JP2011257450A - 撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストＡＦ方式を採用した撮像システムにおける合焦精度向上。
【解決手段】ＡＦ評価値演算部１１０によるＡＦエリアのＡＦ評価値の演算時における時間をカメラ用タイマ１１３にて計測し、同期信号生成部１１２にて同期信号を生成し、合焦時間演算部１１４にて、それら複数のＡＦ表価値と時間に基づき、過去の合焦していた時間を演算し、レンズ位置検出部２０５にて上記同期信号に基づきフォーカスレンズ２０１のレンズ位置を取得し、レンズ用タイマ２０６にてそのレンズ位置検出時間を計測し、合焦レンズ位置演算部２０８にて、上記演算された過去の合焦していた時間と、それら複数のレンズ位置及び検出時間とに基づき、合焦レンズ位置を演算して、１フレーム露光中であっても停止せずに駆動している上記フォーカスレンズを、その演算された合焦レンズ位置へ駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォーカスレンズを駆動するレンズ駆動手段を有する交換レンズと該交換レンズが装着可能な撮像装置とからなる撮像システムに関し、特に、撮像システムにおけるオートフォーカス（以下、ＡＦと略記する）技術に関する。

従来のデジタルカメラにおけるＡＦ技術は、大別してＴＴＬ（Through the Lens）位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式とがある。

一般的に、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラのＡＦには、位相差ＡＦ方式が用いられることが多く、高速に焦点検出を行えるという特徴がある。このため、移動被写体に対しても高精度に合焦することが可能である。この位相差ＡＦ方位は、カメラ本体に焦点位置のズレを検出するためのＡＦセンサモジュールが設けられ、該ＡＦセンサモジュールにより検出された焦点ズレ量（デフォーカス量）により、焦点調節用のレンズ（フォーカスレンズ）の焦点検出を行う。しかし、この手法は、専用のセンサが必要となり、さらに撮影のための光路をハーフミラーなどの光学部材により分割してセンサへ光を導く構造をとるためにカメラのサイズが大型化し、コストアップにも繋がるという問題がある。

一方で、コンパクトデジタルカメラでは、コントラストＡＦ方式を用いることが多く、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら被写体の高周波成分を検出して、コントラストのピーク値を算出することで焦点検出を行う。コントラストＡＦ方式は、焦点検出速度は高速ではないが、高精度の合焦制御が可能という特徴がある。この手法は、撮影用の撮像素子を用いて行うために、上記位相差ＡＦ方式のように光路分割の必要もなく、カメラのサイズ、コストに関してはメリットが大きい。

画像の「ピントが合っている」とは、しゃっきりとした画ということであり、被写体のエッジが最もはっきりとしている状態と換言できる。即ち、ハイパスフィルタを通した積算値が最も高い状態が「ピントが合っている」ことになる。これにより、コントラストＡＦ方式の場合、一般的にハイパスフィルタを通した積算値をＡＦ評価値とし、レンズ位置（フォーカス位置）を変えながらＡＦ評価値をプロットしていくことで、最終的な合焦位置を補間演算して算出する。以下、図１０を参照して、このコントラストＡＦ方式を説明する。

（１） 例えば、レンズの初期位置（フォーカス位置）がｐ１であるとした時、まず、そのフォーカス位置ｐ１でＡＦ評価値Ａ１を算出する。

（２）または（２’） フォーカス位置ｐ１におけるＡＦ評価値を取得後、このままでは合焦位置が無限方向、至近方向のどちらに存在するかわからない。このため、フォーカス位置を一定量、無限方向（２）または至近方向（２’）のどちらかに移動し、そこで再度ＡＦ評価値を算出する。これにより、フォーカス位置ｐ１でのＡＦ評価値Ａ１と、フォーカス位置ｐ２（またはｐ０）でのＡＦ評価値Ａ２（またはＡ０）の大小を比較し、合焦位置がどちらかであるかの判定を行う。

（３） 合焦方向が特定できたので、合焦方向に向かい一定量のフォーカス位置をずらし、フォーカス位置ｐ３でＡＦ評価値Ａ３を取得する。

（４） さらに合焦方向に向かい一定量のフォーカス位置をずらし、フォーカス位置ｐ４でＡＦ評価値Ａ４を算出する。ここで、フォーカス位置ｐ３でのＡＦ評価値Ａ３とフォーカス位置ｐ４でのＡＦ評価値Ａ４を比較すると、Ａ３＞Ａ４となっている。これより、ＡＦ評価値のピーク位置、即ち、合焦位置を通り過ぎたことが判別できる。そこで、合焦位置付近の３点のフォーカス位置ｐ２，ｐ３，ｐ４と、そのＡＦ評価値Ａ２，Ａ３，Ａ４により補間演算して、合焦位置ｐＭａｘを算出する。補間演算は、直線補間やラグランジェなど公知の技術が多種あるが、速度優先であれば直線補間を用いる。また、精度優先であれば、サンプリングポイントを増やして、ラグランジュ補間やスプライン補間などを用いても良い。

こうして合焦位置ｐＭａｘが算出された後は、フォーカス位置をその算出した、合焦位置ｐＭａｘをまで戻して停止し、撮影動作に入る。

なお、上記（４）から（５）、（２’）から（２）のように、フォーカスの移動方向が逆方向になるとき、レンズのメカ構造によるバックラッシュが存在する場合には、それを加味してフォーカス移動を逆転する必要がある。具体的には、バックラッシュ量分、合焦方向とは反対に行き過ぎるようにしてから反転して戻ってくることで、バックラッシュの影響を低減できる。

以上のように、コントラストＡＦ方式の合焦位置検出は、異なるフォーカス位置における画像が、少なくとも３組必要である。フォーカス位置を異ならせるためには、レンズ駆動と撮像が必要であり、これらにかかる時間は短くはない。このため、移動被写体（特に高速に移動する被写体の場合）は、３枚撮影する間に移動してしまう可能性が高く、結果として誤った合焦位置を算出してしまうことになる。

