DE4006592C2

DE4006592C2 - Automatische Fokussiervorrichtung

Info

Publication number: DE4006592C2
Application number: DE4006592A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Nagasaki; Yasuhiro Komiya
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2010-03-03
Also published as: DE4006592A1; US5083150A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Fokus siervorrichtung für eine Kamera, welche eine Fokussierein stellung entsprechend einem sogenannten Bergsteigeschema durchführt.

Aus der US-4,561,749 ist eine Fokussierautomatik be kannt, bei der Bildsignale parallel durch zwei Filter mit unterschiedlichem Frequenzband gefiltert werden und die Ausgangssignale jeweils eines der beiden Filter abhängig von der weiteren Signalauswertung ausgewählt werden. Bei dieser Auswertung wird eine Kreuzkorrelation durchgeführt Hierbei wird jedoch weder eine Umwandlung der Frequenzfil terausgangssignale in ein Signal mit ausschließlich positi ven Werten durchgeführt, noch findet eine Aufsummierung solcher positiver Signalwerte für eine Fokussiersignalge winnung statt.

Ferner ist aus der DE 37 33 051 ein System sowie ein Verfahren zur Schärfeeinstellungsermittlung bekannt, bei dem zwei Zeilensensoren eingesetzt werden und die gegensei tige relative Versetzung zwischen den beiden Abbildungen auf den beiden Zeilensensoren ermittelt wird.

Ferner sind automatische Fokussiervorrichtungen vom so genannten "Bergsteigetyp" (hill-climbing type) bekannt, bei denen ein von einem fotografischen optischen System aufge nommenes Bild auf einem Bildaufnahmeelement abgebildet wird, eine vor bestimmte Frequenzkomponente aus dem Bild signalausgang von dem Bildaufnahmeelement extrahiert wird, und das fotografische optische System zu einer Position be wegt wird, bei der eine Ausgangssignalamplitude der extra hierten Frequenzkomponente maximal wird, wodurch die Fokussiereinstellung durchgeführt wird.

Eine automatische Fokussiervorrichtung für eine Fern sehkamera, die das oben erwähnte Bergsteigeschema verwen det, ist in NHK Technical Report, vol. 17, Nr. 1 (serial No. 86), Seiten 21-37, 1965 beschrieben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 38 und 39 wird eine automatische Fokussiervorrichtung beschrieben, welche das im oben genannten Bericht beschriebene Bergsteigeschema verwendet.

Die Fig. 38 zeigt als Blockdiagramm eine Anordnung der obigen automatischen Fokussiervorrichtung. Das von einem fotografischen optischen System 1 aufgenommene Objektbild wird auf ein Bildaufnahmeelement 2 fokussiert und fotoelek trisch in ein Videosignal umgewandelt. Dieses Videosignal wird von dem Bildaufnahmeelement 2 ausgegeben und durch einen Vorverstär ker 3 verstärkt. Das verstärkte Signal wird in einen Bandpaßfilter (im folgenden als BPF bezeichnet) 4 eingegeben, und der BPF 4 extrahiert eine vorbestimmte Frequenzkompo nente. Eine Ausgangsamplitude der extrahierten Frequenzkom ponente wird durch einen Detektor 5 und einen Spitzendetek tor 6 erfaßt. Die Eigenschaften der Ausgangsamplitude des Videosignales der vom BPF 4 extrahierten Frequenzkomponente sind in Fig. 39 gezeigt. Wie in Fig. 39 gezeigt, weist die Ausgangsamplitude des Videosignales einen Maximalwert bei einer scharf eingestellten Position (Fokussierposition) auf. Die Ausgangsamplitude mit dieser Eigenschaftskurve wird durch eine Abtast-/Halteschaltung 7 (S/H) in Feldeinheiten des Videosignales gehalten. Das abgetastete/gehaltene Signal wird in eine Ein-Feld-Verzögerungsschaltung 8 und einen Komparator 9 ausgegeben. Der Komparator 9 vergleicht einen im vorhergehenden gehaltenen und von der Verzögerungsschal tung 8 gelieferten Wert mit einem aktuell gehaltenen und der Abtast-/Halteschaltung 7 gelieferten Wert. Der Komparator 9 steuert eine Motortreiberschaltung 10 zum Bewegen des foto grafischen optischen Systems in eine Richtung zum Vergrößern der Ausgangsamplitude auf der Basis des Vergleichsergebnis ses. Das fotografische optische System 1 wird durch einen Motor 11 in die Fokussierposition bewegt.

Wenn beispielsweise bei der Fokussiervorrichtung der Ampli tudenwert des vorhergehend gehaltenen Ausganges einen Pegel A (Fig. 39) und der Amplitudenwert des aktuell gehaltenen Ausganges einen Pegel B (Fig. 39) aufweist, bestimmt der Komparator 9 die Bedingung A < B. Bei diesem Fall steuert der Komparator 9 die Motortreiberschaltung 10 zum konti nuierlichen Bewegen des fotografischen optischen Systems 1 in dieselbe Richtung wie oben beschrieben, so daß das foto grafische optische System sich der Fokussierposition nähert. Wenn der von der Abtast-/Halteschaltung 7 an den Komparator 9 gelieferte Ausgangsamplitudenwert den E-Pegel erreicht, bestimmt der Komparator 9 die Bedingung D < E. D.h. der Kom parator 9 bestimmt, daß das fotografische optische System 1 die Fokussierposition passiert hat. Die Treiberrichtung des Motors 11 wird umgekehrt, und das fotografische optische System 1 wird in die Richtung der Fokussierposition bewegt. Diese Vorgänge werden wiederholt, um das fotografische opti sche System 1 in der Nähe der Fokussierposition hin und her zu bewegen. Wenn ein stabiler Zustand erreicht wurde, ist die Fokussierung abgeschlossen.

Ein weiteres Fokussierverfahren stellt ein Phasenkorrela tionsschema zum Durchführen der Fokussiereinstellung dar, bei dem zwei Lichtstrahlen verwendet werden, die verschie dene Pupillenpositionen eines fotografischen optischen Sys tems durchlaufen. Dieses Phasenkorrelationsschema ist bei spielsweise im Minolta Techno Report (1986) beschrieben.

Fig. 40 zeigt in einem Blockdiagramm eine Anordnung einer automatischen Fokussiervorrichtung, die das Phasenkorrela tionsschema verwendet. In Fig. 40 bezeichnet das Bezugszei chen 21 eine fotografische Linse. Ein von dieser fotografi schen Linse 21 aufgenommenes Objektbild wird zeitweise auf eine Fokussierebene F fokussiert, und wird dann durch Sepa ratorlinsen 22a und 22b erneut auf Bildaufnahmeelemente 23a und 23b fokussiert. Die Bezugszeichen 24a und 24b bezeichnen Aperturblenden zum Durchlassen von Lichtstrahlen mit be stimmten f-Zahlen. Die durch fotoelektrische Umwandlung durch die Bildaufnahmeelemente 23a und 23b erhaltenen Bild signale werden jeweils durch Vorverstärker 25a und 25b ver stärkt. Die verstärkten Signale werden jeweils durch A/D-Wandler 26a und 26b A/D-gewandelt. Die erhaltenen digitalen Signale werden dann in einen Mikroprozessor 27 eingegeben. Der Mikroprozessor 27 berechnet eine Zwischenbildentfernung d der jeweils auf den Bildaufnahmeelementen 23a und 23b ge bildeten Objektbilder. Der Mikroprozessor 27 gibt ein Steu ersignal an eine Motortreiberschaltung 28 zum Antreiben ei nes Motors 29 aus, wodurch die Fokussiereinstellung durch geführt wird. Wenn bei diesem Fall ein Fokussierzustand einen Zustand in der Nähe der Scharfeinstellung darstellt, ist die Zwischenbildentfernung klein. Wenn im Gegensatz dazu ein Fokussierzustand einen Zustand weit weg von der Scharfein stellung darstellt, ist diese Entfernung groß. Der Mikropro zessor 27 berechnet eine Zwischenbildentfernung durch Ver wenden eines Korrelationsalgorithmus und erfalt einen Defo kussierbetrag und eine Fokussierrichtung.

Bei der automatischen Fokussiervorrichtung, welche die in Fig. 38 gezeigte Bergsteige-Technik verwendet, werden Aus gangsamplitudenwerte von um ein Feld phasenverschobenen Vi deosignalen verglichen, und eine Ein-Feld-Periode wird für einen Fokussierzyklus verwendet. Die Fokussierperiode der automatischen Fokussiervorrichtung für die Kamera ist außer ordentlich lang.

Die Ausgangsamplitude der vom BPF 4 extrahierten Frequenz komponente liefert nicht immer eine glatte Kurve aufgrund von elektrischem Rauschen, manuellen Erschütterungen, und plötzlicher Änderung des Objektes (z. B. bei einem plötzli chen Passieren eines Objektes über das Feld). Wie in Fig. 41 gezeigt, weist die Amplitudenkurve beispielsweise eine Viel zahl von Spitzen P1-P4 auf. Wenn die Fokussiereinstellung durch das Bergsteigeschema unter Verwendung solch einer Aus gangsamplitudenkurve durchgeführt wird, werden die Spitzen P1-P4 unerwünscht als Fokussierpositionen bestimmt, womit die Fokussiergenauigkeit erheblich verschlechtert wird.

Bei der automatischen Fokussiervorrichtung, welche das Pha senkorrelationsschema verwendet, wird das auf vorbestimmte Flächen einfallende Licht durch die Aperturblenden 24a und 24b abgeschnitten, wodurch die Menge von einfallendem Licht erheblich verringert wird. Aus diesem Grund muß eine La dungssammelzeit der Bildaufnahmeelemente 23a und 23b verlän gert werden, um einen optimalen Belichtungswert für ein dunkles Objekt zu erhalten. Gleichzeitig kann das fotografi sche optische System nicht während der Ladungssammlung be trieben werden, und der Fokussiervorgang benötigt eine län gere Periode.

Bei dem Phasenkorrelationsvorgang kann eine genaue Zwischen bildentfernung für ein Objekt mit einer zyklischen Struktur nicht erhalten werden, und die Fokussiergenauigkeit wird un erwünscht verschlechtert.

Die veröffentlichte ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 61-32699 offenbart ein Verfahren zum Addieren von hori zontalen Abtastliniensignalen, welche einem Bild mit einem kleinen S/N-Verhältnis (Signal/Rauschabstand) (z. B. ein dunkles Bild) vorangehen und nachfolgen, zum Vergrößern des S/N-Verhältnisses des Signales. Dieses Verfahren kann jedoch den Nachteil des Verringerns des S/N-Verhältnisses des Signales aufweisen, wenn die vorhergehenden und nachfolgenden horizontalen Abtastlinien einen geringen Grad an Korrelation aufweisen.

Um den Fall zu bewältigen, bei dem die Amplitudenkurve des Ausganges vom BPF 4 die Vielzahl von Spitzen P1-P4 aufweist, ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Änderung des Objek tes durch eine Änderung im Aperturwert offenbart, und zum Unterbrechen der Fokussiereinstellung für eine vorbestimmte Zeitperiode, wenn der Aperturwert plötzlich geändert wird, und zum anschließenden erneuten Starten der Fokussierein stellung, wie in der veröffentlichten ungeprüften japani schen Patentanmeldung Nr. 58-215176 offenbart. Die unge prüfte japanische Patentanmeldung Nr. 61-107312 offenbart eine Vorrichtung zum Überwachen einer Änderung in der Be rechnungsfunktion, die bei jeder vorbestimmten Periode abge tastet wird, und zum Erfassen einer Änderung in der Entfer nung zwischen einer Linse und dem Objekt, wenn die Berech nungsfunktion mit einem vorbestimmten Pegel n-malig geän dert wird (n≧2). Die in diesen Darstellungen veröffentlich ten Vorrichtungen benötigen jedoch eine große Fokussierpe riode.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine automatische Fokussiervorrichtung zu schaffen, die eine Fokussiereinstellung bei hoher Geschwindigkeit und mit großer Genauigkeit durchführen kann, ohne dabei durch einen Objektzustand ungünstig beeinflußt zu werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine automatische Fokussiervorrichtung mit einem photographischen optischen System 31 zur Erzeugung eines optischen Bilds eines Ob jekts, einem Bildaufnahmeelement zur Umwandlung des von dem photographischen optischen System erzeugten optischen Bilds in ein elektrisches Signal, einer Treibereinrichtung zur Änderung der Relativlage zwischen dem photographischen op tischen System und dem Bildaufnahmeelement, einer Lesevor richtung zum Lesen der elektrischen, bei unterschiedlichen Relativlagen erhaltenen Signale als Bildsignale während der Änderung der Relativlage durch die Treibereinrichtung, einer Frequenzextraktionseinrichtung zum Herausgreifen von Frequenzkomponenten desselben, spezifischen Frequenzbands aus den Bildsignalen, die sequentiell durch die Leseein richtung gelesen werden, einer Wandlereinrichtung, die die durch die Frequenzextraktionseinrichtung herausgegriffenen Frequenzkomponenten in ein Signal umwandelt, das positive Werte besitzt, wobei durch die Frequenzkomponenten reprä sentierte Information beibehalten bleibt, und dieses Signal abgibt, einem Fokussiersignalerzeugungseinrichtung zur Ad dition der positiven Werte des Signals für die Erzeugung eines Fokussiersignals, und einer Fokussierbetätigungsein richtung zur Berechnung einer Fokussierposition auf der Ba sis des Fokussiersignals, zur Berechnung eines Defokus sierbetrags auf der Basis der Fokussierposition und zur Ab gabe eines dem Defokussierbetrag entsprechenden Treiber signals an die Treibereinrichtung gelöst.

