodurch eine hochpräzise Scharfein­ stellung bei hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden darüber hinaus für die Bandpaßfilter 6a bis 6d jeweils verschiedene Bandpaß-Frequenzen S₁ bis S₄ eingestellt und diejenige Fre­ quenz S, die die Bedingung S_min S S_B erfüllt und an der der maximale Bildschärfesignalwert auftritt, wird unter Ver­ wendung von verschiedenen Arten von Parametern gewählt, wie zum Beispiel der Brennweite f des fotographischen optischen Systems 1, der nähesten Entfernung a_min, der Bewegungsge­ schwindigkeit des optischen Systems 1 oder von Bildschärfe­ signalwerten als ein Objektmuster. Mittels dieser Verfahren kann ein optimales Band eingestellt und die Fokussierungs­ präzision weiter verbessert werden.

Da bei der die Tabelle verwendenden Zweipunkt-Interpolation Daten unter Verwendung des Zwischenparameters d_FZP normali­ siert werden, wird zur Speicherung derartiger Daten darüber hinaus unabhängig von dem jeweiligen Blendenwert F und dem Frequenzband nur eine einzige Tabelle benötigt, wodurch der Schaltungsaufwand verringert wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nach der Erfassung eine A/D-Umsetzung durchgeführt. Es ist jedoch möglich, die A/D-Umsetzung unmittelbar nach der Aus­ gabe der Daten aus dem Vorverstärker 4 durchzuführen und an­ schließend digitale Bandpaßfilter zu verwenden. Obgleich in der vorstehenden Beschreibung als Bandpaßfilter eindimensio­ nale Filter verwendet wurden, können hierfür offensichtlich auch zweidimensionale Filter verwendet werden. Wenn der Pro­ portionalkoeffizient C(f) in Gleichung (18) sich in Abhän­ gigkeit von dem fotographischen optischen System 1 ändert, können verschiedene Proportionalkoeffizienten in einem Fest­ wertspeicher des jeweiligen optischen Systems 1 gespeichert werden. Darüber hinaus wird zur Erfassung des Bildschärfesi­ gnals eine Quadraterfassungs-Schaltung verwendet. Es können jedoch auch andere Schaltungen verwendet werden, wie zum Bei­ spiel Absolutwert-Schaltungen. In diesem Fall muß jedoch C_OPT in Übereinstimmung mit einem jeweiligen Erfassungsver­ fahren optimiert werden. In der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß im optischen System 1 lediglich eine Einstellinse zur Scharfeinstellung bewegt wird. Wenn demge­ genüber das gesamte fotographische optische System 1 oder die Ladungskopplungsvorrichtung 2 zur Scharfeinstellung be­ wegt wird, wird C(f) auf "1" eingestellt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird darüber hinaus ein optimales Abtastintervall durch Schalten der Bandpaßfilter 5 erhalten. Ein optimales Abtastintervall kann hingegen auch unter Konstanthalten des Frequenzbandes S durch Änderung des Blendenwertes F des fotographischen opti­ schen Systems 1 erhalten werden. Da bei dieser Anordnung le­ diglich ein einziges Bandpaßfilter und ein einziger Detektor für das Bildschärfesignal erforderlich sind, kann eine Ver­ ringerung der Schaltungsgröße erzielt werden. Darüber hinaus können das Band S des Bandpaßfilters und der Blendenwert F geändert werden, um auf Dauer ein konstantes bzw. unverän­ derliches optimales Abtastintervall einzustellen. Obgleich für jedes Bandpaßfilter ein unterhalb der Standardfrequenz S_B liegendes Band gewählt wurde, ist es weiterhin möglich, das Band so zu erweitern, daß es eine Frequenz umfaßt, die gleich der Standardfrequenz S_B ist.

Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung beschrieben. Wenn ein Objekt scharfzustellen ist, das sich in Richtung einer optischen Achse bewegt und daher nachfolgend als bewegliches Objekt bezeichnet werden soll, gilt allgemein, daß sich dieses bewegliche Objekt während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Scharfeinstellungspunkt erfaßt wird, und demjenigen Zeit­ punkt, zu dem das fotographische optische System zu dem Scharfeinstellungspunkt bewegt wird, selbst bewegt, was zu einer Verschiebung des Scharfeinstellungspunkts führt. Um diesen Nachteil auszuschalten, ist es erforderlich, unter Berücksichtigung der Richtung und des Ausmaßes der Bewegung des beweglichen Objekts zur Zeit der Erfassung (die nachfol­ gend als Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Richtung bezeichnet werden soll) sowie unter weiterer Berücksichti­ gung der zur Bewegung des fotographischen optischen Systems erforderlichen Zeit eine Änderung des Scharfeinstellungs­ punkts vorherzusagen und das optische System zu der vorher­ gesagten Scharfeinstellungsposition zu bewegen. Ein Verfah­ ren zur automatischen Scharfeinstellung, bei dem die Ge­ schwindigkeit eines sich bewegenden Objekts berücksichtigt wird, wird gewöhnlich als Scharfeinstellungsverfahren mit Bewegungsvorhersage bezeichnet. Da bei derartigen Scharfein­ stellungsverfahren mit Bewegungsvorhersage ein Scharfein­ stellungspunkt nicht durch eine einzige Erfassung erhalten werden kann, wird gewöhnlich angenommen, daß dieses Verfah­ ren für ein auf eine Interpolation gestütztes Scharfeinstel­ lungsgerät nicht geeignet ist. Zur Lösung dieser Probleme weist das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung zusätz­ lich zu der Funktion des ersten Ausführungsbeispiels eine Objektbewegungs-Vorhersagefunktion auf.

Fig. 26 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 26 sind Teile, die denen der Fig. 15 entsprechen, mit den gleichen Bezugszei­ chen bezeichnet. Bei der in Fig. 15 gezeigten Vorrichtung werden die Ausgangssignale des Vorverstärkers 4 durch die Vielzahl der Bandpaßfilter einer Parallelverarbeitung unterzogen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird demgegenüber lediglich in einem einzigen System eine Verarbeitung durchgeführt. Es versteht sich jedoch, daß auch bei diesem Ausführungsbei­ spiel eine Parallelverarbeitung durchgeführt werden kann. Zusätzlich zu den Schaltungskomponenten des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels weist das zweite Ausführungsbeispiel einen Objektivpositions-Signalspeicher 31, einen Bildschärfesi­ gnalspeicher 32, eine Interpolationsschaltung 33, eine Ge­ schwindigkeitserfassungsschaltung 34, eine Zwischenparame­ ter-Berechnungsschaltung 35 und einen Mikroprozessor 36 auf.

Positionen x eines fotographischen optischen Systems 1 auf der optischen Achse werden sequentiell in dem Objektivposi­ tion-Signalspeicher 31 gespeichert. Ein von einem digitalen Integrator 11 ausgegebenes Bildschärfesignal P wird dem Bildschärfesignalspeicher 32 zugeführt, der den entsprechen­ den Signalwert speichert. Die Interpolationsschaltung 33 führt auf der Grundlage von Positionsdaten xd(x₀, x₁, x₂) an drei Punkten des fotographischen optischen Systems 1, die aus dem Objektivposition-Signalspeicher 31 ausgelesen wer­ den, sowie anhand von drei Bildschärfesignalwerten Pd(P₀, P₁, P₂), die in Übereinstimmung mit diesen drei Punkten aus dem Bildschärfesignalspeicher 32 ausgelesen werden, eine Interpolation durch. Die Interpolationsschaltung 33 führt der Geschwindigkeitserfassungsschaltung 34 und dem Mikropro­ zessor 36 den berechneten Wert eines Scharfeinstellungs­ punkts α zu. Die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 34 be­ rechnet auf der Grundlage der Positionsdaten xd des fotogra­ phischen optischen Systems 1, der Bildschärfesignalwerte Pd, der Daten α des Scharfeinstellungspunkts sowie eines von der Zwischenparameter-Berechnungsschaltung 35 berechneten Zwi­ schenparameters d_FZP eine Bewegungsgeschwindigkeit V des zu fotografierenden Objekts. Die Geschwindigkeitserfassungs­ schaltung 34 führt das Ergebnis dieser Berechnung dem Mikro­ prozessor 36 zu. Der Mikroprozessor 36 errechnet die Bewe­ gungsrichtung und die Bewegungsstrecke des fotographischen optischen Systems 1 unter Berücksichtigung der Bewegungsge­ schwindigkeit des optischen Systems 1 auf der Basis der Be­ wegungsgeschwindigkeit V des Objekts, der Information f über die Brennweite des optischen Systems 1 und des Scharfein­ stellungspunkts α. Der Mikroprozessor 36 führt daraufhin einer Motor-Ansteuerungsschaltung 15 ein Bewegungs-Steue­ rungssignal zu.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 27 bis 32 das Prinzip der Geschwindigkeitserfassung in der Geschwin­ digkeitserfassungsschaltung 34 näher erläutert. Fig. 28 zeigt Änderungen in der Wellenform einer Bildschärfesignal­ kurve f(x) in Übereinstimmung mit der Bewegung eines zu fo­ tografierenden Objekts. Eine durchgezogene Kurve L₁ gibt da­ bei einen Fall an, bei dem sich das Objekt nicht bewegt. Wenn das fotographische optische System 1 in diesem Fall aus dem Scharfeinstellungspunkt α um d_FZP · C(f) (oder)-d_FZP · C(f)) bewegt wird, wird der Wert des Bildschärfesignals Null. Eine unterbrochen gezeichnete Kurve L₂ und eine strichpunktiert gezeichnete Kurve L₃ geben Fälle an, bei denen sich das Objekt bewegt. Die Kurve L₂ wird erhalten, wenn die Bewegungsrichtung des Objekts mit der Bewegungs­ richtung des fotographischen optischen Systems 1 zusammen­ fällt (wobei diese Bewegung nachfolgend als gleichsinnige Bewegungsrichtung bezeichnet wird). Dieser Zustand ent­ spricht dem in Fig. 29A dargestellten Zustand. Die Kurve L₃ wird erhalten, wenn sich die Bewegungsrichtung des Objekts von der des fotographischen optischen Systems 1 unterschei­ det (wobei diese Bewegung nachstehend als gegensinnige Bewe­ gungsrichtung bezeichnet wird). Dieser Zustand entspricht dem in Fig. 29B gezeigten Zustand.

