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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Bestimmung des Fokussierzustandes für ein Aufnahmeobjektiv
und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Bestimmung des Fokussierzustandes
für ein
Aufnahmeobjektiv, wobei die Vorrichtung zur Fokusbestimmung bei
der Autofokussteuerung für
ein Aufnahmeobjektiv verwendbar ist.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift
Nr. 55-76312 und die japanische Patentoffenlegungsschrift 7-60211
offenbaren Verfahren zur Bestimmung der Fokussierzustände (vorderer Fokus,
hinterer Fokus, exakter Fokus) eines Aufnahmeobjektivs unter Verwendung
mehrerer Abbildungselemente mit unterschiedlichen optischen Weglängen. Zum
Beispiel sind zwei den Fokussierzustand bestimmende Abbildungselemente
für die Bildaufnahme
des gleichen Betrachtungsbereiches in Bezug auf ein Abbildungselement
zur Aufnahme von Bildern für
Video (Videoabbildungselement) an einer Position angeordnet, an
der die optische Weglänge
größer als
die des Videoabbildungselements ist, und an einer Position, an der
die optische Weglänge
kleiner als die des Videoabbildungselements ist. Sodann werden Hochfrequenzkomponenten
aus den von diesen den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente
erhaltenen Bildsignale extrahiert, Fokusbewertungswerte, die den
Grad an Fokus (Kontrast der Bilder) für Bildaufnahmeoberflächen der
den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente kennzeichnen,
auf der Grundlage der Hochfrequenzkomponenten ermittelt und die
Fokusbewertungswerte werden dann verglichen. Folglich wird aus einer
Abhängigkeit
der Größe der Fokusbewertungswerte
bestimmt, ob ein vorderer Fokus, ein hinterer Fokus oder ein exakter
Fokus als Fokussierzustand auf der Bildaufnahmeoberfläche des
Videoabbildungselements vorliegt. Durch das Anwenden eines derartigen
Bestimmungsverfahrens für
einen Fokussierzustand kann eine Fokusermittlung für einen
Autofokus nicht nur dahingehend durchgeführt werden, ob ein Fokussierzustand
ein exakter Fokus ist, sondern auch ob der Fokussierzustand ein
vorderer Fokus oder ein hinterer Fokus ist, kann bestimmt werden.
Somit ergibt sich der Vorteil, dass die Reaktionsgeschwindigkeit
bei der Fokussierung hoch ist.
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Die japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 59-128506 offenbart eine optische Vorrichtung, die einen Teil
der Lichtstrahlen, die durch ein Aufnahmeobjektiv laufen, auf ein
lineares Lichtaufnahmeelement mit einem länglichen Lichtstrahlteilungsspiegel aufteilt,
das an einer Position angeordnet ist, die seitwärts zu der optischen Achse
des Aufnahmeobjektivs verschoben ist, und unterzieht die Ausgangsignale
der Elemente des linearen Lichtaufnahmeelementsfeldes einem Vergleich,
um damit einen Fokussierzustand zu bestimmen.
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In den vergangen Jahren hat sich
die Leistungsfähigkeit
eines Aufnahmeobjektivs und eines Kamerahauptgehäuse, die in einem Fernsehkamerasystem
verwendet sind, deutlich verbessert in dem Maße, wie Fernsehübertragung
mit hoher Auflösung populär geworden
sind, und es ergibt sich die Situation, in der ein Kameramann in
nicht ausreichender Weise eine Fokuseinstellung mit dem bloßen Auge mit
Bezug zu einem Bild, das lediglich in einem Sucher auftritt, durchführt. Somit
wächst
der Bedarf für eine
Autofokussierung, die in einem konventionellen Fernsehkamerasystem
selten angewendet wird, zunehmend an und damit wird eine sehr genaue
Bestimmung des Fokussierzustandes für den Autofokus unvermeidlich.
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Wenn ein optisches System zur Bestimmung des
Fokussierzustandes in einem Kamerahauptgehäuse ausgebildet ist, kann die
Bestimmung des Fokussierzustandes lediglich durch das Kamerahauptgehäuse ausgeführt werden.
Wenn andererseits ein optisches System zur Bestimmung des Fokussierzustandes
in dem Aufnahmeobjektiv ausgebildet ist, wie dies in der in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift 59-128506 beschriebenen optischen Vorrichtung
der Fall ist, ergibt sich ein Vorteil dahingehend, dass die Bestimmung
des Fokussierzustandes in allen Kamerasystemen möglich ist, in denen das Aufnahmeobjektiv
verwendet wird.
