JP6355489B2 - 撮像装置 - Google Patents

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本発明は、撮像装置に関する。
最近の撮像装置は、静止画用に全画素を読み出すモードと、動画像用やライブビュー(以下、LVという)用に所定画素を加算・間引きして読み出すモードなどの複数の駆動モードを有する。各モードに対して、必要となる処理を全て包含しようとすると、システム・回路が肥大化し、コストが高くなってしまう。そのため、FPGAなどのプログラマブル回路を利用して、モードによって回路を切り替えることで、コストを低減しつつ多機能化を実現する方法が知られている(特許文献1参照)。
プログラマブル回路を利用して、モード毎に回路を切り替える場合、プログラマブル回路に回路を実装するコンフィグレーションを実施し、その後、次のモードに必要な準備動作を行った後、次のモードの撮像動作に入ることになる。
特開2007−179358号公報
撮影モード毎にプログラマブル回路の変更処理を行うと、モード切り替えに時間を要し、静止画要求があってから実際に蓄積期間に入るまでのレリーズタイムラグが長くなり、ユーザーの意図したタイミングで画像が取得できないおそれがある。
本発明の目的は、レリーズタイムラグを短縮することができる撮像装置を提供することである。
本発明の撮像装置は、光電変換素子を含む複数の画素が配置されている撮像素子と、前記撮像素子の出力データを基に補正値を生成し、前記補正値を用いて前記撮像素子の出力データを補正する補正回路と、前記補正値を記憶させるための記憶部と、コンフィグレーションにより回路構成が変更され、前記補正回路の出力データを処理するプログラマブル回路とを有し、撮影モードの切り替えが指示されると、前記補正回路は、前記補正値を生成して前記記憶部に記憶させ、それに並行して、前記プログラマブル回路は、前記コンフィグレーションを行うことを特徴とする。
本発明によれば、レリーズタイムラグを短縮することができる。
撮像装置の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の構成例を示す図である。 プログラマブル回路の説明図である。 列オフセットとオフセット補正の説明図である。 補正値取得とプログラマブル回路変更の並行処理の説明図である。 撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。 撮像装置のステート遷移図である。 撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。
図1は、本発明の実施形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、画像処理装置100及びレンズユニット101を有する。記録媒体200は、例えばメモリーカードやハードディスク等である。レンズユニット101及び画像処理装置100は、レンズマウント316,106及びコネクタコネクタ322、122を介して、相互に接続される。
まず、レンズユニット101の内部について説明する。コネクタ322は、レンズユニット101を撮像装置100と電気的に接続するためのコネクタである。レンズ制御部320は、コネクタ322及び122を介して、画像処理装置100に対して信号を入出力し、撮像レンズ330の光軸上での位置を変更し、フォーカスを制御する。また、レンズ制御部320は、画像処理装置100からの信号を入力し、絞り312の口径の大きさを制御する。
次に、画像処理装置100の内部について説明する。インターフェース120は、レンズユニット101に対して電気信号で通信するためのインターフェースである。光学ファインダ104は、レンズユニット101からの光を、ミラー130及び131を介して入射し、ユーザーが撮影する静止画の構図を確認することができる。
シャッター12は、撮像素子1400に入射する光量を制御する。撮像素子1400は、例えばCMOSイメージセンサであり、光学像を電気信号に変換する。アナログフロントエンド回路(以下、AFEという)1700は、撮像素子1400から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器を内蔵する。デジタルフロントエンド回路(以下、DFEという)2000は、列オフセット補正回路2001及び記憶部2002を有し、デジタルに変換されたデータを処理する。列オフセット補正回路2001は、撮像素子1400の遮光されたオプティカルブラック(以下、OBという)画素のデータ(補正値)を基に列オフセット補正をする。記憶部2002は、列オフセット補正回路2001で生成された補正値を記憶する。タイミングジェネレータ1800は、撮像素子1400及びAFE1700内のアナログ/デジタル変換器にクロック信号及び制御信号を供給する。
プログラマブル回路1900は、撮影モードに応じて、コンフィグレーションにより内部回路構成が変更可能であり、DEF2000の出力データを処理する。不揮発性メモリ1901は、プログラマブル回路1900に書き込むための回路データを記憶する。回路データが不揮発性メモリ1901からプログラマブル回路1900に出力され、プログラマブル回路1900の回路が構成されることをコンフィグレーションと呼ぶ。