Bei der gleichsinnigen Bewegungsrichtung ist die Breite der Bildschärfesignalkurve L₂ kleiner als die der Kurve L₁. Im Gegensatz dazu wird bei der gegensinnigen Bewegungsrichtung die Breite der Bildschärfesignalkurve L₃ größer als die der Kurve L₁. Dadurch kann durch Erfassung einer Zunahme/Abnahme in der Breite der Bildschärfesignalkurve die Bewegungsrich­ tung des Objekts aus der Richtung der Zunahme/Abnahme ermit­ telt werden, während die Geschwindigkeit des Objekts anhand des Betrags der Zunahme/Abnahme erfaßt werden kann. In die­ sem Ausführungsbeispiel wird die Größe der Zunahme/Abnahme in der Breite der Bildschärfesignalkurve unter Verwendung eines Zwischenparameters d_FZP ermittelt.

Es sei angenommen, daß das Objekt O ausreichend weit vom Objektiv L entfernt ist und sich entlang der optischen Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, wodurch sich sein Abbildungspunkt I ebenfalls in Richtung der optischen Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. In diesem Fall ist die Wellenform der Bildschärfesignalkurve bezüglich des Scharfeinstellungspunkts symmetrisch. Wenn ein Scharfeinstellungsvorgang auf die gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen ist, wird ein opti­ males Abtastintervall Δ x zur Bewegung des fotographischen optischen Systems 1 berechnet und Bildschärfesignale werden an dem berechneten Abtastintervall erfaßt. Es sei angenom­ men, daß die in Fig. 30 gezeigten Bildschärfesignalkurven durch eine derartige Erfassung erhalten worden sind. Hierbei ist anzumerken, daß die Bezugszeichen P₀, P₁ und P₂ Bild­ schärfesignalwerte angeben, die tatsächlich erfaßt worden sind (P₀ P₁, P₂ P₁), während eine unterbrochene Kurve L₄ eine tatsächliche Bildschärfesignalkurve angibt. Der Scharfeinstellungspunkt α wird durch eine Dreipunkt-Interpo­ lation unter Verwendung dieser Werte P₀, P₁ und P₂ erhalten. Eine in Fig. 30 durchgezogen gezeichnete Kurve L₅ gibt eine Bildschärfesignalkurve an, die erhalten wird, wenn das Objekt im Scharfeinstellungspunkt α stillsteht. Die Bildschärfesignalkurven L₄ und L₅ haben die gleichen Maxi­ malwerte Qt. Der Unterschied zwischen den Bildschärfesignal­ kurven L₄ und L₅ ist auf die Bewegung des Objekts zurückzu­ führen. Durch Ermittlung einer Entfernung dx (dem Abstand zwischen Punkten, an denen die Bildschärfesignalwerte der beiden Kurven jeweils zum ersten Mal Null werden), kann daher beispielsweise die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Objekts erfaßt werden. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, die Kurven L₄ und L₅ aus den drei Punkten P₀, P₁ und P₂ abzuleiten.

