JP2012013944A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォーカスレンズの移動中に並行して所定時間間隔で撮像動作を行なって取得したAF評価値と当該AF評価値を取得したときの時間情報とを時系列で記憶し、時系列で記憶されたAF評価値と時間情報とに基づいてフォーカスレンズが合焦位置の手前近傍であるか否かを判定し、合焦位置の手前近傍と判定したる場合、フォーカスレンズの駆動制御方法を切換えてオートフォーカス動作を行う。
【選択図】図2
Description
特許文献2は、焦点評価値とその1回前に取得した焦点評価値との差分を順次取得していき、焦点評価値が増加から減少に転じ、焦点評価値の差分が減少した場合に合焦近傍であると判断して2次関数近似により合焦位置を求める自動焦点調節装置について開示する。
特許文献2では、合焦近傍を判断するために合焦位置を越える動作が必要であると共に、合焦近傍を判断するための焦点評価値の差分が評価値検出1回分の差分であるために、回路ノイズ等の影響を受けて焦点評価値の変化が滑らかでないと、合焦近傍を正しく判断できなくなる可能性がある。
図1は自動焦点調節装置を搭載したデジタルスチルカメラ100の全体構成図を示す。このカメラ100は、カメラ本体101と、このカメラ本体101に対して着脱可能な撮影光学系としての交換レンズ部201とで構成されている。
交換レンズ部201は、レンズ制御回路202と、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)203と、ズームレンズ204となどを含んで構成されている。レンズ制御回路202は、焦点調節レンズ203とズームレンズ204とをそれぞれ駆動制御する。焦点調節レンズ203は、光軸方向(矢印f方向)に移動駆動され、交換レンズ部201の焦点状態を調節する。ズームレンズ204は、光軸方向(矢印g方向)に移動駆動され、交換レンズ部201の焦点距離を変更する。
絞り230は、交換レンズ部201を通してカメラ本体101に入射する光の光量を調節するための開口部を含んで構成される。LCPU221は、絞り駆動回路225を制御することによって絞り230の開口部の大きさを変化させて、適切な光量の光をカメラ本体101方向に入射させる。
フラッシュROM(FROM)122には、本体CPU121のプログラムなどが格納されている。
RAM123には、本体CPU121の各種情報が一時格納される。
撮像素子制御回路124は、画像データを得るために撮像素子103を制御する。
画像処理回路125は、撮像素子103から出力される像信号にA/D変換やフィルタ処理等の画像処理を施して撮影画像として記憶する画像データの生成機能と、焦点検出領域内の画像データから高周波成分をハイパスフィルタ処理により抽出してAF評価値を算出する等の処理を行うAF評価値算出機能とを有する。
ストロボ制御回路128は、ストロボ106を制御する。
操作スイッチ検出回路129には、撮影者が操作する各種操作スイッチが接続されている。この操作スイッチ検出回路129には、カメラ100の撮影モードを切り替える切り替えスイッチ(不図示)や、レリーズ釦107の操作によって動作するレリーズスイッチなどが接続されている。本実施の形態におけるレリーズスイッチは、一般的な2段階スイッチになっている。このレリーズスイッチは、レリーズ釦107の半押しで第1レリーズスイッチ130(以下、1Rスイッチと称する)がオンし、焦点検出や測光が行われ、焦点調節レンズ203が駆動されて合焦状態になる。更に、レリーズスイッチは、レリーズ釦107の全押しで第2レリーズスイッチ131(以下、2Rスイッチと称する)がオンし、フォーカルプレンシャッタ104が駆動されて露光が行われる。
電源回路132は、装填されたバッテリー108が接続され、このバッテリー108からの電圧の平滑化や昇圧等を行い、当該電力をカメラ100に供給する。