さらに近年においては、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラにおいて、撮像素子の情報を常に背面液晶に表示することで、フレーミングを行いながらＡＦを行う“ライブビューＡＦ”という技術が製品化されてきている。これは、コンパクトカメラにおいては目新しいものではないが、通常、光束が撮像素子に入射していない一眼レフカメラにおいては、画期的なことといえる。しかし、ライブビューＡＦにおいては、位相差センサへ光が導かれないため、ＡＦ手法はコントラストＡＦを使わざるを得ない。このため、一眼レフカメラにも関わらず、動体に対して合焦精度が悪いという問題がよりクローズアップされてしまう。

また、このようなレンズ交換式デジタル一眼レフカメラにおいては、通常、レンズのフォーカス位置（レンズ位置）はレンズ内にエンコーダなどの位置検出手段があるため、カメラ本体がレンズ位置を知るためには、通信手段を用いて情報の授受を行う方式が一般的に採られている。しかし、合焦位置を特定するためには、レンズからカメラ本体へ通信する必要があり、この通信時間が短くないことによりカメラ本体がリアルタイムにレンズ位置を取得することが難しい。

このようなコントラストＡＦにおける合焦速度を短縮する技術としては、例えば特許文献１がある。これは、レンズ内で時間とレンズ位置の対応関係の管理を行い、カメラ内では時間とＡＦ評価値との対応関係の管理を行い、従来のフレーム毎にカメラ本体がレンズに対してレンズ位置を取得する方式ではなく、カメラからは合焦位置と判別された時間のみを送信し、レンズからはその時間における過去のレンズ位置をカメラに対して送信することで通信時間の短縮を図るというものである。

特開２００８−１７５８８６号公報

撮像素子がＣＭＯＳなどのような順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式のものである場合、画面上端と下端での露光タイミングは異なり、レンズ位置とは、画面露光中のどのラインを指すのか曖昧のままである場合がほとんどである。上記特許文献１においても、ＡＦエリアが画面中央の場合についての記載はあるが、画面周辺の場合については明記されていない。

従って、誤差を大きく持ったレンズ位置を用いて合焦位置を算出していることになるため、特に動体の被写体に追従するために高速にレンズを駆動、即ち露光中にレンズを動かしながらＡＦ評価値演算を行う場合などに、合焦位置算出誤差が大きくなり、結果として被写体の動きに追従できず、被写体がボケた画になってしまうという問題があった。

さらには、画面内でＡＦエリアを選択できる場合についても、レンズ位置の取得タイミングとのズレが大きくなり、ＡＦの精度が落ちるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、コントラストＡＦ方式において合焦精度を向上し得る撮像システムを提供することを目的とする。

本発明の撮像装置の一態様は、フォーカス調整を行うフォーカスレンズを有する交換レンズと、上記交換レンズが装着可能な撮像装置と、を備えた撮像システムであって、
上記撮像装置は、
上記フォーカスレンズを透過した被写体光を受光して撮像する撮像素子と、
上記撮像素子で撮像した画像を用いて当該画像に設定されたＡＦエリアのＡＦ評価値を演算するＡＦ評価値演算手段と、
上記ＡＦ評価値演算手段による演算時における時間を計測するカメラ用タイマ部と、
上記フォーカスレンズ位置を検出するタイミングを制御する同期信号を生成する同期信号生成手段と、
上記ＡＦエリアに対応したＡＦ表価値演算手段の複数の結果と、上記カメラ用タイマ部による複数の結果とに基づき、過去の合焦していた時間の演算を行う合焦時間演算手段と、
を備え、
上記交換レンズは、
１フレーム露光中であっても停止せずに上記フォーカスレンズを駆動し、フレーム内の如何なる時間であってもレンズ位置を正確に取得可能なレンズ駆動手段と、
上記同期信号生成手段により生成された同期信号に基づき上記フォーカスレンズのレンズ位置を取得するレンズ位置検出手段と、
上記レンズ位置検出手段による検出時における時間を計測するレンズ用タイマ部と、
上記合焦時間演算手段により演算された結果と、上記レンズ位置検出手段による複数の検出結果及び上記レンズ用タイマ部による複数の結果とに基づき、合焦レンズ位置を演算する合焦レンズ位置演算手段と、
を備え、
上記レンズ駆動手段は、上記合焦レンズ位置演算手段によって上記合焦レンズ位置が演算されたならば、その演算された合焦レンズ位置へ上記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置からの同期信号によって得られたレンズ位置を使った合焦レンズ位置演算を交換レンズ側で行うことで合焦精度を向上することが可能となり、結果的に、誤った合焦レンズ位置の演算による再計測・演算が不要となることで合焦時間の短縮が可能となり、被写体が画角内のどこに存在しても高速・高精度にコントラストＡＦを実施し得る撮像システムを提供することができる。

図１は、本発明の撮像システムの第１実施形態としてのレンズ交換式デジタル一眼レフカメラの構成を示す図である。 図２は、第１実施形態のカメラにおけるＡＦ動作を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 図３（Ａ）は、第１実施形態のカメラのレンズ本体におけるレンズＣＰＵの動作を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中の各コマンド別処理としてのタイマリセットコマンド処理を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図３（Ｃ）は、同じくレンズ本体におけるレンズ位置検出動作を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図３（Ｄ）は、同じくレンズ本体内のレンズ情報記憶部の記憶内容の例を示す図であり、図３（Ｅ）は、図３（Ａ）中の各コマンド別処理としてのレンズ合焦位置駆動コマンド処理を説明するための動作フローチャートを示す図である。 図４（Ａ）は、第１実施形態のカメラのカメラ本体におけるＡＦエリア演算動作を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図４（Ｂ）は、同じく同期信号生成動作を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図４（Ｃ）は、同じくＡＦ評価値演算動作を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図４（Ｄ）は、同じく合焦時間演算動作を説明するための動作フローチャートを示す図である。 図５は、第１実施形態のカメラにおけるカメラ本体内のＡＦ情報記憶部の記憶内容の例を示す図である。 図６は、第１実施形態のカメラのカメラ本体内の合焦時間演算部における合焦時間演算を説明するための図である。 図７は、第１実施形態のカメラのレンズ本体内の合焦レンズ位置演算部における合焦レンズ位置演算を説明するための図である。 図８は、本発明の撮像システムの第２実施形態のカメラにおけるＡＦ動作を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 図９は、第２実施形態のカメラのレンズ本体内の合焦レンズ位置演算部における合焦レンズ位置演算を説明するための図である。 図１０は、コントラストＡＦ方式を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本発明の撮像システムの第１実施形態としてのレンズ交換式デジタル一眼レフカメラは、図１に示すように、撮像装置としてのカメラ本体１００と交換レンズとしてのレンズ本体２００とからなる。

