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JP2006003645A - 像振れ補正装置 - Google Patents

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JP2006003645A JP2004180005A JP2004180005A JP2006003645A JP 2006003645 A JP2006003645 A JP 2006003645A JP 2004180005 A JP2004180005 A JP 2004180005A JP 2004180005 A JP2004180005 A JP 2004180005A JP 2006003645 A JP2006003645 A JP 2006003645A
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Abstract

【課題】HPFに入力する前の角速度信号を取得し、その角速度信号のDCオフセット値が一定値となるように角速度信号を補正する。この補正した角速度信号に基づいて撮影構図変更動作を検出することによって角速度センサのDCオフセット電圧の個体差によるバラツキやドリフト等による変動にかかわらず、パンニングやチルティング等の撮影構図変更動作を的確に判断し、撮影構図変更動作が行われているか否かに応じて適切に像振れ補正の特性を変更することができる像振れ補正装置を提供する。
【解決手段】角速度センサ10からHPF12に入力する前の角速度信号から撮影構図変更動作検出用の角速度信号が分岐され、アンプ28の入力端子IN1に入力される。アンプ28の入力端子IN1に入力した角速度信号のDCオフセット値は入力端子IN2に入力されるD/A制御値によって一定となるように補正される。
【選択図】 図1

Description

本発明は像振れ補正装置に係り、特に振動によるカメラの像振れを補正(防止)する像振れ補正装置に関する。
テレビカメラの像振れ補正装置として、撮影光学系に防振レンズを光軸と直交する面内で移動自在に配置し、カメラ(カメラの撮影光学系)に振動が加わると、その振動による像振れを打ち消すように防振レンズをアクチュエータで駆動して像振れを補正するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1、2等参照)。このような像振れ補正装置では、カメラに加わった振動を検出する振れセンサとして例えば角速度センサが用いられており、その角速度センサから得られた角速度信号を積分処理することによって像振れを打ち消すための防振レンズの変位量が求められてそれに従って防振レンズが駆動されるようになっている。
ところで、角速度センサは、個体ごとに静止状態での出力電圧(DCオフセット電圧)にバラツキがあり、また、静止状態でもDCオフセット電圧が時間と共に変動するドリフトと呼ばれる現象が生じる。この対策として角速度センサの出力信号から低周波成分を除去するハイパスフィルタ(HPF)を設けるのが一般的である。
また、パンニングやチルティングなどの撮影構図変更動作によって大きな揺れが生じた場合、上記HPFのカットオフ周波数を変えることで像振れ補正を停止させるような処理も行われている。例えば、特許文献3には、角速度センサから出力される角速度信号をハイパスフィルタ(HPF)を介して取得し、角速度信号に含まれる直流成分(DCオフセットの成分)やドリフト等に起因する不要な低周波成分をHPFで除去するようにした像振れ補正装置が開示されており、また、そのHPFのカットオフ周波数や、角速度信号を積分処理する積分器(ローパスフィルタ)のカットオフ周波数を状況に応じて変更することが提案されている。これによれば、パンニングやチルティングなどの撮影構図変更動作が行われていない場合にはHPFや積分器のカットオフ周波数が低い周波数に設定され、手振れの周波数(1Hz〜12Hz程度)の振動に対して像振れ補正が有効に行われる。一方、撮影構図変更動作が行われた場合には、HPFや積分器のカットオフ周波数が高い周波数に変更され、撮影構図変更動作に対する像振れ補正の効果が低減又は無効化される。即ち、撮影構図変更動作が行われた場合にはそれに対する実際の撮影構図の追従性の向上が図られている。
