DE68929457T2

DE68929457T2 - Fokusverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE68929457T2
Application number: DE68929457T
Authority: DE
Inventors: Ken Yokohama-shi Utagawa
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1989-11-16
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2009-11-17
Also published as: EP0661568A2; US5138357A; US5068682A; EP0369806B1; JP2985087B2; DE68927818T2; EP0369806A2; JPH02135311A; EP0369806A3; EP0661568A3; EP0661568B1; DE68929457D1; DE68927818D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Fokuseinsteller für eine Kamera.
Einschlägiger Stand der Technik
Es ist ein Fokuseinsteller für eine Kamera bekannt, der ein Paar Vordergrund-Objektbilder, die durch zwei von einem Vordergrundobjekt durch zwei verschiedene optische Wege auf ein optisches System gekoppelte und durch das System verlaufende Lichtströme gebildet werden, mit einem Paar photoelektrischer Wandlereinrichtungen, umwandelt in ein Paar Vordergrund-Objektbildsignale, bestehend aus einem Paar diskreter Datensätze, vorbestimmte Korrelationsoperationen vornimmt, während die paarweisen Vordergrund-Objektsignale relativ zueinander verschoben werden, ein Verschiebungsmaß mit dem höchsten Korrelationsgrad auffindet und einen Defokus des optischen Systems aus dem Verschiebungsmaß errechnet.
Ein solcher Fokuseinsteller soll im folgenden anhand der 20 und 21 beschrieben werden.
20 ist ein Beispiel für die Anwendung des bekannten Fokuseinstellers bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera mit Wechselobjektiv. Das Wechselobjektiv 100 läßt sich abnehmbar an einem Kameragehäuse 105 ansetzen. Mit angesetztem Objektiv 100 gelangt ein Aufnahmelichtstrahl von einem Vordergrundobjekt durch eine Linsenanordnung 103, um auf den Hauptspiegel 107 in dem Kameragehäuse 105 zu fallen. Der Lichtstrahl wird teilweise von dem Hauptspiegel 107 nach oben abgelenkt, um auf einen (nicht gezeigten) Sucher zu fallen. Gleichzeitig gelangt der restliche Teil des Lichtstrahlbündels durch den Hauptspiegel 107 hindurch, um von einem Nebenspiegel 108 reflektiert und als Fokusnachweis-Lichtstrahl auf ein Autofokusmodul 120 (im folgenden: AF-Modul) geleitet zu werden.
21A zeigt ein Beispiel für ein AF-Modul 120. Wie dargestellt, enthält das AF-Modul eine Fokusnachweis-Optik mit einer Feldlinse 122 und einem Paar Neufokussierlinsen 124 und ein CCD-Element (ladungsgekoppeltes Speicherbauelement) 125 mit einem Paar Lichtempfangsabschnitten A und B. Bei diesem Aufbau bildet ein Lichtstrom, der durch paarweise Bereiche gelangt, die symmetrisch bezüglich der Achse der Lichteintrittspupille der Linsenanordnung 103 ist, ein Primärbild in der Nachbarschaft der Feldlinse 122 und wird außerdem durch die Feldlinse 122 auf die Neufokussierlinsen 124 gekoppelt, um ein Paar Sekundärbilder durch die paarweisen Lichtempfangsabschnitte des CCD-Elements 125 zu erzeugen. Wenn das Primärbild mit einer (nicht gezeigten) konjugierten Filmoberfläche zusammenfällt, werden die Richtung und die relative Stellung der paarweisen Sekundärbilder bezüglich der Lichtempfangsabschnitte des CCD-Elements 125 vorbestimmt durch den Aufbau der Fokusnachweis-Optik. Genauer gesagt: das Paar von Lichtempfangsabschnitten A und B nach 21B besteht für jeden Abschnitt aus n Lichtempfangselementen ai, bi (i = 0 bis n – 1), und wenn das Primärbild mit der konjugierten Filmoberfläche zusammenfällt, wird ein Vordergrundobjektbild in im wesentlichen gleichen Bereichen auf den Lichtempfangsabschnitten A und B erzeugt. Wenn das Primärbild auf einer Fläche gebildet wird, die gegenüber der konjugierten Filmoberfläche verschoben ist, verschiebt sich die relative Lage der paarweisen Sekundärbilder auf dem CCD-Element 125 von der oben angesprochenen vorbestimmten Stellung im Fall einer gegebenen Übereinstimmung entsprechend der Richtung der Verschiebung der Axialrichtung des Primärbildes (das heißt je nachdem, ob die Verschiebung vor oder hinter den Fokus erfolgt). Im Fall des Hinter-Fokus beispielsweise ist die Lagebeziehung zwischen den paarweisen Sekundärbildern relativ gespreizt, im Fall des Vor-Fokus ist sie verschmälert.
Lichtempfangselemente ai und bi, welche Lichtempfangsabschnitte A und B bilden, bestehen aus Ladungsspeicherelementen wie zum Beispiel Photodioden, und sie können Ladung in einer Ladungsansammlungszeit akkumulieren, welche der Beleuchtungsstärke des CCD-Elements 125 entspricht, damit das Ausgangssignal des Lichtempfangselements einen Pegel hat, der sich für die nachfolgende, noch zu beschreibende Verarbeitung eignet.
Zurückkehrend zu 20, steuern eine Schnittstelle 112 und ein Speicher 113 den Beginn und das Ende der Ladungsakkumulation in dem CCD-Element 125 durch Bereitstellen eines Steuersignals für das CCD-Element 125 entsprechend dem Start der Ladungsakkumulation, und durch Bereitstellen von Endebefehlen an einem Anschluß einer Berechnungs- und Steuerschaltung (AFCPU) 110. Ein Lichtempfangselement-Ausgangssignal wird sequentiell entsprechend einem an das CCD-Element 125 gelieferten Transfertaktsignal zu der Schnittstelle transferiert. In der Schnittstelle vorhandene A/D-Wandlermittel tasten das Lichtempfangselement-Ausgangssignal ab und unterziehen es einer A/D-Umsetzung, und A/D-Daten (2n Stücke) entsprechend der Anzahl der Lichtempfangselemente werden in dem Speicher 112 abgespeichert. Die AFCPU 110 führt bekannte Operationen zum Fokusnachweis entsprechend den gespeicherten Daten durch, um ein Defokussiermaß entsprechend der Differenz zwischen dem Primärbild und der konjugierten Filmoberfläche zu ermitteln.
Die AFCPU 110 steuert die Form der Anzeige auf der AF-Anzeigeeinrichtung 114 entsprechend dem Ergebnis der Fokusnachweisberechnung. Beispielsweise stellt die AFCPU 114 ein Steuersignal in der Weise bereit, daß ein Dreieck- Anzeigeabschnitt dann aktiv wird, wenn ein Vor- oder Hinter-Fokus vorliegt, während eine runde Anzeige aktiv wird, wenn eine Scharfeinstellung vorliegt. Die AFCPU 110 steuert außerdem die Richtung und das Ausmaß des Antriebs eines AF-Motors 109 entsprechend dem Ergebnis des Fokusnachweisvorgangs, um dadurch die Linsenanordnung 103 in eine In-Fokus-Position zu bewegen. Abhängig vom Vorzeichen der Defokussierung (entweder Vor- oder Hinter-Fokus) erzeugt die AFCPU 110 ein Treibersignal zum Veranlassen der Drehung des AF-Motors 109 in eine solche Richtung, daß die Fokussierlinse 103 sich dem In-Fokus-Punkt nähert. Die Drehbewegung des AF-Motors wird von einem kameraseitigen Getriebesystem aus in dem Kameragehäuse 105 befindlichen Zahnrädern auf eine kameragehäuseseitige Kupplung 109a übertragen, die in einem Halterungsteil des Kameragehäuses 105 vorgesehen ist, an welchem das Objektiv 100 angesetzt wird. Die auf die kameragehäuseseitige Kupplung 109a übertragene Drehbewegung wird über ein Linsengetriebesystem 102, welches die objektivseitige Kupplung 101 mit der Kupplung 109a und in dem Objektiv 100 befindliche Zahnräder aufweist, übertragen und veranlaßt damit, daß die Linsenanordnung 103 sich in Richtung der In-Fokus-Position bewegt.
Das Objektiv 100 enthält eine objektivinterne Berechnungs- und Steuereinrichtung (Objektiv-CPU) 104, und diese liefert die notwendigen AF-Daten, so zum Beispiel die Anzahl von Umdrehungen der Kupplung 101 pro Versetzungseinheit der Linsenanordnung 103, an die AFCPU 110 über einen objektivseitigen Kontakt in dem Halterungsteil, und den kameragehäuseseitigen Kontakt 106.