Insbesondere durch die Verwendung einer Wandlereinrich tung, die die durch die Frequenzextraktionseinrichtung her ausgegriffenen Frequenzkomponenten in ein Signal umwandelt, das ausschließlich positive Werte besitzt, läßt sich auf einfache und schnelle Weise ein Fokussiersignal erzeugen, bei dem ergebnisverfälschende Einflüsse von negativen An teilen ausgeschaltet sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er geben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen 2 bis 22.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussier vorrichtung entsprechend dem ersten Ausführungs beispiel dieser Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht einer Anordnung eines Liniensensors;

Fig. 3 einen Graph, welcher die Beziehung zwischen einer La dungssammlungsszeit und einem Sättigungsbetrag bei einem Bildaufnahmeelement zeigt;

Fig. 4A einen Graph, der eine Rect-Funktion zeigt;

Fig. 4B eine Ansicht einer Spline-Funktion;

Fig. 5A einen Graph, welcher ein Spektrum einer Rect-Funk tion zeigt;

Fig. 5B einen Graph, welcher ein Spektrum der Spline-Funk tion zeigt;

Fig. 6A eine Ansicht einer Anordnung einer Filterschaltung;

Fig. 6B eine Ansicht einer weiteren Anordnung einer Filter schaltung;

Fig. 6C eine Ansicht einer weiteren Anordnung der Filter schaltung;

Fig. 7 einen Graph von Signalkurven eines Fokussiersignales und eines gefilterten Filtersignales;

Fig. 8A eine Ansicht einer Filtersignalkurve, welche in der obigen Beschreibung bezüglich eines Verfahrens des Erfassens einer Fokussierposition verwendet wird;

Fig. 8B eine Ansicht eines extrahierten Spitzenteiles des in Fig. 8A gezeigten Filtersignales;

Fig. 9 einen Graph, welcher eine Lesezeit, und Fokussier- und Filtersignale entsprechend der Fokussiersignalerfas sungszeit zeigt;

Fig. 10 einen Graph zur Erläuterung einer Erfassungskapazi tät entsprechend der Frequenzcharakteristik eines Bandpaßfilters;

Fig. 11A ein Blockdiagramm einer Anordnung einer Modifika tion der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 11B ein Blockdiagramm einer weiteren Modifikation der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussiervor richtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 eine Ansicht eines unzerstörbaren lesbaren Bildauf nahmeelementes;

Fig. 14 einen Graph, der zu integrierende Fokussiersignal komponenten zeigt;

Fig. 15 einen Graph, welcher ein Fokussiersignal f_N(x) zeigt, welches als integrierter Wert der Fokussiersignale f(x) dient;

Fig. 16 einen Graph, welcher das Fokussiersignal f_N(x) zeigt, wenn eine angesammelte Ladung des unzerstörbaren Bildaufnahmeelementes zurückgesetzt wird;

Fig. 17A einen Graph zum Erläutern eines Interpolationsvor ganges zum Erfassen einer Fokussierposition;

Fig. 17B einen Graph, welcher einen Spitzenabschnitt des in Fig. 17A gezeigten Fokussiersignales g(x) zeigt;

Fig. 18 einen Graph, welcher ein Fokussiersignal zeigt, das bei einer vorbestimmten Zeitsteuerung gelesen wurde;

Fig. 19 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussiervor richtung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;

Fig. 20 ein Zeitablaufdiagramm zum Auslesen der angesammel ten Ladung von dem unzerstörbaren Element;

Fig. 21 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussiervor richtung entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;

Fig. 22 eine Ansicht einer detaillierten Anordnung eines Flächen- oder Bereichssensors;

Fig. 23 eine Ansicht einer Lesefläche des Flächen- oder Be reichssensors;

Fig. 24A eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Lesetakt impulsen und Pixeln zeigt, wenn die Einheitssammelzeit län ger als eine zum Lesen der Ladungen von sämtlichen Pixeln benötigte Periode ist;

Fig. 24B eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen Lese taktimpulsen und Pixeln zeigt, wenn die Ladungen desselben Pixels durch zwei kontinuierliche Taktimpulse gelesen wer den;

Fig. 24C eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Lesetakt impulsen und Pixeln zeigt, wenn die Einheitssammelzeit kür zer als eine zum Lesen der Ladungen von sämtlichen Pixeln benötigte Periode ist;

Fig. 25 ein Blockdiagramm einer teilweisen Modifizierung der in Fig. 21 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 26 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussiervor richtung entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;

Fig. 27 eine Ansicht einer Anordnung eines zweidimensionalen CCD-Bildaufnahmeelementes;

Fig. 28 ein Wellenformdiagramm, welches erhalten wird, wenn das Fokussiersignal durch eine Gauss-Kurve dargestellt wird;

Fig. 29A bis 29E Ansichten, die jeweils Beziehungen zwischen Fehlerwerten und Interpolationspositionen zeigen;

Fig. 30A einen Graph, der eine Position des fotografischen optischen Systems zeigt, wenn zwei rechte Punkte von den drei Punkten bei einer Interpolationsposition ein identi sches Fokussiersignal aufweisen;

Fig. 30B einen Graph, der eine Position des fotografischen optischen Systems zeigt, wenn zwei Endpunkte von den drei Punkten ein identisches Fokussiersignal aufweisen;

Fig. 30C einen Graph, der eine Position des fotografischen optischen Systems zeigt, wenn zwei linke Punkte von den drei Punkten ein identisches Fokussiersignal aufweisen;

Fig. 31 ein Flußdiagramm zum Erfassen einer optimalen Posi tion bei den Interpolationsvorgängen;

Fig. 32A einen Graph, der einen Fehlerwert bei dem Interpo lationsvorgang zeigt;

Fig. 32B eine-Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem in terpolierten Fokussiersignal und der Fokussierposition zeigt;

Fig. 33 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussiervor richtung entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel die ser Erfindung;

Fig. 34A eine Ansicht von Leseflächen eines Bildaufnahmeele mentes;

Fig. 34B eine Ansicht, die eine Objektentfernung in den Le seflächen zeigt;

Fig. 34C eine Ansicht einer Modifikation der Leseflächen des Bildaufnahmeelementes;

Fig. 35A einen Graph eines Bildsignales, wenn die Objektent fernung in den Leseflächen wie in Fig. 34B gezeigt vorgege ben ist;

Fig. 35B einen Graph eines Bildsignales, wenn die Objektent fernung in den Leseflächen wie in Fig. 34C gezeigt vorgege ben ist;

Fig. 36A bis 36B Ansichten von Mitglieds- oder "Membership"-funktionen mit jeweils verschiedenen Bedingungen;

Fig. 37A eine Ansicht einer Membershipfunktion, welche in der Folgerung 2 verwendet wird;

Fig. 37B eine Ansicht zum Erläutern einer Berechnung zum Er halten des Schwerpunktes;

Fig. 38 ein Blockdiagramm einer Anordnung einer automati schen Fokussiervorrichtung, die ein Bergsteigeschema verwen det;

Fig. 39 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Fo kussierposition und einer Ausgangsamplitude eines Bildsignales zeigt;

Fig. 40 ein Blockdiagramm einer automatischen Fokussiervor richtung, die ein Phasenkorrelationsschema verwendet; und

Fig. 41 eine Ansicht von Spitzen, die in dem Fokussiersignal erscheinen.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Anordnung einer automati schen Fokussiervorrichtung entsprechend dem ersten Ausfüh rungsbeispiel.

In Fig. 1 bezeichnet des Bezugszeichen 31 ein fotografisches optisches System. Ein durch das fotografische optische Sy stem 31 gebildete Bild wird auf einem Zeilensensor 32, wel cher eine CCD oder dgl. aufweist, fokussiert. Der Liniensen sor 32 gibt eine innerhalb einer bestimmten Zeitperiode ge sammelte Ladung an einen Vorverstärker 33 als ein Bildsignal SO aus. Gleichzeitig gibt der Liniensensor 32 ein Spitzensi gnal PE, das einen gesammelten Ladungsbetrag darstellt, an eine Treiberschaltung 34 aus.

In Fig. 2 ist eine genauere Anordnung des Liniensensors 32 gezeigt. Bei dem Liniensensor 32 sind n Fotosensoren 51-1 bis 51-n in einem Array in einer Linie angeordnet, und ein CCD-Schieberegister 53 ist über ein Übertragungsgatter 52 auf einer Seite des Arrays der Fotosensoren 51-1 bis 51-n angeordnet. Das Schieberegister 53 ist über einen Ausgangs verstärker 54 mit einem Anschluß 55 verbunden, und ein Bild signal erscheint beim Anschluß 55. Jeder der in einer Linie angeordneten Fotosensoren 51-1 bis 51-n ist über einen ent sprechenden der Puffer 56-1 bis 56-n mit einem Spitzendetek tor 57 verbunden. Der Spitzendetektor 57 wählt einen Spit zenwert von den von den Fotosensoren 51-1 bis 51-n ausgege benen Signalen aus und gibt ein Spitzensignal PE von einem Anschluß 58 aus. Ein Treiberimpuls ΦT (wird später beschrie ben) wird in einen mit dem Übertragungsgatter 52 verbundenen Anschluß 59 eingegeben.

Die Treiberschaltung 34 ist für den Liniensensor 32 vorgese hen und gibt einen Taktimpuls Φs und den Treiberimpuls ΦT an den Liniensensor 32 aus. Wenn ein Rücksetzsignal und das Spitzensignal PE Sättigungspegel erreichen, gibt die Trei berschaltung 34 ein Zählerstoppsignal an einen Zähler 35 aus. Der Zähler 35 zählt die von einem Oszillator 36 ausge gebenen Taktimpulse ΦO und gibt einen Zählerstand N an einen Teiler (wird später beschrieben) aus. Ein von dem Vorver stärker 3 verstärktes Bildsignal wird an einen Bandpaßfilter (BPF) 37 eingegeben. Der BPF 37 extrahiert eine vorbe stimmte Frequenzkomponente eines Bildsignales und gibt diese an eine Quadratschaltung 38 aus. Die Quadratschaltung 38 wandelt die vom BPF 37 extrahierte Frequenzkomponente in einen positiven Wert um und gibt diesen als ein Signal aus. Dieses von der Quadratschaltung 38 ausgegebene Signal wird durch einen A/D-Wandler 9 A/D-gewandelt. Das digitale Signal wird dann an einen Teiler 41 ausgegeben. Der Teiler 41 divi diert den digitalen Wert vom A/D-Wandler 39 durch den Zäh lerstand N, der vom Zähler 35 geliefert ist, und korrigiert das Bildsignal entsprechend der Sammelzeit. Ein Quotient vom Teiler 41 wird an einen Integrator 42 ausgegeben. Der Inte grator 42 weist einen Addierer 43 und einen Zwischenspeicher 44 auf. Der Integrator 42 addiert die Detektionssignale durch die Anzahl (n) entsprechend den verschieden Pixeln zum Erfassen eines Fokussiersignales f(x) und gibt das Fo kussiersignal an eine Filterschaltung aus. Die Filterschal tung 45 führt das Filterverfahren durch (wird später be schrieben), und das gefilterte Fokussiersignal (im folgenden als Filtersignal bezeichnet) g(x) wird an einen Mikroprozes sor 46 ausgegeben. Der Mikroprozessor 46 bewirkt, daß ein Speicher 47 das von der Filterschaltung 45 gelieferte Fil tersignal g(x) gespeichert wird, und führt arithmetische Operationen zum Berechnen eines Fokussierzustandes und einer Fokussierposition durch Verwenden des im Speicher 47 gespei cherten Filtersignales g(x) durch. Das Bezugszeichen 48 be zeichnet eine Motortreiberschaltung zum Treiben eines Im pulsmotors 49 auf der Grundlage eines vom Mikroprozessor 46 gelieferten Steuersignales. Der Impulsmotor 49 bewegt das fotografische optische System 31 in Richtung der optischen Achse.

Im folgenden wird eine charakteristische Signalverarbeitung von diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Um bei diesem Ausführungsbeispiel einen Abfall im S/N-Ver hältnis nach der Sammelsättigung des Liniensensors 32 zu verhindern, wird die Sammlung des Liniensensors 32 gestoppt, wenn das von dem Liniensensor 32 ausgegebene Spitzensignal PE in Sättigung ist und eine Lesevorgang wird durchgeführt. Gleichzeitig wird ein Bildsignalwert entsprechend einer Dauer, die erhalten wird, bis der Liniensensor 32 gesättigt ist, berechnet. Das Bildsignal wird entsprechend dem berech neten Wert korrigiert. Dieser Vorgang wird genauer unter Be zugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Ladungssammlungsbetrag und der Sammlungszeit des Liniensensors 32. Die Ladungssammlungszeit ist entlang der Abszisse aufgetragen, und der gesammelte Ladungsbetrag ist entlang der Ordinate aufgetragen. Das Bezugszeichen t_s bezeichnet eine Einheitssammelzeit oder Einheitsakkumulati onszeit, welche gleich einem Erfassungszeitintervall für das Fokussiersignal ist; und e_s bezeichnet einen Sättigungsbe trag der gesammelten Ladung. Unter der Annahme, daß die ge sammelten Ladungen bei den maximalen Signalpositionen der drei Typen von Bildern i₁(r), i₂(r) und i₃(r) (wobei r die Position des Liniensensors 32 darstellt) sich ändert, wie durch die Linien P1, P2 und P3 angedeutet.

Das Bild i₁(r) ist nicht gesättigt, da dessen Spitzenwert e₁ < e_s ist. Der gesammelte Ladungsbetrag während der Ein heitssammel- oder -akkumulationszeit t_s erfüllt die Bedin gung e₁(r) < e_s bei der Liniensensorposition r. Die Signal spitzen der Bilder i₂(r) und i₃(r) sind gesättigt. Insbeson dere werden die Ladungssammelvorgänge der Bilder i₂(r) und i₃(r) bei den Spitzenwertsättigungszeit t₂ und t₃ gestoppt, und die Lesevorgänge werden gestartet. Diese Werte werden während der Einheitssammelzeit t_s wie folgt umgewandelt:

i'₂(r) = i₂(r) × t_s/t₂
i'₃(r) = i₃(r) × t_s/t₃

oder einfach

i'₁(r) = i₁(r)/t_s
i'₂(r) = i₂(r)/t₂
i'₃(r) = i₃(r)/t₃

D.h. die Teiler 41 teilen jedes Bildsignal durch den Zähler stand N der als die Sammlungszeit dient, um Fehler zu korri gieren, die aufgrund von Unterschieden in der Sammelzeit entstehen.

Beispielsweise verhindert diese Korrektur das Auftreten ei ner Überbelichtung bei der Fokussierung innerhalb einer ge eigneten Belichtungszeit, welche außerhalb der Fokussierung bestimmt wird, und ermöglicht einem Signalwert, der für die selbe Zeitdauer belichtet wird, daß es erzeugt wird. Es ist damit möglich, die außerhalb der Fokussierung und bei der Fokussierung erzeugten Signale korrekt zu vergleichen.