特開2001−142103号公報 特開2003−107554号公報 特許第3186219号公報
しかしながら、特許文献3では、角速度センサからHPFを介して取得した角速度信号に基づいてパンニング等の撮影構図変更動作の検出を行っており、角速度センサから出力された角速度信号の周波数成分のうち撮影構図変更動作によって生じる信号成分もHPFによって低減されるため、的確に撮影構図変更動作を検出することが困難になるという問題があった。特に、撮影構図変更動作が検出されてHPFのカットオフ周波数を高くした場合には撮影構図変更動作によって生じる角速度信号の信号成分の殆どが除去されてしまうため、撮影構図変更動作の終了の判断が適切に行われずにHPF等のカットオフ周波数の切替えに影響を与え、適切な像振れ補正が行われないことがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、振動を検出する振れセンサのDCオフセット電圧の個体差によるバラツキやドリフト等による変動にかかわらず、パンニングやチルティング等の撮影構図変更動作を的確に判断し、撮影構図変更動作が行われているか否かに応じて適切に像振れ補正の特性を変更することができる像振れ補正装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の像振れ補正装置は、像を結像する光学系と、前記光学系に加わった振動に応じた振れ信号を出力する振れ検出手段と、前記像を変位させる像変位手段と、前記振れ検出手段により出力された振れ信号の周波数成分のうち低周波領域の信号成分を遮断して該低周波領域以外の周波数領域の信号成分を抽出するフィルタ手段と、該フィルタ手段により抽出された振れ信号に基づいて前記光学系に加わった振動に起因する像振れを打ち消すように前記像変位手段により像を変位させて像振れ補正を行う像振れ補正手段と、を備えた像振れ補正装置において、前記振れ検出手段により出力され、前記フィルタ手段に入力する前の振れ信号を撮影構図変更動作検出用の振れ信号として取得する振れ信号取得手段と、前記振れ信号取得手段により取得された振れ信号の所定時間の間における平均値を算出する平均値算出手段と、前記振れ信号取得手段により取得された振れ信号の直流成分を加減することによって前記平均値算出手段により算出された平均値が所定の一定値となるように前記振れ信号取得手段により取得された振れ信号を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された振れ信号の前記所定の一定値からの変化量に基づいて撮影構図変更動作が行われていることを検出する撮影構図変更動作検出手段と、前記撮影構図変更動作検出手段により撮影構図変更動作が行われていることが検出された場合には像振れ補正の特性を変更する特性変更手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、撮影構図変更動作を検出するための振れ信号をフィルタ手段に入力する前の振れ信号から分岐して取得することによって撮影構図変更動作に起因して生じた信号成分を含む振れ信号が取得される。一方、フィルタ手段を通さないため振れ信号のDCオフセット値(基準値)には、振れ検出手段の個体差によってバラツキが生じ、また、ドリフト等による変動が生じるが、所定時間の間に得られた振れ信号の平均値によってその基準値を実測し、その基準値(平均値)が一定値となるように振れ信号を補正するようにしたため、基準値のバラツキや変動が防止される。従って、振れ信号の基準値に対する変化量に基づいて撮影構図変更動作が行われているか否かを判断する場合に、基準値が一定値となるように補正された振れ信号によってその判断を行うことによって、振れ検出手段の個体差やドリフト等の影響を受けずに的確に撮影構図変更動作の有無等を検出することができる。
請求項2に記載の像振れ補正装置は、請求項1に記載の発明において、前記振れ検出手段は、角速度センサであり、前記振れ検出手段により出力される振れ信号は角速度信号であることを特徴としている。
