JPH0315809A - 自動焦点制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａｌ産業上の利用分野 この発明は、光ディスク装置のビックアップ部における
焦点調節やカメラの焦点調節を自動的に行う自動焦点制
御装置に関する。

（ｂｌ従来の技術 自動焦点制御装置は、結像用反射鏡やレンズ系を用いた
光学機器において種々の分野で用いられている．例えば
コンパクトディスク装置やビデオディスク装置などの光
ディスク装置においては、光ディスクの変形による上下
動に追従してレーザー光の焦点を常に光ディスク上に正
確に結ぶように構威されている。その場合に焦点ずれ（
フォーカスエラー）を検出する方法として非点収差を用
いる方法、フーコー法、あるいは臨界角法などが用いら
れ、検出されたフォーカスエラー信号を演算処理してフ
ォーカスサーボモー夕を駆動することによって、対物レ
ンズなどを移動させて自動焦点制御を行っている。

また、例えばスチルカメラやビデオムービーカメラなど
においては、画角内のフォーカシングエリアにある被写
体の像がフイルム面や撮像素子に結像するように自動焦
点制御装置が用いられている。その場合に、焦点検出方
法としてはセパレータレンズとＣＣＤラインセンサを用
いた所謂位相差検出方式や、映像信号に含まれる高周波
域戒分のピークを検出する方式などが用いられ、検出さ
れた焦点ずれ量（デフォーカス量）に応じて撮影レンズ
系を移動させる駆動装置が組み込まれている。

（Ｃｌ発明が解決しようとする課題 ところが、このような従来の自動焦点制御装置において
は、高速基準クロックのマイクロコンピュータを用い、
検出された焦点ずれ量に応じた焦点ｙＡ節用レンズなど
の移動量を、ストワードプログラム方弐による数値演算
により求めていた。このため高速基準クロックで作動す
る高価なマイクロプロセッサを用いなければならず、ま
た、その場合でも規定値を超えて大きく変形した光ディ
スク装置をビックアップするため、あるいは相対移動速
度の速い被写体を撮影するためには、さらに高速で追従
できる自動焦点制御装置が望まれていた。

この発明の目的は、焦点ずれ量およびその時間変化量に
応じた焦点調節手段の適切な移動量をファジィルール化
し、ファジィ推論を行うことによって、安価な装置でよ
り高速追従する自動焦点制？ＩＩ＋装置を提供すること
にある． （ｄ１課題を解決するための手段 この発明の自動焦点制御装置は、適正焦点位置からのず
れ量を検出する焦点ずれ検出手段と、焦点ずれの時間変
化量を求める時間変化量抽出手段と、 焦点調節用レンズまたは焦点面を移動させる焦点調節手
段と、 焦点ずれ盪およびその時間変化量を入力変数としてファ
ジィ推論を行い、焦点調節手段の移動量および／または
移動速度を決定する、ファジィ推論手段を設けたことを
特徴としている。

ｔａ＋作用 この発明の自動焦点制御装置においては、焦点ずれ検出
手段が、適正位置からのずれ量を検出し、時間変化量抽
出手段が焦点ずれの時間変化量を求める。焦点調節手段
は焦点調節用レンズまたは焦点面を移動させることによ
って焦点調節を行う。さらにファジィ推論手段は焦点ず
れ検出手段により求められた焦点ずれ量および時間変化
量抽出手段により求められた焦点ずれの時間変化量を入
力変数としてファジィ推論を行い、焦点調節手段の移動
量および／または移動速度を決定する。

ファジィ推論手段は公知のようにファジィ演算を行うフ
ァジィ演算部と確定値演算を行うデファジファイ部とで
構威され、ファジィ演算部は予め定められたファジィル
ールに従ったメンバーシップ関数発生器を備え、入力さ
れる変数に対するメンバーシップ｛ｔｆ　（所属値）を
演算するとともに、その結果に基づいて演算した推論値
をデファジファイ部に対して出力する。ファジィルール
は、ｉｆ（ｘ＋＝＾ａｎｄ　Ｘ！＝８・−・）　ｔｈｅ
ｎ（ｙ＝Ｚ）の形式で表され、（×１・Ａ　ａｎｄ　Ｘ
２・Ｂ・・・）は前件部、（ｙ＝Ｚ）は後件部と呼ばれ
る。このファジィルールは焦点ずれ量とその時間変化お
よび実際の焦点追従特性に基づいて経験的実験的に決め
られる．第９図は上記のファジィルールに従って推論結
果を出力する一つの公知の手法を説明するための図であ
る。