自動露出(AE)センサー2100は、サブミラー132からの反射光を受光する。システム制御回路(以下、CPUという)50は、AEセンサー2100の出力信号を基に、自動で最適な露出を決める。AEセンサー2100は、プログラマブル回路1900に接続されている。液晶モニター1200は、CPU50に接続され、ライブビュー(LV)画像(動画)の表示や、撮影した静止画を表示することができる。CPU50は、画像処理装置100全体を制御する。
シャッタースイッチ61は、2段階になっており、ユーザーが1段目まで浅く押すことを半押しといい、2段目まで深く押すことを全押しという。CPU50は、シャッタースイッチ61の半押しを検知すると、自動焦点調節や、撮影前の状態における自動露出機構によるシャッター速度と絞り数値の設定を行う。また、CPU50は、シャッタースイッチ61の全押しを検知すると、シャッター12を動作させて撮影動作を行う。
スイッチ62は、ライブビュー(LV)動作のスタート・ストップスイッチである。CPU50は、スイッチ62によりユーザーからスタートが指示されると、連続してLV動作を行う。スイッチ63は、ISO感度設定スイッチである。CPU50は、スイッチ63のユーザーの指示に従い、画像処理装置100の光の量に対する感度を設定する。スイッチ64は、ダイヤル型スイッチである。CPU50は、スイッチ64のユーザーの指示に従い、シャッター12が開いている期間、つまり撮像素子1400が画像の電荷を蓄積する期間を設定する。スイッチ65は、電源スイッチである。CPU50は、スイッチ65のユーザーの指示に従い、画像処理装置100の電源オン/電源オフの切り替えを行う。また、CPU50は、スイッチ65のユーザーの指示に従い、画像処理装置100に接続されたレンズユニット101、外部ストロボ、記録媒体200等の各種付属装置の電源オン/電源オフの設定も合わせて切り替え設定可能である。
揮発性メモリ(RAM)70は、AFE1700でデジタルデータに変換され且つDFE2000で補正された画像データを一時的に記録し、CPU50のワークメモリとしての機能ももつ。不揮発性メモリ(ROM)71は、CPU50が動作を行うためのプログラムを格納している。画像処理部72は、静止画の補正・圧縮等の処理を行う。
電源制御部80は、電池検出回路、DC−DCコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等を有する。電源制御部80は、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、その検出結果及びCPU50の指示に基づいて、DC−DCコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部に供給する。電源部86は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池、リチウムイオン電池などの二次電池、ACアダプタ等を有し、コネクタ82及び84を介して電源制御部80に接続される。
インターフェース90は、メモリーカードやハードディスク等の記録媒体200に対するインターフェースである。コネクタ92は、メモリーカードやハードディスク等の記録媒体200との接続を行うためのコネクタである。記録媒体200は、メモリーカードやハードディスク等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部102、及び画像処理装置100とのインターフェース103を有する。
図2は、撮像素子1400の構成例を示す図である。撮像素子1400は、2次元行列状に配置された複数の画素203を有する。各画素203は、光を電荷に変換する光電変換素子を含み、画素信号を出力する。複数の画素203は、垂直方向の並びが「列」であり、水平方向の並びが「行」である。画素群206は、列及び行のすべての画素203を有する。垂直走査回路202は、画素信号を読み出す特定行の画素203の行選択と各行の画素203の画素信号の読み出しに必要な制御信号を、各画素203に出力する。選択された行の画素203の画素信号は、各列の垂直出力線207を介して、列ゲイン回路204、列回路205及び水平出力線201に出力される。水平出力線201は、1行分の画素信号を水平方向に順次出力する。
図3(a)〜(c)は、プログラマブル回路1900の説明図である。図3(a)は、一つの枠が一つのモードを示し、横軸方向に時間の経緯を示し、内部回路の変更時のステート遷移図を示している。例えば、LV用動作(動画撮影)ステート300において、途中でシャッタースイッチ61が全押しされ、静止画撮影要求があった場合は、静止画回路へのコンフィグレーションステート301になる。