請求項3に記載の像振れ補正装置は、請求項1に記載の発明において、前記特性変更手段は、前記撮影構図変更動作検出手段により撮影構図変更動作が行われていることが検出された場合には像振れ補正を無効にする特性に変更することを特徴としている。
請求項4に記載の像振れ補正装置は、請求項1に記載の発明において、前記像変位手段は、前記光学系に光軸に対して垂直方向に移動可能に配置された防振レンズであることを特徴としている。
本発明に係る像振れ補正装置によれば、振動を検出する振れセンサのDCオフセット電圧の個体差によるバラツキやドリフト等による変動にかかわらず、パンニングやチルティング等の撮影構図変更動作を的確に判断し、撮影構図変更動作が行われているか否かに応じて適切に像振れ補正の特性を変更することができる。
以下添付図面に従って本発明に係る像振れ補正装置の好ましい実施の形態について詳述する。
図1は、本発明に係る像振れ補正装置の構成を示した構成図である。像振れ補正装置は、例えば、テレビカメラ用のレンズ装置(撮影レンズ)、ムービカメラ、又は、スチルカメラ等に搭載され、同図に示す防振レンズ26は、本装置が搭載されるレンズ装置又はカメラ等の光学系において、光軸に対して垂直な面内で上下(鉛直方向)、左右(水平方向)に移動可能に配置される。また、防振レンズ26は、モータ24により上下、又は、左右に駆動されるようになっており、カメラ(光学系)に振動が生じた場合には、このモータ24により像振れを補正する位置(振動による像振れを打ち消す位置)に移動するようになっている。尚、防振レンズ26は上下方向と左右方向のいずれの方向についても各方向に生じた振動に基づいて同様に駆動されるため、同図には左右方向に対する像振れ補正を行う構成についてのみ示し、上下方向に対して同様に構成されるものとする。
同図に示す角速度センサ10は、光学系に加わった振動を検出する振れセンサであり、例えばジャイロセンサである。角速度センサ10は例えばレンズ鏡胴の上面等に設置され、レンズ鏡胴の左右方向に生じた振動の角速度に応じた電圧の電気信号を角速度信号として出力する。尚、振れセンサとして、角速度センサ以外に加速度センサ、変位センサ等が用いられる場合も考えられ、その場合であっても本発明を適用することができる。
角速度センサ10から出力された角速度信号は、ハイパスフィルタ(HPF)12に入力し、HPF12によって所定のカットオフ周波数よりも低域側の信号成分が遮断され、カットオフ周波数よりも高域側の信号成分が抽出され、HPF12を通過する。これによって角速度センサ10のDCオフセット電圧が除去されると共に、そのDCオフセット電圧にドリフト等による変動が生じる場合にその信号成分が除去される。
HPF12を通過した角速度信号は続いてアンプ14によって増幅された後、CPU38に入力される。尚、アンプ14からCPU38に入力される角速度信号を第1角速度信号という。
CPU38は、各種処理機能を備えており、CPU38の処理機能を機能ブロックで表すと同図のCPU38のブロック内に示すようにA/D変換部16、32、積分処理部18、D/A変換部20、パンニング判断部34、D/A制御部36等に分けられる。
上記アンプ14からCPU38に入力した第1角速度信号は、A/D変換部16によってデジタル信号に変換された後、積分処理部18によって積分処理され、角度信号に変換される。これにより、光学系の振動によって生じる像振れに対してそれを打ち消す方向及び大きさで像を変位させるための防振レンズ26の変位量(基準位置からの変位量)が角度信号として得られる。
積分処理部18によって求められた角度信号の値は防振レンズ26の移動目標位置を示す値としてD/A変換部20によりアナログ信号に変換された後、CPU38から出力される。
CPU38から出力された角度信号はモータ駆動回路22に入力され、モータ駆動回路22によって、防振レンズ26を左右方向に移動させるモータ24が駆動され、CPU38から出力された角度信号の値に対応した位置に防振レンズ26が移動する。これによって光学系に加わった振動による像振れが補正される。