Im folgenden wird das Filterverfahren der Filterschaltung 45 beschrieben. h(x) ist als eine Filterfunktion vorgegeben, und * ist als ein Faltungssymbol definiert. Mit diesen Be dingungen ist das Filtersignal g(x) wie folgt vorgegeben:

g(x) = f(x)*h(x) (1)

Die Filterfunktion h(x) kann eine Rect-Funktion, eine Spline-Funktion, eine Sinc-Funktion oder dgl. sein. Die Rect- und Spline-Funktionen sind als Rect(x/a) bzw. Spline(x/a) gegeben:

rect(x/a):
|X| ≦ a/2 rect(x/a) = 1
|X| ≧ a/2 rect(x/a) = 2 (2)

spline(x/a):
|X| < a/2 spline(x/a) = (2/ax)³-2(2/ax)² + 1
a/2 < |X| ≦ a spline (x/a) = -(2ax)³ +
5(2/ax)² +
8(2/ax) + 4

|X| < a spline (x/a) = 0 (3)

Die Formen der Rect- und Spline-Funktionen, die so definiert sind, sind in den Fig. 4A bzw. 4B dargestellt. Die Spek tren dieser Funktionen sind in den Fig. 5A bzw. 5B darge stellt. Wie aus den Fig. 4A und 4B und den Fig. 5A und 5B hervorgeht, haben beide Funktionen Tiefpassfilter-Charak teristiken. Das Bildsignal wird durch beide Funktionen ge filtert, um hochfrequente Komponenten, wie Peaks oder dgl. zu unterdrücken. Wenn die Spektren von Fig. 5A und 5B miteinander verglichen werden, ist die Spline-Funktion näher an der Tiefpaßfilter-Funktion als die Rect-Funktion. Wie beispielsweise in den Fig. 5A und 5B dargestellt, wird, wenn eine Nyquist-Frequenz auf u = 3 × (1/a) gesetzt wird, eine Abtastteilung ΔX der Filterfunktion (a/2) × (1/3) = a/6. Somit verwendet der Filterprozeß der Rectfunktion sechs Impulsantwortsignale, wohingegen derjenige mit der Spline- Funktion 12 Impulsantwortsignale verwendet.

Die Fig. 6A bis 6C sind Blockdiagramme zur Veranschauli chung der Filterschaltung 40. Unter Bezug auf die Fig. 6A bis 6C ist mit f(x) ein Eingang und mit g(x) ein Ausgang be zeichnet. In der Filterschaltung von Fig. 6A ist eine Mehr zahl von Verzögerungselementen T in Serie miteinander mit dem Eingang verbunden und Ausgänge von den Verzögerungsele menten T sind mit einem Addierer über Multiplizierer verbun den, deren Filterkoeffizienten jeweils auf wl bis wm gesetzt sind.

Der Filterschaltkreis gemäß Fig. 6C kann verwendet werden, wenn der Filterkoeffizient w "1" ist. Der Eingang f(x) wird in ein FIFO-Speicherelement (Silospeicher) eingegeben und sequentiell verzögert. Der Eingang f(x) wird sequentiell von den Ausgängen des FIFO-Speichers subtrahiert. Die Differenz wird einem Addierer eingegeben und einem Signal von einem Haltekreis zu addiert, der mit einem Ausgangsanschluß des Addierers verbunden ist.

In der Filterschaltung gemäß obigem Aufbau und wie in Fig. 7 dargestellt wird das Eingangssignal (Fokussiersignal) f(x) mit einer Mehrzahl von Impulsspitzen, wie durch eine durch gezogene Linie dargestellt in das Filtersignal g(x) umgewan delt, dessen Mehrzahl von Impulsspitzen, wie durch die ge strichelte Linie dargestellt. Das Referenzsymbol ΔX bezeich net ein Detektionsintervall für das Fokussiersignal.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8A und 8B werden nun die arithmetischen Vorgänge zur Erhaltung eines Fokussierzustan des und einer In-Fokussierlage beschrieben. Fig. 8A zeigt das Filtersignal. Ein Ausgangspegel g(x) des Filtersignals ist entlang der Ordinate (Y-Achse) dargestellt und eine Po sition X in Richtung der optischen Achse des fotografischen optischen Systems ist entlang der Abszisse (X-Achse) darge stellt.

Zwei Punkte g(xi) und g(x1-l), die um einen Abstand l auf dem Filtersignal in Richtung der X-Achse voneinander ge trennt sind, sind als V1 und V2 definiert. Es sei nun ange nommen, daß g(xi) der letzte Filtersignalwert ist. V1 und V2 werden miteinander verglichen. Wenn die Bedingung V1 < V2 gilt, wird die Antriebsrichtung des Liniensensors 32 unver ändert gehalten. Die Punkte V1 und V2 werden in Richtung der X-Achse bewegt. Der Punkt V1 wird über die In-Fokus-Lage hinausbewegt und eine Lage, wo die Bedingung V1 < V2 erfüllt wird, wird detektiert. Ein Paar von zwei Punkten, (Va und Vb), welche die Bedingung V1 < V2 erfüllen und zwischen sich die In-Fokus-Position einschließen und ein Paar von zwei Punkten (Vc und Vd), welche die Bedingung V1 < V2 erfüllen, werden gesetzt. Die Lagebeziehung zwischen diesen vier Punk ten Va, Vb, Vc und Vd ist in Fig. 8B dargestellt. Wenn diese vier Punkte Va, Vb, Vc und Vd gesetzt werden, werden eine Linie m parallel zur X-Achse und kreuzende Liniensegmente VaVc und VbVd erhalten. Ein Schnitt zwischen der geraden Li nie m und dem Liniensegment VaVc wird als C1 definiert und ein Schnitt zwischen der Linie m und dem Liniensegment VbVd wird als C2 definiert. Die Y-Achsenlage auf der Linie m wird so gesetzt, daß ein X-Achsen-Abstand L2 zwischen dem Schnitt C1 und dem Punkt Va gleich einem X-Achsen-Abstand L1 zwi schen dem Schnitt C2 und dem Punkt Vb wird. Ein Mittelpunkt M der Schnitte C1 und C2 wird erhalten und die X-Koordinate dieses Punktes wird als In-Fokus-Lage α definiert. Diese Po sition drückt sich wie folgt aus:

α= XVa + l/2+ΔX(Vb-Va)/(Vc-Vd+Vb-Va) (I)

Die Gleichung (I) wird durch arithmetische Vorgänge des Mi kroprozessors 46 berechnet, um die In-Fokus-Lage zu detek tieren. In Experimenten war, wenn eine Fokuseinstellung durch die obere In-Fokus-Positionsdetektion durchgeführt wurde, ein Detektionsfehler auf einer quadratischen Funktion gleich Null. XVa in Gleichung (I) entspricht der X-Koordi nate des Punktes Va. Die Distanz l wird abhängig von einem Defokussierbetrag, einem Bild, einer Zoomlage und einer f-Zahl gesetzt. Wenn beispielsweise diese Distanz l lang ist, wird eine Differenz in dem Filtersignal g(x) erhöht und ein Signal-/Rausch-Abstandsverhältnis kann leicht berechnet werden.

Die Arbeitsweise einer automatischen Fokussiervorrichtung mit obigem Aufbau und welche die oben erwähnte Signalverarbeitung durchführt wird nun beschrieben. Das fo tografische optische System 31 wird angetrieben, um mit ho her Geschwindigkeit nahe an eine feste Brennweite zu gelan gen, d. h. an einen Abstand, bei dem ein Fotografiervorgang häufig durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Fo tosensoren 51-1 bis 51-n in dem Liniensensor 32 von dem Übertragungsgatter 52 zurückgesetzt und eine Ladungssammlung in den Fotosensoren 51-1 bis 51-n wird begonnen. Gleichzei tig wird der Zähler 35 zurückgesetzt, um die Taktimpulse ΦO zu zählen. Wenn das Spitzenwertsignal PE bei Verstreichen der Einheitsakkumulationszeit t_s' welche als festgelegtes Lesezeitintervall dient, nicht gesättigt ist, wird der Zäh ler 35 bei Verstreichen von t_s angehalten. Das Bildsignal SO wird an den Vorverstärker 33 über das Übertragungsgatter 52 ausgegeben. Zur gleichen Zeit wird der Zähler 35 zurückge setzt und der nächste Ladungsakkumulationszyklus wird begon nen. Wenn das Spitzenwertsignal PE vor Verstreichen von t_s den Sättigungswert erreicht, wird das Bildsignal SO unmit telbar ausgegeben und gleichzeitig wird der Zähler 35 ge stoppt. Die Fotosensoren 51-1 bis 51-n und der Zähler 35 werden bei Verstreichen von t_s zurückgesetzt und der nächste Ladungsakkumulationszyklus wird begonnen. Das Bildsignal, das von dem Liniensensor 32 ausgelesen wird, wird von dem Vorverstärker 33 verstärkt und eine festgelegte Frequenzkom ponente in dem verstärkten Signal wird von dem Bandpaßfilter 37 extrahiert. Die Ausgangsamplitude der extrahierten Frequenzkomponente wird von der Quadratschaltung 38 in einen positiven Wert gewandelt. Der digitale Signalausgang von dem A/D-Wandler 39 wird in einen positiven Wert gewandelt und mittels des Teilers 41 durch den Zählwert N von dem Zähler 35 dividiert. Wie beschrieben, wird das Bildsignal in einen Wert entsprechend der Einheitsakkumulationszeit korrigiert. Die Bildsignale, die in Übereinstimmung mit den Akkumulationszeiten korrigiert wurden, werden sequentiell in den Integrator 42 eingegeben. Der Integrator 42 addiert die Bildsignale durch die Zahl n, entsprechend den einzelnen Pi xeln und erhält das Fokussiersignal f(x) in der Lage x. Auf diese Art und Weise werden Werte in unterschiedlichen Lagen, welche voneinander um Δx getrennt sind, jedesmal bei t_s er halten und das Fokussiersignal f(x), welches in Fig. 9 durch die ausgezogene Linie dargestellt wird, wird erhalten. Dieses Fokussiersignal f(x) wird in den Filterschaltkreis 45 eingegeben und ein Filtervorgang wird durchgeführt. Das Si gnal-/Rausch-Abstandsverhältnis des Fokussiersignals f(x) wird durch diesen Filtervorgang erhöht und gleichzeitig wer den Impulsspitzen ausreichend unterdrückt, so daß das Fokussiersignal g(x), welches in Fig. 9 durch die gestri chelte Linie dargestellt wird, erhalten werden kann. Die so erhaltenen Filtersignale g(x) werden in den Mikroprozessor 46 eingegeben und sequentiell in dem Speicher 47 gespei chert. Die In-Fokus-Lage α wird durch das erwähnte Verfahren unter Verwendung der Filtersignalwerte in dem Speicher 47 erhalten. Ein Steuersignal wird an den Motortreiberschalt kreis 48 auf der Grundlage des berechneten In-Fokus-Wertes α ausgegeben, um den Impulsmotor 49 zu betreiben. Als Ergebnis wird das fotografische optischen System 31 in die In-Fokus- Lage bewegt, so daß die Fokussiereinstellung vollendet ist.

Da bei dieser Ausführungsform das Bildsignal von dem Li niensensor 32 um einen Zählwert entsprechend der Akkumula tionszeit dividiert wird, kann das Bildsignal auf einen Wert für die Einheitsakkumulationszeit korrigiert werden. Selbst wenn Überbelichtung vorliegt kann ein Fotografiervorgang ohne Abschwächung des Bildsignales durchgeführt werden und es kann ein genaues Fokussiersignal an unterschiedlichen Po sitionen des fotografischen optischen Systems 31 erhalten werden.

Da die Ausgangsamplituden einer Mehrzahl von Frequenzkompo nenten, die von dem Bandpaßfilter 37 extrahiert wurden, miteinander im Integrator 42 addiert werden, kann das Si gnal-/Rausch-Abstandsverhältnis des ausgehenden Fokussiersi gnals erhöht werden.

Da das Fokussiersignal f(x) und die Spline- oder Rect-Funk tion gefaltet werden, um eine Filterung durch den Filter schaltkreis 45 durchzuführen, kann ein hohes Signal-/Rausch- Abstandsverhältnis des Fokussiersignal f(x) sichergestellt werden. Genauer gesagt, beim Filterprozeß unter Verwendung der Rect-Funktion gemäß Fig. 4A werden sechs Fokussiersi gnale f(x) addiert, um das Filtersignal g(x) zu erhalten, wobei die Lage x verschoben wird. Die Signalkomponenten des Filtersignals g(x) können ungefähr ein Vielfaches von einem Signal f(x) der Anzahl der addierten Signale sein. Die Rauschkomponenten können ein Vielfaches der Quadratwurzel der Anzahl der addierten Signale sein, so daß das Signal-/Rausch-Abstandsverhältnis auf √6-mal erhöht werden kann. Wenn in Einheiten eines Frequenzbereichs betrachtet, ist eine Signalkomponente proportional zu einer Bandbreite und eine Rauschkomponente ist proportional zur Quadratwurzel der Bandbreite. Wenn daher die Spline-Funktion verwendet wird, wird das Signal-/Rausch-Abstandsverhältnis ebenfalls um un gefähr √6-mal verbessert. Somit kann in dieser Ausführungs form ein hohes Signal-/Rausch-Abstandsverhältnis sicherge stellt werden und die Ladungen können zu jedem kurzen Inter vall gelesen werden. Die für die Fokuseinstellung nötige Zeit kann verkürzt werden. Da zusätzlich ein hohes Signal-/Rausch-Abstandsverhältnis sichergestellt werden kann, kann ein Detektionsintervall X für das Fokussiersignal f(x) ver kürzt werden. Die Impulsspitzen des Fokussiersignals f(x) können ausreichend unterdrückt werden, so daß die Fokussier genauigkeit verbessert werden kann.

Die In-Fokus-Lage wird durch das oben beschriebene In-Fokus-Lagen-Detektionsverfahren erfaßt. Somit kann die In-Fokus-Lage mit extrem hoher Genauigkeit detektiert werden.

In der ersten Ausführungsform wird nur ein BPF 37 verwendet, um ein Fokussiersignal zu erhalten. Es kann jedoch eine Mehrzahl von BPFn mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen zu sammengeschaltet werden. Hierdurch kann der folgende Nach teil umgangen werden:

Wenn ein BPF eine niedrige Mittenfrequenz hat, hat das er haltene Signal eine breite Form, wie durch die Kurve A in Fig. 10 dargestellt. Obwohl in diesem Fall der Detektionsbe reich der Lage des fotografischen optischen Systems 31 weit ist, kann eine In-Fokus-Lage nicht genau erhalten werden. Wenn ein BPF eine hohe Mittenfrequenz hat, hat das erhaltene Fokussiersignal bei der In-Fokus-Lage einen scharfen spitzen Anstieg, wie durch die Kurve B in Fig. 10 dargestellt. Die ser BPF ist geeignet zur Erfassung der In-Fokus-Lage mit ho her Präzision. Jedoch ist der Detektionsbereich der Lage des fotografischen optischen Systems relativ eng.

