JP2008058401A - Controller and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィードバック制御に関するものであり、特に撮像装置の絞り羽根の制御に関するものである。 The present invention relates to feedback control, and more particularly to control of diaphragm blades of an imaging apparatus.
近年、ビデオカメラをはじめとする撮像装置では、自動露光調節が標準的に装備されるにようになっている。一般的に家庭用ビデオカメラの撮像部で用いられている絞り装置は、直流電流計等のメータ類でよく用いられているような、いわゆるメータ式の簡単な駆動部を持つ絞り装置が多い。このメータ式の駆動部は、コイルに流す電流を調整することによって、コイルによって生じた磁界と永久磁石の磁界との間で生じる反発、あるいは吸引力と、絞り羽根に連結したバネ等の弾性部材による付勢力との力の大きさのバランスを調整し、絞り値を所望の値に設定する構成となっている。 2. Description of the Related Art In recent years, automatic exposure adjustment has come to be equipped as standard in imaging devices such as video cameras. In general, there are many diaphragm devices having a so-called meter-type simple drive unit, which is often used in meters such as a DC ammeter, as a diaphragm device used in an imaging unit of a home video camera. This meter-type drive unit adjusts the current flowing through the coil, thereby repelling between the magnetic field generated by the coil and the magnetic field of the permanent magnet, or an attractive force, and an elastic member such as a spring connected to the aperture blade The aperture value is adjusted to a desired value by adjusting the balance of the magnitude of the force and the biasing force.
このような2つの慣性系を備えた制御機構である場合は、絞り羽根と地板の間に生じる摩擦や、上記したバランス状態などに起因して、振動共振点が表れてしまうことがある。この振動共振点は、絞りが開放側にあるときに生じやすい。 In the case of a control mechanism having such two inertia systems, a vibration resonance point may appear due to friction generated between the diaphragm blades and the ground plane, the balance state described above, or the like. This vibration resonance point is likely to occur when the diaphragm is on the open side.
この振動共振点における微小な振動が生じると、目立ってしまう程度の光量変化が生じることはないが、撮像装置にマイクが内蔵されていると、その振動による騒音がマイクによって拾われて録音されてしまうことがある。 If a minute vibration occurs at this vibration resonance point, there will be no noticeable change in the amount of light, but if the microphone is built into the imaging device, the noise caused by the vibration will be picked up and recorded by the microphone. May end up.
この問題に対して、一般的には絞り装置のサーボ系全体のゲインを落として発振状態を抑制したり(例えば、特許文献1を参照)、適当なフィルタをかけることで共振を減衰させて振動成分を除去または減少させたりする方法があった(例えば、特許文献2を参照)。また、別の方法としては、振動系のモデリングにより振動成分を算出し、実際の制御信号から振動成分を除去などするなどの方法があった(例えば、特許文献3を参照)。
しかしながら、前述した制御系の場合において、振動共振点が絞り羽根の制御帯域の近傍に位置する場合に、上記のような従来方法を用いると以下のような問題があった。 However, in the case of the control system described above, when the vibration resonance point is located in the vicinity of the control band of the diaphragm blade, there are the following problems when the conventional method as described above is used.
まず、サーボ系全体のゲインを落とすと、絞り羽根を滑らかに動かすことができず、撮像素子に達する光量が断続的に変化してしまう現象が発生する問題があった。小絞り側は絞りの敏感度が高いため、特に目立ってしまう。 First, when the gain of the entire servo system is lowered, the diaphragm blades cannot be moved smoothly, and there is a problem that the amount of light reaching the image sensor changes intermittently. The small aperture side is particularly noticeable because the sensitivity of the aperture is high.
また、適当なフィルタをかけて共振点を減衰させると、光量が断続的に変化してしまうだけでなく、サーボ系としての発振に対する余裕が少なくなり、容易に発振現象に陥ってしまうことがある。 Moreover, if the resonance point is attenuated by applying an appropriate filter, not only will the light intensity change intermittently, but there will be less room for oscillation as a servo system, and it may easily fall into an oscillation phenomenon. .
さらに、モデリングにより振動成分を算出し、実際の制御信号から振動成分を除去することは、装置の部材等の特性のばらつきを考慮に入れると実用的ではないし、回路規模が大きくなったり、撮像装置内のマイクロコンピュータの演算量が多くなってしまう。 Furthermore, it is not practical to calculate the vibration component by modeling and remove the vibration component from the actual control signal, taking into account variations in the characteristics of the members of the device, etc. The amount of computation of the microcomputer inside increases.
