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    Beschrieben ist ein Autofukussystem für eine Kamera mit einem Kontrast-Schärfendetektor (11, 12, 21, 22, 23, 25, 26), der diejenige Position einer Fokussierlinsengruppe (12), in der der Kontrast eines durch eine Aufnahmeoptik (11) erzeugten Objektbildes ein Maximum erreicht, erfasst, während die Fokussierlinsengruppe (12) über einen Linsenantrieb bewegt wird (26), und diese Position als Kontrast-Schärfenposition definiert, DOLLAR A mit einem Phasendifferenz-Schärfendetektor (31), der ein auf das Objektbild bezogenes Lichtbündel so in zwei Lichtbündel teilt, dass diese beiden Lichtbündel in Form von zwei Objektbildern auf einem Lichtempfangselement (21) abgebildet werden, um eine Phasendifferenz zwischen den beiden Objektbildern auf dem Lichtempfangselement (21) zu erfassen, wobei der Phasendifferenz-Schärfendetektor (31) diejenige Position der Fokussierlinsengruppe (12), in der für das Objekt ein Schärfenzustand erfasst wird, als Phasendifferenz-Schärfenposition definiert, und DOLLAR A mit einer Steuerung (25), die die Fokussierlinsengruppe (12) über den Linsenantrieb (26) in eine der beiden definierten Schärfenpositionen bewegt, wobei die Steuerung (25) einen Bewegungsbereich der Fokussierlinsengruppe (12) für die Erfassung des Kontrastes durch den Kontrast-Schärfendetektor (11, 12, 21, 22, 23, 25, 26) in Abhängigkeit eines Zuverlässigkeitsmaßes für die Phasendifferenz-Schärfenposition einstellt.
    公开号:DE102004017536A1
    申请号:DE102004017536
    申请日:2004-04-08
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Naoto Nakahara
    申请人:Pentax Corp；
    IPC主号:G03B13-36
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein System und Verfahren zur automatischen Schärfeneinstellung.Insbesondere betrifft die Erfindung ein sogenanntes passives Autofokussystemfür eineKamera, das sowohl mit einem passiven Phasendifferenzerfassungsverfahrenals auch einem passiven Kontrasterfassungsverfahren arbeitet.
    [0002] HerkömmlicheSchärfenerfassungsverfahren,mit denen fürelektronische Kameras bestimmte Autofokussysteme arbeiten, sinddas aktive Autofokusverfahren, das eine Triangulation anwendet,und das passive Autofokusverahren. Als passive Autofokusverfahrensind aus dem Stand der Technik ein Phasendifferenzerfassungsverfahrenund ein Kontrasterfassungsverfahren bekannt.
    [0003] Daseine Triangulation anwendende aktive Autofokusverfahren arbeitetz.B. mit einem Infrarotsender und einem positionssensitiven Detektor (PSD),durch die unter Anwendung der Triangulation eine Objektentfernungbestimmt wird. Dabei empfängtder positionssensitive Detektor ein Infrarotsignal, das zunächst vondem Infrarotsender ausgegeben wird, anschließend an einem Objekt reflektiert wirdund schließlichauf den positionssensitiven Detektor fällt, um die Position des empfangenenInfrarotsignals zu erfassen. Bei diesem mit der Triangulation arbeitendenaktiven Autofokusverfahren ist die für die Bestimmung der Objektentfernungerforderliche Zeit kurz, und die Fokussierlinsengruppe kann miteinem einzigen Hub angetrieben werden, da die Objektentfernung ineiner direkten Weise bestimmt wird, so dass für einen Autofokusprozess nureine kurze Zeit benötigtwird. Jedoch kann mit dem die Triangulation anwendenden aktivenAutofokusverfahren die Objektentfernung nicht mit hoher Genauigkeit gemessenwerden. Außerdemist der Bereich auf dem Objekt, auf der der Infrarotsender das Infrarotlichtsendet, auf eine kleine Flächebeschränkt,da die Schärfenerfassungsfläche kleinund die Aussenderichtung des Infrarotlichtes festgelegt ist, sodass die Gefahr besteht, dass nicht auf den Vordergrund, d.h. dasObjekt, sondern auf den Hintergrund fokussiert wird.
    [0004] Indem Phasendifferenzerfassungsverfahren wird ein auf ein Objektbildbezogenes Lichtbündel, dasdurch eine Aufnahmeoptik tritt, um in einen vorbestimmten Schärfenerfassungsbereicheiner Referenzschärfenebeneabgebildet zu werden, nach einem Austrittspupillen-Teilverfahren(Phasendifferenzerfassungsverfahren) in zwei Lichtbündel geteilt,so dass zwei Objektbilder auf einem Zeilensensor, der eine Anordnungfotoelektrischer Wandlerelemente enthält, erzeugt werden, deren Phasendifferenzauf dem Zeilensensor erfasst wird. An Hand der erfassten Phasendifferenzwird in einer vorbestimmten Defokussieroperation ein Defokussierwertbestimmt. Die Fokussierlinsengruppe wird in eine Position bewegt,in der der Defokussierrwert minimal wird. Das Phasendifterenzerfassungsverfahrenhat den Vorteil eines langen Entfernungsmessbereichs. Jedoch ist derSchärfenerfassungsbereichklein und festgelegt.
