JP6501463B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置及びその制御方法に関し、特に、蛍光灯等の人工光源下での撮影の際にフリッカーを検知し、フリッカーによる明暗の変化の少ないタイミングで露光を行う技術に関する。

近年、デジタルカメラの撮像素子の高感度化に伴い、室内のような比較的暗い環境下においても高速のシャッタ速度でブレのない写真を撮影することができるようになってきている。ここで、室内光源として普及している蛍光灯では、電源（一般的に、商用電源）の周波数の影響により、周期的に照明光がゆらぐフリッカーと呼ばれる現象が生じる。そして、フリッカーが生じる光源（以下「フリッカー光源」と記す）下での高速シャッタ撮影では、フリッカーの影響によって、フレーム毎に画像の露出や色温度にばらつきが生じてしまい、また、１フレーム内で露出ムラや色ムラが発生してしまうことがある。

ここで、フリッカー光量のピーク近傍では明暗の変化は小さい。そこで、フリッカーの周期と位相を検知し、フリッカー光源からの光量（以下「フリッカー光量」という）のピークタイミングに合わせて露光を行うようにフリッカー同期信号を生成して撮影を行うフリッカー除去システムが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−１９３９２２号公報

しかしながら、商用電源の周波数のゆらぎは、短い時間でみると±０．２Ｈｚ程度あると言われており、フリッカー光源の明滅周波数のゆらぎは、±０．４Ｈｚ程度ある。そのため、上記特許文献１に記載されたフリッカー除去システムでは、フリッカー検知から時間が経過すると、商用電源の周波数のゆらぎの影響で、フリッカー同期信号とフリッカー光量のピークタイミングとの関係がずれてくる。

図９は、フリッカー光量、フリッカー同期信号及びシャッタ動作の関係と、シャッタ動作によって得られる撮影像（１フレームの画像）における輝度分布を模式的に示す図である。図９（ａ）〜（ｃ）において、フリッカー同期信号からシャッタ動作までの時間は一定であり、シャッタ速度（露光時間）も一定である。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、フリッカー検知から約１００ｍｓ（ミリ秒），２００ｍｓ，３００ｍｓが経過したときの状態を示している。図９から、一度、フリッカー検知を行ってフリッカー同期信号のタイミングを算出しても、フリッカー検知からの時間の経過と共に、フリッカー光量のピークタイミングとシャッタ動作のタイミングとがずれてしまうことで、輝度分布の異なる撮影像となってしまうことがわかる。

本発明は、所定の周波数の電源により点灯するフリッカー光源下において、電源周波数のゆらぎによらず、安定した露出を行うことができる技術の提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、撮像手段と、前記撮像手段を用いた複数回の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいてフリッカーを検知する検知手段と、を備える撮像装置であって、前記検知手段は、前記撮像手段を用いた第１の回数の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、フリッカーの周期とフリッカーの光量が所定値となるタイミングを検知する第１のフリッカー検知と、前記撮像手段を用いた前記第１の回数よりも少ない第２の回数の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、前記フリッカーの光量が所定値となるタイミングを検知する第２のフリッカー検知と、を実行することができ、前記第１のフリッカー検知によりフリッカーを検知しているときに、被写体を撮像するための本露光の撮像指示から該撮像指示に応じた露光開始までの期間と重なるタイミングで前記第２のフリッカー検知を実行することを特徴とする。

本発明によれば、フリッカー光源下において、電源周波数のゆらぎによらず、安定した露出を行うことができ、これにより、安定した撮像出力を得ることができる。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。 図１のデジタルカメラでの撮影制御のフローチャートである。 周波数が５０Ｈｚ，６０Ｈｚの各電源で点灯させたフリッカー光源に対する測光センサの電荷蓄積制御と出力測光値の推移を示す図である。 フリッカー光量のピークタイミング（位相）を算出する方法の一例を説明する図である。 フリッカー同期信号とシャッタ開始信号の関係（タイミング）を示す図である。 図１のデジタルカメラのシャッタスイッチのＳＷ２がオンされてから撮像素子による撮影動作が行われるまでの撮影シーケンスを示す第１の図である。 図１のデジタルカメラのシャッタスイッチのＳＷ２がオンされてから撮像素子による撮影動作が行われるまでの撮影シーケンスを示す第２の図である。 図２のステップＳ２１０での絞り動作と測光値に掛けるゲインとの関係を説明する図である。 フリッカー光量、フリッカー同期信号及びシャッタ動作の関係と、シャッタ動作によって得られる撮影像における輝度分布を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る撮像装置として、所謂、デジタルカメラを取り上げることとする。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、カメラ機能を備える各種の電子機器であってもよい。例えば、本発明に係る撮像装置は、携帯電話やスマートフォン等のカメラ機能付き携帯通信端末、カメラ機能付き携帯型コンピュータ、カメラ機能付き携帯ゲーム機等であってもよい。

