JP2974339B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はビデオカメラ、電子スチルカメラ等の映像機
器に用いて好適な自動合焦装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、カメラの自動焦点調節装置としては、種々
の方式があるが、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の
ように被写体像を光電変換して映像信号を得る撮像手段
を有する装置では、映像信号中から被写体像の鮮鋭度、
精細度を検出し、それが最大となるようにフォーカシン
グレンズの位置を制御することにより焦点を合わせる方
式が知られている。

そしてこのような焦点調節装置におけるフォーカシン
グレンズ駆動速度の制御を、被写体像のエッジ部分のボ
ケ幅を検出し、この検出値に応じてレンズ駆動速度を変
化させるようにした方式が提案されている（たとえば、
本出願人による特願平１−77063号）。

ところでこのような映像信号中より焦点状態に応じた
信号成分を抽出して焦点検出を行なうような方式では、
被写体及びその環境等によつてその信号成分が変動し、
正確で自然な焦点調節を行ないにくい傾向がある。

このような制御自体にあいまいさを含む制御について
は、最近各種制御の分野で用いられているファジー推論
を効果的に適用することができそうであるが、この種の
焦点調節装置に実施した場合、たとえばビデオ信号中の
高周波信号成分及び被写体のボケ幅検出値をファジー推
論によつて処理し、フォーカシングレンズ駆動用のフォ
ーカスモータの速度、方向を決定し、自動焦点調節動作
を行なう方法が考えられる。

このようなフォーカシングレンズの駆動制御にファジ
ー推論を用いる場合、被写体のボケ幅検出値及びビデオ
信号の高周波成分信号値についてメンバシップ関数を定
義することになるが、被写体のボケ幅検出値及びビデオ
信号の高周波成分信号値は、実際は被写体の条件により
大きく変動し、それによるメンバシップ関数の変動が本
来持っている曖昧さの限度を大幅に越えてしまい、ファ
ジー推論で定義したルールの条件にもいずれにも適合せ
ず、ファジー推論による適切なフォーカシングモータ駆
動制御ができなくなる危険がある。

すなわちこの種の自動焦点調節装置においては、コン
トラストの低い被写体においては、被写体ボケ幅検出値
及びビデオ信号の高周波成分信号値が合焦点において通
常より低いため、通常のメンバシップ関数の設定では、
実施より低い値に判断して、フォーカシングモータ駆動
速度を合焦点においても速く設定してしまい、フォーカ
シングレンズを精度よく合焦点に停止させることができ
なくなる。また逆に高精度の被写体においては、前記メ
ンバシップ関数の条件を実際より大きく判断してフォー
カシングモータ駆動速度を遅く設定しフォーカシングモ
ータが合焦点に到らずに停止してしまつたり、あるいは
合焦するまでに長時間を要したりする問題点が生じる危
険がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、その請求項（１）に記載の発明の特徴とするところ
は、撮像信号中より焦点状態に応じて変化する第１の焦
点信号と、該第１の焦点信号より特性の急峻な第２の焦
点信号を抽出する手段と、前記抽出手段より出力された
前記第１及び第２の焦点信号それぞれの差分値を演算し
て第１及び第２の差分信号を出力する手段と、前記第１
及び第２の焦点信号のレベルと、前記第１及び第２の差
分信号に基づいて焦点調節速度、焦点調節方向及び合焦
判定を行う焦点制御手段と、被写体像のコントラストを
検出する検出手段とを備え、前記焦点制御手段は、前記
第２の差分信号が小さいとき、前記第１の焦点信号のレ
ベルに応じて焦点調節速度を、現在の焦点調節方向と前
記第１の差分信号の極性に基づいて焦点調節方法をそれ
ぞれ制御し、前記第２の差分信号が大きいときには、合
焦点近傍と判定し、前記第２の焦点信号のレベルに応じ
て焦点調節速度を、現在の焦点調節方向と前記第２の差
分信号の極性に基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御
し、前記第２の焦点信号レベルが最大で前記第２の差分
信号が実質的にゼロとなる位置を合焦点として検出する
ように制御し、前記検出手段によって低コントラスト状
態が検出されている場合には焦点調節速度を減速するよ
うに、高輝度被写体が検出されている場合には焦点調節
速度を高速に制御するように構成した自動焦点調節装置
にある。

また本願の請求項（２）に記載の発明の特徴とすると
ころは、前記焦点制御手段が、前記第２の差分信号が小
さいとき、前記第１の焦点信号のレベルに応じて焦点調
節速度を高速で制御し、現在の焦点調節方向と前記第１
の差分信号の極性に基づいて焦点調節方向を制御するこ
とを定義した第１のルールと、前記第２の差分信号が大
きいときには、合焦点近傍と判定し、前記第２の焦点信
号のレベルに応じて焦点調節速度を低速制御し、現在の
焦点調節方向と前記第２の差分信号の極性に基づいて焦
点調節方向を制御することを定義した第２のルールと、
前記第２の焦点信号レベルが最大で前記第２の差分信号
が実質的にゼロとなる位置を合焦点として検出すること
を定義した第３のルールを少なくとも有し、現在の第１
及び第２の焦点信号と第１及び第２の差分信号の状態が
前記各ルールを満足する確率を重心演算することによっ
て、前記焦点調節速度を決定するように構成されている
自動焦点調節装置にある。