ここで、上記レンズ本体２００は、上記カメラ本体１００に対して着脱自在に構成され、フォーカスレンズ２０１、モータ２０２、レンズ駆動回路２０３、フォーカスエンコーダ２０４、レンズ位置検出部２０５、レンズ用タイマ２０６、レンズ情報記憶部２０７、合焦レンズ位置演算部２０８、レンズＣＰＵ２０９、等を備える。

ここで、フォーカスレンズ２０１は、被写体からの光束を結像する撮影光学系であり、モータ２０２によって光軸方向に駆動することでフォーカスを調整できるようになっている。レンズ駆動回路２０３は、そのモータ２０２への駆動制御信号を発行するドライバである。また、フォーカスエンコーダ２０４は、フォーカスレンズ２０１のフォーカス位置を検出するものであり、メカ的に位置を検出するメカエンコーダであっても良いし、電気的に検出するポテンションメータ等を用いても良い。

レンズ位置検出部２０５は、後述するようにカメラ本体１００から送信されて来る同期信号に同期して、フォーカスエンコーダ２０４の出力に基づいてレンズ位置を検出し、その検出したレンズ位置をレンズ情報記憶部２０７に出力する。レンズ用タイマ２０６は、当該レンズ本体２００内の時間を管理するためのタイマであり、カメラ本体からのリセットコマンドに応じたレンズＣＰＵ２０９によるリセット信号によってリセットスタートし、上記カメラ本体１００からの同期信号に同期して、計時しているレンズ内時間をレンズ情報記憶部２０７に出力する。レンズ情報記憶部２０７は、リングバッファであり、レンズ位置検出部２０５からのレンズ位置とレンズ用タイマ２０６からのレンズ内時間とを対応付けて記憶する。合焦レンズ位置演算部２０８は、レンズ情報記憶部２０７に記憶されているレンズ位置とレンズ内時間のデータを基に、レンズＣＰＵ２０９を介して与えられる、カメラ本体１００から指定される合焦時間でのレンズ位置を補間演算する。

そして、レンズＣＰＵ２０９は、カメラ本体１００と通信路３００を介して通信を行って、当該レンズ本体２００内の各部を制御する。このレンズＣＰＵ２０９は、カメラ本体１００からの指令（コマンド）に応じて、レンズ駆動回路２０３へ駆動指示を行うことで上記フォーカスレンズ２０１のフォーカス位置を調整したり、レンズ用タイマ２０６をリセットしたり、合焦レンズ位置演算部２０８へカメラ指定の合焦時間を送って、そこで補間演算された指定合焦時間でのレンズ位置である合焦レンズ位置を受け、該合焦レンズ位置への駆動指示をレンズ駆動回路２０３へ行ったりする機能を備える。

通信路３００上の伝送データとしては、上記同期信号と合焦時間及びタイマリセットコマンド（レンズ本体２００からカメラ本体１００へ）に加えて、電源／ＧＮＤ、ＣＳ／Ｃｌｏｃｋ、等が存在する。

また、カメラ本体１００は、撮像素子１０１、タイミングジェネレータ（ＴＧ）部１０２、記録画像処理部１０３、記録画像記憶部１０４、表示画像処理部１０５、表示素子１０６、被写***置演算部１０７、ＡＦエリア演算部１０８、ＡＦエリア変更部１０９、ＡＦ評価値演算部１１０、ＡＦ情報記憶部１１１、同期信号生成部１１２、カメラ用タイマ１１３、合焦時間演算部１１４、カメラＣＰＵ１１５、等を備える。

ここで、撮像素子１０１は、撮影光学系としてのフォーカスレンズ２０１を透過した被写体光を受光して撮像するものであり、特に限定するものではないが、本実施形態では、ＣＭＯＳなどの順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式の撮像素子である。図示しないレリーズボタンの１段目の操作によるＡＦトリガによって、ＴＧ部１０２によって生成された画像読み出しタイミング信号に応じて撮像素子１０１から画像が読み出されて、被写***置演算部１０７及びＡＦ評価値演算部１１０へ出力される。また、上記レリーズボタンの２段目の操作による撮影要求がなされた際には、撮像素子１０１から読出された画像は、記録画像処理部１０３及び表示画像処理部１０５へ出力される。

記録画像処理部１０３は、上記撮像素子１０１からの画像に対し、画作り（デモザイキング、収差、エッジ強調、等）、ＤＣＴの周波数変換、量子化（情報量を落とす）、多重化情報（動きベクトル、差分時画像切替情報）付与、等の画像処理を行って、記録画像記憶部１０４に記録する。この記録画像記憶部１０４は、当該カメラ本体１００に内蔵固定されたものであっても良いし、着脱自在なメモリであっても構わない。

表示画像処理部１０５は、上記撮像素子１０１からの画像に対し、画作り（デモザイキング、収差、エッジ強調、等）、間引き、ＤＣＴの周波数変換、量子化（情報量を落とす）、多重化情報（動きベクトル、差分時画像切替情報）に基づく動き補間、等の画像処理を行って、背面液晶等の表示素子１０６に表示することで、撮像素子１０１で撮像した画像を常に表示素子に表示する“ライブビュー”表示を可能としている。