同図（Ａ），　　（Ｂ）は前件部の２つの変数（Ｘ１＋
　　ｘｔ）に対応するメンバーシップ関数を示し、同図
（Ｃ）は後件部に対応するメンバーシップ関数を表す。

ここでは前件部のメンバーシップ関数を２つ示している
が前件部の変数の種類が増えればメンバーシップ関数も
その分増える。各図において横軸は変数の値を表し、縦
軸はメンバーシソブ値（所属度）を表す． 今、前件部の第ｌ項目の変数Ｘ，の値がｘ１であるとす
ると、そのときの所属度は０．５である〈同図（Ａ）参
照）．また、前件部の第２項目の変数ｘ８の値がｘ，Ｉ
とすると、そのときの所属度は０．３である（同図（Ｂ
）参照）．このような場合、ファジィ演算部ではそれぞ
れの所属度の中の最も小さな｛直をとる。すなわち上記
の例では所属度０．３を選ぶ．次にＺに対応するメンバ
ーシップ関数を上記の所属度０．３のところで頭切りを
行い、下側の台形部Ｓの重心位置ｙ゜を求める．そして
このｙ′を推論結果として出力する１つのルールに対し
ては以上のような推論を行うが一般には複数のルールを
設定する。この場合には各ルール毎に第９図（Ｃ）に示
す推論結果が出力される。そして各ルール毎に出力され
た台形部を論理和し、その論理和した部分（第８図（Ｄ
）の斜線領域）の重心ｙ〜を推論の確定値として出力す
る。

以上の推論手法において、前件部に対する所属度の論理
積演算（小さい方の所属度を選ぶ演算）ルールと、後件
部に対する台形部の論理和演算ルールを、ｍｉｎｉ−ｍ
ａｘルールと呼ぶ。

この発明においては、上記のような推論手法をファジィ
推論手段で実行することにより、通正焦点位置からのず
れ量およびその時間変化量から焦点面に対する像の結像
状態の判定およびそれに応した適切な焦点調節量（焦点
調節手段の移動量および／または移動速度）の決定が可
能となり、適正焦点位置まで速やかに到達し、かつ高速
追従させることか可能となる． （ｆ）実施例 この発明を適用した光ディスク装置のビックアップ部に
おける自動焦点制御装置の横戒を第１図に示す．第１図
において１，２はそれぞれ２分割フォトセンサ、３，４
はそれぞれ加算回路、５は減算回路である．２分割フォ
トセンサ１．２は後述するフォーカス信号検出系に設け
ていて、加算回路３．４および減算回路５とともにいわ
ゆるフーコー法によって焦点ずれ量を検出する．′＄ｉ
算回路５の出力ＸＩは焦点ずれ量を表す信号であり、適
正焦点のとき０、ビソク７アップが光ディスクに近いと
き正、光ディスクから遠いとき負の値となる。微分回路
６は焦点ずれＩＸＩの時間変化量Ｘ２を求める．ファジ
ィ推論装ｒＩｌ７は焦点ずれ量Ｘｌとその時間変化量Ｘ
２を入力変数としてファジィ推論を行い、モータ制御信
号Ｙをモータ制御回路８へ出力する．モータ制御回路８
は与えられたモータ制御信号Ｙに応じた速度でモータ９
を駆動して対物レンズを光軸方向に移動させる。

第２図は第１図に示した２分割フォトセンサに対するフ
ォーカス信号検出用の光学系を示す図である。同図に示
すように、ピンクアップと光ディスクの間隔が適正であ
れば、フォトセンサ１．２に設けられている受光素子１
ａ，ｔｂ，２ａ，２ｂに対する入射光量が等しくなり、
第１図に示した信号×１がＯとなる．第２図（Ａ）に示
すように、ピンクアップと光ディスク間の距離が近すぎ
る場合、受光素子１ａ，２ｂの入射光量がｌｂ，２ａよ
り大きくなるため、第１図に示した加算回路４の出力が
３の出力より大きくなり、信号ＸＩが負の値となる。逆
に第２図（Ｃ）に示すように、ピソクアップと光ディス
ク間の距離が速すぎる場合、受光素子１ｂ，２ａの入射
光量がｌａ，２ｂより大きくなるため、第１図に示した
加算回路３の出力が４の出力より大きくなり、信号ＸＩ
が正の値となる． 次にカメラの自動焦点制？Ｉ装置の例について述べる． 第３図は制御装置のブロソク図である。ＣＯＤラインセ
ンサ１０は後述するように焦点ずれ量を検出するための
センサであり、続出制御回路１１はＣＣＤラインセンサ
の検出信号をシリアルに読み出す．デフォーカス量検出
回路ｌ２は読み出された信号から後述する方法により焦
点ずれ量Ｘｉを検出する。微分回路６は焦点ずれＩＸＩ
を微分して時間変化量Ｘ２を求める．ファジィ推論装置
７は焦点ずれ量×１およびその時間変化量Ｘ２を入力変
数としてファジィ推論を行い、モータ制御信号Ｙを出力
する．モータ制御回路１３は与えられたモータ制御信号
に応じた回転角だけモータ１４を駆動して、撮影レンズ
を光軸方向に移動させて焦点調節を行う． 第４図はカメラにおける焦点ずれ量検出部の光学系を示
す図である。同図において２０はコンデンサレンズ、２
ｌはセパレータレンズ、ｌＯは前記ＣＣＤラインセンサ
であり、これらはユニ，トとしてハーフ逅ラー（不図示
）などを介して光学的にフィルム面より後方に設けられ
ている．コンデンサレンズ２０と２つのセパレータレン
ズ２ｌはユニット内にできる空中像をリレーしてＣＣＤ
ラインセンサ１０に結像させる。同図（Ａ）〜（Ｃ）に
示すように、焦点の状態によってＣＣＤラインセンサ１
０に対する結像間隔が変化する。すなわち、合焦（適正
焦点）状態であるとき、撮影レンズの左右を通る光束は
フィルム面と等価位置で結像した後、分離してそれぞれ
のセバレータレンズに入射する。入射した光束はセパレ
ークレンズによりＣＣＤラインセンサｌＯ上に再結像さ
れ一定の間隔をおいた２つの像となる。同図（Ｂ）に示
すように、撮影レンズの左右を通る光束がフィルム面等
価位置よりも前方で結像する前ピン状態であるとき、セ
バレークレンズ２ｌば遠くの像をＣＣＤラインセンサ上
に投影することになるため、２つの像間隔が短くなる。