図3(b)は、静止画回路の適用時のプログラマブル回路1900と不揮発性メモリ1901を示している。静止画回路へのコンフィグレーションステート301では、CPU50の指示により、不揮発性メモリ1901に記憶されている静止画用回路データ306がプログラマブル回路1900に出力される。プログラマブル回路1900は、静止画処理のためのコンフィグレーションを行う。コンフィグレーションされた結果、プログラマブル回路1900には、静止画を処理するための静止画データ処理部305と自動露出制御処理(自動露出処理)のためのAE用処理回路310が内部に構成され、静止画撮影用ステート302になる。静止画撮影用ステート302では、静止画データ処理部305は静止画データを処理し、処理された静止画データをCPU50に出力する。AEデータ処理回路310はAEデータを処理し、処理されたAEデータをCPU50に出力する。CPU50は、受け取ったADデータを適宜静止画撮影時の露出設定に反映させる。静止画撮影が終わり、再びLV動作に戻るときは、LV動作へのコンフィグレーションステート303に進む。
図3(c)は、LV用回路の適用時のプログラマブル回路1900と不揮発性メモリ1901を示している。LV動作へのコンフィグレーションステート303では、CPU50の指示により、不揮発性メモリ1901に記憶されているLV用回路データ307がプログラマブル回路1900に出力される。プログラマブル回路1900は、LV動作(動画処理)のためのコンフィグレーションを行う。コンフィグレーションされた結果、プログラマブル回路1900には、動画を処理するためのLVデータ処理部309と自動焦点検出処理(自動焦点処理)のための撮像面AF演算処理回路308が内部に構成され、LV用動作ステート304になる。LV用動作ステート304では、LV用動作ステート300と同じく、LVデータ処理部309は動画データを処理し、並行して、撮像面AF演算処理回路(自動焦点演算処理回路)308は撮像面AFデータを処理する。撮像装置は、撮像面AF演算処理回路308の演算結果を基に、随時適切なフォーカスで撮影することが可能になる。LVデータ処理部309は、静止画データ処理部306よりもLV用に最適化し、撮像面AF演算処理回路308との併用を可能にしている。
図4(a)〜(c)は、列オフセットとその補正方法を説明するための図である。横軸が画素203の列を示し、縦軸が画素203の出力レベルを示す。複数の画素203の出力信号は、図2に示した通り、列毎に異なる列回路205を通るため、列毎に異なるオフセット成分を持つ。そのため、列毎のオフセット補正値取得を読み出し前に行う。図4(a)は、各列の画素203の出力信号のオフセット成分を示している。図4(b)は、そのオフセット成分を補正するための補正値を示し、撮像素子1400内のOB画素のデータである。列オフセット補正回路2001(図1)は、図4(b)の撮像素子1400内の各列のOB画素のデータを各列の補正値として記憶部2002(図1)に記憶させる。そして、列オフセット補正回路2001は、図4(a)に示すような各列の画素203の出力データから図4(b)に示すような記憶部2002に記憶されている補正データを減算することにより、図4(c)に示すような補正後のデータを出力する。これにより、列オフセット補正を実現する。
図5(a)〜(c)は、本実施形態による補正値取得の説明図である。図5(a)は、LV動作中に静止画撮影要求があったときのカメラステート、補正回路ステート、プログラマブル回路ステートを示す。カメラステートは撮像装置のステートであり、補正回路ステートは列オフセット補正回路2001のステートであり、プログラマブル回路ステートはプログラマブル回路1900のステートである。カメラステートがLV動作ステート500であるとき、補正回路ステートはLV補正ステート503になり、プログラマブル回路ステートはLV用動作ステート507になる。
図5(b)は、LV動作ステート500における画像処理装置100内のデータフローを示している。データフローは太い矢印、制御線は細い矢印で示している。撮像素子1400の出力データは、AFE1700で処理された後、DFE2000に出力される。DFE2000内の列オフセット補正回路2001は、補正値を用いて動画データの列オフセット補正を行い、プログラマブル回路1900に出力する。プログラマブル回路1900内の処理回路は、動画データを処理し、CPU50に出力する。
次に、CPU50は、シャッタースイッチ61が全押しされ、静止画撮影要求を入力する。すると、カメラステートは静止画への移行ステート501になり、補正回路ステートは静止画補正値取得ステート504になり、プログラマブル回路ステートは静止画用回路をコンフィグレーションする静止画用回路コンフィグレーションステート508になる。列オフセット補正回路2001は静止画補正値取得ステート504の処理を行い、それに並行して、プログラマブル回路1900は静止画用回路コンフィグレーションステート508の処理を行う。
図5(c)は、静止画への移行ステート501におけるデータフローを示す。静止画用の補正値取得ステート504では、CPU50の指示により、AFE1700は、撮像素子1400の出力データを処理し、DFE2000内の列オフセット補正回路2001はOB画素のデータを基に補正値を生成し、記憶部2002に記憶させる。補正値を生成する際は、DFE2000より後段にデータを流す必要がないため、DFE2000はデータを出力しない。プログラマブル回路1900は、静止画処理のためのコンフィグレーションにより、図3(b)の静止画を処理するための静止画データ処理部305及び自動露出制御用処理回路310が構成される。列オフセット補正回路2001の補正値生成が終わり、プログラマブル回路1900がコンフィグレーションの書き換え途中である場合は、静止画用の補正値取得ステート504から補正回路スタンバイステート505に移行する。なお、図5(a)とは異なり、プログラマブル回路1900のコンフィグレーションステート508が列オフセット補正回路2001の静止画補正値取得ステート504より早く終わる場合がある。その場合は、列オフセット補正回路2001の補正値生成が終わるまで、プログラマブル回路1900をスタンバイステートにしてもよい。
