JP3899584B2 - 画像振れ補正装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置における画像振れを補正する画像振れ補正装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラ等の撮像装置では、操作者の手振れ等の振動に起因する画像振れを補正するための画像振れ補正装置が実用化されている。画像振れの方法の一つとしては、撮像装置内に、撮像装置の振れを検出するための検出装置を設けると共に、撮像光学系内に、例えばプリズムの頂角を変えることによって光軸の屈曲角度を変えることの可能な補正光学系を設け、サーボ回路によって、検出装置の出力に基づいて補正光学系を制御して光軸の屈曲角度を制御する方法がある。この方法において、撮像装置の振れを検出するための検出装置としては、例えば、ジャイロセンサ等の角速度センサが用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、角速度センサ等のような検出装置を用いて振れを検出する場合、この検出装置から出力される信号には、手振れのような補正すべき振れに起因する信号の他に、意図的なパン(ビデオカメラ等を左右方向に振ること)やチルト(ビデオカメラ等を上下方向に振ること)に起因する信号も含まれる。そのため、意図的なパン・チルトを行うと、意図的なパン・チルトの開始後短時間で、光軸の屈曲角度が補正範囲の限界点に達するまで画像振れ補正が働き、その結果、光軸の屈曲角度が補正範囲の限界点に貼り付く(固定される)現象が発生する。パン・チルトの終了後には、光軸の屈曲角度を補正範囲の中心近辺に戻す必要があり、実際、そのように制御するのであるが、パン・チルトの終了後において光軸の屈曲角度が補正範囲の中心近辺に戻る動作は、パン・チルト終了後における不自然な画像の振れを意味し、操作者に違和感を与えることになる。
【0004】
そこで、フィルタリング等の処理を行って、検出装置の出力信号から、補正すべき振れに起因する信号成分と意図的なパン・チルトに起因する信号成分とを分離して、補正すべき振れに起因する信号成分のみに基づいて画像振れ補正を行うようにすることも考えられる。しかしながら、一般に、画像振れの周波数成分は約0.5〜30Hzに分布するが、意図的なパン・チルトに起因する信号成分もこの周波数帯域に含まれるため、補正すべき振れに起因する信号成分と意図的なパン・チルトに起因する信号成分とを完全に分離することは困難である。
【0005】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、意図的なパンやチルトの終了後における不自然な画像の振れを防止しながら適切に画像振れを補正することができるようにした画像振れ補正装置および方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像振れ補正装置は、撮像装置に加わる角速度を検出し、角速度に対応する角速度信号を発生する角速度検出手段と、角速度信号を入力し所定周波数以上の信号成分を出力するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力信号を積分して角度信号を生成する積分手段と、角度信号に減算または加算される減算値を生成する減算値生成手段と、角度信号が正の値の場合には角度信号より減算値を減算し、角度信号が負の値の場合には角度信号に減算値を加算することにより角度制御信号を生成して出力する演算手段と、角度制御信号に基づいて画像振れの補正を行う補正手段とを備えたものである。かつ、減算値生成手段が、角度信号の絶対値が第1の値に達した時点から第1の値よりも小さい第2の値以下になる時点までの第1の期間においては、初期値を0として減算値を第1の傾きで増加させ、減算値が第1の値に達したら減算値を第1の値に保持し、第1の期間後は、第1の期間終了時の値を初期値として減算値を第2の傾きで減少させ、減算値が0に達したら次に角度信号の絶対値が第1の値に達するまでは減算値を0に保持するようになされているものである。
本発明の画像振れ補正方法は、撮像装置に加わる角速度を検出し、角速度に対応する角速度信号を発生する第1のステップと、角速度信号の所定周波数以上の信号成分を抜き出し、これを積分して角度信号を生成する第2のステップと、角度信号に減算または加算される減算値を生成する第3のステップと、角度信号が正の値の場合には角度信号より減算値を減算し、角度信号が負の値の場合には角度信号に減算値を加算することにより角度制御信号を生成して出力する第4のステップと、角度制御信号に基づいて画像振れの補正を行う第5のステップとを含むものである。かつ、第3のステップにおいて、角度信号の絶対値が第1の値に達した時点から第1の値よりも小さい第2の値以下になる時点までの第1の期間においては、初期値を0として減算値を第1の傾きで増加させ、減算値が第1の値に達したら減算値を第1の値に保持し、第1の期間後は、第1の期間終了時の値を初期値として減算値を第2の傾きで減少させ、減算値が0に達したら次に角度信号の絶対値が第1の値に達するまでは減算値を0に保持するようにしたものである。
