JP2019212989A - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影画像に対するフリッカーの影響を低減しつつも、高速な連写撮影を可能にした撮像装置を提供する。【解決手段】被写体像を撮像する撮像部と、光源のフリッカーを検出するとともに、フリッカーの明るさの変化の周期と、明るさがピークとなるタイミングであるピークタイミングを検出するフリッカー検出部と、フリッカーが存在する場合に、連続撮影のコマ間でフリッカー検出部にピークタイミングの検出を行わせながら、ピークタイミングに合わせて撮像部に撮像を行わせる第１のフリッカー低減連写動作と、連続撮影のコマ間でフリッカー検出部にピークタイミングの検出を行わせずに、ピークタイミングに合わせて撮像部に撮像を行わせる第２のフリッカー低減連写動作とを、ユーザーによる撮影開始指示に係る所定の条件に応じて切り替える。【選択図】 図６

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置において、外光のフリッカーにより撮影時に発生する露光ムラを改善する技術に関するものである。

近年、デジタルカメラの高感度化が進み、フリッカーの発生する人工光源下でも高速シャッターが切れるようになってきている。高速シャッターでは、室内スポーツの撮影などでブレの目立たない写真を撮影できるメリットがある一方、フリッカーの発生する人工光源下では、フレーム毎もしくは１フレーム内でも、画像に露出ムラや色ムラが発生してしまうことがある。

このような問題に対して、フリッカーを検出し、光源による明暗の変化が最も少なくなるタイミングである、フリッカーのピークタイミングで露光を行うことにより、フリッカーの影響を軽減する方法が知られている。フリッカーの周波数は、商用電源周波数の２倍となるため、１００Ｈｚもしくは１２０Ｈｚのいずれかの周波数になる。そこで、フリッカーのピーク位置での露光を行う際は、事前にフリッカーの基本周波数（１００Ｈｚあるいは１２０Ｈｚ）とピークタイミングを検出し、フリッカーのピークタイミングに同期して露光を行う。

一度ピークタイミングを検知すれば、検出したピークタイミングからフリッカーの周期毎に新たなピークが次々にやってくるため、理想的には検出動作は１回だけ行い、フリッカー周期の倍数のタイミングに同期して露光すればよい。しかし、日本の商用電源の周波数は、基本となる５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚに対して、±０．３Ｈｚ程度の範囲の変動が存在することが知られている。フリッカーの周波数は、商用電源周波数の２倍となることから、光源のフリッカーの周波数は、１００±０．６Ｈｚもしくは１２０±０．６Ｈｚとなる。そのため、実際にはピークタイミングの検出動作を定期的に行わないと徐々にずれてしまい、所望の画像が得られないという問題が発生する。

この問題に対し、例えば特許文献１には、時間はかかるがフリッカー周波数と位相の両方を検出できる第１の動作モードと、第１の動作モードより短時間ではあるが、位相のみが検出できる第２の動作モードとを切り替える撮像装置が開示されている。特に連写動作においては、上記の問題の発生と連写速度の低下を抑制するため、連写撮影の合間に第２の動作モードでフリッカーのピークを検出している。

特開２０１４−２２０７６４号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、連写撮影の合間に第２の動作モードでピークタイミング検知を行うため、フリッカー検知を行わない場合の連写速度よりは、低速になってしまうという問題がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮影画像に対するフリッカーの影響を低減しつつも、高速な連写撮影を可能にした撮像装置を提供することである。

本発明に係わる撮像装置は、被写体像を撮像する撮像手段と、光源のフリッカーを検出するとともに、該フリッカーの明るさの変化の周期と、明るさがピークとなるタイミングであるピークタイミングを検出するフリッカー検出手段と、フリッカーが存在する場合に、連続撮影のコマ間で前記フリッカー検出手段に前記ピークタイミングの検出を行わせながら、前記ピークタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせる第１のフリッカー低減連写動作と、連続撮影のコマ間で前記フリッカー検出手段に前記ピークタイミングの検出を行わせずに、前記ピークタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせる第２のフリッカー低減連写動作とを、ユーザーによる撮影開始指示に係る所定の条件に応じて切り替える制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮影画像に対するフリッカーの影響を低減しつつも、高速な連写撮影を可能にした撮像装置を提供することが可能となる。

本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタル一眼レフカメラの構造を示す側断面図。 本発明の各実施形態での撮影シーケンスを示す図。 フリッカー検出動作における測光出力を示す図。 フリッカーのピークタイミングの算出方法を説明する図。 第１の実施形態における連写動作を示すフローチャート。 本発明の各実施形態における撮影動作のタイミングチャート。 フリッカーの詳細周波数の計算方法を説明する図。 検出したフリッカーの周波数に誤差があった場合のタイミングのズレを示す図。 シャッター走行タイミングに誤差があった場合に得られる画像の説明図。 第２の実施形態における連写動作を示すフローチャート。 第３の実施形態における連写動作を示すフローチャート。 第４の実施形態における連写動作を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタル一眼レフカメラ１００の構造を示す側断面図である。図１において、デジタル一眼レフカメラ１００は、カメラ本体１０１と、その前面に装着される撮影レンズ１０２とを備える。撮影レンズ１０２は交換可能であり、またカメラ本体１０１とマウント接点群１１２を介して電気的にも接続される。さらに撮影レンズ１０２の中には、絞り１１３が配置されており、カメラ内に入射する光量を調整することができる。また、フォーカシングレンズ１１５が光軸上を移動することにより被写体像の焦点調節を行うことができる。

