CN101322397B - 摄像装置 - Google Patents
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Abstract
一种摄像元件及具有其的摄像装置,可以抑制前幕和后幕中的幕体速度的差异、或者幕面的位置偏离(边缘变暗现象的发生)引起的曝光不均衡等不良现象的发生,并且降低耗能。当由曝光控制单元将快门速度设置为低速的低速快门时,通过该摄像元件的电子焦平面快门功能执行曝光开始动作(作为前幕采用电子焦平面快门),同时通过机械焦平面快门执行曝光结束动作,另一方面,由曝光控制单元将快门速度设定为高速的高速快门时,通过机械焦平面快门执行曝光开始动作以及曝光结束动作的双方(作为前幕采用机械焦平面快门)。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装有MOS型摄像元件的摄像单元以及摄像装置,尤其涉及一种使用电子焦平面快门作为前幕,使用机械焦平面快门作为后幕的摄像单元以及摄像装置。
背景技术
与利用CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合器件)的摄像元件相比,利用MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体)的X-Y扫描型摄像元件可以实现像素信号的读出动作的高速化、节能化以及高集成化,且符合对摄像装置的尺寸和性能等要求,因此,作为装载于摄像装置中的摄像元件受到注目。并且,还具有可以进行通过水平信号线以及垂直信号线,指定任意像素并读出电荷的所谓的随机扫描的特性。
目前,在具有这样的摄像元件的数码照相机等的摄像装置中,进行着如图27所示的拍摄动作。即,按下释放按钮等指示开始拍摄之后,首先,摄像元件以符号901所示的时间被复位。这时,摄像元件的所有像素被同时复位(总复位)。之后,以符号902所示的时间打开机械焦平面快门中的光路开口用前幕,开始进行对摄像元件的曝光(机械前幕),以符号903所示的时间关闭机械焦平面快门中的光路遮断用后幕,结束曝光(机械后幕)。该机械前幕和机械后幕之间的时间差Δt成为曝光时间。关闭后幕结束曝光的同时以符号904所示的时间,以像素行为单位,从摄像元件的各像素依次读出像素数据(电荷)即、拍摄图像905(传感器读出)。此外,以符号910所示的图示出了机械前幕和机械后幕之间的时间差较大时、也就是说低速快门时的状态,以符号920所示的图示出了机械前幕和机械后幕之间的时间差较小时、也就是说高速快门时的状态。
在这样的摄像装置中,存在机械焦平面快门发生振动,从而该振动对拍摄(曝光)动作起到不良影响的问题。即,存在如下问题:由于光路开口动作而移动幕体(前幕),结束开口时在快门单元内碰撞快门基板等,从而发生撞击振动(以图28的符号931所示的时间发生的振动,前幕冲击),由于该振动,摄像元件被摇晃,从而使上述曝光时间Δt中的该摄像元件的曝光变为模糊。
为了解决这个问题,例如在特开2000-152057号公报中公开了以电子焦平面快门作为快门动作的前幕,以机械焦平面快门作为后幕的技术方案。即,公开有如下摄像装置:以像素行为单位,向摄像元件具有的各像素依次供给用于进行复位动作的复位信号,使该摄像元件开始曝光动作(作为前幕的电子焦平面快门),在经过所设定的曝光时间之后,移动幕体进行机械性遮光,使该摄像元件的曝光动作结束(作为后幕的机械焦平面快门)。
但是,机械焦平面快门具有幕体的移动速度不固定,移动开始时,幕体的移动速度较慢,接近移动结束时,被加速,从而幕体的移动速度变快的特征。此外,还有由于湿度、温度的变化或姿势差异等,幕体速度变化的情况。因此,在以固定的复位定时(固定的幕体速度),由作为前幕的电子焦平面快门从幕体移动方向的开始端侧依次向各像素行供给复位信号,从而使各像素行开始曝光时,固定幕体速度的前幕和幕体速度变化的后幕之间发生幕体速度的差异。目前,由于这样的幕体速度的差异,尤其在狭缝曝光的高速SS(快门速度)时,存在无法获得稳定性曝光(产生曝光不均衡)的问题。并且,前幕的位置和后幕的位置相分离,由于这样的光学性位置偏离,所以发生由出射光瞳位置和Fno.引起的边缘变暗、产生曝光不均衡的现象。
此外,公知的还有在前幕和后幕双方均使用电子快门的摄像装置,具体地说是使用CCD型摄像元件,进行该摄像元件的电子快门控制的曝光动作、即开始曝光以及结束曝光动作的摄像装置(但是,具有机械焦平面快门,该机械焦平面快门包括相当于后幕的幕体,该幕体仅用作遮光功能),但是,与使用上述MOS型摄像元件的情况相比,该装置的总体耗电量变大。并且,关于该耗电量,机械焦平面快门充电的动作电力、也就是说用于将幕体返回至移动前的状态的电力大于电子焦平面快门,从而从降低耗能的观点来说,优选使用电子焦平面快门,而不是使用机械焦平面快门。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种以电子焦平面快门作为前幕,且以机械焦平面快门作为后幕使用时,可以抑制前幕和后幕中的幕体速度的差异,或者因幕面的位置偏离(发生边缘变暗(edge darkening)现象)引起的曝光不均衡(unevenness ofexposure)等不良现象的发生,并且可以降低耗能的摄像装置。
涉及本发明的第一方面的摄像装置的特征在于包括:摄像元件,是具有矩阵状排列的多个像素的MOS型摄像元件,具有将规定的复位信号以像素行为单位供给至各像素,从而进行曝光开始动作的电子焦平面快门功能;机械焦平面快门,配置在上述摄像元件的正前面,进行将光引导至该摄像元件的光路打开动作以及光路遮断动作;控制单元,用于控制上述摄像元件以及上述机械焦平面快门的动作;以及曝光控制单元,至少设置快门速度,其中,当由上述曝光控制单元将快门速度设置为低速的低速快门时,上述控制单元使上述摄像元件通过上述电子焦平面快门功能执行曝光开始动作,同时使上述机械焦平面快门执行曝光结束动作,且当由上述曝光控制单元将快门速度设置为高速的高速快门时,使上述机械焦平面快门执行曝光开始动作以及曝光结束动作。
根据该结构,摄像元件为MOS型摄像元件,当由曝光控制单元将快门速度设定为低速的低速快门时,以该摄像元件的电子焦平面快门功能执行曝光开始动作(使用了作为前幕的电子焦平面快门),同时由机械焦平面快门执行曝光结束动作,另一方面,当由曝光控制单元将快门速度设定为高速的高速快门时,曝光开始动作以及曝光结束动作的双方均被机械焦平面快门执行(使用了作为后幕的机械焦平面快门)。
在上述结构中,上述摄像装置具有校正该摄像装置的抖动的抖动校正功能,还可以包括抖动检测单元,用于检测施加在上述摄像装置的抖动量(本发明的第二方面)。
根据该结构,摄像装置具有校正抖动的抖动校正功能,且由抖动检测单元检测要进行抖动校正的该摄像装置的抖动量。
并且,在上述的结构中,上述摄像元件还包括拍摄透镜,用于在上述摄像元件上形成被拍摄对象的图像,且可以改变焦距,其中,上述控制单元对应上述焦距,变更是使用电子焦平面快门功能进行上述曝光开始动作还是使用上述机械焦平面快门进行的切换点(本发明的第三方面)。
根据该结构,对应可以改变焦距的拍摄透镜的该焦距,由控制单元进行是使用电子焦平面快门功能还是使用机械焦平面快门进行曝光开始动作的切换点的变更。
并且,在上述结构中,上述摄像元件还包括在上述摄像元件上形成被拍摄对象的图像的可互换的拍摄透镜,其中,上述控制单元对应所交换的上述拍摄透镜的焦距,变更是使用电子焦平面快门功能进行上述曝光开始动作还是使用上述机械焦平面快门进行的切换点(本发明的第四方面)。
根据该结构,对应交换的拍摄透镜(交换透镜)的该焦距,由控制单元进行是使用电子焦平面快门功能还是使用机械焦平面快门进行曝光开始动作的切换点的变更。
并且,在上述结构中,上述控制单元基于上述拍摄透镜的拍摄中的光圈值以及出射光瞳位置的信息,变更是使用电子焦平面快门功能进行上述曝光开始动作,还是使用上述机械焦平面快门进行的切换点(本发明的第五方面)。
根据该结构,基于拍摄透镜的拍摄中的光圈值以及出射光瞳位置信息,由控制单元进行是使用电子焦平面快门功能还是使用机械焦平面快门进行曝光开始动作的切换点的变更。
并且,在上述结构中,当使用电子焦平面快门功能进行上述曝光开始动作时,上述控制单元使用快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置的信息中的至少一个,变更用于控制基于该电子焦平面快门功能的曝光开始动作的参数(本发明的第六方面)。
根据该结构,在使用电子焦平面快门功能进行曝光开始动作时,由控制单元使用快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置的信息中的至少一个,进行用于控制该电子焦平面快门功能的曝光开始动作的参数的变更。