＜デジタルカメラの概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１００の概略構成を示す図である。デジタルカメラ１００は、大略的に、カメラ本体１００Ａ及びレンズ鏡筒１００Ｂから構成される。撮像光学系であるレンズ鏡筒１００Ｂは、カメラ本体１００Ａと一体となっていてもよいし、カメラ本体１００Ａに対して着脱自在であってもよい。

カメラ本体１００Ａは、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、撮像素子１０３、シャッタ１０４、ハーフミラー１０５、ピント板１０６、表示素子１０７及び測光センサ（ＡＥセンサ）１０８を備える。また、カメラ本体１００Ａは、ペンタプリズム１０９、不図示の光学ファインダ、ＡＦ（自動合焦）センサ１１０、ＡＦミラー１１１、ＩＣＰＵ１１２及びメモリ１１３を備える。レンズ鏡筒１００Ｂは、複数のレンズ１２１と、不図示の絞りと、ＬＰＵ１２２とを備える。

ＣＰＵ１０１は、デジタルカメラ１００の各部を制御するマイクロコンピュータである。メモリ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムや変数等を格納するＲＯＭと、ＣＰＵ１０１がプログラムを展開する作業領域や一時的に画像データ等を記憶するＲＡＭを含む。ＬＰＵ１２２は、鏡筒内ＣＰＵであり、被写体に対する距離情報等をＣＰＵ１０１へ送信し、また、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいてレンズ１２１の駆動制御等を行う。撮像素子１０３は、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むＣＣＤセンサ或いはＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。シャッタ１０４は、非撮影時には閉じて撮像素子１０３を遮光し、撮影時には開いてレンズ鏡筒１００Ｂを通過した入射光（光束）を撮像素子１０３へ導く。

撮像素子１０３の前面側（被写体側）に設けられたハーフミラー１０５は、非撮影時にレンズ１２１を通して入射する光の一部を反射して、ピント板１０６に光学像を結像させる。表示素子１０７は、ＰＮ液晶等のＡＦ測距枠を表示し、被写体のどの位置に対してＡＦ動作の制御が行われているかを、光学ファインダを通じて撮影者に示す。測光センサ１０８は、ＣＣＤ或いはＣＯＭＳ等の撮像素子からなり、本実施形態では、測光センサ１０８からの出力信号を用いて、顔検出や追尾、測光、フリッカー検知等を行う。なお、本実施形態では、フリッカー検知手段として測光センサ１０８を用いているが、本撮影を行うための撮像素子１０３をフリッカー検知手段として用いることもできる。

ペンタプリズム１０９は、ピント板１０６の被写体像を測光センサ１０８と光学ファインダへ導く。なお、測光センサ１０８は、ペンタプリズム１０９を介してピント板１０６に結像された被写体像を斜め方向の位置から見ている。ＡＦミラー１１１は、レンズ鏡筒１００Ｂから入射してハーフミラー１０５を通過した光束の一部をＡＦセンサ１１０へ導く。ＡＦセンサ１１０は、受光した光束に基づいて、被写体に対する合焦のための測距を行う。

ＩＣＰＵ１１２は、測光センサ１０８の駆動制御や測光演算、顔検知演算や追跡演算等の被写体認識処理、フリッカー検知演算等の各種の演算処理を行うＣＰＵである。メモリ１１３は、ＩＣＰＵ１１２が実行するプログラムや変数等を格納するＲＯＭと、ＩＣＰＵ１１２がプログラムを展開する作業領域や一時的に演算結果を記憶するＲＡＭを含む。なお、本実施形態では、測光センサ１０８のために専用ＣＰＵであるＩＣＰＵ１１２を備える構成としているが、測光センサ１０８の駆動制御や画像処理、演算をＣＰＵ１０１で行う構成としてもよい。

なお、図１には不図示であるが、デジタルカメラ１００は、電源スイッチ及びシャッタスイッチを備える。シャッタスイッチは、半押し（第１ストローク）でオンするスイッチＳＷ１と、全押し（第２ストローク）でオンするスイッチＳＷ２とを備える。スイッチＳＷ１がオンすることで、測光センサ１０８からの出力に基づく露出制御とＡＦセンサ１１０からの出力に基づく自動合焦制御が実行される。また、スイッチＳＷ２がオンすることで、本撮影が行われる。本撮影では、撮像素子１０３に結像した光学像が撮像素子１０３によってアナログ電気信号に変換され、そのアナログ電気信号が不図示の画像処理手段によりデジタル画像データに変換され、不図示のメモリカード等の記憶手段に記憶される。

＜デジタルカメラでの撮影制御方法＞
図２は、デジタルカメラ１００での撮影制御のフローチャートである。図２に示す各処理は、ＣＰＵ１０１がＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開することにより、デジタルカメラ１００の各構成要素の動作を制御することにより実現される。なお、図２に示す処理の中には、ＣＰＵ１０１の制御下において実質的にＩＣＰＵ１１２が実行する処理があり、その処理については動作主体をＩＣＰＵ１１２として説明を行うこととする。