【0007】
この画像振れ補正装置および方法では、撮像装置に加わる角速度が検出され、その角速度に対応する角速度信号が出力される。次に、角速度信号の所定周波数以上の信号成分が抜き出され、これを積分して角度信号が生成される。次に、角度信号に減算または加算される減算値が生成される。次に、角度信号が正の値の場合には角度信号より減算値を減算し、角度信号が負の値の場合には角度信号に減算値を加算することにより角度制御信号を生成して出力する。そして、角度制御信号に基づいて画像振れの補正が行われる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0009】
まず、図2および図3を参照して、本実施の形態に係る画像振れ補正装置を含むビデオカメラの概略の構成について説明する。図2は上方から見た状態のビデオカメラの概略の構成を表し、図3は側方から見た状態のビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、ハウジング10を備え、このハウジング10内には、例えばCCD(電荷結合素子)を用いた撮像素子11と、この撮像素子11上に被写体像を結像するための図示しない撮像光学系と、撮像素子11の出力信号を信号処理してビデオ信号に変換するビデオアンプ12が設けられている。撮像光学系内には、光学的に画像振れを補正するためのプリズムブロック13が配設されている。ハウジング10内には、更に、ビデオカメラの左右方向(以下、X方向と言う。)の振れを検出するためにビデオカメラのX方向の角速度を検出するX方向ジャイロセンサ15と、ビデオカメラの上下方向(以下、Y方向と言う。)の振れを検出するためにビデオカメラのY方向の角速度を検出するY方向ジャイロセンサ16とが設けられている。
【0010】
図4はプリズムブロック13の構成を示す斜視図である。プリズムブロック13は、共に透明で、同じ屈折率を有し、例えば矩形に形成されたX方向補正用ガラス板21およびY方向補正用ガラス板22と、両ガラス板21,22が対向するように両ガラス板21,22間をフレキシブルに連結する蛇腹23と、ガラス板21,22と略同じ屈折率を有し、ガラス板21,22と蛇腹23によって囲われた空間内に充填された液体25(図2参照)と、ガラス板21をX方向に回動するためのX方向補正用モータ26と、ガラス板22をY方向に回動するためのY方向補正用モータ27とを備えている。
【0011】
このプリズムブロック13では、ガラス板21,22、蛇腹23および液体25によって、頂角が可変のプリズムを構成している。ガラス板21,22が平行に配置された状態では、被写体18(図3参照)から撮像素子11に至る光軸19(図2,図3参照)はプリズムブロック13によって屈曲されないが、X方向補正用モータ26によってガラス板21を回動してガラス板21,22を非平行とした場合には光軸19はプリズムブロック13によってX方向に屈曲され、Y方向補正用モータ27によってガラス板22を回動してガラス板21,22を非平行とした場合には光軸19はプリズムブロック13によってY方向に屈曲される。光軸の屈曲方向および角度は、ガラス板21,22の回動方向および角度に依存する。
【0012】
図5は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置のサーボ系の概略の構成を示すブロック図である。画像振れ補正装置のサーボ系は、図5(a)に示したように、X方向補正用モータ26に取り付けられ、このモータ26の回転位置を検出することによってX方向補正用ガラス板21の角度を検出するガラス板角度センサ31と、X方向ジャイロセンサ15の出力信号に基づいて角度制御信号を生成し、この角度制御信号とガラス板角度センサ31の出力信号とを比較し、両者の差に対応するガラス板角度エラー信号を生成し、このエラー信号に基づいてモータ26を駆動するサーボ回路32とを備えている。なお、サーボ回路32中で生成される角度制御信号は、ビデオカメラのX方向の振れによる画像振れを補正するためにX方向補正用ガラス板21を回動すべき角度に対応する信号である。
【0013】
画像振れ補正装置のサーボ系は、更に、図5(b)に示したように、Y方向補正用モータ27に取り付けられ、このモータ27の回転位置を検出することによってY方向補正用ガラス板22の角度を検出するガラス板角度センサ33と、Y方向ジャイロセンサ16の出力信号に基づいて角度制御信号を生成し、この角度制御信号とガラス板角度センサ33の出力信号とを比較し、両者の差に対応するガラス板角度エラー信号を生成し、このエラー信号に基づいてモータ27を駆動するサーボ回路34とを備えている。なお、サーボ回路34中で生成される角度制御信号は、ビデオカメラのY方向の振れによる画像振れを補正するためにY方向補正用ガラス板22を回動すべき角度に対応する信号である。
【0014】
