JP3421528B2 - 測量機器の自動焦点装置 - Google Patents
測量機器の自動焦点装置Info
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Description
ートレベル、セオドライト、トランシットなどの測量機
器に適した自動焦点装置に関する。
ト、セオドライトなどの測量機器は、基本的に、視準望
遠鏡と、水準器、回転角、俯仰角などを計測するスケー
ルなどを備えている。そして、測量機器を水平にセット
し、視準望遠鏡で視準点、あるいは視準物体を視準す
る。一般的な測量機器の視準望遠鏡は、物体側から順
に、対物レンズ、焦点調節レンズ及び接眼レンズを備
え、この焦点調節レンズが、物体距離に応じて該物体像
をレチクル(焦点板)上に結像させるべく位置調節(焦
点調節)される。使用者は、レチクルと重なった像を接
眼レンズを介して観察する。
1m〜∞と一般の望遠鏡と比較して非常に広く、焦点調
節レンズが凹レンズのものは、焦点調節レンズの移動距
離は30mm前後となる。焦点調節レンズは、通常回転ノブ
の回転操作によって駆動されるが、回転ノブの回転角に
対して物体像の移動量(つまり焦点調節レンズの移動
量)を小さく設定すると、回転角に比して物体像の移動
量が小さい代わりにレンズの移動に時間がかかる。逆に
回転ノブの回転角に比して物体像の移動量を大きくする
と、回転角に比して物体像の移動量が大き過ぎて、物体
像をレチクル上で停止させるのが困難になる。また物体
が遠距離にあるときには、回転ノブを僅かに回転させる
だけ物体像が大きく前後動するのに対し、物体が比較的
近距離にあるときには、回転ノブの回転量の割に物体像
の移動量が小さくなり、物体像をレチクル上に移動させ
るのに要する回転ノブの回転量が多くなり過ぎる。さら
に、視準物体が前ピンなのか後ピンなのかの判断ができ
ないため、合焦方向と逆方向に回転ノブを回転させてし
まうこともある。いずれにしても、従来の測量機器は、
焦点調節に長時間を要するという問題があった。
の自動焦点装置を搭載することが考えられる。この場
合、視準望遠光学系の光路を分岐させて、分岐光路中に
おける、焦点板と等価な位置に結像された物体像をセン
サ上に再結像させて、センサの出力に基づいてデフォー
カスを検知し、焦点調節する構成とする。
体とし、標尺が視野の中心(レチクルの縦線上)に位置
するように視準する。視野における標尺像の大きさ、つ
まりセンサ上の標尺像の大きさは、特に遠距離では小さ
くなる。そのため、従来の自動焦点装置では、標尺が暗
く、標尺の周囲の背景が明るく周囲のコントラストが高
い場合には、標尺像の出力が小さいので、出力の大きい
背景像の出力に基づいてデフォーカスを検出し、焦点調
節してしまう虞れがある。
問題意識に基づきなされたもので、視野の中央に位置す
る主要物体の大きさ、明るさ、コントラストにかかわら
ず、主要物体に対して確実に合焦する測量機器の自動焦
点装置を提供することを目的とする。
系および焦点調節光学系によって形成された物体像を観
察する接眼光学系を備えた望遠光学系、前記対物光学系
および焦点調節光学系により形成される、前記接眼光学
系の視野の中央を中心とした横長の焦点検出領域内の物
体像に相当する物体像光を受光し積分して電気信号を出
力するラインセンサ;このラインセンサに近接して配置
された、前記焦点検出領域の中央を中心とした中央焦点
検出領域および該中央焦点検出領域を挟む両側の焦点領
域に対応するラインセンサの受光光量をモニタする複数
のモニタ手段;前記モニタ手段のモニタ出力によって前
記ラインセンサの受光時間を制御し、前記ラインセンサ
の出力に基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段;お
よび、前記ラインセンサの出力に基づいて、前記中央焦
点検出領域および前記両側の焦点検出領域の物体像のコ
ントラストを検出するコントラスト検出手段を備え、前
記焦点検出手段は、前記全モニタ手段のモニタ出力によ
って制御したラインセンサの出力により最大の焦点検出
領域についてコントラストを検出し、該コントラストが
所定値以上の場合は、前記視野の中央を中心とした最も
狭い中央焦点検出領域から予め設定された段階的に横方
向に拡がる中央焦点検出領域について、有効なコントラ
ストが得られるまでコントラスト検知を実行し、有効な
コントラストが得られた場合は該中央の焦点検出領域お
よび該中央のモニタ手段を選択し、該選択したモニタ手
段のみによって前記ラインセンサの受光時間を制御して
前記選択した中央の焦点検出領域からの出力に基づいて
焦点状態を検出し、有効なコントラストが得られなかっ
た場合は、前記全てのモニタ手段によって前記ラインセ
ンサの受光時間を制御して前記最大焦点検出領域からの