（作用） これによつて、被写体あるいはその環境の状態に応じ
て、フォーカシングモータ駆動速度の設定条件を最適化
することができ、誤動作がなく、迅速、正確且つ快適な
焦点調節動作を実現することができる。

（実施例） 以下本発明における自動焦点調節装置を各図を参照し
ながらその実施例について詳述する。

第１図は本発明における自動焦点調節装置の一実施例
を示すブロツク図、第２図は第１図においてそのシステ
ム全体を制御する論理制御回路20の制御動作を説明する
ためのフローチャートである。

第１図において、１はフォーカシング用のレンズ群
（以下フォーカシングレンズと称す）で、後述の論理制
御回路11の指令により、駆動回路15を介してフォーカス
モータ16によつて光軸方向に駆動される。２は入射光量
を制御する絞りで、映像信号レベルが常に一定となるよ
うに、アイリス制御回路12を介してigメータ14により作
動される。

入射光はフォーカシングレンズ１、絞り２を介して入
射され、CCD等の固体撮像素子３の撮像面に結像されて
電気信号に変換され、プリアンプ４で所定のレベルに増
幅された後、プロセス回路５へと供給される。プロセス
回路５では、入力された撮像信号に所定の信号処理が施
され、規格化されたテレビジヨン信号に変換し、ビデオ
出力端子、電子ビューファインダ（EVF）等に出力す
る。

被写体判別フィルタ６は、プリアンプ４から出力され
たビデオ信号より被写体のコントラストの大小を判定で
きるように設定された全域フィルタであり、後述するよ
うに、合焦判定及びフォーカスモータ駆動速度を決定す
るためのメンバシップ関数の設定を制御するための情報
を出力する。バンドパスフィルタ７は同じくビデオ信号
より合焦検出のための高周波成分（本発明の第１の焦点
信号に相当する）を抽出するものである。

さらにプリアンプ４の出力は、ボケ幅検出回路８へ導
かれ、撮像面上の被写体のボケ幅を計算する。このボケ
幅検出回路は、被写体像のエッジ部分の幅に相当する情
報（本発明の第２の焦点信号に相当する）であり、合焦
状態に近付くほど、被写体のエッジ部分の幅が小さくな
るため、このエッジ幅が最小となるようにフォーカシン
グレンズを駆動することによつて焦点調節を行なうこと
ができる。

これ自体は本出願人による、たとえば特開昭62−1036
16号、特開昭63−128878号等において詳細に述べられて
いる。

以上述べた、全域フィルタの出力、高周波成分信号、
ボケ幅信号は、撮像面内において合焦検出領域（測距
枠）を設定するゲート回路９、ピーク検出回路10を通
り、画面内において測距するために限定された測距枠内
におけるピーク値あるいは積分値が得られ、装置全体の
動作を総合的に制御するたとえばマイクロコンピユータ
によつて構成される論理制御回路11へ供給される。論理
制御回路11には、この他にフォーカシングレンズエンコ
ーダ18、絞りエンコーダ17の検出値も供給される。

これらの情報の時系列的な変化により論理制御回路11
ではフォーカシングレンズ１の駆動速度、方向、停止、
再起動の判定を行ない、駆動回路15にその判定結果に応
じた制御信号を出力し、フォーカスモータ16を駆動して
フォーカシングレンズ１を移動する。

次に第２図を用いて論理制御回路11によつて行なわれ
る制御動作の流れを説明する。

第２図において、step1は、第１図の被写体判別フィ
ルタ６、バンドパスフィルタ７、ボケ幅検出回路８のア
ナログ出力を各フィールドごとにA/D変換し、合焦動作
のための所望のデータを算出するルーチン、すなわちこ
こでは映像信号中の高周波成分値（第１の焦点信号）、
被写体像のボケ幅検出値（第２の焦点信号）、及びそれ
らの差分値（第１及び第２の差分信号に相当する）を算
出する。

step2は合焦制御フローの動作モードを判定し制御を
所定のルーチンへと移行させるルーチンである。

step3,step4からなるブロツク20は動作モードの１つ
で、合焦後フォーカスモータ16を再起動すべきか否かを
前記入力信号の変化により判断し、後述の方向，合焦判
定モードあるいはズーム起動モードへと移行させるルー
チンで再起動モードと称される。

step8,step9からなるブロツク21はファジー推論を用
いて実際のフォーカスモータ16の速度制御、合焦判定を
行なうためのファジー推論による処理を行なうルーチン
で、合焦制御フローの中心となるものであり、推論モー
ドと称す。これについては後に詳細に説明する。

step12〜step14からなるブロツク22は方向、合焦判定
モードで、前記再起動モード20により再起動と判断した
とき、このモードに移行する。ここでは合焦か否かの再
確認及びフォーカスモータ16の再起動方向の判定を行な
う。ここで合焦と判定された時は、制御モードを推論モ
ードへと移行させる。