静止画回路のコンフィグレーションステート508が終わったら、カメラステートは静止画撮影ステート502になる。補正回路ステートは静止画補正ステート506になり、列オフセット補正回路2001は、記憶部2002の静止画補正値を用いて、AFE1700の出力データを補正する。プログラマブル回路ステートは静止画撮影用ステート509になり、プログラマブル回路1900は、図3(b)の静止画データ処理部305及び自動露出制御用処理回路310により、列オフセット補正回路2001の出力データを処理する。
図6は、図5(a)〜(c)に対応する撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。ステップs600では、LV動作中にシャッタースイッチ61が全押しされると、CPU50は、LV動作モード(動画撮影モード)から静止画撮影モードへの切り替えを指示し、ステップs601及びs602に進む。
ステップs601では、プログラマブル回路1900は、CPU50の制御により、図3(b)の静止画データ処理部305及びAE用処理回路310を構成するためのコンフィグレーションを行う。その後、ステップs603に進む。
ステップs601に並行して、ステップs602では、列オフセット補正回路2001は、CPU50の制御により、静止画補正値を取得(生成)して記憶部2002に記憶させる。その後、ステップs603に進む。
ステップs603では、CPU50は、ステップs601のコンフィグレーションとステップs602の補正値取得の両方が終了するまで待機し、両方が終了するとステップs604に進む。
ステップs604では、撮像装置は、静止画撮影を実施する。列オフセット補正回路2001は、記憶部2002の静止画補正値を用いて、AFE1700の出力データを補正する。プログラマブル回路1900は、図3(b)の静止画データ処理部305及び自動露出用処理回路310により、列オフセット補正回路2001の出力データを処理する。撮像装置は、静止画撮影終了後、LV動作を再開する。
以上では、LV動作から静止画撮影にモードを変更する動作を説明した。モード変更時は、プログラマブル回路1900を変更すると共に、並行して、列オフセット補正回路2001が補正値を取得する。このようにすれば、静止画撮影指示から露光開始までのレリーズタイムラグを大幅に短縮することができる。
図7は、静止画撮影からLV動作に戻るときのステート遷移図である。図7では、図5(a)のカメラステート、補正回路ステート、プログラマブル回路ステートに対して、撮像素子ステートが追加されている。撮像素子ステートは、撮像素子1400のステートである。
カメラステートが静止画撮影ステート700であるときは、補正回路ステートは静止画補正ステート703であり、プログラマブル回路ステートは静止画撮影用動作ステート707である。撮像素子ステートは静止画のリセット・蓄積・読み出しステート710である。
ステート710において、静止画の読み出しが終わると、静止画撮影モードからLV動作モード(動画撮影モード)へ切り替えるため、CPU50は、カメラステートをLV動作への移行ステート701にする。補正回路ステートは、LV補正値取得ステート704になり、列オフセット補正回路2001は、動画のためのVL補正値を取得(生成)して記憶部2002に記憶させる。そのとき、撮像素子ステートは、LV補正値取得用読み出しステート711になる。それに並行して、プログラマブル回路ステートは、LV用コンフィグレーションステート708になる。プログラマブル回路1900は、図3(c)のLVデータ処理部(動画データ処理部)309及び撮像面AF演算処理回路(自動焦点検出演算処理回路)308を構成するためのコンフィグレーションを行う。
列オフセット回路2001のLV補正値取得ステート704が終了し、プログラマブル回路1900がコンフィグレーションステート709の途中である場合は、列オフセット回路2001はスタンバイステート705になる。撮像素子1400は、LVリセットステート712になり、動画撮影のためのリセットを行う。
プログラマブル回路1900は、LV用コンフィグレーションステート708が終わると、カメラステートはLV動作ステート702になる。補正回路ステートはLV補正ステート706になり、列オフセット補正回路2001は、記憶部2002のLV補正値を用いて、AFE1700の出力データを補正する。プログラマブル回路ステートはLV用動作ステート709になる。プログラマブル回路1900は、図3(c)のLVデータ処理部(動画データ処理部)309及び撮像面AF演算処理回路(自動焦点検出演算処理回路)308により、列オフセット補正回路2001の出力データを処理する。撮像素子ステートは、LV読み出しステート713になる。