并且,在上述结构中,还可以包括:拍摄透镜,用于在上述摄像元件上形成被拍摄对象的图像;活动反射镜,将来自上述拍摄透镜的光束引导至光学取景器和上述摄像元件;释放按钮,用于输入拍摄开始的指示,其中,响应用户通过上述释放按钮操作输入的拍摄开始指示,在上述活动反射镜的光路向摄像元件开放之后,由上述电子焦平面快门功能以及上述机械焦平面快门中的任一个焦平面快门执行上述曝光开始动作的情况下,上述控制单元不管是上述低速快门时还是高速快门时,在结束上述活动反射镜的动作后经过一定时间之后,使上述任一个焦平面快门执行上述曝光开始动作(本发明的第七方面)。
根据该结构,不管是低速快门时还是高速快门时,在结束活动反射镜的动作后经过一定时间之后,由电子焦平面快门(摄像元件的电子焦平面快门功能)以及机械焦平面快门中的任一焦平面快门执行曝光开始动作。
并且,在上述结构中,上述机械焦平面快门包括作为上述光路打开动作用幕体的前幕和作为上述光路遮断动作用幕体的后幕,当拍摄待机时、上述前幕处于未打开上述光路的关闭状态的情况下,上述控制单元在上述低速快门时,在从上述前幕从关闭状态到打开状态的时刻开始间隔规定时间之后,使上述摄像元件执行基于电子焦平面快门功能的曝光开始动作(本发明的第八方面)。
根据该结构,在拍摄待机中的前幕未开放光路的关闭状态时,且在低速快门时,在从前幕由关闭状态到打开状态的时刻开始相隔规定时间之后,执行通过电子焦平面快门(摄像元件的电子焦平面快门功能)的曝光开始动作。
并且,在上述结构中,上述控制单元使上述前幕从关闭状态变为打开状态的打开动作的时间与上述活动反射镜的动作时间大致同步,同时控制该前幕的打开动作,从而使上述前幕朝着与活动反射镜的移动方向相反的方向移动(本发明的第九方面)。
根据该结构,前幕从关闭状态变为打开状态的打开动作的时间与活动反射镜的动作时间大致同步,同时进行打开动作,以便使前幕朝与活动反射镜的移动方向相反的方向移动(前幕朝打开方向动作)。
根据第一方面的发明,在高速快门时,前幕以及后幕的双方均为机械焦平面快门,所以可以抑制前幕和后幕中的速度差异、或者幕面的位置偏离(边缘变暗现象的发生)引起的曝光不均衡等不良现象的发生。在低速快门时,作为前幕使用了电子焦平面快门,所以与作为前幕使用机械焦平面快门时相比,可以降低耗能。并且,由于曝光时间较长,所以前幕和后幕之间的速度差异、幕面的位置偏离而引起产生的曝光不均衡是轻微的,因此实质上不发生曝光不均衡。尤其是进行实时取景时,上述耗能的降低效果显著。并且,由于使用了MOS型摄像元件,所以与例如使用CCD型摄像元件时相比,降低了耗能。
根据第二方面的发明,摄像装置具有抖动检测单元,且用其检测抖动,所以尤其在容易受到抖动影响的低速快门时,以电子焦平面快门作为前幕,从而可以防止将前幕为机械焦平面快门时的移动振动引起的抖动检测单元的抖动量的误检测。
根据第三、第四方面的发明,对应拍摄透镜(包括可互换的拍摄透镜)的焦距,可以进行是使用电子焦平面快门进行曝光开始动作还是使用机械焦平面快门进行曝光开始动作的切换点的变更,因此,考虑到所使用的拍摄透镜的性能的差异,例如在不容易发生电子焦平面快门和机械焦平面快门之间的幕体位置引起的边缘变暗等的情况下,在较高速的快门速度中,将电子焦平面快门作为前幕使用、即,对应边缘变暗等发生状况,任意调整作为前幕使用电子焦平面快门的上限的快门速度,将其提高或降低,可以进行高自由度的控制。
根据第五方面的发明,基于拍摄透镜(包括可互换的拍摄透镜)的拍摄中的光圈值以及出射光瞳位置的信息,进行是使用电子焦平面快门进行曝光开始动作还是使用机械焦平面快门进行曝光开始动作的切换点的变更,因此,考虑到所使用的拍摄透镜的性能的差异,例如在不容易发生电子焦平面快门和机械焦平面快门之间的幕体位置引起的边缘变暗等的情况下,在较高速的快门速度中,将电子焦平面快门作为前幕使用、即,对应边缘变暗等发生状况,任意调整作为前幕使用电子焦平面快门的上限的快门速度,将其提高或降低,可以进行高自由度的控制。
根据第六方面的发明,使用快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置的信息中的至少一个,可以变更用于控制电子焦平面快门功能的曝光开始动作的参数,即,基于快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置的信息,可以变更电子焦平面快门的例如快门速度(进行加快幕体速度的控制)。由此,在使用电子焦平面快门的低速快门时,根据拍摄透镜的性能的不同等,可以进行例如焦距越小、Fno.越小、或者出射光瞳位置越接近曝光面,越加快电子焦平面快门的快门速度的控制,从而可以抑制(降低)在低速快门中的边缘变暗等引起的曝光纹的发生。
根据第七方面的发明,电子焦平面快门或者机械焦平面快门的任意情况下,在活动反射镜的动作结束之后,经过相同时间之后开始曝光动作,因此,用户在使用任意快门时,均能以相同的释放时间进行拍摄(开始曝光动作),而且可以实现具有良好操作性的摄像装置。
根据第八方面的发明,在从机械焦平面快门的前幕进行打开动作的时刻间隔规定时间之后,进行电子焦平面快门的曝光开始动作,因此,通过将该规定时间间隔设定为例如可以停止前幕(幕体)的冲击振动的时间间隔,从而可以避免该前幕的移动振动对于抖动检测动作和曝光动作的影响,而且可以进行高精度的抖动校正和拍摄,可以获得美丽的拍摄图像。
根据第九方面的发明,可以使前幕的打开动作引起的冲击振动和活动反射镜的打开动作引起的冲击振动相互消除(相互抵消),从而可以进一步减少该冲击振动对于抖动检测动作和曝光动作的影响。并且,根据该结构,可以更快地衰减(结束)冲击振动,即,可以强制性地衰减冲击振动,因此可以缩短等到冲击振动停止的时间,可以进行高效率的拍摄。
附图说明
图1是示出了安装有涉及本发明的摄像单元的数码相机(摄像装置)的正面外观图;
图2是图1示出的数码相机的背面图;
图3是示出数码相机的内部结构的剖面图;
图4是示出快门单元结构的分解立体图;
图5是快门单元的正面图;
图6是示出照相机主体内安装有拍摄透镜的状态下的数码相机整体的电结构的框图;
图7是概略示出摄像传感器的电路结构的电路框图;
图8是用于说明电子焦平面快门动作的示意图;
图9是示出摄像传感器和快门单元之间配置关系的平面图;
图10是用于说明作为前幕使用电子焦平面快门时的示意图;
图11是用于说明作为前幕使用电子焦平面快门时的、低速SS中的幕体速度特性的偏离的示意图;
图12是用于说明作为前幕使用电子焦平面快门时的、高速SS中的幕体速度特性的偏离的示意图;
图13是示出出射光瞳位置和摄像传感器以及快门单元之间的关系的剖面图;
图14是示出向摄像传感器入射光束的状态的剖面图;
图15是示出向摄像传感器入射光束的状态的剖面图;
图16是示出向摄像传感器入射光束的状态的剖面图;
图17是示出向摄像传感器入射光束的状态的剖面图;
图18是示出快门控制部的功能结构的功能框图;
图19是示出在交换拍摄透镜时、拍摄时相互通信的状态信息数据的一个例子的表的样式图;
图20是示出数码相机的拍摄处理动作的流程图;
图21是用于说明上述数码相机的一个变形方式的图表图;
图22是用于说明上述数码相机的一个变形方式的图表图;
图23是用于说明上述数码相机的一个变形方式的时序图;
图24是用于说明上述数码相机的一个变形方式的时序图;
图25是用于说明上述数码相机的一个变形方式的时序图;
图26是用于说明上述数码相机的一个变形方式的时序图;
图27是用于说明现有的数码相机的拍摄动作的示意图;以及
图28是用于说明现有数码相机中的前幕振动的示意图。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的实施例。
(照相机结构的说明)
图1、图2是具有本发明所涉及的摄像单元的数码相机1(摄像装置)的外观结构的示意图,图1是数码相机1的正面外观图,图2是数码相机1的背面外观图。并且,图3是示出数码相机1的内部结构的剖面图。如图1所示,该数码相机1是单镜头反光照相机,包括照相机主体10和可装卸(可互换)地安装在该照相机主体10的正面略中央的拍摄透镜2(可互换透镜)。
在图1中,照相机主体10的正面侧包括安装部(mounting unit)101,用于在正面略中央的位置安装拍摄透镜2;透镜交换按钮102,配置在安装部101的右侧旁;握把部103,突出设置在正面左端部(X方向左侧),用户可以用单手(或双手)可靠地把持(保持);AF辅助光发光部104,配置在安装部101的左侧旁;模式设置刻度盘11,配置在正面左上部(Y方向左上侧);控制值设置刻度盘12,配置在正面右上部;以及快门按钮13,配置在握把部103的上面。
并且,在图2中,照相机主体10的背面侧包括配置在背面左侧的LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示器)14;配置在LCD 14的下方的设置按钮组15;配置在LCD 14的侧方的十字键16;配置在十字键16的中央的控制按钮17;配设在LCD 14的上方的光学取景器18;配设在光学取景器18的侧方的主开关105;以及配设在光学取景器18的上方的连接端子部106。