    [0005] DasKontrasterfassungsverfahren, das mit einem mit einer elektronischenKamera eingefangenen Videosignal arbeitet, nutzt die Eigenschaftdes Videosignals, dass der Wert von dessen Hochfrequenzkomponentenfür einObjekt in einer vorgegebenen Entfernung im fokussierten Zustandmaximal ist. In dem Kontrasterfassungsverfahren wird demnach dieFokussierlinsengruppe in kleinen Schritten angetrieben, um die Hochfrequenzkomponentendes eingefangenen Videosignals zu erfassen. Die Schärfenpositionder Fokussierlinsengruppe wird so festgelegt, dass der Wert derHochfrequenzkomponenten des Videosignals sein Maximum erreicht.Dadurch ist eine hochgenaue Schärfeneinstellungmöglich.Da jedoch der Bildkontrast erfasst wird, indem die Fokussierlinsengruppein kleinen Schritten bewegt wird, erfordert es lange Zeit, um diePeak- oder Spitzenkontrastintensität und damit die Schärfenpositionzu bestimmen. Befindet sich die Fokussierlinsengruppe weit von ihrerSchärfenpositionentfernt, so erfordert die Bestimmung der Spitzenkontrastintensität besonderslange Zeit.
    [0006] Angesichtsder vorstehend beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Schärfenerfassungsverfahrenwurde in den Japanischen Patentveröffentlichungen H05-210042 und 2001-141984ein Hybrid-Autofokussystem vorgeschlagen, das sowohl mit dem dieTriangulation anwendenden aktiven Autofokusverfahren als auch mitdem Kontrasterfassungsverfahren arbeitet. Ein weiteres Hybrid-Autofokussystem,das mit dem Phasendifferenzerfassungsverfahren und dem Kontrasterfassungsverfahrenarbeitet, wurde in der Japanischen Patentveröffentlichung H07-43605 vorgeschlagen.
    [0007] Dasin den Japanischen PatentveröffentlichungenH05-210042 und 2001-141984 offenbarte Hybrid-Autofokussystem misstzunächstunter Anwendung der Triangulation die Objektentfernung, um einevorläufigeSchärfenpositionder Fokussierlinse zu bestimmen, bewegt dann die Fokussierlinsengruppeunter Bezugnahme auf die vorläufigeSchärfenpositionin eine vorbestimmte Position und bewegt anschließend dieFokussierlinsengruppe schrittweise unter Bezugnahme auf die vorläufige Schärfenposition,um unter Anwendung des Kontrasterfassungsverfahrens die Spitzenkontrastintensität zu bestimmen.
    [0008] Injedem dieser beiden herkömmlichenHybrid-Autofokussystemen wird eine Fokussierung unter Anwendungdes Kontrasterfassungsverfahrens über einen festen Bereich vonSchärfeneinstellungenunter Bezugnahme auf die ermittelte vorläufige Schärfenposition ungeachtet derGenauigkeit der Anfangsoperation durchgeführt, in der die vorläufige Schärfenpositionermittelt wird. So wird bekann termaßen sowohl bei dem Phasendifferenzerfassungsverfahrenals auch dem Kontrasterfassungsverfahren, die beide den Bildkontrastnutzen, die vorstehend genannte Operation zur Bestimmung der vorläufigen Schärfenpositionfür einkontrastreiches Objekt mit hoher Genauigkeit und für ein kontrastarmesObjekt mit geringer Genauigkeit durchgeführt. Wegen dieser EigenschaftführenherkömmlicheSchärfenerfassungssysteme,die eine Fokussieroperation unter Anwendung des Kontrasterfassungsverfahrensvornehmen, fürein kontrastreiches Objekt eine Suche über einen überflüssig weiten Bereich von Schärfeneinstellungendurch. Andererseits führendiese herkömmlichenSchärfenerfassungsbereichedie Suche fürein kontrastarmes Objekt übereinen sehr schmalen Bereich von Schärfeneinstellungen durch, was dazuführenkann, dass die Spitzenkontrastintensität geringfügig oder weit außerhalbdes Suchbereichs liegt und damit die Ermittlung der Spitzenkontrastintensität unmöglich wird.
    [0009] Aufgabeder Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur automatischenScharfeinstellung (Autofokus) anzugeben, welche die vorstehend erläutertenProbleme vermeiden.
    [0010] DieErfindung löstdiese Aufgabe durch die Gegenständeder unabhängigenAnsprüche.Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0011] DieErfindung stellt ein passives Autofokussystem für Kameras bereit, das sowohlmit einem Phasendifferenzerfassungsverfahren als auch mit einemKontrasterfassungsverfahren arbeitet, wobei der Erfassungsbereichfür dieErfassung des Bildkontrasts nach dem Kontrasterfassungsverfahrenin Abhängigkeitdes Erfassungsergebnisses eingestellt wird, das nach dem passivenPhasendifferenzerfassungsverfahren ermittelt wird.
    [0012] Beidem Autofokussystem nach Anspruch 1 wird der für das Kontrasterfassungsverfahrenvorgesehene Bewegungsbereich der Fokussierlinsengruppe so eingestellt,dass er mit Zunahme des Zuverlässigkeitsmaßes dernach dem Phasendif ferenzerfassungsverfahren ermittelten Phasendifferenz-Schärfenpositionabnimmt. Ist das Zuverlässigkeitsmaß hoch,so erfordert es deshalb nur kurze Zeit, die Spitzenkontrastintensität zu erfassen.Ist dagegen das Zuverlässigkeitsmaß gering,so kann die Spitzenkontrastintensität mit hoher Zuverlässigkeiterfasst werden.