上記課題を解決するため、本発明は、駆動部と、前記駆動部によって駆動される被駆動体と、前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、前記被駆動体の目標位置と前記位置検出手段にて得られた前記被駆動体の位置の差分に応じて、前記被駆動体の駆動量を表す駆動制御信号を出力する駆動量演算手段と、前記駆動量演算手段にて得られた前記駆動制御信号から設定された周波数帯域を遮断して駆動信号を出力するフィルタ手段と、前記被駆動体の位置に応じて、前記フィルタ手段が遮断する周波数帯域を設定する帯域制御手段を有し、前記駆動部は前記フィルタ手段から出力された駆動信号に応じて駆動することを特徴とする制御装置を提供するものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a drive unit, a driven body driven by the drive unit, position detection means for detecting a position of the driven body, a target position of the driven body, and the A drive amount calculation unit that outputs a drive control signal representing a drive amount of the driven body according to a difference in position of the driven body obtained by the position detection unit, and obtained by the drive amount calculation unit. Filter means for cutting off a frequency band set from the drive control signal and outputting a drive signal; and band control means for setting a frequency band to be cut off by the filter means according to the position of the driven body. The drive unit is driven according to the drive signal output from the filter means.
同様に上記課題を解決するため、本発明は、上記制御装置と、音声を記録する記録部を有し、前記被駆動体が絞り羽根であることを特徴とする撮像装置を提供するものである。 Similarly, in order to solve the above-described problems, the present invention provides an imaging apparatus having the above-described control device and a recording unit that records sound, and the driven body is a diaphragm blade. .
本発明によれば、被駆動体を目標値まで速やかに移動させることができるとともに、被駆動体が目標位置近傍で発振してしまうことを抑制することができる。 According to the present invention, the driven body can be quickly moved to the target value, and the driven body can be prevented from oscillating in the vicinity of the target position.
また、絞り羽根を備え、音声を記録可能な撮像装置に適用した場合に、絞り羽根の位置制御における発振を抑制し、絞り羽根の発振に起因する騒音が録音されてしまうことを抑制することができる。 In addition, when applied to an imaging device that includes a diaphragm blade and can record sound, it suppresses oscillation in position control of the diaphragm blade and suppresses recording of noise due to oscillation of the diaphragm blade. it can.
以下に、図面を用いながら、本発明の実施形態における撮像装置について説明を行う。 Hereinafter, an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態における撮像装置の構成を簡易的に示すブロック図である。この撮像装置は不図示であるが、音声を拾うマイクと、マイクにて拾った音声を記録する記録部を備えているものとする。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. Although not shown, the imaging apparatus includes a microphone that picks up sound and a recording unit that records the sound picked up by the microphone.
101は第1固定レンズ群である。102は変倍動作を行うための変倍レンズ群であり、以下、ズームレンズと称する。103は被駆動体としての絞り羽根であり、104は第2固定レンズ群である。105は焦点調節機能と、変倍による焦点面の移動を補正する機能を兼ね備えフォーカス/コンペンセーターレンズ群であり、以下、フォーカスレンズと称する。
110は絞り羽根103の駆動部であり、コイルに流す電流を調整することによって、コイルによって生じた磁界と永久磁石の磁界との間で生じる反発、あるいは吸引力と、絞り羽根に連結したバネ等の弾性部材による付勢力との力の大きさのバランスを調整し、絞り値を所望の値に設定する構成となっている。111はカメラマイコン114から駆動信号を受けて、駆動部110を駆動するドライバである。112はエンコーダであり、絞り羽根103の位置を検出して位置信号として出力する。エンコーダ112から出力された位置信号は、アンプ113により所定倍率に増幅されてからカメラマイコン114に取り込まれる。カメラマイコン114は絞り羽根の制御を含めた撮像装置全体の制御を司るマイクロコンピュータである。
被写体からの入射光は、レンズ群101、102、104および105を透過する間に、絞り羽根103によりその光量を調整されて撮像素子106上に結像する。
While the incident light from the subject passes through the