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Da jedoch in der in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift 59-1128506 offenbarten optischen Vorrichtung
Licht in einem gesamten Wellenlängenbereich
des Lichts eines Objekts für
Video, das durch das Aufnahmeobjektiv hindurchtritt, von dem Licht des
Objekts abgetrennt wird, um als Licht des Objekts zur Bestimmung
des Fokussierzustandes verwendet zu werden, ergibt sich der Nachteil,
dass eine ausreichende Genauigkeit zur Bestimmung des Fokussierzustandes
für eine
Fernsehübertragung
mit hoher Auflösung
oder dergleichen nicht erreicht wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser
Zustände
erdacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zur Bestimmung des Fokussierzustandes für ein Aufnahmeobjektiv
bereitzustellen, das ein optisches System zum Bestimmen des Fokussierzustandes
in dem Aufnahmeobjektiv enthält
und das es ermöglicht,
mit ausreichend hoher Genauigkeit die Bestimmung des Fokussierzustandes
durchzuführen,
so dass dies für hoch
auflösende
Fernsehrübertragungen
oder dergleichen anwendbar ist.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Um die zuvor beschriebene Aufgabe
zu lösen,
zeichnet sich eine Vorrichtung zum Bestimmen des Fokussierzustandes
für ein
Aufnahmeobjektiv gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch aus, dass sie umfasst: mehrere den Fokussierzustand
bestimmende Abbildungselemente, die an Positionen angeordnet sind,
die optische Weglängen
in Bezug auf das Aufnahmeobjektiv aufweisen, die unterschiedlich
zueinander sind; und ein Lichtteilungselement, das in einem optischen
Weg in dem Aufnahmeobjektiv angeordnet ist und Licht von Farbkomponenten
in einem Wellenlängenbereich
von 500 nm bis 600 nm aus dem Licht des Objekts, das das Aufnahmeobjektiv
durchläuft,
in Licht des Objekts für
Video, das in ein Abbildungselement für Video eines Kamerahauptgehäuses eintritt
und in Licht des Objekts zur Bestimmung des Fokussierzustandes,
das auf die mehreren den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente
auftrifft, aufteilt, wobei ein Fokussierzustand des Aufnahmeobjektivs
anhand von Hochfrequenzkomponenten von Bildsignalen bestimmt wird,
die von den mehreren den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselementen
erhalten werden.
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Vorzugsweise ist das Lichtteilungselement
in einem optischen Übertragungssystem
des Aufnahmeobjektivs angeordnet.
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Vorzugsweise wird die Vorrichtung
zur Bestimmung des Fokussierzustandes für das Aufnahmeobjektiv auf
die Fokusbestimmung bei der Autofokussteuerung des Aufnahmeobjektivs
angewendet.
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Erfindungsgemäß wird Licht von Farbkomponenten
in dem Wellenlängenbereich
von 500 nm bis 600 nm, d. h. grünes
Licht, als Objektlicht für
die Bestimmung des Fokussierzustandes verwendet. Im Allgemeinen
kennzeichnet ein Luminanzsignal in einem übertragenen Bild die Helligkeit
und die dunklen Bereiche eines Bildes und wird aus einer Mischung von
Signalen der primären
Farben so erzeugt, dass die grünen
Komponenten den höchsten
Beitrag liefern, wobei die Tatsache Berücksichtigung findet, dass die
Empfindlichkeit des menschlichen Auges für Helligkeit unter den drei
Primärfarben
rot, grün
und blau für
grün am
höchsten
ist. Durch Verwendung von grünem
Licht als Objektlicht zur Bestimmung des Fokussierzustandes gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine sehr genaue Bestimmung des Fokussierzustandes
mit besserer Übereinstimmung
mit der Empfindlichkeit des Auges möglich und es kann ein sehr
genauer Fokus erhalten werden, indem die Bestimmung des Fokussierzustandes
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf die Fokusbestimmung bei einem Autofokusverfahren und
dergleichen angewendet wird.
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Ferner kann bei Anordnen des Lichtteilungselements
zum Abtrennen des Objektlichts für
die Bestimmung des Fokussierzustandes von dem Objekt Licht für Video
in dem Aufnahmeobjektiv ein optisches System für die Vorrichtung zum Bestimmen des
Fokussierzustandes der vorliegenden Erfindung in das Aufnahmeobjektiv
separat zu einem Kamerahauptgehäuse
integriert werden und eine Bestimmung des Fokussierzustandes ist
in allen Kamerasystemen möglich,
in denen das Aufnahmeobjektiv verwendet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die einen Aufbau einer Vorrichtung zum Bestimmen des
Fokussierzustandes gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, wobei diese auf ein Aufnahmeobjektiv angewendet ist,
das für
ein Fernsehkamerasystem verwendet wird.
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2 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Abbildungseinheit für die Fokussierzustandbestimmung
zeigt;
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3 ist
eine Ansicht, die den Fokussierzustand bestimmende Abbildungselemente
A, B und C auf einer gleichen optischen Achse zeigt;
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4 ist
eine Blockansicht, die den Aufbau einer Signalverarbeitungseinheit
zeigt, die den Prozessablauf zur Bestimmung des Fokussierzustandes ausführt;
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5 ist
eine Ansicht, die einen Zustand eines Fokusbewertungswertes in jedem
den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselement in Bezug auf
eine Fokussierposition zu dem Zeitpunkt zeigt, wenn ein gewisses
Objekt aufgenommen wird; und
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6 ist
eine erläuternde
Ansicht, die zur Darstellung der Prozessablaufverarbeitung zur Bestimmung
des Fokussierzustandes mittels dreier den Fokussierzustand bestimmenden
Abbildungselemente angewendet wird.