被写***置演算部１０７は、上記撮像素子１０１からの画像に対して、顔検出、エッジ抽出、色抽出などの公知の被写体検出アルゴリズムを実施することによって、被写体追従位置（Ｘ，Ｙ）及び大きさを算出する。ＡＦエリア演算部１０８は、被写***置演算部１０７で算出された被写体追従位置（Ｘ，Ｙ）及び大きさから、ＡＦ評価値演算部１１０がＡＦ評価値演算を行うべき画像上のエリアを演算するものであり、追従する被写体の色、輝度などの情報からＡＦエリアを演算する公知の手法が用いられる。ＡＦエリア変更部１０９は、ＡＦエリア演算部１０８で演算されたＡＦエリアに従って、ＡＦ評価値演算部１１０がＡＦ評価値演算を行うべき画像上のエリアを設定する。このように、ＡＦエリア変更部１０９は、被写体の移動に合わせて上記ＡＦエリアを変更するＡＦエリア変更手段として機能する。ＡＦ評価値演算部１１０は、撮像素子１０１で撮像した画像を取り込むためのフレームメモリ（図示せず）を備え、該フレームメモリに取り込んだ画像の内、上記ＡＦエリア変更部１０９で設定されたＡＦエリアより鮮鋭度抽出を行う、例えば、ハイパスフィルタを通した積算値を演算することで、ＡＦ評価値を求める。このように、ＡＦ評価値演算部１１０は撮像素子１０１で撮像した画像を用いて当該画像に設定されたＡＦエリアのＡＦ評価値を演算するＡＦ評価値演算手段として機能する。このＡＦ評価値演算部１１０で求められたＡＦ評価値は、ＡＦ情報記憶部１１１へ出力される。

同期信号生成部１１２は、ＴＧ部１０２によって生成された画像読み出しタイミング信号による現在の露光時間（フレームレート）に応じた、ＡＦエリア演算部１０８で演算されたＡＦエリアに該当するタイミングで、カメラ用タイマ１１３及びレンズ本体２００内のレンズ位置検出部２０５及びレンズ用タイマ２０６に出力するための同期信号を生成する。ここで、同期信号は、同期パルスなどであり、同期信号生成部１１２は、追従する被写体が位置するＡＦエリアに対応するタイミングで発行する。あるいは、予め設定した「１フレーム中に複数回のタイミング」で発行する。このように、同期信号生成部１１２は、フォーカスレンズ位置を検出するタイミングを制御する同期信号を生成する同期信号生成手段として機能する。

ＡＦ情報記憶部１１１は、リングバッファであり、ＡＦ評価値演算部１１０で求められたＡＦ評価値と、カメラ内時間管理用のタイマであるカメラ用タイマ１１３が計時しているカメラ時間と、の対応関係を記憶する。なお、ＡＦエリア演算部１０８で演算されたＡＦエリアも対応付けて記憶するようにしても良い。

合焦時間演算部１１４は、ＡＦ情報記憶部１１１に記憶されている最低３フレーム分のカメラ時間とＡＦ評価値（及びＡＦエリア）から、フォーカスレンズ２０１が合焦位置にあったときの時間（合焦時間）を補間演算する。この補間演算は、直線補間やラグランジェ補間などの公知技術を用いる。このように、合焦時間演算部１１４は、ＡＦエリアに対応したＡＦ表価値演算手段の複数の結果と、カメラ用タイマ部による複数の結果とに基づき、過去の合焦していた時間の演算を行う合焦時間演算手段として機能する。

カメラＣＰＵ１１５は、該カメラ本体１００内の各部を制御すると共に、レンズ本体２００とのレンズ通信制御、カメラ用タイマ１１３からのカメラ時間等のＡＦ情報記憶部１１１への情報格納、カメラ用タイマ１１３のリセット、等を行う。

以下、上記のような構成のカメラにおけるＡＦ動作を、図２乃至図７を参照して説明する。

即ち、図示しないレリーズボタンの１段目の操作によるＡＦトリガによって、ＡＦ動作が開始されると、カメラＣＰＵ１１５は、図２に示すように、ＴＧ部１０２を介して、ＣＭＯＳなどの順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式の撮像素子１０１に露光動作を開始させる。また、図示はしていないが、カメラ用タイマ１１３へ、及び通信路３００を介してレンズ本体２００へ、タイマリセットコマンドを送信する。

レンズ本体２００のレンズＣＰＵ２０９は、図３（Ａ）に示すように、通信路３００を介したカメラ本体１００からの駆動指示コマンド待ちとなっており、何らかの駆動コマンドを受けると（ステップＳ２０９Ａ）、そのコマンドの内容に従った各コマンド別処理を実行する（ステップＳ２０９Ｂ）。

例えば、駆動コマンドとしてタイマリセットコマンドが送られてきた場合には、図３（Ｂ）に示すように、指示パラメータを解析し（ステップＳ２０９Ｂａ）、レンズ用タイマ２０６をリセットする（ステップＳ２０９Ｂｂ）。そして、レンズ駆動回路２０３に所定のレンズ位置に向けたレンズ駆動を開始させる（ステップＳ２０９Ｂｃ）。この所定のレンズ位置は、最近傍位置等のデフォルトのレンズ位置として予め設定されている位置であっても良いし、カメラ本体１００側から任意のレンズ位置を指示パラメータとして送るようにしても構わない。後者の場合には、ステップＳ２０９Ｂａで解析されて、ステップＳ２０９Ｂｃにて当該レンズ位置へ向けたレンズ駆動が行われることとなる。このように、レンズＣＰＵ２０９は、１フレーム露光中であっても停止せずにフォーカスレンズを駆動し、フレーム内の如何なる時間であってもレンズ位置を正確に取得可能なレンズ駆動手段として機能する。

このようにしてレンズ駆動が行われている状態で、図２のタイミングチャートに示すように、ＣＭＯＳなどの順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式の撮像素子１０１によって１フレーム露光が行われると、図４（Ａ）に示すように、被写***置演算部１０７にて、撮像素子１０１から画像が取得されて（ステップＳ１０８Ａ）、その画像に対して、顔検出、エッジ抽出、色抽出などの公知の被写体検出アルゴリズムを実施することによって、被写体追従位置（Ｘ，Ｙ）及び大きさを算出する被写***置演算が行われる（ステップＳ１０８Ｂ）。そして、ＡＦエリア演算部１０８により、その結果の被写体追従位置（Ｘ，Ｙ）及び大きさを用いたＡＦエリア演算が行われる（ステップＳ１０８Ｃ）。