図1は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置におけるサーボ回路の構成を示すブロック図である。サーボ回路32は、X方向ジャイロセンサ15の出力信号をアナログ−ディジタル(A/Dと記す。)変換するA/D変換部41Xと、このA/D変換部41Xの出力信号に基づいてX方向角度制御信号を生成するX方向角度信号生成部42Xと、このX方向角度信号生成部42Xより出力されるX方向角度制御信号とガラス板角度センサ31の出力信号とに基づいてモータ26を駆動するX方向駆動制御部43Xとを備えている。モータ26,ガラス板角度センサ31およびX方向駆動制御部43Xは本発明の補正手段に相当する。
【0015】
同様に、サーボ回路34は、Y方向ジャイロセンサ16の出力信号をA/D変換するA/D変換部41Yと、このA/D変換部41Yの出力信号に基づいてY方向角度制御信号を生成するY方向角度信号生成部42Yと、このY方向角度制御信号生成部42Yより出力されるY方向角度制御信号とガラス板角度センサ33の出力信号とに基づいてモータ27を駆動するY方向駆動制御部43Yとを備えている。モータ27,ガラス板角度センサ33およびY方向駆動制御部43Yは本発明の補正手段に相当する。
【0016】
X方向角度信号生成部42XおよびY方向角度信号生成部42Yは、例えば、共通のCPU(中央処理装置)45によって構成されている。CPU45には、ROM(リード・オンリ・メモリ)およびRAM(ランダム・アクセス・メモリ)が接続されている。CPU45は、RAMをワーキングエリアとしてROMに格納されたプログラムを実行することによって、X方向角度信号生成部42XおよびY方向角度信号生成部42Yの機能を実現するようになっている。
【0017】
X方向角度信号生成部42XおよびX方向駆動制御部43Xと、Y方向角度信号生成部42YおよびY方向駆動制御部43Yとは、同様の構成であるので、以下、X方向角度信号生成部42XおよびX方向駆動制御部43Xについてのみ詳しく説明する。Y方向角度信号生成部42YおよびY方向駆動制御部43Yについては、以下のX方向角度信号生成部42XおよびX方向駆動制御部43Xについての説明中の「パン」を「チルト」と置き換え、「X方向」を「Y方向」と置き換えれば良い。
【0018】
X方向角度信号生成部42Xは、X方向ジャイロセンサ15の直流ドリフト成分除去等のためにA/D変換部41Xの出力信号より低周波成分を除去するHPF51と、このHPF51の出力信号を積分して角度信号Exを生成する積分部52と、積分部52から出力される角度信号Exに基づいて意図的なパン動作の開始もしくは終了を検出してパン開始信号Psもしくはパン終了信号Peを出力するパン動作検出部53と、このパン動作検出部53の出力信号に応じて後で詳しく説明する減算値の絶対値を生成する減算値生成部54と、積分部52から出力される角度信号Exと減算値生成部54によって生成される減算値の絶対値を用いた演算によって、X方向角度制御信号VXrefを生成するX方向角度制御信号演算部55とを備えている。X方向ジャイロセンサ15,A/D変換部41Xは本発明の角速度検出手段に相当する。HPF51は本発明のハイパスフィルタに相当する。積分部52は本発明の積分手段に相当する。また、パン動作検出部53および減算値生成部54は本発明の減算値生成手段に相当する。X方向角度制御信号演算部55は本発明における演算手段に相当する。なお、HPF51のカットオフ周波数は例えば0.1Hz程度である。
【0019】
積分部52は、角度信号Exの変化量に上限値+θxと下限値−θxとを設定し、この上限値+θxと下限値−θxによって定められた範囲内で角度信号Exを出力するようになっている。従って、意図的なパン動作によって角度信号Exが+θxもしくは−θxに達した場合、パン動作が終了するまで、角度信号Exは+θxもしくは−θxに近い値に保たれることになる。また、積分部52は、意図的なパン動作の終了後には、+θxもしくは−θxに近い値に保たれていた角度信号Exを、積分部52の時定数に従って、0(光軸が屈曲していない状態)に戻すようになっている。すると、意図的なパン動作の終了後には、角度信号Exは0に戻るまでに|±θx|だけ変化することになる。そこで、以下の説明では、意図的なパン動作の終了後における角度信号Exの変化量を、戻り量と言う。なお、θxに付けられた符号±はパン動作の方向に対応する。
【0020】
パン動作検出部53は、角度信号Exの絶対値|Ex|が|±θx|より小さい条件、すなわち、
|Ex|<|±θx|
を満たす間は、パン方向の振れを意図的なパン動作として検出しないが、
|Ex|=|±θx|
となった瞬間を意図的なパン動作の開始時として検出して、パン開始信号Psを減算値生成部54に出力するようになっている。また、パン動作検出部53はパン開始信号Psを出力した後、角度信号Exの絶対値|Ex|が|±θx|よりもある設定値αx(正の値)以上小さくなる条件、すなわち、
|Ex|≦|±θx|−αx
を満たした瞬間を意図的なパン動作の終了時として検出して、パン終了信号Peを減算値生成部54に出力するようになっている。なお、設定値αxは、意図的なパン動作中に誤ってパン動作の終了と検出することなく、且つ意図的なパン動作の終了後は速やかに意図的なパン動作の終了を検出することができるように、意図的なパン動作の終了後における角度信号Exの絶対値|Ex|の変化の傾きに応じて適宜に設定される。
【0021】