出力に基づいて焦点状態を検出すること、に特徴を有す
る。この構成によれば、視野内における物体像の横幅が
狭い場合であっても、有効なコントラストが得られる最
も狭い中央焦点検出領域が選択され、該中央焦点検出領
域について受光光量制御がなされるので、中央焦点検出
領域による焦点状態の検出を可能にする。
系が、前記焦点調節光学系と接眼光学系との間に配置さ
れた、レチクルを有する焦点板と、該焦点板と前記焦点
調節レンズ群と焦点板との間に配置された光束分割光学
系とを備え、前記ラインセンサが、前記光束分割光学系
によって分割された分割光路中に配置され、前記レチク
ルを中心とした横長の領域の光束を前記焦点板と等価位
置において受光する多数の受光手段を備える。さらに本
発明の測量機器の自動焦点装置は、前記焦点検出手段が
検出した焦点状態に基づいて前記焦点調節光学系を移動
させる焦点調節レンズ群駆動手段を備える。
する。図1は、本発明の自動焦点調節装置を適用したオ
ートレベルの一実施の形態を示す図である。オートレベ
ル10は、物体側から、正の視準用対物レンズ群11、
負の焦点調節レンズ群12、水平補償光学系13、焦点
板(焦点面)14、及び正の接眼レンズ群15を備えて
いる。
1コンペプリズム13a、コンペミラー13b及び第2
コンペプリズム13cとを有する左右対称形状をしてい
て、図示しないが、紐体を介して軸に吊り下げられてい
る。コンペミラー13bと第1、第2コンペプリズム1
3a、13cとの角度は、絶対値が等しく符号が反対の
例えば30゜をなしている。この角度は、紐体の長さ等
の要素によって異なる。この水平補償光学系13は、対
物レンズ群11と焦点調節レンズ群12の光軸を略水平
(例えば水平から10〜15分程度傾斜した状態)にセ
ットすると、第1コンペプリズム13aへの入射光束は
同じズレ量だけ水平からズレるが、第1コンペプリズム
13a、コンペミラー13b及び第2コンペプリズム1
3cで反射して射出する光束は、実質的に水平となる。
段として、ラック12aが固定されており、このラック
12aにピニオン12bが噛み合っている。このピニオ
ン12bを回転させて焦点調節レンズ群12を光軸に沿
って移動させることにより、対物レンズ群11と焦点調
節レンズ群12によって形成される物体9の像の位置を
光軸に沿って平行移動させることができる。作業者は、
焦点板14上に結像された物体像を、焦点板14上に描
いたレチクル等と一緒に接眼レンズ15によって観察す
る。
路中に、該光路を分岐させる分岐光学素子(ハーフミラ
ー)18を配置し、分岐光路中に、焦点板14の等価面
14Aにおける焦点状態(結像状態)を検出する焦点検
出系20を設け、さらにこの焦点検出系20の出力に基
づいて焦点調節レンズ群12を駆動する焦点調節レンズ
群駆動系30を設けている。
出系20は、等価面14Aの近傍に配置したAFセンサ
21を有し、このAFセンサ21の出力に基づいてデフ
ォーカス量を検出するものである。本実施の形態のAF
センサ21は位相差法タイプのもので、図2に示したよ
うに、等価面14Aの物体像を、集光レンズ21aおよ
び基線長だけ離して配置した一対のセパレータレンズ
(結像レンズ)21bによって分割して一対のCCDラ
インセンサ21c上に再結像する。この一対のラインセ
ンサ21cに対する物体像の入射位置は、物体9の像が
等価面14A上に正確に結像しているとき(合焦)、等
価面14Aより前方に結像しているとき(前ピン)、及
び等価面14Aより後方に結像しているとき(後ピン)
とでそれぞれ異なり、かつ、合焦位置からのずれ量(デ
フォーカス量)も、一対のラインセンサ21c上への物
体像の結像位置によって判断できる。
3に概要を示すように、多数の光電変換素子(受光素
子)を有し、各光電変換素子が、受光した物体像を光電
変換して光電変換した電荷を積分(蓄積)し、積分した
電荷を、AFセンサデータ(画像データ)として順番に
出力する。
設けられたレチクルに対して、レチクルの視準軸(縦線
v)が中央(設計中心)に位置し、横線hと平行かつそ
の横線がh中心に位置するように配置してある。したが
って、地表に鉛直に立てた測量用標尺(スタッフ)9を
視準するとき、標尺9の像がラインセンサ21cと直交
する(図5〜図9参照)。この配置によれば、測量用標
尺9とラインセンサ21cの方向が一致することがない
ので、測量用標尺9の輪郭(両側辺)を検知して自動焦
点調節が可能になる。
使用するCCDラインセンサ21cの領域を、全体焦点
検出領域Zと、中央(縦線v)を中心として左右対称
な、4個の中央焦点検出領域Z1、Z2、Z3、Z4を
有している。なお、焦点検出領域とは、機械的、あるい
は光学的に仕切られた領域ではなく、CCDラインセン
サ21cから出力されたAFセンサデータの内、焦点検