デジタルカメラ１００の電源がオンされると、ステップＳ２０１において、ＣＰＵ１０１はレンズ情報を取得する。なお、レンズ情報は、ＣＰＵ１０１とＬＰＵ１２２との間のシリアル通信によってＬＰＵ１２２から取得することができ、ＣＰＵ１０１は、取得したレンズ情報から絞り動作の開始タイミングや動作速度を知ることができる。

ステップＳ２０２では、ＩＣＰＵ１１２が通常の測光動作を行う。ステップＳ２０２の通常測光では、フリッカー光源下であってもフリッカーによる明暗の変化に対して測光値がばらつくことのないようにする。そのために、測光センサ１０８での電荷蓄積時間は、例えば、フリッカー光源の明暗が変化する周期の略整数倍に設定される。

ここで、フリッカー光源の明暗が変化する周波数は、電源周波数の２倍になることから、商用電源の周波数が５０Ｈｚの地域では周波数１００Ｈｚとなり、その周期は１０ｍｓとなる。同様に、商用電源の周波数が６０Ｈｚの地域では、周波数が１２０Ｈｚ、周期が８．３３ｍｓとなる。これら２種類の周波数に対応するために、測光センサ１０８での電荷蓄積時間を、１０ｍｓと８．３３ｍｓの中間の約９ｍｓ程度に設定する。その場合、電源周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚのどちらであっても、フリッカーのほぼ１周期分の光を蓄積することになるので、フリッカー光源下でも安定した測光値を得ることができる。

ステップＳ２０２では更に、ＩＣＰＵ１１２は、得られた測光値に基づいて、露出条件である絞り値ＡＶ、シャッタ速度ＴＶ及びＩＳＯ感度を、メモリ１１３に予め格納されているプログラム線図を利用して決定する。

ステップＳ２０３では、ＩＣＰＵ１１２が、フリッカー検知のための、測光センサ１０８での電荷の蓄積と読み出しを行う。本実施形態では、ステップＳ２０３では、図３に示すように、測光センサ１０８での電荷の蓄積と読み出しを、６００ｆｐｓ（frames per second）の周波数（＝約１．６６７ｍｓの周期）で連続して１２回行う。

なお、図３の詳細については、後にステップＳ２０４の処理の内容について説明する際に併せて説明することとし、ここで、測光センサ１０８を約６００ｆｐｓで駆動させる方法について説明する。６００ｆｐｓという周波数は、予想されるフリッカー光源の電源周波数（１００Ｈｚと１２０Ｈｚ）の公倍数の周波数となっている。近年の一眼レフカメラには、撮影の直前に測光センサ１０８で画像信号を取得し、取得した画像信号を処理することによって顔検出や被写体追尾を行い、更にその画像信号に基づいて測光を行っているものがある。このとき、例えば、顔検出を行う場合には、少なくともＱＶＧＡ程度の画素数を備えるＣＣＤ或いはＣＭＯＳ等のリニア出力型の測光センサが必要とされる。

ＱＶＧＡ以上の画素数を有するＣＣＤやＣＭＯＳの全画素を約６００ｆｐｓ以上のフレームレートで読み出すためには、駆動周波数を高くする方法や多数のＡ／Ｄ変換器を配置する方法等がある。しかし、これらの方法には、回路構成が複雑になるという問題やコストが嵩むという問題、技術的にも容易ではないという問題等がある。そこで、顔検出や被写体追尾を行う際には全画素数を読み出し、一方、フリッカー検知を行う際には、画素加算読み出しや間引き読み出しを行うことによって、６００ｆｐｓの周波数に調整することを考える。

測光センサ１０８がＣＣＤである場合、一般的にＣＣＤは部分読み出しができないため、画素加算による読み出しライン数の擬似的減少によって高速駆動させるとよい。例えば、画素配列がストライプ状のセンサでは、垂直画素加算を行うことによって、下記表１に示すように、読み出し時間（１Ｖ時間）を短縮することができる。表１の例では、９画素加算を行うことにより、フレームレートを約６００ｆｐｓにすることができ、その場合に得られる画像は、垂直方向の画素数が１／９になったものとなる。また、測光センサ１０８がＣＭＯＳである場合には、比較的簡単に部分読み出しを行うことができるため、いわゆる間引き読み出しによって蓄積と読み出しの合計時間が約１．６６７ｍｓとなるように調整するとよい。

図２の説明に戻る。ステップＳ２０３の後のステップＳ２０４では、ＩＣＰＵ１１２が、フリッカー検知演算を行う。図３（ａ）は、周波数が５０Ｈｚの電源で点灯させたフリッカー光源に対する測光センサ１０８の電荷蓄積制御と出力測光値の推移を示す図である。ｎ回目（ｎ：自然数）の電荷蓄積を“蓄積ｎ”、蓄積ｎの読み出しを“読出ｎ”、読出ｎの結果から得られる測光値を“ＡＥ（ｎ）”と記述する。なお、電荷蓄積は有限の時間で行われるため、図３（ａ）に示す測光値ＡＥ（ｎ）の取得時間については、蓄積期間中の中央値で代表させることとする。