Wenn ein Defokussierbetrag hoch ist, wird das Gesamt-BPF auf ein BPF mit einer niedrigen Mittenfrequenz geschaltet. Wenn das fotografische optische System nahe der In-Fokus-Lage ist, wird das Gesamt-BPF auf ein BPF mit einer hohen Mitten frequenz geschaltet. Alternativ werden die BPF mit hohen und niedrigen Mittenfrequenzen abhängig vom Typ eines Bildes ei ner Zoomposition, einer f-Zahl oder dgl. geschaltet.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird eine Anordnung zur Wandlung eines Bildsignales in ein Fokussiersignal von dem BPF 37, dem Detektor 38, dem A/D-Wandler 39, dem Teiler 41 und dem Integrator 42 gebildet, wie in Fig. 1 dargestellt. Diese Anordnung kann jedoch durch eine Anordnung gemäß Fig. 11A ersetzt werden. Genauer gesagt, ein Bildsignalausgang von dem Vorverstärker 33 wird von einem A/D-Wandler 61 ge wandelt und ein digitales Signal von dem A/D-Wandler 61 wird durch einen Teiler 62 mit einem Zählwert N von dem Zähler dividiert. Dieses korrigierte Bildsignal wird in einen digi talen BPF-Schaltkreis 63 eingegeben, um eine vorherbestimmte Frequenzkomponente zu extrahieren. Diese Frequenzkomponente wird dann in einen Detektor 64 eingegeben, um eine Ausgangs amplitude der Frequenzkomponente zu erfassen. Diese Aus gangsamplitude wird dann von einem Integrierer 65 inte griert.

Bei diesem Aufbau wird das Bildsignal, das von dem Vorver stärker 33 ausgegeben wird, A/D-gewandelt und digitale Daten können dann den unterschiedlichsten Arten von Signalverar beitungen unterworfen werden. Somit kann der Dynamikbereich des Signals wirksam verwendet werden. Wie in Fig. 11B darge stellt, kann die Anordnung zur Wandlung eines Bildsignales in ein Fokussiersignal durch ein BPF 71, einen Detektor 72, einen Integrator 73, einen Abtast-/Halte-Schaltkreis 74, einen A/D-Wandler 75 und einen Teiler 76 gebildet sein. Als Integrator 73 kann ein Tiefpaßfilter verwendet werden. Mit dieser Anordnung kann eine A/D-Wandlung zu jedem Detektions intervall des Fokussiersignals durchgeführt werden. Der Ar beitstakt für die A/D-Wandlung kann ein langsames Taktsignal sein und die Anordnung kann vereinfacht werden, so daß die Herstellung des gesamten Schaltkreises vereinfacht ist.

Der Ausgang von dem Vorverstärker 33 kann A/D-gewandelt wer den und das digitale Signal kann in dem Mikroprozessor ver arbeitet werden.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun nachfolgend beschrieben.

Fig. 12 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung einer au tomatischen Fokussiervorrichtung gemäß einer zweiten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung. Diese automatische Fokussiervorrichtung umfaßt ein nichtzerstörbar lesbares Bildaufnahmeelement (im folgenden als nicht zerstörbares Element bezeichnet) 71, wie beispielsweise ein SIT (Static Induction Transistor), ein AMI (Amplified MOS Intelligent Imager), ein CMD (Charge Modulation Device), oder ein MOS. Gemäß eines charakteristischen Merkmales dieser zweiten Aus führungsform wird das von dem Element 71 ausgelesene Bild signal in ein Fokussiersignal gewandelt, eine Differenz zwi schen den Fokussiersignalen wird berechnet und ein Filter vorgang wird durchgeführt. Gleiche Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 bezeichnen in der zwei ten Ausführungsform gemäß Fig. 12 gleiche Teile und eine nochmalige Beschreibung hiervon erfolgt nicht.

Ein aus dem nicht zerstörbaren Element 71 gelesenes Bild signal wird von einem Verstärker 33 verstärkt und eine Aus gangsamplitude einer festgelegten Frequenzkomponente wird von einem BPF 37 und einer Quadratschaltung 38 detektiert. Ein Detektionssignal wird in einen Integrator 42 durch einen A/D-Wandler 39 eingegeben. Ein Fokussiersignal als in tegrierter Wert des Integrators 42 wird in einen Mikropro zessor 73 eingegeben. Das Fokussiersignal , welches in den Mikroprozessor 73 eingegeben wurde, wird in einem Spei cher 74 gespeichert. Der Mikroprozessor 73 führt einen Sub traktionsvorgang durch, der später noch beschrieben wird, unter Verwendung einer Positionsdifferenz in einem fotogra fischen optischen System 31 auf einer optischen Achse ab hängig von dem Fokussiersignal , welches in dem Spei cher 74 gespeichert ist. Der Mikroprozessor 73 führt eine Interpolation unter Verwendung eines Filtersignals g(x) durch, um eine In-Fokus-Lage zu detektieren. Der Mikroprozessor 73 gibt ein Steuersignal an einen Motortreiberschaltkreis 48 auf der Grundlage des Detektions ergebnisses aus. Der Motortreiberschaltkreis 48 treibt einen Impulsmotor 49, um das fotografische optische System 31 zu bewegen, um die Fokuseinstellung durchzuführen.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung des nicht zerstörbaren Elemen tes 71. Bei diesem nicht zerstörbaren Element 71 sind nicht zerstörbare Lese-Foto-Sensoren 81-1 bis 81-n in einem Array angeordnet und jeweils mit Leseschaltern 82-1 bis 82-n ver bunden. Die Leseschalter 82-1 bis 82-n sind mit einem Ab tastschaltkreis 83 verbunden und Bildsignale, welche durch den Abtastschaltkreis 83 abgetastet und gelesen werden er scheinen als Bildsignal an einem Anschluß 85 durch einen Ausgangsverstärker 84. Mit dem Bezugszeichen 86 ist ein Re set-Schalter bezeichnet. Die nicht zerstörbaren Fotosensoren 81-1 bis 81-n sind mit einem Spitzenwertdetektor 88 über ent sprechende Puffer 87-1 bis 87-n verbunden. Ein Spitzenwert wird von dem Detektor 88 erfaßt und als Spitzenwertsignal PE von einem Anschluß 89 ausgegeben.

Ein Filtervorgang des Fokussiersignals auf der Grund lage von Subtraktionsvorgängen unter Verwendung von Diffe renzen der Lagen von dem fotografischen optischen System 31 auf der optischen Achse wird nun im folgenden beschrieben.

Wenn das fotografische optische System 31 in einer Richtung auf der optischen Achse mit konstanter Geschwindigkeit be wegt wird und für eine Zeit t1 Ladungen akkumuliert oder ge sammelt werden, hat das erhaltene Bildsignal einen inte grierten Wert von Bildsignalen innerhalb des Bewegungsberei ches des fotografischen optischen Systems 31. Ein Fokussier signal, welches von dem Bildsignal erhalten wird, hat einen integrierten Wert von Fokussiersignalen innerhalb des Bewegungsbereiches des fotografischen optischen Systems 31.

Ein Fokussiersignal, welches während einer Bewegung des fo tografischen optischen Systems 31 von einer Lage X₀ in eine Lage X₁ während einer Zeit t1 erhalten wird, ergibt sich wie folgt.

Der integrierte Wert entspricht dem gestrichelten Bereich von Fig. 14. f_N(x) drückt sich wie in Fig. 15 dargestellt aus. f(x) ist ein Differential von f_N(x).

Eine Differenz zwischen den Fokussiersignalen f_N(x) (PX ist eine Lagedifferenz des fotografischen optischen Systems 31 auf der optischen Achse) drückt sich wie folgt aus:

Die Fokussiersignale f(x) an den entsprechenden Positionen bei Bewegung des fotografischen optischen Systems 31 werden somit mit der Rect-Funktion gefiltert.

Wenn das nicht zerstörbare Element 71 verwendet wird, wird der Filtervorgang durch Subtraktion durchgeführt.

Da das nicht zerstörbares Element 71 in der Praxis gesättigt ist, werden die gesammelten Ladungen des nicht zerstörbaren Elementes 71 zum Zeitpunkt der Sättigung des Spitzenwert signals PE zurückgesetzt. Aus diesem Grund ändert sich das Fokussiersignal f_N(x) gemäß Fig. 15, wie durch die durchge zogene Linie in Fig. 16 dargestellt. Genauer gesagt, Fig. 16 zeigt das Rücksetzen des Elementes, wenn das fotografische optische System 31 in Positionen Xa und Xb in Richtung der optischen Achse angeordnet ist. Dies bedeutet, wenn

und wenn

Die In-Fokus-Lage wird durch Interpolieren einer Mehrzahl von Punkten nahe eines Maximumwertes einer Fokussiersignal kurve erhalten. Die In-Fokus-Lage-Detektion wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 17A und 17B beschrieben. Fig. 17A zeigt ein Fokussiersignal. Die Lage des fotografischen op tischen Systems 31, welches sich in Richtung der optischen Achse bewegt, ist entlang der Abszisse aufgeführt und der Signalpegel des Fokussiersignals g(x) ist entlang der Ordi nate aufgeführt. Es sei nun angenommen, daß die Fokussier signalwerte in einen Punkt P0 entsprechend dem Maximalwert des Fokussiersignals und an Punkten P1 und P2 unmittelbar vor und nach dem Punkt P0 als g(x_m), g(x_m-1) und g(x_m+1) ge geben sind.

Wenn g(x_m-1) ≦ g(x_m+1), ist eine x-Koordinate α eines Schnittpunktes P_x zwischen einer Linie erhalten durch Ver bindung der Punkte P₀ und P₁ mit einem Gradienten, dessen Vorzeichen entgegengesetzt zu dem einer Linie durch den Punkt P₂ ist eine In-Fokus-Lage. Die Koordinate kann durch die folgende geometrische Beziehung erhalten werden:

α = X_m + ΔX/2[{g(x_m+1) - g(X_m-1)}
/{g(X_m) - g(X_m-1)}] (II)

Wenn g(x_m-1) < g(x_m+1), ergibt sich die Koordinate α wie folgt:

α= X_m - ΔX/2({g(X_m-1) - g(x_m+1)}
/(g(X_m) - g(X_m+1)}) (III)

Eine Arbeitsweise dieser Ausführungsform wird noch im fol genden beschrieben. Das nicht zerstörbares Element 71 wird gesetzt, um eine Ladungsakkumulation zu beginnen. Die Lese schalter 82-1 bis 82-n werden zu jedem Zeitpunkt t_s abgeta stet und die akkumulierten oder gesammelten Ladungen von den nicht zerstörbaren Fotosensoren 81-1 bis 81-n als Bildsignal zu lesen. Das gelesene Bildsignal wird von dem Vorverstärker 33 verstärkt und durch den BPF 37 wird eine vorherbestimmte Frequenzkomponente extrahiert. Ein negativer Wert der Frequenzkomponente wird durch den Quadratschaltkreis 38 kon vertiert und A/D-gewandelt. Das digitale Signal von dem A/D-Wandler wird dem Integrierer 42 eingegeben. Der Integrierer 42 addiert n A/D-gewandelte Ausgänge entsprechend den n Bildsignalen, um das Fokussiersignal zu erzeugen. An dererseits, wenn der Wert des Spitzensignals PE von dem nicht zerstörbaren Element 71 einen Sättigungspunkt er reicht, wird ein Rücksetzsignal von einem Treiberschaltkreis 72 ausgegeben, um das nicht zerstörbare Element 71 zurückzu setzen. Das Fokussiersignal gemäß Fig. 18 wird in dem Speicher 74 gespeichert. Zeiten ta und tb in Fig. 18 ent sprechen Zeiten, zu denen das Spitzensignal den Sättigungs punkt erreicht. Positionen Xa und Xb des fotografischen op tischen Systems 31 zu diesen Zeiten sind ebenfalls in dem Speicher 74 gespeichert. Das Fokussiersignal , welches in dem Speicher 74 gespeichert ist, wird mit der Rectfunk tion gefiltert, so daß das Filtersignal g(x) für eine Sub traktion erhalten wird, und unnötige Komponenten eliminiert werden.

Der Subtraktionsvorgang zum Erhalten des gefilterten Fokus siersignals g(x) ergibt sich wie folgt, wenn eine Positions differenz des fotografischen optischen Systems 31 auf der optischen Achse als d gegeben ist:

g(x) = f_N(X+d/2) - f_N(X-d/2) (8)

In diesem Falle ist f_N(x) wie folgt definiert:

Die erhaltenen Filtersignale g(x) werden vom letzten her als V1, V2 und V3 festgesetzt und der Mikroprozessor 73 bestimmt einen Fokussierzustand aus diesen drei Werten und steuert und treibt den Impulsmotor 49. Wenn V1 < V2 < V3, d. h. wenn ein Fokussiersignal erhöht wird, gibt der Mikroprozessor 73 ein Steuersignal zum Treiben des fotografischen optischen Systems 31 ohne Umkehr der Antriebsrichtung. Wenn jedoch V1 < V2 < V3 gilt, d. h. wenn ein Fokussiersignal absinkt, gibt der Mikroprozessor 73 ein Steuersignal zur Umkehr der Antriebsrichtung aus. Wenn ein Fokussiersignal V1 < V2 ist und V3 < V2 ist, bestimmt der Mikroprozessor 73, daß V2 das nächste Filtersignal in der In-Fokus-Lage ist. Der Mikropro zessor 73 führt dann eine In-Fokus-Lagebestimmung durch In terpolation durch.

Diese Interpolation wird dadurch durchgeführt, daß in den Gleichungen (II) und (III) wie folgt ersetzt wird: g(X_m-1) = V3, g(X_m) = V2 und g(X_m+1) = V1.

Der Mikroprozessor 73 bestimmt einen Antriebsbetrag, um das fotografische optische System 31 in die In-Fokus-Lage in Übereinstimmung mit der erhaltenen In-Fokus-Lage zu bewegen, wobei auch die momentane Lage des fotografischen optischen Systems 31 herangezogen wird, welche durch eine Impulszäh lung während des Antriebs des Impulsmotors 49 erhalten wird.

Somit wird bei der zweiten Ausführungsform wie in der ersten Ausführungsform eine hochgenaue Fokuseinstellung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt. Da zusätzlich das nicht zer störbare Bildaufnahmeelement 71 verwendet wird, kann eine Subtraktion der Fokussiersignale f_N(x) durchgeführt werden, um das Fokussiersignal g(x) zu erhalten, welches durch die Rectfunktion gefiltert wurde. Dies hat zur Folge, daß der Filterkreis 45 gemäß der ersten Ausführungsform in der zwei ten Ausführungsform weggelassen werden kann und die Vorrich tung kompakter ausfällt.

Wenn in der zweiten Ausführungsform die Werte V1, V2 und V3 (V1 < V2 und V3 < V2) der Filtersignale detektiert werden, wird die Antriebsrichtung des fotografischen optischen Sys tems 31 umgekehrt, um die Antriebsgeschwindigkeit zu ver ringern, ohne daß unmittelbar die Interpolation durchgeführt wird, so daß die Fokuseinstellung durchgeführt wird. In die sem Falle kann das Signal-/Rausch-Abstandsverhältnis des Fo kussiersignals verbessert werden und eine Detektionsgenauig keit kann weiter verbessert werden.

Im folgenden wird nun eine dritte Ausführungsform der vor liegenden Erfindung beschrieben.