Im folgenden soll der zum Fokussieren dienende Steuervorgang in der AFCPU 110 im einzelnen erläutert werden. Sämtliche von den Bildsensoren A und B in 21B erhaltenen Bildausgangssignale werden einer Bildausgabeverschiebung gemäß 22A und 22B unterzogen, um das Ausmaß der Bildverschiebung (des Bildversatzes) zu berechnen. Bezeichnet man die Bildausgangssignale der Bildsensoren A und B mit a0 bis a39 bzw. b0 bis b39 (n = 40), so zeigt 22A den Fall, daß eine Verschiebung L den Wert L = 20 hat, 22B zeigt den Fall für L = 0, 22C zeigt den Fall für L = –20. In jeder Verschiebestellung wird die Korrelation der entsprechenden Bilder von den Bildsensoren A und B durch Vergleich des Ausmaßes der Korrelation für jede Verschiebestellung ermittelt. Ein Verschiebungsmaß für die kleinste Korrelation wird als Bildverschiebungsmaß ermittelt. Die Linsenanordnung 103 oder andere Teile werden entsprechend dem Fokussiersteuervorgang in Form der Korrelationsberechnung zum Bestimmen dieses Bildverschiebungsmaßes angetrieben.
22E zeigt einen anderen Weg, das Ermitteln einer solchen Verschiebung auszudrücken. In der Matrix dieser Figur bedeuten mit einer Punktmarkierung versehene Stellen Vergleichs-Bildelemente. In diesem Fall bildet eine Verschiebungszahl (das heißt das Verschiebemaß) einen Bereich von –20 bis 20 als Gegenstand der Berechnung. Die Korrelations-Berechnungszeit ist proportional zur Anzahl von in diesem Bereich enthaltenen Blöcken. Probleme bei dieser Berechnung sollen im folgenden anhand der 15 und 16 beschrieben werden.
15 zeigt die Suchermattscheibe 100 einer einäugigen Spiegelreflexkamera und deren Fokusnachweisfeld. Im Stand der Technik ist der Fokusnachweis-Bereichsrahmen 3101 derart schmal, daß eine weiter unten noch zu beschreibende Tiefe nicht in die Zone hineingelangt und für den Fokusnachweis verwendet wird. Im In-Fokus-Zustand befinden sich die Bildsensoren A und B an Stellen, die äquivalent sind mit dem in 15 durch eine ausgezogene Linie angedeuteten schmalen Rahmen. Bezugszeichen 3102 bezeichnet Markierungen im Sucherfeld, entsprechend einer Begrenzung in einem nachweisfähigen Bereich. Wenn allerdings der Fokusnachweis in nur einem derart schmalen Fokusnachweisbereich 3101 vorgenommen werden kann, so gibt es zwar kein Problem, wenn es ein passendes Muster als Vordergrundobjekt innerhalb der Fokusnachweiszone 3101 gibt, wie in 16A gezeigt ist (16A und 16C zeigen die Fokusnachweiszone im Zentrum der 15 in vergrößertem Maßstab, und 16B und 16D zeigen ein Ausgangssignal ai des Bildsensors A), wenn allerdings das Muster aufgrund einer Bewegung der die Kamera haltenden Hände verschwindet, wie dies in 16C gezeigt ist, ergibt sich die Unmöglichkeit eines Fokusnachweises. In diesem Fall beginnt das Aufnahmeobjektiv in unnötiger Weise mit einem Abtastvorgang, was mühselig ist.
Um also die Genauigkeit der oben angesprochenen Korrelationsberechnung beizubehalten und noch zu steigern, und um außerdem den Bildbereich im Sucherfeld zu verbreitern, der für den Fokusnachweis geeignet ist, muß man die Anzahl von Bildelementen (Anzahl der Lichtempfangselementel, das ist die Anzahl von Blöcken in 22E, erhöhen, um dadurch den Fokusnachweisbereich des Fokuseinstellers zu vergrößern. Die Erhöhung der Anzahl von Bildelementen zum Erfüllen dieser Forderung stellt aber verschiedene Probleme, wie im folgenden ausführt wird.

(1) Bei einem breiten Fokusnachweisbereich besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß Vordergrundobjekte sich in unterschiedlichen Entfernungen oder Tiefen innerhalb des Bereichs befinden. Deshalb besteht die Notwendigkeit, den breiten Fokusnachweisbereich zu unterteilen in eine Mehrzahl von lokalen Fokusnachweisbereichen, und eine Fokussteuerung für jeden lokalen Fokusnachweisbereich durchzuführen. Darüber hinaus gibt es Probleme bei der Aufteilung des Fokusnachweisbereichs.
(2) Es gibt Probleme bei der Auswahl der Defokussierung aus den Defokussierungen der lokalen Fokusnachweisbereiche zur Anzeige und zum Antreiben und unter Berücksichtigung der Wünsche des Benutzers.
(3) Es gibt Probleme in Verbindung mit der Breite des Fokusnachweisbereichs, so zum Beispiel ein Problem der Auswahl eines lokalen Fokusnachweisbereichs, für den eine (im folgenden noch zu beschreibende) AGC vorzusehen ist.
(4) Obschon eine Vergrößerung des zur Verwendung beim Fokusnachweis geeigneten Bildbereichs den Vorteil einer Vergrößerung der Verschiebung (die unten noch beschrieben wird) hat, wenn eine Bildkorrelation erfolgt, um einen erhöhten Defokussierbereich für den Fokusnachweis zuzulassen, so ist das bekannte Verfahren für die Berechnung zeitaufwendig.

Zunächst sollen die Probleme gemäß (1) diskutiert werden.
Als erstes werden die Probleme diskutiert, die durch die Aufteilung des Fokusnachweisbereichs nach dem herkömmlichen Verfahren entstehen.
Was einen der Bildsensoren A und B in 26, nämlich hier den Bildsensor A, angeht, so gibt es zwei bekannte Verfahren für die Aufteilung, nämlich ein erstes Verfahren, welches bei (α) dargestellt ist, und bei dem lokale Fokusnachweisbereiche R1 bis R3 überlappungsfrei definiert sind, und ein zweites Verfahren bei (β), bei dem teilweise überlappte lokale Fokusnachweisbereiche R1' bis R3' definiert sind. Ein Beispiel für eine Fokussteuerrechnung ist in dem US-Patent 4 812 869 offenbart. Bei diesem Beispiel wird das Verfahren der Bildverschiebungs-Steuerberechnung dann geändert, wenn die Defokussierung groß ist und wenn sie klein ist. Genauer gesagt, ist die Defokussierung stark, so wird die Bildversetzung dadurch berechnet, daß sämtliche Bildausgangssignale der Bildsensoren A und B nach 21B in einer Weise verschoben werden, wie dies in den 22A bis 22C dargestellt ist. Wenn die Defokussierung gering ist, wird hingegen der Bildsensor A unterteilt, um überlappte lokale Fokusnachweisbereiche R1' bis R3' zu definieren, wie sie in 22D gezeigt sind, um eine Korrelation zwischen den Bildsensoren A und B nachzuweisen.
Im folgenden werden die beiden oben angesprochenen Unterteilungsverfahren bezüglich ihrer Vorteile und Nachteile verglichen. Es wird ein Fall betrachtet, bei dem ein Vordergrundobjekt mit einer Lichtstärkeverteilung gemäß 27A auf dem Bildsensor A projiziert wird. In diesem Fall läßt sich die Bildverschiebung entweder nach den Verfahren (α) oder dem Verfahren gemäß (β) in 26 mit dem lokalen Fokusnachweisbereich R2 und dem Bildsensor B bei ersterem Verfahren und mit dem lokalen Fokusnachweisbereich R2' und dem Bildsensor B in letzterem Verfahren berechnen. (Die Bildverschiebung läßt sich dann nachweisen, wenn, und nur wenn es eine Änderung der Lichtintensitätsverteilung des Objekts gibt.)
Es soll nun der Fall betrachtet werden, bei dem die Lichtstärkeverteilung eines Vordergrundobjekts mit einer Kante gemäß 27B auf den Bildsensor A projiziert wird. Bei dem Unterteilungsverfahren (α) befindet sich die Kante zwischen hellen und dunklen Bereichen gerade an der Grenze zwischen den lokalen Fokusnachweisbereichen R1 und R2. In diesem Fall des Vorhandenseins eines Abschnitts großer Helligkeitsänderung (das heißt einer großen Datenmenge) an einem Ende des Fokusnachweisbereichs wird der Abschnitt starker Helligkeitsänderung aus dem und in den Bereich verschoben, wenn die Verschiebung der optimalen Korrelation erhalten wird durch Verschieben des auf den anderen Bildsensor projizierten Bildsignals. Dies verschlechtert die Genauigkeit der Bildverschiebungs-Berechnung. Bei dem Aufteilungsverfahren (α) gilt dies für beide Nachweisbereiche R1 und R2, wenn es eine Kante an der Grenzlinie zwischen den Bereichen gibt. Das heißt: nur dann, wenn sich die Kante an dieser Stelle befindet, wird die Genauigkeit des Nachweises verschlechtert, oder es ergibt sich die Unmöglichkeit für einen Nachweis.
