JP6627208B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置に関する。
従来、手ブレ等に起因する像ブレを抑制可能なカメラのブレ補正装置として、手ブレによる角速度や画像の像ブレに基づいてブレ量を検出し、検出されたブレ量に応じてブレ補正レンズを駆動して、撮像面またはフィルム面のブレを補正するものが知られている。
このブレ補正レンズは撮影光学系の一部を構成し、撮影光軸に直交し、かつ、互いに直交する2方向にシフト移動される(例えば、特許文献1参照)。
こうしたブレ補正機能を有するカメラでは、レリーズ釦を全押しして行われる撮影動作時には、一旦、補正レンズをその可動範囲の略中央位置にセンタリングし、そのセンタリングされた略中央位置から検出されたブレに応じて補正レンズを駆動制御、つまり、ブレ補正を開始し、その後、撮影動作を開始する。
特許4524830号公報
しかしながら、一連の撮影動作中において、露光を開始する直前で補正レンズをセンタリングする場合、そのセンタリング動作に所要される時間だけ露光が開始されるまでの時間に遅れが生じ、レリーズタイムラグが長くなる。
本発明の課題は、シャッターを押してから画像が記録されるまでの時間が短縮された撮像装置を提供することである。
本発明は、光軸方向に移動するフォーカスレンズ及び前記光軸方向に交わる方向に移動するブレ補正レンズを備える光学系を通過した光の像を撮像し、信号を出力する撮像素子と、前記フォーカスレンズを移動させて複数の位置で前記像を撮像し、前記撮像素子から出力された前記信号により複数の評価値を算出するスキャン動作を行い、算出された複数の前記評価値から前記像が撮像素子の撮像面に合焦する前記フォーカスレンズの位置を検出する焦点検出部と、前記スキャン動作により前記フォーカスレンズが移動していると、前記ブレ補正レンズを前記像のブレを補正するように移動させ、前記スキャン動作によらずに前記フォーカスレンズが移動していると、前記ブレ補正レンズを前記ブレ補正レンズが駆動する範囲の中心へ移動させる制御をする制御部と、を有する撮像装置に関する。
また、本発明は、光軸方向に移動するフォーカスレンズを備えた光学系が形成する像を撮像して信号を出力し、前記光軸方向に交わる方向に移動する撮像素子と、前記フォーカスレンズを移動させ複数の位置で前記像を撮像し、前記撮像素子から出力された前記信号により複数の評価値を算出するスキャン動作を行い、算出された複数の前記評価値から前記像が撮像素子の撮像面に合焦する前記フォーカスレンズの位置を検出する焦点検出部と、前記フォーカスレンズを移動させながら所定の時間間隔で前記評価値の算出を行うスキャン動作をしていると、前記撮像素子を前記像のブレを補正するように移動させ、前記スキャン動作をともなわずに前記フォーカスレンズが移動していると、前記撮像素子を前記撮像素子が駆動する範囲の中心へ移動させる制御を行う制御部と、を有する撮像装置に関する。
本発明によれば、シャッターを押してから画像が記録されるまでの時間が短縮された撮像装置を提供することができる。
本実施形態におけるカメラ1のブロック図である。 ブレ補正レンズ駆動制御部のブロック図である。 第1実施形態のコントラスト方式による合焦駆動制御のフローチャートである。 第1実施形態のコントラスト方式による合焦駆動制御のタイミングチャートである。 第2実施形態の位相差方式による合焦駆動制御のフローチャートである。 第2実施形態の位相差方式による合焦駆動制御のタイミングチャートである。
本発明をレンズ交換可能なデジタルカメラ1に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係るレンズ交換可能なデジタルカメラ1を示すブロック図である。図2は、ブレ補正レンズ駆動制御部170の詳細を示すブロック図である。図中、本実施形態のカメラ1に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。
カメラ1は、レンズ鏡筒100と、カメラボディ200とを備える。