模式设置刻度盘11以及控制值设置刻度盘12形成在与照相机主体10的上面略平行的面内,由可旋转的略圆盘状的部件构成。模式设置刻度盘11用于选择一个装载在数码相机1的模式或功能,装载在数码相机1的模式包括自动曝光(AE)控制模式和自动焦点(AF:自动聚焦)控制模式、或者拍摄一张静止图像的静止图像拍摄模式和进行连续拍摄的连续拍摄模式等各种拍摄模式、再生已经记录的图像的再生模式等。
快门按钮13是按压按钮,可以进行按压至中途的“半按状态”操作和进一步按压的“全按状态”操作。在静止图像拍摄模式中,快门按钮13被半按(S1),则执行用于拍摄被拍摄对象的静止图像的准备动作(曝光控制值的设定或焦点调节等准备动作),快门按钮13被全按(S2),则执行拍摄动作(曝光摄像传感器,且对由该曝光获得的图像信号进行规定的图像处理并记录在存储卡等中的一系列动作)。此外,通过未图示的开关S1被打开,检测快门按钮13的半按操作,通过未图示的开关S2被打开,检测快门按钮13的全按操作。
LCD 14包括彩色液晶面板,显示由摄像传感器30(参照图3)拍摄的图像或再生已经记录的图像等,同时显示装载在数码相机1的功能或模式的设置图面。此外,还可以用有机EL或等离子显示装置代替LCD 14。
设置按钮组15是对装载在数码相机1的各种功能进行操作的按钮。该设置按钮组15包括用于确定例如显示在LCD 14的菜单画面中选择内容的确定选择开关、取消选择开关、切换菜单画面的内容的菜单显示开关、显示打开/关闭开关、显示放大开关、抖动校正开关等。
十字键16构成为:具有环状部件,该环状部件具有以一定间隔配置在圆周方向的多个按压部(图中的三角标记部分),由对应该按压部的未图示的接触点(开关)检测按压部的按压操作。并且,控制按钮17配置在十字键16的中央。十字键16以及控制按钮17用于输入拍摄放大率的变更(变焦透镜朝广角方向或远摄方向的移动)、在LCD 14上再生的记录图像的帧前置(frame advance)、以及拍摄条件(光圈值、快门速度、闪光的有无等)的设定等指示。
光学取景器18用于视觉地显示被拍摄对象的被拍摄的范围。即、来自拍摄透镜2的被拍摄对象的图像引导到光学取景器18中,用户(拍摄者)通过窥视该光学取景器18,可以视觉辨认实际拍摄在摄像传感器30中的被拍摄对象的图像。
安装部101是拍摄透镜2被安装的部位,且在与其邻近的位置设置有与所安装的拍摄透镜2进行电连接的多个电接触点(未图示)、或用于进行机械连接的后述的耦合器414(参照图3)等。透镜交换按钮102是当取下安装在安装部101的拍摄透镜2时被按下的按钮。
握把部103是用户在拍摄时把持该数码相机1的部分,为了提高拟合性(fitting),设置有符合手指形状的表面凹凸。此外,握把部103的内部设置有电池容纳室和卡容纳室。在电池容纳室容纳有作为照相机的电源的电池69B(参照图6),在卡容纳室可装卸地容纳有用于记录拍摄图像的图像数据的记录介质,例如,存储卡67。此外,还可以在握把部103上设置用于检测用户是否把持该握把部103的握把传感器。
AF辅助光发光部104具有LED等发光元件,在被拍摄对象的亮度或对比度较小,且进行焦点调节动作时输出辅助光。
主开关105由朝左右滑动的两个接触点的滑动开关构成,将其固定在左侧,则接通数码相机1的电源,将其固定在右侧,则关闭电源。连接端子部106用于将未图示的闪光灯等的外部装置连接于该数码相机1上。
如图1的虚线所示,在该数码相机1中的照相机主体10的适当位置装载有抖动检测传感器49。该抖动检测传感器49检测因手抖动等而施加在照相机主体10的抖动,因此假设图1的水平方向为X轴、垂直于该X轴的方向为Y轴的二维座标系,则包括用于检测X轴方向的照相机抖动的X传感器49a和用于检测Y轴方向的照相机抖动的Y传感器49b。X传感器49a以及Y传感器49b例如由使用压电元件的陀螺仪(gyro)构成,用于检测各方向的抖动的角速度。
拍摄透镜2作为接收来自被拍摄对象的光(光学图像)的透镜窗发挥作用,同时构成拍摄光学系统,该拍摄光学系统将该被拍摄对象的光引导至配置在照相机主体10内部的后述的摄像传感器30和光学取景器18中。通过对上述的透镜交换按钮102进行按压操作,可以从照相机主体10取下该拍摄透镜2(可互换的拍摄透镜)。
拍摄透镜2包括透镜组21,该透镜组21由沿着光轴L串联配置的多个透镜构成(参照图3)。该透镜组21包括用于进行焦点调节的聚焦透镜211(参照图6)和用于改变放大率的变焦透镜212(参照图6),通过分别在光轴L方向被驱动,从而进行放大率改变和焦点调节。并且,拍摄透镜2还具有操作环,该操作环在其透镜镜筒22的外周的适当位置可以沿该透镜镜筒的外周表面旋转,通过手动操作或者自动操作,变焦透镜212对应于上述操作环的旋转方向以及旋转量,沿光轴方向移动,从而设置为对应于该移动目的地的位置的变焦放大率(拍摄放大率)。此外,在这里,拍摄透镜2为可以改变焦距的拍摄透镜,但是也可以是不能改变焦距(固定在某一个焦距的)的拍摄透镜。
接着,参照图3对照相机主体10的内部结构进行说明。如图3所示,照相机主体10的内部包括摄像传感器30、AF驱动单元41、相位差AF模块42、快门单元43、镜箱44、光学取景器18、上述的抖动检测传感器49以及主控制部62等。
在照相机主体10的背面侧的区域中,与该背面略平行地配置摄像传感器30(摄像元件)。作为摄像传感器30使用例如MOS彩色区域传感器(MOS型的摄像元件),具有光电二极管而构成的多个像素二维排列成矩阵状,并且MOS彩色区域传感器按照拜耳排列(Bayer arrangement),在各像素的受光面上以1∶2∶1的比率配置有分别具有不同光谱感光度的例如R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的彩色过滤器。摄像传感器30将由透镜组21成像的被拍摄对象的光学图像转变为R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)各颜色成分的模拟电信号(图像信号),且作为R、G、B各色的图像信号输出。
AF驱动单元41包括AF执行机构411、输出轴412、编码器413。AF执行机构411产生用于进行AF动作的驱动力,包括DC电动机、步进电动机、超音波电动机等电动机和用于降低这些电动机的旋转速度的未图示的减速系统。输出轴412将从AF执行机构411输出的驱动力传递到拍摄透镜2内的透镜驱动机构24。编码器413用于检测AF执行机构411的输出轴412传递的驱动量(旋转量),所检测出的旋转量用于计算拍摄透镜2内的透镜组21的位置。此外,上述输出轴412和透镜驱动机构24通过机械性连接两者的耦合器414连接。
相位差AF模块42配置在镜箱44的底部,以众所周知的相位差检测方式检测聚焦位置。
快门单元43具有朝与摄像传感器30的规定像素行略正交的方向移动的幕体,且由对引导至摄像传感器30的光进行遮断动作的机械焦平面快门构成,配置在镜箱44的背面和摄像传感器30之间。图4是示出该快门单元43的构成的分解立体图。该快门单元43在一对快门基板430A、430B之间包括前幕组431、后幕组432、遮光板433以及中间板434。
前幕组431由四个分离幕体4311~4314(幕体)构成,这些分离幕体4311~4314通过二个前幕臂4315、4316连接。由具有规定驱动轴的驱动装置(图6所示的快门驱动执行机构43M)驱动这些前幕臂4315、4316,从而分离幕体4311~4314动作为展开状态(“快门打开”状态)以及重叠状态(“快门关闭”状态)。后幕组432也相同,四个分离幕体4321~4324通过二个后幕臂4325、4326连接。此外,在遮光板433以及中间板434上形成有使被拍摄对象光通过的规定的开口部。并且,快门基板430A、430B上设置有用于插入上述驱动装置的驱动轴的圆弧槽435A、436A以及435B、436B。
本实施方式所涉及的数码相机1,以规定的定时向摄像传感器30的各像素供给复位信号,所有主要使用使该摄像传感器30的曝光动作开始的电子焦平面快门作为曝光动作中的前幕,使用由机械焦平面快门构成的快门单元43作为后幕。由此上述前幕组431通常在比曝光开始时刻早的阶段变为“快门打开”状态。当然,在长时间曝光时等,作为前幕可以使用该前幕组431,而不是使用电子焦平面快门。
返回至图3,镜箱44包括快速复原反射镜441和副反射镜442。快速复原反射镜441具有如下结构:以旋转支点443为中心,可以在如图3中的实线所示的、相对构成摄像光学系统的透镜组21的光轴L略倾斜45度的姿势(以下称为倾斜姿势)和如图3的双点划线所示的、与照相机主体10的底面略平行的姿势(以下称为水平姿势)之间自由旋转。