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BEVORZUGTE
AUSBILDUNGEN ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Bestimmen des Fokussierzustandes für ein Aufnahmeobjektiv
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung zur Bestimmung des
Fokussierzustandes gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, wobei diese mit einem Aufnahmeobjektiv angewendet
wird, das beispielsweise in einem Fernsehkamerasystem Verwendung
findet. Das in der Zeichnung gezeigte Fernsehkamerasystem umfasst
ein Kamerahauptgehäuse
bzw. eine Kamerahaupteinheit 10, ein austauschbares Aufnahmeobjektiv 12 und
dergleichen. In dem Kamerahauptgehäuse 10 sind Abbildungselemente
zum Ausgeben eines Videosignals eines vordefinierten Formats oder
für das
Aufzeichnen des Videosignals auf einem Aufzeichnungsmedium (Abbildungselemente
für Video),
eine dazu erforderliche Schaltung und dergleichen enthalten. Andererseits ist
das Aufnahmeobjektiv 12 mechanisch lösbar an einer vorderen Seite
des Kamerahauptgehäuses 10 montiert.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist, wie allgemein bekannt ist,
in einem optischen System des Aufnahmeobjektivs 12 eine
feste Fokuslinse F',
eine verfahrbare Fokuslinse F, eine Zoom-Linse Z mit einem Vergrößerungssystem
und einen Konektursystem, eine Iris 1, eine Übertragungslinse
(optisches Übertragungssystem)
mit einer vorderen Übertragungslinse
R1 und einer hinteren Übertragungslinse R2,
und dergleichen, in dieser Reihenfolge von der vorderen Seite aus
betrachtet vorgesehen. Der Aufbau einer jeden Linse ist in der Zeichnung vereinfacht wiedergegeben
und es kann eine Linsengruppe mit mehreren Linsen durch eine einzelne
Linse repräsentiert
sein.
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Wie in der Zeichnung gezeigt ist,
ist ein halbdurchlässiger
Spiegel oder Strahlteiler 24, der unter einem Winkel von
ungefähr
45 Grad in Bezug auf eine optische Achse O des Aufnahmeobjektivs 12 geneigt
ist und der für
das Abzweigen von Objektlicht (Lichtstrahlen) zur Bestimmung des
Fokussierzustandes von dem Objektlicht verwendet wird, auf einem
optischen Weg des Objektlichts zwischen der vorderen Übertragungslinse
R1 und der hinteren Übertragungslinse
R2 des optischen Übertragungssystems
angeordnet.
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Objektlicht, das nicht den Lichtstrahlen
entspricht, die von den Strahlteiler 24 abgezweigt werden,
von dem Licht des Objekts, das von der vorderen Seite des Aufnahmeobjektivs 12 einfällt, d.h.
Objektlicht für
Video, wird von der hinteren Endseite des Aufnahmeobjektivs 12 ausgesandt
und tritt in eine Abbildungseinheit 20 des Kamerahauptgehäuses 10 ein.
Obwohl ein Aufbau der Abbildungseinheit 20 nicht beschrieben
wird, wird das Objektlicht, das in die Abbildungseinheit 20 eintritt,
beispielsweise in drei Farben mit rotem Licht, mit grünem Licht
und blauem Licht mittels eines optischen Farbauflösungssystems
aufgeteilt und trifft auf eine Abbildungsaufnahmeoberfläche eines
Abbildungselements (Videoabbildungselement) für jede Farbe. Somit wird ein Farbvideobild
für die Übertragung
aufgenommen. Eine Fokussierobertläche 22 ist in der
Zeichnung eine Position, die optisch äquivalent zu einer Bildaufnahmeoberfläche jedes
Videoabbildungselements ist, das auf der optischen Achse O des Aufnahmeobjektivs 12 repräsentiert
ist.
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Andererseits teilt der Strahlteiler 24,
der zwischen der vorderen Übertragungslinse
R1 und der hinteren Übertragungslinse
R2 des optischen Übertragungssystems
angeordnet ist, Lichtstrahlen mit einem Wellenlängenbereich von ungefähr 500 nm
bis ungefähr
600 nm in dem Objektlicht, das in das Aufnahmeobjektiv 12 eintritt,
in durchgelassenes Licht und reflektiertes Licht mit einem vorbestimmten
Verhältnis,
und lässt
im Wesentlichen 100 Prozent der Lichtstrahlen durch, die
nicht in diesen Wellenlängenbereichen
liegen. Somit werden die durch den Strahlteiler 24 durchgelassenen
Lichtstrahlen zu dem Kamerahauptgehäuse 10 als Objektlicht
für Video
in der zuvor beschriebenen Weise geführt, wohingegen das grüne Licht,
das an dem Strahlteiler 24 reflektiert wird, als Objektlicht
zur Bestimmung des Fokussierzustandes zu einer Abbildungseinheit 26 zur
Bestimmung des Fokussierzustandes entlang einer optischen Achse
O' im Wesentlichen senkrecht
zu der optischen Achse O geführt
wird. Hierbei ist das Objektlicht im Wesentlichen ein paralleles
Licht zwischen der vorderen Übertragungslinse
R1 und der hinteren Übertragungslinse
R2 und das von dem Strahlteiler 24 reflektierte grüne Licht
läuft durch
eine Übertragungslinse
R3, die zum Bündeln
von Licht dient und die gleichen Eigenschaften wie die hintere Übertragungslinse
R2 aufweist, um das Licht in die Abbildungseinheit 26 zur
Bestimmung des Fokussierzustandes einzuführen.
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Durch Verwendung des grünes Lichts
als Objektlicht zur Bestimmung des Fokussierzustandes wird auf diese
Weise auf der Grundlage einer Farbkomponente mit höchster Empfindlichkeit
für das menschliche
Auge ein Fokussierzustand ermittelt. Somit wird eine Bestimmung
des Fokussierzustandes mit hoher Genauigkeit möglich.