Aus diesem Grund wird eine Bildschärfesignalkurve L₆, die durch den Punkt P₁ läuft und auf einem Bildschärfesignal basiert, das bei einem stillstehenden Objekt erhalten wird, unter Verwendung des Zwischenparameters d_FZP angenommen. Ein Bezugszeichen Pt gibt dabei den Maximalwert der Bildschärfe­ signalkurve L₆ an. Die Kurve L₆ wird zu Null bei d_FZP · C(f) und -d_FZP · C(f). Differenzen d₀ und d₂ zwischen Bildschär­ fesignalwerten R₀ und R₁ an den Punkten P₀ und P₂ an Objek­ tivpositionen x₀ und x₂ auf der Kurve L₆ werden jeweils auf folgende Weise erhalten:

d₀ = P₀-R₀

d₂ = P₂-R₂

Diese Differenzen werden daraufhin mit Pt normalisiert und wie folgt definiert:

d₀′ = d₀/Pt

d₁′ = d₁/Pt

Diese normalisierten Differenzen d₀, und d₁, werden verwen­ det. Die Differenzen d₀, und d₂, werden alleine durch eine Entfernung δ₁ zwischen der Objektivposition x₁, an der der maximale Bildschärfesignalwert auftritt, und dem Scharfein­ stellungspunkt α sowie durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts festgelegt, da sich d₀ und d₂ gemäß der Darstel­ lung in Fig. 30 ändern, wenn die Kurve L₄ zur Kurve L₅ hin- oder von dieser weggeschoben wird. Da diese Daten mit Pt normalisiert sind, sind sie unabhängig von der Amplitude eines Bildschärfesignals, das heißt von einem Objektmuster. Auf diese Weise kann die Bewegungsrichtung und -geschwindig­ keit des Objekts aus den Differenzen d₀, und d₂, der Bild­ schärfesignale sowie aus der Entfernung δ₁ ermittelt werden.

Fig. 27 zeigt ein Blockdiagramm der Geschwindigkeitserfas­ sungsschaltung 34 zur Durchführung der vorstehend beschrie­ benen Abläufe zur Geschwindigkeitserfassung.

In der Geschwindigkeitserfassungschaltung 34 wird aus den aus dem Bildschärfesignalspeicher 32 ausgelesenen Bildschär­ fesignalwerten Pt(P₀, P₁, P₂) der dazwischenliegende Wert P₁ einem Pt-Detektor 41 zugeführt. Als Ergebnis wird unter Zu­ grundelegung der Gleichung Pt = P₁/R₀, der Maximalwert Pt der Bildschärfesignalkurve erfaßt. In der Zwischenzeit wer­ den die Werte P₀ und P₂ dem jeweiligen Eingang eines Teilers 42 bzw. 43 zugeführt. Der Maximalwert Pt wird jedem dieser Teiler 42 und 43 zugeführt, wodurch Quotienten P₀, und P₂, dem jeweiligen Eingang eines Subtrahierers 44 bzw. 45 zuge­ führt werden.