電源周波数が５０Ｈｚの場合のフリッカー発光周期は約１０ｍｓであり、“１０÷１．６６７≒６”であるから、図３（ａ）に示すように、蓄積のタイミングによらず、６回周期で同じ測光値が得られる。即ち、“ＡＥ（ｎ）＝ＡＥ（ｎ＋６）”の関係となる。

図３（ｂ）は、周波数が６０Ｈｚの電源で点灯させたフリッカー光源に対する測光センサ１０８の電荷蓄積制御と出力測光値の推移を示す図である。電源周波数が５０Ｈｚの場合と同様に、電源周波数が６０Ｈｚの場合には、フリッカー発光周期は約８．３３ｍｓであり、“８．３３／１．６６７≒５”となる。つまり、図３（ｂ）に示すように、５回周期で同じ測光値が得られ、“ＡＥ（ｎ）＝ＡＥ（ｎ＋５）”の関係となる。なお、フリッカーが生じない光源の下では、ＡＥ（ｎ）は、ｎに関係なく常に一定となる。

電源周波数が５０Ｈｚであるフリッカー光源下での評価値Ｆ５０と、電源周波数が６０Ｈｚであるフリッカー光源下での評価値Ｆ６０をそれぞれ、下記式１、式２の通りに定義することとする。

このとき、所定の閾値Ｆ＿ｔｈを用いて、“Ｆ５０＜Ｆ＿ｔｈ、且つ、Ｆ６０＜Ｆ＿ｔｈ”の関係が成り立つ場合には、フリッカーなし（フリッカー光源下ではない）と判断することができる。また、“Ｆ５０＜Ｆ＿ｔｈ、且つ、Ｆ６０≧Ｆ＿ｔｈ”の関係が成り立つ場合には、電源周波数が５０Ｈｚであるフリッカー光源下であると判断することができる。更に、“Ｆ５０≧Ｆ＿ｔｈ、且つ、Ｆ６０＜Ｆ＿ｔｈ” の関係が成り立つ場合には、電源周波数が６０Ｈｚであるフリッカー光源下であると判断することができる。

ここで、デジタルカメラ１００のパンニング操作や被写体の動きに起因して、評価値Ｆ５０，Ｆ６０の両方が閾値Ｆ＿ｔｈを超えてしまう場合が考えられる。この場合には、評価値Ｆ５０，Ｆ６０の大きさを比較する。“Ｆ５０≧Ｆ＿ｔｈ、且つ、Ｆ６０≧Ｆ＿ｔｈ”の場合において、“Ｆ５０≦Ｆ６０”の場合には、電源周波数が５０Ｈｚであるフリッカー光源下であると判断し、“Ｆ５０＞Ｆ６０”の場合には、電源周波数が６０Ｈｚであるフリッカー光源下であると判断する。但し、この場合には、フリッカー検知結果の信頼性が低いとして、フリッカー検知をやり直すようにしてもよい。

ステップＳ２０４では更に、ＩＣＰＵ１１２は、フリッカーが存在する場合には、フリッカー光の位相を求める。フリッカー光の位相の求め方としては、例えば、連続する１２回の電荷蓄積と読み出しで得られた測光値を補間し、フリッカー光量が最大となるピークタイミングを算出する方法を用いることができる。

図４は、フリッカー光量のピークタイミングを算出する方法の一例を説明する図である。図４中、測光値ＡＥ（１）〜ＡＥ（１２）の中で最大出力を得た点をＰ２［ｔ（ｍ），ＡＥ（ｍ）］とし、その１つ前の測光点をＰ１［ｔ（ｍ−１），ＡＥ（ｍ−１）］とし、１つ後の測光点をＰ１［ｔ（ｍ＋１），ＡＥ（ｍ＋１）］とする。測光値ＡＥ（ｍ−１），ＡＥ（ｍ＋１）のうちの小さい値を取る点（図４の例ではＰ１）と点Ｐ２とを通る直線を“Ｌ１=ａｔ＋ｂ”として求める。そして、測光値ＡＥ（ｍ−１），ＡＥ（ｍ＋１）のうちの大きい値を取る点（図４の例ではＰ３）を通り、傾きが-ａの直線をＬ２として、直線Ｌ１，Ｌ２の交点を求める。この交点から、フリッカー用測光開始時を基準（０ｍｓ）としたときのピークタイミングｔ＿ｐｅａｋと、ピークタイミングｔ＿ｐｅａｋでの測光値ＡＥ＿ｐｅａｋを算出することができる。なお、ここではフリッカー光量のピークタイミングを算出したが、フリッカー光量のボトムタイミングを算出してもよい。