    [0013] DieErfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darinzeigen:
    [0014] 1A ein Blockdiagramm, dasein passives Autofokussystem füreine elektronische Objektivverschluss-Kamera als Ausführungsbeispielder Erfindung zeigt,
    [0015] 1B eine schematische Darstellungeines Entfernungsmesssensors, der in der in 1A gezeigten elektronischen Objektivverschluss-Kamera vorgesehenist,
    [0016] 2A einen Graphen, der zweiBildsignale fürein kontrastreiches Objekt zeigt, die von einem Referenzbereichund einem Vergleichsbereich eines Zeilensensors erfasst werden,
    [0017] 2B ein Balkendiagramm, dasdie Korrelationswerte zwischen den beiden in 2A dargestellten Bildsignalen zeigt,
    [0018] 3A einen Graphen, der zweiBildsignale fürein kontrastarmes Objekt zeigt, die von dem Referenzbereich unddem Vergleichsbereich erfasst werden,
    [0019] 3B ein Balkendiagramm, dasdie Korrelationswerte zwischen den beiden in 3A dargestellten Bildsignalen zeigt,
    [0020] 4A einen Graphen, der dieSteigungen zweier gerader Linien zeigt, welche die in 2B gezeigten Korrelationswertedarstellen,
    [0021] 4B einen Graphen, der dieSteigungen zweier gerader Linien zeigt, welche die in 3B gezeigten Korrelationswertedarstellen,
    [0022] 5A einen Graphen, der denZusammenhang zwischen einer nach dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenpositionund einer nach dem Kontrasterfassungsverfahren ermittelten Schärfenpositionfür einenhohen Bildkontrast zeigt,
    [0023] 5B einen Graphen, der denZusammenhang zwischen einer nach dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenpositionund einer nach dem Kontrasterfassungsverfahren ermittelten Schärfenpositionfür einengeringen Bildkontrast zeigt,
    [0024] 6A einen Graphen, der denZusammenhang zwischen einer nach dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenposition,dem Verstellweg der Fokussierlinsengruppe sowie deren nach dem Kontrasterfassungsverfahrenermittelten Schärfenpositionfür einenhohen Bildkontrast zeigt,
    [0025] 6B einen Graphen, der denZusammenhang zwischen einer nach dem Phasendifferenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenposition,des Verstellweges der Fokussierlinsengruppe sowie deren nach demKontrasterfassungsverfahren ermittelten Schärfenposition für einengeringen Bildkontrast zeigt,
    [0026] 7 ein Flussdiagramm desHauptprozesses eines in der elektronischen Objektiwerschluss-KameradurchgeführtenAutofokusprozesses nach der Erfindung,
    [0027] 8 das Flussdiagramm einesAutofokus-Steuerprozesses, der Teil des in 7 gezeigten Hauptprozesses ist, und
    [0028] 9 das Flussdiagramm einesAF-Kontrast-Prozesses, der Teil des in 8 gezeigten Autofokus-Steuerprozessesist.
    [0029] 1A zeigt einen schematischenSchaltplan eines füreine elektronische Objektiwerschluss-Kamera bestimmten passivenAutofokussystems, das ein Ausführungsbeispieldarstellt. Die elektronische Kamera hat ein Aufnahmeobjektiv 11,einen CCD-Bildsensor 21, einen Analogeingang 22, kurzAFE (analog front end), einen DSP (digitaler Signalprozessor) 23,einen Bildspeicher 24 und eine CPU 25. Der CCD-Bildsensor 21,der als Bildaufnahmevorrichtung dient, empfängt ein durch das Aufnahmeobjektiv 11 tretendesLichtbündeleines Objektbildes und wandelt das einfallende Licht des Objektbildesin ein elektrisches Bildsignal. Der AFE, der als Bildprozessor dient,verarbeitet das von dem CCD-Bildsensor 21 ausgegebene Bildsignal.Die elektronische Kamera hat an ihrem Kamerakörper eine nicht gezeigte Auslösetaste.Ferner hat sie einen Fotometrieschalter SWS und einen AuslöseschalterSWR, die mit der Auslösetasteverbunden sind. Der Fotometrieschalter SWS und der AuslöseschalterSWR sind an die CPU 25 angeschlossen. Die Auslösetasteist so mit dem Fotometrieschalter SWS und dem AuslöseschalterSWR verbunden, dass der Fotometrieschalter SWS eingeschaltet wird, wenndie Auslösetastehalb gedrücktwird, und dass der AuslöseschalterSWR eingeschaltet wird und zugleich der Fotometrieschalter SWS eingeschaltet bleibt,wenn die Auslösetastevollständiggedrückt wird.Ferner ist in 1A einHauptschalter SWM der Kamera gezeigt. Mit Betätigen des Hauptschalters SWMbeginnt die CPU 25 zu arbeiten, so dass die elektronischeKamera in Betrieb geht und ein Autofokusprozess, ein Bilderzeugungsprozessund andere Prozesse durchgeführtwerden können.
    [0030] DasAufnahmeobjektiv 11 enthält eine Fokussierlinsengruppe 12 undeine Objektivverschlusseinheit 13. Die Fokussierlinsengruppe 12 istlängs ihreroptischen Achse frei bewegbar geführt. Die Bewegung der Fokussierlinsengruppe 12 längs ihreroptischen Achse wird von der CPU 25 über einen für die Fokussierlinsengruppe 12 vorgesehenenFokussierantrieb oder -betätigergesteuert. Die Objektivverschlusseinheit 13 dient als Verschlussund zugleich als Blende. Die entsprechenden Operationen der Objektivverschlusseinheit 13 alsVerschluss und als Blende werden von der CPU 25 über einenVerschlussbetätiger 27 gesteuert.
    [0031] Dasvon dem CCD-Bildsensor 21 ausgegebene Bildsignal wird vondem AFE 22 verstärkt,abgetastet, gehalten und anschließend in ein digitales Bildsignalgewandelt, um es an den DSP 23 auszugeben. Der DSP 23 unterziehtdas zugeführtedigitale Bildsignal einer Bildverarbeitung (z.B. einem Weißabgleich,einer Austastung, einer Klemmoperation und einer Gamma-Korrektur)und schreibt das so verarbeitete digitale Bildsignal in den Bildspeicher 24. DerBildspeicher 24 ist ein Cache-Speicher. Eine nicht löschbareSpeicherkarte (nicht gezeigt), die als weiterer Bildspeicher dient,ist entfernbar in die elektronische Kamera eingesetzt.