ここで、被写***置演算部１０７では、１フレーム露光した後でないと被写***置を演算することができないため、同期信号生成部１１２が、現在露光中のフレームにおいて追従する被写体が位置するＡＦエリアに対応するタイミングで同期信号を発行するという動作を実行することはできない。つまり、１フレーム露光した後でないと被写体の位置が判らないため、レンズ本体２００に対して同期信号を送信するのは１フレーム遅延が存在してしまう。そこで、図２に示すように、上記ＡＦエリア演算で求められたＡＦエリアに従って、ＡＦエリア変更部１０９にて、次のフレームでの被写***置を予測して、同期信号生成部１１２が同期信号を発行するタイミング及びＡＦ評価値演算部１１０がＡＦ評価値演算を行うべき画像上（画角内）のエリアを設定する。

即ち、同期信号生成部１１２は、図４（Ｂ）に示すように、過去のフレームで求められたＡＦエリアを取得して（ステップＳ１１２Ａ）、現フレームのそのＡＦエリアに該当するタイミングで同期信号を生成する（ステップＳ１１２Ｂ）。そして、その生成した同期信号をレンズ本体２００に送信する（ステップＳ１１２Ｃ）。

また、ＡＦ評価値演算部１１０は、図４（Ｃ）に示すように、過去のフレームで求められたＡＦエリアを取得して（ステップＳ１１０Ａ）、現フレームのそのＡＦエリアよりＡＦ評価値を演算する（ステップＳ１１０Ｂ）。そして、その演算したＡＦ評価値を、図５に示すように、ＡＦ情報記憶部１１１に記憶する（ステップＳ１１０Ｃ）。

このように、同期信号の生成とＡＦ評価値との演算は同期して行われるため、カメラ用タイマ１１３から同期信号に応じてカメラ時間をカメラＣＰＵ１１５に送ることで、カメラＣＰＵ１１５は、このＡＦ評価値演算部１１０がＡＦ評価値を演算したときのカメラ時間を、上記ＡＦ評価値と対応させてＡＦ情報記憶部１１１に記憶することができる。このように、カメラ用タイマ１１３は、ＡＦ評価値演算手段による演算時における時間を計測するカメラ用タイマ部として機能する。なお、図５には示していないが、更にＡＦエリア（被写体追従位置（Ｘ，Ｙ）及び大きさ）も記憶するようにしても良い。

レンズ本体２００内においては、図３（Ｃ）に示すように、レンズ位置検出部２０５は、図２に示すように上記同期信号生成部１１２から送られた同期信号の立上がりに応じて（ステップＳ２５０５Ａ）、フォーカスエンコーダ２０４の出力に基づいてレンズ位置を検出し（ステップＳ２０５Ｂ）、その検出したレンズ位置を、図３（Ｄ）に示すように、レンズ用タイマ２０６が計時しているレンズ時間と対応付けて、レンズ情報記憶部２０７に格納する（ステップＳ２０５Ｃ）。このように、レンズ位置検出部２０５は、同期信号生成手段により生成された同期信号に基づき上記フォーカスレンズのレンズ位置を取得するレンズ位置検出手段として機能する。また、レンズ用タイマ２０６は、レンズ位置検出手段による検出時における時間を計測するレンズ用タイマ部とし機能する。

カメラ本体１００では、カメラ時間とＡＦ評価値（及びＡＦエリア）というＡＦ情報が最低３フレーム分、ＡＦ情報記憶部１１１に記憶されたならば、図４（Ｄ）に示すように、合焦時間演算部１１４では、ＡＦ情報記憶部１１１からそれらＡＦ情報を取得して（ステップＳ１１４Ａ）、直線補間やラグランジェ補間などの公知技術を用いて合焦時間を算出し、カメラＣＰＵ１１５に出力する（ステップＳ１１４Ｂ）。そして、該合焦時間を指示パラメータとするレンズ合焦位置駆動コマンドを、カメラＣＰＵ１１５より通信路３００を介してレンズ本体２００に送信する（ステップＳ１１４Ｃ）。

ここで、上記ステップＳ１１４Ｂでの合焦時間の算出について、図６を参照して説明する。
図中の上側のグラフはＡＦ情報記憶部１１１に記憶されたカメラ時間とＡＦ評価値の関係を示しており、下側は上側のグラフに丸数字で示すカメラ時間と露光イメージとの関係を示している。各露光イメージで太い破線で囲んだ領域が、過去のフレームから被写***置を予測して変更されるＡＦエリアである。上述したように、同期信号の生成及びＡＦ評価値の演算は、この変更されたＡＦエリアに対応するタイミングで行われる。

今、あるフレーム（ｆｒａｍｅ１）におけるＡＦ評価値を演算したタイミング（カメラ時間）とそのＡＦ評価値をそれぞれ（ｔ１，ａｆ１）とし、次及びその次のフレーム（ｆｒａｍｅ２，ｆｒａｍｅ３）についても同様に（ｔ２，ａｆ２）、（ｔ３，ａｆ３）とし、図６の上側のグラフに黒四角形で示すようにＡＦ評価値が得られたとする。

合焦時間演算部１１４では、直線補間を行うとすると、（ｔ１，ａｆ１）と（ｔ２，ａｆ２）を通る直線を直線Ａとし、ｙ＝ａ１＊ｔ＋ｂ１とおき、以下の（１）式により、傾きａ１を算出する。
ａ１＝（ａｆ２−ａｆ１）／（ｔ２−ｔ１） …（１）

次に、この傾きａ１に−１をかけた直線を直線Ｂとし、ｙ＝−ａ１＊ｔ＋ｂ２とおき、該直線Ｂが（ｔ３，ａｆ３）を通るものとする。

そして、これらから直線Ａと直線Ｂの交点におけるｘ座標つまりカメラ時間を算出し、それを合焦時間ｔ＿ｐｅａｋとする。

なお、ここでは、ＡＦエリアのデータについては使用していないが、例えば画面全体ではなくて特定の領域だけのＡＦ評価値を利用する等、何らかの目的のためにそれを使用することもできる。