出の演算に使用するAFセンサデータを出力した画素の
範囲をいう。
て、物体像の明るさに応じて積分時間をコントロールす
るモニターセンサ21dを備えている。このモニターセ
ンサ21dは、3個のモニターセンサM1、M2、M3
を備えている。AFセンサ21は、このモニターセンサ
M1、M2、M3の出力を検知して、CCDラインセン
サ21dの積分時間、つまり、積分終了時間をコントロ
ールする。また、演算・制御回路23は、使用するモニ
ターM1、M2、M3を選択できる。
M3によって積分時間が変わる例を示してある。図4の
(A)は、全モニターセンサM1、M2、M3を使用し
た場合、(B)は中央のモニターセンサM2のみを使用
した場合のタイミングチャートである。なお、これらの
タイミングチャートでは、モニターセンサの出力を、不
図示のオペアンプの反転入力端子に入力して、オペアン
プの非反転入力端子に基準となるAGCレベルを入力し
てあるので、モニターセンサの出力レベルは、時間の経
過とともに下がり、モニター出力レベルがAGCレベル
を下回ったときに積分を終了する構成を示してある。
も明るい像が形成され、モニターセンサM2に最も暗い
像が形成されている。したがって、モニターセンサM1
の出力によって積分時間をコントロールしたときには時
間t1で積分を終了する。このときは、モニターセンサ
M1に対応する焦点検出領域については適切な積分値が
得られるが、モニターセンサM2に対応する中央の焦点
検出領域では積分値が小さすぎることがある。
よって積分時間をコントロールしたときは、時間t1よ
りも遅い時間t2まで積分を継続することが分かる。こ
のときは、モニターセンサM2に対応する中央の焦点検
出領域については適切な積分値が得られるが、モニター
センサM1に対応する焦点検出領域では、積分値が飽和
して適切な積分値が得られないおそれがある。本実施の
形態では、最大焦点検出領域Zを使用するときには全モ
ニターセンサM1、M2、M3を使用し、中央焦点検出
領域Z1〜Z4を使用するときには中央のモニターセン
サM2を使用するので、使用する使用焦点検出領域につ
いて適切な積分値を得ることができる。
たAFセンサデータは、プリアンプ22で増幅して演算
・制御回路23に入力する。演算・制御回路23は、一
対のAFセンサデータに基づいて、デフォーカス演算に
よってデフォーカス量を算出する。本実施の形態ではさ
らに、デフォーカス量に基づいて、デフォーカス量が0
になる位置まで焦点調節レンズ群12を移動するのに必
要なAFモータ31の駆動方向および駆動量(エンコー
ダ33の出力パルス(以下「AFパルス」)数)を算出
する。
タ31の回転方向およびAFパルス数に基づいてAFモ
ータ駆動回路25を介してAFモータ31を駆動する。
AFモータ31の回転は、クラッチ内蔵減速機構32を
介してピニオン12bに伝達され、焦点調節レンズ群1
2を移動する(図1参照)。
が出力するパルスによって演算・制御回路23が検知お
よびカウントし、そのカウント値と、先に演算によって
求めたパルス数に基づいて速度制御、停止制御などを行
う。この焦点検出系20と焦点調節レンズ群駆動系30
により、物体距離に応じて焦点調節レンズ群12が光軸
に沿って駆動され、自動合焦される。
焦点調節処理を開始するAF開始スイッチ27、および
AFモードであること(マニュアルフォーカスモードで
はないこと)を検知するAFスイッチ29を備えてい
る。AF開始スイッチ27は、使用者などによって押さ
れるとオンし、押圧力が除かれると自動復帰(オフ)す
る押し釦スイッチである。AFスイッチ29は、フォー
カス操作ノブ16の軸方向移動に連動し、フォーカス操
作ノブ16が押し込まれて自動焦点調節モードになった
ときにオンするスイッチである。
ノブ16による手動焦点調節と、焦点検出系20および
焦点調節レンズ群駆動系30による自動焦点調節のいず
れか一方による駆動が可能である。つまり、オートレベ
ル10は、焦点検出系20の出力により焦点調節レンズ
群12を駆動するオートフォーカスモード(自動焦点調
節)と、焦点検出系20の出力によることなく手動でフ
ォーカス操作ノブ16を回転駆動して焦点調節レンズ群
12を移動するマニュアルモード(手動焦点調節)とに
切替可能に構成されている。
ルモードとを切替える手段として、例えばマニュアルフ
ォーカス操作ノブ16を軸方向のいずれか一方に移動さ
せたときマニュアルモードに切替わり、他方に移動させ
たときオートフォーカス(AF)モードに切替わるよう
に構成してある。また、演算・制御回路23は、フォー
カス操作ノブ16がオートフォーカスモードに切り換わ
ったことを、AFスイッチ29がオンしていることによ
り知る。
サ21c上に結像された物体像に基づいてオートフォー