ステップＳ２０４の後のステップＳ２０５では、ＩＣＰＵ１１２が、ステップＳ２０４で求めたフリッカーの周波数及び位相（例えば、ピークタイミングｔ＿ｐｅａｋ）からフリッカー同期信号を生成し、ＣＰＵ１０１へ出力する。フリッカー同期信号は、フリッカーの所定のタイミングに同期した信号であり、本実施形態では、フリッカー発光周期毎に発生させる。

図５は、フリッカー同期信号とシャッタ開始信号の関係（タイミング）を示す図であり、シャッタ速度が１／１０００ｓｅｃの場合と１／２００ｓｅｃの場合とを例示している。図５において、フリッカー同期信号からシャッタ１０４がシャッタ動作を開始するためのシャッタ開始信号までの待ち時間を“Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＷａｉｔ（以下「Ｔ＿ＳＷ」と記す）”とする。また、シャッタ開始信号から実際にシャッタ１０４が動作を開始するまでのレリーズタイムラグを“Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＲｅｓｐｏｎｓｅ（以下「Ｔ＿ＳＲ」と記す）”とする。つまり、フリッカー同期信号から“Ｔ＿ＳＷ＋Ｔ＿ＳＲ”だけ時間が経過した後に、実際にシャッタ１０４は走行を開始する。更に、シャッタ１０４が撮像素子１０３の端から端まで走る時間を“Ｔ＿Ｒｕｎ”とする。

フリッカー光量の変化は、ピークタイミングｔ＿ｐｅａｋを挟む前後で小さい。そこで、シャッタ１０４の先幕走行開始から後幕走行終了までの時間Ｔ＿Ｒｕｎ（つまり、露光時間）の略中心にフリッカー光量のピークタイミングがくるように、待ち時間Ｔ＿ＳＷをシャッタ速度毎に変更することで、シャッタ開始信号を出すタイミングを調整する。

なお、ステップＳ２０４においてフリッカー発光周期Ｔとピークタイミングｔ＿ｐｅａｋが判明している。フリッカー同期信号の発生タイミングｔ＿Ｆｌｉｃｋｅｒ（以下「ｔ＿Ｆ」と記す）は、フリッカー検知のための測光開始時を基準（０ｍｓ）として、“ｔ＿Ｆ=ｔ＿ｐｅａｋ−Ｔ＿ＳＲ−（Ｔ＿Ｒｕｎ＋ＴＶｍａｘ）／２＋Ｔ×ｎ”で表される。ここで、ｎは自然数、ＴＶｍａｘは、フリッカー対策の実行／不実行の境界となるシャッタ速度である。このように、発生タイミングｔ＿Ｆがピークタイミングｔ＿ｐｅａｋ毎に変化するようなフリッカー同期信号とするとよい。

ところで、シャッタ速度ＴＶが１／１００ｓｅｃ（＝１０ｍｓ）より遅い場合は、フリッカー光源からの１周期分以上の光を含む露光となるため、フリッカーに起因する露出ばらつきは小さくなる。そこで、本実施形態では、シャッタ速度ＴＶが１／１００ｓｅｃよりも速い場合にのみ、フリッカー対策を講じることを考える。また、シャッタ速度ＴＶが１／１１１（≒９ｍｓ）前後である場合、測光センサ１０８はフリッカー光源からのほぼ１周期分の光を電荷として蓄積することになるため、フリッカー光源下でも安定した露光を得ることができる。従って、本実施形態では、シャッタ速度が８ｍｓ（＝１／１２５ｓｅｃ）より速い場合にフリッカー対策を講じることとし、よって、以下の説明では、ＴＶｍａｘ＝１／１２５ｓｅｃ（＝８ｍｓ）とする。

なお、待ち時間Ｔ＿ＳＷを、“Ｔ＿ＳＷ＝（ＴＶｍａｘ−ＴＶ）／２、且つ、ＴＶ＜１／１２５”とすると、フリッカー光量のピークタイミングｔ＿ｐｅａｋを、シャッタ１０４の先幕走行開始から後幕走行終了までの時間の中心にくるように設定することができる。このようにしてシャッタ速度毎に設定した待ち時間Ｔ＿ＳＷをテーブルにしてメモリ１１３に記憶しておいてもよい。表２に、シャッタ速度と待ち時間Ｔ＿ＳＷとの関係を示すテーブルの例を示す。

ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６では、ＣＰＵ１０１が、スイッチＳＷ２がオンされたか否か（ユーザがシャッタスイッチを全押ししたか否か）を判定する。ＳＷ２がオンされていない場合（Ｓ２０５でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ２０２へ戻し、フリッカー発光周期と位相を最新の情報に更新していく。このとき、本実施形態では、１回の通常測光について１回のフリッカー検知処理を繰り返すシーケンスとしているが、ステップＳ２０３，Ｓ２０４のようなフリッカー検知処理は、複数回の通常測光に対して１回のみ行うようにしてもよい。

