JP2006121631A - デジタルカメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】 フォーカルプレーンシャッタを内蔵するデジタルカメラに焦点距離の短い撮影レンズを装着した場合に発生する不具合を解消して撮影画像の高画質化を実現する。
【解決手段】 イメージセンサ2と、このイメージセンサ2に被写体像を結像させる撮影レンズ3と、イメージセンサ2と撮影レンズ3間に配したフォーカルプレーンシャッタFを備えるデジタルカメラ1を構成するに際して、撮影レンズ3の焦点距離A…に係わる情報を選択して入力する焦点距離入力手段4と、この焦点距離入力手段4から入力した情報に基づき、イメージセンサ2から得る撮像信号Svに対して、フォーカルプレーンシャッタFの移動方向における相対的な輝度が均一になるように補正する輝度補正手段5とを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、イメージセンサと撮影レンズ間に配したフォーカルプレーンシャッタを備えるデジタルカメラに関する。
従来、イメージセンサと、このイメージセンサに被写体像を結像させる撮影レンズと、イメージセンサと撮影レンズ間に配したフォーカルプレーンシャッタとを備えるデジタルカメラとしては、例えば、特開2003−167285号公報に開示されるフォーカルプレーンシャッタを備えたデジタルカメラが知られている。
フォーカルプレーンシャッタは、複数の羽根部材によりそれぞれ構成された先羽根と後羽根からなる二つのシャッタ羽根を、被写体光路用の開口部の上下位置に個別に配したものであり、シャッタ作動時には、先羽根と後羽根間に形成されるスリットがイメージセンサの下側から上側に移動して露光を行う。フォーカルプレーンシャッタは、主にフィルム使用のカメラに用いられていたが、シャッタ機構を小型化できるなどの利点からデジタルカメラにも採用されるに至っている。
特開2003−167285
しかし、フォーカルプレーンシャッタを備える従来のデジタルカメラは、次のような問題点があった。
即ち、図7に示すように、フォーカルプレーンシャッタFは、先羽根Faと後羽根Fbの前後位置が間隔Sxを介してオフセットしているため、同図(a)のように、撮影レンズの焦点距離が長い場合には、被写体光Lがイメージセンサの光電面Eに対してほぼ垂直に近い角度で入射し、フォーカルプレーンシャッタFのスリットSが下側と上側のいずれの位置にあっても、同一の露光量を得るそれぞれのスリット幅SaとSbはほぼ同じになる。換言すれば、上下方向における相対的な輝度差はほとんど生じることがなく、実用上は無視できる。
これに対して、同図(b)のように、撮影レンズの焦点距離が短い場合には、被写体光Lがイメージセンサの光電面Eに対して大きく傾斜した角度で入射するため、フォーカルプレーンシャッタFのスリットSが下側と上側のそれぞれの位置において同一の露光量を得るには、上側の位置でスリット幅Saを狭くし、下側の位置でスリット幅Sbを広くする必要がある。即ち、スリット幅SaとSbが同じであれば、上側の位置で相対的な露光量が多くなり、下側の位置で相対的な露光量が少なくなる。
このように、この種のフォーカルプレーンシャッタFを備えるデジタルカメラでは、広角レンズ等の焦点距離の短い撮影レンズを装着した場合、フォーカルプレーンシャッタFのスリットSが上下位置にあるときに相対的な輝度差が発生し、撮影画像における縦方向(フォーカルプレーンシャッタFの移動方向)の輝度が不均一になることにより画質の低下を招く問題があった。
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したデジタルカメラの提供を目的とするものである。
本発明は、上述した課題を解決するため、イメージセンサ2と、このイメージセンサ2に被写体像を結像させる撮影レンズ3と、イメージセンサ2と撮影レンズ3間に配したフォーカルプレーンシャッタFとを備えるデジタルカメラ1を構成するに際して、撮影レンズ3の焦点距離A,B,Cに係わる情報を選択して入力する焦点距離入力手段4と、この焦点距離入力手段4から入力した情報に基づき、イメージセンサ2から得る撮像信号Svに対して、フォーカルプレーンシャッタFの移動方向における相対的な輝度が均一になるように補正する輝度補正手段5とを備えることを特徴とする。