副反射镜442配置在快速复原反射镜441的背面侧(摄像传感器30侧),且具有如下结构:在如图3的实线所示的、相对处于倾斜姿势的快速复原反射镜441倾斜略90度的姿势(以下称为倾斜姿势)和如图3的双点划线所示的、与处于水平姿势的快速复原反射镜441略平行的姿势(以下称为水平姿势)之间,与快速复原反射镜441联动,可以改变位置。快速复原反射镜441以及副反射镜442由后述的反射镜驱动执行机构44M(参照图6)驱动。
快速复原反射镜441以及副反射镜442为倾斜姿势时,快速复原反射镜441向光学取景器18(聚焦屏45)方向反射沿光轴L的被拍摄对象的光束的大部分,同时使剩余光束透过,副反射镜442将透过快速复原反射镜441的光束引导至相位差AF模块42。这时,由光学取景器18显示被拍摄对象的图像,以及由相位差AF模块42进行相位差检测方式的焦点调节动作,另一方面,没有光束引导到摄像传感器30上,因此,LCD 14不显示被拍摄对象的图像。
另一方面,快速复原反射镜441以及副反射镜442为水平姿势时,快速复原反射镜441和副反射镜442均离开光轴L,因此,几乎所有的沿光轴L的被拍摄对象光束被引导至摄像传感器30。这时,LCD 14显示被拍摄对象的图像,同时光学取景器18不显示被拍摄对象的图像,且相位差AF模块43不进行相位差检测方式的焦点调节动作。
光学取景器18配置于照相机主体10的略中央所配置的镜箱44的上部,且包括聚焦屏45、棱镜46、目镜透镜47、以及取景器显示元件48。棱镜46将聚焦屏45上的图像的左右进行反转,且通过目镜透镜47引导至拍摄者的眼前,从而可以视觉辨认被拍摄对象。取景器显示元件48在取景器框内所形成的显示画面的下部,显示快门速度、光圈值、曝光校正值等。
抖动检测传感器49相当于图1所示的抖动检测传感器49(X传感器49a以及Y传感器49b)。此外,在该图3中,将X传感器49a以及Y传感器49b概括图示为一个。
返回至图3,主控制部62是内设有例如存储控制程序的ROM和临时存储数据的闪速存储器等存储部的微型电子计算机。在后面说明其详细的功能。
其次,对安装在照相机主体10的拍摄透镜2进行说明。该拍摄透镜2包括构成摄像光学系统的透镜组21、透镜镜筒22、透镜驱动机构24、透镜位置检测部25、以及透镜控制部26。
透镜组21在透镜镜筒22内的光轴L方向保持上述的聚焦镜头211以及变焦透镜212(参照图6)和光圈23,且读取被拍摄对象的光学图像,将该光图像成像于摄像传感器30等上,其中,上述光圈23用于调节投射到照相机主体10所具有的摄像传感器30的光量。通过由照相机主体10内的AF执行机构411朝光轴L方向驱动透镜组21,从而进行拍摄放大率(焦距)的变更或焦点调节动作。
透镜驱动机构24例如由螺旋体以及旋转该螺旋体的未图示的齿轮等构成,通过耦合器414接收来自AF执行机构411的驱动力,使透镜组21整体地沿与光轴L平行的箭头A方向移动。此外,分别按照AF执行机构411的旋转方向以及旋转圈数,确定透镜组21的移动方向以及移动量。
透镜位置检测部25包括编码器板和编码器电刷(encoderbrush),检测透镜组21的焦距的变化,且将该检测信息传送给后述的透镜控制部26,其中,上述编码器板在透镜组21的移动范围内,沿光轴L方向以规定的间距,形成有多个编码图,上述编码器电刷滑动连接于上述编码器板上,同时与透镜镜筒22一起移动。
透镜控制部26由内设有的存储部261(可互换的拍摄透镜所具有的存储部)的微型电子计算机构成,存储部26由例如存储控制程序的ROM和存储与状态信息有关的数据的闪速存储器等构成。并且,透镜控制部26包括用于与照相机主体10的主控制部62之间进行通信的通信部262,该通信部262将例如透镜组21的焦距、出射光瞳位置、光圈值、聚焦距离以及周边光量状态等的状态信息数据发送给主控制部62,同时从主控制部62接收例如聚焦镜头211的驱动量数据。并且,在拍摄时,AF动作结束之后的焦距信息、光圈值等的数据从通信部262发送到主控制部62。此外,上述存储部261存储有上述透镜组21的状态信息数据和从主控制部62发送到的例如聚焦镜头211的驱动量数据等。
(数码相机的电结构的说明)
其次,对本实施方式所涉及的数码相机1的电结构进行说明。图6是示出了在照相机主体10安装有拍摄透镜2的状态下的数码相机1的整体电结构的框图。在这里,对于与图1~图3相同的部件等,标有相同的符号。此外,拍摄透镜2的电结构如同上述,因此,在这里专门对照相机主体10的电结构进行说明。
照相机主体10除了之前的基于图1~图3说明的摄像传感器30等之外,还包括MOS驱动机构30A、AFE(模拟前端(analog frontend))5、图像处理部61、图像存储器614、主控制部62(包括第一控制单元)、闪光电路63、操作部64、VRAM 65、卡I/F66、存储卡67、通信用I/F 68、电源电路69、电池69B、聚焦驱动控制部41A、快门驱动控制部43A(第二控制单元)以及快门驱动执行机构43M、反射镜驱动控制部44A以及反射镜驱动执行机构44M。
如上说明,摄像传感器30由MOS彩色区域传感器构成,且由后述的定时(timing)控制电路51控制该摄像传感器30的曝光动作的开始(以及结束)或者摄像传感器30所具有的各像素的输出选择、像素信号的读出等摄像动作。图7是概略示出了摄像传感器30的电路构成的电路框图。在这里,为了方便图示,仅示出了3行(线)×4列的像素组。
在多个像素行32(32a~32c)上排列(矩阵状排列)多个像素31(31a-1~31d-3)构成摄像传感器30,在图7中,示出了在第一像素行32a上配置有像素31a-1、31b-1、31c-1、31d-1,在第二像素行32b上配置有像素31a-2、31b-2、31c-2、31d-2,在第三像素行32c上配置有像素31a-3、31b-3、31c-3、31d-3的例子。各像素31由作为进行光电变换动作的光电变换元件的光电二极管33、接收复位信号且使积蓄在像素31中的电荷放电的复位开关(Rst)34、将积蓄在像素31中的电荷作为电压读出(电荷电压变换)且对其进行放大的放大元件(Amp)35、接收选择信号且使该像素31的像素信号输出的垂直选择开关(SW)36构成。此外,复位开关34以及放大元件35连接于电源Vp上。
并且,摄像传感器30包括垂直扫描电路37、水平扫描电路38、以及放大器39。以像素行32a~32c为单位,垂直扫描电路37连接有共同连接各像素31a-1~31d-3的复位开关34的复位线371a~371c和共同连接垂直选择开关36的控制电极的垂直扫描线372a~372c。垂直扫描电路37通过复位线371a~371c,以规定的复位定时,向各像素行32a~32c依次供给复位信号φVr,且使各像素31a-1~31d-3以像素行32a~32c为单位进行复位动作。并且,垂直扫描电路37通过垂直扫描线372a~372c,向各像素31a-1~31d-3供给垂直扫描脉冲φVn。
并且,每个像素列(例如,像素31a-1、31a-2、31c-3)被引出共同连接有垂直选择开关36的主电极的水平扫描线381(381a~381d),通过每个水平开关382(382a~382d)连接在水平信号线383上。水平扫描电路38连接在这样的水平开关382a~382d的控制电极上,且取出通过供给水平扫描脉冲φVm而被选择的像素的像素信号。放大器39连接在水平信号线383上,对来自像素的输出信号进行放大。
在具有这样构成的摄像传感器30中,可以对于每个像素进行积蓄在各像素31a-1~31d-3的电荷的输出动作(读取),同时通过控制垂直扫描电路37以及水平扫描电路38的动作,可以指定特殊的像素并输出该像素信号。即,通过垂直扫描电路37、向某个像素的垂直选择开关36供给垂直扫描脉冲φVn,从而由该像素具有的光电二极管33进行光电变换的电荷(像素信号)可以通过水平扫描线381输出。之后,通过水平扫描电路38,向连接在其水平扫描线381上的水平开关382供给水平扫描脉冲φVm,通过水平开关382,上述像素信号输出到水平信号线383上。通过对每个像素依次进行这样的动作,可以指定像素的同时从所有的像素依次输出像素信号。输出至水平信号线383上的像素信号在放大器39中进一步被放大之后,输出到AFE5。
在本实施方式所涉及的数码相机1中,作为前幕由于使用电子焦平面快门,所以向像素31的复位开关34供给复位信号φVr的时间成为了对其像素31的曝光开始的时间。即,复位开关34通过供给复位信号φVr而被打开,从而放弃一直积蓄着的不要的电荷,之后被关闭,使像素处于可以积蓄曝光的电荷的状态。在图7示出的例子中,复位信号φVr具有以一个像素行32a~32c为单位供给的电路结构,因此,各第一~第三像素行32a~32c依次开始曝光。
图8是用于说明该电子焦平面快门动作的示意图。在图8的(a)中示出了从第一像素行32a到第N像素行32N,以箭头示出了分别向这些像素行供给复位信号φVr的复位线371a~371N。此外,第一像素行32a~第N像素行32N是沿与机械焦平面快门所具有的幕体的移动方向正交的方向排列像素的像素行。