一方、ＳＷ２がオンされた場合（Ｓ２０６でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ２０７へ進める。ステップＳ２０７においてＣＰＵ１０１は、ＳＷ２がオンされてから所定時間内に、つまり、撮像素子１０３による撮影動作が行われるまでの間に、フリッカー検知処理を完了することができる否かを判定する。ＣＰＵ１０１は、フリッカー検知処理の実施が不可能な場合（Ｓ２０７でＮＯ）、処理をステップＳ２０８へ進め、フリッカー検知処理の実施が可能な場合（Ｓ２０７でＹＥＳ）、処理をステップＳ２０９へ進める。

ここで、ステップＳ２０７でのフリッカー検知処理の実施可否判定について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、ＳＷ２がオンされてから撮像素子１０３による撮影動作が行われるまでのハーフミラー１０５、絞り及びシャッタ１０４の動作の関係を表す撮影シーケンスを示す図である。

図６（ａ）は、フリッカー対策を講じない通常撮影時の撮影シーケンスを表している。通常撮影では、ＳＷ２がオンされると、ＣＰＵ１０１がＳＷ２のオン信号に基づいてミラーアップ用モータ（図１に不図示）を駆動することで、ハーフミラー１０５のミラーアップ動作（撮像素子１０３の前面からの退避）が開始される。ミラーアップ動作が完了すると、ハーフミラー１０５は、アップした状態でバウンドしてから安定状態になる。安定した撮影を行うために、ミラーアップ指示をしてからバウンドが収まって撮影可能状態となるまでの時間（ミラーアップ安定時間）を、カメラ本体１００Ａに設けられたタイマ（計時手段（図１に不図示））によって計測する。

また、ＣＰＵ１０１は、ＳＷ２のオン信号に基づいて、撮影条件として設定された絞りとなるようにＬＰＵ１２２に指示を行う。なお、図６及び図７では、ＣＰＵ１０１とＬＰＵ１２２との間の通信を「レンズ通信」と記している。ＬＰＵ１２２は、ＣＰＵ１０１から指示された絞り状態となるように絞りを駆動し、絞りの駆動が終了すると、そのことをＣＰＵ１０１へ通知して、絞り動作を終了させる。

ＣＰＵ１０１は、ＳＷ２がオンしてからシャッタ先幕を走行させるまでの時間（レリーズ安定時間）を、タイマによって計測する。このレリーズ安定時間の計測は、ＳＷ２がオンしてから撮像素子１０３による撮影までの時間にばらつきが生じないようにするために行われ、これにより、安定した撮影が可能となる。

通常撮影は、これらのミラーアップ安定時間、絞り駆動時間、レリーズ安定時間の３つの時間が終了した時点で実施可能となる。図６（ａ）の例では、レリーズ安定時間が最も遅く終了するため、レリーズ安定時間の終了に合わせて、撮像素子１０３による撮影動作が開始される。

図６（ｂ）は、フリッカーレス撮影を行う場合の撮影シーケンスを表している。なお、フリッカーレス撮影とは、上述したフリッカー対策を講じることで、フリッカー光源下でフリッカーの影響を受けずに、安定した撮像出力を得る撮影をいう。フリッカーレス撮影でも絞り動作には時間がかかるため、ＳＷ２がオンされると図６（ａ）の通常撮影時と同じ動作が行われる。なお、ここでの、絞り動作についての説明は、重複するために省略する。

一方、ミラーアップ動作は動作完了までが早いため、シャッタ１０４の先幕走行開始タイミングからミラーアップ安定時間を逆算することで、ミラーアップ動作の開始時間を決定することとする。なお、レンズ１２１のレンズ情報と撮影条件で設定された絞り値とから絞り駆動時間がわかるので、ミラーアップ安定時間の計測開始時間は、絞り駆動時間とレリーズ安定時間とを比較して、長い方の完了時間から逆算すればよい。

フリッカーレス撮影では、ミラーアップ動作の開始が、ＳＷ２がオンされた直後ではなくなったことで、ＳＷ２がオンされた後に測光センサ１０８への光路が確保され、これによりフリッカー検知を実施する時間を確保することが可能になる。フリッカー検知実施可能時間は、“絞り駆動時間≦レリーズ安定時間”の場合、“［フリッカー検知実施可能時間］＝［レリーズ安定時間］−［ミラーアップ安定時間］”、で求められる。また、“絞り駆動時間＞レリーズ安定時間”の場合、“［フリッカー検知実施可能時間］＝［絞り駆動時間］−［ミラーアップ安定時間］”、で求められる。

デジタルカメラの中には、レリーズタイムラグにバラつきがあっても、絞り駆動時間とミラーアップ安定時間とが完了した時点で撮影を実施することで、撮影開始時間を早めることが可能なものがある。その場合、フリッカー検知実施可能時間は、絞り駆動時間によって決定されることになり、“［フリッカー検知実施可能時間］＝［絞り駆動時間］−［ミラーアップ安定時間］”、で求められる。