メインミラー１０３は、ハーフミラーから構成される。メインミラー１０３はファインダー観察状態では撮影光路上に斜設され、撮影レンズ１０２からの撮影光束をファインダー光学系へと反射する。一方、一部の光はメインミラー１０３を透過し、サブミラー１０４を介してＡＦセンサー１０５へと入射する。なお、メインミラー１０３及びサブミラー１０４は、撮影状態では撮影光路外に退避する。

ＡＦセンサー１０５は位相差検出方式の焦点検出を行う。位相差方式による焦点検出については公知の技術であるため、具体的な制御の詳細に関しては説明を省略する。なお、概略的には、撮影レンズ１０２の二次結像面を焦点検出ラインセンサー上に形成することにより、撮影レンズ１０２の焦点調節状態を検出し、その検出結果をもとにフォーカシングレンズ１１５を駆動して自動焦点調節を行う。メインミラー１０３の後方には、ローパスフィルター１０６、撮像素子１０８、フォーカルプレーンシャッター１０７が配置されている。

ピント板１０９は、撮影レンズ１０２の予定結像面に配置され、ファインダー光学系を構成する。ペンタプリズム１１０はファインダーのために光路を変更する。撮影者は、アイピース１１４を介してピント板１０９を観察することによって、破線で示したように撮影画面を確認することができる。また、ＡＥセンサー１１１は、露出決定のための測光を行うとともにフリッカーの検出も行う。ＡＥセンサー１１１は、実線で示したようにピント板からの光を受光することにより、被写体の明るさを測定することができる。フリッカーの検知方法に関しては、後に詳しく説明する。

ディスプレイユニット１１６は、一般的には液晶パネルによって構成され、撮影者が撮影した画像や、撮像素子１０８で得られた画像信号をリアルタイムに表示することによって、被写体の様子を観測することができるように構成されている。

ＣＰＵ１２０は、ＲＯＭ１２１に格納されたプログラムを、ＲＡＭ１２２に展開して実行することにより、デジタル一眼レフカメラ１００の全体を制御する。

また、本実施形態のデジタル一眼レフカメラ１００は、不図示のレリーズボタンを持つ。レリーズボタンは、半押し、全押しの状態を持つ二段押し込み式のスイッチである。レリーズボタンが半押しされることによって、ＡＥ動作（測光動作）、ＡＦ動作（自動焦点調節動作）などの撮影前の準備動作が行われ、全押しされることによって撮像素子１０８が露光されて撮影処理が行われる。以下、半押しされた状態をＳ１がＯＮした状態、全押しした状態をＳ２がＯＮした状態と呼ぶことにする。

次に、図２（ａ）、（ｂ）は、フリッカーの影響を軽減しつつ、連写を行う場合の、従来のシーケンスを説明する図である。

連写を行う前には、ユーザーはカメラを被写体に向けて、Ｓ１をＯＮした状態を一定時間保持する。Ｓ１がＯＮした状態では、ＡＥ動作やＡＦ動作を繰り返し行い、動く被写体に対して連続的に焦点検出を行うことで予測ＡＦを行ったり、ＡＥセンサー１１１で取得した画像に対して顔検知処理を行うなど、刻々と変わる被写体の状況をとらえ、撮影に備える。

Ｓ１がＯＮされた状態では、図２（ａ）のシーケンスが繰り返される。この図２（ａ）のシーケンスを、Ｓ１シーケンスと呼ぶこととする。Ｓ１シーケンスでは、まずＡＥセンサー１１１で蓄積、読み出しを行い、得られた画像から被写体の明るさを検出する演算や、人物の顔を検出する演算などを行う。また、不図示ではあるが、ＡＥセンサー１１１の蓄積、演算処理と並行して、ＡＦセンサー１０５の蓄積、演算処理も行われ、焦点調節動作が行われる。

次に、フリッカーを検出するための蓄積が行われる。フリッカー検出の原理を、図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。フリッカーを検出するためには、図３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）の公倍数の周波数である。例えば、１００Ｈｚのフリッカーが存在する場合の蓄積制御と出力測光値の推移は図３（ａ）のようになる。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。図３（ａ）に記載した。各測光値の取得時刻に関しては、蓄積は有限の時間で行われるため、蓄積期間中の中央値で代表させることとする。

１００Ｈｚのフリッカーの発光周期は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。すなわち、ＡＥ（ｎ）＝ＡＥ（ｎ＋６）の関係となる。

同様に、１２０Ｈｚ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。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

として評価値Ｆ１００，Ｆ１２０をそれぞれ定義し、所定の閾値Ｆ＿ｔｈを用いると、以下のように判定することができる。
（１）Ｆ１００＜Ｆ＿ｔｈ かつ Ｆ１２０＜Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒フリッカーなし
（２）Ｆ１００＜Ｆ＿ｔｈ かつ Ｆ１２０≧Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒発光周期Ｔ＝１０ｍｓ（１００Ｈｚ）のフリッカー環境
（３）Ｆ１００≧Ｆ＿ｔｈ かつ Ｆ１２０＜Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒発光周期Ｔ＝８．３３ｍｓ（１２０Ｈｚ）のフリッカー環境
また、パンニングが行われたり被写体が動いてしまったことによって、Ｆ１００とＦ１２０の両方がＦ＿ｔｈを超えてしまう場合も考えられる。このような場合はフリッカー検出結果の信頼性が低いと考えられるため、検出エラーとして再度検出動作をやりなおすことが望ましい。すなわち、
（４）Ｆ１００≧Ｆ＿ｔｈ かつ Ｆ１２０≧Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒検出エラー
とする。