    [0032] DerDSP 23 enthältein nicht gezeigtes digitales Filter, das als Hochpassfilter dient,eine Vollwellen-Erfassungsschaltung und eine Integrationsschaltung.Das digitale Filter tastet die Hochfrequenzkomponenten des zugeführten digitalenBildsignals ab und ordnet die positiven und die negativen Bestandteileder Hochfrequenzkomponenten in einer Richtung an, um diese zu demodulierenund zu integrieren. Dieses integrierte und demodulierte Signal wird dannin Form von Kontrastdaten an die CPU 25 ausgegeben.
    [0033] DieCPU 25 empfängtdie Kontrastdaten, währendsie die Fokussierlinsengruppe 12 stufenweise antreibt,um die Spitzenkontrastintensitätzu suchen. Anschließendlegt die CPU 25 eine Position der Fokussierlinsengruppe 12,in der Spitzenkontrastintensitäterfasst wird, als Kontrast-Schärfenposition derFokussierlinsengruppe 12 fest und bewegt letztere in dieseKontrast-Schärfenposition.In den 6A und 6B sind die durch das Kontrasterfassungsverfahrenverursachten Verstellwege der Fokussierlinsengruppe 12 gezeigt.In diesem Fall bilden das Aufnahmeobjektiv 11, der CCD-Bildsensor 21,der AFE 22, der DSP 23, die CPU 25, der Fokussierbetätiger 26 unddie Fokussierlinsengruppe 12 einen Kontrastschärfendetektor.
    [0034] Dieelektronische Kamera ist mit einer Phasendifferenz-Entfernungsmessvorrichtung 31 versehen,die einen von dem vorstehend genannten Kontrast-SchärfendetektorunabhängigenPhasendifferenz-Schärfendetektorbildet. Die Phasendifferenz-Entfernungsmessvorrichtung 31 isteine herkömmliche,nach dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitende AF-Einheit. 1B zeigt schematisch denAufbau der Phasendifferenz-Entfernungsmessvorrichtung 31.Die Phasendifferenz-Entfernungsmessvorrichtung 31 umfasstein Paar separater Linsen 31a und ein zugehöriges PaarZeilensensoren 31b. Das durch jede der Entfernungsmesszonenbetrachtete Bild wird jeweils durch die beiden Separatorlinsen inzwei Bilder geteilt, die in Form von zwei separaten Bildern aufden entsprechenden beiden Zeilensensoren 31b abgebildetwird. Jeder Zeilensensor 31b umfasst eine Anordnung vonFotodioden (fotoelektrische Wandlerelemente), die in 1B nicht im Detail dargestelltsind. Jede Fotodiode des jeweiligen Zeilensensors 31b empfängt die abgeteiltenObjektlichtbündel,wandelt das Licht in elektrische Ladungen und sammelt, d.h. integriertdie elektrisch Ladungen. Die Ladungen, die durch den Integrationsprozessin jeder Fotodiode des jeweiligen Zeilensensors 31b erfasstwerden, werden nacheinander fürjedes Pixel in Spannungen gewandelt und als Bildsignal an die CPU 25 ausgegeben.Einer der beiden Zeilensensoren 31b bildet einen Referenz-ZeilensensorA (Referenzbereich) und der andere einen Vergleichs-ZeilensensorB (Vergleichsbereich). In einer Korrelationsberechnung werden das vondem Referenz-Zeilensensor A gelieferte Ausgangssignal als dessenReferenzbereichssignal und das von dem Vergleichs-Zeilensensor Bgelieferte Ausgangssignal als dessen Vergleichsbereichssignal genutzt.
    [0035] DieCPU 25 berechnet den Absolutwert der Differenz zwischenden beiden Bildsignalen der beiden separierten Objektbilder einevorbestimmte Anzahl von Malen durch Verschieben der Pixel, um Korrelationswertezwischen den beiden separierten Objektbildern zu ermitteln. Ausdiesen Korrelationswerten berechnet die CPU 25 eine Phasendifferenz(Separationsgröße) zwischenden beiden separierten Objektbildern. Anschließend berechnet die CPU 25 ausder Phasendifferenz die Entfernung zu dem Objekt und ermittelt eineSchärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12, bei der das Objekt in derberechneten Entfernung in den Fokussierzustand gebracht ist. MitErmittlung der Schärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12 steuert die CPU 25 denFokussierbetätiger 26 soan, dass die Fokussierlinsengruppe 12 in ihre ermittelteSchärenpositionbewegt wird.
    [0036] Die 2A und 2B zeigen Bildsignale, die aus dem Referenzbereichund dem Vergleichsbereich des Zeilensensors nach dem Verfahren der Phasendifferenzerfassungerzeugt werden sowie Korrelationswerte und zugehörige Zustände, die aus den Bildsignalenermittelt werden. 2A istein Graph, der fürein kontrastreiches Objekt zwei Bildsignale zeigt, die man aus demReferenzbereich bzw. dem Vergleichsbereich erhält. 2B ist ein Balkendiagramm, das die Korrelationswertezwischen den beiden in 2A dargestelltenBildsignalen zeigt. 3A istein Graph, der fürein kontrastarmes Objekt zwei Bildsignale zeigt, die man aus demReferenzbereich bzw. dem Vergleichsbereich erhält. 3B ist ein Balkendiagramm, das die Korrelationswertenzwischen den beiden in 3A dargestelltenBildsignalen zeigt. 4A istein Graph, der die Steigungen zweier gerader Linien zeigt, welche diein 2B gezeigten Korrelationswertedarstellen. 4B ist einGraph, der die Steigungen zweier gerader Linien zeigt, welche diein 3B gezeigten Korrelationswertedarstellen.