Bei dem Unterteilungsverfahren (β) hingegen ist die Kante vollständig in mindestens dem Bereich R1' oder dem Bereich R2' enthalten, so daß sich das obige Problem nicht stellt.
Es soll nun der Fall betrachtet werden, bei dem es eine Tiefe oder Entfernung in dem Bild gibt. In diesem Fall wird ein Bild, wie es in 28A dargestellt ist, auf den Bildsensor A projiziert, während ein Bild gemäß 28D auf den Bildsensor B projiziert wird. In diesem Fall sind die nahen Bildbereiche und auch die entfernten Bildbereiche einander durch Verschiebebereiche überlappt, allerdings können die Grenzlinienbereiche nicht durch Verschieben zur Überlappung gebracht werden. Deshalb läßt sich ein Bereich, in welchem nahe und entfernte Bilder gemeinsam existieren, nicht nachweisen. Zunächst, wenn das in 28A gezeigte Bild auf den Bildsensor A projiziert wird, wird im Fall des Unterteilungsverfahrens (α) die Grenzlinie zwischen dem Nahbild und dem Fernbild etwa an der Grenzlinie zwischen den Bereichen R1 und R2 aufgefunden. Damit läßt sich ein Nahbild mit Hilfe des Bereichs R1 erkennen, während ein Fernbild mit Hilfe der Bereiche R2 und R3 detektierbar ist. Im Fall des Unterteilungsverfahrens (β) sind Bilder mit Tiefen in beiden Bereichen R1' und R2' enthalten. Deshalb ist das Detektieren in diesem Bereich nicht möglich. Tabelle 1A zeigt, was oben erläutert wurde. 28B und 28C zeigen Fälle, in denen das Bild auf den Bildsensor A sich an etwas verschobenen Stellen befindet. Die Tabellen 1B und 1C zeigen die Möglichkeit des Detektierens in diesen Fällen.
Tabelle 1 A
B
C
Man sieht, daß in dem Fall, in welchem es eine Tiefe des Bildes gibt, das Unterteilungsverfahren (α), bei dem lokale Fokusnachweisbereiche definiert werden ohne Überlappung, eine höhere Wahrscheinlichkeit für mögliches Detektieren aufweist. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß eine in Überlappungsbereichen der lokalen Fokusnachweisbereiche aufgefundene Tiefe ein Detektieren in beiden Bereichen unmöglich macht. Wie dargestellt, besitzen die Unterteilungsverfahren (α) und (β) jeweils ihre eigenen Vorteile und Nachteile.
Im folgenden soll das Problem bei (2) bezüglich der Auswahl der Defokussierung unter solchen lokalen Fokusnachweisbereichen für die Anzeige und den Treibervorgang diskutiert werden. Wenn Fern-, Zwischen- und Nahbereichsansichten von Bildern auf den Bildsensor A projiziert werden, welcher in lokale Fokusnachweisbereiche R1 bis R7 gemäß 14 aufgeteilt ist, sollte der Photograph das zu fokussierende Bild festlegen. Wenn die Kamera selbst die Ansicht für den Fokussiervorgang bestimmt, so geschieht dies in einigen Fällen entgegen dem Willen des Photographen. Um einen beabsichtigten Vordergrund akkurat zu fokussieren, muß man vorab einen engen Fokusnachweisbereich einstellen, damit in den Bereich keine Tiefe gelangt.
In diesem Zusammenhang schlägt die japanische Patent-Offenlegungsschrift Sho 63-11906 ein System vor, bei dem ein Fokussieren entsprechend dem Ergebnis des Nachweises unter Verwendung von drei Nachweisbereichen 3601 bis 3603 erfolgt, die in einer in 19 gezeigten Suchermattscheibe enthalten sind. In diesem Fall kann es geschehen, daß etwas, was nicht in dem zentralen Bereich 3601 detektiert werden kann, in einem Endbereich 3603 detektiert werden kann.
Da in diesem Fall der Bereich von dem zentralen Bereich beabstandet ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein entfernter Gegenstand (zum Beispiel ein Baum außerhalb eines Fensters), verschieden von einem Gegenstand im zentralen Bereich (zum Beispiel einer Zimmerwand) fokussiert wird.
Im folgenden wird das Problem (3) erläutert.
Wenn ein durchgehender Bildsensor A (wie der mit den lokalen Fokusnachweisbereichen R1 bis R7 in 14) eingesetzt wird, um eine Mehrzahl von Vordergrund-Objektbildern in einem breiten Bereich zu erfassen, so kann die Helligkeit der einzelnen Vordergrundobjekte von einem Objekt zum anderen stark schwanken. In einem solchen Fall ist die Bereitstellung einer AGC von Bedeutung. Probleme in diesem Zusammenhang werden im folgenden diskutiert.
Als erstes soll ein Fall betrachtet werden, bei dem es eine A/D-Umwandlungsmöglichkeit für etwa 8 Bits gibt, um ein Analog-Bildausgangssignal durch A/D-Umsetzung in digitale Daten umzuwandeln, die im Speicher 113 gespeichert werden. Mit einem Dynamikbereich in dieser Größenordnung kann, wenn die Helligkeit extrem schwankt, der Ausgangspegel nur für einen Teil der Vordergrundobjekte durch Speicherzeitsteuerung optimiert werden (das heißt durch AGC). Im folgenden soll ein Fall betrachtet werden, bei dem eine Wand mit einem daran befestigten Poster und einem in der Nähe befindlichen Fenster auf einen Bildsensor projiziert wird, um einen zentralen Bereich einer Suchermattscheibe zu detektieren, wie in 17A gezeigt ist. 17B zeigt den Fall, daß eine AGC verfügbar ist, demzufolge eine Bildeingabe in einem vorbestimmten zentralen Bereich eine vorbestimmte Spitze (zum Beispiel bei 150) aufweist. 17C zeigt den Fall, daß eine AGC vorhanden ist und die gesamte Bildausgabe eine vorbestimmte Spitze (zum Beispiel bei 150) hat.
Man sieht, daß im Fall der 17C der mittlere oder zentrale Bildbereich eine zu geringe Helligkeit besitzt, um von dem entsprechenden lokalen Fokusnachweisbereich R4 des Bildsensors R4 erfaßt werden zu können. Folglich wird der lokale Fokusnachweisbereich des Bildsensors A nach außen zu Bereichen R3, R5, R2 und R6 verschoben, und der erste Fokusnachweis wird im Bereich R6 möglich. Allerdings denkt dabei der Photograph, daß natürlich das in der Mitte befindliche Poster fokussiert wird. Daher besteht die Möglichkeit, daß eine Maßnahme entgegen dem Willen des Photographen getroffen wird.
Im folgenden wird das Problem (4) diskutiert.
Wie bereits in Verbindung mit dem Stand der Technik erwähnt, ist bei der Berechnung der Korrelation zwischen den Bildsensoren A und B die Berechnungszeit im wesentlichen proportional zur Anzahl der Blöcke in 22E. Bei dem Beispiel nach 22E beträgt die Anzahl von Bildelementen 40 Paar. Wenn allerdings dieses Verfahren angewendet wird in dem Fall, daß die Anzahl von Bildelementen 80 Paare beträgt, so erhöht sich die Berechnungszeit um ein Vielfaches.
Entsprechend dem US-Patent 4 636 624 wird das Bild auf dem Bildsensor A in drei Blöcke unterteilt, wie dies in 25 gezeigt ist, und beim Vergleichen der Bildsensoren A und B in einem Bereich geringer Defokussierung und kleiner Schiebezahl L gemäß 23 erhält man die Korrelation C(L) zwischen der Bildelementreihe des zweiten Blocks bei β und Daten des Bildsensors B nach der Verschiebung, während für Bereiche α und γ die Korrelation C(L) für den ersten und den dritten Block bezüglich der Daten des Bildsensors B nach der Verschiebung berechnet wird.
Die Korrelation C(L) ist hier ein durch folgende Beziehung gegebener Wert: C(L) = Σ|ai – bi +L|
Bei diesem Verfahren ist, wie aus 23 hervorgeht, die Korrelation diskontinuierlich nach Verschiebung um eine Anzahl entsprechend den Grenzlinien zwischen benachbarten Blöcken.
Die GB 2 200 010 betrifft eine Fokusnachweisvorrichtung mit einem Fokusdetektor unter Verwendung eines Bildsensors und eines Speicherzeit-Steuerabschnitts zum Steuern der Speicherzeit des Bildsensors.