この場合、発明の好適な態様により、焦点距離入力手段4は、ファインダ11内に表示する視野枠12a…を焦点距離A…に対応して選択する視野枠選択手段13に兼用させることができる。一方、輝度補正手段5は、焦点距離A…に対応した補正データDsを有するデータベース14を備え、焦点距離入力手段4の選択に対応した補正データDs…により補正を行うことができるとともに、フォーカルプレーンシャッタFのシャッタ速度が一定速度以上のときに補正を行うことができる。なお、撮影レンズ3は、カメラ本体15に対して交換可能な交換レンズ3cを用いることができる。
このような構成を有する本発明に係るデジタルカメラ1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
(1) フォーカルプレーンシャッタFを内蔵するデジタルカメラ1に、焦点距離A…の短い撮影レンズ3を装着した場合に発生するフォーカルプレーンシャッタFのスリットSが上下位置にあるときの相対的な輝度差を解消できるため、撮影レンズ3における焦点距離A…の長さに拘わりなく撮影画像の全体における輝度の均一化、更には高画質化を実現できる。
(2) 好適な態様により、焦点距離A…に対応した補正データDsを有するデータベース14を備え、焦点距離入力手段4の選択に対応した補正データDs…により補正を行う輝度補正手段5を設ければ、輝度補正手段5における処理系の簡易化と実施の容易化に寄与できる。
(3) 好適な態様により、フォーカルプレーンシャッタFのシャッタ速度が一定速度以上のときに補正を行う輝度補正手段5を設ければ、無用な補正処理を回避できる。
(4) 好適な態様により、ファインダ11内に表示する視野枠12a…を焦点距離A…に対応して選択する視野枠選択手段13に焦点距離入力手段4を兼用させれば、操作の単純化による利便性の向上及び構成の簡略化による低コスト性の向上に寄与できる。
(5) 好適な態様により、撮影レンズ3として、カメラ本体15に対して交換可能な交換レンズ3cを用いれば、交換レンズ3cを用いるデジタルカメラ1における不具合を解消、即ち、フォーカルプレーンシャッタFのスリットSが上下位置にあるときの相対的な輝度差を解消できるため、交換レンズ3cの種類に拘わりなく撮影画像の全体における輝度の均一化、更には高画質化を実現できる。
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
まず、本実施形態に係るデジタルカメラ1の構成について、図1〜図5を参照して説明する。
デジタルカメラ1は、図2及び図3に示すように、カメラ本体15を備え、このカメラ本体15の前面には、バヨネット式のレンズマウント21を介して交換レンズ3c(撮影レンズ3)を着脱できる。例示の交換レンズ3c(図1)は、5群7枚構成の広角レンズであり、ピント調整リング22及び絞り調整リング23を備えている。
一方、カメラ本体15におけるレンズマウント21の上方には、ファインダ11を備え、このファインダ11は、対物窓25及び採光窓26を有するとともに、背面には接眼窓27を有する。また、カメラ本体15の上面には、視野枠切替レバー28,アクセサリシュー29,シャッタ速度調整ダイヤル30,レリーズボタン31を備える。視野枠切替レバー28は、視野枠選択手段13を構成するとともに、後述する焦点距離入力手段4を兼用する。このように、視野枠選択手段13と焦点距離入力手段4を兼用させることにより、操作の単純化による利便性の向上及び構成の簡略化による低コスト性の向上に寄与できる。さらに、カメラ本体15の背面には、電源スイッチ32,LCD(液晶表示)パネル33,操作パネル34を備えるとともに、カメラ本体15の側面には、カードスロット35を備える。このカードスロット35には、デジタル画像データを記録するメモリカード36を装填する。