撮像素子106はCCDやCMOSセンサなどの光電変換素子であり、被写体像を電気信号からなる映像信号に変換する機能を有する。カメラ信号処理回路107は、撮像素子106から出力された映像信号に対して、所定のアナログ映像信号処理とAGC(オートゲインコントロール)処理を行う。AGC処理では、アナログ映像信号処理が施された映像信号の積分値が所定の利得制御基準信号と同レベルになるように利得をコントロールする。この利得の最大値は、低照度時のノイズを押さえるために、最大利得制御基準信号によって制限される。カメラ信号処理回路107で得られた映像信号から得られる映像輝度信号Yは、検波器115により検波処理を施された後、A/D変換されカメラマイコン114内に取り込まれる。この映像輝度信号Yは映像信号の輝度データを表す。
The
また、カメラ信号処理回路107は、映像信号をモニタ装置108あるいは記録装置109に適した映像信号に変換する機能も有する。記録装置109は被写体像を磁気テープ、光学ディスク、あるいは半導体メモリなど記録媒体に記録し、モニタ装置108は映像信号を用いて電子ビューファインダーや液晶パネルなどに被写体像を表示する。
The camera
続いて、図2を用いて、カメラマイコン114の構成について説明する。
Next, the configuration of the
図2において、201はA/D変換器であり、検波器115より出力された検波信号Xをデジタル信号に変換する。202は第1比較手段であり、201から出力されたデジタル信号と基準値設定手段203にて設定された露出基準信号を比較し、その差分を表す信号を出力する。露出基準信号は映像信号の輝度を目標値を表すものであり、この処理により、実際に映像信号から得られた輝度値と目標値との差分を求めている。
In FIG. 2,
204は第2比較手段であり、第1比較手段の出力信号と、アンプ113にて増幅されA/D変換器208にてデジタル化された絞り羽根103の位置信号とを比較し、その比較結果を用いて不図示のテーブルデータから絞り羽根103の目標位置を読み出して出力する。
Reference numeral 204 denotes second comparison means, which compares the output signal of the first comparison means with the position signal of the
そして、加算手段にて、第2比較手段204がテーブルデータから読み出して出力した信号と、アンプ113にて増幅されA/D変換器208にてデジタル化された位置信号の差分を求める。この位置信号は上述したように絞り羽根103の位置を表した信号であり、絞り羽根103に微小振動が生じていれば、この微小振動が反映された信号となる。この加算結果より、実際に映像信号から得られた輝度値と、目標値との差分を埋めるために必要な絞り羽根の駆動量を示す駆動制御信号が求められる。
Then, the difference between the signal read and output from the table data by the second comparing means 204 and the position signal amplified by the
205はフィードバック系の特性を決めるサーボフィルタであり、駆動制御信号に対して微分、積分、および比例ゲインの演算を行ういわゆるPID演算手段となっている。206は帯域可変LPF(ローパスフィルタ)であり、サーボフィルタ205の出力信号が入力される。この帯域可変LPF206は帯域制御処理手段207にてカットオフ周波数、すなわち、遮断する周波数帯域が制御される。
A
帯域可変LPF206の出力信号は、カメラマイコン114内部にてアナログ化され、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)等を施して駆動信号を生成し、ドライバ回路111を介して駆動部110へと供給され、絞り羽根103が駆動される。
The output signal of the band-
208はA/D変換器であり、アンプ113にて増幅された位置信号をデジタル化し、第2比較手段204、第2比較手段とサーボフィルタ105の間に位置する加算手段、および、帯域制御処理手段207に入力する。
ここで、帯域可変LPF206のカットオフ周波数は帯域制御処理手段207によって制御されると述べたが、この帯域制御処理手段207が行う処理を図3のフローチャート図を用いて説明する。
Here, it has been described that the cut-off frequency of the band
ステップS101にて、帯域制御処理手段207はA/D変換器208を介して得られる現在の絞り羽根103の位置が、閾値x1よりも開放側に位置しているかを判定し、開放側に位置していればステップS102に進み、開放側に位置していなければステップS103に進む。
In step S101, the band control processing means 207 determines whether the current position of the
ステップS102にて、帯域可変LPF206のカットオフ周波数の変数fminを所定値f2に設定する。
In step S102, the variable fmin of the cutoff frequency of the band
ステップS103にて、帯域制御処理手段207は現在の絞り羽根103の位置が、閾値x2よりも小絞り側に位置しているかを判定し、小絞り側に位置していればステップS104に進み、小絞り側に位置していなければステップS105に進む。
In step S103, the band control processing means 207 determines whether the current position of the
ステップS104にて、帯域可変LPF206のカットオフ周波数の変数fminを所定値f1に設定する。ここで、図4を用いて上記x1、x2、f1およびf2の関係について説明する。
In step S104, the variable fmin of the cutoff frequency of the band
図4は絞り羽根103の位置を横軸に、帯域可変LPF206のカットオフ周波数の変数fminを縦軸に設定している。図4において、右にいくほど絞り羽根103の位置が開放状態に近づき、上に行くほどカットオフ周波数の変数fminが高周波を表す値となる。
In FIG. 4, the position of the
絞り羽根103の位置が閾値x1よりも開放側に位置していれば変数fminとしてf2が設定され、絞り羽根103の位置が閾値x2よりも絞り側に位置していれば変数fminとしてf1が設定される。ここで、x1はx2よりも開放側に位置し、f1はf2よりも高周波となる。
If the position of the
図3に戻り、ステップS105にて、帯域制御処理手段207はカットオフ周波数の変数fminを以下の演算にて求める。
fmin=(f1−f2)/(x1−x2)×(x−x1)+f2
ただし、xはエンコーダ112にて検出された現在の絞り羽根103の位置を示す。
Returning to FIG. 3, in step S <b> 105, the band control processing unit 207 obtains a cutoff frequency variable fmin by the following calculation.