本体CPU121は、焦点調節レンズ203の移動中に並行して所定時間間隔で撮像動作を行なってAF評価値を取得し、これらAF評価値を取得した時間情報と共に時系列で記憶し、時系列で記憶されたAF評価値と取得時間情報に基づいて焦点調節レンズ203が合焦位置の手前近傍であるか否かを判定する合焦近傍判定部121aを有する。本体CPU121は、例えば各AF評価値と、これらAF評価値を取得したときの焦点調節レンズ203のレンズ位置とを時系列で記憶する。
本体CPU121は、合焦近傍判定部121aにより合焦位置の手前近傍と判定したる場合、焦点調節レンズ203の駆動制御方法を切換えてオートフォーカス動作を行う。
合焦近傍判定部121aは、差分データの極大値の検出後に検出される差分データが所定回数連続して差分データの極大値より小さい値となる場合に、合焦位置の手前近傍と判定する。
カメラ本体101の電源がオンされると、本体CPU121は、ステップS101において、交換レンズ201が装着されているか否かの判断を行う。この判断の結果、交換レンズ201が装着されていれば、本体CPU121は、ステップS102において、通信回路226、通信ライン227を介してLCPU221との間で通信を行い、交換レンズ201の機種情報や光学データ等を取得してRAM123に記憶する。交換レンズ201が装着されていなければ、本体CPU121は、装着されるまで定期的な装着動作や装着割込み信号を待つなどの待機動作を行う。待機中に撮影者により撮影パラメータの変更操作や過去に撮影した画像の再生操作等が行われた場合は、指示された動作を実行する。
交換レンズ201が取り外されていなければ、本体CPU121は、ステップS105に移り、カメラ本体101の電源がオフであるか否かを確認する。この確認の結果、電源がオフであれば、本体CPU121は、ステップS112に移り、各種データの退避、リセット動作、電源系統の切断処理等の所定の終了処理を実行する。
1Rスイッチ130がオン状態になったことが操作スイッチ検出回路129により検出されると、本体CPU121は、ステップS107において、山登りAFを実行して焦点調節レンズ203を合焦位置に駆動する。また、本体CPU121は、AF動作と並行して測光、露出演算等の撮影に必要な他の動作も実行する。
なお、1Rスイッチ130がステップS108においてオフ状態であれば、本体CPU121は、ステップS104に戻る。又、2Rスイッチ131がステップS109においてオフ状態であれば、本体CPU121は、ステップS108に戻る。
本体CPU121は、ステップS121において、AF動作を開始するのに先立ち、焦点調節レンズ203を現在位置から所定方向、例えば至近方向に移動させる。本体CPU121は、山登りAF、すなわち焦点調節レンズ203を矢印f方向に移動させながら画像処理回路125により複数回のAF評価値の取得動作を行い、これらのAF評価値が増加するときの焦点調節レンズ203の移動方向を検出し、当該方向を焦点調節レンズ203の移動方向として決定する。なお、本体CPU121は、上記山登りAFの処理の代わりに、現在の焦点調節レンズ203のレンズ位置から無限端と至近端の間をスキャン駆動してAF評価値が増加する方向を検出し、山登りAFでの焦点調節レンズ203の移動方向を定めるようにするなどの処理を行うようにしてもよい。当該処理は、上記山登りAFの処理により移動方向が決定できない場合に行うようにしてもよい。
以下、具体的に説明する。
先ず、本体CPU121は、新しいAF評価値を取得する毎に、RAM123に時系列で記憶されている各AF評価値のうち所定のレンズ位置間隔で取得された各AF評価値の差分を順次求め、これら差分データを時系列でRAM123に記憶する。
本体CPU121は、順次求められる各差分の値の大きさが増加から減少に転じると、この増加から減少に転じたときから例えば1回前に取得された差分データを差分データの最大(極大)値と判定する。本体CPU121は、差分データの最大値が検出されたときを基準に、所定回数連続して最大の差分データよりも小さい値の差分データを検出すると、このときに焦点調節レンズ203の位置を合焦手前近傍と判定する。
すなわち、この例の場合は、AF評価値Dm+4を取得したときの焦点調節レンズ203のレンズ位置Aで差分データΔDnは最大値ΔDnmax(=Dm+4−Dm)となり、この時点から5回連続で差分データΔDnが最大値より小さい値となるAF評価値Dm+9を取得したときの焦点調節レンズ203のレンズ位置Bを合焦手前近傍と判定する。