レンズ鏡筒100内には、撮影レンズ110を構成するレンズ120,130,140が設けられている。120は、焦点位置を調節するためのフォーカスレンズであり、130は像ブレを光学的に補正するためのブレ補正レンズである。140は、ズームレンズである。
フォーカスレンズ120は、フォーカスレンズ駆動モータ121によって光軸方向に駆動される。また、その位置はフォーカスレンズ位置検出センサ122によって検出される。フォーカスレンズ120の駆動は、レンズコントローラ150内のフォーカスレンズ駆動制御部160により行われる。
ブレ補正レンズ130は、ブレ補正レンズ駆動モータ131aおよび不図示の131bによって光軸に垂直な平面を移動することで2軸(Pitch方向およびYaw方向)のブレを補正可能である。このブレ補正レンズ130の駆動は、レンズコントローラ150内のブレ補正レンズ駆動制御部170により行われる。
フォーカスレンズ駆動制御部160とブレ補正レンズ駆動制御部170とを含むレンズコントローラ150及び、後述のシステムコントローラ220は、ブレ補正装置300の一部を構成する。
本実施形態では、説明を簡単にするために、図1及び図2においては、Pitch方向のブレ補正処理についてのみ述べる。
ブレ補正レンズ130は、カメラ1のPitch方向のブレを補正するために、Pitch方向補正用駆動モータ(ブレ補正レンズ駆動モータ131a)によって紙面上下方向に駆動される。
また交換レンズ鏡筒100内には、カメラ1のPitch方向のブレを検出するために、角速度センサ133aおよびまたブレ補正レンズ130の紙面上下方向の位置を検出するためのレンズ位置検出センサ132aが配置される。
角速度センサ133aの出力は、ブレ補正レンズ駆動制御部170内のアナログ信号処理回路(増幅器および電気的ノイズを除去するためローパスフィルタ)171を経てA/Dコンバータ172でデジタル信号に変換された後、フィルタ処理部173にてブレ量を正確に求めるための各種フィルタ処理が施され、ブレ補正量演算部174にてカメラ1のブレ量を補正するためのブレ補正レンズ130の位置が演算される。
なお、カメラ1のブレを補正する場合は、ブレ補正量演算部174の演算結果をブレ補正レンズ130の制御目標位置とするが、センタリング処理を行う場合は、ブレ補正レンズ130の基準位置を示すセンタリング位置をブレ補正レンズ130の制御目標位置とする。
制御目標位置選択部155は、レンズコントローラ150の指示に基づいて、どちらを制御目標位置とするかを決定する。
次に、ブレ補正レンズ130の位置決め制御について説明する。
ブレ補正レンズ130は、ブレ補正レンズ駆動モータ(ボイスコイルモータ)131aによって駆動され、ブレ補正レンズ130の現在位置(実際の位置)をフィードバックすることで正確に位置決め制御を行う。
ブレ補正レンズ130の現在位置は、PSD等のレンズ位置検出センサ132aによって検出される。
レンズ位置検出センサ132aの出力は、ブレ補正レンズ駆動制御部170内の増幅器およびローパスフィルタからなるアナログ信号処理回路181を経て、A/D変換器182にてデジタルデータに変換された後、ブレ補正レンズ位置算出部183によって各種補正処理が施され、最終的に現在のブレ補正レンズ位置が算出される。
PID演算部177は制御器であり、ブレ補正レンズ制御目標位置と現在位置との差である制御誤差量を基に周知のPID演算処理を行うことで、制御操作量を演算する。
駆動パルス生成部では、PID演算部177で演算された制御操作量に基づいて、PWM駆動パルスが駆動パルス生成部178で生成され、ブレ補正レンズ駆動回路179に出力される。
ブレ補正レンズ駆動回路179は、ブレ補正レンズ駆動モータ131aを駆動するためのPWMドライバであり、入力されたPWMパルス列に従って、ブレ補正レンズ駆動モータ131aを駆動する。
以上が、Pitch方向のブレ補正処理に関する説明であるが、Yaw方向についても同じである。
次にカメラボディ200について、説明する。
カメラボディ200は、被写体からの光束を撮像素子211、焦点検出モジュール213、および図示しない光学ファインダおよび測光センサへ導くためのミラー機構系210を備える。