図4は、ファインダ11の構成を詳細に示す。37は、上述した対物窓25に配設するカバーガラスであり、この後方に、対物レンズ38,ハーフプリズム39,接眼レンズ40を配設し、この接眼レンズ40は、上述した接眼窓27に臨む。41は、上述した採光窓26に臨む採光マスクであり、この後方に、視野枠パネル42,反射ミラー43を配設し、この反射ミラー43の反射光は、ハーフプリズム39に入射する。この場合、対物レンズ38には凹レンズを使用し、接眼レンズ40には凸レンズを使用して逆ガリレオ式光学系を構成する。また、視野枠パネル42には、撮影範囲を示す矩形状のスリットによる大小複数(実施例は三つ)の視野枠12a,12b,12cが形成されている。
これにより、被写体側からの入射光は、採光マスク41により白色光となって透過するとともに、視野枠パネル42を通過し、さらに反射ミラー43を反射してハーフプリズム39に入射する。この際、視野枠切替レバー28の操作により、白色光を通過させる視野枠12a…が不図示の切替機構により切替えられ、接眼窓27を覗く撮影者には、切替られた白色の視野枠12a…がファインダ像に重なって視認できる。
一方、視野枠切替レバー28は、交換レンズ3cを焦点距離の異なる他の交換レンズ3cに交換した際に、交換した交換レンズ3cの焦点距離に対応して切替えるものであり、図1に示すように、焦点距離A,B,Cを選択することができる。この場合、焦点距離Aは、焦点距離が比較的短く、焦点距離A,B,Cの順に、焦点距離が長くなる。交換レンズ3cには、例示する焦点距離の短い広角レンズの他に、焦点距離の長い望遠レンズ,焦点距離が広角レンズと望遠レンズの中間に位置する標準レンズ等があるため、交換された交換レンズ3c…の焦点距離に一致又は最も近い焦点距離A…を、視野枠切替レバー28により選択すればよい。したがって、視野枠切替レバー28における表示は、焦点距離を示す数値であってもよいし、交換レンズ3c…の種類、即ち、望遠,標準,広角等の文字であってもよい。
これにより、視野枠切替レバー28を切替操作すれば、この切替に連動して、視野枠パネル42の視野枠12a…が切替わり、上述したように、交換された交換レンズ3cの撮影範囲に対応した視野枠12a…がファインダ視野内に表示される。具体的には、広角レンズを装着し、視野枠切替レバー28を焦点距離Aに切替操作すれば、ファインダ11の視野内には大きな視野枠が表示されるとともに、望遠レンズを装着し、視野枠切替レバー28を焦点距離Cに切替操作すれば、ファインダ11の視野内には小さな視野枠が表示される。
他方、カメラ本体15の内部には、CCDを用いたイメージセンサ2を備えるとともに、このイメージセンサ2と交換レンズ3c間に配設したフォーカルプレーンシャッタFを備える。フォーカルプレーンシャッタFは、図5に示すように、被写体光路用の開口部51oを有するシャッタケース51を備え、このシャッタケース51の一方側にはシャッタ駆動部52を配設する。シャッタケース51の内部であって、開口部51oの上側位置と下側位置には、複数の羽根部材によりそれぞれ構成した先羽根Faと後羽根Fbからなる二つのシャッタ羽根を個別に配設する。これにより、シャッタ作動時には、シャッタ駆動部52によって先羽根Faと後羽根Fb間に形成されるスリットSが、イメージセンサ2の下側から上側に移動して露光を行う。なお、前述した図7に示すように、先羽根Faと後羽根Fbの前後位置は、間隔Sxを介してオフセットする。
図1はデジタルカメラ1の処理系(電気系)のブロック回路図を示す。フォーカルプレーンシャッタFの後方に配設するイメージセンサ2は、その光電面上に赤色(R),緑色(G),青色(B)の微小なマイクロカラーフィルターがマトリクス状に配列しており、交換レンズ3cを通して結像された被写体像を画素ごとに光電変換し、RGB各色の輝度情報を有する撮像信号を出力する。そして、イメージセンサ2の後段には、このイメージセンサ2から得る撮像信号を増幅するアンプ61,このアンプ61の出力信号が付与される輝度補正手段5を構成する輝度補正回路62,この輝度補正回路62の出力信号が付与される信号処理回路63を順次備えるとともに、この信号処理回路63から得られる画像データDvを登録する画像データメモリ64を備える。65は、デジタルカメラ1の電気的な作動を制御するCPUであり、輝度補正回路62及び画像データメモリ64は、このCPU65により管理される。さらに、CPU65には、前述したレリーズボタン31,操作パネル34及びカードスロット35を接続する。