以上の演算を行うことにより、撮影環境におけるフリッカーの有無や、フリッカーが有る場合は、その基本周波数が１００Ｈｚか１２０Ｈｚかの判定が行われる。

フリッカーの基本周波数判定が終わり、フリッカーの周波数が１００Ｈｚもしくは１２０Ｈｚの判定だった場合は、さらにピークタイミングの計算を行う。図４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。

図４のＡＥ（１）〜ＡＥ（１２）の中で最大の出力を得た点を、図４に示すように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。まず、ＡＥ（ｍ−１）とＡＥ（ｍ＋１）の小さい方の点（図４の例ではＰ３）と点Ｐ２の２点を通る直線をＬ１＝ａｔ＋ｂとして求める。更にＡＥ（ｍ−１）とＡＥ（ｍ＋１）の大きい方の点（図５の例ではＰ１）を通り、傾き−ａの直線をＬ２として求める。求めたＬ１とＬ２の交点を計算すると、フリッカーピークタイミングｔ＿ｐｅａｋを近似的に算出することができる。

なおＡＥ（１）〜ＡＥ（１２）の中で最大の出力を得た点が、ＡＥ（１）もしくはＡＥ（１２）だった場合は、ｔ＿ｐｅａｋの計算にＡＥ（０）もしくはＡＥ（１３）が必要になるため、ｔ＿ｐｅａｋが計算できないように思われる。しかし、基本周波数は既知のため、例えば１００Ｈｚのフリッカーの場合は、ＡＥ（ｎ）＝ＡＥ（ｎ＋６）の関係から、ＡＥ（０）＝ＡＥ（６）、ＡＥ（１３）＝ＡＥ（７）として代用できる。同様に、１２０Ｈｚのフリッカーの場合は、ＡＥ（ｎ）＝ＡＥ（ｎ＋５）の関係から、ＡＥ（０）＝ＡＥ（５）、ＡＥ（１３）＝ＡＥ（８）として代用できる。そのため、Ｐ２がＡＥ（１）〜ＡＥ（１２）のどの点であっても、ピークタイミングを計算することが可能である。

以上のように、図２（ａ）のフリッカー検知蓄積、読み出し、および演算では、フリッカーの基本周波数判定、およびピークタイミングの時刻を算出する。

次に、図２（ｂ）の連写動作に関して説明する。ユーザーはＳ１をＯＮに保持した後、Ｓ２のＯＮにより連写を開始する。Ｓ２がＯＮされている間は、図２（ｂ）の動作を繰り返すことになる。このシーケンスについて説明する。

Ｓ２がＯＮされると、まずはメインミラー１０３、サブミラー１０４が、撮影光路外に退避され（ミラーアップ）、Ｓ２がＯＮされる前のＡＥ、ＡＦの結果に基づき、撮影条件が決定され、露光が行われる。露光に際しては、Ｓ２がＯＮされる直前に検出されたフリッカーのピークタイミングｔ（ｐｅａｋ）と、判定されたフリッカーの基本周波数とに基づいて、露光タイミングが調整される。すなわち、１００Ｈｚのフリッカーの場合は、１０ｍｓ間隔でピークが来るので、Ｎを任意の１以上の整数として、ｔ（ｐｅａｋ）に１０ｍｓの整数倍を加えた
ｔ（ｐｅａｋ）＋１０・Ｎ ｍｓ
１２０Ｈｚのフリッカーの場合は、８．３３ｍｓ間隔でピークが来るので、
ｔ（ｐｅａｋ）＋８．３３・Ｎ ｍｓ
のタイミングが、フリッカーのピークとなる。そのため、このタイミングに合うよう、時間を調整して、フォーカルプレーンシャッター１０７を走行させ、露光を行うことで、フリッカーの影響を低減した画像を得ることができる。

露光完了後は、再びメインミラー１０３、サブミラー１０４が撮影光路中に斜設され（ミラーダウン）、その後は、次の撮影画像のＡＥ、ＡＦのため、図２（ａ）と同様に、ＡＥ蓄積、読み出し⇒ＡＥ演算⇒フリッカー検知蓄積、読み出し⇒フリッカー演算が行われる。ただし、図２（ａ）のフリッカー検知蓄積が、１．６６７ｍｓ間隔の１２回蓄積だったことに対して、図２（ｂ）の連写中では、１．６６７ｍｓ間隔の６回蓄積である点が異なる。これは、フリッカーの基本周波数は商用電源の周波数で決まるため、連写の途中に変わることは非常に稀であり、実質変化しないという考え方に基づくものである。フリッカーの基本周波数を算出するには、前述の評価値Ｆ１００，Ｆ１２０を計算するため、１２回の蓄積結果が必要であるが、ピークタイミングを求めるだけであれば、６回の蓄積結果だけでよい。連写時はコマ速を少しでも早くするため、６回の蓄積だけでピークタイミングを求める。

このように、連写の１コマ毎に必ずピークタイミングを検出するシーケンスを採用すると、検出したピークタイミングから露光までの時間が短いため、仮にフリッカーの周波数が１００．２Ｈｚ等のような微妙にずれた周波数であっても、露光タイミングのズレは軽微で済む。一方で、コマ間にフリッカー検知処理が入ることで連写コマ速が低下することから、図２（ｂ）で示す連写動作を低速連写シーケンスと呼ぶことにする。以上説明した図２（ｂ）に示す連写動作が、フリッカーの影響を軽減しつつ連写を行う場合の、従来の低速連写シーケンス（第１のフリッカー低減連写動作）である。

