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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft automatische Scharfeinstellvorrichtungen
und insbesondere eine automatische Scharfeinstellvorrichtung, die
für eine
Videokamera oder dergleichen, welche einen Zoom-Mechanismus hat,
verwendet wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Wenn
eine Videokamera für
Panning-Fotografie verwendet wird, wird wegen der Änderung
des Abstandes zwischen der Videokamera und einem Objekt der Scharfeinstellvorgang
viele Male durchgeführt,
dadurch resultieren unklare, nicht fokussierte Bilder mit Unschärfe. Um
ein derartiges Problem zu lösen,
ist beispielsweise in dem japanischen offengelegten Patent Nr. 7-77649
ein Verfahren zum Detektieren einer Quantität des Schwenkens (panning)
mittels eines Winkelgeschwindigkeitssensors vorgeschlagen, um den
Scharfeinstellvorgang zu stoppen.
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In
diesem Fall wird der Ausgangswert des Winkelgeschwindigkeitssensors
direkt für
das Detektieren der Quantität
des Schwenkens verwendet. Wenn der Ausgang vom Winkelgeschwindigkeitssensor
in einer vorbestimmten Zeitspanne nicht auf Null oder ein Referenzpotential
zurückkehrt,
bestimmt der Winkelgeschwindigkeitssensor, dass die Kamera einen
Schwenkvorgang durchführt
und stoppt den Scharfeinstellvorgang oder verringert die Geschwindigkeit
eines AF-(Autofokus)-Motors.
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Bei
einem automatischen Scharfeinstellverfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen
herkömmlichen
Beispiel wird Infrarotstrahlung ausgestrahlt, so dass der Scharfeinstellvorgang
mittels Licht, das von einem Objekt reflektiert wird, durchgeführt wird.
Es gibt ein weiteres Beispiel des automatischen Scharfeinstellverfahrens,
das so genannte Steigverfahren, bei der die Scharfeinstellung durch eine
Hochfrequenzkomponente eines Videosignals durchgeführt wird.
Bei diesem Verfahren wird ein Bild infolge von Schwenken oder Linsenverwackeln
bewegt, so dass eine räumliche
Frequenz und die Hochfrequenzkomponente verringert werden. Als Ergebnis
kann irrtümlicherweise
bestimmt werden, dass durch die Änderung
des Abstandes zwischen Videokamera und Objekt Unschärfe bestimmt
wird, selbst wenn keine Änderung
vorhanden ist. Dies ist ein Problem, das zu lösen ist.
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Selbst
bei dem gleichen Maß des
Schwenkens oder Verwackelns erscheinen die Größen der Bewegungen der Objekte
auf einem tatsächlichen Schirm
infolge der Differenz der Zoom-Positionen in unterschiedlicher Proportion
zu den Brennweiten, wenn die Brennweiten unterschiedlich sind. Wenn ferner
der Ausgang vom Winkelgeschwindigkeitssensor wie beim herkömmlichen
Beispiel direkt verwendet wird, wird für den Fall, dass ein Winkelgeschwindigkeitssensor,
in welchem ein relativ billiger Gyro-Sensor verwendet wird, ein
Ausgangswert sich signifikant mit der Änderung der Temperatur ändern, so dass
eine ausreichende Genauigkeit nicht sichergestellt ist und für die Temperaturkompensation
signifikante Kosten erforderlich sind.
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Ferner
hat in einer bevorzugteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Linseneinheit einen Zoom-Mechanismus.
Eine einer Zoom-Position entsprechende Brennweite wird detektiert
und die detektierte Brennweite wird mit der Größe der Änderung der Winkelgeschwindigkeit
multipliziert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische
Scharfeinstellvorrichtung mit verbesserter Zuverlässigkeit
zu schaffen, indem ein unstabiler Scharfeinstellvorgang infolge von
Verwackeln oder Schwenken der Kamera verhindert wird.