フリッカー検知実施可能時間内にフリッカー検知処理を実施し、フリッカー同期信号を更新するためには、図４に示したように、６回の電荷蓄積と読み出しを実施することができればよい。但し、その場合、１２回の電荷蓄積によるフリッカー発光周期Ｔの検知を行うことはできないため、フリッカー発光周期Ｔについては、以前に検知した結果を用いることとなる。６回の電荷蓄積によるフリッカー光量のピークタイミングｔ＿ｐｅａｋの演算のみを行う場合には、フリッカー発光周期Ｔの演算等をも行う場合よりも演算時間が短くて済むことから、短時間でフリッカー検知を完了させることが可能となる。

なお、フリッカー検知実施可能時間中に１２回の電荷蓄積が可能であり、且つ、ピークタイミングｔ＿ｐｅａｋの演算に加えてフリッカー発光周期Ｔの演算も実施することが可能である場合には、これら両方の演算を実施しても構わない。また、測光値がフリッカー光量のピークタイミングｔ＿ｐｅａｋを表すような、上昇と下降を交互に繰り返す変化を見せた場合には、６回の電荷蓄積回数に到達する前にピークタイミングｔ＿ｐｅａｋを演算することが可能である。よって、ピークタイミングｔ＿ｐｅａｋのみを求める場合には、上記の６回の電荷蓄積回数に限られず、６回の電荷蓄積回数に到達する前に電荷蓄積を完了させることも可能である。

図７は、ＳＷ１のオンによりステップＳ２０３〜Ｓ２０５のフリッカー検知処理が実行されているときにＳＷ２がオンされた場合の撮影シーケンスを表した図である。この場合、ＣＰＵ１０１は、ＳＷ２がオンされた後もＳＷ１がオンされたことで開始されたフリッカー検知を継続した場合に、フリッカー検知実施可能時間内に、残りの処理を完了させることができるか否かを判断する。ＣＰＵ１０１は、フリッカー検知が完了すると判断される場合にはフリッカー検知処理を継続し、フリッカー検知が完了しないと判断される場合には、フリッカー検知処理を途中で中断する。その他のシーケンスは、図６（ｂ）のシーケンスと同じであるため、説明を省略する。

ステップＳ２０８においてＣＰＵ１０１は、フリッカー検知を行わず、それ以前に検知されたフリッカー情報を用いて撮影動作を行い、その後、本処理を終了させる。一方、ステップＳ２０９では、ＩＣＰＵ１１２が、図６（ｂ）及び図７を参照して説明した通りに、フリッカー検知用の電荷蓄積と読み出し動作を行う。ステップＳ２０９の処理は、ステップＳ２０３の処理と同じであるが、フリッカー検知実施可能時間に処理が完了するように、６回の電荷蓄積によってフリッカー光量のピークタイミングｔ＿ｐｅａｋだけを演算するようにしてもよい。

ステップＳ２１０においてＣＰＵ１０１は、ステップＳ２０９での読み出しによって得られる測光値に、絞り駆動に応じたゲインを掛ける。図８は、絞り動作と測光値に掛けるゲインとの関係を説明する図であり、ここでは、開放絞りＦ２．８のレンズの場合を例示している。なお、図８では、蓄積ｎに対してかけるゲインをＧａｉｎ（ｎ）で表している。

フリッカーレス撮影時の撮影シーケンスでは、図６（ｂ）及び図７に示したように、ＣＰＵ１０１とＬＰＵ１２２との間のレンズ通信が行われた後に絞り駆動が開始される。そのため、絞り駆動が開始されると、図８に示されるような速度で絞りが動作し、測光センサ１０８に届く光量が低下する。つまり、フリッカー検知用の電荷蓄積中に絞り駆動が実行されるため、ＳＷ１のオンにより実行されるステップＳ２０３のフリッカー検知用の電荷蓄積に対して、測光値が低く算出されることになる。そこで、この光量低下分を打ち消すように絞り駆動に応じたゲインを測光値に掛けることで、フリッカー検知用の電荷蓄積と同様の測光値に補正する。なお、レンズ鏡筒１００Ｂがカメラ本体１００Ａに対して着脱自在な、所謂、交換レンズである場合、レンズ鏡筒１００Ｂ毎に、レンズ通信時間、開放絞り値、最大絞り値、絞り駆動速度等は異なる。よって、カメラ本体１００Ａに装着したレンズ鏡筒１００Ｂに応じて補正量ゲインを求める必要がある。

ステップＳ２１１では、ＩＣＰＵ１１２が、ステップＳ２１０で求めた測光値を用いてフリッカー検知演算を行い、その処理内容はステップＳ２０４の処理内容と同じである。なお、ステップＳ２１１では、フリッカーのピークタイミングの演算までを行うか又は周期演算まで行うかが、ステップＳ２０９で行った電荷蓄積回数に応じて変更される。