step18からなるブロツク23はズーム起動モードと称
し、テレ側へのズーミング時において再起動条件を満足
した場合、フォーカスモータ16を再起動させるルーチン
で、再起動モード20、方向，合焦判定モード22より移行
してきて、推論モード21へ制御を移行させる。step5〜s
tep7、step10,step11、step15〜step17、step19は、今
まで述べてきた４つの制御ルーチンの結果により制御モ
ードの設定を行なうルーチンである。

step20は、以上の結果より求められたフォーカスモー
タ16の駆動速度、方向により、実際にフォーカスモータ
16を駆動させるルーチンである。

以上の構成により、step1で映像信号中の高周波成分
値（第１の焦点信号）、被写体像のボケ幅検出値（第２
の焦点信号）、映像信号中の高周波成分差分値（第１の
差分信号）、被写体のボケ幅信号の差分値（第２の差分
信号）等のデータを取り込む。続いてstep2で制御モー
ドが判別され、その合焦制御モードに応じた制御ルーチ
ンが選択されて制御が移行される。

再起動モードが選択されている場合は再起動ルーチン
20へと進み、step3でズーム動作が行なわれているか否
かが判別され、ズーム操作が行なわれていると判定され
た場合は、step7へと移行し、再起動判定を行なわず、
制御モードにズーム起動モードを設定し、ズーム動作を
行なう。制御モードの設定後は、step20へと進んでフォ
ーカスモータを駆動する。

またstep3でズーム操作が行なわれていないと判定さ
れた場合は、step4へと進み、入力信号データの変化か
ら合焦状態を外れているか否か、すなわち再起動を行な
うか否かが判定される。合焦状態を外れ再起動が必要と
判定された場合にはstep6へ進んで制御モードに再起動
モード20が設定され、自動焦点調節の再起動が行なわれ
る。

またstep4で再起動判定が出されていない場合には、s
tep5で制御モードを方向合焦判定モードに設定してstep
20へと進み、フォーカスモータ16駆動を制御する。

step2で制御モードにファジー推論モードが設定され
ていると判定されている場合には、ファジー推論モード
21へと進み、step8で合焦点へとフォーカシングレンズ
１を駆動する駆動速度の設定が行なわれ、フォーカシン
グレンズを駆動し、step9で合焦判定が行なわれ、合焦
状態と判定されれば、step10へと進んで制御モードに再
起動モード200を設定し、step20でフォーカスレンズを
駆動する。

またstep9で非合焦と判定された場合には、step11に
進んで制御モードにファジー推論モードを設定し、引き
続きファジー推論による合焦予測にもとづくフォーカシ
ングレンズ駆動速度が設定され、step20でフォーカスモ
ータの駆動が行なわれる。

step2で方向，合焦判定モード22であることが判定さ
れた場合は、step12でフォーカシングレンズの再起動方
向が判定される。この方向，合焦判定モードは再起動モ
ード20のstep6で再起動モードの設定が行なわれた場合
のみ設定されるものである。

step12でフォーカシングレンズの再起動方向の判定が
行なわれた後、step13でズーム動作が行なわれているか
否かが判定され、ズーム操作中であった場合には、step
15へと進んで制御モードにブロック23によるズーム制御
モードへの移行を設定され、step20のフォーカスモータ
16の駆動制御へと移行する。

またstep14で合焦状態でないと判定された場合には、
step17で制御モードにファジー推論モードを設定し、st
ep20でフォーカスモータ16を駆動する。

またstep14で合焦状態と判定された場合には、step16
で方向，合焦判定モードを引き続き設定し、step20へと
戻ってフォーカスモータ16を駆動する。

step2でブロツク23で示すズーム起動モードが設定さ
れている場合には、step18のズーム起動ルーチンでズー
ムレンズの駆動が行なわれ、続いてstep19で制御モード
にファジー推論モード22を設定した後、step20へと進ん
でフォーカスモータ16の駆動制御が行なわれる。

以上、各モードの設定が行なわれ、フォーカスモータ
の駆動が行なわれた後は、step1へと戻り、入力データ
を更新して、上述の制御フローを繰り返し行なう。

次に本発明の主要部を構成する、第２図中step8で示
すファジー推論モードによるフォーカスモータ16の制御
動作を、第３図、第４図、第５図及び第６図を用いて説
明する。

第３図は、ファジー推論によるフォーカスモータの制
御フローである。

step101は、step102のルール判定に使用されるメンバ
シップ関数のデータ入力ルーチンである。

これは第２図中のstep1と同様で、映像信号中の高周
波成分検出値と被写体ボケ幅検出値とそれらの差分値を
入力させるものである。

step102、step103、step104ではこれらのデータを使
用してファジー推論を行ない、最終的にフォーカスモー
タの速度、方向を決定するものである。

ファジー推論は、具体的には第４図の如く行なわれて
いる。すなわち一般にあるデータＡ、Ｂに対し（ａ）の
ＡがBig且つＢがsmallならＣはmiddleようなルールが考
えられたとすると、先ずデータＡについて定義されたメ
ンバシップ関数より入力データｘに対し、Bigという条
件の確率Fxが求められ、同様にしてデータＢに対しても
入力データｙがSmallという確率Fyが求められる。次に
ルールの出力であるＣというメンバシップ関数のMiddle
という確率を先に求めたFx,Fyより求める。