在这样的结构中,以规定的复位定时,从垂直扫描电路37通过复位线371a~371N,向第一像素行32a~第N像素行32N依次供给如图8的(b)所示的复位信号φVr。即,首先,在时刻t1,向第一像素行32a具有的像素31a-1~31d-1同时供给复位信号φVr,开始这些像素31a-1~31d-1的曝光。其次,在时刻t2,向第二像素行32b具有的像素31a-2~31d-2同时供给复位信号φVr,开始这些像素31a-2~31d-2的曝光。以下相同地,在每个时刻t3、t4、t5...tn,向第三像素行32c、第四像素行32d、第五像素行32e...第N像素行32N依次供给复位信号φVr。由此,从第一像素行32a开始向第N像素行32N,依次开始曝光,从而起到电子焦平面快门的功能。
在这里,复位定时(向第一像素行32a~第N像素行32N依次供给复位信号φVr的定时)决定该电子焦平面快门的幕体速度。即,时刻t1~tn的时间越短,幕体速度越快。并且,时刻t1、t2...tn的各间隔为一定时,幕体速度也是一定的。在本实施方式中,作为前幕的电子焦平面快门的幕体速度不是一定的,而是如后述,被主控制部62控制,渐渐加速,在终端侧变为最快。
返回至图6,MOS驱动机构30A用于对应施加在照相机主体10的手抖动等,对摄像传感器30进行抖动校正驱动。该MOS驱动机构30A包括使用压电元件的冲击式执行机构或步进电动机等构成的X轴执行机构以及Y轴执行机构,通过主控制部62控制。
AFE5对摄像传感器30供给使其进行规定动作的定时脉冲,同时对从摄像传感器30输出的图像信号(通过MOS区域传感器(areasensor)的各像素接收的模拟信号组)进行规定的信号处理,并变换成数字信号,之后输出至图像处理部61。该AFE5由定时控制电路51、信号处理部52以及A/D转换部53构成。
定时控制电路51基于从主控制部62输出的基准时钟,生成规定的定时脉冲(生成垂直扫描脉冲φVn、水平扫描脉冲φVm、复位信号φVr等的脉冲),并输出至摄像传感器30(上述垂直扫描电路37以及水平扫描电路38等),控制摄像传感器30的拍摄动作。并且,通过将规定的定时脉冲分别输出到信号处理部52和A/D转换部53,从而控制信号处理部52以及A/D转换部53的动作。
信号处理部52对从摄像传感器30输出的模拟图像信号进行规定的模拟信号处理。该信号处理部52包括CDS(相关复式取样)电路、AGC(自动增益控制器)电路、以及钳位电路(钳位单元)等。基于从上述定时控制电路51输出的定时脉冲,A/D转换部53将从信号处理部52输出的模拟R、G、B图像信号转换成由多个位(例如12位)构成的数字图像信号。
图像处理部61对从AFE5输出的图像数据进行规定的信号处理并制作图像文件,图像处理部61由黑色电平校正电路611、白平衡控制电路612以及伽马校正电路613构成。此外,进入到图像处理部61的图像数据同步于从摄像传感器30的读出,临时写入图像存储器614中,以后,访问写入该图像存储器614的图像数据,在图像处理部61的各模块中进行处理。
黑色电平校正电路611将由A/D转换部53进行A/D转换的R、G、B各数字图像信号的黑色电平校正为基准的黑色电平。
白平衡控制电路612基于对应光源的白色的基准,进行R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的各颜色成分的数字信号的电平转换(白平衡(WB)调整)。即,基于从主控制部62供给的WB调整数据,白平衡控制电路612对从被拍摄对象中的亮度或彩度数据等推定是原本为白色的部分进行指定,计算出该部分的R、G、B各颜色成分的平均和G/R比以及G/B比,且将其作为R、B校正增益,校正电平。
伽马校正电路613对WB调整的图像数据的灰度特性进行校正。具体地说,伽马校正电路613使用按照每个颜色成分预先设定的伽马校正用表格,对图像数据的电平进行非线形转换的同时进行偏移量调整。
图像存储器614在拍摄模式时临时存储从图像处理部61输出的图像数据,同时也是用作通过主控制部62对该图像数据进行规定处理的作业区域的存储器。并且,在再生模式时,临时存储从存储卡67读出的图像数据。
主控制部62用于控制图6所示的数码相机1内的各部分的动作,在本实施方式中,按照功能不同由AF/AE控制部621、抖动校正控制部622、快门控制部623构成。
AF/AE控制部621对自动焦点控制(AF)以及自动曝光控制(AE)所需要的动作进行控制。即,为了实现AF,使用上述相位差AF模块42的输出信号以相位差检测方式进行焦点调节处理,并生成聚焦控制信号(AF控制信号),通过聚焦驱动控制部41A,使AF执行机构411开始动作,从而使其驱动聚焦镜头211。并且,为了实现AE,基于由未图示的AE传感器检测出的被拍摄对象的亮度信息等,计算该被拍摄对象的适宜曝光量。
在执行手抖动校正模式时,抖动校正控制部622基于来自上述的抖动检测传感器49的抖动检测信号,计算出抖动方向以及抖动量,且基于计算出的方向以及抖动量,生成抖动校正控制信号并输出到MOS驱动机构30A,将摄像传感器30沿抵消手抖动的方向移位驱动。
快门控制部623对机械焦平面快门以及电子焦平面快门的快门动作进行控制。基于后述的图18,对该快门控制部623进行详细的说明。
在闪光拍摄模式下,闪光电路63将连接在连接端子部106的闪光灯的发光量控制在由主控制部62设定的规定的发光量。
操作部64包括上述的模式设置刻度盘11、控制值设置刻度盘12、快门按钮13、设置按钮组15、十字键16、控制按钮17、主开关105等,用于将操作信息输入到主控制部62。
VRAM 65具有对应LCD 14的像素数量的图像信号的存储容量,是主控制部62和LCD 14之间的缓冲存储器。卡I/F 66是可以使存储卡67和主控制部62之间接收/发送信号的接口。存储卡67用于保存在主控制部62生成的图像数据。通信用I/F 68是可以对个人计算机或其他外部设备传送图像数据等的接口。
电源电路69例如由恒定电压电路等构成,其生成用于驱动主控制部62等的控制部、摄像传感器30、其他各种驱动部等的数码相机1整体的电压(例如5V)。此外,对摄像传感器30的接通电源控制是通过从主控制部62向该电源电路69供给的控制信号进行。电池69B由碱性干电池等一次性电池或镍氢充电电池等充电电池构成,是向数码相机1的整体提供电力的电源。
聚焦驱动控制部41A基于从主控制部62的AF/AE控制部621供给的AF控制信号,生成用于将聚焦镜头211移动到聚焦位置所需要的、控制AF执行机构411的驱动控制信号。
快门驱动执行机构43M是用于进行快门单元43(图4示出的前幕组431以及后幕组432)的开关驱动的执行机构。快门驱动控制部43A(第二控制单元)基于从主控制部62供给的控制信号,生成控制上述快门驱动执行机构43M的驱动控制信号。此外,用于驱动后幕组432的控制信号成为用于结束摄像传感器30中的曝光动作的控制信号。
反射镜驱动执行机构44M是使上述镜箱44所具有的快速复原反射镜441以水平姿势或者倾斜姿势旋转的执行机构。反射镜驱动控制部44A配合拍摄动作的定时,生成用于驱动反射镜驱动执行机构44M的驱动信号。
(快门动作的说明)
如图10所示,在本实施方式所涉及的数码相机1中,将电子焦平面快门用作前幕(参照以符号701表示的“传感器复位(sensorreset)”),将机械焦平面快门用作后幕(参照以符号702表示的“机械后幕”),从而可以开始和结束MOS型摄像传感器30的曝光动作。但是,通常采用将电子焦平面快门作为前幕的方式时,存在如下(1)、(2)所示的问题。
(1)高速SS时的曝光不均衡(Unevenness of Exposure)问题
图9是示出摄像传感器30和快门单元43之间的配置关系的剖面图。如图9所示,通常摄像传感器30具有如下结构:MOS传感器芯片301容纳在具有容纳凹槽的支架302中,在MOS传感器芯片301的受光面301a侧设定规定的空隙301g,以盖玻片303密封支架302的开口面。并且,在摄像传感器30和快门单元43之间通常装有用于除去被拍摄对象光的高频成分且防止波纹的光学低通滤波器304。作为该光学低通滤波器304,使用有例如以调整规定的结晶轴方向的水晶等作为材料的双折射型低通滤波器或通过衍射效应实现所必要的光学性遮断频率特征的相位型低通滤波器等。该结构中,被拍摄对象光通过快门单元43的图像框43B、光学低通滤波器304、盖玻片303以及空隙301g,到达MOS传感器芯片301的受光面301a。