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2 ist
eine Ansicht, die den Aufbau der Abbildungseinheit zur Bestimmung
des Fokussierzustandes 26 zeigt. Wie in der Zeichnung dargestellt
ist, umfasst die Abbildungseinheit 26 drei Prismen P1, P2
und P3, die ein optisches Lichtaufteilungssystem bilden und drei
den Fokussierzustand bestimmende Abbildungselemente (zweidimensionale
CCD's) A, B und
C. Wie zuvor beschrieben ist, tritt das Objektlicht (grünes Licht)
das an dem Strahlteiler 24 reflektiert wird und sich entlang
der optischen Achse O' bewegt, zunächst in
das erste Prisma P1 ein und wird an einer Strahlteileroberfläche 40 des
ersten Prismas P1 in reflektiertes Licht und durchgelassenes Licht
aufgeteilt. Das an der Strahlteileroberfläche 40 reflektierte
Licht fällt
auf eine Bildaufnahmeoberfläche
des Abbildungselements C ein. Andererseits tritt das durch die Strahlteileroberfläche 40 hindurchgelaufene
Licht nachfolgend in das zweite Prisma P2 ein und wird weiterhin
an einer Strahlteileroberfläche 42 des
zweiten Prismas P2 in reflektiertes Licht und durchgelassenes Licht
aufgeteilt. Das an der Strahlteileroberfläche 42 reflektierte
Licht wird auf das Abbildungselement B gerichtet. Andererseits läuft das
durch die Strahlteileroberfläche 42 durchgelassene
Licht durch das dritte Prisma P3, so dass dieses auf das Abbildungselement
A fällt.
Das Objektlicht wird an der Strahlteileroberfläche 40 des ersten
Prismas P1 und an der Strahlteileroberfläche 42 des zweiten
Prismas P2 so aufgeteilt, dass die auf die Abbildungselemente A,
B und C auftreffenden Lichtintensitäten einander gleich sind. Die
den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente A, B und C
müssen nicht
die Abbildungselemente zur Aufnahme eines Farbvideobildes sein und
können
in dieser Ausführungsform
CCD's sein, die
ein Schwarz-Weiß-Bild aufnehmen.
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Wenn die optischen Achsen des Objektlichts, das
auf die Abbildungselemente A, B und C auftrifft (optische Achsen
der Abbildungselemente) auf der gleichen geraden Linie dargestellt
werden, wie in 3 gezeigt
ist, in Bezug auf das Objektlicht, bis es auf die Abbildungselemente
A, B und C auftrifft, so ist die optische Weglänge des Abbildungselements
B die kleinste, die optische Weglänge des Abbildungselements
C die längste
und die optische Weglänge des
Abbildungselements A besitzt einen Zwischenwert zwischen der optischen
Weglänge
des Abbildungselements B und der des Abbildungselements C. Anders
ausgedrückt,
die Bildaufnahmeoberflächen
des Abbildungselements B und des Abbildungselements C sind parallel
zueinander unter äquidistanten
Positionen vor und hinter der Bildaufnahmeoberfläche des Abbildungselements
A angeordnet. Die Bildaufnahmeoberfläche des Abbildungselements
A ist in konjugierter Beziehung zu der Fokussieroberfläche 22 (siehe 1) des Kamerahauptgehäuses 10 angeordnet,
und dessen optische Weglänge
in Bezug auf das Objektlicht, das in das Aufnahmeobjektiv 12 eindringt,
stimmt mit der der Abbildaufnahmeoberfläche des Videoabbildungselements
des Kamerahauptgehäuses 10 überein.
Das optische Lichtteilungssystem zum Abzweigen des Objektlichts
an die Abbildungselemente A, B und C ist nicht auf einen Aufbau
unter Anwendung der Prismen P1 und P3, wie dies zuvor beschrieben
ist, eingeschränkt.
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Mit dem optischen System, das in
der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, wird das grüne Licht
in dem Objektlicht, das in das Aufnahmeobjektiv 12 eintritt,
für die
Bildaufnahme durch die drei den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente
A, B und C mit den unterschiedlichen Weglängen verwendet, die in der
Nähe der
Position angeordnet sind, die konjugiert zu jener der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 liegt.
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Als nächstes wird ein Abriss hinsichtlich
der Steuerung des Autofokusses auf der Grundlage der Bestimmung
des Fokussierzustandes beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, werden Abbildungssignale, die
von den drei Abbildungselementen A, B und C der Abbildungseinheit
zur Bestimmung des Fokussierzustandes 26 erhalten werden,
in eine Signalverarbeitungseinheit 28 eingespeist. Wie
später
beschrieben ist, ermittelt die Signalverarbeitungseinheit 28 eine Position
der Fokuslinse F (eine exakte Fokusposition), an der ein Fokussierzustand
des Aufnahmeobjektivs ein exakter Fokuszustand in Bezug auf die
fokussierende Oberfläche 23 des
Kamerahauptgehäuses 10 wird,
auf der Grundlage von Hochfrequenzkomponenten der Bildsignale, die
von den Abbildungselementen A, B und C erhalten werden. Anschließend gibt
die Signalverarbeitungseinheit 28 ein Steuersignal, das
ein Verfahren der Fokuslinse F zu der Position des geraden Fokus
anweist, zu einer Fokusmotoransteuerschaltung 30 aus. Die
Fokusmotoransteuerschaltung 30 steuert einen nicht gezeigten
Fokusmotor an und verfährt
die Fokuslinse F über einen
Kraftübertragungsmechanismus 32 mit
einem Getriebe oder dergleichen, um die Fokuslinse F an der Position
mit exaktem Fokus anzuordnen, wie dies von der Signalverarbeitungseinheit 28 angewiesen wird.