また、CPU65に接続したシステムメモリ66を備える。このシステムメモリ66には、前述した各焦点距離A,B,Cにそれぞれ対応した三種類の補正データDs…を有するデータベース14を格納する。この補正データDs…を有するデータベース14は、輝度補正手段5の一部を構成する。このような補正データDs…を利用することにより、処理系の簡易化と実施の容易化に寄与できる。これにより、視野枠切替レバー28により焦点距離A…が選択されれば、この選択された情報はCPU65に付与され、対応する補正データDs…がデータベース14から読み出される。したがって、視野枠切替レバー28は、ファインダ11内に表示する視野枠12a…を焦点距離A…に対応して切替える視野枠選択手段13を構成するとともに、焦点距離入力手段4を兼用する。なお、システムメモリ66には、CPU65により各部の作動制御を実行するためのシーケンスプロゲラムも格納されている。
その他、67はCPU65からの駆動信号によりイメージセンサ2を作動させるCCDドライバ、68はCPU65からの画像信号によりLCDパネル33を作動させるLCDドライバをそれぞれ示す。
次に、本実施形態に係るデジタルカメラ1の使用方法及び動作(機能)について、各図を参照しつつ図6に示すフローチャートに従って説明する。
デジタルカメラ1を使用する際には、最初に電源スイッチ32をONにする(ステップS1)。この際、操作パネル34により撮影モード以外のモード、即ち、再生モードや設定モード等が選択されている場合には、選択されているモードによる処理を行なうことができる(ステップS2,S3)。
一方、撮影モードが選択されている場合には、デジタルカメラ1により撮影を行うことができる(ステップS2)。この際、新しい交換レンズ3cに交換した場合には、視野枠切替レバー28により視野枠12a…の設定を行う(ステップS4)。今、交換レンズ3cとして広角レンズが装着された場合を想定する。広角レンズの場合、焦点距離が短いため、この焦点距離に一致又は最も適した(近い)焦点距離となる焦点距離Aを選択する。即ち、視野枠切替レバー28を切換操作して焦点距離Aに合わせる。これにより、ファインダ11の視野内には大きな視野枠12aが表示される。
また、視野枠切替レバー28により焦点距離Aが選択されることにより、焦点距離Aに係わる情報がCPU65に付与され、撮像信号Svに対して補正を要する焦点距離であるか否か判断される(ステップS5)。本実施形態では、異なる焦点距離として三つの焦点距離A,B,Cを例示するが、前述した図7(a)に示す望遠レンズのように、焦点距離が長い場合であって、上下方向の相対的な輝度差が無視できるような場合には、補正を要しない焦点距離と判断し、三つの焦点距離A,B,Cのうち、二つの焦点距離A,Bに対してのみ補正を行うことができ、この条件は予め設定することができる。例示の場合、焦点距離Aが選択されているため、補正を要する焦点距離と判断され、焦点距離Aに対応する補正データDsがデータベース14から読出されるとともに、輝度補正回路62が機能する補正処理モードとなる(ステップS6)。
なお、望遠レンズが装填され、焦点距離Cが選択された場合には、補正を要しない焦点距離と判断され、輝度補正回路62は機能しない。即ち、補正処理モードが解除された状態となり、輝度補正回路62に付与される撮像信号Svは、そのまま次段の信号処理回路63に付与される(ステップS5)。