ここで、減算値生成部54およびX方向角度制御信号演算部55について詳しく説明する前に、パン動作検出部53,減算値生成部54およびX方向角度制御信号演算部55が無い場合の作用について簡単に説明する。この場合には、積分部52から出力される角度信号Exが、そのままビデオカメラのX方向の振れによる画像振れを補正するためにX方向補正用ガラス板21を回動すべき角度に対応する信号となる。従って、この場合において、意図的なパン動作が行われると、意図的なパンの動作中、角度信号Exが|±θx|に近い値に保たれるため、意図的なパン動作の終了後には、角度信号が戻り量|±θx|だけ変化し、それに応じて光軸の屈曲角度も|±θx|だけ変化してしまい、結果として操作者に違和感を与えてしまうことになる。
【0022】
そこで、本実施の形態では、減算値生成部54およびX方向角度制御信号演算部55によって、意図的なパン動作の終了後に光軸の屈曲角度が変化しないように、意図的なパン動作によって発生した角度信号Exを相殺するようにしている。
【0023】
次に、減算値生成部54について詳しく説明する。減算値生成部54は、パン動作検出部53によって意図的なパン動作の開始が検出されてから意図的なパン動作の終了が検出されるまでの期間では、少なくとも意図的なパン動作の終了時を含む期間において、意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exを相殺するための減算値の絶対値Dθxを生成すると共に、パン動作検出部53によって意図的なパン動作の終了が検出された後の所定の期間では、意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exを相殺するための減算値の絶対値Dθxを生成して、この減算値の絶対値DθxをX方向角度制御信号演算部55に出力するようになっている。減算値生成部54によって出力される減算値の絶対値Dθxは、X方向角度制御信号演算部55で積分部52より出力される角度信号Exから減算または角度信号Exに加算されるようになっている。
【0024】
ここで、減算値生成部54における減算値の絶対値Dθxの生成について説明する。減算値生成部54は、パン動作検出部53からのパン開始信号Psを入力した場合には、パン動作検出部53からのパン終了信号Peを入力するまでの期間において、初期値を0とすると共に、一定時間当たりの増加量をn1 (正の値)として時間と共に増加する減算値の絶対値Dθxを生成するようになっている。なお、減算値の絶対値Dθxの最大値は、角度信号Exの絶対値|Ex|を越えないように制限される。この制限は、積分部52から出力される角度信号Exを用いて、減算値生成部54で行っても良いし、X方向角度制御信号演算部55で行っても良い。一定時間当たりの増加量n1 は、減算値の絶対値Dθxが最終的には(少なくともパン動作の終了時には)意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exを相殺するための値(=|Ex|)となるように、通常のパン動作に要する時間を考慮して適宜に設定される。
【0025】
また、減算値生成部54は、パン動作検出部53からのパン終了信号Peを入力した場合には、パン終了信号Pe入力時におけるDθxの値を初期値とすると共に、一定時間当たりの減少量をn2 (正の値)として時間と共に減少する減算値の絶対値Dθxを生成するようになっている。なお、減算値の絶対値Dθxの最小値は0であり、減算値生成部54は、パン終了信号Peの入力後、減算値の絶対値Dθxが0となった後は、減算値の絶対値Dθxを0のまま維持する。一定時間当たりの減少量n2 は、意図的なパン動作に起因して意図的なパン動作の終了後に生じる角度信号Exの時間的な変化量に対応する値とする。
【0026】
次に、X方向角度制御信号演算部55について詳しく説明する。X方向角度制御信号演算部55は、パン開始信号Psを入力してからパン終了信号Peを入力するまでの期間、およびパン終了信号Peの入力後、減算値の絶対値Dθxが0になるまでの期間において、角度信号Exが正の値のときは、角度信号Exから減算値の絶対値Dθxを減算してX方向角度制御信号VXrefとして出力し、角度信号Exが負の値のときは、角度信号Exに減算値の絶対値Dθxを加算してX方向角度制御信号VXrefとして出力するようになっている。従って、角度信号Exが正の値のときは、角度信号Exより減算する減算値はDθxであり、角度信号Exが負の値のときは、角度信号Exより減算する減算値は(−Dθx)であると言える。X方向角度制御信号演算部55は、他の期間では、角度信号ExをそのままX方向角度制御信号VXrefとして出力するようになっている。
【0027】
X方向駆動制御部43Xは、X方向角度制御信号演算部55より出力されるX方向角度制御信号VXrefをディジタル−アナログ(以下、D/Aと記す。)変換するD/A変換器58と、ガラス板角度センサ31の出力信号を増幅するアンプ59と、D/A変換器58の出力信号とアンプ59の出力信号とを比較し、両者の差に対応する信号を生成する比較回路60と、この比較回路60で生成される信号を増幅して、ガラス板角度エラー信号として出力するアンプ61と、このアンプ61の出力信号に基づいてモータ26を駆動するモータ駆動回路62とを備えている。