Ein derartiger Prozess wird ständig
durchgeführt,
wodurch die Steuerung des Autofokus erreicht wird.
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Nachfolgend wird der Aufbau der Signalverarbeitungseinheit 28 und
die Verarbeitung hinsichtlich der Bestimmung des Fokussierzustandes
beschrieben. 4 ist eine
Blockansicht, die den Aufbau der Signalverarbeitungseinheit 28 zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, werden Bilder eines Objekts, das
mittels der den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente
A, B und C aufgenommen wird, als Videosignale in einem vorbestimmten Format
ausgegeben und werden in Signale von Fokusbewertungswerten, die
die Schärfe
der Bilder (Kontrast der Bilder) anzeigen, mittels Hochpassfilter 50, 60 und 70,
A/D-Wandler 52, 62 und 72, Gatterschaltungen 54, 64 und 74 und
Addierer 56, 66 und 76 umgewandelt, die
in Bezug auf die Abbildungselemente A, B und C in gleicher Weise
aufgebaut sind; anschließend
werden die Signale einer CPU 82 eingespeist. Die Verarbeitung
bis hin zur Ermittlung des Fokusbewertungswertes wird unter Anwendung
der Schaltung beschrieben, die für
das Abbildungselement A vorgesehen ist. Da das Abbildungselement
A in dieser Ausführungsform
ein CCD zur Aufnahme eines Schwarz-Weiß-Bildes ist, wird ein Videosignal, das
von dem Abbildungselement A ausgegeben wird, als ein Luminanzsignal
ausgesendet, das die Luminanz bzw. Leuchtstärke jedes Pixels, die einen
Bildschirminhalt bilden, kennzeichnet. Danach wird das Videosignal
zunächst
in den Hochpassfilter (HPF) 50 eingespeist und Hochfrequenzkomponenten
des Videosignals werden extrahiert. Signale der Hochfrequenzkomponenten,
die mittels des HPF 50 extrahiert werden, werden mittels
des A/D-Wandlers 52 in digitale Signale umgewandelt. Anschließend werden nur
digitale Signale, die den Pixeln in einem vorbestimmten Fokussierbereich
entsprechen (z. B. ein zentraler Teil des Bildschirms) aus den digitalen
Signalen für
den gesamten Bildschirm (ein Feld) des von dem Abbildungselement
A aufgenommenen Bildes mittels der Gatterschaltung 54 extrahiert
und anschließend
werden die Werte der digitalen Signale in dem extrahierten Bereich
mittels des Addierers 56 aufaddiert. Folglich wird eine
Gesamtsumme der Werte für
die Hochfrequenzkomponenten der Videosignale in dem Fokussierbereich
ermittelt. Der mittels dem Addierer 56 erhaltene Wert ist
ein Fokusbewertungswert, der einen Pegel der Schärfe des Bildes in dem Fokussierbereich
kennzeichnet.
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Es werden diverse Synchronisiersignale
den Abbildungselementen A, B und C und den Schaltungen, etwa den
Gatterschaltungen 54, 64. und 74 von einer
Synchronisiersignalerzeugungsschaltung 80, die in der Zeichnung
gezeigt ist, zugeführt
und es wird dann eine Synchronisation des Verarbeitungsablaufs der
Schaltungen realisiert. Ein vertikales Synchronisiersignal (V-Signal)
für jedes
Feld eines Videosignals wird der CPU 82 von der Synchronisiersignalerzeugungsschaltung 80 zugeführt.
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Auf der Grundlage der Fokusbewertungswerte,
die von den Abbildungselementen A, B und C in der zuvor beschriebenen
Weise erhalten werden, bestimmt die CPU 82 einen momentanen
Fokussierzustand des Aufnahmeobjektivs 12 in Bezug auf
die fokussierende Oberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10. 5 ist eine Ansicht, die
einen Zustand eines Fokusbewertungswertes in Bezug auf eine Fokussierposition
zu dem Zeitpunkt zeigt, wenn ein gewisses Objekt aufgenommen wird,
wobei eine Fokussierposition des Aufnahmeobjektivs 12 auf
der horizontalen Achse und ein Fokusbewertungswert auf der vertikalen
Achse dargestellt ist. Eine Kurve "a", die
durch eine durchgezogene Linie in der Zeichnung dargestellt ist,
kennzeichnet einen Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement
A erhalten wird, das in Bezug auf die Fokussierposition an der Position
gegenüberliegend
zu der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 liegt.
Die Kurven "b" und "c", die als gestrichelte Linien in der Zeichnung
dargestellt sind, kennzeichnen die Fokussierbewertungswerte, die
von den Abbildungselementen B und C erhalten werden, in Bezug auf
die Fokussierposition.
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In der Zeichnung ist eine Fokussierposition F3,
an der der Fokusbbewertungswert der Kurve "a" am
größten (maximal)
wird, als die exakte Fokusposition bezeichnet. Hierbei wird angenommen,
dass eine Fokussierposition des Aufnahmeobjektivs 12 an einer
Position F1 in der Zeichnung festgelegt ist. In diesem Falle sind
die Fokusbewertungswerte, die von den Abbildungselementen A, B und
C erhalten werden, Werte, die der Fokussierposition F1 gemäß den Kurven "a", "b" und "c" entsprechen. Da in diesem Falle mindestens
der Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement B erhalten
wird, größer als
der Fokusbewertungswert ist, der von dem Abbildungselement C erhalten
wird, kann man erkennen, dass dies ein Zustand ist, in welchem die
Fokussierposition auf der Seite mit den geringeren Abstand weiter
weg gesetzt ist, als die Fokussierposition F3, die die exakte Fokusposition
ist, d. h. ein vorderer Fokuszustand ist.