さらに、シャッタ速度に係わる情報がCPU65に付与され、一定のシャッタ速度以上に設定されたときのみ、補正処理モードが維持されるとともに、一定のシャッタ速度に満たない設定がされたときは、補正処理モードが解除される(ステップS7,S8)。この場合、シャッタ速度に係わる情報は、マニュアル撮影モードによりシャッタ速度調整ダイヤル30による設定があった場合にはその設定情報となり、また、オート撮影モードが選択されている場合には、自動設定された設定情報となる。このように、フォーカルプレーンシャッタFのシャッタ速度が一定速度以上のときに補正を行うようにすれば、無用な補正処理を回避できる。例示は、一定のシャッタ速度以上であるものとする。したがって、補正処理モードは維持される。
次いで、撮影を行う(ステップS9)。この場合、マニュアル撮影モード時には、ピント調整リング22を操作して被写体距離に応じたピント調整を行うとともに、絞り調整リング23を操作して被写体輝度に応じて絞り調整を行う。この際、撮影者が接眼窓27を覗けば、視野枠切替レバー28により選択した視野枠12aが表示されるため、被写体を確認しながら構図を決定することができる。そして、レリーズボタン31を押すことにより、シャッタ駆動部52が作動し、フォーカルプレーンシャッタFにおける先羽根Faと後羽根Fbがそれぞれ下から上へ移動、即ち、先羽根Faと後羽根Fb間に形成されるスリットSがイメージセンサ2の下側から上側に移動し、いわゆるシャッタを切った状態となる。
これにより、露光が行われ、交換レンズ3cを通過した被写体像は、イメージセンサ2に結像する。この結果、イメージセンサ2から撮像信号が出力し、この撮像信号は、アンプ61により適度なレベルまで単調増幅され、増幅された撮像信号Svは、輝度補正回路62に送られて補正処理が行われる(ステップS10)。この場合、補正処理は、輝度補正回路62に、データベース14から読み出された補正データDsが付与され、この補正データDsにより撮像信号Sv中の輝度情報を示す信号電流の増幅率が画素単位で指定される。この増幅率は、撮影画像の輝度がフォーカルプレーンシャッタFの移動方向において均一になるように予め実験等により定められている。具体的には、フォーカルプレーンシャッタFのスリットSが下側位置へ行くほど入射する光量が不足するため、この不足光量を補うように下側位置ほど増幅率が大きくなるように設定されている。即ち、輝度補正回路62では、撮像信号Svに対して、補正データDsにより指定される対応画素の輝度情報が増幅されるシェーディング補正処理が行われ、光量が低下したまま撮像された被写体像の下側光量が補正される。なお、前述したように、補正を要しない焦点距離Cが選択された場合や一定のシャッタ速度に満たない設定のときは、このシェーディング補正処理は行われない。
また、シェーディング補正処理が行われた撮像信号Svは、信号処理回路63に送られ、ホワイトバランス調整処理(WB),ガンマ補正処理(γ),アナログ/デジタル変換処理(A/D)等の必要な信号処理が行われる(ステップS11)。そして、信号処理回路63から得られる画像データDvは、画像データメモリ64に一時書込みされるとともに、メモリカード36に保存(記録)され、さらに、LCDドライバ68によりLCDパネル33に被写体画像として表示される(ステップS12)。他方、次の処理があれば、同様にステップS2から実行される(ステップS13)。なお、次の処理を行わない場合には電源スイッチ32をOFFにすればよい(ステップS14)。
このような本実施形態に係るデジタルカメラ1によれば、フォーカルプレーンシャッタFを内蔵するデジタルカメラ1に、焦点距離A…の短い撮影レンズ3を装着した場合に発生するフォーカルプレーンシャッタFのスリットSが上下位置にあるときの相対的な輝度差を解消できるため、撮影レンズ3における焦点距離A…の長さに拘わりなく撮影画像の全体における輝度の均一化、更には高画質化を実現できる。
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。