ステップＳ２１２では、ＩＣＰＵ１１２が、ステップＳ２１１で求めたフリッカーのピークタイミングに基づいてフリッカー同期信号を生成し、その処理内容はステップＳ２０５の処理内容と同じである。ステップＳ２１２の後、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ２０８へ進めて撮影動作を行い、その後、本処理を終了させ、これによりデジタルカメラ１００は、撮影待機状態へ戻る。

以上の説明の通り、本実施形態によれば、ＳＷ２がオンしてからフリッカー検知のための測光センサ１０８での電荷蓄積と読み出し、演算を行うことができる。つまり、撮影直前のフリッカー同期信号を生成することが可能となるため、フリッカー光源下でも安定した撮像出力を得ることができる。

１００ デジタルカメラ
１００Ａ カメラ本体
１００Ｂ レンズ鏡筒
１０１ ＣＰＵ
１０３ 撮像素子
１０４ シャッタ
１０５ ハーフミラー
１０７ 表示素子
１０８ 測光センサ
１１２ ＩＣＰＵ
１２２ ＬＰＵ

Claims (10)

1. 撮像手段と、
   前記撮像手段を用いた複数回の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいてフリッカーを検知する検知手段と、を備える撮像装置であって、
   前記検知手段は、前記撮像手段を用いた第１の回数の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、フリッカーの周期とフリッカーの光量が所定値となるタイミングを検知する第１のフリッカー検知と、前記撮像手段を用いた前記第１の回数よりも少ない第２の回数の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、前記フリッカーの光量が所定値となるタイミングを検知する第２のフリッカー検知と、を実行することができ、前記第１のフリッカー検知によりフリッカーを検知しているときに、被写体を撮像するための本露光の撮像指示から該撮像指示に応じた露光開始までの期間と重なるタイミングで前記第２のフリッカー検知を実行することを特徴とする撮像装置。
2. 前記検知手段が検知した前記タイミングに対応したフリッカー同期信号を生成する生成手段を備え、
   前記生成手段は、前記第２のフリッカー検知を実行する場合は、前記第２のフリッカー検知により得た前記タイミングに対応したフリッカー同期信号を生成し、前記第２のフリッカー検知を実行しない場合は、先に実行された前記第１のフリッカー検知により得た前記タイミングに対応したフリッカー同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記生成手段は、前記検知手段が前記第１のフリッカー検知により検知した前記フリッカーの周期と、前記第１のフリッカー検知または前記第２のフリッカー検知の何れかで検知した前記タイミングに基づいて前記フリッカー同期信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記本露光を行う際のシャッタ速度に応じて、前記フリッカー同期信号から前記本露光を開始するまでの時間を調整する調整手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 前記所定値は、フリッカーの光量変化周期における光量が最大となるピークタイミングであり、
   前記調整手段は、前記ピークタイミングが前記本露光の露光時間に含まれるように、前記フリッカー同期信号から前記本露光が開始されるまでの時間を調整することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記被写体を撮像する際の露光時間を調節するシャッタを備え、
   前記調整手段は、前記フリッカー同期信号から前記シャッタの走行を開始させるための信号を生成するまでの間に、該信号から実際に前記シャッタの走行が開始されるまでのレリーズタイムラグを加えた時間を調整することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記撮像手段とは異なる、前記本露光に用いられる撮像素子を有し、
   前記撮像素子の前面側に配置されたミラーと、
   前記シャッタの走行開始までに前記ミラーを前記撮像素子の前面から退避させる駆動手段と、を備え、
   前記検知手段は、前記ミラーを前記撮像素子の前面から退避させる動作を開始する前に前記タイミングの検知を完了することができる場合に前記第２のフリッカー検知を実行することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子への光の入射を制御する絞りを備え、
   前記本露光の直前に行われる前記絞りの駆動に応じて、前記検知手段によるフリッカーの検知に用いる前記撮像手段からの出力を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記検知手段は、発生が予想されるフリッカー光源の複数の電源周波数の公倍数の周波数で前記撮像手段を用いた電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、前記第１のフリッカー検知および前記第２のフリッカー検知を実行し、
   前記第１の回数および前記第２の回数は、前記フリッカーの周期の整数倍に対応することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 撮像手段を備えた撮像装置の制御方法であって、
    前記撮像手段を用いた複数回の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいてフリッカーを検知する検知ステップを有し、
    前記検知ステップでは、前記撮像手段を用いた第１の回数の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、フリッカーの周期とフリッカーの光量が所定値となるタイミングを検知する第１のフリッカー検知と、前記撮像手段を用いた前記第１の回数よりも少ない第２の回数の電荷の蓄積と読み出しによる複数の出力に基づいて、前記フリッカーの光量が所定値となるタイミングを検知する第２のフリッカー検知と、を実行することができ、前記第１のフリッカー検知によりフリッカーが検知されている場合に、被写体を撮像するための本露光の撮像指示から該撮像指示に応じた露光開始までの期間と重なるタイミングで前記第２のフリッカー検知を実行することを特徴とする撮像装置の制御方法。