逆に同図（Ｃ）に示すように撮影レンズの左右を通る光
束がフィルム面等価位置よりも後方で結像する後ピン状
態であるとき、セパレータレンズ２ｌは近くの像をＣＣ
Ｄラインセンサ上に投影することになり、２つの像間隔
が長くなる。第３図に示したデフォ−カス量検出回路１
２はＣＣＤラインセンサの出力信号から２つの像の間隔
を検出するとともに基準値との差からデフォーカス量（
焦点ずれ量）を検出する。

さて、第１図および第３図に示したファジィ推論装置に
ついて以下に述べる。

本実施例においては第１図に示した光ディスク装置の自
動焦点制御装置と、第３図に示したカメラの自動焦点制
御装置において共通のファジィ推論装置を用いる． まず、人力変数である焦点ずれ量ＸＩとその時間変化量
Ｘ２および出力であるモータ制御信号Ｙのメンバーシッ
プ関数を第５図（Ａ冫〜（Ｃ）に示す。焦点ずれｆｉＸ
１について各ラヘルは、ＮＬ：焦点が負方向に大きくず
れているＮＭ：焦点が負方向に中程度にずれているＮＳ
：焦点が負方向に少しずれている ＺＲ：略適正焦点である ＰＳ：焦点が正方向に少しずれている ＰＭ：焦点が正方向に中程度にずれているＰＬ：焦点が
正方向に大きくずれているを意味している。例えば光デ
ィスク装置であれば、Ｘｔの負はピックア・冫プと光デ
ィスクとの間隔が近い場合、正はピックアップと光ディ
スクとの間隔が遠い場合であり、カメラにおいては、Ｘ
ｌの負は前ピン、正は後ピンにそれぞれ対応する焦点ず
れ量の時間変化ｆｆｉＸ２について各ラベルは、 ＮＬ：焦点ずれ量が負方向に大きくずれっつある ＮＭ：焦点ずれ量が負方向に中程度にずれつつある ＮＳ：焦点ずれ量が負方向に少しずれつつあるＺＲ：焦
点ずれ量にほとんど変化がないＰＳ：焦点ずれ屋が正方
向に少しずれつつあるＰＭ：焦点がずれ量が正方向に中
程度にずれつつある ＰＬ：焦点ずれ量が正方向に大きくずれつつあを意味し
ている。

さらに、モータ制御信号Ｙについて各ラヘルはＮＬ：焦
点を負方向に大き←変化させるＮＭ：焦点を負方向に中
程度に変化させるＮＳ：焦点を負方向に少し変化させる ＺＲ：焦点をほとんど変化させない ＰＳ：焦点を正方向に少し変化させる ＰＭ：焦点を正方向に中程度に変化させるＰＬ二焦点を
正方向に大きく変化さ廿るを意味している。

上記焦点ずれｆｆｉＸ１とその時間変化ｆｆｉＸ２を入
力変数とし、モータ制御信号Ｙを出力変数とする推論ル
ールを第６図に示す。ここでは焦点ずれ輩Ｘ１とその時
間変化ＩＸ２の組み合わせに対するモータｆｌＩＪ？２
ｌｌ信号（Ｙ）をマトリンクスとして表している。例え
ば、ＸｉがＰＳ，Ｘ２がＮＳであれば、モータ制御信号
（Ｙ）はＺＲとする。