    [0037] Inden die Korrelationswerte zeigenden Graphen nach den 2B, 3B, 4A und 4B entspricht die tiefsteStelle des V-förmigenTals der Peak- oder Spitzenkontrastintensität, welche die Schärfenposition (Kontrast-Schärfenposition)der Fokussierlinsengruppe 12 darstellt. Die Zuverlässigkeitdieser Kontrast-Schärfenpositionist um so höher,je kleiner der minimale Korrelationswert ist, d.h. je tiefer dievorstehend genannte tiefste Stelle des V-förmigen Tals liegt, und je größer dieSteigungen der beiden geraden Linien (Korrelationslinien) sind,die das V-förmigeTal bilden. In 4A, derenGraph die Korrelationswerte fürein kontrastreiches Objekt darstellt, ist die Steigung der einengeraden Linie, nämlichder in 4A linken Linie,durch a und die Steigung der anderen geraden Linie, nämlich derin 4A rechten Linie,mit b bezeichnet. In 4B,deren Graph die Korrelationswerte für ein kontrastarmes Objektdarstellt, ist die Neigung der einen geraden Linie, d.h. der in 4B linken Linie, durch a' und die Neigung deranderen geraden Linie, d.h. der in 4B rechtenLinie, durch b' dargestellt.Jede der vier Steigungen a, b, a' undb' wird größer, wennihr Absolutwert zunimmt.
    [0038] Bekanntlichist in einem Schärfenerfassungssystem,das nach einem Phasendifferenzerfassungsverfahren arbeitet, derFehler der ermittelten Schärfenpositiongegenüberder tatsächlichen Schärfenpositionum so kleiner, je höherdie Zuverlässigkeitder auf die Schärfenpositionbezogenen Daten ist. Außerdemkann die Schärfenposition durchdas Kontrasterfassungsverfahren mit einer höheren Genauigkeit als durchdas Phasendifterenzerfassungsverfahren erfasst werden, selbst wennder Bildkontrast etwas gering ist.
    [0039] 5A zeigt einen Graphen,der den Zusammenhang zwischen der nach dem Phasendifferenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenpositionund der nach dem Kontrasterfassungsverfahren erfassten Schärfenpositionfür einkontrastreiches Objekt darstellt. 6A zeigteinen Graphen, der den Zusammenhang zwischen der nach dem Phasendifferenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenposition,dem Verstellweg der Fokussierlinsengruppe 12 sowie derennach dem Kontrasterfassungsverfahren ermittelten Schärfenpositionfür einkontrastreiches Objekt darstellt. 5B zeigteinen Graphen, der den Zusammenhang zwischen der nach dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenpositionund der nach dem Kontrasterfassungsverfahren ermittelten Schärfenpositionfür einkontrastarmes Objekt darstellt. 6B zeigteinen Graphen, der den Zusammenhang zwischen der nach dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenermittelten Schärfenposition,dem Verstellweg der Fokussierlinsengruppe 12 sowie derennach dem Kontrasterfassungsverfahren ermittelten Schärfenpositionfür einkontrastarmes Objekt darstellt. In den 5A bis 6B istjeweils die Schärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12, die nach AF-Phasendifferenzerfassungsverfahrenermittelt und im Folgenden als "Phasendiffe renz-Schärfenposition" bezeichnet wird,durch einen leeren Kreis dargestellt, während die Schärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12, die nach dem AF-Kontrasterfassungsverfahrenermittelt und im Folgenden als "Kontrast-Schärfenposition" bezeichnet wird, durcheinen ausgefülltenKreis dargestellt ist. Da der Kontrast eines Objektbildes üblicherweisesein Maximum in einer präzisenSchärfenpositionerreicht, ist die Kontrast-Schärfenpositionder tatsächlichen Schärfenpositionder Fokussierlinse 12 näherals die Phasendifferenz-Schärfenposition.Die Phasendifferenz-Schärfenpositionweicht demnach üblicherweiseetwas von der tatsächlichenSchärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12 ab. Ferner verdeutlichen die 5A bis 6B den Umstand, dass die Schärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12 nach dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenfür einkontrastreiches Objekt mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.Die Genauigkeit nimmt mit geringer werdendem Kontrast es Objektbildesab. So verdeutlichen die 5A und 6B den Umstand, dass dieAbweichung der Phasendifferenz-Schärfenposition gegenüber dertatsächlichenSchärfenpositionder Fokussierlinse 12 mit abnehmendem Bildkontrast zunimmt.
    [0040] UnterBerücksichtigungdieser Umstände wirdin dem vorliegenden Ausführungsbeispieldes passiven Autofokussystems zunächst ein mit dem Phasendifferenzerfassungsverfahrenarbeitender Autofokus-Prozess durchgeführt, um die Phasendifferenz-Schärfenpositionund das Maß derenZuverlässigkeitzu ermitteln. Ist das Zuverlässigkeitsmaß der Phasendifferenz-Schärfenpositionhoch, so wird eine Position der Fokussierlinsengruppe 12,die um einen Verstellwert α gegenüber derPhasendifferenz-Schärfenpositionzur Unendlich-Seite (∞)hin verschoben ist, als Anfangsposition für einen Autofokus-Prozess gesetzt,der nach dem Kontrast-Erfassungsverfahrenarbeitet.
    [0041] Istdagegen das Zuverlässigkeitsmaß der Phasendifferenz-Schärfenpositiongering, so wird eine Position der Fokussierlinsengruppe 12,die gegenüberder Phasendifferenz-Schärfenpositionum einen Verstellwert β zurUnendlich-Seite (∞)hin verschoben ist, als Anfangsposition für den nach dem Kontrasterfassungsver fahrenarbeitenden Autofokus-Prozess gesetzt. Der Verstellwert β ist absolut größer alsder Verstellwert α,d.h. |α| < |β|.
