(57)【要約】【課題】フリッカー低減システムでの撮影時に、シャッターの走行タイミングの変化を適正に補正し、シャッター耐久、環境条件、カメラの姿勢差などによらず安定した露出を得られる撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像素子（１０３）と、前記撮像素子で撮像可能な領域内を測光可能な測光手段（１０８）と、メカニカルシャッターが走行を開始してから所定の状態に至るまでの走行時間を検出する走行時間検出手段（１１４）と、周囲のフリッカー光源を検出するフリッカー検出手段（１０８）と、前記フリッカー検出手段によって検出されたフリッカーの周期と位相とに基づいて、レリーズ時にシャッター（１０４）を駆動してフリッカーの影響を低減させる撮影を行う手段と、を有し、前記走行時間検出手段の検出結果を考慮してメカニカルシャッターの走行開始タイミングを制御することを特徴とする。【選択図】図１
2016086206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子（１０３）と、
前記撮像素子で撮像可能な領域内を測光可能な測光手段（１０８）と、
メカニカルシャッターが走行を開始してから所定の状態に至るまでの走行時間を検出する走行時間検出手段（１１４）と、
周囲のフリッカー光源を検出するフリッカー検出手段（１０８）と、
前記フリッカー検出手段によって検出されたフリッカーの周期と位相とに基づいて、レリーズ時にシャッター（１０４）を駆動してフリッカーの影響を低減させる撮影を行う手段と、を有し、
前記走行時間検出手段の検出結果を考慮してメカニカルシャッターの走行開始タイミングを制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記フリッカー検出手段によって検出されたフリッカーの周期と位相とに基づいて、フリッカーのピーク光量のタイミングを算出する手段を有し、シャッター先幕走行開始の時間から後幕走行終了までの時間の中央のタイミングが前記ピーク光量のタイミングと一致するように、メカニカルシャッターの走行開始タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラに代表される撮像装置に関し、特に蛍光灯下などの人工光源下で発生するフリッカーを検出し、フリッカーによる明暗の変化が少ないタイミングで露光をする際のシャッターの耐久補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の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シャッターでブレのない写真を撮影できるようになってきている。また、室内光源として普及している蛍光灯は商用電源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現象が起きる。このようなフリッカー光源下での高速シャッター撮影では、フリッカーの影響により、フレーム毎に画像の露出や色温度のばらつきが発生したり、１フレーム内での露出ムラや色ムラが発生したりしてしまうことがある。
【０００３】
このような問題に対して、フリッカーの周期と位相を検出して、明暗の変化が少ないタイミングに合わせて露光を行うフリッカー低減システムが考えられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７４４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記フリッカー低減システムは、シャッターの走行開始信号から実際にシャッターが走行するまでの時間を、例えば工場調整時などの初期に調整値として記憶しておき、それに基づいてフリッカーの明暗の変化が少ないタイミングでシャッターが走行するように制御を行う。
【０００６】
しかし、一般的に、シャッターは「レリーズ回数（シャッターの耐久）」、「低温・高温等の環境条件」、「カメラの姿勢差」などによって、シャッターの走行開始信号から実際にシャッターが走行するまでの時間が変化する。
【０００７】