Die aus dem Objetkivpositions-Signalspeicher 31 ausgelesenen Positionsdaten xd(x₀, x₁, x₂) des fotographischen optischen Systems 1 werden dem Eingang des jeweils zugeordneten Sub­ trahierer 46, 47 bzw. 48 zugeführt. Der Scharfeinstellungs­ punkt α, der mit Hilfe der Interpolationsschaltung 33 mit­ tels des gleichen Interpolationsverfahrens wie beim ersten Ausführungsbeispiel erhalten wird, wird jedem der Subtrahie­ rer 46, 47 und 48 zugeführt. Die durch Subtraktion des Scharfeinstellungspunkts α von Positionen x₀, x₁ und x₂ des fotographischen optischen Systems 1 auf der optischen Achse erhaltenen Subtraktionsergebnisse, das heißt Defokussie­ rungsbeträge bzw. Unschärfemaße δ₀, δ₁ und δ₂ werden dem Eingang eines jeweils zugeordneten Dividierers 49, 50 bzw. 51 zugeführt. Darüber hinaus werden die die Brennweite f des fotographischen optischen Systems 1 betreffenden Daten einem Koeffizienten-Festwertspeicher 52 zugeführt. Die eingegebe­ nen Daten f werden daraufhin in Proportional-Koeffizienten­ daten C(f) umgewandelt, welche die Beziehung zwischen der Bewegung der Abbildungsebene und der des optischen Systems angeben, und daraufhin in die Gleichung (18) eingefügt. Die Daten C(f) werden einem Multiplizierer 53 zugeführt. Der von der Zwischenparameter-Berechnungsschaltung 35 berechnete Zwischenparameter d_FZP wird ebenfalls dem Multiplizierer 53 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Multiplizierers 53 wird an die Dividierer 59, 50 und 51 angelegt. Die mittels der Divi­ dierer 59, 50 und 51 mit dem Zwischenparameter d′_FZP norma­ lisierten Unschärfemaße δ_0′, δ₁, und δ₂, werden einem je­ weils zugeordneten Standardkurven-Festwertspeicher 54, 55 bzw. 56 zugeführt. Diese Standardkurven-Festwertspeicher 54, 55 und 56 haben gemäß der Darstellung in Fig. 31 ein Ein­ gangs/Ausgangs-Verhältnis in Form einer Bessel-Funktion. Die in den Standardkurven-Festwertspeichern 54, 55 und 56 ge­ speicherten Werte werden mit dem Zwischenparameter normali­ siert. Ausgangssignale R₀, und R₂, aus den Standardkurven- Festwertspeichern 54 und 56 werden dem Eingang des jeweils zugeordneten Subtrahierers 44 bzw. 45 zugeführt, während ein Ausgangssignal R₁, des Standardkurven-Festwertspeichers 55 dem Pt-Detektor 41 zugeführt wird. Die von den Subtrahierern 44 und 45 erzeugten Differenzwerte d₀, und d₂, werden einem Geschwindigkeitserfassungs-Festwertspeicher 57 zugeführt, mittels welchem aus den Differenzwerten d₀, und d₂, sowie aus dem bezüglich des größten Punkts der drei Punkte auf der Bildschärfesignalkurve normalisierten Unschärfemaß δ₁, eine momentane Geschwindigkeit V bestimmt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des den erläuterten Aufbau aufweisenden zweiten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß das fotographische optische System 1 bei Abschluß eines Scharfeinstellungsvorgangs sich an der der Ladungskopplungs­ vorrichtung 2 nächstgelegenen Position befindet. An dieser Position stellt das optische System 1 normalerweise ein sol­ ches Objekt scharf, das sich in der Position "unendlich" be­ findet. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das op­ tische System 1 jedoch näher an der Ladungskopplungsvorrich­ tung 2 als die vorgenannte Position. Das heißt, bei 07455 00070 552 001000280000000200012000285910734400040 0002004113537 00004 07336 Beginn eines Scharfeinstellungsvorgangs befindet sich die zweite Hauptebene des fotographischen optischen Systems 1 an einer in Fig. 32 gezeigten Position A. In diesem Fall ist die zweite Hauptebene eine zur optischen Achse des fotographi­ schen optischen Systems 1 rechtwinklig gelegene Ebene, bei der die Entfernung zu einem Punkt, an dem parallel ein­ fallendes Licht die optische Achse schneidet, mit der Brenn­ weite f des optischen Systems 1 zusammenfällt. Es sei ange­ merkt, daß eine Position B diejenige Position der zweiten Hauptebene angibt, bei der ein Objekt zu fotografieren ist, das auf die Position "unendlich" scharf eingestellt ist (Ob­ jektentfernung a="unendlich"). Zu diesem Zeitpunkt fällt eine Abbildungsentfernung (Brennweite f) mit dem Abstand zwischen der zweiten Hauptebene und der Ladungskopplungsvor­ richtung 2 zusammen.

Bei Beginn eines Scharfeinstellungsvorgangs wird die Bewe­ gung des fotographischen optischen Systems 1 eingeleitet, um die zweite Hauptebene aus der Position A zu der Position B zu bewegen. Zur gleichen Zeit wird auf gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel jedesmal dann ein Bildschär­ fesignal P erfaßt, wenn das optimale Abtastintervall Δ x be­ rechnet ist. Die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Position x des fotographischen optischen Systems 1 wird in dem Objek­ tivpositions-Signalspeicher 31 gespeichert. Die Bildschärfe­ signale werden in dem Bildschärfesignalspeicher 32 gespei­ chert.

Auf der Basis der drei aufeinanderfolgenden Bildschärfesi­ gnalwerte P₀, P₁ und P₂ ermittelt die Interpolationsschal­ tung 33, ob eine Interpolation durchgeführt werden kann. Eine Interpolation kann dann durchgeführt werden, wenn P₀ P₁ und P₂ P₁ gilt. Eine Interpolation kann demgegenüber nicht durchgeführt werden, wenn P₀ P₁ P₂ gilt. Wenn festgestellt wird, daß eine Interpolation durchgeführt wer­ den kann, wird diese Interpolation zur Berechnung des Scharfeinstellungspunkts α durchgeführt. Zur gleichen Zeit führt die Geschwindigkeits-Erfassungsschaltung 34 eine Ver­ arbeitung zur Erfassung der Geschwindigkeit V durch. Der Mi­ kroprozessor 36 berechnet anhand des Scharfeinstellungs­ punkts α sowie der Geschwindigkeit V mittels eines bekannten Verfahrens die für einen Scharfeinstellungsvorgang benötigte Zeit und die Bewegungsentfernung des Objekts. Daraufhin führt der Mikroprozessor 36 der Motor-Ansteuerungsschaltung 15 ein Bewegungs-Steuerungssignal zu. Durch diesen Steue­ rungsablauf wird das fotographische optische System 1 mit­ tels des Impulsmotors 16, dessen Drehungsbetrag und -rich­ tung von der Motor-Ansteuerungsschaltung 15 gesteuert wer­ den, zu dem Scharfeinstellungspunkt bewegt.