    [0042] Anschließend wirdder mit dem Kontrasterfassungsverfahren arbeitende Autofokus-Prozess durchgeführt, während dieFokussierlinsengruppe 12 aus der für den Autofokus-Prozess vorgesehenen Anfangspositionschrittweise zur Phasendifferenz-Schärfenposition hin bewegt wird.
    [0043] DerAutofokus-Prozess, der sowohl mit dem Phasendifferenzverfahren alsauch mit dem Kontrasterfassungsverfahren arbeitet, wird im Folgendenunter Bezugnahme auf die 7 bis 9 näher erläutert. 7 zeigt das Flussdiagramm eines Hauptprozessesdes Autofokus-Prozesses nach der Erfindung. Der Steuerablauf trittin diesen Hauptprozess ein, unmittelbar nachdem der HauptschalterSWM eingeschaltet worden ist. In diesem besonderen Ausführungsbeispielist die elektronische Kamera in einer AF-Sperr-Betriebsart eingestellt,in der der Schärfenzustandgehalten wird, währendder Fotometrieschalter SWR eingeschaltet bleibt, nachdem der Autofokus-Prozessnach Einschalten des Fotometrieschalters SWS abgeschlossen ist.In den in den 7 und 9 gezeigten Flussdiagrammensind nur Operationen und Prozesse gezeigt, die einen Bezug zu dervorliegenden Erfindung haben.
    [0044] Unmittelbarnachdem der Hauptschalter SWM eingeschaltet worden ist, wird einProzess zur Hardware- und Software-Initialisierung durchgeführt (SchrittS11). Anschließendwird ermittelt, ob der Hauptschalter SWM eingeschaltet ist (SchrittS13). Ist der Hauptschalter SWM eingeschaltet (JA in Schritt S13),so werden die Schritte S15 bis S21 wiederholt, so lange der HauptschalterSWM eingeschaltet bleibt. Mit Ausschalten des Hauptschalters SWMgeht der Steuerablauf von Schritt S13 zu Schritt S23 über, indem ein Stromabschaltpozess durchgeführt wird, um den Hauptprozesszu beenden.
    [0045] Diedie Schritte S13 und S21 enthaltende Schleife wird wiederholt, solange der Hauptschalter SWM eingeschaltet bleibt. Diese Schleifewird im Folgenden be schrieben. Der Steuerablauf wartet darauf, dassder sich im ausgeschalteten Zustand befindliche Hauptschalter SWMeingeschaltet wird (Schritt S13). Mit Einschalten des HauptschaltersSWM (JA in Schritt S13) wird ermittelt, ob der FotometrieschalterSWS aus dem ausgeschalteten Zustand heraus eingeschaltet wordenist. Ist der Fotometrieschalter SWS eingeschaltet (JA in SchrittS15), so wird ein Autofokus-Steuerprozess durchgeführt, umdie Fokussierlinsengruppe 12 in ihre Schärfenpositionzu bewegen (Schritt S17). Anschließend wird ermittelt, ob derAuslöseschalterSWR eingeschaltet ist (Schritt S19). Ist der AuslöseschalterSWR eingeschaltet (JA in Schritt S19), so wird ein Bilderzeugungsprozessdurchgeführt(Schritt S21). Nach Abschluss des Bilderzeugungsprozesses kehrtder Steuerablauf zu Schritt S13 zurück. Wird in Schritt S19 festgestellt,dass der AuslöseschalterSWR nicht eingeschaltet ist (NEIN in Schritt S19), so kehrt der Steuerablaufzu Schritt S13 zurück.
    [0046] Wirdin Schritt S15 festgestellt, dass der Fotometrieschalter SWS nochnicht eingeschaltet worden ist (NEIN in Schritt S15), so überspringtder Steuerablauf den Autofokus-Steuerprozess in Schritt S17 undfährt mitSchritt S19 fort.
    [0047] UnterBezugnahme auf das in 8 gezeigteFlussdiagramm wird im Folgenden der Autofokus-Steuerprozess genauerbeschrieben, der in Schritt S17 beginnt, unmittelbar nachdem derFotometrieschalter SWS durch halbes Drücken der Auslösetasteeingeschaltet worden ist.
    [0048] Indem Autofokus-Steuerprozess wird zunächst der Autofokus-Prozessdurchgeführt,der mit dem Phasendifterenzerfassungsverfahren (AF-Phasendifferenzprozess)arbeitet (Schritt S31). In dem mit dem Phasendifterenzerfassungsverfahrenarbeitenden Autofokus-Prozess aktiviert die CPU 25 die Phasendifferenz-Entfernungsmessvorrichtung 31, damitdiese Bildsignale der beiden separaten Objektbilder, die auf demReferenzbereich bzw. dem Vergleichsbereich des Zeilensensors erzeugtwerden, liefert, bestimmt die Korrelationswerte zwischen den beidenseparaten Bildern und bestimmt außerdem eine Phasendifferenzzwischen den beiden separaten Objektbildern aus diesen Korre lationswerten,um eine Schärfenpositionder Fokussierlinsengruppe 12 (Phasendifferenz-Schärfenposition)zu ermitteln. Bei der Ermittlung der Korrelationswerte bestimmtdie CPU 25 auch das Zuverlässigkeitsmaß für die Phasendifferenz-Schärfenposition.Dieses Zuverlässigkeitsmaß entsprichtder Summe der Steigungswinkel (Summe der Absolutwerte oder Winkelzwischen den beiden Korrelationslinien) der beiden oben beschriebenenKorrelationslinien (vergl. 4A und 4B), die einen V-förmigen Graphenbilden. Dabei bezeichnet der Punkt, in dem sich die beiden Korrelationslinien schneiden,den minimalen Korrelationswert, der den Punkt darstellt, in demdie Koinzidenz maximal ist.