Die US 4 766 302 betrifft ein Fokusnachweissystem, das von der Korrelation von Blöcken von Photosensoren in Photosensor-Feldern Gebrauch macht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wünschenswert ist es, eine Vorrichtung zum Durchführen einer hochgenauen Fokuseinstellung verfügbar zu machen, um den Absichten des Photographen bezüglich einer großen Vielfalt von Vordergrundobjekten Rechnung zu tragen.
Außerdem ist es wünschenswert, einen Fokuseinsteller bereitzustellen, der eine passende Aufteilung eines Fokusnachweisbereichs ermöglicht, der die Auswahl einer Bereichsunterteilung in der Weise gestattet, daß die Absichten des Photographen berücksichtigt werden, und die Möglichkeit bietet, die Ergebnisse einer vorausgehenden Fokuseinstellung für eine spätere Fokuseinstellung zu nutzen.
Die Erfindung schafft einen Fokusnachweisapparat gemäß Anspruch 1.
4 bis 6A und 6B zeigen schematisch ein Beispiel für das Verfahren und die Vorrichtung zum Lösen der Probleme gemäß (1).
Bei diesem Beispiel sind 86 Bildelemente a1 bis a86 eines Bildsensors A der ersten Lichtempfangselement-Reihe unterteilt in sieben lokale Fokusnachweisbereiche R1 bis R7 in 5, und eine Mehrzahl von Grenzlinien ist für jeweils ein Paar benachbarter Bereiche vorhanden.
Wenn ein Bild mit hoher Lichtstärkeänderung gemäß 4 projiziert wird, wird als Grenzlinienlage eine Stelle ausgewählt, an der es keine große Änderung gibt. 6A zeigt einen Grenzlinienbereich zwischen den lokalen Fokusnachweisbereichen R2 und R3 und ein Bild in diesem Bereich in vergrößertem Maßstab in Abszissenrichtung. Bezüglich eines Vordergrundobjekt-Bildsignals (Bildausgangssignal) von Lichtempfangselementen (Bildelementen) a22 bis a26 in der Nachbarschaft der Grenzlinie wird eine Differenz |ai – ai + 1| gemäß 6B berechnet, und es wird eine Grenzlinie ermittelt an einer Stelle zwischen Elementen a25 und a26, wo die Differenz ein Minimum hat.
Mit dieser Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, eine Beeinträchtigung der Genauigkeit beim Fokusnachweis zu unterbinden.
Um die obigen Probleme (2) zu lösen, ist der zweite Fokuseinsteller derart ausgebildet, daß die Detektoreinrichtung grundsätzlich einen Fokus in einem lokalen Fokusnachweisbereich erfaßt, der sich im zentralen Bereich der ersten Lichtempfangselement-Reihe befindet, und wenn es kein Vordergrundobjekt-Bildmuster gibt, das in der Lage ist, einen Nachweis im Zentrum des lokalen Fokusnachweisbereichs vorzunehmen, wird ein Muster, das für einen Fokusnachweis geeignet ist, ausgehend von der Mitte in Richtung der Enden hin gesucht, um einen Fokusnachweis bezüglich eines Vordergrund-Objektbildmusters in einem lokalen Fokusnachweisbereich zu bewirken, der in der Nähe der Mitte liegt, wobei Muster berücksichtigt werden, die sich für einen Fokusnachweis eignen. Das heißt: es wird eine Bildverschiebungsberechnung mit Zentrumsbevorzugung durchgeführt.
Genauer gesagt: wenn die erste Lichtempfangselement-Reihe durch eine kontinuierliche Reihe von Lichtempfangselementen gebildet wird, ist der mittlere Bereich bis zum Endbereich der Fokusnachweisbereiche eines breiten Bildsensors in der Lage, einen Vordergrundobjekt-Bildnachweis vorzunehmen, und der Fokusnachweis kann bevorzugt mit einem lokalen Fokusnachweisbereich vorgenommen werden, der dichter zur Mitte hin gelegen ist. Beispielsweise erfolgt eine Fokussierung vorzugsweise nicht anhand einer Szene außerhalb des Fensters in 19, sondern anhand des Fensterrahmens, und somit anhand eines Vordergrundobjekts, welches der Mitte des Bildsensors näher gelegen ist.
Um die Probleme (3) zu lösen, stellt die Detektoreinrichtung des zweiten Fokuseinstellers eine vorbestimmte Menge an AGC für den Fokusnachweis grundsätzlich im mittleren lokalen Fokusnachweisbereich der ersten Lichtempfangsreihe bereit. Genauer gesagt, gibt es ein Vordergrundobjekt-Bildmuster, welches sich für den Nachweis in dem zentralen lokalen Fokusnachweisbereich des Bildsensors ( 17A) eignet, so ist eine Fokussierung in dem zentralen lokalen Fokusnachweisbereich dadurch möglich, daß man bezüglich dieses Musters eine AGC bereitstellt. Gibt es kein Vordergrundobjekt-Bildmuster, welches sich für den Nachweis in dem zentralen Bereich eignet (18A), so wird eine AGC für den nächstliegenden lokalen Fokusnachweisbereich in dem zentralen Bereich bereitgestellt (in 18A der Fensterrahmen). Auf diese Weise kann eine optimale AGC für jeden lokalen Fokusnachweisbereich bereitgestellt werden.
Um die Probleme (4) zu lösen, wählt die Detektoreinrichtung des zweiten Fokuseinstellers beim Auswählen der vorbestimmten Lichtempfangselement-Reihe einen Fokusnachweisbereich aus, der einen Lichtempfangselement-Reihenabschnitt mit einer starken Vordergrundobjekt-Bildsignaländerung in der ersten Lichtempfangselement-Reihe enthält, der dann als stationärer lokaler Fokusnachweisbereich dient, und es erfolgt ein Fokusnachweis anhand von Vordergrundobjekt-Bildsignalen aus diesem stationären lokalen Fokusnachweisbereich und der zweiten Lichtempfangselement-Reihe.
1 bis 3 zeigen schematisch ein Beispiel für das Verfahren und die Vorrichtung zum Lösen des Problems (4).
Bei diesem Beispiel besitzen Bildsensoren A und B 86 Bildelemente a1 bis a86 bzw. b1 bis b86. Die Detektoreinrichtung ermittelt zuerst einen lokalen Fokusnachweisbereich Ai (mit einer Bildelementzahl Mi), wobei eine große Datenmenge aus dem gesamten Flächenbereich des Bildsensors A aus der ersten Lichtempfangselement-Reihe besteht. Ein Bereich mit einer großen Datenmenge bedeutet einen Bereich mit einer starken Änderung im Bildausgangssignal des Vordergrundobjekt-Bildsignals, wie in 1 bei Ai gezeigt ist. Ein Beispiel des Verfahrens zum Bestimmen eines Bereichs mit einer großen Datenmenge wird im folgenden beschrieben. Bezüglich der Bildelement-Reihe dieses ausgewählten lokalen Fokusnachweisbereichs Ai wird die Korrelation berechnet durch progressives Verschieben des entsprechenden Bildelement-Reihenbereichs des Bildsensors B, der aus der ersten Lichtempfangselement-Reihe besteht. Dieses Verfahren ermöglicht eine Untersuchung der Verschiebung L im dargestellten Fall in der Zone von –37 bis 37.
Auf diese Weise ermöglicht dieses Verfahren das Gewinnen einer Bildverschiebung durch Extrahieren eines lokalen Fokusnachweisbereichs mit einer großen Datenmenge, und damit ist es möglich, einen Bereich starker Verschiebung mit einem geringen Rechenaufwand zu erfassen. Die Anzahl von Bildelementen Mi in dem ausgewählten lokalen Fokusnachweisbereich beträgt 10 bis 20, um eine vorbestimmte Genauigkeit bei dem Fokusnachweis zu erreichen, und die Anzahl beträgt höchstens 30. Der Verzicht auf Bereiche mit kleinen Datenmengen hat also keine abträglichen Einflüsse.
23 zeigt Beispiele für die Art und Weise, in der eine Verschiebung vorgenommen wird, wenn ein ausgewählter lokaler Fokusnachweisbereich Ai nicht der zentrale Bereich ist. Man sieht, daß es kein Problem mit der Lage des ausgewählten lokalen Nachweisbereichs Ai gibt, und man kann in ähnlicher Weise eine Ver schiebung in einem breiten Bereich vornehmen.
Im Gegensatz zu dem in 23 gezeigten Beispiel des Standes der Technik, wo der Fokusnachweisbereich aus drei diskreten Blöcken besteht, ändert sich die Korrelation C(L) kontinuierlich bei einer Verschiebung L, wie sie in 24 gezeigt ist.