ここで、連写１コマ毎にフリッカー検知処理を行うのは、フリッカーの周波数が基本周波数である１００Ｈｚもしくは１２０Ｈｚから、微妙に変化している場合に備えてのことである。そこで、ユーザーが実用上、連写をし続ける持続時間は、長くても１０秒程度までであるとし、この１０秒という時間オーダーでは、電源周波数はほとんど変化しないと仮定する。この場合、連写開始前（連写開始直前）に、例えば１００．２Ｈｚなどと高精度にフリッカーの周波数が検知できれば、１コマ毎のフリッカー検知処理は不要となり、図２（ｂ）からコマ間のフリッカー検知処理を廃止した図２（ｃ）の高速連写シーケンス（第２のフリッカー低減連写動作）でコマ速を向上させることが出来る。

このように、本実施形態の狙いは、連写開始前に高精度にフリッカー周波数を検出し、これにより連写コマ間のフリッカー検出処理を省くことで、フリッカーの影響を低減しつつも、高速な連写を行うことである。その一例を、図５のフローチャートと、図６（ａ）のタイミングチャートを用いて説明する。

図５のステップＳ１０２でＳ１がＯＮ（撮影開始指示）されると、ＣＰＵ１２０は、Ｓ１０３〜Ｓ１０７においてＡＥ演算（撮影準備動作）、フリッカー（ＦＬＫ）の基本周波数の判定、ピークタイミングの検出を行う。ここまでの処理は、図２（ａ）を用いて説明した処理と同じであるため、説明を省略する。Ｓ１０７でピークタイミングが分かったら、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、ＣＰＵ１２０は、フリッカーの詳細な周波数を検出する。Ｓ１がＯＮされている間は、図２（ａ）のシーケンスが何度も繰り返して実行されるため、シーケンス１回毎にピークタイミングの演算結果が得られる。本実施形態では、カメラ内部に１μｓ毎にカウントアップしていく内部カウンター（４ｂｙｔｅ）を有しており、０から４２９４９６７２９５までカウントアップしたら、また０に戻るような動作を繰り返し、この値で時間的な制御を行っている。

ピークタイミングの演算結果は、この内部カウンター値として得られる。例えば１回目のＳ１シーケンスでは、ピークタイミング演算結果Ｐｅａｋ（１）は、Ｐｅａｋ（１）＝１０００００で、２回目はＰｅａｋ（２）＝１６９９００、Ｓ１０５でのフリッカーの基本周波数の検出結果は１００Ｈｚだったとする。

この場合、この２回の検出結果のピークの間隔は、６９９００μｓ＝６９．９ｍｓである。もちろん、ピークと次のピークの間にカウンターが最大値となるタイミングを挟んだ場合は、ｎを任意の整数として、Ｐｅａｋ（ｎ）＞Ｐｅａｋ（ｎ＋１）となるので、この場合はＰｅａｋ（ｎ＋１）＝Ｐｅａｋ（ｎ＋１）＋２³²として、カウンターリセット分を考慮し、ピークの間隔を求める。基本周波数は１００Ｈｚなので、この６９．９ｍｓの中には、フリッカーの山が７山入っており、１山あたり６９．９÷７＝９．９８５７ｍｓ、すなわち、フリッカーの詳細な周波数は１０００÷９．９８５７＝１００．１４３１Ｈｚであることが計算される。

しかし、この演算結果は、Ｐｅａｋ（１）とＰｅａｋ（２）の２回のピークタイミング演算結果から求めたものであり、ここには検出に用いたＡＥセンサー１１１のノイズや、図４で説明したピークタイミング補間アルゴリズムの補間誤差といった誤差要因が含まれる。よって、同様の検出を複数回行い、平均化することで、より精度の高いフリッカーの詳細周波数が得られる。

図７に、例としてＰｅａｋ（１）〜Ｐｅａｋ（１１）の算出結果と、そこから得られるフリッカー詳細周波数をまとめた表を示す。Ｐｅａｋ（１）、Ｐｅａｋ（２）から得られる詳細なフリッカー周波数は、既に説明した通り、１００．１４３１Ｈｚであるが、同様に他のＰｅａｋ（ｎ）とＰｅａｋ（ｎ＋１）から、フリッカー詳細周波数を求める。例えば、この表の例である１１回のピークタイミング算出結果から得られた１０個のフリッカー詳細周波数の平均値は１００．１３７８Ｈｚであり、１、２回目のみから得られた周波数よりも、高精度である。１０秒程度の時間オーダーではフリッカーの周波数が変動しないという前提に立てば、１０秒期間内のより多くのデータを平均することで、フリッカーの周波数の検出精度は向上していく。

一方で、多くのＰｅａｋ（ｎ）の結果を蓄積するには時間がかかり、図７の例では１１回のピークタイミング結果を蓄積するのに、Ｐｅａｋ（１）とＰｅａｋ（１１）の差である７５０ｍｓ程度の時間がかかる。このように、Ｓ１０８の処理は、処理にかける時間に応じて、検出したフリッカー詳細周波数の精度が向上するようになっており、検出にかけた時間をＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔとする。なお、長い時間オーダーでは電源周波数は変化するため、内部に蓄積するＰｅａｋ（ｎ）の結果を、例えば最新から過去１０秒間の分までに制限し、１０秒より前の古い結果は、捨てるようにしてもよい。この場合、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔの最大値は１０秒となる。