    [0049] Anschließend wirdermittelt, ob die nach dem Phasendifferenzerfassungsverfahren ermitteltePhasendifferenz-Schärfenpositionzuverlässigist (Schritt S33). Diese Zuverlässigkeitentspricht den Steigungswinkeln der beiden oben beschriebenen Korrelationslinien.Die Phasendifferenz-Schärfenposition wirdals zuverlässigbeurteilt, wenn die Summe der Steigungswinkel der beiden Korrelationsliniengleich oder größer alsein vorbestimmter Wert ist. Dagegen wird sie als unzuverlässig beurteilt,wenn diese Summe der Steigungswinkel kleiner als ein vorbestimmter Wertist.
    [0050] Wirdin Schritt S33 die Phasendifferenz-Schärfenposition als zuverlässig beurteilt("zuverlässig" in Schritt S33),so wird eine Position der Fokussierlinsengruppe 12, dieum den Verstellwert α gegenüber derPhasendifferenz-Schärfenpositionzur Unendlich-Seite (∞)hin verschoben ist, als Anfangsposition für den mit dem Kontrasterfassungsverfahrenarbeitenden Autofokus-Prozess gesetzt, und die Fokussierlinsengruppe 12 wirdin diese Anfangsposition bewegt (Schritt S35).
    [0051] Wirddagegen in Schritt S33 festgestellt, dass die Phasendifterenz-Schärfenpositionunzuverlässigist ("unzuverlässig" in Schritt S33),so wird eine Position der Fokussierlinse 12, die um denVerstellwert β gegenüber derPhasendifferenz-Schärfenpositionzur Unendlich-Seite (∞)hin verschoben ist, als Anfangsposition für den mit dem Kontrasterfassungsverfahrenarbeitenden Autofo kus-Prozess gesetzt, und die Fokussierlinsengruppe 12 wirdin diese Anfangsposition bewegt (Schritt S37).
    [0052] Anschließend wirdder mit dem Kontrasterfassungsverfahren arbeitende Autofokus-Prozess (AF-Kontrast-Prozess)durchgeführt,währenddie Fokussierlinsengruppe 12 schrittweise aus der für den Autofokus-Prozessvorgesehenen Anfangsposition bewegt wird, um sie in die Kontrastschärfenpositionzu bewegen (Schritt S39). Anschließend kehrt der Steuerablaufzum Hauptprozess zurück.
    [0053] ImFolgenden wird unter Bezugnahme auf das in 9 gezeigte Flussdiagramm der in Schritt S39durchgeführteAF-Kontrast-Prozess genauer beschrieben.
    [0054] Indem AF-Kontrast-Prozess aktiviert zunächst die CPU 25 dieCCD 21, damit dieses ein Objektbild einfängt, erhält Datenvon dem DSP 23 und speichert die laufende Position derFokussierlinsengruppe 12, d.h. es wird der Kontrastwertberechnet (Schritt S51).
    [0055] Anschließend wirdermittelt, ob ein maximaler Kontrastwert erfasst worden ist (SchrittS53). Hat der Kontrastwert ein Maximum noch nicht erreicht (NEINin Schritt S53), so wird die Fokussierlinsengruppe 12 umeinen Schritt bewegt (Schritt S55) und Schritt S51 wiederholt. Diedie Schritte S51, S53 und S55 enthaltende Schleife wird so langewiederholt, bis der Kontrastwert ein Maximum erreicht hat, d.h. bisdie Spitzenkontrastintensität(Kontrastschärfenposition)ermittelt worden ist.
    [0056] Wirdin Schritt S53 festgestellt, dass der Kontrastwert ein Maximum erreichthat (JA in Schritt S53), so aktiviert die CPU 25 den Fokussierbetätiger 26,um die Fokussierlinsengruppe 12 in die Position (Kontrastschärfenposition)zu bewegen, in der die Spitzenkontrastintensität ermittelt worden ist, unddie CPU 25 stoppt die Bewegung der Fokussierlinsengruppe 12 (SchrittS57). Anschließendkehrt der Steuerablauf zum Hauptprozess zurück.
    [0057] Wieaus obiger Beschreibung hervorgeht, erfordert es nur kurze Zeit,den AF-Phasendifferenz-Prozessabzuschließen,wenn das Zuverlässigkeitsmaß hoch ist,währendbei einem geringen Zuverlässigkeitsmaß der Kontrast über einenweiten Bewegungsbereich der Fokussierlinsengruppe erfasst wird,um eine zuverlässigeErfassung der Spitzenkontrastintensität zu ermöglichen, auch wenn dies einevergleichsweise lange Zeit erfordert.
    [0058] Indem oben beschriebenen Ausführungsbeispielist der AF-Kontrast-Prozess in zwei Zustände klassifiziert, nämlich ineinen zuverlässigenZustand und einen unzuverlässigenZustand. Jedoch kann die Zuverlässigkeitdes AF-Kontrast-Prozesses inmehr als zwei Zuständeklassifiziert werden, um die Anfangsposition für den mit dem Kontrasterfassungsverfahrenarbeitenden Autofokus-Prozess in Stufen zu ändern. Die Anfangspositionfür denAutofokus-Prozess kann in dem AF-Kontrast-Prozess auch entsprechenddem Zuverlässigkeitsmaß kontinuierlichvariiert werden. Außerdemkann die Anfangsposition fürden mit dem Kontrasterfassungsverfahren arbeitenden Autofokus-Prozessnäher zu derSeite minimalen Abstandes hin eingestellt werden als die Phasendifferenz-Schärfenposition,wobei dann die Fokussierlinsengruppe in eine auf die Kontrast-Schärfenpositionweisende Richtung angetrieben werden kann.