このため、上記のフリッカー低減システムでは、図２のようにシャッター耐久などによってタイミングがずれてしまい、明暗の変化が少ない所望のタイミングに合わせて露光を行うことができず、画像に露出ムラや色ムラが発生するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、フリッカー低減システムでの撮影時に、シャッターの走行タイミングの変化を適正に補正し、シャッター耐久、環境条件、カメラの姿勢差などによらず安定した露出を得られる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
撮像素子（１０３）と、
前記撮像素子で撮像可能な領域内を測光可能な測光手段（１０８）と、
メカニカルシャッターが走行を開始してから所定の状態に至るまでの走行時間を検出する走行時間検出手段（１１４）と、
周囲のフリッカー光源を検出するフリッカー検出手段（１０８）と、
前記フリッカー検出手段によって検出されたフリッカーの周期と位相とに基づいて、レリーズ時にシャッター（１０４）を駆動してフリッカーの影響を低減させる撮影を行う手段と、を有し、
前記走行時間検出手段の検出結果を考慮してメカニカルシャッターの走行開始タイミングを制御することを特徴とする撮像装置である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の撮像装置において、
前記フリッカー検出手段によって検出されたフリッカーの周期と位相とに基づいて、フリッカーのピーク光量のタイミングを算出する手段を有し、シャッター先幕走行開始の時間から後幕走行終了までの時間の中央のタイミングが前記ピーク光量のタイミングと一致するように、メカニカルシャッターの走行開始タイミングを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の撮像装置によれば、フリッカーレス撮影時に、シャッター耐久、環境条件、カメラの姿勢差などによらず安定した露出を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の概略を説明するための図
【図２】本発明の課題を説明する図
【図３】本発明のカメラシステム構成図
【図４】本発明のフローチャートの一例を示す図
【図５】本発明のフリッカー検出のための蓄積・読み出し方法を説明する図
【図６】各垂直画素加算数における読み出し時間の例
【図７】フリッカー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
【図８】本発明の効果を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施例について説明する。図３は本発明の実施例にかかわるカメラシステムの構成を示す図である。１００はカメラ本体を、２００はレンズを示している。まず、カメラ本体１００とレンズ２００内の構成について説明する。
【００１５】
１０１はカメラ１００の各部を制御するマイクロコンピュータＣＰＵ（以下、カメラマイコン）である。１０２はカメラマイコン１０１に接続されているＲＡＭやＲＯＭ等のメモリである。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，ＣＭＯＳ等の撮像素子であり、レンズ２００によって撮影時に被写体の像が結像される。
【００１６】
１０４はシャッターで非撮影時には撮像素子１０３を遮光し、撮影時には開いて撮像素子１０３へ光線を導く。１０５はハーフミラーで非撮影時にレンズ２００より入射する光の一部を反射し１０６のピント板に結像させる。１０７はＰＮ液晶等のＡＦ測距枠を表示するための表示素子であり、ＡＦしている位置等をユーザーに示す。１０８は測光センサで、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を使用することにより測光だけでなく顔検出や追尾、フリッカー検出を行う。
【００１７】
本実施例ではフリッカーを検出する手段として、測光センサを例に挙げているが、本画像の撮像素子をフリッカー検出手段としても良い。
【００１８】