カスを行なう測量機器では、測量用標尺9が近距離(例
えば5m )にあれば、図5に示されるように、視準用望
遠鏡の視準視野Fにおける測量用標尺9の背景に対する
比率が大きいため、背景による測距誤差が非常に少な
い。同図において、aは測量用標尺9が幅70mmの場合
の共役面14A上での寸法(同実施例の場合3.3mm)
を示し、bはラインセンサ21cによる最大焦点検出領
域Z(実際には全領域Zそのものは表示されず、これと
対応する測距ゾーンマークが表示される)の幅寸法(4
mm)を示し、hは横方向ヘヤー線、vは縦方向ヘヤー線
(太さ0.003mm )を示す。
5m から、10m 、20m 、30m50m というように
次第に遠くなると、図6〜図9に示すように、視準視野
F内の測量用標尺9の幅がc( 1.7mm) 、d( 0.8
mm) 、e( 0.6mm) 、g(0.3mm) というように次
第に小さくなる。一方、このときラインセンサ21cに
よる最大焦点検出領域Zの幅寸法は一定なので、視準視
野F内において背景の占める比率が次第に大きくなる。
12からなる視準望遠鏡の倍率を24倍とし、焦点板1
4上でのファインダ視野枠の直径を約6mm 、ラインセ
ンサ21cの受光可能領域(最大焦点検出領域Z)を約
4mm、視準対物レンズ11と焦点調節レンズ群12の合
成焦点距離を約240mm 、測量用標尺9の幅を70mm
として、測量用標尺9をオートレベル10から下記物体
距離に立てたときのレチクル板14上の測量用標尺9の
像寸法と、視準視野F及びラインセンサ21cに対する
比率を以下に示し、距離5、10、20、30、50m
のときの視野を図5から図9に示す。
1cの最大焦点検出領域Zの幅寸法が固定されている場
合、物体距離が10m以上では最大焦点検出領域Zに占
める測量用標尺9の比率が非常に小さくなる。従って、
物体距離が遠くなるに従って、視準視野F内において測
量用標尺9以外の背景の占める比率が大きくなることが
理解される。よってこのような場合には、背景の影響に
よって、背景に対して測距および合焦して標尺9の像が
ぼけるか、合焦不能になる虞れがある。
解消するために、焦点検出領域を、視準軸を中心とした
複数の焦点検出領域(本実施例では全体焦点検出領域
Z、中央焦点検出領域Z1から領域Z4の段階)を設定
し、まず、最大焦点検出領域Zでコントラストを検出
し、有効なコントラストが得られたら、最も狭い中央焦
点検出領域Z1からコントラストを検知する。有効なコ
ントラストが得られなければ、有効なコントラストが得
られるまで使用する焦点検出領域を焦点検出領域Z2、
Z3、Z4の順に選択する。そして、有効なコントラス
トが得られた焦点検出領域のAFセンサデータを使用し
てデフォーカス量を演算し、そのデフォーカス量に基づ
いて焦点調節レンズ群12を移動させる。中央焦点検出
領域Z1〜Z4のいずれからも有効なコントラストが得
られなかったら、最大焦点検出領域ZのAFデータを使
用して焦点調節する。このように焦点検出領域を選択す
ることで、視準物体の幅に対応した焦点検出領域によっ
て焦点検出が可能になり、視準物体の背景に合焦するな
どの誤測距か無くなる。
について、図10から図17に示したフローチャートを
参照してより詳細に説明する。この処理は、オートレベ
ル10に不図示のバッテリが装着されている状態で、演
算・制御回路23によって実行される。
がオンされると、その後AF開始スイッチ27がオフさ
れても、焦点調節処理を終了するまでは焦点調節処理を
継続する。
に入り、まず、ステップ(以下「S」と省略する)10
1において、内部RAM、各入出力ポートなどをイニシ
ャライズしてからパワーダウン処理に進む。以後、バッ
テリが外され、再装着されない限り、S101は実行し
ない。
あって、AF開始スイッチ27がオン操作されない間は
演算・制御回路23を除く各回路ヘの電源をオフしてA
F開始スイッチ27が操作されるのを待ち、AF開始ス
イッチ27がオン操作されると、各回路ヘの電源(パワ
ー)をオンしてAF処理(焦点調節処理)を実行する。
(焦点調節処理)に関するフラグをクリア(0をセッ
ト)し、動作を終了する(S111)。フラグとして本
実施例では、合焦したことを識別する合焦フラグ、自動
焦点調節ができなかったことを識別するAFNGフラ
グ、一度合焦した後の積分処理であることを識別する再
積分フラグ、焦点調節レンズ群12を移動しながらの積
分処理であることを識別するサーチ中およびオーバーラ
ップ中フラグ、有効なデフォーカス量が得られことを識
別するデフォーカスOKフラグ、AF焦点検出領域を選択
したことを識別する領域セレクトフラグ、モニターセン
サの選択を要求するモニターセレクト要求フラグ、およ
び、モニターセンサを選択したことを識別するモニター
セレクト実行フラグを有する。