Ein Aufbau einer automatischen Fokussiervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 19 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in der er sten oder zweiten Ausführungsform bezeichnen auch in der dritten Ausführungsform gleiche Teile und eine nochmalige detaillierte Beschreibung erfolgt nicht.

Die dritte Ausführungsform verwendet ein Lesezeitintervall eines nicht zerstörbaren Elementes 71 bei Messung einer Lu minanz eines Bildes, welches durch ein fotografisches opti sches System 31 gebildet wird. Das nicht zerstörbare Element 71 wird von einem Lesetaktsignal Φc angetrieben, welches von einem Treiberschaltkreis 90 kommt. Ein Spitzensignal PE der akkumulierten Ladung des Elementes 71 wird in ein D-Flip- Flop 92 über einen Komparator 91 eingegeben. Der Komparator 91 weist einen Schwellenwertpegel Vref auf, der etwas klei ner ist, als der Spitzenwert (Sättigungspegel) der akkumu lierten Ladung des nicht zerstörbaren Element 71. Wenn ein Spitzensignal PE mit einem Wert größer als der Schwellenwert Vref in den Komparator 91 eingegeben wird, gibt der Kompara tor 91 einen Ausgang mit hohem Pegel "H" als Ausgang PK an das Flip-Flop 92. Das Flip-Flop 92 empfängt das Signal PK von dem Komparator 91 an seinem D-Eingang und der Lesetakt Φc von dem Treiberschaltkreis 90 an dem Takteingang (CLK). Wenn der D-Eingang auf "H" ist und ein CLK-Eingang dem Flip- Flop 92 zugeführt wird, wird der Q-Ausgang "H". Der Q-Aus gang des Flip-Flops 92 wird an das nicht zerstörbare Element 71 als Rücksetzsignal gegeben, wenn das nicht zerstörbare Element 71 auf "H" gesetzt ist. Das Zeitverhalten des Lesetaktsignals Φc von dem Treiberschaltkreis 90 wird durch einen Mikroprozessor 93 gesteuert. Das Bildsignal vom dem nicht zerstörbaren Element 71 wird an einen Verstärker 33 gegeben. Ein BPF 37 und ein vor-photometrischer Schaltkreis 94 sind parallel miteinander mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 33 verbunden. Der vor-photometrische Schaltkreis 94 mißt eine Luminanz eines Bildes von dem nicht zerstörba ren Element 71 unter Verwendung des eingegebenen Bildsignales und gibt das gemessene Ergebnis an den Mikroprozessor 73 aus. Eine Anordnung zur Erhaltung eines Fokussiersignales über einen Quadratschaltkreis 39, einen A/D-Wandler 39 und einen Integrator 42 unter Verwendung des Bildsignalaus ganges von dem BPF 37 ist die gleiche wie in der zweiten Ausführungsform.

Die Arbeitsweise dieser dritten Ausführungsform wird nun im folgenden beschrieben.

Die Luminanz des Bildes wird von dem vor-photometrischen Schaltkreis 94 gemessen. Diese Messung dauert während eines Zeitintervalls tv vom Start des Fotografierens bis zu dem Zeitpunkt an, zu dem der D-Eingang des Flip-Flops 92 zu "h" wird. Dies heißt, daß die vor-photometrische Messung anhält, bis der Spitzenwert PE des nicht zerstörbaren Elementes 71 den Schwellenwert Vref übersteigt.

Wenn hierbei das Zeitintervall tv kürzer ist als die Ein heitsakkumulations- oder -sammelzeit t_s gemäß der ersten Ausführungsform, ist das Objekt ausreichend hell. Wenn das Objekt für die Einheitsakkumulationszeit t_s belichtet wird, gerät das nicht zerstörbare Element 71 in die Sättigung. Dieser Zustand wird im folgenden Sättigungsmodus genannt.

Eine Einheitsakkumulationszeit t_s', welche die Bedingung t_s < tv erfüllt, wird von dem Mikroprozessor 93 auf der Grundlage der vor-photometrischen Daten von dem vor-photome trischen Schaltkreis 94 gesetzt. Das nicht zerstörbare Ele ment 71 wird zu jeder Einheitsakkumulationszeit t_s' zurück gesetzt, um ein Bildsignal SO zu lesen.

Wenn das Zeitintervall tv länger ist als die Einheitsakkumu lationszeit t_s' ist das Objekt dunkel. Das nicht zerstörbare Element 71 wird nicht gesättigt durch die Belichtung inner halb der Einheitsakkumulationszeit t_s. Dieser Zustand wird im folgenden ein Nicht-Sättigungs-Modus genannt.

Fig. 20 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Rücksetzvorganges in einen Nicht-Sättigungs-Modus. Fig. 20 zeigt ein Spitzensignal PK, welches einen Ladungsakkumula tionszustand des nicht zerstörbaren Elementes 71 darstellt, einen Spitzensignaleingang PE an den D-Eingang des Flip- Flops 92, das Lesetaktsignal Φc von dem Treiberschaltkreis 90 bei jedem t_s als Takteingang für das Flip-Flop 92 und das Rücksetzsignal R als Ausgang Q des Flip-Flops 92.

Wenn ein Bildaufnahmevorgang des nicht zerstörbaren Elemen tes 71 begonnen wird, wird ein Bildsignal zu jeder Einheits akkumulationszeit t_s gelesen. Wenn die Ladung durch das nicht zerstörbare Element 71 akkumuliert wurde und der Aus gangspegel des Spitzensignals PE den Schwellenwert Vref zur Zeit S₁ überschreitet, geht der Eingang D auf den Pegel "H". Der Ausgang Q geht ebenfalls auf dem Pegel "H" aufgrund des Taktausgangs Φc bei einer Zeit von 4t_s nach dem der Eingang nach D auf "H" gegangen ist, und das nicht zerstörbare Element 71 wird zurückge setzt. Der Ausgang Q geht beim nächsten Lesetakt Φc auf den Pegel "L" zurück. Wenn der Ausgangspegel des Spitzensignals PE den Schwellenwert Vref zur Zeit S₂ wieder überschreitet, wird ein ähnlicher Rücksetzvorgang erneut begonnen.

In dieser Ausführungsform wird die Luminanz des Bildes von dem vor-photometrischen Schaltkreis 94 gemessen. Im Sätti gungsmodus wird die Einheitsakkumulationszeit t_s' welche die Bedingung t_s' < tv erfüllt gesetzt und das nicht zerstörbare Element 71 wird während jeder Einheitsakkumulationszeit t_s' zurückgesetzt. Danach wird das Bildsignal SO gelesen. Im Nicht-Sättigungs-Modus wird die Einheitsakkumulationszeit, welche als Ausgangszeitpunkte für das Lesetaktsignal oc dient auf der Grundlage des Helligkeitsdatums gesetzt. Zur gleichen Zeit wird der Schwellenwert Vref, der etwas kleiner ist als der Sättigungspegel relativ zum Spitzensignal PE, welches des Ladeakkumulationszustand des nicht zerstörbaren Element 71 anzeigt, gesetzt. Wenn der Ausgangspegel des Spitzensignals PE den Schwellenwert übersteigt, wird das nicht zerstörbare Element 71 in Antwort auf den Lesetakt Φc, der zum nächsten Zeitpunkt ausgegeben wird zurückgesetzt. Somit kann eine Sättigung des nicht zerstörbaren Elementes 71 und eine Schwächung des Bildsignales verhindert werden und eine hochgenaue Fokuseinstellung kann ungeachtet der Helligkeit bzw. Luminanzpegel von Objekten durchgeführt wer den.

In der dritten Ausführungsform werden die Fokussiersignale im Sättigungsmodus nicht gefiltert. Das Fokussier signal kann jedoch durch den Mikroprozessor 93 einer Filte rung unterworfen werden.

Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung erläutert.

Fig. 21 ist Blockdiagramm, welches eine Anordnung einer automatischen Fokussiervorrichtung gemäß einer vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche Be zugszeichen wie in den ersten drei Ausführungsformen be zeichnen gleiche Teile und eine nochmalige genaue Beschrei bung hiervon erfolgt nicht.

Diese Ausführungsform verwendet eine Fokuseinstellung in ei nem beliebigen Bereich eines Bildes unter Verwendung eines Bereichssensors.

Gemäß Fig. 21 ist mit dem Bezugszeichen 100 ein Bereichssen sor bezeichnet, der seinerseits ein X-Y adressiertes Bild aufnahmeelement, wie ein MOS, ein SIT oder ein CMD-Element umfaßt. Der Bereichssensor 100 wird von einem Treibersignal ausgang D eines Treiberschaltkreises 101 betrieben und ein Bildsignal eines bestimmten Bildbereiches wird gelesen. Ein vor-photometrischer Schaltkreis 94 empfängt das Bildsignal von dem Bereichssensor 100 und mißt eine Luminanz eines Bil des von dem eingegangenen Bildsignal. Das Luminanzsignal wird in einen Mikroprozessor 102 eingegeben. Der Mikropro zessor 102 weist eine Funktion des Setzens einer Akkumula tionszeit derart auf, daß verhindert wird, daß eine be stimmte Fläche des Bereichssensors 100 in die Sättigung ge rät, wobei des Festsetzen der Akkumulationszeit auf der Grundlage des eingehenden Luminanzsignals, einer Funktion des Festsetzens eines Lesebereiches des Bereichssensors 100 und einer Funktion des Durchführens der Erfassung der In-Fo kus-Lage aus den Filtersignalen g(x) erfolgt.

Fig. 22 zeigt eine Anordnung des Bereichssensors 100. Der Bereichssensor 100 weist eine Mehrzahl von Fotosensoren FS auf, welche in einer Matrixform angeordnet sind. Die Foto sensoren FS sind jeweils mit einer Mehrzahl von horizontalen Signalleitungen L_1-1 bis L_1-N verbunden, von denen jede mit einem Ende mit einem vertikalen Adressendecoder 103 und ver tikalen Adressenschaltern 103S verbunden ist. Die Fotosenso ren FS sind jeweils über horizontale Adressschalter 104S mit einer Mehrzahl von vertikalen Signalleitungen L_11-1 bis L_11-N' verbunden, von denen jede mit einem Ende mit einem hori zontalen Adressendecoder 104 verbunden ist.

Bei dem Bereichssensor 100 mit dem obigen Aufbau wird eine bestimmte der horizontalen Signalleitungen L_1-1 bis L_1-N durch den vertikalen Adressendecoder 103 ausgewählt und eine bestimmte der vertikalen Signalleitungen L_11-1bis L_11-N' wird durch den horizontalen Adressendecoder 104 ausgewählt, um gleichzeitig die horizontalen und vertikalen Adressschal ter 103S und 104S einzuschalten, welche mit den entsprechen den Leitungen verbunden sind, so daß akkumulierte Ladungen von der Mehrzahl von Fotosensoren FS des ausgewählten Berei ches als Bildsignal SO ausgelesen werden. Ein Lesebereich wird durch Treibersignale D adressiert, welche den vertika len und horizontalen Adressendecoder 103 und 104 eingegeben werden, so daß ein Bildsignal eines Bildes in einem beliebi gen Bereich gelesen werden kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 23 erfolgt nun eine Beschreibung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform. Die horizontale Richtung des Bereichssensors 100 gemäß Fig. 22 ist als X-Achse definiert (X = 1, 2, . . . n) und die vertikale Richtung ist als Y-Achse definiert (Y = 1, 2, . . . n). Ein gestrichel ter Bereich in Fig. 23 sei der Bereich, auf den die Fokus einstellung stattfinden soll.

Ein vor-photometrischer Vorgang der gestrichelten Fläche wird zunächst durchgeführt.

Der Mikroprozessor 102 gibt Adreßbestimmungsdaten für die gestrichelten Bereiche ((Xs, Xs) - (Xe-, Ye)) an den Trei berschaltkreis 101 aus. Der Treiberschaltkreis 101 gibt ein Treibersignal D für die ausgewählten Adressen (Ys-Ye) an den vertikalen Adressendekoder 103 und ein Treibersignal D für ausgewählte Adressen (Xs - Xe) an den horizontalen Adressendekoder 104. Beispielsweise werden die während eines festgelegten Zeitintervalles tp akkumulierten Ladungen se quentiell als Bildsignale von den Photosensoren FS des ge strichelten Bereiches ausgelesen. Der vor-photometrische Schaltkreis 94 mit eine Helligkeit eines Bildes aus den ausgelesenen Bildsignalen und gibt die Luminanzdaten an den Mikroprozessor 102. Der Mikroprozessor 102 setzt eine Ein heitsakkumulationszeit t_s auf der Grundlage der Luminanzda ten. Das bedeutet, daß, wenn der Spitzenwert der von dem Photosensor FS akkumulierten Ladung nicht gesättigt ist und einen Schwellenwert in Höhe von 70% des Sättigungswertes überschreitet, wird das Akkumulationszeitintervall tp als Einheitsakkumulationszeit t_s definiert.

Wenn der Spitzenwert in der Sättigung ist, wird die Ladungs akkumulationszeit fortlaufend gekürzt, um die Luminanzdis krimination zu wiederholen, so daß eine Akkumulationszeit tpp erfaßt wird, für welche der Spitzenwert nicht in der Sättigung ist. Die erfaßte Akkumulationszeit tpp wird als Einheitsakkumulationszeit t_s gesetzt.

Wenn der Spitzenwert den Schwellenwert Vref nicht erreicht, wird die Ladungsakkumulationszeit fortlaufend verlängert, um die Luminanzdiskrimination zu wiederholen, so daß eine Akku mulationszeit tppp erfaßt wird, innerhalb der der Spitzen wert den Schwellenwert Vref übersteigt. Die erfaßte Akkumu lationszeit tppp wird als Einheitsakkumulationszeit t_s ge setzt.

Durch die obigen vor-photometrischen Vorgänge kann die Ein heitsakkumulationszeit t_s, welche eine Abschwächung des Bildsignales nicht verursacht, abhängig von der Luminanz des gestrichelten Bereiches festgesetzt werden. Ein Bildsignal SO des gestrichelten Bereiches wird während jeder Akkumula tionszeit t_s gelesen. Eine Lesereihenfolge der Bildsignale SO in dem gestrichelten Bereich wird wie folgt bestimmt:

X-Achsen-sequentielles Leseschema:
Dieser Lesevorgang beginnt beim Lesezugriff in der X-Achse. Bildsignale werden in einer Reihenfolge von Y = Ys-Reihen gelesen (d. h. (X_s, Y_s), (X_s+1, Y_s), . . . (X_e, Y_s), und da nach Y = Reihe Y_s+1, Y2 + 2, . . . Reihe Y_e.

Y-Achsen-sequentielles Leseschema:
Dieser Lesevorgang beginnt beim Lesezugriff in der Y-Achse. Bildsignale werden in einer Reihenfolge von X = Xs-Spalte ((X_s, Y_s), (X_s, Y_s+1), . . . (X_s, Y_e)) und dann X = Xs + 1 Spalte, Xs + 2 Spalte, . . . Xe Spalte gelesen.