Ｓ１シーケンスを繰り返した後、Ｓ１０９でＳ２がＯＮされたら、ＣＰＵ１２０は、処理を実際に撮影するシーケンスであるＳ１１０へ進める。

Ｓ１１０では、ＣＰＵ１２０は、フリッカーの検出にかけた時間ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔの長さを判定する。既に述べたように、Ｓ１０８で算出したフリッカーの詳細周波数は、検出に時間をかけるほど精度が向上する特性を持つ。ここで、検出したフリッカーの周波数の精度が、画像にどのような影響を与えるかを、図８を用いて説明する。

今、仮に、光源の真のフリッカー周波数が１００．１Ｈｚであり、検出した周波数が１００Ｈｚちょうどで、真値に対して０．１％の誤差を持っていた場合を考える。撮影開始前に最後に検出したピークタイミングをｔ（ｐｅａｋ）とし、そこからＳ２がＯＮされて撮影に進むと、ミラーアップなどの撮影準備をして、シャッターが走行できる準備が整うまでに、８０ｍｓ程度かかるとする。この場合、図８（ａ）のように、ｔ（ｐｅａｋ）から９山分後ろの８９．９１ｍｓ後のタイミングでシャッター走行するよう制御されれば、露光がフリッカーピークと同期し、フリッカーの影響を低減した画像が得られる。

一方で、カメラ内部では１００Ｈｚちょうどのフリッカー周波数を検出し、想定しているため、実際には、図８（ｂ）のように、ｔ（ｐｅａｋ）の９０ｍｓ後に同期してシャッターが走行され、本来あるべきタイミングより、９０μｓほど遅いタイミングで露光されることになってしまう。

図８の例は、ｔ（ｐｅａｋ）から約９０ｍｓ経過後までの図であるが、例えばこのまま１秒間高速連写シーケンスを維持した場合は、検出誤差が０．１％なので、１ｍｓほど遅いタイミングでシャッターが走行されることになってしまう。

次に、シャッター走行のタイミングが、フリッカーのピークからずれた場合に、画像に与える影響に関して図９を用いて説明する。図９（ａ）が、理想的なシャッター走行タイミングで露光した場合の、フリッカーのピークタイミングとシャッター走行タイミングの関係図である。ここで、フォーカルプレーンシャッター１０７は、図１の上から下の方向に向かって走行するとし、その幕速をＭ ｍｓとする。

図９（ａ）の理想的なタイミングでは、撮像素子１０８の上端と下端の露光量は等しくなり、中央行の露光量が最も明るくなる。最も明るい中央行に対し、上下端は多少暗く写るものの、フリッカーのピーク付近は明るさの変化が小さいので、画面内の明暗差は最小に抑えられ、フリッカーの影響を低減した画像が得られる。

一方で、真のフリッカーピークよりも早めにシャッターが走行してしまった場合を図９（ｂ）に示す。この場合は、撮像素子１０８の上端の露光量は暗くなり、逆に下端の露光量は明るくなる。画面上下の明暗差が大きく、フリッカーの影響が画像に影響を与えることになる。同様に、図９（ｃ）は真のフリッカーピークよりも遅くシャッターが走行してしまった場合を示しており、図９（ｂ）の場合と明暗の出方が逆になるが、やはり画面上下の明暗差が大きくなってしまう。

すなわち、シャッター走行タイミングがずれると、画面上端と下端の露光量の差が大きくなることが分かる。そして、この上下露光量差の許容量と、シャッター幕速、フリッカー光源の明るさの振幅が分かれば、許容されるシャッターの走行タイミングずれも算出できる。例えば、上下露光量差の許容量を１段、幕速Ｍを３ｍｓ、最高速シャッター１／４０００秒、フリッカーが｜Ｓｉｎ｜の関数で変動する最も基本的なものと想定する。この場合、１００Ｈｚのフリッカーでは、狙ったタイミングに対して±１．８４７ｍｓ、１２０Ｈｚのフリッカーでは、±１．２８５ｍｓの範囲が許容幅と計算できる。１２０Ｈｚのフリッカーは１００Ｈｚのフリッカーよりも明暗の変動スピードが速いため、より厳しい許容幅になる。

次に、必要とするフリッカー周波数の検出精度に関して説明する。今、連写を開始して１０秒までは、画面の上下での明暗の段数差を１段以下で撮像できるようにすることを考える。シャッター走行タイミングずれの許容幅が厳しい１２０Ｈｚのフリッカーで考えると、タイミングずれの許容幅は±１．２８５ｍｓである。１０秒後に±１．２８５ｍｓずれるのは、周波数検出誤差が０．０１２８５％の場合である。すなわち、Ｓ１０８で算出したフリッカーの詳細周波数は±０．０１２８５％以内であればよいことになる。

ここで、Ｓ１０８のフリッカー詳細周波数の算出にかけた時間と、検出した詳細周波数の精度の関係について考える。既に述べたようにＰｅａｋ（ｎ）の演算結果は、検出に用いたＡＥセンサー１１１のノイズや、図４で説明したピークタイミング補間アルゴリズムの補間誤差といった誤差要因を含む。そこで、予め、周波数一定な｜Ｓｉｎ｜の関数で光量変化する基本的なフリッカー光源で、検出にかけた時間と、検出した周波数の標準偏差の関係を測定しておく。