Beispielsweise beträgt die Korrelation bei jeder Verschiebung in dem Fall nach 1:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 3 sind Ansichten, die das Verfahren zur Korrelationsberechnung mit einem Fokuseinsteller veranschaulichen;
4 bis 6A und 6B sind Ansichten, die ein Verfahren zum Bestimmen einer Grenzlinie eines lokalen Fokusnachweisbereichs veranschaulichen;
7 bis 10 sind Ansichten, die ein Beispiel für einen Fokuseinsteller veranschaulichen;
11 bis 13 sind Ansichten einer zweiten Ausführungsform;
14 bis 19 sind Ansichten zum Erläutern eines Fokusnachweises mit Zentrums-Bevorzugung;
20 und 21A bis 21B sind Ansichten, die einen herkömmlichen Fokuseinsteller veranschaulichen;
22A bis 22E sind Ansichten, die eine Korrelation im Stand der Technik vranschaulichen;
23 und 25 sind Ansichten, die die Unterteilung des Fokusnachweisbereichs im Stand der Technik veranschaulichen;
24 ist eine Ansicht, die ein Bildsensor-Ausgangssignal für den Fall zeigen, daß lokale Fokusnachweisbereiche überlappungsfrei definiert sind; und
26 bis 26A bis 26C sind Ansichten, die Bildsensor-Ausgangssignale für den Fall zeigen, daß lokale Fokusnachweisbereiche ohne Überlappung und mit Überlappung definiert sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird ein Beispiel eines Fokuseinstellers erläutert, der eine Bildverschiebungsberechnung mit Zentrumsbevorzugung ausführt.
Der Kameraaufbau, bei dem das vorliegende Beispiel Anwendung findet, ist im wesentlichen der gleiche wie bei der herkömmlichen Struktur gemäß 20, und ist daher nicht gezeigt. Das in der AFCPU 110 durchgeführte Verfahren unterscheidet sich von dem herkömmlichen Verfahren, wie im folgenden beschrieben wird.
7 ist ein Flußdiagramm einer Fokussteuerung, die von der AFCPU (Detektoreinrichtung) 110 durchgeführt wird, 8 zeigt den Aufbau der AFCPU.
Wenn die Stromversorgung des Fokuseinstellers eingestellt wird, indem der Betriebsschalter an der Kamera gedreht wird oder ein Auslöser halb herabgedrückt wird, wird der Initialisierungsschritt S1 in 7 ausgeführt, bei dem ein Einstellmodus für die Ladungsakkumulationszeit entsprechend dem Ausgangssignal eines Monitorteils (M2 in 21B) im zentralen Bereich des Bildsensors eingestellt wird.
Es gibt zwei bekannte Verfahren zum Steuern der Ladungsakkumulationszeit (Ladungsansammlungszeit) des CCD-Bildsensors, das heißt eine Hardware-AGC und eine Software-AGC. Bei der Software-AGC werden die Ladungsansammlungszeit und das Bildausgangssignal der vorbestimmten Zeit dazu verwendet, die Ladungsansammlungszeit für das nächste Mal festzulegen. Bei der Hardware-AGC beginnt mit dem Start der Ladungsansammlung der Überwachungsteil auch die Ladungsansammlung. Das Ausgangssignal des Überwachungsteils wird zu jeder Zeit erfaßt, und wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die Ladungsansammlung innerhalb des Bildsensors abgeschlossen.
Soweit es keine vorausgehenden Daten im Startzeitpunkt gibt, wird die Software-AGC ausgewählt, weil diese zu einer langsamen Konvergenz führt.
Bei diesem Beispiel befinden sich drei Überwachungsabschnitte M1 bis M3 in einer Reihe parallel zu dem Bildsensor A, wie in 21 gezeigt ist. Die AFCPU 110 kann einen der Überwachungsabschnitte M1 bis M3 als Hardware-AGC auswählen.
Allerdings neigt bei der Hardware-AGC das Bildausgangssignal eines Vordergrund- Objektbildes, welches auf einen fraglichen Bereich projiziert wird, dazu, ungeeignet zu sein, beispielsweise gibt es einen Überlauf aufgrund einer möglichen Nicht-Übereinstimmung zwischen einer Betrachtung der durchschnittlichen Lichtmenge in einem breiten Bereich und der Betrachtung eines lokalen Fokusnachweisbereichs. Deshalb wird beim zweiten Mal und bei den nachfolgenden Gelegenheiten die Software-AGC verwendet (Schritt S10).
Nachdem die Akkumulationszeit ermittelt ist, wird die Akkumulation im Schritt S2 begonnen und im Schritt S3 beendet. Im Schritt S4 werden die Bilddaten einer A/D-Wandlung in der Schnittstelle 112 unterzogen und im Speicher 113 gespeichert. Als in dem Speicher abgespeicherte Bilddaten können auch Daten der Differenz zwischen benachbarten Bildelement-Ausgangssignalen, die über den gesamten Bildsensor gewonnen werden, oder Daten verwendet werden, die durch Filtern des Bildsensor-Ausgangssignals und mithin durch Ausschneiden vorbestimmter Raumfrequenz-Komponenten gewonnen werden.
Im Schritt S5 ermittelt eine Grenzbestimmungseinrichtung 1002 lokale Fokusnachweisbereichs-Grenzlinien oder -Grenzen nach dem oben beschriebenen Verfahren. Genauer gesagt: bezüglich eines Anfangswerts Q(r) des letzten Elements eines vorbestimmten Bereichs gemäß Tabelle 2B wird ein Bildausgangssignal a in dessen Nachbarschaft durch das nachfolgende Programm einem Vergleich unterzogen, um die Grenze zwischen lokalen Fokusnachweisbereichen zu ermitteln, wie es oben in Verbindung mit 6 beschrieben wurde.
(Programm zur Grenzbestimmung von lokalen Fokusnachweisbereichen)
Das Startelement p(r) und das Endelement q(r) jeder so ermittelten Grenze eines lokalen Fokusnachweisbereichs werden in Speicherbereichen R1 bis R7 entsprechend den in der Tabelle 2A gezeigten individuellen Elemente abgespeichert.
Im Schritt S6 berechnet eine Kontrastbestimmungseinrichtung 1003 den Kontrast Cnt(r) jedes Bereichs (r ist eine Variable) in folgender Form:
und speichert das Ergebnis in einem Speicherbereich, der jedem Element in Tabelle 2A entspricht.
Weiterhin berechnet sie Maximum- und Minimumwerte M(r) und S(r) in jedem Bereich und speichert diese Werte in Speicherbereichen entsprechend den in Tabelle 2A gezeigten individuellen Elementen.
Tabelle 2B
Im Schritt S7 (der in 9 im einzelnen dargestellt ist) erfolgt eine Berechnung der Bildverschiebung mit Zentrumsbevorzugung. Zu diesem Zweck bestimmt die Bereichs-Bestimmungseinrichtung mit Zentrumsbevorzugung 1004 lokale Fokusnachweisbereiche fortschreitend von dem zentralen lokalen Fokusnachweisbereich R4, wie in 9 dargestellt ist (Schritte S74 und S77).
In den Schritten S71 und S72 wird der lokale Fokusnachweisbereich für r = 4 ausgewählt, und im Schritt S73 erfolgt eine Prüfung, ob der Kontrast des designierten Bereichs ausreichend ist entsprechend der Beziehung Cnt(r) > Cth. Reicht der Kontrast aus, so wird der Schritt S74 durchgeführt, in welchem die Bildverschiebungs-Berechnungseinrichtung 1005 die Bildverschiebung Z(r) und die Datenmenge E(r) nach einem unten beschriebenen, vorbestimmten Verfahren berechnet. Wenn der Kontrast nicht ausreicht, so wird die Datenmenge auf E(r) = 0 eingestellt, und die Routine geht zu dem Schritt S76.
Der Schritt S76 ermöglicht eine Beurteilung des nächsten Resultats nach dem Ende der Bildverschiebungsberechnung in einander abgewandten Seitenbereichen mit gleichem Abstand vom Mittelbereich. Wenn r = 4, so wird der Schritt S77 ausgeführt.
Im Schritt S77 führt die Beurteilungseinrichtung 1006 eine Beurteilung des Ergebnisses entsprechend dem Betrag der Datenmenge gemäß Tabelle 3 durch.
Tabelle 3
Tabelle 3
Mit r = 4 (i = 0) ist ein Nachweis dann möglich, wenn die Datenmenge E(4) größer ist als Eth 1. In diesem Fall wird FI = 1 gesetzt. Ist die Datenmenge geringer, ist ein Nachweis unmöglich. In diesem Fall wird FI = 0 gesetzt. Bei FI = 1 wird der Wert von DEF(4) im Bereich r = 4 als Defokussierung DEF im Defokussierungs-Berechnungsschritt S9 ermittelt, der im folgenden noch beschrieben wird.