レンズ本体２００内においては、駆動コマンドとしてレンズ合焦位置駆動コマンドが送られてきた場合には、レンズＣＰＵ２０９が、図３（Ｅ）に示すように、指示パラメータを解析して、指定の合焦時間ｔ＿ｐｅａｋを合焦レンズ位置演算部２０８に送る（ステップＳ２０９ＢＡ）。そして、合焦レンズ位置演算部２０８では、レンズ情報記憶部２０７に記憶されているレンズ位置とレンズ内時間のデータを基に、その合焦時間ｔ＿ｐｅａｋでのレンズ位置Ａを演算して、レンズＣＰＵ２０９に返す（ステップＳ２０９ＢＢ）。レンズＣＰＵ２０９は、レンズ駆動回路２０３にその合焦時間ｔ＿ｐｅａｋでのレンズ位置Ａへのレンズ駆動を行わせる（ステップＳ２０９ＢＣ）。

ここで、上記ステップＳ２０９ＢＢでの合焦時間ｔ＿ｐｅａｋでのレンズ位置Ａの演算について、図７を参照して説明する。
図中の上側のグラフはレンズ情報記憶部２０７に記憶されたレンズ時間とレンズ位置の関係を示しており、下側は上側のグラフに丸数字で示すレンズ時間と露光イメージとの関係を示している。各露光イメージで太い破線で囲んだ領域が、過去のフレームから被写***置を予測して変更されるＡＦエリアである。上述したように、同期信号の生成及びＡＦ評価値の演算は、この変更されたＡＦエリアに対応するタイミングで行われる。そして、この被写体の位置予測を用いた同期信号によるレンズ位置取得が行われて、レンズ情報記憶部２０７にレンズ時間とレンズ位置が記憶されている。上側のグラフの黒丸で示すようにレンズ位置が取得される。

ここで、合焦時間ｔ＿ｐｅａｋが与えられると、合焦レンズ位置演算部２０８は、レンズ情報記憶部２０７に記憶されたレンズ時間とレンズ位置の関係より、その合焦時間ｔ＿ｐｅａｋにおけるレンズ位置Ａを求めることができる。これが理想のレンズ位置（被写体が合焦するレンズ位置）であるので、求めたレンズ位置Ａを合焦レンズ位置としてレンズＣＰＵ２０９に出力することとなる。このように、合焦レンズ位置演算部２０８は、合焦時間演算手段により演算された結果と、上記レンズ位置検出手段による複数の検出結果及び上記レンズ用タイマ部による複数の結果とに基づき、合焦レンズ位置を演算する合焦レンズ位置演算手段として機能する。

そして、上記ステップＳ２０９ＢＣでレンズＣＰＵ２０９が、図２に示すように、レンズ駆動回路２０３にその合焦レンズ位置へのレンズ駆動を行わせることで、以降のフレームでは、図６に示すようにＡＦ評価値は高い値となり、図７に示すようにレンズ位置は理想レンズ位置となる。即ち、合焦状態となる。このように、レンズＣＰＵ２０９は、上記合焦レンズ位置演算手段によって上記合焦レンズ位置が演算されたならば、その演算された合焦レンズ位置へ上記フォーカスレンズを駆動するレンズ駆動手段として機能する。

なお、図２では、以降の合焦時間演算動作を行っていないが、続けて連続的に行っても良く、好ましくは、数フレームおきに行うと良い。

以上のような本発明の第１実施形態によれば、カメラ本体１００では、１フレーム露光中であっても停止せずに駆動されているフォーカスレンズ２０１の位置を検出するタイミングを制御する同期信号に応じて、ＡＦ評価値演算時における時間を計測し、複数フレームでのＡＦエリアに対応した複数のＡＦ表価値と対応する複数の時間とに基づいて、過去の合焦していた時間である合焦時間を演算し、レンズ本体２００では、上記カメラ本体１００からの同期信号に基づきフォーカスレンズ２０１のレンズ位置を検出すると共にその検出時間を計測し、それら複数のレンズ位置及び検出時間と上記カメラ本体１００からの合焦時間とに基づいて合焦レンズ位置を演算して、その演算された合焦レンズ位置へフォーカスレンズ２０１を駆動するようにしている。従って、カメラ本体１００からの同期信号によって得られたレンズ位置を使った合焦レンズ位置演算をレンズ本体２００側で行うことで合焦精度を向上することが可能となり、結果的に、誤った合焦レンズ位置の演算による再計測・演算が不要となることで合焦時間の短縮が可能となり、被写体が画角内のどこに存在しても高速・高精度にコントラストＡＦを実施し得る撮像システムを提供することができる。

また、被写体の移動に合わせて、同期信号の生成のタイミング及びＡＦエリアを変更することで、被写体が移動しても精度良く合焦レンズ位置を演算できる。この場合、ＡＦエリアは画角内であれば任意なエリアに変更可能であるので、被写体が画角内をどのように移動しても精度良く合焦レンズ位置を演算できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。

上述したように、露光した後でないと被写体の位置が判らないため、同期信号を送信するのは１フレーム遅延が存在してしまう。そのため、上記第１実施形態では、過去のフレームから被写***置を予測して、同期信号を送信するようにしている。

これに対して、本第２実施形態では、図８に示すように、同期信号は１フレーム内に固定タイミングで複数回、ここでは３回送信するものとし、各同期信号の送信タイミングで演算されるＡＦ評価値のうち、被写***置が最も近い位置に対応するものを使用するようにしている。

以下、本発明の撮像システムの第２実施形態としてのレンズ交換式デジタル一眼レフカメラの動作を説明する。

図示しないレリーズボタンの１段目の操作によるＡＦトリガによって、ＡＦ動作が開始されると、カメラＣＰＵ１１５は、図８に示すように、ＴＧ部１０２を介して、ＣＭＯＳなどの順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式の撮像素子１０１に露光動作を開始させる。また、図示はしていないが、カメラ用タイマ１１３へ、及び通信路３００を介してレンズ本体２００へ、タイマリセットコマンドを送信する。

このタイマリセットコマンドに応じて、レンズ用タイマ２０６がリセットされ、レンズ駆動回路２０３によって所定のレンズ位置に向けたレンズ駆動が開始されることは、上記第１実施形態と同様である。