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Kurz
zusammengefasst, ist die vorliegende Erfindung eine automatische
Scharfeinstellvorrichtung zum Scharfstellen eines Bildes, das an
einem Abbildeelement eingegeben worden ist, durch Steuern einer
Linseneinheit. In der automatischen Scharfeinstellvorrichtung wird
ein Pegel einer Hochfrequenzkomponente eines Videosignals, das von
dem Abbildeelement erhalten worden ist, durch eine Scharfeinstellbewertungswert-Erzeugungsschaltung als
ein Scharfeinstellbewertungswert erzeugt. Ferner wird ein Scharfeinstellvorgang
so durchgeführt,
dass der Scharfeinstellbewertungswert einen Maximalwert erreicht,
indem eine Relativposition einer Linse der Linseneinheit bezogen
auf das Abbildeelement durch eine Scharfeinstellsteuerschaltung
geändert
wird. Wenn eine horizontale Drehbewegung der Linseneinheit durch
eine Drehbewegungsdetektorschaltung detektiert wird und ein Wert,
der durch Multiplizieren des detektierten Maßes der Änderung in der Winkelgeschwindigkeit
der Linseneinheit mit der Brennweite erhalten wird, einen vorbestimmten
Schwellwert übersteigt,
wird der Scharfeinstellvorgang durch die Scharfeinstellsteuerschaltung
für eine
vorbestimmte Zeitspanne gestoppt.
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Daher
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn der Wert, der durch Multiplizieren des detektierten
Maßes
der Änderung
in der Winkelgeschwindigkeit der Linseneinheit mit der Brennweite erhalten
worden ist, den vorbestimmten Schwellwert übersteigt, der Scharfeinstellvorgang
für eine
vorbestimmte Zeitspanne gestoppt, wodurch eine automatische Scharfeinstellvorrichtung
mit verbesserter Zuverlässigkeit
implementiert werden kann, indem ein unstabiler Scharfeinstellvorgang
infolge von Verwackeln oder Schwenken der Kamera verhindert wird.
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Gemäß einer
bevorzugteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Scharfeinstellvorgang in Übereinstimmung
mit einem Wert gestoppt, der durch Multiplizieren eines detektierten Maßes der Änderung
der Winkelgeschwindigkeit einer Linseneinheit mit einer Brennweite
erhalten wird, und der Scharfeinstellvorgang wird dann gestartet, wenn
ein Scharfeinstellbewertungswert, der durch eine Scharfeinstellsteuerschaltung
bestimmt wird, für eine
vorbestimmte Zeitspanne kleiner als ein Schwellwert gehalten wird,
der sich von dem Scharfeinstellbewertungswert unterscheidet.
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden
Zeichnungen im Einzelnen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Blockschaltbild, das speziell eine Scharfeinstellbewertungswert-Erzeugungsschaltung
gemäß 1 zeigt;
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3 ist
ein Flussdiagramm in Verbindung mit einem spezifischen Vorgang einer
in der 1 gezeigten Scharfeinstellsteuerschaltung; und
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4 ist
ein Flussdiagramm einer Subroutine in Verbindung mit einem Vorgang
zum Detektieren von Verwackeln, wie in 2 gezeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezugnehmend
auf 1, hat eine Linseneinheit 1 eine Zoom-Linse 10 mit
einer variablen Leistungsfunktion zum Variieren der Brennweite und
eine Scharfeinstelllinse 11 zum Steuern der Scharfeinstellung
eines Objektbildes an einem Abbildeelement. Hierbei werden die Zoom-Linse 10 und
die Scharfstelllinse 11 in Richtung der optischen Achse
mittels der Antriebskräfte
eines Zoom-Motors 2 bzw. eines Scharfstellmotors 5 über Mechanismen
(nicht dargestellt) vor und zurück
bewegt.
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Der
Zoom-Motor 2 und der Scharfstellmotor 5 werden
durch einen Zoom-Motortreiber 3 bzw.
einen Scharfstellmotortreiber 6 angetrieben. Die Referenzpositionen
der Zoom- und Scharfstelllinsen 10 und 11 werden
durch Zoom- bzw. Scharfstelllinsen-Referenzpositionssensoren 4 bzw. 7 detektiert. Die
durch das Detektieren erhaltenen Ausgänge werden beide an einer Scharfstellsteuerschaltung 8 eingegeben.
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Das
Objektbild, das auf dem Abbildeelement mittels der vorstehend beschriebenen
Linseneinheit 1 ausgebildet worden ist, geht durch fotoelektrische Umwandlung
durch eine Abbildeschaltung 12 in ein Videosignal über. Eine
Hochfrequenzkomponente eines Luminanzsignalteils des Videosignals
wird dazu verwendet, durch eine Scharfstellbewertungswert-Erzeugungsschaltung 9 einen
Scharfstellbewertungswert zu erzeugen, der für die Scharfstellsteuerung
an der Scharfstellsteuerschaltung 8 eingegeben wird.
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In
der Nähe
der Linseneinheit 1 ist ein horizontaler Winkelgeschwindigkeitssensor 13 montiert, um
Wackeln der Linseneinheit in horizontaler Richtung zu detektieren.