Im Schritt S78 erfolgt eine Prüfung, ob der Nachweis möglich ist, in dem geprüft wird, ob FI = 0. Ist der Nachweis möglich, so wird der Schritt S8 ausgeführt. Ansonsten erfolgt im Schritt S79 eine Prüfung, ob sämtliche lokale Fokusnachweisbereiche geprüft sind. Sind alle Bereiche geprüft, wird der nächste Schritt S8 auch dann ausgeführt, wenn diese Bereiche sämtlich für einen Nachweis ungeeignet sind.
Gibt es noch nicht geprüfte Bereiche, so wird i auf i = i + 1 im Schritt S80 gesetzt (das heißt i = 1), im Schritt S72 wird ein Bereich r = 4 – 1 (im vorliegenden Fall r = 3) eingestellt. Dann wird wie zuvor die Routine durch die Schritte S73, S74 und S75 zum Schritt S76 geleitet. Wegen r = 3 wird der Schritt S81 ausgeführt. Dann geht mit r = 4 + 1 die Routine durch die Schritte S73, S74 und S75 zum Schritt S76, so wie zuvor.
Da jetzt r = 5, wird der nächste Schritt S77 ausgeführt. Zu dieser Zeit ist die Datenmenge bezüglich der Bereiche r = 3 und r = 4 festgestellt.
Im folgenden wird die Beurteilung des Ergebnisses im Fall von i = 1 anhand der Tabelle 3 erläutert.
Wenn sowohl E(3) als auch E(5) größer als Eth 1 sind, wird FI = 10 gesetzt, und die unten noch zu beschreibende Defokussierungs-Berechnung im Schritt S9 ergibt als Defokussierung DEF entweder DEF(3) oder DEF(5), was einem Vordergrundobjekt entspricht, welches sich näher zur Kamera hin befindet.
Wenn entweder E(3) oder E(5) größer als Eth 1 ist, wird FI = 11 gesetzt. Ist E(5) größer als Eth 1, wird FI = 12 gesetzt. Bei der Defokussierungs-Berechnung im Schritt S9, die unten noch beschrieben wird, werden DEF(3) und DEF(5) als Defokussierung DEF im ersteren bzw. im letzteren Fall eingestellt.
Wenn der vorbestimmte Wert von keiner der Datenmengen erfüllt wird, wird die Summe der Datenmengen bezüglich sämtlicher Nachweisbereiche, für die die Berechnung durchgeführt wurde, oder einer Mehrzahl von Nachweisbereichen unter sämtlichen Nachweisbereichen, in denen eine Berechnung vorgenommen wurde, ermittelt. Ist die Summe größer als Eth 2, wird FI = 13 eingestellt, und bei der Defokussierungs-Berechnung im Schritt S9, welche unten noch beschrieben wird, wird als Defokussierung DEF eine Kombination aus DEF(3), DEF(4) und DEF(5) erhalten. Ansonsten wird FI = 0 eingestellt (kein Nachweis möglich).
Dann wird im Schritt S78 durch Prüfen, ob FI > 0 geprüft, ob ein Nachweis möglich ist. Ist ein Nachweis möglich, wird Schritt S8 ausgeführt. Ist der Nachweis nicht möglich, wird im Schritt S79 geprüft, ob sämtliche lokalen Fokusnachweisbereiche geprüft wurden. Sind alle Bereiche geprüft, wird der nächste Schritt S8 ausgeführt, bis der Nachweis in sämtlichen Bereichen unmöglich ist.
Gibt es verbleibende Bereiche, so wird im Schritt S80 i = i + 1 (i = 2 im vorliegenden Fall) eingestellt, und im Schritt S72 wird r = 4 – 1 (r = 2 im vorliegenden Fall) eingestellt. Dann geht die Routine wie zuvor durch die Schritt S73, S74 und S75 zum Schritt S76. Wegen r = 2 wird der Schritt S81 ausgeführt, um r = 4 + i (r = 6 im vorliegenden Fall) einzustellen. Dann geht wie zuvor die Routine durch die Schritte S73, S74 und S75 zum Schritt S76.
Ein ähnlicher Prozeß wird wiederholt ausgeführt.
Hier soll jetzt der Inhalt der Bildverschiebungs-Berechnungseinrichtung 1005 für den Schritt S74 beschrieben werden.
Es gibt verschiedene bekannte Verfahren, um eine relative Versetzung eines Bildes aus einem Paar von Bildausgangssignalen zu ermitteln, und diese Verfahren können genutzt werden. Es soll hier ein Verfahren beschrieben werden, welches in der US-A-4 561 749 der Anmelderin offenbart ist.
Als Beispiel wird ein lokaler Fokusnachweisbereich R3 (r = 3) beschrieben. Wenn dieser Bereich den Ausgangssignalen a25 bis a37 in Tabelle 2A entspricht, beträgt die Korrelation C(L) entsprechend einer Bildelementverschiebung L:
wobei [Y] eine ganze Zahl kleiner als Y ist (zum Beispiel ist bei Y = 3,5 [Y] = 3).
Auf diese Weise wird eine Korrelation bezüglich jeder Bildelementverschiebung L gewonnen, wie dies in 10 gezeigt ist. Die Verschiebung L kann etwa ± 5 bis ± 10 betragen. (In diesem Fall ist der Nachweisbereich des Bildsensors A ein anspruchsgemäßer mobiler lokaler Fokusnachweisbereich). Außerdem gibt es in den Endelementen für r = 1 und r = 7 kein verschobenes entsprechendes Bildelement. Diese Endelemente werden aus der Addition weggelassen, wie in 10 zu sehen ist. (Das heißt, der Nachweis erfolgt nicht in Außerfokus-Bereichen.) Dann werden bezüglich dreier aufeinanderfolgender Korrelationen C(L – 1), C(L) und C(L + 1) berechnet: D = (C(L – 1) – C(L + 1))/2 E = MAX(C(L – 1) – C(L), C(L + 1) – C(L)) Cext = C(L) – |D| Cmin = Cext/E berechnet bezüglich der Verschiebung L, so daß
C(L-1) ≥ C(L) und C(L + 1) > C(L).
Außerdem wird eine genormte Korrelation Cmin durch Variieren des Werts von L ermittelt und mit einem vorbestimmten Wert, beispielsweise 0,4, verglichen. Ist die Korrelation größer, so bedeutet dies eine Stelle wahrer Korrelation. Natürlich besteht die Möglichkeit, eine Verschiebung in dem gesamten Bereich zu veranlassen, um Cext und Cmin zu ermitteln und als Stelle maximaler Korrelation festzulegen.
Der Wert E ist in seiner Position maximaler Korrelation die Datenmenge, und wenn dieser Wert kleiner wird, kann die Genauigkeit des Fokusnachweises nicht länger garantiert werden.
Unter Verwendung dieser maximalen Korrelationsverschiebung läßt sich die Bildverschiebung berechnen aus Z = L + D/E.
Zurückkehrend zu 7 wird eine Prüfung dahingehend durchgeführt, ob der Fokusnachweis in einem der lokalen Fokusnachweisbereiche im Schritt S7 möglich war. War dies der Fall, wird im Schritt S9 die Defokussierung berechnet. Die Defokussierungs-Berechnung wurde zuvor in Verbindung mit der Tabelle 3 erläutert, eine ergänzende Beschreibung folgt.
Die Defokussierung in jedem Nachweisbereich wird berechnet in der Form DEF(r) = Z(r) × k(r) + O(r) wobei eine Bildverschiebung Z(r) verwendet wird, die in jedem Nachweisbereich erfaßt wird, außerdem ein Versatz (Offset) O(r) und ein Umwandlungskoeffizient k(r), der im Speicher gemäß Tabelle 2 abgespeichert ist. Der Umwandlungskoeffizient k(r) schwankt mit den einzelnen lokalen Fokusnachweisbereichen aufgrund der Kennwerte der Optik für den Fokusnachweis, und es werden vorab für individuelle lokale Fokusnachweisbereiche vorbestimmte Werte abgespeichert. Der Offset O(r) schwankt abhängig vom Status der Einstellung des Gehäuses, an dem der Fokuseinsteller angebracht ist, und er wird für jedes Gehäuse in einen EEPROM oder dergleichen eingeschrieben.
Oben wurde die Art und Weise der Auswahl eines von mehreren Berechnungsergebnissen der Bildverschiebung für den Fall erläutert, daß mindestens einer der Werte E(r) oberhalb von Eth 1 liegt (Tabelle 3).