すなわちルールの入力がFx,Fyなので、FxとFyのどち
らか小さい方の数値をＣのメンバシップ関数に当てはめ
てMiddleの確率線を第４図のメンバシップ関数Ｃ上にお
いて、同図に示す如く圧縮し、最終的に求められた出力
メンバシップ関数Ｃの外形と座標軸とにかこまれた領域
の重心値Ｍを求め、そのｘ座標が、フォーカスモータ16
の速度と方向となる。

以上述べたことを再度第３図に戻って考えてみると、
step103のメンバシップの演算はあらかじめ論理制御部
内に設定されているメンバシップ関数より、入力された
データのそれぞれの条件（たとえば前記Big,Small等）
の確率を求めるルーチン、step102の判定はそれぞれの
メンバシップ関数の確率の論理和あるいは論理積をもと
めるルーチン、step104の出力演算は、step102で求めら
れた各メンバシップ関数の論理和あるいは論理積より出
力メンバシップ関数の確率を求め、外形の重心演算を行
ない、フォーカスモータ16の速度、方向を決定するルー
チンと考えることができる。

以上は説明の便宜上、２個の入力メンバシップ関数、
１個の出力メンバシップ関数を含む１個のルールでの判
定法を示したが、実際に本実施例においては、第５図に
示すように６個の入力メンバシップ関数と、１個の出力
メンバシップ関数及び第６図に示すように13個のルール
によりフォーカスモータ16の速度と方向を決定してい
る。

このように複数のルールがある場合出力メンバシップ
関数は、すべての条件を判定し終った時点の外形をすべ
て重ね合わせた外形よりなり、その重心から出力となる
フォーカスモータの速度と方向を求めている。

第５図において、（ａ）は被写体のエッジ部分のボケ
幅検出値ESのメンバシップ関数で、Ｓ（Small）,M（Mid
dle）,B（Big）の３つの領域に対してその確率が判定さ
れる。

同図（ｂ）はボケ幅ES値の差分値すなわち変化量のメ
ンバシップ関数で、それぞれ負の方向、正の方向にBig
となる確率を示す関数NB、PB、それぞれ負の方向、正の
方向にSmallとなる確率を示す関数NS,PSを評価するメン
バシップ関数、Z0はＯ点に近傍の範囲の確率を示すメン
バシップ関数である。

同図（ｃ）は映像信号中の高周波成分検出値FVのメン
バシップ関数で、Ｓ（Small）,B（Big）の２つの関数に
ついて各領域における確率が判定される。

同図（ｄ）は高周波成分検出値FVの差分値すなわち変
化量の状態を求めるメンバシップ関数で、同図（ｂ）と
同様に、NB,NS,Z0,PS,PBの各領域の確率を表わす関数に
よつてその値を評価される。

同図（ｅ）は、フォーカスモータ逆転時の速度命令が
出力されてからその結果が表われるまでの遅れ時間に対
応する値PFMSのメンバシップ関数で、負の範囲Ｎ（Nega
tive），正の範囲Ｐ（Positive）,O近傍の範囲Z0の３つ
の領域についてその値が評価される。

同図（ｆ）はフォーカスモータの回転方向FMDIRのメ
ンバシップ関数で、同図（ｅ）と同様に、負の範囲Ｎ
（Negative）,O近傍の範囲Z0,正の範囲Ｐ（Positive）
の３つの範囲についてその確率が評価される。

同図（ｇ）は出力としてのフォーカスモータ16の速度
FMSのメンバシップ関数で、負（Ｎ）の方向に対してNB
（Negative Big）,NM（Negative Middle）,NS（Negativ
e Small）の３種の速度領域が、正（Ｐ）の方向に対し
てPB（Positive Big）,PM（Positive Middle）,PS（Pos
itive Small）の３種の速度領域が０近傍の範囲Z0がそ
れぞれ設定され、各領域の確率が求められる。

そしてこれらの６個のメンバシップ関数と、１つの出
力メンバシップ関数に対して、第６図に示す13個のルー
ルそれぞれにしたがってフォーカスモータスピードFMS
の各条件における確率を設定し、各メンバシップ関数に
よつてもとめられた確率データを第５図（ｆ）に示す出
力メンバシップ関数に照合する。そしてこれらの各メン
バシップ関数による確率値によつて設定された図形の重
心を第５図（ｆ）上で求め、その重心位置に相当するフ
ォーカスモータ速度FMSを用いてフォーカスモータを駆
動する。

ここで、第６図の各ルールについて説明する。同図に
おいて、ルール１は、第２の焦点信号ESのレベルが大
（B:Big）で、前記第２の差分信号dESが実質的にゼロ
（Z0）となる位置を合焦点として検出し、フォーカスモ
ータの速度FMSをZ0すなわち停止するように制御する条
件を示している。