図8は、図7に対応する撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。静止画撮影が終了し、CPU50が静止画撮影モードからLV動作モード(動画撮影モード)への切り替えを指示すると、ステップs801及びs802に進む。ステップs801では、プログラマブル回路1900は、CPU50の制御により、図3(c)のLVデータ処理部(動画データ処理部)309及び撮像面AF演算処理回路(自動焦点検出演算処理回路)308を構成するためのコンフィグレーションを行う。その後、ステップs804に進む。
ステップs802では、ステップs801と並行して、列オフセット回路2001は、CPU50の制御により、動画のためのLV補正値を取得(生成)して記憶部2002に記憶させる。次に、ステップs803では、撮像素子1400は、CPU50の制御により、LV用撮像素子リセット走査を行う。その後、ステップs804に進む。
ステップs804では、CPU50は、ステップs801のコンフィグレーションとステップs803のリセット走査の両方が終了するまで待機し、両方が終了すると、ステップs805に進む。ステップs805では、CPU50は、撮像素子1400にLV読み出しを開始させ、LV動作を再開させる。列オフセット補正回路2001は、記憶部2002のLV補正値を用いて、AFE1700の出力データを補正する。プログラマブル回路1900は、図3(c)のLVデータ処理部(動画データ処理部)309及び撮像面AF演算処理回路(自動焦点検出演算処理回路)308により、列オフセット補正回路2001の出力データを処理する。
以上では、静止画撮影からLV動作へのモード変更について説明した。モード変更時は、プログラマブル回路1900のコンフィグレーションを行うと共に、それに並行して、列オフセット回路2001の補正値取得と撮像素子1400のLV用リセット走査を行う。このようにすれば、静止画撮影の終了からLV再開までのタイムラグを大幅に短縮することができる。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
1400 撮像素子、1900 プログラマブル回路、2001 列オフセット補正回路、2002 記憶部

Claims (7)

  1. 光電変換素子を含む複数の画素が配置されている撮像素子と、
    前記撮像素子の出力データを基に補正値を生成し、前記補正値を用いて前記撮像素子の出力データを補正する補正回路と、
    前記補正値を記憶させるための記憶部と、
    コンフィグレーションにより回路構成が変更され、前記補正回路の出力データを処理するプログラマブル回路とを有し、
    撮影モードの切り替えが指示されると、前記補正回路は、前記補正値を生成して前記記憶部に記憶させ、それに並行して、前記プログラマブル回路は、前記コンフィグレーションを行うことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記補正回路の前記補正値の記憶及び前記プログラマブル回路の前記コンフィグレーションの両方が終了すると、前記補正回路は、前記記憶部の補正値を用いて、前記撮像素子の出力データを補正し、前記プログラマブル回路は、前記切り替え後の撮影モードに応じて、前記補正回路の出力データを処理することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 動画撮影モードから静止画撮影モードへの切り替えが指示されると、前記補正回路は、静止画のための補正値を生成して前記記憶部に記憶させ、それに並行して、前記プログラマブル回路は、静止画処理のためのコンフィグレーションを行うことを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。
  4. 前記プログラマブル回路は、前記静止画処理のためのコンフィグレーションにより、静止画を処理するための静止画データ処理部及び自動露出処理のための自動露出用処理回路が構成されることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
  5. 静止画撮影モードから動画撮影モードへの切り替えが指示されると、前記補正回路は、動画のための補正値を生成して前記記憶部に記憶させ、それに並行して、前記プログラマブル回路は、動画処理のためのコンフィグレーションを行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記プログラマブル回路は、前記動画処理のためのコンフィグレーションにより、動画を処理するための動画データ処理部及び自動焦点処理のための自動焦点演算処理回路が構成されることを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
  7. 静止画撮影モードから動画撮影モードへの切り替えが指示されると、前記補正回路は、動画のための補正値を生成して前記記憶部に記憶させ、前記補正回路の前記補正値の記憶が終了すると、前記撮像素子は、リセットを行うことを特徴とする請求項5又は6記載の撮像装置。
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