ミラー機構系210は、被写体を光学ファインダで観察する状態では光軸L1の光路上に挿入される一方で、被写体を撮像素子で撮影する状態では光軸L1の光路から退避するように回転する。
撮像素子211は、撮影レンズ110を通して結像された被写体像を撮像し、撮像信号を出力する。
撮像素子211から出力された撮像信号は、画像信号処理部212にて各種アナログ信号処理が施された後AD変換されシステムコントローラ220に転送される。
システムコントローラ220に送られた撮像データは、画像処理生成部221にてフレームメモリ230を使用して各種画像処理が施される。
画像処理後のデータは表示部250に表示され、また操作部260のスイッチ操作で撮影指示があった場合には、生成した画像データをSDメモリ等の画像保存メモリ240に保存する。
焦点検出モジュール213は周知の位相差検出方式によりデフォーカス量(焦点ずれ量)の検出を行うものであり、不図示のフィールドレンズ、セパレータレンズ、ラインセンサ、AF演算部等を備えている。
一対のラインセンサ上に結像された像のズレ(位相差)に基づいて被写体像の予定焦点面との位置ズレ(デフォーカス量)を算出して、その結果をシステムコントローラ220に通知する。
位相差方式での合焦駆動では、システムコントローラ220は、焦点検出モジュール213で算出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ120の合焦位置までの移動量を決定しそれに従ってフォーカスレンズ120を駆動する。
焦点評価値演算部222では、撮像素子211から出力される撮像信号から生成された画像データに基づいて焦点評価値が演算される。
コントラスト方式での合焦駆動動作では、焦点評価値演算部222の演算結果に基づいて、合焦位置算出部223にて合焦位置が算出され、算出された位置にフォーカスレンズ120を駆動する。
(第1実施形態)
次に本発明の第1実施形態によるブレ補正装置300の合焦駆動動作について説明する。第1実施形態はコントラスト方式による合焦駆動を行う場合である。
図3は第1実施形態のコントラスト方式による合焦駆動時の制御手順を示したフローチャートである。図4は第1実施形態のコントラスト方式での合焦駆動動作のタイミングチャートであり、(a)は本実施形態、(b)は比較形態である。
ブレ補正装置300のシステムコントローラ220は、操作部260を介した半押しを検知すると(ステップS300)、スキャン動作を始めるにあたり、フォーカスレンズ120をスキャン開始位置へ駆動するため、レンズコントローラ150に指令を出す(S301)。
次いで、システムコントローラ220は、フォーカスレンズ120のスキャン開始位置への駆動と並行してブレ補正レンズ130のセンタリング動作を実行させるため、レンズコントローラ150に対してブレ補正レンズ130のセンタリング指令を出す(S302)。
レンズコントローラ150はブレ補正レンズ駆動制御部170によりブレ補正レンズ130のセンタリング制御を指示する。
レンズコントローラ150のフォーカスレンズ駆動制御部160は、フォーカスレンズ120位置検出センサ122からの信号を基に、フォーカスレンズ120がスキャン開始位置へ到達したことを確認する(ステップS303)。
レンズコントローラ150から確認信号受信後(ステップS303,YES)、システムコントローラ220は直ちにブレ補正処理を実行させるため、レンズコントローラ150に指示し、フォーカスレンズ駆動制御部160を介してブレ補正処理をブレ補正レンズ130に行わせる(S304)。
ブレ補正レンズ駆動制御部170は、この時、センタリング動作途中の場合はその動作を停止し、ブレ補正処理を実行する。
フォーカスレンズ駆動制御部160は、ブレ補正レンズ駆動制御部170のブレ補正処理の実行指示に続いて、ステップS305でフォーカスレンズ120のスキャン動作を指示する(ステップS305)。
それと同時に、焦点評価値演算部222から規定時間間隔での焦点評価値の取得を開始する(ステップS306)。