このようにしてレンズ駆動が行われている状態で、図８のタイミングチャートに示すように、ＣＭＯＳなどの順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式の撮像素子１０１によって１フレーム露光が行われると、被写***置演算部１０７にて被写***置演算が行われ、ＡＦエリア演算部１０８によりＡＦエリア演算が行われる。そして、その演算されたＡＦエリアを、カメラＣＰＵ１１５に送信することで、カメラＣＰＵ１１５は、表示素子１０６に図示しないＡＦエリア枠（図８の露光イメージにおける破線の矩形枠に対応する）を表示させる。こうすることで、ユーザに被写体追従していることを提示することができる。

また、ＡＦエリア演算部１０８は、ＣＭＯＳなどの順次露光制御（ローリングシャッタ）による露光方式の撮像素子１０１によって１フレーム露光中に、上記演算したＡＦエリアとは別個の、予め決められた複数のＡＦエリアをＡＦエリア演算部１０８及びを同期信号生成部１１２に供給する。これにより、同期信号生成部１１２は、前述したように、被写体追従によるＡＦエリア演算の結果とは無関係に、１フレーム露光中に所定の複数回のタイミングで同期信号を生成して、レンズ本体２００に送信することとなる。また、ＡＦエリア変更部１０９は、その同期信号生成部１１２での同期信号の生成タイミングに同期したＡＦエリアに、ＡＦ評価値演算部１１０がＡＦ評価値演算を行うべき画像上のエリアを設定するこことなる。このように、ＡＦエリア変更部１０９は、同期信号の生成に同期してＡＦエリアを変更するＡＦエリア変更手段として機能する。これにより、ＡＦ評価値演算部１１０は、１フレームに複数回、同期信号に同期したＡＦエリアでＡＦ評価値を演算し、その演算したＡＦ評価値がＡＦ情報記憶部１１１に記憶される。また、このように、同期信号の生成とＡＦ評価値との演算は同期して行われるため、カメラ用タイマ１１３から同期信号に応じてカメラ時間をカメラＣＰＵ１１５に送ることで、カメラＣＰＵ１１５は、このＡＦ評価値演算部１１０がＡＦ評価値を演算したときのカメラ時間を、上記ＡＦ評価値と対応させてＡＦ情報記憶部１１１に記憶することができる。なお、更にＡＦエリア（被写体追従位置（Ｘ，Ｙ）及び大きさ）も記憶するようにしても良い。

レンズ本体２００内においては、図９に示すように、レンズ位置検出部２０５は、上記同期信号生成部１１２から送られた同期信号の立上がりに応じて、フォーカスエンコーダ２０４の出力に基づいてレンズ位置を検出し、その検出したレンズ位置を、レンズ用タイマ２０６が計時しているレンズ時間と対応付けて、レンズ情報記憶部２０７に格納する。図９の上側のグラフは、このレンズ情報記憶部２０７に記憶されたレンズ時間とレンズ位置の関係を示しており、下側は上側のグラフに丸数字で示すレンズ時間と露光イメージとの関係を示している。各露光イメージで太い破線で囲んだ領域が、被写体追従によって得られるＡＦエリアに対応している。本実施形態では、同期信号の生成及びＡＦ評価値の演算は、丸数字示す決められたタイミングで行われる。そして、この同期信号によるレンズ位置取得が行われて、レンズ情報記憶部２０７にレンズ時間とレンズ位置が記憶されている。上側のグラフの黒三角で示すようにレンズ位置が取得される。

カメラ本体１００では、カメラ時間とＡＦ評価値（及びＡＦエリア）というＡＦ情報が最低３フレーム分、ＡＦ情報記憶部１１１に記憶されたならば、図８に示すように、合焦時間演算部１１４にて、ＡＦ情報記憶部１１１からそれらＡＦ情報を取得して、直線補間やラグランジェ補間などの公知技術を用いて合焦時間ｔ＿ｐｅａｋを算出し、カメラＣＰＵ１１５に出力する。そして、該合焦時間ｔ＿ｐｅａｋを指示パラメータとするレンズ合焦位置駆動コマンドを、カメラＣＰＵ１１５より通信路３００を介してレンズ本体２００に送信する。

上記合焦時間演算部１１４での合焦時間ｔ＿ｐｅａｋの算出については、上記第１実施形態で、図６を参照して説明した通りである。但し、本実施形態では、ＡＦ情報記憶部１１１には、１フレームあたり３回分のＡＦ情報が記憶されている。そのため、合焦時間演算部１１４は、それら３個のＡＦ情報より、最も被写体の位置が近いラインのＡＦ情報を取得して、合焦時間ｔ＿ｐｅａｋを算出する。即ち、図９の例では、あるフレーム（ｆｒａｍｅ１）においてはライン１つまり当該フレームの最初の同期信号に対応するカメラ時間とＡＦ評価値が（ｔ１，ａｆ１）として取得され、次のフレーム（ｆｒａｍｅ２）においてはライン１つまり当該フレームの最初の同期信号に対応するカメラ時間とＡＦ評価値が（ｔ２，ａｆ２）として取得され、その次のフレーム（ｆｒａｍｅ３）においてはライン２又は３つまり当該フレームの２つ目又は３つ目の同期信号に対応するカメラ時間とＡＦ評価値が（ｔ３，ａｆ３）として取得されて、合焦時間ｔ＿ｐｅａｋが算出される。そして、この算出された合焦時間ｔ＿ｐｅａｋとする。

レンズ本体２００内においては、駆動コマンドとしてレンズ合焦位置駆動コマンドが送られてきた場合には、レンズＣＰＵ２０９が、指示パラメータを解析して、指定の合焦時間ｔ＿ｐｅａｋを合焦レンズ位置演算部２０８に送る。そして、合焦レンズ位置演算部２０８では、レンズ情報記憶部２０７に記憶されているレンズ位置とレンズ内時間のデータを基に、その合焦時間ｔ＿ｐｅａｋでのレンズ位置Ａを演算して、レンズＣＰＵ２０９に返す。レンズＣＰＵ２０９は、レンズ駆動回路２０３にその合焦時間ｔ＿ｐｅａｋでのレンズ位置Ａへのレンズ駆動を行わせる。