Ein Ausgang von dem horizontalen Winkelgeschwindigkeitssensor 13 wird
durch einen Verstärker 14 verstärkt und
durch einen A/D-Wandler 15 für die Eingabe an der Scharfstellsteuerschaltung 8 in
einen digitalen nummerischen Wert umgewandelt. Die Scharfstellsteuerschaltung 8 ist
beispielsweise durch einen Mikrocomputer gebildet und führt eine
Scharfstellsteuerung basierend auf den in den 2 und 3 gezeigten
Flussdiagrammen durch, die später
erläutert
werden.
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2 ist
ein Blockschaltbild, das im Einzelnen eine Scharfstellbewertungswert-Erzeugungsschaltung 9 der 1 zeigt.
Bezugnehmend auf 2, wird ein Luminanzsignal durch
ein Hochpassfilter (HPF) 91 geleitet und eine Hochfrequenzkomponente
desselben wird getrennt. Dann wird in der nächsten Stufe die Amplitude
in einer Detektorschaltung 92 detektiert. Der detektierte
Ausgang wird in einem A/D-Wandler 93 in
einen digitalen Wert umgewandelt und für jedes Teilbild wird nur ein
Signal in einem Brennpunktbereich, der in einem mittleren Teil des
Bildschirms gesetzt worden ist, in einer Gate-Schaltung 94 extrahiert
und in einer integrierenden Schaltung 95 integriert. Somit
wird ein Scharfstellbewertungswert des derzeitigen Teilbildes erhalten.
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Gleichzeitig
werden ein vertikales und horizontales Synchronisiersignal, das
vom Luminanzsignal in einer Synchronisationstrennschaltung 96 getrennt
worden ist, an einer Gate-Steuerschaltung 97 zum Setzen
des Scharfstellbereiches eingegeben. Die Gate-Steuerschaltung 97 setzt
den Scharfstellbereich in Rechteckform in einem zentralen Teil des Bildschirms
basierend auf dem vertikalen und horizontalen Synchronisiersignal
und einem konstanten Ausgang von einem Oszillator und leitet zur Gate-Schaltung 94 ein
Gate-Schaltsignal, das den Durchgang des Luminanzsignals nur in
diesem Bereich erlaubt.
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Die
Scharfstellbewertungswert-Erzeugungsschaltung 9 mit der
vorstehend beschriebenen Struktur kann immer einen Scharfstellbewertungswert
entsprechend einem Teilbild ausgeben.
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Nunmehr,
bezugnehmend auf die 1 bis 4, wird
ein spezifischer Vorgang der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben. In einem in der 3 gezeigten
Schritt (in den Zeichnungen mit SP abgekürzt) SP1 empfängt die
Scharfstellsteuerschaltung 8 von einer Scharfstellbewertungswert-Erzeugungsschaltung 9 einen
Scharfstellbewertungswert und vergleicht den Scharfstellbewertungswert
mit einem vorbestimmten Schwellwert β im Schritt SP2. Hierbei wird
angenommen, dass der Schwellwert β kleiner
als der Scharfstellbewertungswert ist, der dann erhalten wird, wenn
die Scharfstellung erzielt ist. Wenn der Scharfstellbewertungswert kleiner
als der Schwellwert β ist,
dann bestimmt die Scharfstellsteuerschaltung 8, dass eine
Unschärfe existiert.
Während
der Schwellwert β ein
feststehender Wert sein kann, kann er auch in Abhängigkeit
von der Blendenöffnung
oder der Luminanzänderung
eines Bildschirms geändert
werden.
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Wenn
die Scharfstellsteuerschaltung 8 bestimmt, dass der Scharfstellbewertungswert
den Schwellwert β übersteigt,
setzt er einen Bewertungswert-Rücklaufzähler, der
auf Software gebildet ist, im Schritt SP3 auf 0. Wenn andererseits
die Scharfstellsteuerschaltung 8 bestimmt, dass der Schwellwert β den Scharfstellbewertungswert überschreitet,
erhöht sie
im Schritt SP4 den Bewertungswert-Rücklaufzähler. Wenn der Bewertungswert-Rücklaufzähler auf
einem vorgeschriebenen Wert TB ist oder
darüber, dann
bestimmt im Schritt SP5 die Scharfstellsteuerschaltung 8,
dass Unschärfe
tatsächlich
existiert, da der Scharfstellbewertungswert fortlaufend auf einem niedrigen
Wert bleibt. Als Ergebnis gibt die Scharfstellsteuerschaltung 8 TB im Schritt SP17 an den Bewertungswert-Rücklaufzähler, setzt
einen AF-Stoppzähler,
der aus Software gebildet ist, im Schritt SP15 auf 0 zurück und führt im Schritt
SP16 eine übliche AF-Verarbeitung
durch. Der Wert von TB ist zwischen mehreren
msec und mehreren hundert msec gesetzt.