【0028】
次に、本実施の形態に係る画像振れ補正装置の動作について説明する。この画像振れ補正装置では、X方向ジャイロセンサ15によってビデオカメラのX方向の角速度が検出され、ガラス板角度センサ31によってX方向補正用ガラス板21の角度が検出され、X方向ジャイロセンサ15,ガラス板角度センサ31の各出力信号はサーボ回路32に入力される。同様に、Y方向ジャイロセンサ16によってビデオカメラのY方向の角速度が検出され、ガラス板角度センサ33によってY方向補正用ガラス板22の角度が検出され、Y方向ジャイロセンサ16,ガラス板角度センサ33の各出力信号はサーボ回路34に入力される。
【0029】
サーボ回路32では、X方向ジャイロセンサ15の出力信号は、A/D変換部41XによってA/D変換されてX方向角度信号生成部42Xに入力される。同様に、サーボ回路34では、Y方向ジャイロセンサ16の出力信号は、A/D変換部41YによってA/D変換されてY方向角度信号生成部42Yに入力される。
【0030】
ここで、図6の流れ図を参照して、X方向角度信号生成部42Xの機能に関するCPU45の動作について説明する。この動作は、CPU45による動作のメインルーチン中で、一定周期で繰り返し実行される。この動作では、CPU45は、まず、A/D変換部41Xより、A/D変換後のX方向ジャイロセンサ15の出力信号を入力し(ステップS101)、この信号に対してHPF51によってHPF演算処理を行って低周波成分を除去し(ステップS102)、次に、積分部52によって、HPF51の出力信号を積分して角度信号Exを生成する(ステップS103)。
【0031】
次に、CPU45は、パン動作検出部53によって、積分部52より出力される角度信号Exに基づいて、意図的なパン動作の開始もしくは終了を検出し、パン開始信号Psもしくはパン終了信号Peを出力する(ステップS104)。パン動作検出部53は、意図的なパン動作の開始を検出した場合には、パン開始信号Psを減算値生成部54に出力する。減算値生成部54は、パン開始信号Psを入力してからパン終了信号Peを入力するまでの期間では、減算値の絶対値Dθxの初期値を0、一定時間当たりの増加量をn1 (正の値)として、加算処理(Dθx=Dθx+n1 )を実行することにより、時間と共に増加する減算値の絶対値Dθxを生成する(ステップS105)。この減算値の絶対値Dθxは、X角度制御信号演算部55に送られる。X角度制御信号演算部55は、角度信号Exの極性(±)を判断し(ステップS107)、角度信号Exが正の値(Ex>0)である場合には、角度信号Exより減算値の絶対値Dθxを減算(Ex−Dθx)して、X方向角度制御信号VXrefとして出力する(ステップS108)。一方、角度信号Exが負の値(Ex<0)である場合には、角度信号Exに減算値の絶対値Dθxを加算、言い換えると、角度信号Exより減算値(−Dθx)を減算(Ex−(−Dθx))して、X方向角度制御信号VXrefとして出力する(ステップS109)。X方向角度制御信号演算部55は、ステップS108もしくはステップS109によって得られたX方向角度制御信号VXrefを、X方向駆動制御部43Xに出力し(ステップS110)、CPU45による動作は、メインのルーチンにリターンする。
【0032】
パン動作検出部53は、ステップS104において、意図的なパン動作の終了を検出した場合には、パン終了信号Peを減算値生成部54に出力する。減算値生成部54は、パン終了信号Peを入力した後、次にパン開始信号Psを入力するまでは、パン終了信号Pe入力時におけるDθxの値を初期値とし、一定時間当たりの減少量をn2 (正の値)として、減算処理(Dθx=Dθx−n2 )を実行することにより、時間と共に減少する減算値の絶対値Dθxを生成する(ステップS106)。ただし、前述の通り、減算値の絶対値Dθxの最小値は0であり、減算値の絶対値Dθxが0となった後は、減算値の絶対値Dθxは0のまま維持される。この減算値の絶対値Dθxは、X角度制御信号演算部55に送られる。X角度制御信号演算部55は、角度信号Exの極性(±)を判断し(ステップS107)、角度信号Exが正の値(Ex>0)である場合には、角度信号Exより減算値の絶対値Dθxを減算(Ex−Dθx)して、X方向角度制御信号VXrefとして出力する(ステップS108)。一方、角度信号Exが負の値(Ex<0)である場合には、角度信号Exに減算値の絶対値Dθxを加算、言い換えると、角度信号Exより減算値(−Dθx)を減算(Ex−(−Dθx))して、X方向角度制御信号VXrefとして出力する(ステップS109)。X方向角度制御信号演算部55は、ステップS108もしくはステップS109によって得られたX方向角度制御信号VXrefを、X方向駆動制御部43Xに出力し(ステップS110)、CPU45による動作は、メインのルーチンにリターンする。
【0033】
なお、ステップS106において、減算値の絶対値Dθxが0となった後、次のパン開始信号Psが入力されるまでの期間は、減算値の絶対値Dθxは0のまま維持されるので、X角度制御信号演算部54は、積分部52より出力される角度信号ExをそのままX方向角度制御信号VXrefとして出力する(ステップS110)。