と、AF開始スイッチ27がオンかどうかをチェックす
る(S113)。使用者が操作しない初期状態ではオフ
なので、AF開始スイッチメモリをOFFにする(OF
Fを書き込む)(S113、S115)。そして、パワ
ーオンかどうかをチェックするが、初期状態では各回路
に電源を供給していないパワーオフ状態なので、S11
3に戻って、S113、S115、S119の処理を繰
り返す。
は、次の処理を実行する。AF開始スイッチ27がオン
になったので、S113からS117に進み、AF開始
スイッチメモリがONかどうかをチェックするが、1回
目はOFFなので、S123に進んで、AF開始スイッ
チメモリをONにする(ONを書込む)(S123)。
そして、AFスイッチ29の状態を入力するが、AFス
イッチ29がオフしているときはマニュアル焦点調節モ
ードなのでパワーダウン処理に戻る(S125、S11
1)。AFスイッチ29がオンしているとき、つまり自
動焦点調節モードのときには、パワーをオンしてVDD
ループ処理に進む(S125)。
始スイッチメモリはONなので、AF開始スイッチ27
がオンしているときは、S113、S117、S119
からS121に進んでパワーをOFFして、AF開始ス
イッチ27がオフし、オンするのを待つ。AF開始スイ
ッチ27がオフしているときは、S113からS115
に進んでAF開始スイッチメモリにOFFを書込み、S
119からS121に進んでパワーをOFFし、AF開
始スイッチ27がオンするのを待つ。
し、AF開始スイッチ27の状態を検知しながら、合焦
するか、合焦不能であると判断されたらパワーダウン処
理に戻る処理である。VDDループ処理に入ると、再度
AFスイッチ29の状態を入力して、オンしていること
を条件に処理を進めるが、オフしているときはマニュア
ルフォーカスなのでパワーダウン処理に戻り(S20
1、S203)、AF動作を終了する。以下、AFスイ
ッチ29がオンしているものとして説明する。
デフォーカスを検出して焦点調節レンズ群12を合焦位
置まで移動するAF処理(焦点調節処理)を実行し(S
205)、処理途中で定期的にAF開始スイッチ27が
オンしているかどうかをチェックする(S207)。1
回目のチェックでは、通常AF開始スイッチ27はオン
のままなので、AF開始スイッチメモリがONかどうか
をチェックするが、S123でONにされているので、
合焦フラグ、AFNGフラグのチェックを行う(S21
1、S213、S215)。AF処理途中で、合焦とも
AF合焦不能とも判定できていない場合は、合焦フラ
グ、AFNGフラグともにクリア状態なので、S201
に戻る。
されるか、合焦不能でAFNGフラグに1がセットされ
るまでS201、S203、S205、S207、S2
11、S213、S215の処理を繰り返す。この処理
中にAF開始スイッチ27がオフすると、S207から
S209に進んでAF開始スイッチメモリにOFFを書
込む処理を経て、合焦フラグ、AFNGフラグチェック
処理(S213、S215)からS201に戻る処理を
繰り返す。
調節レンズ群12が合焦位置まで移動されるので合焦フ
ラグに1がセットされて、S213からパワーダウン処
理に戻り(S213)、AF動作を終了する(S11
1)。また、視準物体が静止していなかったとか、暗す
ぎた、コントラストが低すぎた場合など、何らかの事情
で合焦できなかったときは、AFNGフラグに1をセッ
トしてパワー処理に戻り(S215)、AF動作を終了
する(S111)。
ッチ27がオンしているときはAF開始スイッチメモリ
がONなので、S113、S117、S119からS1
21に進んでパワーをOFFし、AF開始スイッチ27
がOFFしているときは、S113からS115に進ん
でAF開始スイッチメモリにOFFを書込み、S119
からS121に進んでパワーをOFFし、AF開始スイ
ッチ27がオンするのを待つ。
と、パワーをOFFして演算・制御回路23以外の各回
路への電力供給を断つ。
イッチ27がオフされてから再びオンされると、S20
7からS211に進むが、最初はAF開始スイッチメモ
リがOFFなのでS211からS217に進んでAF開
始スイッチメモリにONを書き込んでS201に戻り、
S201〜S207、S211〜S215、S201の
処理を実行する。
オンされると、合焦するまで、あるいは合焦不能である
ことが検知されるまで焦点調節処理を繰り返すので、使
用者は焦点調節処理に煩わされず、測量作業を実行でき
る。
29がオフすると、つまり、フォーカス操作ノブ16が
マニュアルフォーカス位置に移動されると、S203か
らパワーダウン処理に戻り、AF処理を終了する。
て、図12から図17に示したフローチャートを参照し
て説明する。AF処理に入ると、オーバラップ中フラ