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Wenn
der Scharfstellbewertungswert nicht kontinuierlich auf einem niedrigen
Wert gehalten wird, wird im Schritt SP7 Wackeln detektiert, wenn
im Schritt SP6 kein Zoomen durchgeführt wird. Die das Wackeln detektierende
Subroutine wird später
beschrieben. Weil während
des Zoomens, insbesondere von der Weitwinkel-Richtung in die Tele-Richtung häufig eine
Defokussierung verursacht wird, wird während des Zoomens im Schritt
SP6 kein AF-Stopp durchgeführt.
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Wenn
ein Starkes-Wackeln-Flag, das durch die das Wackeln detektierende
Subroutine im Schritt SP7 gesetzt ist, 1 anzeigt, wird danach der
Wert des AF-Stopp-Zählers
im Schritt SP9 auf Tα1 gesetzt. Wenn im Schritt SP8 das Starkes-Wackeln-Flag
0 anzeigt und nur ein Wackeln-Flag 1 anzeigt, wird im Schritt SP11
der Wert des AF-Stopp-Zählers auf
Tα2 gesetzt. Hierbei wird angenommen, dass
Tα1 ≥ Tα2 ist
und die Werte von Tα1 und Tα2 zwischen mehreren msec und mehreren hundert
msec liegen.
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Wenn
im Schritt SP12 der AF-Stopp-Zähler nicht
auf 0 ist, wird er im Schritt SP13 vermindert und im Schritt SP14
wird die AF-Stopp-Verarbeitung durchgeführt. Wenn im Schritt SP12 der AF-Stopp-Zähler auf
0 ist, wird im Schritt SP16 die übliche
AF-Verarbeitung
durchgeführt.
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Nunmehr,
bezugnehmend auf 4, wird die das Wackeln detektierende
Subroutine beschrieben. Ein Ausgang vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 wird
durch den Verstärker 14 verstärkt, die durch
den A/D-Wandler 15 A/D-gewandelten Winkelgeschwindigkeitsdaten
werden in einem Schritt SP21 empfangen und es wird von einer Zoom-Position
eine Brennweite erhalten. Im Schritt SP22 werden Winkelgeschwindigkeitsdaten,
die das letzte Mal verwendet worden sind, von den empfangenen Winkelgeschwindigkeitsdaten
subtrahiert und das Ergebnis wird mit der Brennweite multipliziert,
um ein Maß der Änderung
der Winkelgeschwindigkeit zu erhalten. Im Schritt SP23 wird bestimmt,
ob ein absoluter Wert des Maßes
der Änderung
der Winkelgeschwindigkeit größer als
ein Schwellwert α1 ist und wenn der Absolutwert größer als
der Schwellwert α1 ist, wird im Schritt SP25 das Starkes-Wackeln-Flag
gesetzt. Wenn im Schritt SP24 bestimmt worden ist, dass der Absolutwert
größer als α2 ist,
dann wird im Schritt SP26 das Wackeln-Flag gesetzt.
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Wenn
der Absolutwert kleiner als α2 ist, werden sowohl das Starkes-Wackeln-Flag
als auch das Wackeln-Flag im Schritt SP27 gelöscht. Es wird angenommen, dass α1 > α2, wobei α1 und α2 unter
Berücksichtigung
des Gleichgewichts mit der Änderung im
Scharfstellbewertungswert gesetzt sind. Ferner wird angenommen,
dass α2 einen Absolutwert des Maßes der Änderung
in der Winkelgeschwindigkeit repräsentiert, wobei dieser Wert
die Änderung
in dem Bewertungswert verursacht, der den AF-Betrieb beeinflussen
oder nicht beeinflussen kann. Zum Schluss werden im Schritt SP28
die Winkelgeschwindigkeitsdaten, die dieses Mal empfangen worden sind,
als Winkelgeschwindigkeitsdaten des letzten Males zur Verwendung
beim nächsten
Mal gespeichert.