本実施形態のカメラでは、周波数真値１２０Ｈｚのフリッカーに対して、検出時間１５０ｍｓ分をかけた場合に得られる検出周波数の標準偏差σが、０．０１６であったとする。バラツキ幅を３σとすると、最悪時は０．０４８Ｈｚだけ検出周波数がずれ、１２０±０．０４８Ｈｚとなる場合が想定される。これは、最悪時に０．０４％の誤差になることを意味する。検出時間を２倍にするとバラツキは半分になり、仮に検出時間を２倍の３００ｍｓにすると、その際の周波数検出誤差の最悪値は、０．０２％となる。要求精度は±０．０１２８５％なので、この結果から検出に４６７ｍｓ以上（所定の時間以上）かけると、要求精度以下の誤差（算出精度）の周波数を得られることが分かる。

このように、許容する画面の上下での明るさの段数差やシャッター幕速、想定する連写維持時間、周波数検出にかける時間と検出精度の関係など、様々なパラメーターにより、要求精度内に抑えるために必要な、フリッカー検出にかける時間ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔが求まる。今回の例では４６７ｍｓ以上の検出時間で、所望の精度を得られることが分かったが、想定する条件によって、この４６７ｍｓという値は様々に変化する。そのため、必要な精度を得るのに必要なＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔの長さをＡｍｓとして予め求めておく。

図５の説明に戻って、Ｓ１１０では、ＣＰＵ１２０は、フリッカー周波数検出にかけた時間ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔが、所定時間Ａより長いかを判定する。長かった場合は、所望の精度が得られるため、そのままＳ２がＯＦＦされるまで、Ｓ１１１で高速連写シーケンスを繰り返す。一方で、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔが所定時間Ａより短い場合は、所望の周波数検出精度が得られていないので、検出時間がＡに達するまでＳ１シーケンスを繰り返し、所定時間Ａに到達したら、高速連写シーケンスＳ１１１に移行する動作を行う。

なお、Ｓ１１１の高速連写の開始時点でＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧４６７ｍｓであり、画面の上下の明るさの段数差が１段以内の画像が得られるのはここから何秒間か、をＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔの長さに応じて算出し、連写中にユーザーに表示してもよい。あるいは、連写継続に応じてカウントダウンするようにしてもよい。ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ＝４６７ｍｓであれば１０秒であるし、ユーザーがもっと長くＳ１のＯＮを継続していた場合は、１０秒以上の値となる。

Ｓ１１２で、ＣＰＵ１２０は、Ｓ２のＯＮが維持されている間は高速連写を繰り返し、Ｓ２のＯＦＦでシーケンスを終了する。

以上が第１の実施形態の動作フローチャートの説明であり、これを簡略的にタイミングチャートの形で表したものが図６（ａ）である。Ｓ１がＯＮされたらフリッカー検出動作を繰り返し、Ｓ２がＯＮされても、フリッカー検出時間ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔが予め算出しておいた要求精度を得るのに必要な所定時間Ａｍｓに達していない場合は、連写の開始を遅らせる。フリッカー検出時間ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔが所定時間Ａより長くなった時点で、フリッカー検出精度が要求精度に達したとして、高速連写シーケンスで撮影を開始する。

なお、従来の低速連写シーケンスのみを実施するか、低速連写シーケンスと高速連写シーケンスの両方を用いてそれらを切り替えるようにするかをユーザーが切り替えられるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、図１０のフローチャートと図６（ｂ）を参照して、第２の実施形態の撮像装置について説明する。第２の実施形態のデジタル一眼レフカメラの構成は、図１に示した第１の実施形態の構成と同様である。

図１０のフローチャートのＳ２０１〜Ｓ２０９は、図５のＳ１０１〜Ｓ１０９と同じであるため、説明を省略する。

第２の実施形態の第１の実施形態との違いは、Ｓ２１０でＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ＜Ａとなり、フリッカー周波数検知の要求精度を満たさない（フリッカー検出時間が所定の時間未満）場合のシーケンスである。第１の実施形態では、Ｓ２がＯＮされても連写シーケンスには進まず、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ａを満たすまで待つ（Ｓ１シーケンスを繰り返す）ことを行っていた。この場合、Ｓ２がＯＮされても撮影が始まらないため、ユーザーが戸惑う可能性があった。そこで、第２の実施形態では、Ｓ２１０でＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ＜Ａの場合は、要求精度を満たさないため、ＣＰＵ１２０が、従来の低速連写シーケンスＳ２１４へ進むように制御する。低速連写シーケンスでは図２（ｂ）に示したように、コマ間にフリッカーのピークタイミングを検出する処理を行う。そのため、Ｓ２１４で連写が始まっても、継続的にピークタイミングの結果は蓄積され、時間が経過するとＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ａを満たすようになる。そのため、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ａを満たすまでは、ひとまず低速連写シーケンスＳ２１４で連写を開始し、その後、高速連写シーケンスＳ２１１へ移行する。

これをタイミングチャートで表すと図６（ｂ）のようになる。Ｓ１シーケンスの繰り返し後、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ＜Ａである間にＳ２がＯＮされた場合は、低速連写シーケンスで連写を開始するとともにピークタイミングを取得し続け、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ａを満たした後は、高速連写シーケンスに移行する。この場合、最初は低速ではあるもののＳ２のＯＮ後に即座に連写が始まるので、ユーザーが戸惑うこともない。