一方、角速度センサ10から出力されてHPF12に入力する前の角速度信号から、撮影構図変更動作検出用の角速度信号が分岐されてアンプ28の一方の入力端子IN1に入力される。アンプ28の他方の入力端子IN2には、後述するようにCPU38のD/A制御部36からD/A変換器40に出力されたデジタル信号の値(D/A制御値)がD/A変換器40によってアナログ信号に変換されて入力される。
アンプ28は、入力端子IN1から入力された角速度信号の電圧値Vと、入力端子IN2から入力されたD/A制御値VREFとの加算平均値VE(=(V+VREF)/2)を、補正した角速度信号の電圧値VEとして出力する。即ち、入力端子IN1から入力された角速度信号の直流成分値を入力端子IN2から入力されたD/A制御値に応じて増加又は減少させる。アンプ28から出力された角速度信号は、アンプ30によって増幅処理された後、CPU38に入力される。尚、アンプ30からCPU38に入力される角速度信号を第2角速度信号という。そして、CPU38に入力した第2角速度信号は、CPU38のA/D変換部32によってデジタル信号に変換された後、パンニング判断部34及びD/A制御部36に取得される。
パンニング判断部34は、取得した第2角速度信号に基づいて、カメラ(光学系)のパンニングが行われているか否かを判定する。ここで、図2を用いて第2角速度信号に基づくパンニング判断の処理の一例について説明すると、光学系(角速度センサ10)が静止状態のときの値に相当する第2角速度信号のDCオフセット値を第2角速度信号の基準値というものとし、その基準値が同図に示すように予め決められた一定値X0をとるものとする。このとき、図2に示すように光学系に振動が加わると、その振動方向に応じて第2角速度信号の値が一定の基準値X0に対して正負方向に振動する。そして例えば、第2角速度信号の値Xの一定の基準値X0からの変化量ΔX(=X−X0)が正又は負のいずれかの方向に所定のしきい値(As(>0)及び−As)を超えた値(ΔX>As、又は、ΔX<―As)を所定時間以上継続して示した場合にパンニングが行われたと判定する。
一方、パンニングが行われたと判定した後、例えば、上記角速度信号の変化量(ΔX)が所定のしきい値(Bs(>0)及び−Bs)を超えない値(X<Bs、又は、X>−Bs)を所定時間以上継続して示した場合にパンニングが終了したと判定する。尚、しきい値Bsはしきい値Asよりも小さい値に設定される。また、パンニングの開始又は終了の判定方法はこれに限らない。
CPU38はこのようにパンニング判断部34におけるパンニングの開始又は終了の判定処理によって、パンニングが行われていない状態と、パンニングが行われている状態とを判別し、各状態でのHPF12の特性や、積分処理部18での積分処理の特性を変更して像振れ補正の特性(防振特性)を変更する。例えば、パンニングが行われていない状態では、角速度センサ10によって検出された振動の角速度信号に対して像振れ補正が有効に行われる防振特性となるような値にHPF12のカットオフ周波数と、積分処理部の特性を決定する積分定数とを設定する。
一方、パンニングが行われている状態では、角速度センサ10によって検出された振動の角速度信号に対して、即ち、パンニングに起因する角速度信号に対して像振れ補正を無効にし(又は、像振れ補正の効果を低減し)、また、防振レンズ26を基準位置(可動中心)に迅速に戻す防振特性となるような値にHPF12のカットオフ周波数と、積分処理部18の積分定数とを設定する。例えばHPF12のカットオフ周波数は、パンニングが行われていない状態に比べて少なくとも高い値に設定され、角速度センサ10から出力される角速度信号の周波数成分のうち、パンニングに起因して生じると考えられる低周波領域の信号成分が略完全に遮断され、又は、角速度センサ10から出力される角速度信号が実質的に完全に遮断される。積分処理部18の積分定数は、防振レンズ26を迅速に基準位置に戻す角度信号を出力するような値に設定される。
尚、パンニングが行われている状態とパンニングが行われていない状態とで必ずしもHPF12の特性と積分処理部18の積分定数の両方を変更するようにしなくてもよく、いずれか一方のみを変更するようにしてもよい。
D/A制御部36は、A/D変換部32から取得される第2角速度信号の基準値(静止状態での値に相当する第2角速度信号のDCオフセット値)が予め決められた一定値X0となるようにD/A変換器40を介してアンプ28の入力端子IN2に与えるD/A制御値VREFを設定する。