グ、サーチ中フラグ、再積分フラグのチェック処理を行
うが(S301、S303、S305)、1回目のとき
は全てS111でクリアされたままなので、AFセンサ
に積分を開始させ、積分結果をAFセンサデータとして
入力し、デフォーカス演算を実行する(S307)。な
お、デフォーカス演算では、公知の通り、一対のAFセ
ンサデータから相関度を求め、相関度からデフォーカス
方向(前ピンか後ピンか)、およびデフォーカス量を算
出する。
ェックする。視準物体が、コントラストが低すぎる場
合、繰り返し模様の場合、輝度が低すぎる場合などに、
演算結果が無効になる場合がある。通常は有効な演算結
果が得られるので、演算結果が有効である場合について
最初に説明する。
理を行い、合焦していれば合焦フラグに1をセットし、
非合焦であれば合焦フラグに0をセットする(S32
1)。この実施の形態で合焦と判断するのは、デフォー
カス量が所定量以下のときである。合焦していればVD
Dループ処理にリターンしてS207以降の処理を実行
し、非合焦のときはパルス計算処理に進む(S32
3)。
に基づいてAFパルス数、つまり、デフォーカス量が0
になる位置まで焦点調節レンズ群12を移動させるのに
必要なAFモータ31の駆動量(エンコーダ33が出力
するAFパルス数)を演算する処理である。
からAFモータ31の駆動方向およびAFパルス数を演
算する(S331)。このAFパルス数をAFパルスカ
ウンタ23aにセットし、AFモータ31をDC起動し
てパルスチェック処理を実行する(S333、S33
5)。AFパルスカウンタ23aの値は、エンコーダ3
3からAFパルスが1個出力されるごとに1減算する。
タ23aの値に応じて、AFモータ31の駆動速度を制
御する処理である。つまり、オーバーラップ積分禁止パ
ルス数よりも大きいときにはAFモータ31を高速駆動
して焦点調節レンズ群12をより短時間で合焦位置に近
づけ、かつオーバラップ積分も実行し、オーバーラップ
積分禁止パルス数未満になったら高速駆動しつつもオー
バラップ積分を停止し、さらに一定速度制御開始パルス
数未満になったら、行き過ぎを防止するためにAFモー
タ31を低速のPWM制御しつつ、カウンタ値が0にな
ったらAFモータ31を停止させる処理である。
カウンタ23aの値とオーバラップ積分禁止パルス数を
比較し(S341)、カウンタ値の方が大きい間はS3
43に進んで、オーバラップ中フラグに1をセットし、
オーバーラップ積分をスタートさせて、AFセンサ21
からAFセンサデータを入力し、デフォーカス演算を実
行する(S345)。そして、有効な演算結果が得られ
たら、駆動方向チェック処理に進み、有効な演算結果が
得られなかったら、リターンする(S347)。
駆動中の積分によって得られたAFセンサデータに基づ
いてAFパルス数を算出し、カウンタにセットするが、
駆動方向が変わった場合には、AFモータ31にブレー
キをかけて停止させる処理である。本実施例のブレーキ
は、AFモータ31の両極をショートして回転を停止さ
せる処理である。
ップ中フラグに1をセットし、サーチ中フラグに0をセ
ットして、焦点調節レンズ群12の前回と今回の駆動方
向を、演算結果から比較する(S361、S363)。
通常は同方向なので、積分中間点におけるAFパルス数
を算出して、算出した値をAFパルスカウンタ23aに
セットしてリターンする(S363、S365)。駆動
方向が変わったときは、AFモータ31にブレーキをか
けて停止し、オーバーラップ中フラグに0をセットし、
再積分フラグに1をセットしてVDDループ処理にリタ
ーンする(S363、S367、S369、S37
1)。
7以降の処理を実行し、再びAF処理に入る。駆動方向
が変わっていないときは、オーバーラップ中フラグに1
がセットされているので、S301からパルスチェック
処理に入り、カウンタ値がオーバラップ禁止パルス数よ
りも少なくなるまで、S341からS347、駆動方向
チェック処理のS361からS365を経てVDDルー
プ処理にリターンして、パルスチェック処理に戻る処理
を繰り返す。
まで駆動するためのAFパルス数が減少し、オーバラッ
プ積分禁止パルス数よりも少なくなって、パルスチェッ
ク処理のS341からS349に進む。
AFパルス数分の駆動を終了してAFモータ31を停止
させる処理である。S349に進むと、AFパルス数が
一定速度制御開始パルス数未満になるのを待ち、未満に
なったら、残りのAFパルス数に応じてAFモータ31
を低速制御して、AFパルス数が0でAFモータ31を
停止するように制御する(S349、S351、S35
3)。そして、AFモータ31を停止したら、オーバー
ラップ中フラグに0をセットし、再積分フラグに1をセ
ットしてVDDループ処理にリターンする(S353、
S355)。