（第３の実施形態）
次に、図１１のフローチャートと図６（ｃ）を参照して、本発明の第３の実施形態の撮像装置について説明する。第３の実施形態のデジタル一眼レフカメラの構成は、図１に示した第１の実施形態の構成と同様である。

図１１のフローチャートのＳ３０１〜Ｓ３０９は、図５のＳ１０１〜Ｓ１０９と同じであるため、説明を省略する。

第３の実施形態においては、Ｓ３０９でＳ２がＯＮされたら、ＣＰＵ１２０は、Ｓ３１０で高速連写維持可能時間Ｂを算出する。第１の実施形態では、所望の周波数検出精度を満たすよう、ＦＬＫ＿Ｄ＿ＴがＡ以上となることを必ず確保し、その後に高速連写シーケンスに移行していた。一方、第３の実施形態では、Ｓ２がＯＮされた時点でのＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔの長さに応じて検出精度を計算し、高速連写シーケンスを維持できる時間（継続可能時間）を逆算するものである。この第１の実施形態の動作と第３の実施形態の動作は、ユーザーが設定することにより切り替え可能である。

例えば、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ＝１５０ｍｓの時点でＳ２がＯＮされたとする。ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ＝１５０ｍｓの時のフリッカー検出周波数の標準偏差σは、第１の実施形態で説明したように０．０１６であり、バラツキ幅３σを想定すると、最悪時は１２０±０．０４８Ｈｚ、誤差０．０４％となる。この誤差が、１２０Ｈｚのフリッカーの場合に画像の明るさの上下段数差１段以内となる±１．２８５ｍｓのシャッター走行タイミング許容幅に入るには、１．２８５÷０．０００４＝３２１２ｍｓとなり、３．２秒ほどであれば、所望の精度に収まることが逆算できる。このように、Ｓ３１０では、ＣＰＵ１２０は、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔの長さに応じて、高速連写を維持可能な時間Ｂを算出する。Ｓ３１１〜Ｓ３１６では、最初の時間Ｂの間だけは高速連写シーケンスＳ３１２を行い、時間Ｂの経過後は低速連写シーケンスＳ３１５に切り替える処理を行う。低速連写への切り替わりタイミングがユーザーに分かるように、高速連写開始と共に、Ｂの時間を表示してカウントダウンしてもよい。

第３の実施形態では、Ｓ２がＯＮされると即座に連写動作が開始されるため、ユーザーが戸惑うこともなく、また第２の実施形態と異なり最初は高速連写で、その後に低速連写となる。極端に長く連写を維持する場合を除けば、実用上は低速連写に切り替わる前に連写が終了するケースも出てくるため、ユーザーとしては意識せず高速連写部分を多く使用することが出来るメリットがある。

これをタイミングチャートに表したのが図６（ｃ）である。Ｓ２がＯＮされるまでのＳ１シーケンスの繰り返し期間の長さに応じて、高速連写維持可能時間Ｂを算出し、Ｂの間は高速連写を維持し、その後に低速連写へ移行するシーケンスである。

なお、Ｓ１シーケンスの実行中は、その経過時間とともに高速連写維持可能時間Ｂも長くなっていくので、Ｓ１シーケンスの実行中にＢの長さをカウントアップしてユーザーに表示するようにしても良い。

（第４の実施形態）
図１２のフローチャートと図６（ｄ）を参照して、本発明の第４の実施形態の撮像装置について説明する。第４の実施形態のデジタル一眼レフカメラの構成は、図１に示した第１の実施形態の構成と同様である。

第４の実施形態の動作は、第３の実施形態と途中までは同じであるが、第３の実施形態が高速連写の後、時間Ｂの経過後は低速連写に移行して終わるのに対し、第４の実施形態では時間Ｂの経過後に低速連写をしながらフリッカー検出動作を行い、その後再び高速連写に復帰する点が異なる。

図１２のＳ４０１〜Ｓ４１５は、図１１のＳ３０１〜Ｓ３１５と同じであるため、説明を省略する。

Ｓ４１５で低速連写シーケンスに入ったら、ＣＰＵ１２０は、再び低速連写の連写コマ間で得られるピークタイミング演算結果をカメラ内部に蓄積し始め、フリッカー検出時間ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔが所定時間Ｃに達するまで低速連写を繰り返す（Ｓ４１５〜Ｓ４１９）。所定時間Ｃは、例えば第１の実施形態と同じように、ピークタイミングの検出から１０秒の間は、画面の上下の明るさの段数差が１段以内の画像が得られることを狙うのであればＣ＝４６７ｍｓとなる。この場合の高速連写維持可能時間Ｄは１０秒となる。ＣとＤの具体的な数値は一例であり、他の値を設定してもよい。

Ｓ４１８でＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ｃを満たしたら、ＣＰＵ１２０は、Ｓ４１９で高速連写維持可能時間Ｄを算出し、ここから時間Ｄが経過するまでは、高速連写を繰り返す（Ｓ４２０〜Ｓ４２２）。高速連写を時間Ｄだけ行ったら、再びＳ４１５へ戻って低速連写をしながらピークタイミング検知を繰り返し行い、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ｃを満たしたら再び高速連写に戻る、という動作を繰り返すことになる。

以上をタイミングチャートで表したのが、図６（ｄ）である。Ｓ２がＯＮされるまでのＳ１シーケンスの繰り返し期間の長さに応じて高速連写維持可能時間Ｂを算出し、Ｂの間は高速連写を維持する。その後は、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ｃを満たすまで低速連写をしながらピークタイミング結果を蓄積し、再び高速連写をＤだけ維持することを繰り返す。