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Hierbei
wird die ergänzende
Beschreibung der vorstehend beschriebenen AF-Stopp-Verarbeitung gegeben.
Obwohl in der 1 ein Verfahren zum Stoppen
des Antriebs der Scharfstelllinse 11 durch den Scharfstellmotor 5 als
mögliches
Verfahren für
das Stoppen von AF gezeigt ist, kann alternativ das AF-Stoppen durch
Verhindern der Refokussierung oder durch Verhindern nur eines Teiles
der AF-Verarbeitung durchgeführt
werden. Wenn beispielsweise eine Reihe von AF-Operationen Steuern der
Richtung, Steigen, Bestätigen
eines Scheitelpunktes und Überwachen
aufweist, kann das Antreiben der Scharfstelllinse 11 nur
während
des Bestätigens
des Scheitelpunktes und Überwachens
gestoppt werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ein unstabiler Scharfstellvorgang infolge von Verwackeln, Schwenken
oder dergleichen der Kamera verhindert. Anders ausgedrückt, Änderungen
in der räumlichen
Frequenz des Bildes und in dem Scharfstellbewertungswert, der die
Hochfrequenzkomponente des Videosignals ist, treten nur dann, auf
wenn sich die Winkelgeschwindigkeit ändert. Zusätzlich wird, wenn ein Maß der Bewegung
des Objektes auf dem tatsächlichen
Schirm proportional zur Brennweite ist, ein Wert, der durch Multiplizieren
des Maßes
der Änderung
in der Winkelgeschwindigkeit mit der Brennweite erhalten wird, als
Wackeländerungswert
definiert.
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Wenn
der Wackeländerungswert
einen vorbestimmten Schwellwert α überschreitet,
wird der Autofokusvorgang für
eine vorbestimmte Zeitspanne T oder eine Zeitspanne Tα gestoppt,
die sich mit dem Schwellwert α ändert. Da
im Allgemeinen die Hochfrequenzkomponente von wenigstens 100 kHz
bis mehreren hundert kHz für
den Scharfstellbewertungswert verwendet wird und eine derartige
Hochfrequenzkomponente einer vertikalen Linie auf dem Bildschirm
zugeordnet ist, muss nur das Wackeln in einer Querrichtung, welches
eine Bewegungsunschärfe
einer vertikalen Komponente in dem Bild verursacht, detektiert werden.
Somit muss der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 nur in der
Horizontalrichtung funktionieren.
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Obwohl
das Stoppen des Autofokusvorganges, wenn das Wackeln und Schwenken
der Kamera in einem scharfgestellten Zustand verursacht wird, für die Stabilisierung
der Autofokussierung effektiv ist, würde ein Stoppen des Autofokusvorganges
anfänglich
in einem defokussierten Zustand zu einem unklaren Bild führen. Daher
war es besser das Autofokussieren im defokussierten Zustand nicht
zu stoppen. Selbst wenn in einem fokussierten Zustand der Scharfstellbewertungswert
zeitweilig infolge von Wackeln und Schwenken der Kamera vermindert
ist, ist er kaum kontinuierlich gesenkt.
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Dies
ist deshalb der Fall, weil Schwenken mit genau der gleichen Geschwindigkeit
unmöglich
ist. Wenn daher der Scharfstellbewertungswert für eine gegebene Zeitspanne
Tβ niedriger
als der Schwellwert β wird,
wird bestimmt, dass die Linseneinheit in dem defokussierten Zustand
ist und das Stoppen der Autofokussierung infolge von Wackeln und
Schwenken der Kamera wird nicht durchgeführt und wenn das Autofokussieren
gestoppt worden ist, wird es gestartet.
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Da
im Vorstehenden gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durch Stoppen des Scharfstellvorganges
für eine
vorbestimmte Zeitspanne der unstabile Autofokusvorgang infolge von Wackeln
und Schwenken der Kamera verhindert wird, wenn der Wert, der durch
Multiplizieren des Maßes
der Änderung
der Winkelgeschwindigkeit der Linseneinheit, die durch den Winkelgeschwindigkeitssensor
detektiert worden ist, mit der Brennweite den vorbestimmten Schwellwert überschreitet,
kann die automatische Scharfeinstellvorrichtung mit verbesserter
Zuverlässigkeit
implementiert werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschrieben und dargestellt
worden ist, ist klar zu ersehen, dass dies nur zur Illustration
und als Beispiel dient und nicht zur Begrenzung genommen werden
kann, der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nur durch den Wortlaut
der anhängenden
Patentansprüche
begrenzt.