【0034】
CPU45は、Y方向角度信号生成部42Yの機能に関しても、図6に示したX方向角度信号生成部42Xと同様の動作を行う。X方向角度信号生成部42XおよびY方向角度信号生成部42Yの機能に関する動作は、定期的に発生される割り込みによって繰り返し起動される。
【0035】
X方向角度信号生成部42X(CPU45)より出力されるX方向角度制御信号VXrefは、X方向駆動制御部43Xに入力される。X方向駆動制御部43Xでは、D/A変換器58によってX方向角度制御信号VXrefがD/A変換され、アンプ59によってガラス板角度センサ31の出力信号が増幅され、比較回路60によって、D/A変換器58の出力信号とアンプ59の出力信号とが比較され、両者の差に対応する信号が生成され、この信号がアンプ61によって増幅され、ガラス板角度エラー信号としてモータ駆動回路62に与えられる。そして、ガラス板角度エラー信号に応じて、モータ駆動回路62によって、モータ26が駆動される。このようにして、ビデオカメラのX方向の振れに対応してX方向補正用ガラス板21が回動され、被写体18から撮像素子11に至る光軸19が被写体18に対して一定になるように、X方向についての画像振れが補正される。
【0036】
同様に、Y方向角度信号生成部42Y(CPU45)より出力されるY方向角度制御信号はY方向駆動制御部43Yに入力され、Y方向駆動制御部43Yによって、Y方向角度制御信号とガラス板角度センサ33の出力信号とに基づいてモータ27が駆動される。このようにして、ビデオカメラのY方向の振れに対応してY方向補正用ガラス板22が回動され、Y方向についての画像振れが補正される。
【0037】
ここで、図7および図8を参照して、本実施の形態に係る画像振れ補正装置における角度制御信号の生成の動作について具体的に説明する。図7は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置との比較のために、図1におけるパン動作検出部53,減算値生成部54およびX角度制御信号演算部55が無い場合において、意図的なパン動作を行った際の光軸の補正角度の時間的な変化の一例を表したものである。また、この場合には、図1における積分部52から出力される角度信号Exの値がそのまま光軸の補正角度に対応する。なお、図7において、時刻Pは意図的なパン動作の開始時、時刻Qは意図的なパン動作の終了時を表し、時刻Pから時刻Qまでの時間がパン動作時間Tである。図7に示した例では、意図的なパン動作の開始後短時間で、補正角度が角度信号Exの上限値+θx(または下限値−θx)に貼り付く(固定される)現象が発生する。意図的なパン動作の終了後は、積分部52の時定数に従って補正角度が小さくなり、時刻Rにおいて、補正角度が補正範囲(+θx〜−θx)の中心近辺に戻る。従って、時刻Qから時刻Rまでの間で補正角度がある値を持つ領域Sにおいて、不自然な画像の振れが発生し、操作者に違和感を与えることになる。
【0038】
一方、図8(a)は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置において、図7と同じパン動作を行ったときに積分部52によって出力される角度信号Exの時間的な変化の一例を表したものである。この角度信号Exの時間的な変化は、図7に示した光軸の補正角度の時間的な変化と同様である。図8(b)は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置において、図8(a)と同じタイミングで、減算値生成部54によって生成される減算値の絶対値Dθxの時間的な変化の一例を表したものである。また、図8(c)は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置において、図8(a),(b)と同じタイミングで、X角度制御信号演算部54によって出力されるX方向角度制御信号VXrefの時間的な変化の一例を表したものである。これらの図において、時刻Pは意図的なパン動作の開始時、時刻Qは意図的なパン動作の終了時を表し、時刻Pから時刻Qまでの時間がパン動作時間Tである。また、時刻W1 はパン検出部53が意図的なパン動作の開始を検出した時刻であり、時刻W2 はパン検出部53が意図的なパン動作の終了を検出した時刻である。
【0039】
本実施の形態では、パン動作検出部53によって、時刻W1 でパン動作の開始が検出されると、時刻W2 でパン動作の終了が検出されるまでの間、減算値生成部54によって、図8(b)に示したように、時間と共に増加する減算値の絶対値Dθxが生成される。この減算値の絶対値Dθxは、少なくともパン動作の終了時を含む期間T1 では、意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exを相殺するための値|±θx|となる。また、パン動作検出部53によって、時刻W2 でパン動作の終了が検出された後は、減算値生成部54によって、図8(b)に示したように、時間と共に減少する減算値の絶対値Dθxが生成される。このパン動作終了後における減算値の絶対値Dθxは、意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exを相殺するための値となる。この減算値の絶対値Dθxは、時刻Rにおいて0となり、その後は、次にパン動作検出部53によってパン動作の開始が検出されまで0のまま維持される。