１０９はペンタプリズムで、ピント板１０６の被写体像を測光センサ１０８及び光学ファインダーに導く。測光センサはペンタプリズムを介してピント板１０６に結像された被写体像を斜めの位置から見込んでいる。１１０は焦点検出回路で、１１１のＡＦミラーで、レンズより入射し、ハーフミラー１０５を通過した光線の一部を焦点検出回路内のＡＦセンサに導き測距を行っている。
【００１９】
１１２は測光センサ１０８の駆動制御や画像処理・演算用のＣＰＵ（以下ＩＣＰＵと呼ぶ）で、ここで顔検出の演算や追尾の演算、測光演算、フリッカー検出演算などを行う。１１３はＩＣＰＵ１１２に接続されているＲＡＭやＲＯＭ等のメモリである。今回は、１１２のように測光センサ用のＣＰＵを用意したが、１０１のカメラマイコン等で処理を行っても良い。
【００２０】
１１４はフォトインタラプタ（ＰＩ）で、１０４のシャッター走行のタイミングをモニタすることができる。２０１はレンズ内のＣＰＵで、被写体との距離情報等をカメラマイコンに送る。
【００２１】
以上で図３の本発明の実施例にかかわるカメラシステムの構成図の説明を終わる。
【００２２】
次に図４により本発明の実施の形態であるデジタル一眼レフカメラのフローチャートについて説明する。まず、カメラの電源が投入され、動作が開始し、Ｓ１０１で測光許可状態である測光タイマがＯＮか否かを判別し、ＯＦＦのときはこのステップを繰り返し、測光タイマがＯＮになることを待つ待機状態にある。
【００２３】
測光タイマはカメラ電源投入時やシャッターボタンの半押し状態であるＳＷ１がＯＮされることでＯＮになる。また、一定時間カメラの操作をせずにいるとＯＦＦになる。測光タイマがＯＮされるとＳ１０２に進み、通常測光用の蓄積＆読み出し動作を行う。この測光は、仮にフリッカー光源下でおいても、フリッカーによる明暗の変化に対して測光値がばらつかないように、蓄積時間をフリッカーの周期のほぼ整数倍に設定すると良い。
【００２４】
ここで、フリッカー光源の明暗が変化する周波数は、商用電源の周波数の２倍になることから、商用電源周波数が５０Ｈｚの電源地域では周波数１００Ｈｚとなり、その発光周期は１０ｍｓとなる。同様に商用電源周波数が６０Ｈｚの地域では周波数１２０Ｈｚ、周期８．３３ｍｓとなる。この２種類の周波数に対応するために、測光センサの蓄積時間を、１０ｍｓと８．３３ｍｓの間の約９ｍｓ程度に設定すると、商用電源周波数が５０、６０Ｈｚのどちらであろうと、ほぼフリッカーの１周期分を蓄積することになるので、フリッカーがある場合でも、安定した測光値を得ることができる。
【００２５】
次にＳ１０３でフリッカー検出用の蓄積と読み出し動作を行う。本実施例では、フリッカーを検出するために、ＳＷ１ＯＮ保持状態の測光中では図５で示すように６００ｆｐｓ、約１．６６７ｍｓ周期で蓄積・読み出しを連続して１２回行う。この６００ｆｐｓは予め予想されるフリッカー光源の周波数（１００Ｈｚと１２０Ｈｚ）の公倍数周波数となっている。測光センサを約６００ｆｐｓ（約１．６６７ｍｓ周期）程度で駆動させるためには、画素加算読み出しや間引き読み出しをすれば良い。
【００２６】
測光センサがＣＣＤの場合、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良い。例えば、画素配列がストライプ状のセンサで垂直画素加算をすることにより図６のように読み出し時間を短縮することができる。このセンサの場合、９画素加算を行うことによりフレームレートを約６００ｆｐｓにすることができる。得られる画像としては垂直方向の画素数が１／９になったものである。
【００２７】
また、測光センサがＣＭＯＳの場合は、部分読み出しが比較的簡単にできるので、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周期となるように調整すると良い。
【００２８】
以上で、測光センサを約６００ｆｐｓ（約１．６６７ｍｓ周期）程度で駆動させる方法についての説明を終える。
【００２９】
Ｓ１０３でフリッカー検出用の蓄積と読み出しを終えたら、Ｓ１０４でフリッカー検出演算を行う。このＳ１０４のフリッカー検出演算ではフリッカーの「周期」と「位相」を算出する。
【００３０】
次にフリッカーの「周期」と「位相」の算出方法を説明する。
【００３１】
●周期算出方法