在这样的结构中,快门单元43所具有的幕体(前幕组431以及后幕组432)的幕体速度在从展开状态到重叠状态中是变化的。将图10中的以符号703表示的曲线作为“机械前幕”的幕体的移动特性(幕体速度特性703),则如该幕体速度特性703所示,具有机械焦平面快门的幕体速度从图像框的移动开始端侧(以符号704表示的范围)到终端侧,最初为较慢,渐渐加速,在终端侧变为最快的特性。上述以符号702表示的机械后幕的速度特性(幕体速度特性702)也是相同的。并且,该幕体速度特性随着数码相机1的姿势(用户把握照相机的方向)、温度、湿度、或者快门单元43的构成部件的老化效应等发生变化。
在这里,如图11所示,快门速度较幔时,与幕体速度特性712所表示的前幕(传感器复位)相比,幕体速度特性711所表示的后幕(机械后幕)在时间上较晚些开始动作,因此包括图像框完全打开的时间带的曝光时间变为较长,从而前幕以及后幕的速度特性的差异(幕体速度之差)并不那么成为问题。即,相对于动作精确度非常高,且幕体速度特性不变动(不变化)的电子焦平面快门的幕体速度特性712,机械焦平面快门的幕体速度特性711假如变动为例如幕体速度特性7111或幕体速度特性7112,则幕体速度特性712和幕体速度特性7111的曝光时间Δt1与幕体速度特性712和幕体速度特性7112的曝光时间Δt2之间几乎不产生差异不发生曝光不均衡(即使发生曝光不均衡,也是在允许的误差范围之内)。
但是,当快门速度较高时(高速SS时),该曝光不均衡明显存在。在高速SS时,如图12中的符号720所示,幕体速度特性721表示的前幕(传感器复位)和幕体速度特性722表示的后幕(机械后幕)之间的动作间隔(时间差)变为较小,在前幕进行打开动作的途中,开始后幕的动作,进行所谓的狭缝曝光。当进行该狭缝曝光时,前幕以及后幕的幕体速度特性有差异,也就是说,相对电子焦平面快门的幕体速度特性721,机械焦平面快门的幕体速度特性722变动为例如幕体速度特性7211或幕体速度特性7222,则幕体速度特性721和幕体速度特性7221的曝光时间Δt3与幕体速度特性721和幕体速度特性7222的曝光时间Δt4之间的差异变为显著(Δt3≠Δt4)。由此,像素行之间的摄像传感器30的曝光时间不同(受光面301a的曝光时间会部分的不同),发生曝光不均衡。
与此相对应,如图12中的符号730所示,当前幕以及后幕的双方都为机械焦平面快门时,即使发生上述的老化效应等,前幕以及后幕的幕体速度特性也略相同地变化,因此不容易发生曝光不均衡。即,前幕(机械前幕)的幕体速度特性731变动为例如幕体速度特性7311或幕体速度特性7312,且后幕(机械后幕)的幕体速度特性732变动为例如幕体速度特性7321或幕体速度特性7322,则前幕以及后幕的动作的变动方向变为相同,也就是说,幕体速度特性731变动为幕体速度特性7311侧,则幕体速度特性732也变动为与幕体速度特性7311侧相同的幕体速度特性7321侧,相同地幕体速度特性变动为7312侧,则变动为幕体速度特性7322侧,因此,任何变动时的曝光时间均不产生那么大的差异( )。这样,在高速SS时,可以说前幕以及后幕的双方均使用机械焦平面快门时,不易产生曝光不均衡的问题。
(2)高速SS时的边缘变暗(edge darkening)问题
在图9所示的结构中,当仅以快门单元43所具有的前幕组431以及后幕组432、也就是说仅以机械焦平面快门进行曝光控制时,全曝光时间Tm可以用下列公式(1)表示。
Tm=(W+ds/A)V...(1)
其中,W:狭缝宽度
ds:从受光面301a到狭缝移动面的平均距离
A:透镜的Fno.(焦距f/透镜的有效直径D)
V:狭缝移动速度
在这里,当使用前幕组431以及后幕组432时,如图9的箭头x1所示,上述ds为从前幕组431以及后幕组432的中间位置到受光面301a的距离。另一方面,如本实施方式,作为前幕使用电子焦平面快门,且作为后幕使用后幕组432时,前幕的位置=受光面301a,因此如图9的箭头x2所示,上述ds为从受光面301a到后幕组432的距离的1/2程度。这样,在本实施方式中,虽然可以缩小ds,但是因为配置有光学低通滤波器304,所以前幕的位置(受光面301a)和后幕的位置(快门单元43中的后幕组432的配置位置)之间是相隔的,因此在高速SS中,发生透镜的Fno.和出射光瞳位置引起的边缘变暗的现象。
如图13所示,在光轴AX上配置有透镜组21以及摄像传感器30,出射光瞳位置设定在图示的位置上。这时,如图14所示,当Fno.较小时(例如F2),出射光瞳直径变大。这时,观察从位于该出射光瞳的最外周上端的一个点P1向图像平面发射的光束op11~op13,则投向受光面301a的上端侧的光束op11相对光轴AX的倾斜角较小,但是投向中间的光束op12~投向下端侧的光束op13相对光轴AX的倾斜角较大。
与此相对应,如图15所示,当Fno.较大时(例如F8),出射光瞳直径变小。这时,观察从位于该出射光瞳的最外周上端的一个点P2向图像平面发射的光束op21~op23,则随着出射光瞳直径缩小,投向受光面301a的上端侧~下端侧的所有光束op21~op23相对光轴AX的倾斜角也变得比较小。
并且,如图16所示,当Fno.较小时(图14),由于前幕和后幕之间的光学位置是分离的,所以在受光面301a的端部中发生边缘变暗的现象。在图16中,以箭头w表示在后幕组432(后幕)与受光面301a中电子焦平面快门的前幕形成的狭缝宽度。当后幕组432的幕体位于以符号Q1表示的位置上,曝光狭缝临近受光面301a的中央K1时,从点P1投向受光面301a的中央的光束op12到达受光面301a,并不被幕体遮断。但是,当后幕组432的幕体位于以符号Q2所示的位置上,曝光狭缝临近受光面301a的下端附近K2时,从点P1投向受光面301a的下端侧的光束op13被幕体遮断,无法到达受光面301a。由于这样的边缘变暗现象,发生曝光不均衡。
另一方面,如图17所示,当Fno.较大时(图15),不易发生如上述的边缘变暗的现象。即,即使后幕组432的幕体位于以符号Q2表示的位置上,从点P2投向受光面301a的下端侧的光束op23的相对光轴AX的倾斜角比较小,所以也不会被幕体遮断。如上所述,在高速SS时(狭缝曝光时),根据Fno.的大小,发生边缘变暗引起的曝光不均衡。是否发生边缘变暗现象,除光学低通滤波器304的厚度等固定性因素之外,还受出射光瞳位置的远近的影响也是当然的。
鉴于上述(1)、(2)的问题点,在本实施方式所涉及的数码相机1中,在低速SS时,作为前幕使用电子焦平面快门,作为后幕使用机械焦平面快门,即、以摄像传感器30的电子焦平面快门功能进行曝光开始动作,以机械焦平面快门进行曝光结束动作,在高速SS时,前幕以及后幕的双方均使用机械焦平面快门,即、以机械焦平面快门进行曝光开始动作以及曝光结束动作。作为该控制,设置快门控制部623,对应是高速SS还是低速SS来进行作为前幕是选择机械焦平面快门还是电子焦平面快门的控制。
图18是示出快门控制部623的功能结构的功能框图。快门控制部623包括状态信息取得部624、快门选择部625、阀值存储部626以及电子焦平面快门控制部627。
状态信息取得部624在交换拍摄透镜2时,从拍摄透镜2(交换透镜)的透镜控制部26(通信部262)获得其焦距、出射光瞳位置、光圈值、聚焦距离等的状态信息。并且在拍摄时,获得由拍摄者或者AF/AE控制所设置的焦距、光圈值等的状态信息数据。此外,在图19示出了交换拍摄透镜2时、拍摄时相互通讯的状态信息数据的例子。
快门选择部625基于由状态信息取得部624获取的状态信息,进行作为前幕是选择机械焦平面快门还是电子焦平面快门的判断动作。具体地说,快门选择部625基于上述状态信息(拍摄透镜2的各种数据或通过AF/AE控制设定的焦距、光圈值等),得出(设置)快门速度,且通过对该得出的快门速度和规定的快门速度阀值进行比较,从而判断该快门速度是低速SS还是高速SS,选择适宜的前幕。
上述的快门速度阀值使用例如以拍摄光学系统的焦距为基准设定的值。这时,将135系统换算的焦距设定为f(mm),则可以将快门速度设定为慢于例如1/f(秒)的速度时,判断快门速度为低速SS,作为前幕选择电子焦平面快门,当设定为快于1/f(秒)的速度时,判断快门速度为高速SS,作为前幕选择机械焦平面快门。当使用相当于APS-C尺寸的摄像传感器时,快门速度设定为大概慢于1/1.5f(秒)的速度时,可以判断快门速度为低速SS。此外,作为快门速度阀值,还可以使用以与闪光同步的快门速度为基准设定的值。所谓的与闪光同步的快门速度(同步速度),是指当被设定为伴有闪光灯的拍摄模式时,在从闪光灯的发光开始到发光结束所需要的时间中仅在加上若干的富余时间的时间内全部打开快门的快门速度。
此外,快门选择部625将选择信息发送到快门驱动控制部43A以及电子焦平面快门控制部627,选择信息是有关作为上述前幕是选择机械焦平面快门还是电子焦平面快门的信息(或者所设定的快门速度是高速还是低速的判断信息)。
阀值存储部626存储在快门选择部625中进行快门速度是低速SS还是高速SS的判断等时所需要的阀值信息(上述快门速度阀值)。