ここで、上記合焦時間ｔ＿ｐｅａｋでのレンズ位置Ａの演算について、図９を参照して説明する。
即ち、合焦時間ｔ＿ｐｅａｋが与えられると、合焦レンズ位置演算部２０８は、レンズ情報記憶部２０７に記憶されたレンズ時間とレンズ位置の関係より、その合焦時間ｔ＿ｐｅａｋにおけるレンズ位置Ａを求めることができる。これが理想のレンズ位置（被写体が合焦するレンズ位置）であるので、求めたレンズ位置Ａを合焦レンズ位置としてレンズＣＰＵ２０９に出力することとなる。

そして、レンズＣＰＵ２０９が、図８に示すように、レンズ駆動回路２０３にその合焦レンズ位置へのレンズ駆動を行わせることで、以降のフレームでは、ＡＦ評価値は高い値となり、図９に示すようにレンズ位置は理想レンズ位置となる。即ち、合焦状態となる。

なお、図８では、以降の合焦時間演算動作を行っていないが、続けて連続的に行っても良く、好ましくは、数フレームおきに行うと良い。

以上のような本発明の第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果に、カメラ本体１００からの同期信号によって得られたレンズ位置を使った合焦レンズ位置演算をレンズ本体２００側で行うことで合焦精度を向上することが可能となり、結果的に、誤った合焦レンズ位置の演算による再計測・演算が不要となることで合焦時間の短縮が可能となり、被写体が画角内のどこに存在しても高速・高精度にコントラストＡＦを実施し得る撮像システムを提供することができる。

また、同期信号は、１フレーム露光中に予め設定された所定回数、所定タイミングで行い、その同期信号の生成に同期してＡＦエリアを変更することで、被写体の位置によらず同期信号を生成して、精度良く合焦レンズ位置演算を行うことができる。

なお、同期信号を１フレーム内に固定タイミングで３回生成する場合を例に説明したが、２回、あるいは４回以上であっても良いことは勿論である。

以上、第１及び第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、上記実施形態では、タイマリセットをコマンドにより行ったが、同期信号を用いて直接レンズ本体２００とカメラ本体１００のタイマリセットを行っても良い。この場合には、時間は、前回の記憶時点からの経過時間となり、記憶された各時間を累計することでレンズ時間とカメラ時間を求めることとなる。

また、上記実施形態では、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラを例に説明したが、静止画像を記録するスチルカメラに限らず、動画像を記録する動画カメラにも適用可能である。

１００…カメラ本体、 １０１…撮像素子、 １０２…タイミングジェネレータ部（ＴＧ部）、 １０３…記録画像処理部、 １０４…記録画像記憶部、 １０５…表示画像処理部、 １０６…表示素子、 １０７…被写***置演算部、 １０８…ＡＦエリア演算部、 １０９…ＡＦエリア変更部、 １１０…ＡＦ評価値演算部、 １１１…ＡＦ情報記憶部、 １１２…同期信号生成部、 １１３…カメラ用タイマ、 １１４…合焦時間演算部、 １１５…カメラＣＰＵ、 ２００…レンズ本体、 ２０１…フォーカスレンズ、 ２０２…モータ、 ２０３…レンズ駆動回路、 ２０４…フォーカスエンコーダ、 ２０５…レンズ位置検出部、 ２０６…レンズ用タイマ、 ２０７…レンズ情報記憶部、 ２０８…合焦レンズ位置演算部、 ２０９…レンズＣＰＵ、 ３００…通信路。

Claims (7)

1. フォーカス調整を行うフォーカスレンズを有する交換レンズと、上記交換レンズが装着可能な撮像装置と、を備えた撮像システムであって、
   上記撮像装置は、
   上記フォーカスレンズを透過した被写体光を受光して撮像する撮像素子と、
   上記撮像素子で撮像した画像を用いて当該画像に設定されたＡＦエリアのＡＦ評価値を演算するＡＦ評価値演算手段と、
   上記ＡＦ評価値演算手段による演算時における時間を計測するカメラ用タイマ部と、
   上記フォーカスレンズ位置を検出するタイミングを制御する同期信号を生成する同期信号生成手段と、
   上記ＡＦエリアに対応したＡＦ表価値演算手段の複数の結果と、上記カメラ用タイマ部による複数の結果とに基づき、過去の合焦していた時間の演算を行う合焦時間演算手段と、
   を備え、
   上記交換レンズは、
   １フレーム露光中であっても停止せずに上記フォーカスレンズを駆動し、フレーム内の如何なる時間であってもレンズ位置を正確に取得可能なレンズ駆動手段と、
   上記同期信号生成手段により生成された同期信号に基づき上記フォーカスレンズのレンズ位置を取得するレンズ位置検出手段と、
   上記レンズ位置検出手段による検出時における時間を計測するレンズ用タイマ部と、
   上記合焦時間演算手段により演算された結果と、上記レンズ位置検出手段による複数の検出結果及び上記レンズ用タイマ部による複数の結果とに基づき、合焦レンズ位置を演算する合焦レンズ位置演算手段と、
   を備え、
   上記レンズ駆動手段は、上記合焦レンズ位置演算手段によって上記合焦レンズ位置が演算されたならば、その演算された合焦レンズ位置へ上記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする撮像装置。
2. 上記同期信号生成手段は、１フレーム露光中に複数回の同期信号の生成を行い、
   上記同期信号の生成に同期して上記ＡＦエリアを変更するＡＦエリア変更手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記同期信号生成手段は、上記複数回の同期信号の生成を予め設定された所定回数、所定タイミングで行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 上記同期信号生成手段は、被写体の移動に合わせて上記同期信号の生成のタイミングを変更し、
   上記被写体の移動に合わせて上記ＡＦエリアを変更するＡＦエリア変更手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 上記ＡＦエリア変更手段は、上記ＡＦエリアを画角内であれば任意なエリアに変更可能とすることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 上記合焦レンズ位置演算手段は、上記レンズ位置検出手段から検出されたレンズ位置と、上記レンズ用タイマ部で計測された結果と、を用いて、合焦レンズ位置を補間演算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 上記撮像素子は、順次露光制御による露光方式の撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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