Im folgenden soll ein Fall betrachtet werden, bei dem es keinen Bereich gibt, in welchem E oberhalb von Eth 1 liegt, das heißt FI = 13. (Eine teilweise Beschreibung wurde in diesem Zusammenhang bereits oben gegeben.) In diesem Fall reicht die Datenmenge in einem einzelnen Bereich nicht aus. Allerdings ist ein Fokusnachweis dann möglich, wenn die Summe E345 an Datenmengen aus mehreren Bereichen oberhalb von Eth 2 liegt. Ein spezifisches Berechnungsverfahren kann folgende Form haben: DEF = DEF(3) × E(3)/E345 + DEF(4) × E(4)/E345 + DEF(5) × E(5)/E345 wobei E345 = E(3) + E(4) + E(5).
In ähnlicher Weise wird in dem Fall, daß der Nachweisbereich vergrößert wird (i = 2 und i = 3) und es keinen Bereich mit einem Wert E oberhalb von Eth 1 gibt, eine Defokussierung DEF entsprechend der Summe von Datenmengen aus mehreren lokalen Fokusnachweisbereichen gemäß Tabelle synthetisiert.
Wenn im Schritt S8 festgestellt wird, daß sämtliche lokalen Fokusnachweisbereiche für einen Nachweis ungeeignet sind, wird der Schritt S12 ausgeführt. Ist die Defokussierung wiederum groß, so wird ein entsprechender Bildverschiebungs-Berechnungsbereich festgelegt. In diesem Fall muß, da der einschlägige Bereich sich nicht in der Nachbarschaft des Fokus befindet, eine Suche nach einer zufriedenstellenden Korrelation in einem breiten Verschiebungsbereich vorgenommen werden.
In diesem Fall können sämtliche in 22C gezeigten Bereiche für die Berechnung herangezogen werden. Allerdings kann die Berechnungszeit reduziert werden, indem. man einen lokalen Fokusnachweisbereich mit dem größten Kontrast Cnt(r) unter den Bereichen R1 bis R7auswählt und die Verschiebung ermittelt als ortsfesten lokalen Fokusnachweisbereich, wie es oben in Verbindung mit 1 erläutert wurde. Wenn außerdem das Bild stark abgedunkelt ist aufgrund einer starken Defokussierung, demzufolge der Kontrast unter einem vorbestimmten Wert auch in einem Bereich liegt, wo der Kontrast Cnt(r) am höchsten ist, so wird eine Kombination aus diesem Bereich mit höchstem Kontrast und auf der abgewandten Seite liegenden Bereichen als ein Bereich gehandhabt (der dem Nachweisbereich Ai in 1 entspricht). In diesem Fall überschreitet die Anzahl von Bildelementen den Wert 30, so daß man auch mit einer starken Abdunklung fertig wird.
Genauer gesagt: der Bereich maximalen Kontrasts Cnt(r) wird im Schritt S12 gewählt, und liegt der Kontrast über einem vorbestimmten Wert, so wird dieser Bereich als stationärer lokaler Fokusnachweisbereich entsprechend dem Nachweisbereich Ai in 1 bestimmt. Liegt der Kontrast unter dem vorbestimmten Wert, so wird eine Kombination dieses Bereichs und von Bereichen auf der entgegengesetzten Seite als ortsfester lokaler Fokusnachweisbereich entsprechend dem Bereich Ai in 1 festgestellt.
Im Schritt S13 wird eine Bildverschiebungsberechnung durchgeführt, um eine Da tenmenge und eine Bildverschiebung zu erhalten. Wird keine Stelle maximaler Korrelation aufgefunden, oder liegt die Datenmenge unter einem vorbestimmten Wert, so ist ein Nachweis nicht möglich. Daher wird in diesem Fall ein Niedrigkontrast-Flag gesetzt, und die Routine geht durch den Schritt S14 zum Schritt S10. Ist der Nachweis möglich, geht die Routine durch den Schritt S14 zum Schritt S15, um die Defokussierung zu berechnen, anschließend geht sie zum Schritt S10.
Im Schritt S10 wird die Berechnungszeit für das nächste Mal abhängig von den lokalen Fokusnachweisbereichen (i = 0, 1, 2 oder 3) bestimmt, wie sie für die Ergebnisbeurteilung verwendet wird, entsprechend von Bildausgabedaten, die diesen Bereichen entsprechen, so daß beim nächsten Mal der Spitzenwert in diesem Bereich einen vorbestimmten Wert hat.
Im Schritt S11 wird ein Objektivantrieb entsprechend der berechneten Defokussierung ausgeführt, und wenn der Antrieb abgeschlossen ist, wird im Schritt S2 die Akkumulation begonnen. Wenn allerdings im Schritt S14 festgestellt wird, daß der Nachweis unmöglich ist, so wird gleichzeitig mit dem Beginn des Antreibens im Schritt S2 die Akkumulation begonnen, um die Objektivstellung zu ermitteln, bei der ein Nachweis möglich ist.
Im folgenden wird eine Ausführungsform eines Fokuseinstellers beschrieben, bei dem eine Bildverschiebungs-Berechnung mit Bestimmungs-Bevorzugung durchgeführt wird als Modifikation der Bildverschiebungsberechnung mit Zentrumsbevorzugung.
Bei dem Bildverschiebungs-Berechnungssystem mit Zentrumsbevorzugung wird vorzugsweise das Berechnungsergebnis bezüglich des mittleren Bereichs verwendet, und wenn der Nachweis im mittleren Bereich unmöglich ist, wird der Nachweisbereich fortschreitend ausgehend vom mittleren Bereich für die Berechnung des Fokusnachweises verbreitert. Bei dem Bildverschiebungssystem mit Bestim mungsbevorzugung wird bevorzugt das Ergebnis der Bildverschiebungs-Berechnung für einen bestimmten Nachweisbereich verwendet, und wenn der Nachweis in den festgelegten Nachweisbereich unmöglich ist, wird der Nachweisbereich progressiv verbreitert, ausgehend von dem als bevorzugt bestimmten Nachweisbereich, um eine Fokusnachweis-Berechnung durchzuführen.
Zu diesem Zweck bestimmt der Photograph durch irgendwelche Mittel einen Fokusnachweisbereich.
Ein Beispiel für eine solche Bereichsbestimmung wird im folgenden anhand der 11A erläutert. Die Beschreibung von Teilen in 20 entsprechend den oben beschriebenen Teilen entfällt. Bei diesem Beispiel sind Schalter I bis III als Nachweisbereichs-Auswahlelemente oben auf einem Verschlußauslöseknopf vorgesehen. Damit läßt sich eine Bereichsumschaltung unmittelbar durchführen, ohne ,daß man die Hand von dem Verschlußauslöseknopf wegnimmt.
Als erstes wird ein normaler Verschlußauslösevorgang beschrieben. Wenn ein Element 151 niedergedrückt wird und in Berührung mit einem Element 152 tritt, um am Eingangsanschluß 12 eines Mikrocomputers 110 einen Potentialzustand H zu erreichen und eine Steuerung durchzuführen, so wird ein üblicherweise als halb niedergedrückter Zustand bezeichneter Zustand erreicht, in welchem eine Fokusnachweisoperation gestartet wird. Wird das Element 152 weiter niedergedrückt, so daß das Element 153 eingeschaltet wird, so wird ein vollständig niedergedrückter Zustand erreicht, bei dem das Potential am Eingangsanschluß 11 den Zustand H einnimmt. Im Ergebnis wird das Hochfahren des Spiegels sowie eine Belichtung gestartet. Die Schalter I bis III, die als Bereichsauswahlelemente oben auf der Verschlußauslösetaste vorgesehen sind, können kleine mechanische Schalter, Kontaktschalter oder druckempfindliche Schalter sein. In jedem Fall werden die Potentiale an Eingangsanschlüssen 13 und 14 geändert zwischen N und L, abhängig vom Ein-Aus-Betrieb der Schalter I bis III.
Natürlich sollte bei mechanischen Schaltern das Ein-Aus-Schalten mit leichterer Berührung möglich sein als dies für das teilweise und vollständige Niederdrücken der Taste gilt, wie es oben angesprochen wurde. Für Kontaktschalter und druckempfindliche Schalter sind vorbestimmte Schaltungselemente zwischen benachbarte Eingangsanschlüsse 13 bis 15 eingefügt. Die Nachweisbereichsauswahl läßt sich vornehmen entsprechend einem "eingeschalteten" Schalter. Beispielsweise wird ein zentraler Bereich gemäß 11B ausgewählt, ein linker Bereich wird gemäß 11C ausgewählt, ein rechter Bereich wird gemäß 11D ausgewählt. Auf diese Weise allerdings ist die Auswahl dann schwierig, wenn die Schalter I bis III kleiner sind als die Fingerspitze, wie aus der Zeichnung hervorgeht.