电子焦平面快门控制部627接收来自快门选择部625的上述选择信息(判断信息)并进行控制,以便由电子焦平面快门进行前幕即曝光开始动作。具体地说,电子焦平面快门控制部627通过定时控制电路51的控制,对拍摄传感器30的垂直扫描电路37(参照图7)设定像素行单位的复位定时,在该复位定时中向各像素行32a~32c依次供给复位信号φVr,使摄像传感器30以电子焦平面快门作为前幕进行动作。此外,如图10所示,该电子焦平面快门的复位定时是对应机械焦平面快门的幕体速度特性(幕体速度特性702或者幕体速度特性701)的幕体速度特性(幕体速度特性701)的定时(即、这里的传感器复位并不是上述图27所示的总复位,如上述,进行具有幕体速度渐渐加速,在终端侧变为最快的特性的所谓焦点复位)。
根据具有如上述结构的数码相机1,在高速快门时,前幕以及后幕双方均采用机械焦平面快门,因此可以抑制发生前幕和后幕中的幕体速度的差异、或者因幕面的位置偏移(发生边缘变暗现象)所引起的曝光不均衡等不良现象。在低速快门时,作为前幕使用电子焦平面快门,因此与作为前幕使用机械焦平面快门时相比,可以降低耗能(动作电力)。并且,由于曝光时间较长,所以前幕和后幕之间的速度差异、幕体位置偏移所引起的曝光不均衡的发生变为微少量,因此,实质上不发生曝光不均衡。尤其是在进行实时取景时,使机械焦平面快门作为前幕动作,则在开始实时取景时,先打开一次前幕,在拍摄时临时关闭之后再次打开,因此,上述的降低耗能的效果较高。并且由于使用了MOS型摄像传感器30,所以与例如CCD型摄像传感器等相比,可以降低耗能。
并且,数码相机1包括如上述的抖动检测传感器171,具有检测出抖动量的结构,尤其是在容易受到抖动影响的该低速SS时,通过抖动检测传感器171检测出前幕为机械焦平面快门时的移动振动所引起误差抖动量,因此在低速SS时,可以防止以电子焦平面快门作为前幕使用时,该抖动检测传感器171的错误检测。
(数码相机的动作说明)
其次,参照在前面说明的附图对本实施方式所涉及的数码相机1的一系列的摄像处理动作进行说明。图20是示出数码相机1的摄像处理动作的流程图。接通主开关105(参照图2),当数码相机1的电源被接通时(步骤S1),则主控制部62(快门控制部623)与拍摄透镜2的透镜控制部26进行通信,获得所安装的拍摄透镜2的透镜信息(步骤S2)。
之后,由主控制部62确认是否进行了拍摄透镜2的交换(步骤S3)。如果进行了透镜交换(步骤S3中的是),则与步骤2相同地进行通信并获得透镜信息,同时对获得的透镜信息进行更新数据的处理(步骤S4)。未进行透镜交换时(步骤S3中的否),跳过步骤S4。并且,基于在步骤S2或者步骤S4中获得的透镜信息,设定焦距、光圈值等(步骤S5)。这里的设定并不是最终设定,是进行拍摄动作时的默认值设定,当进行程序拍摄时不特别进行设定动作。
接着,主控制部62判断是否进行了快门按钮13的半按操作(S1:ON)(步骤S6),当未进行其半按操作时,待机到进行该半按操作(步骤S6中的否)。此外,当进行了快门按钮13的半按操作时(步骤S6中的是),由主控制部62的AF/AE控制部621执行基于被拍摄对象的亮度的AE处理(快门速度以及光圈值的确定),且执行相位差检测方式的AF处理(聚焦位置的确定)(步骤S7)。这时,也进行抖动校正控制部622的抖动校正控制。
其次,快门选择部625通过与存储在阀值存储部626的规定快门速度阀值进行比较的来判断在步骤S7中确定的快门速度是高速SS还是低速SS,由此,判断作为前幕是选择机械焦平面快门(前幕组431)还是选择电子焦平面快门。其结果,快门速度判断为高速SS时,也就是说,作为前幕选择机械焦平面快门时(步骤S8中的是),移动至步骤S9。判断快门速度并不是高速SS时,也就是说,作为前幕选择电子焦平面快门时(步骤S8中的否),移至步骤S10。
在步骤S9中,判断是否进行了快门按钮13的全按操作(S2:ON),当未进行快门按钮13的全按操作时(步骤S9中的否),返回至步骤S7。另一方面,进行了快门按钮13的全按操作(步骤S9中的是),则作为前幕使用机械焦平面快门(机械快门)开始曝光(步骤S11)。
在步骤S10中,判断是否进行了快门按钮13的全按操作(S2:ON),当未进行快门按钮13的全按操作时(步骤S10中的否),返回至步骤S7。另一方面,进行了快门按钮13的全按操作(步骤S10中的是),则作为前幕使用电子焦平面快门(电子快门)开始曝光(步骤S12)。
之后,作为后幕的机械焦平面快门(后幕组432)进行动作,结束摄像传感器30的曝光(步骤S13)。并且,执行如下一系列图像存储动作:按照从定时控制电路51供给的定时脉冲依次读出像素信号,输出到AFE5并将上述图像信号转换为数字信号,在图像处理部61对上述数字信号进行规定的图像处理之后,在存储卡67中存储其图像信号(步骤S14)。接着,主控制部62确认是否进行了下次的拍摄指示(步骤S15),当进行下次的拍摄时(步骤S15中的是),重复进行步骤S3~S14的处理。另一方面,当不进行下次的拍摄时(步骤S15中的否),则经过规定时间之后,自动关闭电源(步骤S16),结束处理。
以上说明了本发明的实施方式,但是在不脱离本发明宗旨的范围之内,该实施方式可以有各种结构的追加、变更。例如,可以实施下面的变形实施方式。
(1)上述实施方式,在快门选择部625中,通过判断快门速度是高速SS还是低速SS,作为前幕从机械焦平面快门或者电子焦平面快门中选择任一,但是与此相关,例如如图21所示,也可以设定作为前幕使用机械焦平面快门或者电子焦平面快门中任一的切换点(切换条件、边界条件),基于该设定进行判断动作。即、如图21所示,将横轴为焦距f(mm)、纵轴为快门速度(秒),则在以符号800表示的有关上述切换点的特性图表(作为切换特性800)为边界,对应焦距以及快门速度值,图中的该边界上侧的区域810中,作为前幕选择机械焦平面快门,也就是说前幕以及后幕双方均为机械焦平面快门,在境界下侧的区域820中,作为前幕选择电子焦平面快门,也就是说,前幕为电子焦平面快门,后幕为机械焦平面快门。
上述切换特性800是:所安装的拍摄透镜的焦距变为某个较大值、例如以符号801表示的位置的值的期间内,保持一定的快门速度例如作为上述闪光同步快门速度(同步速度Tc)的例如1/125(秒),当焦距超过该值,变为较大,则作为边界点的快门速度也变大的特性。具体地说,如以符号802表示的粗线,切换特性800可以只考虑焦距而设定(切换特性802),如以符号803表示包括某个范围(宽度)的图表(在这里,包括在切换特性802中的符号801位置的右侧的倾斜部的该切换范围),切换特性800也可以考虑光圈和出射光瞳位置而设定。这样的切换特性800,在无需考虑机械焦平面快门以及电子焦平面快门的幕面差异(幕体位置的差异)引起的边缘变暗问题的情况下,直到较高的快门速度区域,作为前幕希望使用电子焦平面快门(总之,尽量希望使用电子焦平面快门)。
这样,对应拍摄透镜(交换式或者非交换式的拍摄透镜)的焦距、光圈值或者出射光瞳位置的信息,如切换特性800(802、803)所示,变更切换点,因此,考虑到所使用的拍摄透镜的性能的不同,任意将作为前幕使用电子焦平面快门的上限快门速度调高或者降低(在较高速的快门速度中,将电子焦平面快门作为前幕使用),可以高自由度地控制快门。此外,该切换点并不一定是切换特性800所示的,也可以是与焦距无关(并不拘泥于拍摄透镜的种类),固定在规定快门速度值的特性,例如,如图22所示,以上述同步速度(将其定为例如1/125(秒))的1/2的速度(快门速度:1/250(秒))固定切换点的值的所谓直线状的切换特性831。
(2)在上述实施方式中,由快门控制部623进行控制,以便对应通过快门按钮13的操作的、拍摄开始指示的输入,将快速复原反射镜441(以及副反射镜442)(活动反射镜)的光路向摄像传感器30开放之后,由电子以及机械焦平面快门中的任意一个焦平面快门进行曝光开始动作,但是,作为前幕不管使用电子或者机械焦平面快门中的任一时,优选在结束快速复原反射镜441的动作之后,等待一定时间之后控制曝光动作开始。即、如图23所示的时序图所示,优选控制为:从以符号841表示的快速复原反射镜441的弹起动作(反射镜上升动作)结束时刻到以符号842表示的机械焦平面快门的曝光动作开始时刻的时间(时间Tx)与从相同的反射镜上升动作结束时刻(以符号841表示的快速复原反射镜441的动作结束时刻)到以符号843表示的电子焦平面快门的曝光动作开始时刻的时间(时间Tx)相同。由此,选择电子或者机械焦平面快门中的任一时,快速复原反射镜441的动作结束时刻到曝光开始时刻的时间保持不变(没有变化),例如,用户可以简单计算从在以符号844表示的位置按下快门按钮13到开始曝光动作的定时,且使用电子或者机械焦平面快门中的任一时,也可以以相同的释放时间进行拍摄(开始曝光动作)。由此,可以提高数码相机1的操作性。