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Wenn andererseits angenommen wird,
dass die Fokussierposition des Aufnahmeobjektivs 12 auf eine
Position F2 in der Zeichnung festgelegt ist, sind die Fokusbewertungswerte,
die von den Abbildungselementen A, B und C erhalten werden, Werte,
die der Fokussierposition F2 entsprechend den Kurven "a", "b" und "c" entsprechen. Da in diesem Falle zumindest
der Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement C erhalten
wird, größer als
der Fokusbewertungswert ist, der von dem Abbildungselement B erhalten
wird, wird deutlich, dass dies ein Zustand ist, in welchem die Fokussierposition
auf der Unendlich-Seite weiter weg gesetzt wird, als die Fokussierposition
F3, die die exakte Fokusposition ist, d. h. dies ist ein hinterer
Fokuszustand.
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Wenn angenommen wird, dass die Fokussierposition
des Aufnahmeobjektivs 12 auf die exakte Fokusposition F3
in der Zeichnung festgelegt ist, sind Fokusbewertungswerte, die
von den Abbildungselementen A, B und C erhalten werden Werte, die
der Fokussierposition F3 gemäß den Kurven "a", "b" und "c" entsprechen. Da in diesem Falle der
Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement B erhalten wird,
und der Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement C erhalten
wird, einander gleich sind, wird deutlich, dass dies ein Zustand
ist, in welchem die Fokussierposition auf die Fokussierposition F3
festgelegt wird, d. h. dies ist ein exakter Fokuszustand.
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Auf diese Weise kann auf der Grundlage
der Fokusbewertungswerte, die von den Abbildungselementen A, B und
C erhalten werden, bestimmt werden, ob der vordere Fokus, der hintere
Fokus oder der exakte Fokus der Fokussierzustand an der momentanen
Fokussierposition des Aufnahmeobjektivs 12 ist. Andererseits
sind in einem derartigen Bewertungsverfahren eines Fokussierzustandes
bereits die Fokusbewertungswerte, die von den Abbildungselementen
B und C erhalten werden, ausreichend und der Fokusbewertungswert,
der von dem Abbildungselement A erhalten wird, ist unnötig. Daher
können
in dieser Ausführungsform
die aus den drei Abbildungselementen A, B und C gewonnen Fokusbewertungswerte
in wirksamer Weise verwendet werden, um direkt eine Fokussierposition
zu bestimmen, an der der exakte Fokus realisiert wird, wie dies
nachfolgend gezeigt ist.
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In der zuvor beschrieben 5 können, da die Kurven "a", "b" und ''c" für die von
den Abbildungselementen A, B und C erhaltenen Fokusbewertungswerte
im Wesentlichen identische Formen aufweisen, Fokusbewertungswerte,
die von den Abbildungselementen B und C an einer gewissen Fokussierposition
als ein Fokusbewertungswert des Abbildungselements A an einer Fokussierposition
betrachtet werden, die um einen vorbestimmten Verschiebungsbetrag
von der gewissen Fokussierposition versetzt ist. Beispielsweise
wird in einer Kurve "a" eines Fokusbewertungswertes
des Abbildungselements A, wie dies in 6 gezeigt
ist, angenommen, dass eine Fokussierposition bei F4 in der Zeichnung festgelegt
sei. In diesem Fall kennzeichnet ein Fokusbewertungswert, der von
dem Abbildungselement A ermittelt wird, einen Wert des Punktes PA auf der Kurve "a".
Andererseits bezeichnet ein Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement
B erhalten wird, einen Wert eines Punktes PB auf
der Kurve "a" an einer Fokussierposition
F5, die um einen vorbestimmten Verschiebungsbetrag weiter zu einer
Unendlich-Seite verschoben ist als die Fokussierposition F4. Ein
Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement C erhalten wird,
bezeichnet einen Wert des Punktes PC auf
der Kurve "a" an einer Fokussierposition
F6, die um einen vorbestimmten Verschiebungsbetrag weiter zu einer
nahegelegenen Seite als die Fokussierposition F4 verschoben ist. Eine
Differenz zwischen der Fokussierposition F4 und der Fokussierposition
F5, d. h. ein Verschiebungsbetrag für den Fokusbewertungswert,
der von dem Abbildungselement B erhalten wird, ist beispielsweise
in 5 gleich einer Differenz
zwischen einer Fokussierposition eines maximalen Punktes der Kurve "b" und einer Fokussierposition eines maximalen
Punktes der Kurve "a". Eine Differenz
der Fokussierposition F4 und der Fokussierposition F6, d. h. ein
Verschiebungsbetrag für
den Fokusbewertungswert, der von dem Abbildungselement C erhalten wird,
ist in 5 gleich einer
Differenz zwischen einer Fokussierposition eines maximalen Punktes
der Kurve "c" und der Fokussierposition
des maximalen Punktes der Kurve "a".
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Andererseits kann die Kurve "a" durch eine vorbestimmte Funktion (z.
B. eine quadratische Kurve) näherungsweise
dargestellt werden. Daher kann die Kurve "a" durch
die Fokusbewertungswerte in den drei Punkten PA,
PB und PC, die von
den Abbildungselementen A, B und C erhalten werden, spezifiziert
werden, und die exakte Fokusposition F3 kann durch den Fokusbewertungswert
ermittelt werden, der auf der Kurve "a" maximal
ist.