またルール2,3,4,5は、それぞれ第２の差分信号とし
てのボケ幅成分の第２の差分信号dESが大きく，すなわ
ちdES＝PB（Positive Big:正方向に大）またはdES＝NB
（Negative Big:逆方向に大）の条件を共通に有し、ル
ール２は、フォーカスモータの現在の駆動方向FMDIRが
Ｐ（正方向）で、且つボケ幅成分の第２の焦点信号ES＝
Ｂ（大）で、且つボケ幅成分の第２の差分信号dES＝Ｂ
（大）のとき、フォーカスモータの駆動速度FMS＝PS（P
ositive Small:正方向に小）という条件を定義したもの
で、フォーカスモータが正方向に駆動されている状態
で、合焦点に近づいているときの条件を示している。
尚、同様に、ルール４は、フォーカスモータがＮ（逆）
方向に駆動されている場合の条件を示している。

すなわち、前記第２の差分信号dESが大きいときに
は、合焦点近傍と判定し、前記第２の焦点信号ESのレベ
ルに応じて焦点調節速度FMSを、現在の焦点調節方向FMD
IRと前記第２の差分信号dESの極性に基づいて焦点調節
方向をそれぞれ制御する条件を示している。

またルール３は、フォーカスモータ逆転時における、
速度命令が出力されてからその結果が表れるまでの送れ
時間PFMS＝Ｐ、すなわちPFMSが、合焦点近傍の範囲（Z
0）に対して、フォーカスモータの正方向に対応する値
の範囲Ｐにある状態で、ボケ幅の第２の焦点信号ES＝Ｂ
且つ第２の差分信号dES＝NB（Negative big:負方向に
小）のとき、フォーカスモータ駆動速度FMS＝NS（Negat
ive big:負方向に大）と制御する条件を示しており、PF
MS大小と、第２の焦点信号の差分信号dESの大小によっ
て、最終的なフォーカスモータの駆動速度FMSを決定す
る一条件を示すものであります。尚、同様に、ルール５
は、PFMSが合焦点近傍の範囲（Z0）に対して、フォーカ
スモータの負方向に対応する値の範囲Ｎにある状態を示
す条件を示している。

ルール６は、現在のフォーカスモータの駆動方向FMDI
R＝Ｐで、高周波成分の第１の焦点信号FV＝Ｂ（大）、
第１の焦点信号の差分値である第１の差分信号dFV＝PB,
且つボケ幅の第２の差分信号dES≠PB（正方向に大でな
い）のとき、フォーカスモータの速度FMS＝PM（Positiv
e middle）、すなわち中速で制御する条件を示してお
り、ルール８は、現在のフォーカスモータの駆動方向FM
DIR＝Ｎ（逆方向）の場合の条件を示している。

またルール10,12は、ルール6,8に対し、それぞれ第２
の差分信号dES≠PBで共通し、且つ高周波成分の第１の
焦点信号FV＝Ｓ（小）、第１の焦点信号の差分値である
第１の差分信号dFV＝PS（Positive Small）の場合にお
いて、それぞれ現在のフォーカスモータの駆動方向FMDI
RがＰ、Ｓの場合に、フォーカスモータの速度FMSをそれ
ぞれPB,NBに制御する条件を示すものである。

よって、ルール6,8,10,12は、第２の差分信号dES≠PB
のとき、第１の焦点信号FVの大小と、第１の差分信号dF
Vの大小によって、フォーカスモータ駆動速度FMSを制御
する条件を示している。

またルール７は、フォーカスモータ逆転時における、
速度命令が出力されてからその結果が表れるまでの遅れ
時間PEMS＝Ｐ、すなわちPFMSが、合焦点近傍の範囲（Z
0）に対して、フォーカスモータの正方向に対応する値
の範囲Ｐにある状態で、高周波成分の第１の焦点信号FV
＝Ｂ、且つ第１の差分信号dFV＝NB（Negative big:負方
向に大）のとき、フォーカスモータ駆動速度FMS＝NM（N
egative middle:負方向に中）と制御する条件を示して
おり、PFMS大小と、第１の焦点信号の差分信号dFVの大
小によって、フォーカスモータの駆動速度FMSを制御す
る一条件を示している。ルール11は、ルール７におい
て、高周波成分の第１の焦点信号FV＝Ｓ、且つ第１の差
分信号dFV＝NSのとき、フォーカスモータ駆動速度FMS＝
NB（Negative big:負方向に大）と制御する条件を示し
ている。

またルール９は、PFMS＝Ｎ、すなわちPFMSが、合焦点
近傍の範囲（Z0）に対して、フォーカスモータの負方向
に対応する値の範囲Ｎにある状態で、高周波成分の第１
の焦点信号FV＝Ｂのとき、フォーカスモータ駆動速度FM
S＝PM（Pasitive middle:正方向に中）と制御する条件
を示している。

またルール13は、PFMS＝Ｎ、すなわちPFMSが、合焦点
近傍の範囲（Z0）に対して、フォーカスモータの負方向
に対応する値の範囲Ｎにある状態で、高周波成分の第１
の焦点信号FV＝Ｓ、且つ第１の差分信号dFV＝NS（Negat
ive small:負方向に小）のとき、フォーカスモータ駆動
速度FMS＝PBと制御する条件を示している。