Wenn die Scharfeinstellung auf diese Weise beendet ist, wird das fotographische optische System 1 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Objekts angesteuert bzw. bewegt. Wenn ein jeweiliger Benutzer eine Auslösetaste betätigt, wird ein Bildsignal in ein (nicht gezeigtes) Aufzeichnungsmedium ein­ geschrieben. Zur gleichen Zeit kehrt das fotographische op­ tische System 1 zur Position A zurück, wodurch der Scharfeinstellungsvorgang beendet ist.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird bei diesem Ausführungs­ beispiel die Bewegungsgeschwindigkeit V eines sich bewegen­ den Objekts von der Geschwindigkeits-Erfassungsschaltung 34 erfaßt und die Bewegung des Scharfeinstellungspunkts anhand der Geschwindigkeit V und des Scharfeinstellungspunkts α vorhergesagt, wodurch das fotographische optische System 1 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Objekts bewegt wird. Mit diesem Steuerungsablauf ist es möglich, bezüglich eines sich bewegenden Objekts eine hochgenaue Scharfeinstellung herbeizuführen.

Da das fotographische optische System 1 darüber hinaus aus einer Position herausbewegt wird, die näher an der Ladungs­ kopplungsvorrichtung 2 liegt als eine der Fokussierungsposi­ tion "unendlich" entsprechende Position, können stets Bild­ schärfesignale an drei Punkten erhalten werden. Ein kompli­ ziertes Ermittlungsverfahren, wie zum Beispiel das anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Verfahren zur Endpunktverarbeitung für eine Zweipunkt-Interpolation, ist daher nicht erforderlich.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Ausgangssignal des Vorverstärkers 4 von einem einzigen System verarbeitet. In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann jedoch auch eine Parallelverarbeitung einer Vielzahl von Ausgangssignalen durchgeführt werden, indem verschiedene Frequenzen verwendet werden. Wenn sich ein bewegliches Ob­ jekt zusätzlich zu seiner Bewegung entlang der optischen Achse auch vertikal oder horizontal bezüglich der Ladungs­ kopplungsvorrichtung 2 bewegt, ist es darüber hinaus möglich, mittels einer Scharfeinstellungsbereich-Festlegungseinrich­ tung 21 unter Zugrundelegung des Bewegungsbetrags des Ob­ jekts über ein Gatter 8 nur die jeweils gewünschten Signale des Objekts passieren zu lassen bzw. zu verarbeiten.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird demnach mit der Erfin­ dung eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung geschaf­ fen, bei dem ein optimales Abtastintervall erzielbar ist und das einen Scharfeinstellungspunkt mit hoher Geschwindigkeit und sehr hoher Genauigkeit mittels einer Interpolation er­ fassen kann. Darüber hinaus kann die Vorrichtung das fotographische optische System selbst bei einem sich bewegenden Objekt zu einem Scharfeinstellungspunkt bewegen, der aus der Be­ wegungsgeschwindigkeit dieses Objekts vorherbestimmt wird, wobei bezüglich dieses sich bewegenden Objekts eine hochprä­ zise Scharfeinstellung herbeiführbar ist.