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Durch Bestimmen der Fokussierposition,
an der der exakte Fokus realisiert ist, kann auf diese Weise auf
der Grundlage der von den Abbildungselementen A, B und C erhaltenen
Fokusbewertungswerte die CPU 82 aus 1 ein Steuersignal zu der Fokusmotoransteuerschaltung 30 senden,
um die Fokuslinse F auf die exakte Fokusposition zu verfahren. Folglich
wird eine Steuerung des Autofokus ausgeführt.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
sind das Abbildungselement B und das Abbildungselement C an Positionen
im vorderen Bereich und hinteren Bereich angeordnet, an denen die
Bildaufnahmeoberflächen
optisch äquidistant
in Bezug auf das den Fokussierzustand bestimmende Abbildungselement
A sind, das an der Position konjugiert zu der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 angeordnet
ist. Es ist jedoch ausreichend, dass die Abbildungselemente A, B
und C so angeordnet sind, dass deren optische Weglängen unterschiedlich
sind und das zumindest eines der Abbildungselemente A, B und C jeweils
an einer Position angeordnet ist, an der die optische Weglänge größer als
die der Position gegenüberliegend
zu der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10, und
an einer Position, an der die optische Weglänge kürzer ist als für die Position
gegenüberliegend
zu der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10.
D. h., wie zuvor beschrieben ist, wenn Fokusbewertungswerte, die
von den Abbildungselementen B und C an einer gewissen Fokussierposition
erhalten werden, als ein Fokusbewertungswert des Abbildungselements
A an einer Fokussierposition betrachtet werden, die um vorbestimmte
Beträge
von der gewissen Fokussierposition versetzt sind, ist es ausreichend,
die Verschiebungsbeträge
auf der Grundlage der Abstände
der Abbildungselemente B und C von dem Abbildungselement A festzulegen. Als
ein Verfahren zur Ermittlung der Verschiebungsbeträge wird
beispielsweise eine Fokussierposition geändert, während ein fixiertes Objekt
aufgenommen wird und es werden Fokussierpositionen, an denen die
von den Abbildungselementen A, B und C erhaltenen Fokusbewertungswerte
maximal sind, ermittelt. Danach werden die Verschiebungsbeträge der Fokussierpositionen,
an denen die von den Abbildungselementen B und C erhaltenen Fokusbewertungswerte
maximal sind, in Bezug auf die Fokussierposition bestimmt, an der
der von dem Abbildungselement A erhaltene Fokusbewertungswert maximal wird,
und die Verschiebungsbeträge
werden als die oben beschriebenen Verschiebungsbeträge festgelegt.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
ist die Bildaufnahmeoberfläche
des den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselements A an der
Position gegenüberliegend
zu der fokussierenden Oberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 angeordnet.
Dies ist jedoch nicht immer erforderlich. Anders ausgedrückt, in
der gleichen Weise wie dies zuvor in dem Verfahren zum Bestimmen
von Verschiebungsbeträgen
der Fokussierpositionen, an denen die von den Abbildungselementen
B und C erhaltenen Fokusbewertungswerte maximal werden, in Bezug
auf die Fokussierposition, an der der von dem Abbildungselement
A gewonnene Fokusbewertungswert maximal wird, beschrieben ist, wird
ein Verschiebungsbetrag einer Fokussierposition, an der der von dem
Abbildungselement A gewonnene Fokusbewertungswert maximal wird,
in Bezug auf eine exakte Fokusposition bestimmt, an der der exakte
Fokus auf der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 realisiert
ist und der Verschiebungsbetrag wird als ein Verschiebungsbetrag
für den
von dem Abbildungselement A erhaltenen Fokusbewertungswert festgelegt.
D. h., der von dem Abbildungselement A gewonnene Fokusbewertungswert
wird als ein Fokusbewertungswert an einer Fokussierposition betrachtet,
die von einer tatsächlichen
Fokussierposition durch einen Verschiebungsbetrag versetzt ist. Verschiebungsbeträge der Fokusbewertungswerte, die
von den Abbildungselementen B und C erhalten werden, werden in der
gleichen Weise bestimmt. Folglich kann eine Kurve eines Fokusbewertungswertes
für die
Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 auf
der Grundlage von Fokusbewertungswerten der Abbildungselemente A,
B und C ermittelt werden, die an einer gewissen Fokussierposition
erhalten werden, und die Fokussierposition, an der der gerade Fokus
erhalten wird, kann entsprechend dieser Kurve ermittelt werden.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
sind die drei den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente
A, B und C in der Abbildungseinheit 26 angeordnet. Es ist
jedoch auch möglich,
lediglich die beiden den Fokussierzustand bestimmenden Abbildungselemente
B und C vor und hinter der Position, die konjugiert zu der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 liegt,
anzuordnen, um damit zu bestimmen, ob der vordere Fokuszustand,
der hintere Fokuszustand oder der exakte Fokuszustand aktuell der
Fokussierzustand ist, und es kann eine Autofokusfunktion auf der Grundlage
eines Ergebnisses dieser Bestimmung ausgeführt werden. Umgekehrt ist es
auch möglich, vier
oder mehr den Fokussierzustand bestimmende Abbildungselemente mit
unterschiedlichen optischen Weglängen
zu verwenden und mindestens ein Abbildungselement an jeweils einer