例えば、商用電源５０Ｈｚ時のフリッカーが存在した場合の蓄積制御と出力測光値の推移を図５（ａ）に示す。ｎ回目の蓄積を「蓄積ｎ」、蓄積ｎの読み出しを「読み出しｎ」、読み出しｎの結果から得られる測光値を「ＡＥ（ｎ）」と記述する。商用電源５０Ｈｚ時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５（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。すなわち、ＡＥ（ｎ）＝ＡＥ（ｎ＋６）の関係となる。
【００３２】
同様に、商用電源６０Ｈｚ時のフリッカーは、発光周期が約８．３３ｍｓであり、８．３３／１．６６７≒５であるため、図５（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。一方で、フリッカーがない環境下では、ｎによらずＡＥ（ｎ）は一定である。以上より
【００３３】
【数１】
2016086206.tif 000003
【００３４】
【数２】
2016086206.tif 000004
【００３５】
として評価値Ｆ５０、Ｆ６０をそれぞれ定義し、所定の閾値Ｆ＿ｔｈを用いると、
１．Ｆ５０＜Ｆ＿ｔｈ  かつ  Ｆ６０＜Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒フリッカーなし
２．Ｆ５０＜Ｆ＿ｔｈ  かつ  Ｆ６０≧Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒発光周期Ｔ＝１０ｍｓ（商用電源周波数５０Ｈｚ）のフリッカー環境下
３．Ｆ５０≧Ｆ＿ｔｈ  かつ  Ｆ６０＜Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒発光周期Ｔ＝８．３３ｍｓ（商用電源周波数６０Ｈｚ）のフリッカー環境下
と判定することができる。
【００３６】
また、パンニングや被写体が動いてしまったことによって、Ｆ５０とＦ６０の両方がＦ＿ｔｈを超えてしまう場合も考えられるので、その場合はＦ５０とＦ６０の大きさを比較し、Ｆ５０の方が小さい場合は発光周期Ｔ＝１０ｍｓ（商用電源周波数５０Ｈｚ）のフリッカー環境下、Ｆ６０の方が小さい場合は発光周期Ｔ＝８．３３ｍｓ（商用電源周波数６０Ｈｚ）のフリッカー環境下と判定する。すなわち、
４．Ｆ５０≧Ｆ＿ｔｈ  かつ  Ｆ６０≧Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
Ｆ５０≦Ｆ６０  ⇒発光周期Ｔ＝１０ｍｓ（商用電源周波数５０Ｈｚ）のフリッカー環境下
Ｆ５０＞Ｆ６０  ⇒発光周期Ｔ＝８．３３ｍｓ（商用電源周波数６０Ｈｚ）のフリッカー環境下
とする。
もしくは、この場合、フリッカー検出結果の信頼性が低いとして、フリッカー検出をやり直す動作を行っても良い。
【００３７】
以上フリッカーの周期の算出方法の説明を終える。
【００３８】
●位相算出方法
位相の求め方としては、例えば、連続１２回の蓄積・読み出しで得られた測光値を補間し、フリッカーの光量が最も多くなるピークのタイミングを算出すれば良い。図７はフリッカー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。
【００３９】
ＡＥ（２）〜ＡＥ（１１）の中で最大の出力を得た点をＰ２（ｔ（ｍ），ＡＥ（ｍ））とし、その１つ前の測光結果の点をＰ１（ｔ（ｍ−１），ＡＥ（ｍ−１））、１つ後の測光結果の点をＰ３（ｔ（ｍ＋１），ＡＥ（ｍ＋１））とする。ＡＥ（ｍ−１）とＡＥ（ｍ＋１）の小さい方を取る点（図７の例ではＰ１）と点Ｐ２の２点を通る直線をＬ１＝ａｔ＋ｂとして求め、ＡＥ１とＡＥ３の大きい方を取る点（図７の例ではＰ３）を通り、傾き−ａの直線をＬ２として、Ｌ１とＬ２の交点を求めると、フリッカー用測光開始時を０ｍｓとしたときのピークタイミングｔ＿ｐｅａｋと、ピーク時の測光値ＡＥ＿ｐｅａｋを算出することができる。
【００４０】
本実施例では、フリッカー光量のピークのタイミングを算出したが、フリッカー光量のボトムのタイミングを算出しても良い。
【００４１】
以上フリッカーの位相の算出方法の説明を終える。
【００４２】
次に、Ｓ１０５でユーザーからのレリーズ信号であるＳＷ２ＯＮを待ち、ＳＷ２ＯＮされたらＳ１０６に移る。
【００４３】