【0040】
減算値の絶対値Dθxは、X角度制御信号演算部55に送られる。X角度制御信号演算部55は、角度信号Exの極性を判断し、角度信号Exが正の値である場合には、角度信号Exより減算値の絶対値Dθxを減算してX方向角度制御信号VXrefとして出力し、角度信号Exが負の値である場合には、角度信号Exに減算値の絶対値Dθxを加算、言い換えると、角度信号Exより減算値(−Dθx)を減算して、X方向角度制御信号VXrefとして出力する。なお、時刻Rにおいて減算値の絶対値Dθxが0となり、次にパン動作検出部53によってパン動作の開始が検出されまでの期間では、X角度制御信号演算部55は、角度信号ExをそのままX方向角度制御信号VXrefとして出力する。そして、このようにして生成されたX方向角度制御信号VXrefに基づいて、X方向駆動制御部43Xによって、モータ26が駆動される。
【0041】
その結果、図8(c)に示したように、X方向角度制御信号VXrefは、時刻Pで意図的なパン動作が開始された後、短時間で上限値+θx(または下限値−θx)に達するが、時刻W1 でパン動作の開始が検出されて角度信号Exより減算値が減算され始めると、徐々に0に近づき、少なくともパン動作の終了時を含む期間T1 では、意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exが減算値によって相殺されて略0となる。このことは、少なくともパン動作の終了時には、光軸の屈曲角度が略0となっていることを意味し、パン動作の終了後もこの状態が維持されれば、パン動作終了後に不自然な画像の振れが発生しないことになる。
【0042】
時刻Qで意図的なパン動作が終了すると、図8(a)に示したように、角度信号Exは、積分部52の時定数に従って徐々に0に近づく。従って、パン動作終了後、減算値を一定にしておくと、X方向角度制御信号VXrefが徐々に0から離れていき、不自然な画像の振れが発生してしまう。そこで、本実施の形態では、時刻W2 でパン動作の終了が検出された後は、図8(b)に示したように、減算値の絶対値Dθxを徐々に減少させ、角度信号Exより減算値を減算することで、意図的なパン動作に起因して発生した角度信号Exを減算値によって相殺するようにしている。従って、パン動作の終了後も、図8(c)に示したように、光軸の屈曲角度は略0に維持され、不自然な画像の振れは発生しない。なお、意図的なパン動作の終了後における減算値の絶対値Dθxの変化は、意図的なパン動作の終了後に生じる角度信号Exの絶対値の時間的な変化に対応させている。すなわち、減算値の絶対値Dθxの変化の傾きは、意図的なパン動作の終了後に生じる角度信号Exの絶対値の変化の傾きと略等しくなっている。
【0043】
このようにして、本実施の形態に係る画像振れ補正装置によれば、意図的なパン動作の終了後における不自然な画像の振れの発生を防止できる。なお、説明を省略するが、意図的なチルト動作を行う場合についても同様である。
【0044】
以上説明したように本実施の形態に係る画像振れ補正装置によれば、意図的なパン・チルト動作の終了後に光軸の屈曲角度が変化しないように、意図的なパン・チルト動作によって発生した角度信号を相殺するようにしたので、意図的なパン・チルトの終了後における不自然な画像の振れの発生を防止でき、操作者に違和感を与えることを防止することができる。
【0045】
また、本実施の形態に係る画像振れ補正装置によれば、意図的なパン・チルト動作の終了後には、意図的なパン・チルト動作の終了後に生じる角度信号の時間的な変化に対応させて減算値を変化させるようにしたので、意図的なパン・チルト動作に起因して意図的なパン・チルト動作の終了後に生じる角度信号を確実に相殺することができ、意図的なパン・チルト動作の終了後における不自然な画像の振れの発生を確実に防止することができる。
【0046】
また、本実施の形態に係る画像振れ補正装置によれば、意図的なパン・チルト動作の開始が検出されたときには、最終的には(少なくとも意図的なパン・チルト動作の終了時には)、意図的なパン・チルト動作に起因して発生した角度信号を相殺するための値となるように、減算値を0から徐々に変化させるようにしたので、パン・チルト動作中に、光軸の屈曲角度が急激に変化して画像が急激に振れることを防止でき、パン・チルト動作中においても操作者に与える違和感を低減することができる。
【0047】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、例えば、画像振れを補正する機構としては、実施の形態に挙げたプリズムブロック13のような頂角が可変のプリズムを用いるものに限らず、レンズを光軸と直交する方向に移動させることによって光軸を屈曲させることの可能な補正光学系等を用いても良い。また、振れ検出手段としては、角速度センサを用いるものに限らず、加速度センサ等を用いるものでも良い。