Folgende Abwandlungen der in der Beschreibung erläuterten konkreten Ausführungsformen sind denkbar: Die Interpolation ist beispielsweise nicht auf eine lineare Interpolation un­ ter Verwendung von drei Punkten beschränkt, vielmehr kann auch eine nichtlineare Interpolation höherer Ordnung durch­ geführt werden. Darüber hinaus kann in ähnlicher Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel auch beim ersten Ausfüh­ rungsbeispiel die Anfangsposition des optischen Systems ge­ mäß der Darstellung in Fig. 32 in eine innerhalb der Entfer­ nung f aus der Abbildungsebene befindliche Position zurück­ gebracht werden, so daß keine Zweipunkt-Interpolation durch­ geführt werden muß. Alternativ ist es möglich, nur eine Zweipunkt-Interpolation durchzuführen, um einen Hochge­ schwindigkeits-Scharfeinstellungsvorgang zu realisieren. Die Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung ist darüber hinaus nicht auf eine elektronische Standbildkamera beschränkt; sie ist vielmehr ebenfalls bei einer herkömmlichen Kamera, die einen Silbersalz-Film verwendet, eine Laufbildkamera, einem Mikroskop, einem Teleskop, einem Endoskop oder dergleichen ver­ wendbar.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung eines optischen Systems (1) auf ein Objekt, mit
einer Bildaufnahmeeinrichtung (2) zur Erfassung des Bilds des Objekts;
einer Bewegungseinrichtung (16) zur Bewegung der Bild­ aufnahmeeinrichtung (2) und/oder des optischen Systems (1) entlang der Richtung einer optischen Achse;
einer Filtereinrichtung (5a bis 5d; 5) zur Extraktion einer Ortsfrequenzkomponente aus einem Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinrichtung (2) ;
einer Detektoreinrichtung (9a bis 9d; 9), die ein Aus­ gangssignal der Filtereinrichtung (5a bis 5d; 5) erfaßt und ein Bildschärfesignal erzeugt, das eine Funktion der relativen Positionen von Bildaufnahmeeinrichtung (2) und optischem System (1) ist, und
einer Steuereinrichtung (22), die das Bildschärfesignal während der Bewegung des optischen Systems (1) und/oder der Bildaufnahmeeinrichtung (2) in Abtastintervallen (Δx) abtastet und mehrere abgetastete Signalwerte zur Er­ mittlung eines Scharfeinstellungspunkts des optischen Systems (1) interpoliert,
gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung (22), die auf der Basis des Frequenzwerts der mittels der Filtereinrichtung (5a bis 5d; 5) aus dem Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinrichtung (2) extrahierten Ortsfrequenzkomponente und der Blendenzahl (F) des optischen Systems (1) einen Zwi­ schenparameter (d_FZP) ermittelt, der den Kurvenverlauf des Bildschärfesignals beschreibt, und
auf der Basis einer von der Auswertemethode der Detek­ toreinrichtung (9a bis 9d; 9) abhängigen Konstanten (Copt) sowie des Zwischenparameters (d_FZP) die Größe (Δx) bestimmt.

2. Vorichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (22) den Zwischenparame­ ter durch Division der Blendenzahl (F) durch die Orts­ frequenz der Filtereinrichtung (5a bis 5d; 5) ermittelt und das Abtastintervall durch Multiplikation der Kon­ stanten (Copt) mit dem Zwischenparameter bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) den Scharfein­ stellungspunkt (α) anhand des Verhältnisses von Bild­ schärfesignalwerten an zwei auf beiden Seiten des Scharfeinstellungspunkts befindlichen Punkten und einer mittels des Zwischenparameters (d_FZP) normalisierten Ent­ fernung zwischen den beiden Punkten ermittelt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu Beginn der Scharfeinstellung eingenommenen Anfangsposition (A) des optischen Systems (1) die Entfernung zwischen seiner Hauptebene und der Bildaufnahmeeinrichtung kleiner ist als die Ab­ bildungsentfernung (f) für ein Objekt, das sich in der Position "unendlich" befindet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Filtereinrichtung eine Vielzahl von Filtern (5a bis 5d) zur Extraktion einer Vielzahl von verschiedenen Ortsfrequenzkomponenten aus den Ausgangssignalen der Bildaufnahmeeinrichtung (2) aufweist, daß die Berech­ nungseinrichtung (22) in Übereinstimmung mit einem Bildweitenbereich des optischen Systems (1), einer niedrigsten aus der der Bewegungseinrichtung (16) er­ haltenen Frequenz, der Blendenzahl (F) sowie der Bild­ schärfesignale, die aus den mittels der Vielzahl von Filtern extrahierten Ortsfrequenzkomponenten erhalten werden, eine optimale Frequenzkomponente wählt, und daß die Steuereinrichtung (22) den Scharfeinstellungspunkt auf der Basis von Abtastwerten desjenigen Bildschärfe­ signals ermittelt, das aus den mittels der Wähleinrich­ tung gewählten Frequenzkomponenten erhalten werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch
eine Einrichtung (57), die die Geschwindigkeit des Ob­ jekts in Richtung der optischen Achse unter Zugrundele­ gung des Zwischenparameters (d_FZP), des Bildschärfe­ signals und einer Positionsinformation des optischen Systems (1) erfaßt, wobei die Berechnungseinrichtung (22) zur Korrektur des Bildschärfesignals unter Zugrundelegung der Geschwindigkeit korrigiert.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Berechnungseinrichtung (22) den Zwischenparameter proportional zu der Blendenzahl (F) des optischen Systems (1) und umgekehrt proportional zu der extrahierten Ortsfrequenzkomponente festgelegt, und daß die Steuer­ einrichtung (22) die Bewegungseinrichtung (16) derart ansteuert, daß der Fokus der Bildaufnahmeeinrichtung (2) mit einer konstanten Geschwindigkeit verstellt wird, und während der Bildschärfeneinstellung das Aus­ gangssignal der Detektoreinrichtung mit einem Zyklus abtastet, der dem Produkt des Zwischenparameters und der Konstanten (Copt) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) den Scharfeinstellungspunkt (α) unter Verwendung eines Maximalwerts P₁ (=f(x_m)) von Abtastwerten eines Bild­ schärfesignals f(x) sowie unter Verwendung von Abtast­ werten P₀ (=f(x_m-1)) und P₂ (=f(x_m+1)) an zwei Punkten auf beiden Seiten des Maximalwerts P₁ in Übereinstimmung mit folgenden Gleichungen berechnet: α = x_m - (Δx/2) (P₀-P₂)/(P₁-P₂)wenn P₀ P₂oderα = x_m + (Δx/2) (P₂-P₀)/(P₁-P₀)wenn P₀ P₂wobei m eine positive ganze Zahl und Δx das Abtastin­ tervall bezeichnet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) einen Scharfeinstellungspunkt auf der Basis eines Verhältnisses der Werte einer Modulationsübertragungsfunktion an zwei auf beiden Seiten des Scharfeinstellpunkts be­ findlichen Abtastpunkten und einer Entfernung zwischen den beiden Punkten ermittelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (22) eine Tabelle zur Speicherung des Verhältnisses und entsprechender Daten aufweist, die durch Normieren einer Beziehung zwischen dem Verhältnis, der Entfernung und dem Scharfeinstel­ lungspunkt mit dem Zwischenparameter erhalten werden, und den Scharfeinstellungspunkt auf der Basis der Ta­ belle ermittelt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (5a bis 5d, 9a bis 9d; 5, 9) eine Einrichtung (8a bis 8d; 8, 21) aufweist, die aus den Bildsignalen eines Halbbilds nur diejenigen Signale einer vorbestimmten Ortsfrequenzkom­ ponente erfaßt, die in einem vorbestimmten Fokussie­ rungsbereich liegen, wobei die vorbestimmte Ortsfre­ quenzkomponente auf eine Frequenz eingestellt ist, die in einen durch eine Größe des Fokussierungsbereichs be­ stimmten Frequenzbereich fällt, nicht größer als eine durch eine Bildschärfeneinstellungsgeschwindigkeit vor­ gegebene Frequenz ist und bei der ein Maximalwert des Bildschärfesignals auftritt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn­ zeichnet durch
eine Einrichtung (57), die in Übereinstimmung mit dem Zwischenparameter die Verschiebung einer Position eines ersten Nulldurchgangspunkts einer Bildschärfesignalkurve erfaßt und eine Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts unter Zugrundelegung der erfaßten Verschiebung ermittelt, wobei die Berechnungseinrichtung (22) den Scharfeinstellungspunkt unter Zugrundelegung der Ge­ schwindigkeit korrigiert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (57) zur Erfassung der Bewegungsge­ schwindigkeit eine einem stillstehenden Objekt zugeordnete Bildschärfesignalkurve bildet und eine Bewegungs­ geschwindigkeit unter Zugrundelegung von Differenzen d₀ = P₀-R₀ und d₂ = P₂-R₂ zwischen Bildschärfesignal­ werten R₀ und R₂ an zwei Punkten x₀ und x₂, die sich auf beiden Seiten des Scharfeinstellungspunkts auf der Kurve befinden, und Bildschärfesignalwerten P₀ und P₂ an denjenigen zwei Punkten x₀ und x₂ ermittelt, die bei der tatsächlichen Abbildung des Objekts erhalten werden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (57) zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit eine Tabelle zur Speicherung von Daten aufweist, die durch Normieren einer Beziehung zwischen den Differenzen und der Bewegungsgeschwindig­ keit mit einem Maximalwert der dem stillstehenden Ob­ jekt zugeordneten Bildschärfesignalkurve erhalten werden, und die Bewegungsgeschwindikgeit unter Bezugnahme auf die Tabelle ermittelt.