fmin = (f1−f2) / (x1−x2) × (x−x1) + f2
Here, x indicates the current position of the
この様子を図4に示す。絞り羽根103の位置が開放側の閾値であるx1から小絞り側のx2に変化するに伴い、カットオフ周波数の変数fminがf2からf1へと高周波側に一次関数的に変化していることがわかる。なお、本実施形態ではステップS105における絞り羽根103の位置とカットオフ周波数の変数fminを一次関数として示したが、指数関数的であっても、対数的であっても構わない。また、ステップS105で演算ではなく、テーブルデータを用いて絞り羽根103の位置とカットオフ周波数の変数fminを求める構成としても構わない。
This is shown in FIG. As the position of the
ステップS102、ステップS104、あるいはステップS105での処理が済めば、ステップS106に進む。 If the process in step S102, step S104, or step S105 is completed, the process proceeds to step S106.
ステップS106にて、第2比較手段204で設定された現在の絞り羽根103の目標位置が、前回の絞り羽根103の目標位置と一致しているかを判定し、一致していなければステップS110に進む。
In step S106, it is determined whether the current target position of the
ステップS110にて、帯域制御処理手段207は時間カウントt1をリセットし、ステップS111に進む。 In step S110, the bandwidth control processing unit 207 resets the time count t1, and proceeds to step S111.
ステップS106に戻り、第2比較手段204で設定された現在の絞り羽根103の目標位置が、前回の絞り羽根103の目標位置と一致していればステップS107に進む。なお、現在の目標位置と前回の目標位置が、例えば1段以内であるかというように、所定範囲内に収まっているかを判断する構成としてもよい。
Returning to step S106, if the current target position of the
ステップS107にて、帯域制御処理手段207は時間カウンタt1をインクリメントする。つまり絞り羽根103の目標位置が変化していない時間が長いほど、時間カウンタt1の値が大きくなる。
In step S107, the bandwidth control processing unit 207 increments the time counter t1. That is, the value of the time counter t1 increases as the time during which the target position of the
ステップS108にて、帯域制御処理手段207は時間カウンタt1の値より所定時間が経過しているかを判定し、所定時間を経過していればステップS109に進み、過ぎていなければステップS111に進む。 In step S108, the bandwidth control processing unit 207 determines whether a predetermined time has elapsed from the value of the time counter t1, and proceeds to step S109 if the predetermined time has elapsed, otherwise proceeds to step S111.