    [0059] Wieaus obiger Beschreibung hervorgeht, sieht die Erfindung vor, denBewegungsbereich der Fokussierlinsengruppe in dem Kontrasterfassungsverfahrenso einzustellen, dass dieser mit Zunahme des Zuverlässigkeitsmaßes dermit dem passiven Phasendifferenzerfassungsverfahren ermittelten Phasendifferenz-Schärfenpositionabnimmt. Deshalb erfordert es bei einem hohen Zuverlässigkeitsmaß nur kurzeZeit, die Spitzenkontrastintensität zu erfassen, während beieinem geringen Zuverlässigkeitsmaß die Spitzenkontrastintensität mit hoherZuverlässigkeiterfasst werden kann.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] System zur automatischen Schärfeneinstellung, mit einemKontrast-Schärfendetektor(11, 12, 21, 22, 23, 25, 26),der diejenige Position einer Fokussierlinsengruppe (12),in der der Kontrast eines durch eine Aufnahmeoptik (11)erzeugten Objektbildes ein Maximum erreicht, erfasst, während dieFokussierlinsengruppe (12) über einen Linsenantrieb bewegt wird(26), und diese Position als Kontrast-Schärfenpositiondefiniert, einem Phasendifferenz-Schärfendetektor (31),der ein auf das Objektbild bezogenes Lichtbündel so in zwei Lichtbündel teilt,dass diese beiden Lichtbündel inForm von zwei Objektbildern auf einem Lichtempfangselement (21)abgebildet werden, um eine Phasendifferenz zwischen den beiden Objektbildernauf dem Lichtempfangselement (21) zu erfassen, wobei derPhasendifferenz-Schärfendetektor(31) diejenige Position der Fokussierlinsengruppe (12),in der für dasObjekt ein Schärfenzustanderfasst wird, als Phasendifferenz-Schärfenposition definiert, und einerSteuerung (25), die die Fokussierlinsengruppe (12) über denLinsenantrieb (26) in eine der beiden definierten Schärfenpositionenbewegt, wobei die Steuerung (25) einen Bewegungsbereichder Fokussierlinsengruppe (12) für die Erfassung des Kontrastesdurch den Kontrast-Schärfendetektor(11, 12, 21, 22, 23, 25, 26)in Abhängigkeiteines Zuverlässigkeitsmaßes für die Phasendifferenz-Schärfenposition einstellt.
    [2] System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Zuverlässigkeitsmaß einemMinimalwert einer Korrelationsfunktion der beiden Objektbilder entspricht,und dass die Steuerung (25) zur Kontrasterfassung die Fokussierlinsengruppe(12) in eine Anfangsposition bewegt, die, wenn der Minimalwertkleiner als ein vorbestimmter Wert ist, um einen ersten Verstellwert(á) und,wenn der Minimalwert gleich oder größer als der vorbestimmte Wertist, um einen zweiten Verstellwert (â) von der Phasendifferenz-Schärfenpositionentfernt ist, und dann die Fokussierlinsengruppe (12) ausdieser Anfangsposition zu der Phasendifferenz-Schärfenpositionhin bewegt, wobei der zweite Verstellwert (â) absolut größer als dererste Verstellwert (á)ist.
    [3] System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Zuverlässigkeitsmaß den Steigungswinkelnzweier Korrelationslinien entspricht, zwischen denen sich ein Minimalwerteiner Korrelationsfunktion der beiden Objektbilder befindet, und dassdie Steuerung (25) zur Kontrasterfassung die Fokussierlinsengruppe(12) in eine Anfangsposition bewegt, die, wenn der Minimalwertgleich oder größer alsein vorbestimmter Wert ist, um einen ersten Verstellwert (á) und,wenn der Minimalwert kleiner als der vorbestimmte Wert ist, um einenzweiten Verstellwert (â)von der Phasendifferenz-Schärfenposition entferntist, und dann die Fokussierlinsengruppe (12) aus dieserAnfangsposition zu der Phasendifferenz-Schärfenposition hin bewegt, wobeider zweite Verstellwert absolut (â) größer als der erste Verstellwert(á) ist.
    [4] System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Bewegung der Fokussierlinsengruppe (12) um den ersten(á) undden zweiten Verstellwert (â)aus der Phasendifferenz-Schärfenpositionzur Unendlich-Einstellung hin gerichtet ist.
    [5] System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Bewegung der Fokussierlinsengruppe (12) um den ersten(á) undden zweiten Verstellwert (â)aus der Phasendifferenz-Schärfenpositionzu der Position minimaler Aufnahmeentfernung hin gerichtet ist.
    [6] System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Phasendifferenz-Schärfendetektor (31)eine von dem Kontrast-Schärfendetektor(11, 12, 21, 22, 23, 25, 26)unabhängigeEinheit bildet.
    [7] System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass es füreine Kamera bestimmt ist.
    [8] Verfahren zur automatischen Scharfeinstellung, mitfolgenden Schritten: Erfassen derjenigen Position einer Fokussierlinsengruppe(12), in der der Kontrast eines durch eine Aufnahmeoptik(11) erzeugten Objektbildes ein Maximum erreicht, während dieFokussierlinsengruppe (12) bewegt wird, Definierender Position der Fokussierlinsengruppe (12), in der derKontrast des Objektbildes ein Maximum erreicht, als Kontrast-Schärfenposition, Teileneines auf das Objektbild bezogenen Lichtbündels in zwei Lichtbündel derart,dass die beiden Lichtbündelin Form von zwei Objektbildern auf ein Lichtempfangselement (21)abgebildet werden, um eine Phasendifferenz zwischen diesen beidenObjektbildern zu erfassen, Definieren derjenigen Position derFokussierlinsengruppe (12), in der für das Objekt der Schärfenzustanderreicht wird, als Phasendifferenz-Schärfenposition,und Beginnen mit der Bewegung der Fokussierlinsengruppe (12)in einem Abstand von der Phasendifferenz-Schärfenposition, der in Abhängigkeiteines Zuverlässigkeitsmaßes derPhasendifferenz-Schärfenpositioneingestellt wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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