ここでの合焦判定、合焦位置の算出は、上記方法に限るものでなく、隣接差分データDn−Dn−1が所定値以下になった場合に合焦近傍であると判断して、RAM123に記憶されているAF評価値Dnと焦点調節レンズ203のレンズ位置とのデータから二次関数近似等の多項式近似で合焦位置を求めるなどの方法を用いてもよい。
図4に示すカメラの山登りAF動作のフローチャートのステップS125の合焦手前近傍判定は、以下のような方法で行ってもよい。この合焦手前近傍の判定は、AF評価値を取るデータ間隔毎(所定個数毎)の差分により判定を行う点では上記の方法と同様である。
同図においてDnはAF評価値取得開始からn回目に取得したAF評価値、ΔDnmaxはAF評価値差分データΔDnの最大(極大)値、L1はAF評価値Dnの時系列データ、L2はAF評価値差分ΔDnの時系列データ、AはAF評価値Dnの差分データΔDnが最大時の焦点調節レンズ位置、Bは合焦手前近傍判定時の焦点調節レンズ位置(合焦手前近傍位置)、Cは差分データΔDnと比較して合焦手前近傍位置を判定するための合焦手前近傍判定値を示す。
本変形例によれば、差分データΔDnと比較して合焦手前近傍位置を判定するための合焦手前近傍判定レベルCを設定し、焦点調節レンズ203のレンズ位置Aで差分データの最大値ΔDnmax(=Dm+4−Dm)を検出した後、AF評価値Dm+9を取得したときの差分データDm+9−Dm+5が合焦手前近傍判定レベルCよりも小さい値となった時点で焦点調節レンズ203のレンズ位置Bが合焦手前近傍と判定する。これにより、AF評価値の差分データΔDnの最大値を検出した後の差分データΔDnの変化量に基づいて合焦手前近傍位置の判定を行うので、より確実な合焦手前近傍位置の判定を行うことができる。
図7は本変形例に係るカメラの平均処理前後のAF評価値変化の一例を示す。同図においてL1は平均処理前のAF評価値、L2は平均処理後のAF評価値を示す。
実際の山登りAF中のAF評価値Dnの変化は、回路ノイズや被写体条件の変化等により滑らかな変化とならず、例えば図7中の実線で示す平均処理前のAF評価値L1で示すような本来の値に各種ノイズ成分が重畳したものになる。この状態で上記合焦手前近傍位置の判定を実行した場合、判定結果等に誤りが発生する可能性が高くなる。
AVE=(Dn+Dn−1+Dn−2+ … +Dn−m)/(m+1) …(1)
(m:平均データ個数−1)
加重移動平均AVE_Aは、下記式(2)により算出する。
AVE_A={mDn+(m−1)Dn−1+…+2Dn−m+2+Dn−m+1}
/{m+(m−1)+・・・+2+1} …(2)
(m:平均データ個数)
本変形例によれば、AF評価値Dnの移動平均又は加重移動平均を求めることで、図7中に破線で示す平均処理後のAF評価値L2のようなノイズ成分が除去された滑らかなデータを得ることができるので各判定の精度を向上させることができる。
なお、本変形例については後述する第2の実施の形態以降の実施の形態にも適用することが可能である。
本実施の形態に係る自動焦点調節装置を搭載したデジタルスチルカメラの構成や撮影動作等は、上記第1の実施の形態と同一であるので、第1の実施の形態と共通な部分の説明は省略して相違する部分である合焦手前近傍判定についてのみ以下に記載する。
本体CPU121は、新しいAF評価値を取得する毎にRAM123に時系列で記憶されている所定個数前までのAF評価値と焦点調節レンズ203のレンズ位置とを用いて最小二乗法等により近似直線を求め、この近似直線の傾きを時系列でRAM123の記憶し、近似直線の傾きが増加から減少に転じたときの前回のデータを傾きの最大(極大)値と判定する。本体CPU121は、近似直線の傾きの最大値が検出されたときを基準に所定個数連続して最大値よりも小さい傾きが検出された時の焦点調節レンズ203のレンズ位置を合焦手前近傍と判定する。