例えば、焦点距離入力手段4は、視野枠選択手段13(視野枠切替レバー28)に兼用させた場合を示したが、操作パネル33等に別途設けてもよい。また、焦点距離入力手段4により選択できる焦点距離として三つの焦点距離A,B,Cを例示したが、任意数により実施できる。一方、輝度補正手段5として、焦点距離A…に対応した補正データDsを有するデータベース14を用いた場合を例示したが、その他、変換関数を設定し、この変換関数を用いた演算処理により補正を行ってもよいし、実際の輝度特性をリアルタイムで測定し、この輝度特性の増減を相殺する補正を行ってもよい。なお、フォーカルプレーンシャッタFのシャッタ速度が一定速度以上のときに補正を行う場合、シャッタ速度の大きさに対応した補正を行ってもよい。即ち、シャッタ速度の大きさに対応した補正データDsを用意してもよい。これにより、より高精度の補正を行うことができる。さらに、撮影レンズ3として、交換レンズ3cを例示したが、非交換レンズであってもよい。この場合、製造段階において、使用する非交換レンズに対応した焦点距離A…をカメラ本体15の内部で選択する焦点距離入力手段4を用いることもできる。また、装着した交換レンズ3cの種類をカメラ本体15側が自動認識し、これに基づいて自動で視野枠切替,焦点距離選択,シェーディング補正処理等を行ってもよい。他方、シェーディング補正を、アナログ信号である撮像信号Svに対して行う場合を示したが、デジタル変換した画像データDvに対してデジタル処理によるシェーディング補正を行ってもよい。また、フォーカルプレーンシャッタFは上下方向に移動する場合を示したが、左右方向であってもよく、この場合、本実施形態で用いた上下を左右と読み替えればよい。なお、バヨネット式のレンズマウント21を例示したが、スクリュー式や他のタイプのレンズマウントであっても同様に適用できる。
本発明の最良の実施形態に係るデジタルカメラの処理系(電気系)のブロック回路図、 同デジタルカメラの前側から見た外観斜視図、 同デジタルカメラの後側から見た外観斜視図、 同デジタルカメラに備えるファインダの構成図、 同デジタルカメラに備えるフォーカルプレーンシャッタの概略構成図、 同デジタルカメラの使用方法及び動作(機能)を説明するためのフローチャート、 背景技術に係るデジタルカメラに備えるフォーカルプレーンシャッタの説明図、
符号の説明
1 デジタルカメラ
2 イメージセンサ
3 撮影レンズ
3c 交換レンズ
4 焦点距離入力手段
5 輝度補正手段
11 ファインダ
12a… 視野枠
13 視野枠選択手段
14 データベース
15 カメラ本体
F フォーカルプレーンシャッタ
Sv 撮像信号
Ds 補正データ

Claims (5)

  1. イメージセンサと、このイメージセンサに被写体像を結像させる撮影レンズと、前記イメージセンサと前記撮影レンズ間に配したフォーカルプレーンシャッタとを備えるデジタルカメラにおいて、前記撮影レンズの焦点距離に係わる情報を選択して入力する焦点距離入力手段と、この焦点距離入力手段から入力した前記情報に基づき、前記イメージセンサから得る撮像信号に対して、前記フォーカルプレーンシャッタの移動方向における相対的な輝度が均一になるように補正する輝度補正手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。
  2. 前記焦点距離入力手段は、ファインダ内に表示する視野枠を前記焦点距離に対応して選択する視野枠選択手段に兼用させたことを特徴とする請求項1記載のデジタルカメラ。
  3. 前記輝度補正手段は、前記焦点距離に対応した補正データを有するデータベースを備え、前記焦点距離入力手段の選択に対応した補正データにより補正を行うことを特徴とする請求項1記載のデジタルカメラ。
  4. 前記輝度補正手段は、前記フォーカルプレーンシャッタのシャッタ速度が一定速度以上のときに補正を行うことを特徴とする請求項1又は3記載のデジタルカメラ。
  5. 前記撮影レンズは、カメラ本体に対して交換可能な交換レンズであることを特徴とする請求項1記載のデジタルカメラ。
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