入ったときは、オーバーラップ中フラグおよびサーチ中
フラグに0がセットされ、再積分中フラグに1がセット
されているので、S305から再積分処理に入る。S3
63で駆動方向が変わった場合も同じである。
焦状態にあるかどうかをチェックし、合焦しているとき
には合焦フラグに1をセットし、合焦していないときは
再度AFパルス数を計算し、焦点調節レンズ12を駆動
する処理である。ここで合焦フラグに1がセットされ、
VDDループ処理にリターンすると、S213からパワ
ーダウン処理に抜けてAF処理を終了し、AF開始スイ
ッチ27がオンするのを待つ待機状態になる。
が、合焦が困難な場合、及び合焦不能の場合も、合焦不
能な状態でVDDループ処理を抜けてパワーダウン処理
に戻り、AF動作を終了する。
AF処理について説明する。AF処理に入ると、1回目
はS307の積分スタート、AFセンサデータ入力、デ
フォーカス演算処理を実行する(S301、S303、
S305)。ここで、物体のコントラストが低すぎるな
どの理由で有効なデフォーカス量を求めることができな
かったときは、S309からサーチ積分処理に入る。
が得られるように、AFモータ31を至近距離合焦位置
から無限遠合焦位置まで駆動しながら積分、デフォーカ
ス演算を実行する処理である。このサーチ積分処理によ
っても有効なデフォーカス量が得られなかったときは、
AFNGフラグに1をセットしてリターンし、S215
からパワーダウン処理に戻る。
まず、AFモータ31を、サーチ駆動(まず、近距離合
焦方向に駆動)し、サーチ中フラグに1をセットして、
AFセンサ21に積分をスタートさせ、積分が終了した
ら積分値をAFセンサデータとして取り込み、デフォー
カス演算によってデフォーカス量を求める(S311、
S313、S315)。ここで有効なデフォーカス量が
求まれば駆動方向チェックに抜けるが(S317)、求
められなかったときは、VDDループ処理にリターンし
てS207からの処理を実行する(S317、S31
9)。
1をまず近距離合焦位置方向に駆動し、焦点調節レンズ
群12が近距離側移動端点に到達して停止したら、AF
モータ31を無限遠合焦位置方向に反転し、焦点調節レ
ンズ群12が無限遠側移動端点に到達して停止したら、
AFモータ31を停止する処理である。このサーチ駆動
途中に有効な演算結果が得られたら、そのデフォーカス
に基づく駆動に戻る。
入ると、オーバーラップフラグはクリアされ、サーチ中
フラグに1がセットされているので、S303からサー
チ積分処理に入り、S313からのサーチ積分処理を実
行する。そして、焦点調節レンズ群12が無限遠合焦位
置に達しても有効な演算結果が得られなかったときは、
AFNG処理に入り、AFNGフラグに1をセットして
VDDループ処理にリターンし、S215からパワーダ
ウン処理に抜ける(S317、S319、S391)。
なかった場合の処理であるが、一度有効な演算結果が得
られ、合焦でなくレンズ駆動した後、再積分処理で有効
な演算結果が得られなかったときは、S385からAF
NG処理に入り、AFNGフラグに1をセットしてVD
Dループ処理にリターンし、S215からパワーダウン
処理に抜ける(S385、S391)。
S383で実行されるデフォーカス演算処理の詳細につ
いて、図15を参照して説明する。本実施の形態では、
信頼度として、コントラストの高さを利用している。つ
まり、このデフォーカス演算処理は、先ず最大焦点検出
領域Zでコントラストを検出し、所定値以上のコントラ
ストが得られたら、最も狭い中央焦点検出領域Z1から
コントラストを検知する。有効なコントラストが得られ
なければ、有効なコントラストが得られるまで、焦点検
出領域Z2、Z3、Z4の順にコントラストをチェック
する。そして、有効なコントラストが得られた焦点検出
領域(最も狭い領域)のAFデータを使用してデフォー
カス量を演算し、そのデフォーカス量に基づいて焦点調
節レンズ群12を移動させる。セレクト中央焦点検出領
域Z1〜Z4のいずれからも有効なコントラストが得ら
れなかったら、最大焦点検出領域ZのAFデータを使用
して焦点調節することに特徴を有する。
ず、最大焦点検出領域ZからのAFデータに基づいてコ
ントラスト計算を実行する(S401)。コントラスト
計算は、例えば、基準ラインセンサーにおいて、使用す
る領域の隣り合う画素(光電変換素子)の積分値の差の
絶対値の和を利用する。
ビットナンバー、Nは焦点検出領域の最後の画素のビッ
トナンバーである。つまり、この積分値の差の和が所定
値よりも大きければ十分なコントラスト有りと判定さ
れ、所定値よりも小さければコントラストなしと判定さ
れる。コントラストなしと判定されたときは、デフォー
カスOKフラグ、領域セレクトフラグ、モニターセレク