Position anzuordnen, an der die optische Weglänge größer als für die Position konjugiert zu
der Fokussierobertläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 ist
und an einer Position, an der die optische Weglänge kleiner als für die Position konjugiert
zu der Fokussieroberfläche 22 des
Kamerahauptgehäuses 10 ist,
so dass eine gerade Fokusposition genauer bestimmbar ist.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
ist der Fall beschrieben, in dem die Bestimmung eines Fokussierzustandes
mittels dem erfindungsgemäßen Vorrichten
zum Bestimmen des Fokussierzustandes auf einen Autofokus angewendet
wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall eingeschränkt, sondern
kann auch für
andere Anwendungen, beispielsweise die Anzeige eines Fokussierzustandes
und dergleichen angewendet werden.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
ist der Strahlteiler 24, der das grüne Licht zur Bestimmung des
Fokussierzustandes von dem Objektlicht, das in das Aufnahmeobjektiv 12 eintritt,
abzweigt, zwischen der vorderen Übertragungslinse
R1 und der hinteren Übertragungslinse
R2 des optischen Übertragungssystems
angeordnet. Der Strahlteiler 24 kann jedoch auch vor der
vorderen Übertragungslinse
R1 angeordnet sein oder er kann hinter der hinteren Übertragungslinse
R2 angeordnet sein.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
wird das grüne
Licht in dem Wellenlängenbereich
von ungefähr
500 nm bis ungefähr
600 nm als das Objektlicht zur Bestimmung des Fokussierzustandes
mittels des Strahlteilers 24 abgetrennt. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf den Fall eingeschränkt, in
dem Lichtstrahlen in dem gesamten Wellenlängenbereich von ungefähr 500 nm
bis ungefähr
600 nm abgetrennt werden; es können auch
Lichtstrahlen in nur einem Teil des Wellenlängenbereichs als das Objektlicht
zur Bestimmung des Fokussierzustandes abgezweigt werden.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
können
das optische System zum Bestimmen des Fokussierzustandes, d. h.
der Strahlteiler 24, die Übertragungslinse R3 und die
Abbildungseinheit 26 (siehe 1)
fest in dem Aufnahmeobjektiv 12 vorhanden sein oder können mechanisch
lösbar
darin montiert sein.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie zuvor beschrieben ist, wird in
einer Vorrichtung zum Bestimmen des Fokussierzustandes für ein Aufnahmeobjektiv
gemäß der vorliegenden
Erfindung Licht in Farbkomponenten in einen Wellenlängenbereich
von 500 nm bis 600 nm, d. h. grünes Licht,
als Objektlicht zur Bestimmung des Fokussierzustandes verwendet.
Im Allgemeinen kennzeichnet ein Luminanzsignal in einem übertragenen
Bild den Kontrast eines Bildes und wird aus einer Mischung von Signalen
der Primärfarben
erzeugt, so dass die grünen
Komponenten in größerem Anteil
vorhanden sind, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, dass die Empfindlichkeit
des menschlichen Auges für
die Helligkeit unter den drei Primärfarben rot, grün und blau für grün am höchsten ist.
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Daher wird durch Verwendung von grünem Licht
als Objektlicht zur Bestimmung des Fokussierzustandes gemäß der vorliegenden
Erfindung ein sehr genaues Bestimmen des Fokussierzustandes in besserer Übereinstimmung
mit der Empfindlichkeit des Auges möglich und es kann ein sehr
genauer Fokus erhalten werden, indem die Bestimmung des Fokussierzustandes
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf die Fokusbestimmung bei einem Autofokussierungsvorgang
und dergleichen angewendet wird.
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Ferner wird durch das Anordnen eines
Lichtteilungselements zum Abzweigen von Objektlicht für die Bestimmung
des Fokussierzustandes von Objektlicht für Videobilder in einem Aufnahmeobjektiv ein
optisches System für
eine Vorrichtung zur Bestimmung des Fokussierzustandes gemäß der vorliegenden
Erfindung in das Aufnahmeobjektiv integrierbar, unabhängig von
einem Kamerahauptgehäuse,
und eine Bestimmung des Fokussierzustandes wird in allen Kamerasystemen
ermöglicht,
in denen das Aufnahmeobjektiv verwendet wird.
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Zusammenfassung
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Ein Strahlteiler zum Teilen von Licht
in einem Wellenlängenbereich
von ungefähr
500 nm bis ungefähr
600 nm ist einem optischen Übertragungssystem
eines Aufnahmeobjektivs (angeordnet. Ein von dem Strahlteiler reflektierter
grüner
Lichtstrahl wird durch eine Übertragungslinse
zu einer Abbildungseinheit zur Bestimmung des Fokussierzustandes
gelenkt. Die Abbildungseinheit umfasst drei Abbildungselemente (A,
B, C) zur Aufnahme des zugeführten
grünen
Lichtstrahls zur Bestimmung des Fokussierzustandes. Somit wird eine
Vorrichtung zur Bestimmung des Fokussierzustandes des Aufnahmeobjektivs
bereitgestellt, in der der grüne
Lichtstrahl als Objektlicht zum Bestimmendes Fokussierzustandes
von dem Objektlicht, das in das Aufnahmeobjektiv eintritt, abgezweigt
wird, so dass der Fokussierzustand mit hoher Genauigkeit auf Grundlage
der Hochfrequenzkomponenten des Bildsignals bestimmt werden kann,
das durch Aufnahme des grünen
Lichtstrahls mittels der Abbildungselemente (A, B, C) mit unterschiedlichen
optischen Weglängen aufgenommen
wird.