(3)也可以使机械焦平面快门中的前幕(前幕组431)的打开动作的定时与快速复原反射镜441的打开动作的定时同步,同时其移动方向相反。具体的说,如图24所示,可以控制前幕组431(以及快速反射镜441)的打开动作,以便使前幕组431的分离幕体4311~4314从关闭状态到打开状态而冲撞快门单元43的快门基板430A、430B等的、以符号861表示的定时与快速复原反射镜441的弹起动作结束的、以符号862表示的定时略相同,同时使前幕组431的分离幕体4311~4314的移动方向(打开动作的方向)与快速复原反射镜441的移动方向(打开动作的方向)相反,例如快速复原反射镜441向照相机的上侧移动,前幕组431向照相机的下侧移动。
由此,可以使前幕组431以及快速复原反射镜441的打开动作引起的冲击、即,前幕冲击和反射镜冲击相互消除(如同相互抵消),可以进一步降低该冲击振动对于抖动量的检测动作(抖动校正动作)或者曝光动作的影响。并且,由此可以更快衰减(结束)冲击振动,也就是说,为了强制性地衰减冲击振动,待机到该振动结束时的时间缩短,从而可以高效率地进行拍摄。顺便说一下,如图25所示,机械焦平面快门前幕的打开动作结束的、以符号871表示的定时与活动反射镜的打开动作结束的、以符号872表示的定时不同时,发生前幕振动以及反射镜振动,并没有相互消除,所以需要待机到该振动结束为止,从而需要相当于那部分的拍摄时间。
(4)在上述实施方式中,如图10所示,在曝光时间之前打开快门单元43的前幕组431(机械前幕),由此衰减前幕的冲击,当减去之后,开始电子焦平面快门的曝光(传感器复位),但是,在该情况下,优选电子焦平面快门的曝光开始动作在从机械焦平面快门的前幕进行打开动作的时刻间隔相当于结束前幕的冲击振动(衰减)所需要的充分的时间之后进行。从而,可以可靠地回避前幕冲击和曝光期间相重叠,即,可以避免该前幕的移动振动对于抖动检测动作(抖动校正动作)或曝光动作的影响,而且,可以进行高精度的抖动校正和拍摄,可以获得美丽的拍摄图像。
(5)在上述图11中,电子焦平面快门的作为前幕的复位可以不采用改变如幕体速度特性712所示的复位宽度(改变像素行单位的复位定时)的方式,可以采用不改变复位宽度、即,直线性变化的传感器复位(直线状的幕体速度特性)的方式。即使是具有该结构时,在低速SS时,与上述幕体速度特性712的情况相同,该电子焦平面快门的直线状幕体速度特性与机械焦平面快门的幕体速度特性711之间幕体速度特性的差异(幕体速度差)并不成为问题(像素行之间的曝光时间几乎不产生差异),不发生曝光不均衡(即使发生曝光不均衡,也在允许的范围之内)。
(6)在上述实施方式中,在低速SS时,作为前幕使用电子焦平面快门,作为后幕使用机械焦平面快门,即、由摄像传感器30的电子焦平面快门功能进行曝光开始动作,由机械焦平面快门进行曝光结束动作,但是,也可以使用快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置等信息中的至少一个变更该电子焦平面快门的控制、即,用于控制摄像传感器30的曝光开始动作的参数(控制值)。
这时,快门控制部623、具体地说是电子焦平面快门控制部627基于由状态信息取得部624获取的该快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置等信息中的至少一个,由定时控制电路51变更对摄像传感器30的复位定时(上述参数例如相当于该复位定时),由此可以变更电子焦平面快门中的快门动作,例如快门速度(进行加速或减速幕体速度的控制)。根据该结构,例如在低速SS时,如图26所示,可以改变电子焦平面快门的幕体速度特性、即快门速度,以便使以符号880的上图表示的电子焦平面快门的幕体速度特性881变为以符号890的下图表示的幕体速度特性883(在这里,幕体速度特性883的图表的倾斜度大于幕体速度特性881的倾斜度,该幕体速度特性883的快门速度较大)。但是,幕体速度特性882表示作为后幕的机械焦平面快门的幕体速度特性。并且,为了明示倾斜度的差异,将幕体速度特性881、883为直线状,但是,也可以是如同幕体速度特性712(参照图11)的焦点复位。
但是,机械焦平面快门和曝光面(电子焦平面快门、摄像传感器30)之间的位置差异越大,即使快门速度是低速,如上述图16中所说明,边缘变暗引起的曝光不均衡的发生同样成为问题,但是,基于上述结构,通过改变电子焦平面快门中的快门速度(任意的调整),在这里是将快门速度高速化,从而可以抑制(降低)该低速SS中的曝光不均衡的发生。此外,焦距越小、Fno.越小、或者出射光瞳位置越接近曝光面,越容易发生上述边缘变暗引起的曝光不均衡,因此优选该焦距越小、Fno.越小、或者出射光瞳位置越接近曝光面时,使电子焦平面快门的快门速度越快(使幕体速度特性883的倾斜度变大)。
(7)在上述实施方式中,作为本发明的摄像装置的例子举出了数码相机1,但是,可以适用使用MOS摄像传感器的数码摄像机、具有摄像部的传感装置等。
Claims (10)
1.一种摄像装置,包括:
摄像元件,具有矩阵状排列的多个像素,且具有电子焦平面快门功能,用于将规定的复位信号以像素行为单位供给至各像素,从而执行曝光开始动作;
机械焦平面快门,配置在所述摄像元件的正前面,进行将光引导至该摄像元件的光路打开动作以及光路遮断动作;
控制单元,用于控制所述摄像元件以及所述机械焦平面快门的动作;以及
曝光控制单元,用于至少设置快门速度;
其中,所述控制单元,在由所述曝光控制单元将快门速度设置为低速的低速快门时,使所述摄像元件利用电子焦平面快门功能执行曝光开始动作,同时使所述机械焦平面快门执行曝光结束动作,
在由所述曝光控制单元将快门速度设置为高速的高速快门时,所述控制单元使所述机械焦平面快门执行曝光开始动作以及曝光结束动作。
2.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于还包括:
抖动检测单元,用于检测施加在所述摄像装置的抖动量,
其中,所述摄像装置具有校正该摄像装置的抖动的抖动校正功能。
3.根据权利要求2所述的摄像装置,其特征在于还包括:
拍摄透镜,用于在所述摄像元件上形成被拍摄对象的图像,且可以改变焦距,
其中,所述控制单元,对应所述焦距,对是使用电子焦平面快门功能进行所述曝光开始动作、还是使用所述机械焦平面快门进行所述曝光开始动作的切换点进行变更。
4.根据权利要求2所述的摄像装置,其特征在于还包括:
可互换的拍摄透镜,用于在所述摄像元件上形成被拍摄对象的图像,
其中,所述控制单元,对应所交换的所述拍摄透镜的焦距,对是使用电子焦平面快门功能进行所述曝光开始动作、还是使用所述机械焦平面快门进行所述曝光开始动作的切换点进行变更。
5.根据权利要求3或4所述的摄像装置,其特征在于,
所述控制单元,基于所述拍摄透镜的拍摄时的光圈值以及出射光瞳位置的信息,对是使用电子焦平面快门功能进行所述曝光开始动作、还是使用所述机械焦平面快门进行所述曝光开始动作的切换点进行变更。
6.根据权利要求5所述的摄像装置,其特征在于,
所述控制单元,当使用电子焦平面快门功能进行所述曝光开始动作时,使用快门速度、焦距、光圈值、或者出射光瞳位置的信息中的至少一个,变更用于控制基于该电子焦平面快门功能的曝光开始动作的参数。
7.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于还包括:
拍摄透镜,用于在所述摄像元件上形成被拍摄对象的图像;
活动反射镜,用于将来自所述拍摄透镜的光束引导至光学取景器和所述摄像元件;以及
释放按钮,用于输入拍摄开始的指示,
其中,所述控制单元,响应拍摄开始指示,在所述活动反射镜的光路向摄像元件开放之后,通过所述电子焦平面快门功能以及所述机械焦平面快门中的任一个焦平面快门执行所述曝光开始动作的情况下,不管是所述低速快门时还是高速快门时,在所述活动反射镜的动作结束之后,经过一定时间后,使所述任一个焦平面快门执行所述曝光开始动作,其中,所述拍摄开始指示是用户通过所述释放按钮的操作而输入的指示。
8.根据权利要求2或7所述的摄像装置,其特征在于,
所述机械焦平面快门包括:
前幕,作为所述光路打开动作用的幕体;以及
后幕,作为所述光路遮断动作用的幕体,
其中,在拍摄待机时、所述前幕处于不打开所述光路的关闭状态的情况下,
所述控制单元,在所述低速快门时,从所述前幕从关闭状态到打开状态的时刻开始间隔规定时间之后,使所述摄像元件执行基于电子焦平面快门功能的曝光开始动作。
9.根据权利要求8所述的摄像装置,其特征在于,
所述控制单元,使所述前幕从关闭状态到打开状态的打开动作的时间与所述活动反射镜的动作时间大致同步,同时控制该前幕的打开动作,以使所述前幕朝着与活动反射镜移动方向相反的方向移动。
10.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于,
所述摄像元件为MOS型摄像元件。
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