合焦位置算出部223では、取得した焦点評価値に基づいて合焦位置が算出される。そしてスキャン動作中にシステムコントローラ220は合焦位置が検出されたか否かを監視する(S307)。
合焦位置が検出された場合、フォーカスレンズ駆動制御部160によりフォーカスレンズ120に対してスキャン動作を停止し合焦位置へ駆動するための指令を出す(S308)。
それとともに、ブレ補正レンズ130のセンタリングを実行させる(S309)。
フォーカスレンズ120が合焦位置へ移動したことを確認後(S310)、レンズコントローラ150に対し、ブレ補正処理を指令する(S311)。ここで指令されるブレ補正処理は、半押し期間中のブレ補正処理であり、露光期間中で実施されるブレ補正処理とは異なるブレ補正処理であるが、同じであってもよい。
また、ブレ補正レンズ駆動制御部170は、このとき、センタリング動作途中の場合は、その動作を停止し、指令されたブレ補正処理を実行する。
操作部260から全押しを検知すると(ステップS312,YES)、システムコントローラ220は、レンズコントローラ150に対してブレ補正レンズ130のセンタリング指令を出す(S313)。
このとき、本実施形態では、すでに、半押し開始から全押しまでの間に2回のセンタリングが行われているため、ブレ補正レンズ130の中心は、センター(基準位置)近くにある可能性が高い。
このため、全押し後のセンタリングは不要か、又はセンタリング時間は後述の比較形態と比べて短縮される。したがって、全押し指令から露光準備完了までの時間が比較形態と比べて短くなり、レリーズタイムラグを比較形態と比べて短縮することができる。
そして、ブレ補正レンズ制御以外の露光準備が実行され(ステップS314)、
露光準備が整った時点でレンズコントローラ150に対し露光時のブレ補正処理の開始を指令(ステップS315)した後、露光処理を実行する(S316)。
図4(b)は本実施形態に対する比較形態である。この比較形態は、半押しから全押しの間にセンタリングが行われない。
この場合、操作部260からの全押しを検知して、システムコントローラ220がレンズコントローラ150に対してブレ補正レンズ130のセンタリング指令を出したとき、ブレ補正レンズ130の中心は、本実施形態と比べて基準位置から遠いポジションに位置している可能性が低い。
したがって、全押し後のセンタリングが本実施形態と比較して長くなる。ゆえに全押し指令から露光準備完了までの時間が長くなりレリーズタイムラグは本実施形態に比べて長い。
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態による合焦駆動動作について説明する。第2実施形態は位相差方式により合焦駆動を行うものである。
図5は第2実施形態の位相差方式による合焦駆動時の制御手順を示すフローチャートである。図6は、第2実施形態の位相差方式での合焦駆動動作のタイミングチャートであり、(a)は本実施形態、(b)は比較形態である。
ブレ補正装置300のシステムコントローラ220は、操作部260を介した半押しを検知すると(ステップS400)、焦点検出モジュール213にて、デフォーカス量が演算される(S401)。
次に、システムコントローラ220は、焦点検出モジュール213で演算されたデフォーカス量が合焦判定基準内か否かを判定する(S402)。
合焦基準範囲外であれば(S402,NO)、焦点調節のためにフォーカスレンズ120を駆動する必要があるが、この場合のフォーカスレンズ120の調節量(駆動量)は焦点検出モジュール213で演算されたデフォーカス量を基に算出される(S403)。
フォーカスレンズ120の駆動量を算出後、システムコントローラ220は焦点調節のためレンズコントローラ150に対してフォーカスレンズ120の駆動を指令する(S404)。
フォーカスレンズ120が合焦位置へ近づくに従って、焦点検出モジュール213で演算されるデフォーカス量も小さくなってゆくが、この時にブレ補正レンズ130の制御状態をデフォーカス量に応じて切り替えるようにする。