このように、ルール7,9,11,13は、PFMS大小と、第１
の焦点信号の差分信号dFVの大小によって、フォーカス
モータの駆動速度FMSを制御する一条件を示している。

以上のように、種々の動作環境において、そのルール
１〜13を満たす確率を、第５図のメンバシップ関数上で
求め、フォーカスモータの駆動速度を演算するものであ
る。

そして、特許請求の範囲の記載との対応関係を示す
と、請求項１に記載の制御手段による「前記第２の差分
信号が小さいとき、前記第１の焦点信号のレベルに応じ
て焦点調節速度を、現在の焦点調節方向と前記第１の差
分信号の極性に基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御」
する処理は、第２の差分信号すなわちボケ幅成分の差分
信号dESが小さいときであるから、第６図のルールで
は、dES≠PBの条件を有するルール6,8,10、12が該当
し、現在のフォーカスモータの駆動方向FMDIRと、第１
の焦点信号であるFVの大小と、第１の焦点信号の差分信
号であるdFVの大小によって、最終的なフォーカスモー
タの速度及び駆動方向の制御に用いられる。

また「前記第２の差分信号が大きいときには、合焦点
近傍と判定し、前記第２の焦点信号のレベルに応じて焦
点調節速度を、現在の焦点調節方向と前記第２の差分信
号の極性に基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御し」す
る処理は、第２の差分信号すなわちボケ幅成分の差分信
号のdESが大きいときであるから、第６図のルールで
は、dES＝PBまたはdES＝NBの条件を有するルール2,3,4,
5が該当し、フォーカスモータ逆転時における、速度命
令が出力されてからその結果が表れるまでの遅れ時間を
０近傍の範囲（Z0）と、それぞれフォーカスモータの正
負に対応する値の範囲Ｐと、第２の焦点信号であるESの
大小と、第２の焦点信号の差分信号dESの大小によっ
て、最終的なフォーカスモータの駆動速度FMSを制御す
るものであり、第２の差分信号が大きいときには、合焦
点近傍と判定し、前記第２の焦点信号のレベルに応じて
焦点調節速度を、現在の焦点調節方向と前記第２の差分
信号の極性に基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御する
ことになる。

また「第２の焦点信号レベルが最大で前記第２の差分
信号が実質的にゼロとなる位置を合焦点として検出する
ように制御」する処理は、前記第２の焦点信号ESのレベ
ルが最大で、前記第２の差分信号dESが実質的にゼロと
なる位置を合焦点として検出し、フォーカスモータの速
度を０すなわち停止するように制御するものであり、第
６図のルール１に示されているように、第２の焦点信号
ES＝Ｂで、且つ前記第２の差分信号dES＝Z0（ゼロ近傍
領域）のとき、フォーカスモータの速度FMS＝Z0とする
ように制御する条件を表すものであり、前記第２の焦点
信号レベルが最大で前記第２の差分信号が実質的にゼロ
となる位置を合焦点として検出するように制御すること
になる。

また請求項（２）については、第１のルールとは、前
記第２の差分信号dESが小さい（dES≠PB）とき、前記第
１の焦点信号FVのレベルに応じて焦点調節速度を高速PB
またはNBで制御し、現在の焦点調節方向FMDIRと前記第
１の差分信号dFVの極性に基づいて焦点調節方向を制御
することに相当し、現在のフォーカスモータの駆動方向
FMDIRがＰ（Ｎ）、且つ第２の焦点信号（FV＝Ｓ）、且
つ第２の差分信号が小さい（dES≠PB）とき、前記第１
の焦点信号FVのレベルに応じて焦点調節速度を高速（PB
またはNB）で制御する条件を定義したものであり、現在
の焦点調節方向FMDIRと前記第１の差分信号dFVの極性に
基づいて焦点調節方向を制御することを定義した第６図
のルール10または12に対応する。

また第２のルールは、前記第２の差分信号（dES）が
大きいときには、合焦点近傍と判定し、前記第２の焦点
信号（ES）のレベルに応じて焦点調節速度（FMS）を低
速制御し、現在の焦点調節方向（FMDIR）と前記第２の
差分信号（dES）の極性に基づいて焦点調節方向を制御
することを定義したものであり、第６図のルール2,4に
対応する。

第３のルールとは、前記第２の焦点信号（ES）レベル
が最大で前記第２の差分信号（dES）が実質的にゼロと
なる位置を合焦点として検出することを定義したもので
あり、第６図のルール１に対応する。

これによつて、従来の２値的な制御に対し、各設定条
件に関するメンバシップ関数それぞれにおいて演算され
た確率データをすべて考慮し、それらを重み付して重心
となる出力を得ることにより、その時のあらゆる状況に
最も適した自然なフォーカスモータ制御を行なうことが
できる。