第７図はファジィｔａ論装置の構成図である。

ファジィ推論装置はファジィ演算部４０とデファジファ
イ部４ｌとで構威される。ファジィ演算部は第６図に示
した各推論ルールに従ってルール毎の推論結果Ｖｉを出
力するために、前件部における所属度を演算するための
メンバーシップ関数発生器と、後件部での推論結果を出
力するためのメンバーシップ関数発生器を備えている．
各ファジィ演算部はルール毎に設けられるために、合計
４９個設けられ、各ファジィ演算部の推論結果■ｉは並
列にデファジファイ部４１に出力される。

前記ファジィ演算部は第８図（Ａ）に示すような構或に
ある。なお同図は第７図の最上部に示したファジィ演算
部の構成を示している。

図示のとおり３個の汎用メンバーシップ関数発生器５１
〜５３を有し、各メンバーシソプ関数発生器には焦点ず
れ量Ｘ１に対応するラベルＰＬ、焦点ずれ量の時間変化
量Ｘ２に対応するラベルＮＬ、およびモータ制′４１１
１ｉ（Ｙ）に対応するラベルＺＲが人力される。汎用の
メンバーシップ関散発生器はこのラベルが入力されるこ
とによって、そのラベルに対応したメンバーシップ関数
を発生する． メンバーシンブ関散発生器５１．５２の出力、即ち前件
部の各項の所属度は前件部論理積回路５４に出力され、
ここで前述のｍｉｎｉ−■ａ×ルールのｍｉｎｉルール
によってより小さい方の所属度が選択される。その結果
が後件部論理積回路５５に送られる．この後件部論理積
回路５５では、メンバーシップ関数発生器５３で出力さ
れるメンバーシップ関数に前件部論理積回路５４からの
推論結果を当てはめて第９図（Ｃ）に示したような頭切
りを行い（論理積をとり）台形部を推論結果として出力
する． デファジファイ部４１は第８図（Ｂ）に示す構成からな
る．図示するようにデファジファイ部４ｌは論理和回路
６０と確定値演算回路６１とで構ジイ演算部からの台形
出力（推論結果）を論理和し、第９図（Ｄ）にハソチン
グで示したような領域を形成する。

確定値演算回路６ｌはこの領域から重心位置を求め、モ
ータ制御信号Ｙの確定値を出力する。

なお、上記実施例で示した各変数のメンバーシノプ関数
およびファジィルールは一例であり、適正焦点位置から
のずれ量を検出する焦点ずれ検出手段の方式によって、
焦点のずれ量に対する出力量との関係は異なり、また、
モータ制御回路およびモータの種類またはモータによっ
て駆動される焦点調節手段の機構に応してモータ制御回
路に与えるモータ制御信号に対する焦点移動変化特性は
異なる。したがってこれらの特性に応じて各変数のメン
ベーシップ関数と推論ルールを定める必要がある。

（ｇ）発明の効果 この発明によれば、適正焦点位置からのずれ量およびそ
の時間変化量に基づきファジィ推論により焦点調節手段
の移動量および／または移動速度を決定するようにした
ため、現在の焦点位置から適正な焦点位置まで速やかに
到達し、しかも照射体や被写体の高速な移動に対しても
追従することができるため、例えば光ディスク装置にお
けるピソクアップ部の自動焦点制御に適用すれば、従来
不可能であった大きく変形した光ディスクＶｔａをも取
り扱うことが可能となり、カメラの自動焦点制御に適用
すれば、カメラに対し相対的に高速運動する被写体を常
に合焦状態で撮影することが可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である光ディスク装置のピン
クアップ部における自動焦点制１ＴＪ装置のブロック図
、第２図は同ピックアンプ部の焦点ずれ量検出部の光学
系の構威図である。第３図はこの発明の他の実施例であ
るカメラにおける自動焦点制御装置のブロック図、第４
図は同装置の焦点ずれ量検出部の光学系の構威図である
。第５図（Ａ）〜（Ｃ）はメンバーシップ関数を示す図
、第６図は推論ルールを示す図である。第７図はファジ
イ推論装置の構成図、第８図（Ａ），　　（Ｂ）はそれ
ぞれファジィ演算部．デファジファイ部の横或図である
。また、第９図（Ａ）〜（Ｄ）はファジィ推論ルールに
従って推論結果を出力する手法を説明するための図であ
る．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）適正焦点位置からのずれ量を検出する焦点ずれ検
   出手段と、 焦点ずれの時間変化量を求める時間変化量抽出手段と、 焦点調節用レンズまたは焦点面を移動させる焦点調節手
   段と、 焦点ずれ量およびその時間変化量を入力変数としてファ
   ジィ推論を行い、焦点調節手段の移動量および／または
   移動速度を決定する、ファジィ推論手段を設けたことを
   特徴とする自動焦点制御装置。