すなわち、焦点検出モジュール213で演算されたデフォーカス量がブレ補正処理実行範囲(図6のAの範囲)内か否かを判定する(S405)。
ブレ補正処理実行範囲A内であれば(S405,YES)、レンズコントローラ150に対しブレ補正処理の実行を指示する。
ブレ補正処理実行範囲A内でなければ(S406,NO)、レンズコントローラ150に対しセンタリングの実行を指示する(S407)。
センタリング処理を行う、つまりブレ補正処理を行わないことでデフォーカス量演算の精度は悪化するとも考えられる。しかし、デフォーカス量がある所定の値以下となった時にはブレ補正処理を実行しその状態でデフォーカス量が演算されるので、最終的に演算される合焦位置の精度は維持される。
焦点検出モジュール213でのデフォーカス量の演算とそれに伴うレンズコントローラ150への指令はフォーカスレンズ120が合焦位置付近に到達し、デフォーカス量が合焦基準範囲内となるまで継続する。
デフォーカス量が合焦基準範囲内となり、全押しが操作部から入力された場合(ステップS408)、システムコントローラ220はレンズコントローラ150に対し露光前センタリングを実行させるため、ブレ補正レンズ130のセンタリングを実行させる(S409)。
次にその他のユニット制御の露光準備を行う(ステップS410)。
露光準備が整った時点でレンズコントローラ150に対しブレ補正処理の開始を指令(ステップS411)した後、露光処理を実行する(S412)。
以上のように、フォーカスレンズ120がある程度合焦位置に近づくまではブレ補正レンズ130をセンタリングさせておく。このため、露光前センタリング開始時点のブレ補正レンズ位置は、基準位置から近いポジションに位置している可能性が非常に高い。その結果露光前センタリングに要する時間が短くなり、レリーズタイムラグが低減される。
これに対して、図6(b)に示す比較形態は、半押しから全押しの間にセンタリングが行われない。この場合、操作部260から全押しを検知して、システムコントローラ220がレンズコントローラ150に対してブレ補正レンズ130のセンタリング指令を出したとき、ブレ補正レンズ130の中心は、本実施形態と比べて基準位置から近いポジションに位置する可能性が低い。
したがって、全押し後のセンタリングが本実施形態と比較して長くなる。ゆえに全押し指令から露光準備完了までの時間が長くなりレリーズタイムラグは本実施形態に比べて長い。
以上、本実施形態では、光学的ブレ補正機能および自動焦点調節機能を有するカメラ1において、より効果的にブレ補正制御部と自動焦点調節制御部を連携させ、フォーカスレンズ120を合焦位置へ駆動する合焦駆動動作中に、像ブレ補正制御部の制御状態を切り替える。
具体的には、コントラスト方式で合焦位置を検出するカメラ1においてはフォーカスレンズ120を既定の速度で移動しながら焦点評価値を複数回取得するスキャン動作が行われた後、取得した焦点評価値に基づいて算出された合焦位置にフォーカスレンズ120を駆動する。
この合焦動作において、スキャン動作中はブレ補正処理を行い、スキャン動作終了後にフォーカスレンズ120を合焦位置に駆動する処理とセンタリング処理を並行して行うようにする。
これにより、合焦動作完了より早いタイミングでブレ補正のセンタリング動作を開始できるので、センタリング完了時刻が従来に比べ早くなり、撮影タイムラグが短縮される。
また位相差方式で合焦位置を検出するカメラ1においては、焦点ずれ量が大きい間はセンタリング処理を行い、フォーカスレンズ120の移動に伴い焦点ずれ量が小さくなってきたら焦点検出精度を高めるためにブレ補正制御を行うようにする。
つまりフォーカスレンズ120を駆動中に検出された焦点ずれ量が既定の範囲以内となるまでは、ブレ補正機構はセンタリング処理を行い、検出された焦点ずれ量が既定の範囲以内となったらブレ補正機構を用いてブレ補正処理を行うことで、ブレ補正処理による基準位置からのずれを抑制し、その結果露光前のセンタリングに要する時間が短縮される。
(変形形態)
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