以上がファジー推論によるフォーカスモータ制御の一
例を示したものであるが、上述のメンバシップ関数はあ
らかじめ設定されたもので固定である。

しかしここで使用している高周波信号成分は被写体に
よりそのダイナミックレンジが大きく変動することが知
られている。また被写体ボケ幅信号もコントラストで正
規化してその影響を受けないようにしても、実際は低コ
ントラストによつてS/Nが劣化しノイズの影響を受ける
等、ダイナミツクレンジが変動する問題がある。すなわ
ちコントラストの低い被写体ではダイナミックレンジが
小さく、コントラストの高い被写体ではダイナミックレ
ンジが広くなる性質がある。

したがって、メンバシップ関数を固定していると、あ
る被写体ではその確率判定が妥当であつても、別の被写
体では不適当であるという場合が生じる可能性がある。

そこで、本発明においては、先に述べた第１図中、６
で示す被写体判別フィルタを用い、その被写体のコント
ラストの大小を判別し、それにより、入力メンバシップ
関数の設定を変化させて常に最適なメンバシップ関数に
よりフォーカスモータ制御を行なっている。

以下、図を使ってさらに詳細に説明する。

第７図は、本発明によるファジー推論によるフォーカ
スモータの制御フローである。step201は〜step204で示
す制御動作自体は、第３図におけるstep101は〜step104
に示すルーチンと同様の動作を行なうものである。

ここではさらにstep205に示すモード判別ルーチンが
付加されている。このルーチンでは第１図の被写体判別
フィルタ６の出力を監視し、その判別結果をゲート回路
９、ピーク検出回路10を介して論理制御装置に取り込
み、具体的には、被写体のコントラストに応じた出力を
検出し、その値がある閾値以下のときは、低コントラス
ト被写体と判定し、第８図（ａ）のようにボケ幅検出値
ES、高周波成分値FVのメンバシップ関数をできるだけ各
検出値を大きく判定する確率が増えるように同図中矢印
で示すように、関数の各領域をSmall側へとシフトす
る。これによって低コントラストの被写体に対しても、
その低コントラストによる検出精度の劣化の影響を受け
ることなく、確実に被写体の状態を判別して合焦判定を
行ない、高精度のフォーカスモータの駆動速度設定を行
なうことができる。

また上述と逆に被写体判別フィルタ６の出力がある閾
値以上のときは、高コントラスト被写体と判定し、第８
図（ｂ）のようにボケ幅検出値、高周波成分値のメンバ
シップ関数を出来るだけ各検出値を小さく判定する確率
が増えるように同図中矢印で示すように、関数の各領域
をBig側へとシフトさせる。これによつて高輝度による
合焦点状態の誤判定を防止することができる。

また上記以外、すなわち通常の被写体と判定したとき
は、第８図（ａ），（ｂ）各図において点線で示したよ
うな中間的な領域に設定されたメンバーシップ関数を用
いる。

ファジー推論はもともと２値で表わしにくい曖昧さを
含む制御に好適なものであるが、入力される検出データ
自体が種々の状態に応じて変化するような状況では、そ
の演算自体に信頼性がなくなり、ファジー推論特有の効
果を発揮することができない。本発明はこの問題を、被
写体のコントラストに応じてメンバシップ関数の設定を
変更することによつて解決したものであり、ファジー理
論の持つ自然な制御を行なうことができる。

以上のようにファジー推論によるフォーカスモータ制
御においてその入力メンバシップ関数を被写体のコント
ラストの大小により変化させることにより、被写体によ
らず常に最適なフォーカスモータ制御が行なえ、ファジ
ー制御の特徴を最大限に発揮した快適な合焦動作を実現
することが可能となる。

前述の第１の実施例によれば、被写体判別を行なった
結果、入力メンバシップ関数を補正していたが、これに
限定されるものではなく、例えば出力メンバシップ関数
を補正してもよい。これを第９図，第10図に示す。

第９図は本実施例における制御のフローチャート、第
10図は出力メンバシップ関数の補正例である。

第９図中のstep301〜step305の制御フローは、第７図
の制御フローとほぼ同じ構成であるが、step305で示す
モード判別ルーチンが、第７図ではES値、FV値等の条件
判定を行なうメンバシップ関数演算を制御すべくその演
算ステップに掛かっているのを、本実施例ではフォーカ
スモータ16の駆動速度FMSの出力演算を制御すべくその
出力演算ステップに掛けている。

すなわちモード判別を行なった後、被写体が低コント
ラストであると判定された場合は、第10図（ａ）に示す
ようにモータ速度を遅くする確率が大きくなるように出
力メンバシップ関数を同図中矢印の方向にシフトする。

また高コントラスト被写体と判定したときは、逆にモ
ータ速度を速くする確率が大きくなるように第10図
（ｂ）のように出力メンバシップ関数を同図中矢印の方
向にシフトする。このようにすることにより、フォーカ
スモータを早めに減速する必要のある低コントラスト被
写体にも、フォーカシングモータを出来るだけ早く動か
す必要のある高コントラスト被写体に対しても常に適切
な駆動速度で合焦動作を行なうことが可能となる。