Schrägrichtungs-sequentielles Leseschema:
Dieser Lesevorgang beginnt mit einem Lesezugriff in einer schrägen Richtung. Genauer gesagt, der Lesevorgang beginnt bei (X_s, Y_s) und liest dann sequentiell Ladungen von Pixeln (X_i, Y_i), welche die Bedingung Y_i = -X₁ + (X_s + Y_s + K) er füllen gemäß der Schraffur in Fig. 23.

Die obigen drei Leseschemata werden selektiv verwendet ab hängig von dem Objekttyp. Beispielsweise wird das Y-Achsen sequentielle Leseschema für ein Objekt mit horizontalen Streifen verwendet. Wenn das Objekt vertikale Streifen hat, wird das X-Achsen-sequentielle Leseschema verwendet. Jedes Leseschema wird zum Zeitpunkt des vor-photometrischen Vor ganges ausgewählt.

Die Ladungsakkumulationszeit t_s und die Lesereihenfolge wer den so bestimmt.

Eine Beziehung zwischen dem Lesetaktsignal, welches dem Be reichssensor 100 zugeführt wird und der Ladungsakkumulati onszeit des Bereichssensors 100 wird nun unter Bezug auf Fig. 24 erläutert. Die Fig. 24A bis 24C zeigen Lesetaktsi gnale und Pixels (Photosensoren FS), welche zu dieser Zeit gelesen werden. 1 bis N (N = m × n) entspricht den Pixelpo sitionen und 1' bis N' entspricht den nächsten Lesepositio nen. Wenn das Zeitintervall der Lesetaktsignale als tc gege ben ist, ergibt sich eine Zeit tN zur Lesung der Ladung al ler Pixel als tN = N × tc.

Wenn die Einheitsakkumulationszeit t_s länger als die Zeit tN ist (Fig. 24A), können die Ladungen ohne jedes Problem gele sen werden.

In Antwort auf zwei aufeinanderfolgende Taktimpulse (oder Taktimpulse mit einem geeigneten Intervall) wird auf das gleiche Pixel zugegriffen. In diesem Fall kann ein Lesezu griff durchgeführt werden, selbst wenn t_s < tN ist, da die Helligkeit hoch ist (tN ist zweimal das Zeitintervall in Fig. 24A). Das minimale Zeitintervall von t_s wird das Takt zeitintervall tc (Fig. 24B und 24C). Um die Lesezeit zu ver kürzen, ist eine Mehrzahl von horizontalen Adressendekodern und eine Mehrzahl von vertikalen Adressendekodern vorgese hen, welche alternierend betrieben werden. Zusätzlich kann ein Mehrfachlinien-Lesezugriff verwendet werden, um die Le segeschwindigkeit zu erhöhen und Ladungen von benachbarten Pixeln können hinzuaddiert werden, um das Signal-Rausch-Ab standsverhältnis zu erhöhen. Obwohl die Integrationszeiten der entsprechenden Pixel unterschiedlich sind, da auf alle Pixel sequentiell im Lesezugriff zugriffen wird (die Inte gration der optischen Position ist identisch zu t_s), werden die Fokussiersignale gemittelt in Richtung der optischen Achse und keine Probleme liegen vor.

Das wie oben beschrieben gelesene Bildsignal wird in den Bandpaßfilter 37 als eindimensionales Signal eingegeben und wird auf gleiche Art und Weise wie in der ersten Ausfüh rungsform verarbeitet, so daß eine Fokuseinstellung durchge führt werden kann.

Da bei dieser Ausführungsform ein Bild unter Verwendung des Bereichssensors 100 aufgenommen wird, kann eine Hochge schwindigkeitsfokuseinstellung eines beliebigen Bereiches eines Bildes mit hoher Präzision durchgeführt werden.

Die vierte Ausführungsform veranschaulicht den Betrieb, wel cher den vor-photometrischen Schaltkreis 94 veranlaßt, ein Bildsignal-Leseschema auszuwählen. So ist es möglich, einen Schaltkreis zu erhalten, der den Objekttyp unterscheiden kann.

Bei den sequentiellen Leseschemata in X- und Y-Achse werden die Bildsignale in Reihen- oder Spalteneinheiten addiert. Hierdurch kann das Signal/Rausch-Abstandsverhältnis des Si gnales weiter verbessert werden. Um die Signale zu addieren, ist ein Pfad des Bandpaßfilters 37 zu dem A/D-Wandler 39 in Fig. 21 in Serie mit einem A/D-Wandler 110, einem Addierer 111, einem Bandpaßfilter 112 und einem Absolutschaltkreis 113 verbunden, wie in Fig. 25 dargestellt.

In der beschriebenen vierten Ausführungsform ist der Band paßfilter 37 ein Filterschaltkreis für eindimensionale Signale (Bildsignale), kann jedoch auch ein zweidimensiona les Filter sein, wie beispielsweise ein Maskenprozessor mit einem Puffer.

Nachfolgend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung beschrieben.

Fig. 26 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung der fünften Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen wie in der ersten bis vierten Ausführungsform bezeichnen hier auch gleiche Teile und eine nochmalige detaillierte Beschreibung erfolgt nicht.

Die fünfte Ausführungsform verwendet eine CCD als zweidimen sionales Bildaufnahmeelement als einen Bereichssensor gemäß der dritten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 26 ist ein CCD-zweidimensionales Bildaufnahmeele ment 120 vorgesehen, welches einen Übertragungsgattertrei berimpuls ΦT, einen vertikalen Taktimpuls ΦV, einen horizon talen Taktimpuls ΦH und einen Ausgangsgattertreiberimpuls Φ01 und Φ02 von einem Treiberschaltkreis 121 erhält. Ein Mi kroprozessor 122 hat die gleiche Funktion wie der Mikropro zessor in der vierten Ausführungsform und setzt insbesondere die oben erwähnten Ausgangsimpulse von dem Treiberschalt kreis 121 fest.

Fig. 27 zeigt. eine Anordnung des zweidimensionalen Bildauf nahmeelementes 120. Die CCD 120 weist m × n Pixel auf. Pho tosensoren 131, welche als Pixel dienen, sind in Matrixform angeordnet. Übertragungsgatter 132-11 bis 132-17 sind ent lang der Mehrzahl von Photosensoren 131-11 bis 131-17, . . . 131-m1 bis 131-mn vorgesehen, welche in Y-Achse verlaufen. Die Übertragungsgattertreiberimpulse oT werden den Übertra gungsgattern 132 zugeführt. Vertikale Schieberegister 133-1 bis 133-m sind entlang den Übertragungsgattern 132-1 bis 132-m angeordnet. Die vertikalen Taktimpulse oV werden in die vertikalen Schieberegister 133 eingegeben. Ein Anschluß eines jeden Übertragungsgatters 132 und ein Anschluß eines jeden vertikalen Schieberegisters 133 sind mit einem hori zontalen Schieberegister 134 in Verbindung. Der horizontale Taktimpuls oH wird dem horizontalen Schieberegister 134 zu geführt. Eine Signalladung, welche auf das horizontale Schieberegister 134 übertragen wurde, wird über ein Aus gangsgatter 135, welches entlang des horizontalen Schiebere gisters 134 vorgesehen ist und ein Ausgangsgatter 136, wel ches an einem Anschluß des horizontalen Schieberegister 134 ist, extrahiert. Mit dem Bezugszeichen 137, 138 und 139 sind Ausgangssenken (output drains) bezeichnet. Eine Signalla dung, welche durch die Ausgangssenke 139 abgeführt wird, wird durch einen Ausgangsverstärker 140 als Bildsignal SO ausgegeben. Die Ausgangsgattertreiberimpulse o01 und o02 werden den Ausgangsgattern 135 und 136 zugeführt.

Die Fokuseinstellung von Photosensoren (X = X1 bis X2 und Y = Y1 bis Y2) des gestrichelten Bereiches in Fig. 27 wird nun als Arbeitsweise der fünften Ausführungsform beschrieben.

Wenn die Ladungsakkumulation abgeschlossen ist, werden die Ladungen der Photosensoren 131-11 bis 131-mn über die Über tragungsgatter 132-11 bis 132-m an die vertikalen Schiebere gister 133-11 bis 133-m abgegeben und dann mit hoher Ge schwindigkeit über das vertikale Schieberegister 133 an das horizontale Schieberegister 134 abgegeben. Die an das hori zontale Schieberegister 134 abgegebenen Signalladungen wer den über das Ausgangsgatter 135 an die Ausgangssenke 137 ab gegeben.

Der obige Lesevorgang wird für Signalladungen aller Pixel von den Reihen Y = n bis Y₂ + 1 durchgeführt. Die Hochge schwindigkeitsübertragung des vertikalen Schieberegisters 133 wird mit einer Geschwindigkeit durchgeführt, welche die Signalladungen, welche von den Photosensoren gelesen werden, nicht beeinflußt. Wenn die Signalladung der Reihe Y = Y₂ an das horizontale Schieberegister 134 übertragen wird, wird der Hochgeschwindigkeitsübertragungsvorgang angehalten und eine normale Signalleseoperation wird durchgeführt. Die Si gnalladungen mit Ausnahme der von X = X₁ bis X₂ werden über das Ausgangsgatter 136 und die Ausgangssenke 138 abgegeben.

Wenn der Signalladungslesezugriff der Pixel in dem rechteck förmigen Bereich abgeschlossen ist, wird die Hochgeschwin digkeitsübertragung erneut begonnen und die Signalladungen von den Pixeln der Reigen Y = Y₁ - 1 bis Y₁ werden an die Ausgangssenke 137 abgegeben.

Die Bildsignale des rechteckförmigen Bereiches gemäß der Fig. 27 werden durch die obigen Abläufe mit hoher Geschwin digkeit gelesen. Die Ladungsakkumulationszeit während des obigen Lesevorganges ist eine Periode, die nötig ist, die Ladungen an das vertikale Schieberegister 133 zu übertragen. Diese Zeitperiode dient als Einheitsakkumulationszeit t_s. Die Einheitsakkumulationszeit t_s wird auf der Grundlage von Luminanzdaten bestimmt, welche von dem vor-photometrischen Schaltkreis 94 in gleicher Weise wie in der vierten Ausfüh rungsform gemessen werden. Die Signalladung des rechteckför migen Bereiches wird während jeder Einheitsakkumulationszeit gelesen und in den Bandpaßfilter 37 eingegeben. Die nachfol genden Abläufe sind die gleichen wie in der ersten Ausfüh rungsform. Daß heißt, ein Fokussiersignal g(x) und Filtersi gnal f_N(x) werden berechnet und eine Fokuseinstellung wird durchgeführt.

Somit wird bei dieser Ausführungsform das zweidimensionale Bildaufnahmeelement 120 (CCD) verwendet, um eine Hochge schwindigkeitsfokuseinstellung eines beliebigen Bereiches eines Bildes mit hoher Präzision durchzuführen.

Wenn die Bildsignale, die von dem zweidimensionalen CCD-Bildaufnahmeelement 120 gelesen werden, in Spalten- oder Reiheneinheiten addiert werden, kann ein Signal/Rausch-Ab standsverhältnis des sich ergebenden Signales verbessert werden und eine noch genauere Fokuseinstellung ist möglich.

Eine automatische Fokussiervorrichtung zur Durchführung ei ner verbesserten Interpolationsoperation wird nun als sech ste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Wie bereits unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform erläutert, werden ein Maximalwert und Signalwerte vor und nach dem Maximalwert des Fokussiersignals verwendet, um aus den Gleichungen (II) und (III) die In-Fokus-Lage zu erhal ten. In den Gleichungen (II) und (III) bedeutet Δx ein In tervall zwischen benachbarten der drei Werte und dieses In tervall wird Interpolationsintervall genannt. Das Interpola tionsintervall Δx beeinflußt direkt die Fokussiergenauigkeit und ein optimales Interpolationsintervall Δx muß ausgewählt werden.

Da der Interpolationsvorgang unter Verwendung der obigen drei Werte einen Fehler beinhaltet, muß dieser Fehler korri giert werden.

Somit wird bei der nun folgenden Ausführungsform ein optima les Intervall erfaßt und der Interpolationsfehler wird da nach korrigiert.

Zunächst wird die Erfassung eines optimalen Interpolations intervalls beschrieben.

Interpolationsfehler beinhalten einen Fehler, der in den arithmeti 18885 00070 552 001000280000000200012000285911877400040 0002004006592 00004 18766schen Vorgängen enthalten ist und einen Fehler, der durch Bildsignalrauschen entsteht. Der arithmetische Fehler ist ein vorherbestimmter Fehler, bestimmt durch das Interpo lationsintervall Δx und Erfassungspositionen (im folgenden als Interpolationspositionen bezeichnet) der drei obigen Werte. Es sei nun angenommen, daß ein Fokussiersignal durch eine Gausssche Kurve gemäß Fig. 28 vertreten ist (in diesem Fall ist die nächste Position gegeben als x = 0 und eine in finite Position ist gegeben als x = 90) und Fehler, verur sacht durch das Interpolationsintervall und die Interpolati onslagen, sind in den Fig. 29A bis 29E dargestellt. Ein Feh lerbetrag ist entlang der Ordinate aufgezeichnet und die In terpolationspositionen sind entlang der Abszisse in jeder Graphik dargestellt. Das Referenzsymbol L bezeichnet den Fall, wo zwei linke Punkte aus den drei Punkten identische Fokussiersignale haben, wie in Fig. 30A dargestellt. Das Symbol M vertritt den Fall, wo zwei Endpunkte aus den drei Punkten identische Fokussiersignale haben, wie in Fig. 30B dargestellt. Das Symbol R vertritt den Fall, wo zwei rechte Punkte aus den drei Punkten identische Fokussiersignale ha ben, wie in Fig. 30C dargestellt.

Gemäß den Fig. 29A bis 29E ist, wenn Δx = 14, der arithmeti sche Fehler praktisch Null und dieser Wert wird zum optima len Wert.

Der Fehler verursacht durch das Bildsignalrauschen tritt als Fokussiersignalrauschen auf und eine Mehrzahl von Spitzen oder Impulsspitzen treten in dem Fokussiersignal auf. Aus diesem Grund muß das Interpolationsintervall Δx einen Wert haben, der größer ist als ein gegebener Wert, um zu verhin dern, daß die Interpolationsvorgänge durch Rauschen beein flußt werden.