(1)上記実施形態では、焦点検出モジュール213にてデフォーカス量を検出する例について述べたが、撮像素子211上に焦点検出用画素を配置しその出力を基に焦点検出を行う撮像面位相差方式であっても同様な効果が得られることは明白である。
(2)なお上記実施形態では、ブレ補正レンズ130を駆動することでブレ補正を行う例を示したが、撮像素子を駆動してブレ補正を行う方法であってもよい。
(3)図3のステップS302、S309では、センタリング指示の代わりに、S301のフォーカスレンズ駆動量の移動時間を予測し、その時間で移動可能な距離分を基準位置方向に移動するようにしてもよい。
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはな
い。
1:カメラ、100:レンズ鏡筒、120:フォーカスレンズ、130:ブレ補正レンズ、150:レンズコントローラ、160:フォーカスレンズ駆動制御部、170:ブレ補正レンズ駆動制御部、200:カメラボディ、220:システムコントローラ、300:ブレ補正装置

Claims (7)

  1. 光軸方向に移動するフォーカスレンズ及び前記光軸方向に交わる方向に移動するブレ補正レンズを備える光学系を通過した光の像を撮像し、信号を出力する撮像素子と、
    前記フォーカスレンズを移動させて複数の位置で前記像を撮像し、前記撮像素子から出力された前記信号により複数の評価値を算出するスキャン動作を行い、算出された複数の前記評価値から前記像が撮像素子の撮像面に合焦する前記フォーカスレンズの位置を検出する焦点検出部と、
    前記スキャン動作により前記フォーカスレンズが移動していると、前記ブレ補正レンズを前記像のブレを補正するように移動させ、前記スキャン動作によらずに前記フォーカスレンズが移動していると、前記ブレ補正レンズを前記ブレ補正レンズが駆動する範囲の中心へ移動させる制御をする制御部と、
    を有する撮像装置。
  2. 請求項1に記載の撮像装置において、
    前記スキャン動作によらないフォーカスレンズの移動は、前記スキャン動作の開始位置への移動である撮像装置。
  3. 請求項1又は請求項に記載の撮像装置において、
    前記スキャン動作によらないフォーカスレンズの移動は、前記スキャン動作で検出した、前記像が前記撮像素子の撮像面に合焦する前記フォーカスレンズの位置への移動である撮像装置。
  4. 光軸方向に移動するフォーカスレンズを備えた光学系が形成する像を撮像して信号を出力し、前記光軸方向に交わる方向に移動する撮像素子と、
    前記フォーカスレンズを移動させ複数の位置で前記像を撮像し、前記撮像素子から出力された前記信号により複数の評価値を算出するスキャン動作を行い、算出された複数の前記評価値から前記像が撮像素子の撮像面に合焦する前記フォーカスレンズの位置を検出する焦点検出部と、
    前記フォーカスレンズを移動させながら所定の時間間隔で前記評価値の算出を行うスキャン動作をしていると、前記撮像素子を前記像のブレを補正するように移動させ、前記スキャン動作をともなわずに前記フォーカスレンズが移動していると、前記撮像素子を前記撮像素子が駆動する範囲の中心へ移動させる制御を行う制御部と、
    を有する撮像装置。
  5. 請求項に記載の撮像装置において、
    前記スキャン動作を伴わない前記フォーカスレンズの移動は、前記スキャン動作の開始位置への移動である撮像装置。
  6. 請求項4又は請求項に記載の撮像装置において、
    焦点検出を伴わない前記フォーカスレンズの移動は、前記焦点検出部で検出した、前記像が前記撮像素子の撮像面に合焦する前記フォーカスレンズの位置への移動である撮像装置。
  7. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
    前記制御部は、前記光学系の駆動を制御するレンズ制御部に、前記フォーカスレンズ及び前記ブレ補正レンズの駆動の指示信号を送信する撮像装置。
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