【0048】
また、本発明の画像振れ補正装置は、ビデオカメラ等に一体的に組み込まれたものでも良いし、ビデオカメラ等に対して着脱自在に装着されるアダプタ型のものでも良い。更に、本発明は、ビデオカメラに限らず、スチールカメラや映画用フィルムを用いる撮影機等の他の種類の撮像装置にも適用することができる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載の画像振れ補正装置、または請求項2に記載の画像振れ補正方法によれば、角度信号の絶対値の変化に応じた減算値を生成した後、角度信号が正の値の場合には角度信号より減算値を減算し、角度信号が負の値の場合には角度信号に減算値を加算することにより角度制御信号を生成して出力し、その角度制御信号に基づいて画像振れの補正を行うようにしたので、意図的なパンやチルトの終了後における不自然な画像の振れを防止しながら適切に画像振れを補正することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る画像振れ補正装置におけるサーボ回路の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る画像振れ補正装置を含むビデオカメラの概略の構成を示す説明図である。
【図3】図2に示したビデオカメラを側方から見た状態を示す説明図である。
【図4】図2におけるプリズムブロックの構成を示す斜視図である。
【図5】本発明の一実施の形態に係る画像振れ補正装置のサーボ系の概略の構成を示すブロック図である。
【図6】図1におけるCPUの動作を示す流れ図である。
【図7】本発明の一実施の形態に係る画像振れ補正装置との比較のために、図1におけるパン動作検出部,減算値生成部およびX角度制御信号演算部が無い場合において意図的なパン動作を行った際の光軸の補正角度の時間的な変化の一例を示す説明図である。
【図8】本発明の一実施の形態に係る画像振れ補正装置における角度制御信号の生成の動作について説明するための説明図である。
【符号の説明】
13…プリズムブロック、15…X方向ジャイロセンサ、16…Y方向ジャイロセンサ、26…X方向補正用モータ、27…Y方向補正用モータ、31,33…ガラス板角度センサ、32,34…サーボ回路、42X…X方向角度信号生成部、42Y…Y方向角度信号生成部、43X…X方向駆動制御部、43Y…Y方向駆動制御部、45…CPU、53…パン動作検出部、54…減算値生成部、55…X方向角度制御信号演算部。
Claims (2)
- 撮像装置に加わる角速度を検出し、前記角速度に対応する角速度信号を発生する角速度検出手段と、
前記角速度信号を入力し所定周波数以上の信号成分を出力するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力信号を積分して角度信号を生成する積分手段と、
前記角度信号に減算または加算される減算値を生成する減算値生成手段と、
前記角度信号が正の値の場合には前記角度信号より前記減算値を減算し、前記角度信号が負の値の場合には前記角度信号に前記減算値を加算することにより角度制御信号を生成して出力する演算手段と、
前記角度制御信号に基づいて画像振れの補正を行う補正手段と
を備え、
前記減算値生成手段は、
前記角度信号の絶対値が第1の値に達した時点から前記第1の値よりも小さい第2の値以下になる時点までの第1の期間においては、初期値を0として前記減算値を第1の傾きで増加させ、前記減算値が前記第1の値に達したら前記減算値を前記第1の値に保持し、
前記第1の期間後は、前記第1の期間終了時の値を初期値として前記減算値を第2の傾きで減少させ、前記減算値が0に達したら次に前記角度信号の絶対値が前記第1の値に達するまでは前記減算値を0に保持するようになされている
ことを特徴とする画像振れ補正装置。 - 撮像装置に加わる角速度を検出し、前記角速度に対応する角速度信号を発生する第1のステップと、
前記角速度信号の所定周波数以上の信号成分を抜き出し、これを積分して角度信号を生成する第2のステップと、
前記角度信号に減算または加算される減算値を生成する第3のステップと、
前記角度信号が正の値の場合には前記角度信号より前記減算値を減算し、前記角度信号が負の値の場合には前記角度信号に前記減算値を加算することにより角度制御信号を生成して出力する第4のステップと、
前記角度制御信号に基づいて画像振れの補正を行う第5のステップと
を含み、
前記第3のステップにおいて、
前記角度信号の絶対値が第1の値に達した時点から前記第1の値よりも小さい第2の値以下になる時点までの第1の期間においては、初期値を0として前記減算値を第1の傾きで増加させ、前記減算値が前記第1の値に達したら前記減算値を前記第1の値に保持し、
前記第1の期間後は、前記第1の期間終了時の値を初期値として前記減算値を第2の傾きで減少させ、前記減算値が0に達したら次に前記角度信号の絶対値が前記第1の値に達するまでは前記減算値を0に保持する
ことを特徴とする画像振れ補正方法。
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