Wie ebenfalls unter Bezug auf die erste Ausführungsform be schrieben, werden die Fokussiersignale gefiltert, um das Rauschen zu unterdrücken und die Bedingung für den Minimal wert des Interpolationsintervalls Δx kann weniger streng be handelt werden. Das heißt, wenn ein Filtergewichtungskoeffi zient erhöht wird, muß das interpolationsintervall Δx ver ringert werden. Im Gegensatz hierzu, wenn der Gewichtungsko effizient klein ist, muß das Interpolationsintervall Δx er höht werden. Der Minimalwert des Interpolationsintervalls Δx bestimmt durch den Gewichtungskoeffizient des Filtervorgangs und das Bildsignalrauschen werden mit dem Optimalwert des Interpolationsintervalls Δx verglichen, um den arithmeti schen Fehler der Interpolation zu minimieren, um einen wah ren Optimalwert des Interpolationsintervalls Δx zu bestim men. Da zusätzlich der arithmetische Fehler der Interpola tion durch die Form des Fokussiersignals negativ beeinflußt wird, wird der wahre optimale Wert des Interpolationsinter valls Δx durch ein BPF-Band, ein MTF des photographierenden optischen Systems, eine Brennweite, eine f-Zahl oder dergl. bestimmt.

Eine Art Flußdiagramm zur Erkennung des optimalen Wertes un ter den obigen Bedingungen ist in Fig. 31 dargestellt. Gemäß Fig. 31 werden der Gewichtungskoeffizient im Filterprozeß und die Luminanzdaten des BPF-gefilterten Bildsignales ver wendet, um das Rauschen des Fokussiersignales abzuschätzen. Die Form des Fokussiersignales wird durch das BPF-Band, die Brennweite, die f-Zahl und des MTF des photographierenden optischen Systems bestimmt. Ein optimaler Wert des Interpo lationsintervalls Δx wird durch das abgeschätzte Signalrau schen und die Form des Fokussiersignals bestimmt.

Die Korrektur eines Fehlers verursacht während eines Inter polationsvorganges wird nun im folgenden beschrieben.

Gemäß den Fig. 29A bis 29E beinhaltet die In-Fokus-Lage, be rechnet unter Verwendung des Interpolationsintervalls Δx und der Interpolationslagen, einen festen Fehler. Da anderer seits eine Interpolationslage unter Verwendung der drei Werte berechnet werden kann, die ihrerseits in dem Interpo lationsvorgang verwendet werden, kann der Fehlerbetrag be stimmt werden. Somit wird der Fehlerbetrag von der In-Fokus- Lage subtrahiert, welche durch den Interpolationsvorgang er halten wurde, um eine korrekte In-Fokus-Lage zu erhalten.

Es sei nun angenommen, daß Δx = 20. Der Fehlerbetrag, der durch die Interpolationsoperation für Δx = 20 verursacht wird, ist in Fig. 29E dargestellt, und der entsprechende Be reich ist in Fig. 32A herausgezogen. Wie in Fig. 32B darge stellt, sei angenommen, daß die erhaltenen Fokussiersignale g(x1), g(x2) und g(x3) sind und daß die aus diesen Fokus siersignalen berechnete In-Fokus-Lage als X gegeben ist. Es sei festgehalten, daß X1 + 40 = X1 + 20 = X2, g(x1) < g(x2) und g(x2) < g(x3). Die Werte der Signale g(x1) und g(x3) werden durch den Wert des Signals g(x2) dividiert:

g₁ = g(x1)/g(x2), g₃ = g(x3)/g(x2) (10)

wonach

z₀ = g₁-g₃(11)

In Gleichung (11) ist z₀ ein Wert auf der Z-Achse, wie in Fig. 32A dargestellt, und es ergibt sich somit, daß der Feh ler e(z₀) ist.

Eine wahre In-Fokus-Lage XT kann wie folgt erhalten werden:

X_T = X - e(z0) (12)

Der Fehler, verursacht durch die arithmetische Operation im Interpolationsprozeß, kann korrigiert werden.

Fig. 33 zeigt eine Anordnung einer automatischen Fokussier vorrichtung, welche die obige Interpolationsmethode verwen det.

Gemäß Fig. 33 ist mit dem Bezugszeichen 151 ein Bildaufnah meelement bezeichnet, welches über einen Treiberschaltkreis 152 einem Lesezugriff unterworfen wird. Ein ROM 153 spei chert eine Tabelle der Werte der Interpolationsintervalle Δx. Das ROM 153 sucht ein optimales Δx auf der Grundlage der Brennweite f von einem photographierenden optischen System 31, einer f-Zahl F, Luminanzdaten E von einem vor-photome trischen Schaltkreis 94, einem Band b eines BPF 37 und eines Gewichtungskoeffizienten w eines Filterschaltkreises 45. Ein ROM 154 speichert eine Tabelle von Fehlerbeträgen e(z₀) der Interpolationsoperation selbst. Das ROM 154 sucht einen Feh lerbetrag e(z₀) entsprechend dem Interpolationsintervall Δx von dem ROM 153 und der Interpolationsposition Z von einem Mikroprozessor 150 und gibt den entsprechenden Fehlerbetrag an den Mikroprozessor 150.

Wenn eine Fokuseinstellung in der automatischen Fokussier vorrichtung gemäß obigen Aufbau begonnen wird, wird ein vor photometrischer Vorgang begonnen, um eine Akkumulationszeit des Bildaufnahmeelementes 151 zu starten. Die Luminanzdaten des Objektes gemessen durch den vor-photometrischen Schalt kreis 94 werden in das ROM 153 ausgegeben. Gleichzeitig wer den Brennweite f des photographierenden optischen Systems 31, die f-Zahl F und das Band b des BPF 37 und der Filter gewichtungskoeffizient w in das ROM 153 eingegeben. Das ROM 153 sucht ein optimales Interpolationsintervall Δx auf der Grundlage dieser eingegebenen Daten und gibt das gesuchte optimale Interpolationsintervall ΔX an den Mikroprozessor 150 aus.

Die Detektion der Fokussiersignale wird begonnen und Filter signale g(x) werden während des Intervalls x = Δx berechnet. Unter Verwendung der drei Werte g(x1), g(x2) und g(x3) nahe des Maximalwertes des Filtersignals g(x) wird der Interpola tionsvorgang durch den Mikroprozessor 150 auf der Grundlage der Gleichung (II) und (III) durchgeführt, so daß die In-Fo kus-Lage berechnet wird. Die korrekte In-Fokus-Lage X_T wird dann auf der Grundlage der Gleichung (10) und (11) berech net. Das photographierende optische System 31 wird dann in die In-Fokus-Lage X_T bewegt, um die Fokusjustierung durch zuführen.

Bei dieser Ausführungsform wird das optimale Interpolations intervall Δx verwendet und der Fehler, der durch den Inter polationsvorgang selbst verursacht wird, wird in dem Inter polationsvorgang korrigiert. Somit kann eine Fokuseinstel lung mit sehr hoher Präzision durchgeführt werden.

Die optimalen Interpolationsintervalle Δx und die Fehler der Interpolationsvorgänge selbst werden als Tabellen in den ROMs 153 und 154 gespeichert und die gespeicherten Daten werden auf der Grundlage des Bildaufnahmezustandes erkannt. Somit kann auch eine Hochgeschwindigkeits-Fokusjustierung durchgeführt werden.

Nachfolgend wird eine siebte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung beschrieben.

Diese Ausführungsform veranschaulicht eine Fokuseinstellung unter Verwendung einer Unschärfenfolgerung (fuzzy interfe rence), um automatisch einen Bereich eines Bereichssensors auszuwählen, wie er unter Bezugnahme auf die vierte Ausfüh rungsform beschrieben wurde und um eine Fokuseinstellung des ausgewählten Bereiches durchzuführen. Die Hardware der sieb ten Ausführungsform ist ähnlich der vierten Ausführungsform.

In der siebten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Aus wahl eines Bereiches beschrieben, an dem eine Fokuseinstel lung durchgeführt werden soll.

In Fig. 34A sind A, B und C Distanzmeßbereiche, welche Ab stände zu einem Objektbild darstellen. Ein Ablauf zur Aus wahl eines Bereiches für die Fokuseinstellung aus den drei Bereichen A, B und C auf der Grundlage einer Unschärfenfol gerung wird nun im folgenden beschrieben.

Beispielsweise ist gemäß Fig. 34B ein nahes Objekt im Be reich A angeordnet und weite oder ferne Objekte sind ent sprechend in den Bereichen B und C angeordnet. In diesem Falle werden Fokussiersignale gemäß Fig. 35A erhalten. Wenn ein weites oder fernes Objekt im Bereich A angeordnet ist und nahe Objekte entsprechend in den Bereichen B und C ange ordnet sind, wie in Fig. 34C dargestellt, werden Fokussier signale gemäß Fig. 35B erhalten. Die Linsenlage, welche die Position des fotografischen optischen Systems in den Fig. 35A und 35B darstellt, ist entlang der Abszisse aufge zeichnet.

Wenn die Linse von einer Lage x₁ in eine Lage x₂ gebracht wird, ändern sich die Fokussiersignale in den Bereichen A, B und C wie folgt:

Zustand von Fig. 35A:
Fokussiersignal von Bereich A: verringert
Fokussiersignal von Bereich C: erhöht
Fokussiersignal von Bereich C: erhöht

Zustand von Fig. 35B:
Fokussiersignal von Bereich A: erhöht
Fokussiersignal von Bereich B: verringert
Fokussiersignal von Bereich C: verringert

Ob nun die Objekte in den entsprechenden Bereichen weite, nahe oder mittlere Objekte sind, sie werden bei dieser Aus führungsform von Änderungen in Fokussiersignalen, Fokussier signalwerten und entsprechenden Linsenlagen beeinflußt (Fol gerung 1). Ein Bereich, der der Fokuseinstellung unterworfen wird, wird durch eine Beziehung zwischen den Bereichen und den Objekttypen (nahe, weit oder mittel) bestimmt (Folgerung 2).

Detaillierte Regeln von Folgerung 1 sind im folgenden darge stellt.

Folgerung 1

Diese Folgerung kann erhalten werden, wenn die Linse in Richtung unendlich bewegt wird. Wenn jedoch die Linse in Richtung der nächsten Distanz bewegt wird, kehren sich die Vorzeichen der Änderungen der Fokussiersignale um. Der Fo kussiersignalwert ist ein Mittelwert der Fokussiersignal werte, z. B. an den Positionen x1 und x2 und die Linsenlage ist ein Mittelwert zwischen den Positionen x1 und x2.

Die detaillierten Regeln von Folgerung 2 sind wie folgt:

Regel 1 Wenn der Bereich A ein nahes Objekt beinhaltet, wähle den Bereich A.

Regel 2 Wenn der Bereich B ein nahes Objekt enthält, wähle den Bereich B.

Regel 3 Wenn der Bereich C ein nahes Objekt enthält, wähle den Bereich C.

Regel 4 Wenn der Bereich B ein mittleres Objekt und der Bereich A ein weites Objekt enthält, wähle den Bereich B.

Regel 5 Wenn der Bereich C ein mittleres Objekt und der Bereich A ein weites Objekt enthält, wähle den Bereich C.

Linsenlage, Fokussiersignalwert und die Änderung des Fokus siersignals, die in den obigen Regeln beschrieben sind, sind entsprechend als Unschärfensets (fuzzy sets) unter Verwen dung von Membership- oder Mitgliedsfunktionen gemäß den Fig. 36A bis 36D definiert.

Ein detailliertes Folgerungsverfahren auf der Grundlage von Folgerung 1 und 2 wird nun im folgenden beschrieben.

In Folgerung 1 sind die Grade der verschiedenen Bedingungen der Regeln durch die Membership-Funktionen Fu und Fc erhalt bar, welche experimentell gemäß den Fig. 36A bis 36C er haltbar sind und die Minimalwerte von jeglichen Bedingungs graden der Regeln sind als G₁, G₂, G₃, . . . G₉ gegeben.

Ein Maximalwert der Minimalwerte G₁, G₂ ist als Plausibili tät eines nahen Objektes definiert und ein Maximalwert der Minimalwerte G₇, G₈ und G₉ ist als Plausibilität eines wei ten Objektes definiert. Die Plausibilität eines jeden Berei ches ist so bestimmt.

In Folgerung 2 werden unter Verwendung der Plausibilitäten in Folgerung 1 die Grade der Regeln erhalten. Beispielsweise ist die Plausibilität eines nahen Objektes im Bereich A als Grad in Regel 1 gegeben und eine kleinere Plausibilität des mittleren Objektes im Bereich B und die Plausibilität des weiten Objektes im Bereich A ist in Regel 4 als Grad gege ben. Eine Regel, welche einen Maximalwert des Grades ergibt wird als korrekte Regel bestimmt und ein auszuwählender Be reich wird auf der Grundlage der korrekten Regel gewählt.

Unter Verwendung der obigen Unschärfen-Folgerung wird ein Bereich, an dem die Fokuseinstellung vorgenommen werden soll aus den Fokussiersignalwerten an zwei unterschiedlichen Po sitionen und der Positionsinformation des fotografischen op tischen Systems ausgewählt.

Eine Arbeitsweise dieser Ausführungsform wird nun beschrie ben.

Wenn die Fokuseinstellung begonnen wird, wird ein vor-photo metrischer Vorgang durchgeführt in gleicher Weise wie in der vierten Ausführungsform und eine Akkumulationszeit, welche die Bildsignale nicht negativ beeinflußt, wird festgesetzt.

Die Adressen der Lesebereiche A, B und C des X-Y-adressier ten Bildaufnahmeelementes 100 werden sequentiell in einem Treiberschaltkreis 101 durch einen Mikroprozessor 102 ge setzt. Die in den Bereichen A, B und C akkumulierten Ladun gen werden sequentiell als Bildsignale gelesen und arithme tische Vorgänge werden durchgeführt, um Fokussiersignale in Einheiten der Lesebereiche A, B und C zu erhalten. Ein foto grafisches optisches System 31 wird bewegt, um Fokussiersi gnalwerte gA(x1) und gA(x2) (für den Bereich A), gB(x1) und gB(x2) (für den Bereich B) und gC(x1) und gC(x2) (für den Bereich C) an den zwei Positionen x1 und x2 des fotografi schen optischen Systems 31 zu berechnen. Die Unschärfenfol gerung wird durchgeführt unter Verwendung der berechneten Fokussiersignalwerte, um einen Bereich zu bestimmen, der der Fokuseinstellung unterworfen werden soll.

Die Bildsignale von den bestimmten Bereich werden in ein Bandpaßfilter 37 eingegeben und auf gleiche Art und Weise wie in der vierten Ausführungsform verarbeitet, um die Fo kuseinstellung durchzuführen.

Da bei dieser Ausführungsform der der Fokuseinstellung zu unterwerfende Bereich durch die Folgerung 1 ausgewählt wird, welche Regeln hat, deren Bedingungen die Lage des fotgrafie renden optischen Systems, der Fokussiersignalwert und die Änderung im Fokussiersignal sind und durch Folgerung 2 aus gewählt wird, welche Regeln hat, deren Bedingungen die In formationen bezüglich einer Distanz zum Objekt und die Ob jektlage sind, kann ein der Fokuseinstellung zu unterwerfen der Bereich automatisch aus Bildern ausgewählt werden, die Objekte von nahe bis weit beinhalten.