AF評価値Dnの近似直線の傾きanの時系列データL2は、取得されたAF評価値Dnを含む例えば4回までのデータ(5回分のデータ)と焦点調節レンズ203のレンズ位置とから求めた近似直線の傾きanを有する。1点鎖線で示される近似直線L3は、傾きanが最大となる時のAF評価値DmからDm+4までのデータから求められる。2点鎖線で示される近似直線L4は、合焦手前近傍と判定されるときのAF評価値Dm+5からDm+9までのデータから求められる。
すなわち、この例の場合、AF評価値Dm+4を取得したときの焦点調節レンズ203のレンズ位置Aで傾きanは最大値anmaxとなる。この時点から5回連続して傾きanが最大値amaxより小さい値となるAF評価値Dm+9を取得したときの焦点調節レンズ203のレンズ位置Bが合焦手前近傍と判定される。
山登りAF開始時点の焦点調節レンズ203のレンズ位置がレンズ位置Aやレンズ位置B付近である場合は、上記第1の実施の形態と同様な処理を実行する。
本実施の形態の合焦手前近傍判定は、以下のような方法で行ってもよい。本変形例での合焦手前近傍判定は、所定個数のAF評価値から近似直線を求めて、その直線の傾きにより判定を行う点では上記の方法と同様である。
同図においてDnはAF評価値取得開始からn回目に取得したAF評価値、anmaxはAF評価値Dnの近似直線の傾きanの最大(極大)値、L1はAF評価値Dnの時系列データ、L2はAF評価値Dnの近似直線の傾きanの時系列データ、L3は近似直線の傾きanが最大となる時のAF評価値DmからDm+4までのデータから求めた近似直線、L4は合焦手前近傍と判定される時のAF評価値Dm+5からDm+9までのデータから求めた近似直線、AはAF評価値Dnの近似直線の傾きanが最大時の焦点調節レンズ位置、Bは合焦手前近傍判定時の焦点調節レンズ位置(合焦手前近傍位置)、Cは近似直線の傾きanと比較して合焦手前近傍位置を判定するための合焦手前近傍判定値を示す。
又、図中の符号等は、上記図8に示す場合と同様で、Cは最大値anmaxを検出後に傾きanと比較して合焦手前近傍を判定するレベルを示す。
本変形例によれば、AF評価値の近似直線の傾きの最大値検出後の傾き変化量に基づいて判定を行うので、より確実な判定を行うことができる。
本実施の形態に係る自動焦点調節装置を搭載したデジタルスチルカメラの構成や撮影動作等は、上記第1の実施の形態と同一であるので、第1の実施の形態と共通な部分の説明は省略して相違する部分である合焦手前近傍判定についてのみ以下に記載する。
又、図中の曲線L1は上記ステップS124で取得されるAF評価値Dnの変化を示し、曲線L2は合焦手前近傍と判定される時のAF評価値DmからDm+4までのデータから求めた近似二次曲線を示す。
De=aX2+bX+c …(3)
上記式(3)中のXにN回後にAF評価値Dnが検出される焦点調節レンズ203のレンズ位置を代入して予測評価値Deを算出する。
また、山登りAF開始時点の焦点調節レンズ203のレンズ位置が位置A付近である場合は、上記第1の実施の形態での合焦位置付近での処理と同様な処理を実行する。
本実施の形態は、上記第1の実施の形態と同様の構成を有するデジタルスチルカメラやムービーカメラでの動画撮影の動作に上記合焦手前近傍の判定方法を適用したものであり、以下に動画撮影動作について説明する。
先ず、撮影者による動画釦の操作等が操作スイッチ検出回路129により検出されると、動画撮影が開始され、上記実施の形態で説明したスチル撮影時と同様な方法で焦点調節レンズ203を合焦手前近傍位置まで移動する。
ウォブリング駆動モードでは、焦点調節レンズ203をAF評価値のピーク位置の前後で微小駆動することにより、被写体の動きに応じた合焦位置の変化に焦点調節レンズ203を追従させて合焦状態を維持する、所謂ウォブリング動作を行う。
ウォブリング動作では、合焦状態が維持できなくなった場合、被写体の動きが追従不可能な速度になったか、あるいはカメラがパン・チルト操作されたものと判断してサーチ駆動モードに移行する。
待機モード中は、所定時間間隔でAF評価値を取得するのみで焦点調節レンズ203の駆動は行わない。
先ず、動画撮影動作について説明する。