Folglich wird gemäß Tabelle 4A dem linken Nachweisbereich dann Präferenz gegeben, wenn der Schalter I sich im Zustand H befindet, unabhängig vom Zustand der anderen Schalter, es wird dem zentralen Nachweisbereich Präferenz gegeben, wenn die Schalter I und II im Zustand H bzw. L sind, unabhängig vom Zustand der übrigen Schalter, und es wird Präferenz dem rechten Nachweisbereich gegeben, wenn die Schalter I bis III sich in den Zuständen L, L bzw. H befinden. Bei einer solchen Anordnung können der linke, der mittlere und der rechte Nachweisbereich mit den einzelnen Fingerpositionen nach den 11E bis 11G ausgewählt werden, was die Bedienfreundlichkeit steigert.
Die 11E bis 11G sind Ansichten von der Rückseite (Filmseite) der Kamera her. Der bevorzugte Nachweisbereich wird gebildet durch den linken lokalen Nachweisbereich (1) innerhalb des Sucherfeldes in 11H , wenn der Finger sich in der Stellung nach 11E befindet, er wird durch den zentralen lokalen Nachweisbereich (2) im Sucherfeld nach 11F mit der Fingerstellung nach 11F gebildet, und er wird durch den rechten lokalen Fokusnachweisbereich (3) in dem Sucherfeld nach 11H gebildet, wenn die Fingerstellung der 11G entspricht.
Die Tabelle 4B zeigt eine Anordnung, die man dann realisieren kann, wenn die Anzahl ausgewählter Nachweisbereiche durch Erhöhung der Schalterzahl gesteigert wird. Eine Markierung * bedeutet entweder den Zustand H oder L, je nach Wunsch.
Im folgenden soll das Ablaufdiagramm für das Bildverschiebungs-Berechnungssystem mit Bestimmungsbevorzugung anhand der 12A erläutert werden.
Der Ablauf ist der gleiche wie der in 7 gezeigte Ablauf, nur daß im Schritt S107 eine Bildverschiebungsberechnung mit Bestimmungsbevorzugung erfolgt.
Im Initialisierungsschritt S101 werden die Zustände der Eingangsanschlüsse 13 bis 14 gelesen, und es wird ein bevorzugter Bereich auf der Grundlage der Bestimmungsstandards in Tabelle 4A ermittelt. Einer der Überwachungsabschnitte M1 bis M3 in 21, auf dessen Grundlage die Hardware-AGC angewendet wird, wird abhängig davon ermittelt, ob der bevorzugte Nachweisbereich entweder R2 oder R4 oder R6 ist.
Tabelle 4A
Tabelle 4B
Das Anhalten der ersten Akkumulation im Schritt S103 wird entsprechend dem Ausgangssignal des bestimmten Überwachers festgelegt. Das zweite und die nachfolgenden Akkumulations-Haltevorgänge werden entsprechend der Einstellung der Akkumulationszeit im Schritt S110 gesteuert.
Die Schritte S104 bis S106 sind die gleichen, die oben erläutert wurden.
In der Figur entspricht der Schritt S107 dem Bildverschiebungsberechner gemäß 12B, der Schritt S277 entspricht der Beurteilungseinrichtung 1706 in 12B, und der übrige Teil entspricht der Bereichsbestimmungseinrichtung mit Bestimmungsbevorzugung.
Als erstes wird im Schritt S17 der festgelegte Bereich ausgelesen. Dann wird ζ = 2, 4 und 6 auf der Grundlage der 4A abhängig davon eingestellt, ob der festgelegte Nachweisbereich R2 bis R4 oder R6 ist.
Im folgenden wird der Fall für ζ = 2 in Verbindung mit den Schritten S271, S172, S272, S173, S182, S183, S176 und S181 beschrieben. Die lokalen Fokusnachweisbereiche für den Fokusnachweis sind in Präferenz-Reihenfolge:
r = 2 mit i = 0,
r = 1 und i = 3 mit i = 1;
i = 4 mit i = 2,
r = 5 mit i = 3,
r = 6 mit i = 4, und
r = 7 mit i = 5.
Stellt sich im Schritt S272 heraus, daß r außerhalb des Bereichs liegt, so wird im Schritt S175 E(r) = 0 eingestellt.
Die Schritte S173, S172, S175 und S176 haben die gleichen Funktionen wie die Schritte S73, S74, S75 bzw. S76.
Der Inhalt des Schritts S177 entspricht der Tabelle 5. Der Grundgedanke dieser Tabelle ist der gleiche wie der der Tabelle 3, nur daß lediglich ein einseitiger Bereich für i = 1 erhalten werden kann, wenn beispielsweise ζ den Wert: 2 und 6 hat.
Im Schritt S110 wird die nächste Akkumulationszeit ermittelt, so daß die Spitze des Bereichs, für den die Fokusnachweisberechnung im Schritt S107 durchgeführt wurde, und für den im Schritt S109 eine Defokussierung erfolgte, einen vorbestimmten Wert hat.
Tabelle 5
(Zur Beachtung) E(r) = 0, wenn r außerhalb eines vorbestimmten Bereichs (r < 1 oder i > 7) liegt.
Als festgelegter Bereich r = ζ, wird der Bereich ζ + 1 ausgedrückt in der Form ζ1, ζ-1 als ζ1, ζ + 2 als ζ2 und ζ – 2 als ζ2.
Tabelle 5
Bei den obigen Ausführungsformen ist ein Bildsensor mit einem einen breiten Bereich aufweisenden Fokusnachweisbereich durch ein zuvor beschriebenes Verfahren in auswählbare lokale Fokusnachweisbereiche aufgeteilt, um eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung zur hochgenauen Fokusermittlung zu ermöglichen. Damit wird die Genauigkeit beim Fokusnachweis ziemlich verbessert. Da außerdem der Fokusnachweisbereich vergrößert ist, wird das Ergebnis des Fokusnachweises überhaupt nicht geändert, auch wenn es ein Schwanken des Nachweisbereichs bezüglich eines Vordergrundobjekts gibt, hervorgerufen durch die Bewegung der Hände des Photographen, der die Kamera hält. Es gibt eine geringere Wahrschein lichkeit für ein Hin- und Hergehen des Objektivs. Der beabsichtigte Fokus kann zuverlässig eingefangen werden.
Die obigen Ausführungsformen betreffen Fokuseinsteller vom TTL-Typ, die für eine einäugige Spiegelreflexkamera verwendet werden. Allerdings ist der erfindungsgemäße Fokuseinsteller nicht auf einen solchen für einen TTL-Typ beschränkt. Beispielsweise ist der erfindungsgemäße Fokuseinsteller anwendbar bei einem Triangulationsmeßgerät für eine Objektivverschlußkamera.

Claims

Fokusnachweisapparat, umfassend erste und zweite Lichtempfangsmittel (A, B), wobei jedes eine Vielzahl Fotosensoren aufweist und jedes so angeordnet ist, daß es ein Bild von einem zu fotografierenden Feld aufnimmt, wobei die Fotosensoren des ersten Lichtempfangsmittels (A, B) in mindestens drei Gruppen (R_i) unterteilt sind, von denen jede einem Bereich in dem zu fotografierenden Feld entspricht, und der Apparat Mittel (110) zum Korrelieren der empfangenen Bilder aufweist, um den Grad der Defokussierung des optischen Systems zu bestimmen, sowie automatische Verstärkungssteuermittel zum Steuern des Betriebs der Fotosensoren aufweist, so daß deren Ausgangsbeträge von der detektierten Intensität des empfangenen Lichts abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Apparat Auswahlmittel (I, II, III) aufweist, die von einem Benutzer bedient werden, um eine der Fotosensorengruppen des ersten Lichtempfangsmittels (A) auszuwählen, die zuerst als Basis dieser Korrelation dient, und wobei das automatische Verstärkungssteuermittel die automatische Verstärkungssteuerung bewirkt, und zwar basierend auf der Intensität des Lichts aus dem Bereich des zu fotografierenden Felds, das der durch das Auswahlmittel (I, II, III) ausgewählten Gruppe entspricht.
Apparat nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl zusätzlicher Fotosensoren (M1, M2, M3), die im wesentlichen parallel zur Richtung des Feldes der Fotosensorenvielzahl des ersten Lichtempfangsmittels (A) angeordnet ist, wobei jeder Fotosensor ein Ausgangssignal entsprechend der Intensität des einfallenden Lichtes erzeugt; und wobei die detektierte Intensität des empfangenen Lichts detektiert wird von einem Fotosensor der zusätzlichen Fotosensorenvielzahl (M1, M2, M3), der benachbart zu der Fotosensorengruppe des ersten Lichtempfangsrnittels (A) angeordnet ist, das von dem Auswahlmittel (I, II, III) ausgewählt wurde.
Apparat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das automatische Verstärkungssteuermittel eine Ladungsakkumulationszeit der ersten und zweiten Lichtempfangsmittel (A, B) steuert.