In der siebten Ausführungsform wird ein bestimmter Bereich aus den drei Bereichen A, B und C ausgewählt. Der Bildbe reich kann jedoch in zwei, vier oder mehr Einzelbereiche un terteilt werden.

Die Membership-Funktionen, welche oben verwendet wurden, können geeignet ausgewählt werden abhängig von unterschied lichen Bedingungen (z. B. Brennweite und f-Zahl) des foto grafische optischen Systems und können abhängig von den un terschiedlichen Bedingungen des fotografischen optischen Sy stems auch korrigiert werden.

In der siebten Ausführungsform wird ein Mittelwert der Fo kussiersignalwerte an zwei unterschiedlichen Lagen auf der optischen Achse als Fokussiersignalwert in der unschärfen folgerung verwendet. Dieser Durchschnittswert kann jedoch auch normalisiert werden, beispielsweise durch Division des Mittelwertes mit den Luminanz des entsprechenden Bereiches und der normalisierte Wert kann als Fokussiersignalwert ver wendet werden.

Die Plausibilität eines jeden Objektes erhalten durch Folge rung 1 kann multipliziert werden mit der Membership-Funktion gemäß Fig. 36D und eine Summe (gestrichelter Bereich) von Funktionen gemäß Fig. 37B kann verwendet werden, um die Schwerpunktsmittenlage zu erhalten, um eine Objektdistanz zu ermitteln. Der gestrichelte Bereich in Fig. 37B ist ein Be reich, der die Summe von Funktionen multipliziert mit Plau sibilitäten vertritt. Ein Plausibilitätswert eines nahen Ob jektes ist 0,5, der eines mittleren Objektes ist 0,8 und der eines weiten Objektes ist 0,1.

In der Folgerung 2 können die Grade der Regeln erhalten wer den durch die Membership-Funktion von Fig. 37A unter Verwen dung der Objektdistanzen erhalten durch Folgerung 1 und eine Regel, welche den Maximalwert ergibt kann ausgewählt werden.

Die Objektdistanz erhalten durch Folgerung 1 kann für nach folgende Fokuseinstellungen verwendet werden. Eine Schätzung der Objektdistanz durch Folgerung 1 kann auch für einen Li niensensor oder dergleichen verwendet werden.

Claims

1. Automatische Fokussiervorrichtung mit
einem photographischen optischen System (31) zur Erzeu gung eines optischen Bilds eines Objekts,
einem Bildaufnahmeelement (32) zur Umwandlung des von dem photographischen optischen System (31) erzeugten opti schen Bilds in ein elektrisches Signal,
einer Treibereinrichtung (48, 49) zur Änderung der Re lativlage zwischen dem photographischen optischen System (31) und dem Bildaufnahmeelement (32),
einer Lesevorrichtung (34) zum Lesen der elektrischen, bei unterschiedlichen Relativlagen erhaltenen Signale als Bildsignale während der Änderung der Relativlage durch die Treibereinreichtung (48, 49),
einer Frequenzextraktionseinrichtung (37) zum Heraus greifen von Frequenzkomponenten desselben, spezifischen Frequenzbands aus den Bildsignalen, die sequentiell durch die Leseeinrichtung (34) gelesen werden,
einer Wandlereinrichtung (38), die die durch die Fre quenzextraktionseinrichtung (37) herausgegriffenen Fre quenzkomponenten in ein Signal umwandelt, das positive Werte besitzt, wobei durch die Frequenzkomponenten reprä sentierte Information beibehalten bleibt, und dieses Signal abgibt,
einer Fokussiersignalerzeugungseinrichtung (43) zur Ad dition der positiven Werte des Signals für die Erzeugung eines Fokussiersignals, und
einer Fokussierbetätigungseinrichtung (46) zur Berech nung einer Fokussierposition auf der Basis des Fokussiersi gnals, zur Berechnung eines Defokussierbetrags auf der Ba sis der Fokussierposition und zur Abgabe eines dem Defokus sierbetrag entsprechenden Treibersignals an die Treiberein richtung (48, 49).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß des weiteren eine Filtervorrichtung (45) vorgesehen ist zum Filtern des Fokussiersignals, welches von der Fo kussiersignalerzeugungseinrichtung (43) erzeugt wurde, um ein Filtersignal zu erhalten, von dem eine Hochfrequenzkom ponente eliminiert ist, und um das Filtersignal als Fokus siersignal an die Fokussierbetätigungsvorrichtung (46) aus zugeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bildaufnahmeelement (32) eine Ladung während einer festgelegten Ladungsakkumulationszeit sammelt und die gesammelte Ladung als elektrisches Signal ausgibt;
wobei weiterhin eine Bildsignalkorrekturvorrichtung (41) vorgesehen ist zur Division der Frequenzkomponenten von der Frequenzextraktionseinrichtung (37) durch die La dungsakkumulationszeit des Bildaufnahmeelementes (32) und zur Ausgabe des sich ergebenden Signales an die Fokussier signalerzeugungseinrichtung (43).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiersignalerzeugungseinrichtung einen In tegrator (42) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierbetätigungseinrichtung (46) durch Durchführung eines Interpolationsvorganges unter Verwendung eines Maximalwertes des von der Fokussiersignalerzeugungs einrichtung (43) erzeugten Fokussiersignals und der Signal werte, zwischen denen der Maximalwert liegt, die Fokussier position berechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung (45) ein Verzögerungselement erster Stufe, welches das Fo kussiersignal von der Fokussiersignalerzeugungseinrichtung (43) erhält, eine Mehrzahl von Verzögerungselementen, wel che in Serie mit dem Verzögerungselement erster Stufe ver bunden sind, eine Mehrzahl von Multiplizierern zur Multi plikation der Ausgänge von der Mehrzahl von Verzögerungs elementen mit einem festgelegten Filterkoeffizienten und zur Ausgabe der Produkte, und einen Addierer zur Addition der von den Multiplizierern erhaltenen Produkte und zur Ausgabe eines Summensignals aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung (45)
eine Mehrzahl von Multiplizierern mit Vorstufen- und Nachstufenmultiplizierern zur Multiplikation der eingehen den Fokussiersignale mit einem festgelegten Filterkoeffizi enten und zur Ausgabe von Produkten,
eine Mehrzahl von Verzögerungselementen zur Verzögerung der Produkte von den Vorstufenmultiplizierern um festge legte Verzögerungsperioden, um Verzögerungsausgange zu er zeugen, und
eine Mehrzahl von Addierern zur sequentiellen Addition der Verzögerungsausgänge von den Verzögerungselementen mit den Produkten der Nachstufenmultiplizierer aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung (45)
einen Silospeicher (FIFO) zum sequentiellen Empfangen der Fokussiersignale und zum sequentiellen Ausgeben der Fokussiersignale in der Eingangsreihenfolge,
eine Vorrichtung zum Berechnen von Differenzen zwischen den Fokussiersignalen aus dem FIFO und den eingehenden Fokussiersignalen und zum Ausgeben der Differenzen, und
eine Addiervorrichtung zum Akkumulieren der Quotienten aus der Berechnungenvorrichtung aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß unter der folgenden Annahme: ein Signalpegel als Signalwert des Fokussiersignales ist entlang einer Y-Achse aufgezeichnet; eine Bewegungsrichtung des photographischen optischen Systems ist entlang einer X-Achse aufgezeichnet;

erste und zweite Punkte, zwischen denen ein Maximalwert des Fokussiersignals eingeschlossen ist, welche um einen Ab stand voneinander getrennt sind, auf der Z-Achse als Va und Vb bezeichnet; und dritte und vierte Punkte, zwischen denen der Maximalwert des Fokussiersignals eingeschlossen ist und welche um einen Abstand voneinander getrennt sind auf der X-Achse als Vc und Vd definiert:
die Fokussierbetätigungseinrichtung (46) eine Linie m parallel zu der X-Achse berechnet, welche ein Liniensegment VaVc kreuzt, erhalten durch Verbindung der ersten und drit ten Punkte und ein Liniensegment VbVd kreuzt, erhalten durch Verbindung der zweiten und vierten Punkte;
unter der Annahme, daß ein Schnitt zwischen der Linie in und dem Liniensegment VaVc als C1 gegeben ist und ein Schnitt zwischen der Linie in und der Linie VbVd als C2 ge geben ist:
die Fokussierbetätigungseinrichtung (46) eine Y-Achsen position auf der Linie m so setzt, daß eine Distanz L2 zwi schen dem Schnitt C1 und dem ersten Punkt Va gleich einer Distanz L1 zwischen dem Schnitt C2 und dem zweiten Punkt Vb wird; und
daß die Fokussierbetätigungseinrichtung (46) einen Mit telpunkt M eines Liniensegmentes C1C2 auf der Linie m als Fokussierposition berechnet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierbetätigungseinrichtung (46) eine In terpolationsrechnung wie folgt durchführt:
wenn g(X_m-1) ≦ g(X_m+1):
α = X_m + [ΔX/2] × [{g(X_m+1) - g(X_m-1)}/{g(X_m) - g(X_m-1)}]
wenn g(X_m-1) < g(X_m-1):
α = X_m - [ΔX/2] × [{[g(X_m-1) - g(X_m+1)}/{g(X_m)} - g(X_m+1)}]
wobei α die Fokussierposition anzeigt, ein Signalpegel eines Signalwertes des Fokussiersignales als Y-Achse gege ben ist, eine Bewegungsrichtung des photographischen opti schen Systems als X-Achse gegeben ist, g(X_m) der Maximal wert des Fokussiersignales ist, eine entsprechende Lage auf der X-Achse als X_m gegeben ist, Signalwerte, zwischen denen der Maximalwert des Fokussiersignals eingeschlossen ist als g(X_m-1) und als g(X_m+1) gegeben sind, und ein X-Achsen-Intervall der drei Signalwerte als ΔX gegeben ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierbetätigungseinrichtung (46)
ein ROM zum vorläufigen Speichern eines Betrages eines Interpolationsfehlers in der durch den Interpolationsvor gang erhaltenen Fokussierposition; und
eine Korrekturvorrichtung zum Subtrahieren des in dem ROM gespeicherten Fehlerbetrages von der durch den Interpo lationsvorgang erhaltenen Fokussierposition aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierbetätigungseinrichtung (46)
eine Vorrichtung zum Abschätzen des Rauschens des Fo kussiersignals;
eine Vorrichtung zum Erhalten einer Form des Fokussier signals; und
eine Vorrichtung zum Bestimmen des Maximalwerts von ΔX aus dem Signalrauschen und der Form des Fokussiersignals aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufnahmeelement (71) ein Element zum nicht zerstörenden Lesen des elektrischen Signals ist;
die Lesevorrichtung eine Vorrichtung (72) zum nichtzer störenden Lesen der elektrischen Signale ist;
die Fokussiersignalerzeugungseinrichtung (46) eine In tegral-Fokussiersignalerzeugungsvorrichtung (42) zum Erzeu gen eines integralen Fokussiersignals, welches eine Mehr zahl von Signalwerten hat, ist; und
eine Fokussiersignal-Erzeugungsvorrichtung zur Berech nung einer Differenz zwischen den integralen Fokussier signalen und zur Ausgabe eines gefilterten Fokussiersignals vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (38) einen Quadratschalt kreis aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufnahmeelement (71) während der Ladungsakkumulationszeit eine Ladung sammelt und die gesammelte La dung als das elektrische Signal ausgibt und weiterhin auf weist:

eine photometrische Vorrichtung (94) gekoppelt mit dem Bildaufnahmeelement (71) zur Messung einer Luminanz des Ob jektes auf der Grundlage der Bildsignale; und
eine Vorrichtung zum Setzen von Zeitpunkten zum Lesen der Bildsignale von dem nichtzerstörenden Bildaufnahmeele ment (71) in Abhängigkeit von der durch die photometrische Vorrichtung (74) gemessenen Objektluminanz.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsetzvorrichtung eine Einheitsakkumulations zeit entsprechend den Zeiten zum Auslesen der Bildsignale aus dem nichtzerstörenden Bildaufnahmeelement (71) setzt, so daß die Einheitsakkumulationszeit eine Zeit ist, während der die gesammelte Ladung des nichtzerstörenden Bildauf nahmeelementes (71) nicht gesättigt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:

eine Vorrichtung zum Zurücksetzen der Ladung des nicht zerstörenden Bildaufnahmeelementes (71) jedesmal dann, wenn das Bildsignal gelesen wird, wenn die akkumulierte Ladung des nichtzerstörenden Bildaufnahmeelementes (71) innerhalb der gesetzten Einheitsakkuinulationszeit aufgrund einer ho hen Luminanz des Objektes gesättigt ist;

und zum Zurücksetzen der akkumulierten Ladung des nichtzerstörenden Bildaufnahmeelementes (71), wenn die akkumulierte Ladung einen Schwellenwert etwas kleiner als der Sättigungswert der akkumulierten Ladung erreicht, wenn die akkumulierte Ladung des nichtzerstörenden Bildaufnah meelementes (71) innerhalb der Einheitsakkumulationszeit aufgrund einer geringen Luminanz des Objektes nicht gesät tigt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtzerstörende Bildaufnahmeelement einen Be reichssensor (100) aufweist mit einem Bereich oder einer Fläche entsprechend einem beliebigen Teil des optischen Bildes, wobei der Bereichssensor (100) in der Lage ist, das Bildsignal von dem Bereich zu lesen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Vorrichtung vorgesehen ist zum Be stimmen des scharf zu stellenden Bereiches des optischen Bildes unter Verwendung einer Unschärfen(Fuzzy)folgerung, und eine Vorrichtung zum Lesen des Bildsignales von dem Be reich des Bereichssensors (100), der dem zu fokussierenden Bereich entspricht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Unschärfen(Fuzzy)folgerung aufweist:
eine erste Folgerung mit Regeln, deren Bedingungen eine Lage des photographischen optischen Systems (31), ein Signalwert des Fokussiersignals und eine Änderung im Signalwert des Fokussiersignals sind; und
eine zweite Folgerung mit Regeln, deren Bedingungen In formationen eines Abstandes zwischen dem photographischen optischen System (31) und dem Objekt und einer Lage des Ob jektes sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin gekennzeichnet
durch eine Vorrichtung zum Messen einer Luminanz des Objektes aus dem aus einem Bereich des Bereichssensors (100) gelesenen Bildsignals, der durch die Unschär fen(Fuzzy)folgerung bestimmt ist, und weiterhin
durch eine Vorrichtung zum Setzen von Zeitpunkten zum Lesen der Bildsignale aus dem Bereichssensor (100) auf der Grundlage der durch die photometrische Vorrichtung (94) ge messenen Objektluminanz.

22. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandelvorrichtung eine Absolutwertschaltung aufweist.