なお、第４の実施形態では、高速連写の維持可能時間ＢあるいはＤの経過後は、低速連写を行いながら、ＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ｃを満たすのを待つことを行っていた。しかし、低速連写の代わりに、もっと簡単に図２（ｄ）に示すような、フリッカーのピークタイミングだけを求める動作を行う変形例も考えられる。図２（ｄ）は、ピーク検知シーケンスであり、図２（ｂ）の低速連写シーケンスのコマ間のフリッカーのピークタイミングを検出する部分だけを抽出したシーケンスである。１．６６７ｍｓ間隔で６回蓄積を行い、その結果からピークタイミングを求める。よってこの変形例は、高速連写維持可能な時間Ｂあるいは時間Ｄの経過後は、連写を一時的に停止し、ピーク検知シーケンスを繰り返してＦＬＫ＿Ｄ＿Ｔ≧Ｃとなるのを待った上で、再び高速連写を再開するものである。

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。

例えば、ここまで説明した実施形態では、いずれもＡＥセンサー１１１の撮像結果を用いてフリッカーの周波数やピークタイミングを検出する方法について説明した。しかし、撮像素子１０８での撮像結果をフリッカーの検出に用いてもよい。

また、従来の低速連写モードは、連写のコマ速が途中で変化せず、どれだけ長く連写を維持しても、露光タイミングの精度が保たれるという性質がある。そこで、連続撮影に関してユーザーが設定可能なモードを準備し、第１乃至第４の実施形態のような高速連写可能なモードと、従来のような低速連写のみで動くモードを切り替えられるようにしてもよい。

（その他の実施形態）
また本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現できる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現できる。

１０１：カメラ本体、１０２：撮影レンズ、１０７：フォーカルプレーンシャッター、１０８：撮像素子、１１１：ＡＥセンサー、１２０：ＣＰＵ

Claims (15)

1. 被写体像を撮像する撮像手段と、
   光源のフリッカーを検出するとともに、該フリッカーの明るさの変化の周期と、明るさがピークとなるタイミングであるピークタイミングを検出するフリッカー検出手段と、
   フリッカーが存在する場合に、連続撮影のコマ間で前記フリッカー検出手段に前記ピークタイミングの検出を行わせながら、前記ピークタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせる第１のフリッカー低減連写動作と、連続撮影のコマ間で前記フリッカー検出手段に前記ピークタイミングの検出を行わせずに、前記ピークタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせる第２のフリッカー低減連写動作とを、ユーザーによる撮影開始指示に係る所定の条件に応じて切り替える制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記第２のフリッカー低減連写動作では、連続撮影の開始直前に検出した前記ピークタイミングから前記周期の整数倍の時間が経過したタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ユーザーによる撮影開始指示に係る所定の条件とは、ユーザーが前記撮像装置に撮影準備動作を指示してから、連続撮影の開始を指示するまでの経過時間の長さであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記経過時間が所定の時間以上の場合に、前記第２のフリッカー低減連写動作に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記所定の時間とは、前記連続撮影の開始直前に検出したピークタイミングから前記周期の整数倍の時間が経過したタイミングを算出する場合に、算出精度が所定の精度を満たすまでにかかる時間であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記経過時間が前記所定の時間未満の場合に、前記第１のフリッカー低減連写動作を行い、ユーザーが前記撮像装置に撮影準備動作を指示してから前記所定の時間が経過した後に、前記第１のフリッカー低減連写動作から前記第２のフリッカー低減連写動作に切り替えることを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
7. 前記ユーザーによる撮影開始指示に係る所定の条件とは、ユーザーにより連続撮影の開始が指示されると即座に前記第２のフリッカー低減連写動作を開始させる設定がなされていることであり、前記制御手段は、前記経過時間が所定の時間未満の場合に、前記算出精度が所定の精度を満たす範囲で行える前記第２のフリッカー低減連写動作の継続可能時間を算出することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記第２のフリッカー低減連写動作を前記継続可能時間だけ前記撮像手段に行わせた後に、前記第１のフリッカー低減連写動作に切り替えることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記継続可能時間を表示手段に表示することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記制御手段は、前記継続可能時間をカウントダウンしながら前記表示手段に表示することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記制御手段は、前記経過時間の長さに応じて前記継続可能時間をカウントアップして表示手段に表示することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
12. 前記第１のフリッカー低減連写動作のみを使用するか、前記第１のフリッカー低減連写動作と前記第２のフリッカー低減連写動作の両方を切り替えて使用するかをユーザーが設定可能であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 被写体像を撮像する撮像手段と、光源のフリッカーを検出するとともに、該フリッカーの明るさの変化の周期と、明るさがピークとなるタイミングであるピークタイミングを検出するフリッカー検出手段とを備える撮像装置を制御する方法であって、
    フリッカーが存在する場合に、連続撮影のコマ間で前記フリッカー検出手段に前記ピークタイミングの検出を行わせながら、前記ピークタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせる第１のフリッカー低減連写動作と、連続撮影のコマ間で前記フリッカー検出手段に前記ピークタイミングの検出を行わせずに、前記ピークタイミングに合わせて前記撮像手段に撮像を行わせる第２のフリッカー低減連写動作とを、ユーザーによる撮影開始指示に係る所定の条件に応じて切り替える制御工程を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
14. 請求項１３に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
15. 請求項１３に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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