カメラ本体101の電源がオンされると、本体CPU121は、上記図3に示す各ステップS101〜S106と同様に、ステップS201において交換レンズ201が装着されているか否かを判断する。交換レンズ201が装着されなければ、本体CPU121は、交換レンズ201が装着されるまで待機する。
本体CPU121は、ステップS205においてカメラ本体101の電源がオフであるか否かを確認する。電源がオフであれば、本体CPU121は、ステップS212に移り、各種データの退避、リセット動作、電源系統の切断処理等の所定の終了処理を行う。
本体CPU121は、ステップ206において1Rスイッチ130がオン状態になったか否かを判断する。この判断の結果、1Rスイッチ130がオン状態になると、本体CPU121は、ステップS213に移り、上記図3に示す通常のスチル撮影動作を実行し、撮影完了後にステップS204に戻って撮影待機状態に移行する。
本体CPU121は、ステップS209において、動画AFを実行して焦点調節レンズ203を合焦位置に移動する。また、本体CPU121は、AF動作と並行して測光、露出制御等の撮影に必要な他の動作も実行する。
本体CPU121は、ステップS210において、操作スイッチ検出回路129の検出動作によって動画スイッチ(不図示)がオフ状態であるか否かを確認する。この確認の結果、動画スイッチがオフ状態でなくオン状態であれば、本体CPU121は、ステップS209に戻り、動画AFの実行を続ける。動画スイッチがオフ状態になると、本体CPU121は、ステップS211に移り、動画撮影を終了してステップS204に戻り、撮影待機状態に移行する。
本体CPU121は、上記山登りAF動作における各ステップS121〜S126と同様に、先ず、ステップS221において、動画AF動作を開始するのに先立ち、焦点調節レンズ203を矢印f方向に移動させながら画像処理回路125により複数回のAF評価値の取得動作を行い、これらのAF評価値が増加するときの焦点調節レンズ203の移動方向を検出し、当該方向を焦点調節レンズ203の移動方向として決定する。
本体CPU121は、ステップS226において、合焦の手前近傍であると判定されたか否かを判断する。この判断の結果、合焦の手前近傍であると判定されなければ、本体CPU121は、上記ステップS223に戻る。合焦の手前近傍であると判定されると、本体CPU121は、ステップS227に移り、ウォブリング(Wob)駆動モードに移行し、ウォブリング駆動時の焦点調節レンズ203の駆動振幅や振幅周期等を設定する。
この確認の結果、動画スイッチがオン状態であれば、本体CPU121は、ステップS230に移行し、被写体が静止しているか否かを判定する。この判定の結果、被写体が静止していなければ、本体CPU121は、ステップS231に移行し、被写体の動作による合焦位置の変化に追従可能であるか否かを判断する。追従可能であるか否かの判断は、ウォブリング駆動の両端で取得され、時系列データとしてRAM123に記憶されているAF評価値から行う。本体CPU121は、ウォブリング駆動の両端のAF評価値がほぼ同じ値となるように制御できている場合に追従可能であると判断する。追従可能であるか否かの判断の結果、追従可能であれば、本体CPU121は、ステップS228に戻り、ウォブリング駆動モードを継続する。
追従不能と判断すると、本体CPU121は、ステップS232において、ウォブリング駆動を停止する。
動画スイッチがオン状態であれば、本体CPU121は、ステップS236に移り、上記ステップS234で設定されたパラメータを本体CPU121は通信ライン227を介して交換レンズ201の通信回路226に送信する。LCPU221は、通信回路226で受信したパラメータに基づいてレンズ駆動回路222を動作制御し、焦点調節レンズ203を移動する。このとき、レンズ位置検出回路223は、レンズ駆動回路222によって移動された焦点調節レンズ203の位置を検出する。LCPU221は、レンズ位置検出回路223によって検出されたレンズ位置に基づいて交換レンズ部201の焦点状態の情報を得る。