ステップS109にて、帯域制御処理手段207は帯域可変LPF206のカットオフ周波数の最低値として変数fminを設定する。
In step S109, the band control processing unit 207 sets a variable fmin as the minimum value of the cutoff frequency of the
ステップS111にて、帯域制御処理手段208は帯域可変LPF206のカットオフ周波数の最低値としてf1、あるいは、f1よりも更に高周波となる所定値を設定する。
In step S111, the band
このように、絞り羽根103の目標位置がある程度の期間において変化がないと判断されたならば、ステップS109にて帯域可変LPF206のカットオフ周波数の最低値として、絞り羽根の位置に応じた変数fminが設定される。
Thus, if it is determined that the target position of the
絞り羽根は開放側のほうが共振しやすいため、変数fminは開放側ほど帯域可変LPF206にて遮断する周波数帯域を広く、すなわち通過できる周波数帯域を狭くして、安定性の高い駆動系とする。絞り羽根103の発振を抑制できれば、撮像装置に備えられたマイクによって振動に起因する騒音が録音されることを抑制することができる。また、変数fminは小絞り側ほど帯域可変LPF206にて遮断する周波数帯域を狭く、すなわち通過できる周波数帯域を広くして、応答性の高い駆動系とする。開放側に比較して絞りの敏感度が高い小絞り側では、絞り装置の応答性を高くすることで光量が断続的に変化してしまう現象を抑制している。
Since the aperture blade is more likely to resonate on the open side, the variable fmin has a wider frequency band cut off by the band-
反対に、絞り羽根103の目標位置がある程度の期間において変化がないと判断されないならば、ステップS111にて帯域可変LPF206のカットオフ周波数の最低値としてf1以上の周波数が設定される。
On the other hand, if it is not determined that the target position of the
絞り羽根103の目標位置がある程度の期間において変化がないということは、絞り羽根103はまだ目標位置まで距離を残している可能性が高いとみなせる。よって、帯域可変LPF206が遮断する周波数帯域を狭く、すなわち通過できる周波数帯域をステップS105よりも広くして、絞り羽根103の駆動系の応答性を高める。この状態では発振に対する駆動系の安定性は低下するが、絞り羽根103が目標位置からまだ離れているとみなせるので問題はない。
The fact that the target position of the
このように本実施形態では、小絞り側では絞り羽根による光量変化が滑らかにいくように開放側に比較して駆動系の応答性を優先させ、開放側では絞り羽根の共振による騒音の抑制するために小絞り側に比較して駆動系の安定性を優先している。 As described above, in this embodiment, priority is given to the response of the drive system compared to the open side so that the change in the amount of light by the diaphragm blades is smooth on the small aperture side, and noise due to resonance of the aperture blades is suppressed on the open side. Therefore, priority is given to the stability of the drive system compared to the small aperture side.
なお、x1、x2、f1、f2、およびステップS108で判定に用いた所定時間は、その撮像装置の利用目的と実際の各構成部品の仕様に応じて、実験的に適切な値を設定すればよい。 Note that x1, x2, f1, f2, and the predetermined time used for the determination in step S108 are experimentally appropriate values set according to the purpose of use of the imaging device and the actual specifications of each component. Good.
101 第1固定レンズ群
102 ズームレンズ
103 絞り羽根
104 第2固定レンズ郡
105 フォーカスレンズ
106 撮像素子
107 カメラ信号処理回路
108 モニタ装置
109 記録装置
110 駆動部
111 ドライバ
112 エンコーダ
113 アンプ
114 カメラマイコン
115 検波器
201、208 A/D変換器
202 第1比較手段
203 基準設定値
204 第2比較手段
205 サーボフィルタ
206 帯域可変LPF
207 帯域制御処理手段
DESCRIPTION OF
207 Band control processing means
Claims (4)
前記駆動部によって駆動される被駆動体と、
前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
前記被駆動体の目標位置と前記位置検出手段にて得られた前記被駆動体の位置の差分に応じて、前記被駆動体の駆動量を表す駆動制御信号を出力する駆動量演算手段と、
前記駆動量演算手段にて得られた前記駆動制御信号から設定された周波数帯域を遮断して駆動信号を出力するフィルタ手段と、
前記被駆動体の位置に応じて、前記フィルタ手段が遮断する周波数帯域を設定する帯域制御手段を有し、
前記駆動部は前記フィルタ手段から出力された駆動信号に応じて駆動することを特徴とする制御装置。 A drive unit;
A driven body driven by the driving unit;
Position detecting means for detecting the position of the driven body;
A drive amount calculating means for outputting a drive control signal representing the drive amount of the driven body according to the difference between the target position of the driven body and the position of the driven body obtained by the position detecting means;
Filter means for cutting off a frequency band set from the drive control signal obtained by the drive amount calculation means and outputting a drive signal;
Band control means for setting a frequency band to be cut off by the filter means according to the position of the driven body,
The control device according to claim 1, wherein the driving unit is driven in accordance with a driving signal output from the filter unit.
前記被駆動体が絞り羽根であることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus comprising: the control device according to claim 1; and a recording unit that records voice,
An image pickup apparatus, wherein the driven body is a diaphragm blade.
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