またメンバシップ関数の設定を変化させる替わりに、
ルールを変更してもよい。すなわち低コントラスト被写
体では、ボケ幅検出値、高周波成分値のメンバシップ関
数の条件をBigのところはMiddleに、MiddleのところはS
mallにと下げ、また出力のメンバシップの判定をやはり
１段ずつ遅い方へと下げ、できるだけフォーカスモータ
の速度を低めに抑え、ハンチングを防止し、また高コン
トラスト被写体の場合はその逆で、ボケ幅検出値、高周
波成分値のメンバシップの判定をSmallのところはMiddl
e,MiddleのところはBigに上げ、出力のメンバシップの
判定を１段上げて、出来るだけ速い速度で山上り動作を
行なえるようにし、フォーカシングレンズが途中でボケ
たまま停止するような誤動作を防止することが可能とな
る。

以上の実施例では、被写体像のコントラストに着目
し、それによって変化する高周波成分検出値、ボケ幅検
出値、あるいは出力となるフォーカシングモータの速度
のメンバシップ関数を可能としたが、この他にも外部環
境等に応じてその特性が大きく変化するような要素に対
してはそのメンバシップ関数の設定を可変とするように
すれば、さらに細かい高精度の制御を行なうことができ
る。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明による自動焦点調節装置に
よれば、画像信号からフォーカス制御情報を得るAFシス
テムにおいて、焦点調節の速度制御において、複数の焦
点評価値を組み合わせて焦点状態を細かく判定し、段階
的に焦点状態を調節するようにしたので、あらゆる状況
に対して常に最適な焦点調節速度を設定することがで
き、応答性がよく、誤動作のない、信頼性、安定性の高
い自動焦点調節動作を実現することができる。

また低コントラスト時には、焦点制御の信頼性が低下
するため、焦点調節速度を減速する方向に制御し、高輝
度被写体に対しては高速で駆動することにより、誤動作
を防止することができ、さらに精度の高い焦点調節を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における自動焦点調節装置の構成を示す
ブロツク図、 第２図は本発明の自動焦点調節装置における制御を説明
するためのフローチャート、 第３図はファジー推論によるフォーカスモータの速度制
御を示すフローチャート、 第４図はファジー推論のルールとメンバシップ関数の基
本的な演算を説明するための図、 第５図は本発明におけるファジー推論に用いられるメン
バシップ関数による演算を説明するための図、 第６図は本発明におけるファジー推論のルールを示す
図、 第７図は本発明におけるファジー推論によるフォーカス
モータの速度制御を説明するためのフローチャート、 第８図はモード判別によるメンバシップ関数の設定条件
の制御を示すフローチャート、 第９図は本発明における他の実施例におけるファジー推
論によるフォーカスモータの速度制御を示すフローチャ
ート、 第10図はモード判別によりメンバシップ関数を変化させ
る他の実施例を説明するための図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像信号中より焦点状態に応じて変化する
   第１の焦点信号と、該第１の焦点信号より特性の急峻な
   第２の焦点信号を抽出する手段と、 前記抽出手段より出力された前記第１及び第２の焦点信
   号それぞれの差分値を演算して第１及び第２の差分信号
   を出力する手段と、 前記第１及び第２の焦点信号のレベルと、前記第１及び
   第２の差分信号に基づいて焦点調節速度、焦点調節方向
   及び合焦判定を行う焦点制御手段と、 被写体像のコントラストを検出する検出手段とを備え、 前記焦点制御手段は、前記第２の差分信号が小さいと
   き、前記第１の焦点信号のレベルに応じて焦点調節速度
   を、現在の焦点調節方向と前記第１の差分信号の極性に
   基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御し、前記第２の差
   分信号が大きいときには、合焦点近傍と判定し、前記第
   ２の焦点信号のレベルに応じて焦点調節速度を、現在の
   焦点調節方向と前記第２の差分信号の極性に基づいて焦
   点調節方向をそれぞれ制御し、前記第２の焦点信号レベ
   ルが最大で前記第２の差分信号が実質的にゼロとなる位
   置を合焦点として検出するように制御し、前記検出手段
   によって低コントラスト状態が検出されている場合には
   焦点調節速度を減速するように、高輝度被写体が検出さ
   れている場合には焦点調節速度を高速に制御するように
   構成されていることを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 【請求項２】請求項（１）において、 前記焦点制御手段は、前記第２の差分信号が小さいと
   き、前記第１の焦点信号のレベルに応じて焦点調節速度
   を高速で制御し、現在の焦点調整方向と前記第１の差分
   信号の極性に基づいて焦点調節方向を制御することを定
   義した第１のルールと、前記第２の差分信号が大きいと
   きには、合焦点近傍と判定し、前記第２の焦点信号のレ
   ベルに応じて焦点調節速度を低速制御し、現在の焦点調
   節方向と前記第２の差分信号の極性に基づいて焦点調節
   方向を制御することを定義した第２のルールと、前記第
   ２の焦点信号レベルが最大で前記第２の差分信号が実質
   的にゼロとなる位置を合焦点として検出することを定義
   した第３のルールを少なくとも有し、現在の第１及び第
   ２の焦点信号と第１及び第２の差分信号の状態が前記各
   ルールを満足する確率を重心演算することによって、前
   記焦点調節速度を決定するように構成されていることを
   特徴とする自動焦点調節装置。