例えば、角速度センサ10が静止しているか否かにかかわらず、一定時間の間にA/D変換部32から取得(サンプリング)される第2角速度信号の値の平均値XEを算出することによってA/D変換部32から取得した第2角速度信号の基準値XEを実測で求める。そして、その第2角速度信号の基準値XEが予め決められた一定値X0と相違する場合、又は、一定値X0に対して正負に一定の微小量ΔX0加減した値X0±ΔX0の範囲を超える場合(X>X0+ΔX0、又は、X<X0−ΔX0)には、D/A制御値VREFを変更する。尚、本実施の形態では第2角速度信号の基準値XEが所定値(X0±ΔX0)の範囲を超えた場合にD/A制御値VREFを変更するものとする。図3に示すように例えば一定時間T1の間にサンプリングした第2角速度信号の値の平均値を算出することによって第2角速度信号の基準値XEが実測され、その基準値XEが角速度センサ10のDCオフセット電圧の個体差によるバラツキやドリフト等による変動によってX0±ΔX0の範囲を超える場合には、D/A制御値VREFが変更される。
D/A制御値VREFを変更する場合、そのD/A制御値VREFは、その値VREFと第2角速度信号の実測の基準値(平均値)XEとの加算平均値((XE+VREF)/2)にアンプ30でのゲインGを掛けた値が一定値X0となるような値に変更される。即ち、VREF=2*(X0−XE)/Gの式により求まる値に変更される。これによって、図3の時間t1後に示すように第2角速度信号が補正され、第2角速度信号の基準値(DCオフセット値)が所定値(X0±ΔX0)の範囲内となるように補正される。
従って、上述のようにパンニング判断部34において第2角速度信号の値Xに対して一定値X0を基準値として求めた変化量ΔXに基づいてパンニングの開始又は終了の判断を行うようにした場合でも、角速度センサ10のDCオフセット電圧のバラツキや変動にかかわらず適切にパンニングの開始及び終了を判断することができる。
尚、D/A制御値VREFを変更する場合において、適切なD/A制御値VREFを求める方法は上述の場合に限らない。例えば、D/A制御値VREFを変更する場合に、D/A制御値VREFを一定量増加又は減少させて第2角速度信号の基準値(平均値)XEを実測し、その実測した基準値XEが一定値X0に一致するか、又は、一定値X0との差が所定値より小さくなるまで、本処理を繰り返すようにして適切なD/A制御値VREFを求めるようにしてもよい。
図4は、上記CPU38における一連の処理手順を示したフローチャートである。CPU38は像振れ補正の処理を開始すると、まず所要の初期設定を行う(ステップS10)。このとき、D/A制御部36が出力するD/A制御値VREFは標準的な初期値に設定される。続いてCPU38は第1角速度信号をアンプ14から取り込むと共に、第2角速度信号をアンプ30から取り込む(ステップS12、S14)。そして、D/A制御部36により一定時間の間にサンプリングした第2角速度信号の値に基づいて第2角速度信号の平均値(基準値)XEを算出し、その平均値XEが所定値(X0±ΔX0)の範囲を超えたか否かを判定する(ステップS16)。この判定処理においてYESと判定した場合にはD/A制御部36により出力するD/A制御値VREFを変更せず、ステップS20に移行する。一方、NOと判定した場合には、上述のように第2角速度信号の基準値が一定値X0となるようにD/A制御値VREFを変更し、そのD/A制御値VREFをD/A変換器40を介してアンプ28の入力端子IN2に出力する(ステップS18)。
次に、CPU38は、パンニング判断部34によりパンニングが開始又は終了したか否かを判定する(ステップS20)。NOと判定した場合にはステップS22の処理を行わずにステップS24に移行する。一方、YESと判定した場合には、HPF12のカットオフ周波数及び積分処理部18の積分定数を変更する(ステップS22)。尚、ステップS20においてパンニングが開始したことを検出した場合には、像振れ補正を無効(停止)、又は、像振れ補正の効果を低減する防振特性となるようにHPF12のカットオフ周波数及び積分処理部18の積分定数を変更し、パンニングが終了したことを検出した場合には、像振れ補正を有効に行う防振特性となるようにHPF12のカットオフ周波数及び積分処理部18の積分定数を変更する。