この判定の結果、合焦手前近傍判定で合焦手前近傍であると判定すると、本体CPU121は、ステップS239を通して上記ステップS227に移ってウォブリング駆動モードに移行する。合焦手前近傍でなければ、本体CPU121は、ステップS239を通して上記ステップS235に移ってサーチ駆動モードを継続する。
上記ステップS230における判定の結果、被写体が静止していれば、本体CPU121は、ステップS241に移り、ウォブリング駆動を停止して待機モードに移行し、次のステップS242において、動画スイッチがオフ状態であるか否かを確認する。この動画スイッチのオフ状態であるか否かの確認は、操作スイッチ検出回路129により検出され、動画スイッチがオフ状態であれば、本体CPU121は、リターンする。
なお、上記ステップS244での判断の結果、AF評価値に対するデータの変化が所定の被写体の変化の判定値以下であれば、本体CPU121は、被写体が静止していると判断して上記ステップS242に戻って待機モードを継続する。
さらに、上記各実施の形態では、レンズ交換式のデジタルスチルカメラに搭載される自動焦点装置について説明したが、レンズ一体型のデジタルスチルカメラやムービーカメラ等にも応用が可能であることは、言うまでもない。
第1の発明は、フォーカスレンズを有し、被写体像を結像させる撮影光学系と、
上記撮影光学系により結像された上記被写体像を光電変換して像信号を出力する撮像素子と、
上記撮像素子より出力される上記像信号から高周波成分を抽出してAF評価値を取得する画像処理手段と、
上記AF評価値に基づいて上記フォーカスレンズを駆動制御してオートフォーカス動作を行う制御手段と、
上記フォーカスレンズの駆動と共に所定の時間間隔で撮像動作を行なって上記画像処理手段により上記AF評価値を取得させ、この取得したAF評価値を当該AF評価値を取得した時間情報と共に時系列で記憶し、上記時系列で記憶した上記AF評価値と上記時間情報とに基づいて上記フォーカスレンズが合焦位置の手前近傍であるか否かを判定する合焦近傍判定手段と、
を備え、
上記制御手段は、上記合焦近傍判定手段により上記合焦位置の上記手前近傍と判定した場合、上記フォーカスレンズの駆動制御方法を切換えてオートフォーカス動作を行う、
ことを特徴とする撮像装置である。
Claims (3)
- フォーカスレンズを有し、被写体像を結像させる撮影光学系と、
上記撮影光学系により結像された上記被写体像を光電変換して像信号を出力する撮像素子と、
上記撮像素子より出力される上記像信号から高周波成分を抽出してAF評価値を取得する画像処理手段と、
上記AF評価値に基づいて上記フォーカスレンズを駆動制御してオートフォーカス動作を行う制御手段と、
上記フォーカスレンズの駆動と共に所定の時間間隔で撮像動作を行なって上記画像処理手段により上記AF評価値を取得させ、この取得したAF評価値を当該AF評価値を取得した時間情報と共に時系列で記憶し、上記時系列で記憶した上記AF評価値と上記時間情報とに基づいて上記フォーカスレンズが合焦位置の手前近傍であるか否かを判定する合焦近傍判定手段と、
を備え、
上記制御手段は、上記合焦近傍判定手段により上記合焦位置の上記手前近傍と判定した場合、上記フォーカスレンズの駆動制御方法を切換えてオートフォーカス動作を行う、
ことを特徴とする撮像装置。 - 上記合焦近傍判定手段は、上記AF評価値が取得される毎に時系列で記憶されている所定個数前に取得した上記AF評価値との差分データを求めて時系列で記憶し、最新の上記差分データが最大値であるか否かを判定して極大値を検出し、この後に少なくとも1回以上検出される上記AF評価値の上記差分データが所定の状態となった時点を上記合焦位置の上記手前近傍と判定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 上記合焦近傍判定手段は、上記差分データの上記極大値の検出後に検出される上記差分データが所定回数連続して上記差分データの上記極大値より小さい値となる場合に、上記合焦位置の上記手前近傍と判定することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
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