ＳＷ２がＯＮされ、Ｓ１０６に移ったら、フリッカー同期信号に同期して露光を行う。ここで、フリッカー同期信号は、図１で示すように、Ｓ１０４で求めたフリッカーの周期と位相からフリッカーの光量のピークに同期した信号とすれば良い。このフリッカー同期信号とシャッター走行の中央のタイミングが同じになるようにシャッター開始信号を制御する。シャッター走行の中央は、シャッターの先幕走行開始から後幕走行完了までの半分のタイミングと定義する。
【００４４】
シャッター開始信号のタイミングは以下の式で表される。
シャッター開始信号のタイミング＝フリッカー同期信号のタイミング−Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＩｎｉｔｉａｌ−ＴＶｃｏｍ−ΔＴｃｏｍ＋フリッカー周期×ｎ（ｎ：整数）
ここで、Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＩｎｉｔｉａｌは、工場出荷時などに調整値として記憶しておくシャッター開始信号からシャッター走行の中央までの時間である。ＴＶｃｏｍはシャッタースピードによる補正値で、シャッタースピードによらずシャッター走行の中央が所望のタイミングになるように補正する値である。この値は、Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＩｎｉｔｉａｌを決定したときのシャッタースピードＴＶ＿ｉｎｉｔｉａｌと測光結果から演算した実際のシャッタースピードＴＶを用いて以下のように表される。
ＴＶｃｏｍ＝（ＴＶ−ＴＶ＿ｉｎｉｔｉａｌ）／２
ΔＴｃｏｍはシャッター耐久補正値で、初期値は０である。この説明は後述する。
【００４５】
Ｓ１０６で撮影が終わったら次にＳ１０７でフォトインタラプタ（ＰＩ）の検出結果を確認する。フォトインタラプタは図１のようにシャッターの先幕、後幕のそれぞれに対して、例えば「シャッター走行開始」、「シャッター走行の中」、「シャッター走行完了」の３か所のタイミングを検出できる。フォトインタラプタの検出結果により、シャッター開始信号から先幕ＰＩの中信号と後幕ＰＩの中信号の中央までの時間Ｔ＿ＰＩｍｉｄｄｌｅがわかる。
【００４６】
ここで、撮影毎に以下のΔＴを計算しておく。
ΔＴ＝Ｔ＿ＰＩｍｉｄｄｌｅ−（Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＩｎｉｔｉａｌ＋（ＴＶ−ＴＶ＿ｉｎｉｔｉａｌ）／２）
ΔＴは初期状態のシャッタータイミングからシャッター耐久などによってどの程度タイミングがずれているかを表している。
【００４７】
次にＳ１０８でΔＴが閾値ΔＴ＿ｔｈより大きいか否かを判定する。
ΔＴが閾値より大きい場合、Ｓ１０９に進んで、シャッター耐久補正値ΔＴｃｏｍを更新する。
ΔＴｃｏｍ（更新後）＝ΔＴｃｏｍ（更新前）＋ΔＴｔｈ
ΔＴは撮影毎に多少のばらつきがあるので、例えば５回連続で閾値ΔＴ＿ｔｈを超えた場合にのみ補正値の更新を行うなどしても良い。シャッター耐久補正値ΔＴｃｏｍを更新することで次回の撮影から図８で示したようにシャッターのタイミングずれを適正に補正し、フリッカーのピークで撮影できる。
【００４８】
以上のように、本実施例によれば、フリッカーレス撮影時に、シャッター耐久、環境条件、カメラの姿勢差などによらず安定した露出を得ることができる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  カメラ、１０１  カメラマイコン、１０３  撮像素子、１０４  シャッター、
１０８  測光センサ、１１０  焦点検出回路、１１２  画像処理・演算用のＣＰＵ、
１１４  フォトインタラプタ（ＰＩ）、２００  レンズ、２０１  レンズマイコン
【図１】
2016086206.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016086206.tif 000010
【図７】
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【図８】
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