続いてCPU38は、積分処理部18により第1角速度信号を積分処理し、角度信号に変換する(ステップS24)。そして、その角度信号をD/A変換部20によりデジタル信号に変換してモータ駆動回路22に出力し、防振レンズ26を駆動する(ステップS26)。CPU38は、以上のステップS10〜ステップS24の処理を繰り返し実行する。
尚、上記実施の形態では、左右方向の像振れ補正に関して説明したが上下方向の像振れ補正についても同様に実施され、パンニングに対する処理と同様にチルティングに対する処理が行われる。
また、上記実施の形態では、防振レンズ26を変位させることにより光学系の像を意図的に変位させる像変位手段によって振動による像振れを打ち消すようにしたが、この場合の他に、カメラの撮像素子を変位させて像を意図的に変位させる像変位手段によって、振動による像振れを打ち消すようにしたものや、光学的な像変位手段によって像振れを補正するのではなく、カメラの撮像素子によって撮像される撮影画像の範囲内から記録又は再生用の映像信号として切り出す範囲を変位させて像を意図的に変位させる電子的な像変位手段によって振動による像振れを打ち消すようにしたもの等であっても本発明を適用することができる。
図1は、本発明に係る像振れ補正装置の構成を示した構成図である。 図2は、第2角速度信号によるパンニング判断の処理の説明に使用した説明図である。 図3は、第2角速度信号の基準値(DCオフセット値)の補正の説明に使用した説明図である。 図4は、CPUにおける処理手順を示したフローチャートである。
符号の説明
10…角速度センサ、12…ハイパスフィルタ(HPF)、14、28、30…アンプ、16、32…A/D変換部、18…積分処理部、20…D/A変換部、22…モータ駆動回路、24…モータ、26…防振レンズ、38…CPU、40…D/A変換器

Claims (4)

  1. 像を結像する光学系と、前記光学系に加わった振動に応じた振れ信号を出力する振れ検出手段と、前記像を変位させる像変位手段と、前記振れ検出手段により出力された振れ信号の周波数成分のうち低周波領域の信号成分を遮断して該低周波領域以外の周波数領域の信号成分を抽出するフィルタ手段と、該フィルタ手段により抽出された振れ信号に基づいて前記光学系に加わった振動に起因する像振れを打ち消すように前記像変位手段により像を変位させて像振れ補正を行う像振れ補正手段と、を備えた像振れ補正装置において、
    前記振れ検出手段により出力され、前記フィルタ手段に入力する前の振れ信号を撮影構図変更動作検出用の振れ信号として取得する振れ信号取得手段と、
    前記振れ信号取得手段により取得された振れ信号の所定時間の間における平均値を算出する平均値算出手段と、
    前記振れ信号取得手段により取得された振れ信号の直流成分を加減することによって前記平均値算出手段により算出された平均値が所定の一定値となるように前記振れ信号取得手段により取得された振れ信号を補正する補正手段と、
    前記補正手段により補正された振れ信号の前記所定の一定値からの変化量に基づいて撮影構図変更動作が行われていることを検出する撮影構図変更動作検出手段と、
    前記撮影構図変更動作検出手段により撮影構図変更動作が行われていることが検出された場合には像振れ補正の特性を変更する特性変更手段と、
    を備えたことを特徴とする像振れ補正装置。
  2. 前記振れ検出手段は、角速度センサであり、前記振れ検出手段により出力される振れ信号は角速度信号であることを特徴とする請求項1の像振れ補正装置。
  3. 前記特性変更手段は、前記撮影構図変更動作検出手段により撮影構図変更動作が行われていることが検出された場合には像振れ補正を無効にする特性に変更することを特徴とする請求項1の像振れ補正装置。
  4. 前記像変位手段は、前記光学系に光軸に対して垂直方向に移動可能に配置された防振レンズであることを特徴とする請求項1の像振れ補正装置。
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