ト要求フラグにそれぞれ0およびモニターセレクト実行
フラグにぞれぞれ0をセットしてリターンする(S40
3、S453)。
ーカスが得られたかどうかを識別するフラグ、領域セレ
クトフラグは、焦点検出領域を選択するかどうかを識別
するフラグ、モニターセレクト要求フラグは、モニター
センサの選択を要求するフラグ、モニターセレクト実行
フラグは、モニターセンサの選択を実行したことを識別
するフラグである。
セレクトフラグが1であるかどうか(焦点検出領域がセ
レクトされているかどうか)をチェックするが、最初は
領域がセレクトされていないので、最大焦点検出領域Z
からのAFセンサデータを使用して相関演算を行ない、
位相差を計算する(S403、S405、S407)。
そして、位相差が計算できなかったら、S453のフラ
グクリア処理を実行してからリターンする(S40
9)。最大焦点検出領域Zに形成された像が大ボケ状態
であった場合など、一対の焦点検出領域Zに形成された
像の一致点を検出できなかったときに、位相差の計算が
できない。
差が所定値未満であるかどうか(ピントのずれが小さい
かどうか)をチェックし、位相のずれが大きいとき、つ
まりピントのずれが大きい間は、焦点検出領域セレクト
を行なわず、補間計算処理に進んで最大焦点検出領域Z
によってデフォーカス量を計算し(S411、S41
3)、デフォーカスOKフラグに1をセットする(S4
17)。さらに、モニターセレクト実行フラグに1がセ
ットされているかどうかをチェックし、1がセットされ
ていたときはそのままリターンし(S419)、セット
されていないときはモニターセレクト要求フラグに0を
入れてリターンする(S419、S421)。そして、
位相のずれが所定値以上の間は、S401〜S411、
S413〜S421の処理を繰り返す。
11からS423に進み、領域セレクトチェック処理を
実行する。領域セレクトチェック処理は、最も狭い中央
焦点検出領域Z1から順にコントラストチェックを行っ
て、最初に所定値以上のコントラストが得られた焦点検
出領域、つまり、所定以上のコントラストが得られる最
も狭い焦点検出領域を選択する。所定値以上のコントラ
ストが得られなかったときは、焦点検出領域の選択は行
わない。
点検出領域をセレクトしたかどうかをチェックして、焦
点検出領域をセレクトしなかったときはS413に進
む。セレクトしたときは、データ退避フラグに1を入
れ、最大焦点検出領域(全領域)Zの相関演算データ
(位相差の計算データ)を一旦RAMの所定アドレスに
退避させる(S427、S429)。
算を行ない、位相差を計算する(S435)。有効な位
相差が得られなかったときは、データを退避しているか
どうかをチェックし、データを退避しているので、全領
域の演算データをRAMから読み込み、全領域を有効と
し、データ退避フラグ、領域セレクトフラグ、モニター
セレクト要求フラグにそれぞれ0をセットしてから補間
計算処理に進む(S437、S439、S441、S4
43、S413)。有効な位相差が得られたときは、デ
ータ退避フラグに0をセットし(S437、S43
8)、像の一致度が良好のときは、S413の補間計算
に進む(S463、S413)。
が低いとか、3次元的な像により一致度があまりよくな
いときは、モニターセレクト実行フラグに1がセットさ
れているか、あるいはモニターセレクト実行フラグに1
がセットされていないときであっても、モニターセレク
ト要求フラグに1がセットされていなければ、S413
の補間計算ヘ進む(S463、S465、S467)。
モニターセレクト実行フラグに1がセットされていない
ときであって、モニターセレクト要求フラグに1がセッ
トされていれば、デフォーカスOKフラグに0をセット
してリターンする(S465、S467、S469)。
れかがセレクトされて領域セレクトフラグに1がセット
されてからこのデフォーカス演算処理に入ったときは、
S405からS431に進んで領域セレクトチェック処
理を実行する。そして、焦点検出領域がセレクトされな
かったときは最大焦点検出領域Zを使用するためにS4
07に戻り(S433、S407)、セレクトされたと
きはS435に進んでセレクトされた領域について相関
演算を行ない、位相差を計算する(S433、S43
5)。
セレクト領域の位相差を計算し、有効な位相差が得られ
たときは前記処理に従い、有効な位相差が得られなかっ
たときは、全域演算データを待避していないので、S4
39からS445に進んでデフォーカスOKフラグに0
をセットし、モニターセレクト実行フラグに1がセット
されていれば、領域セレクトフラグ、モニターセレクト
要求フラグ、モニターセレクト実行フラグにそれぞれ0
をセットしてリターンする(S447、S451)。モ
ニターセレクト実行フラグがセットされていなくてもモ
ニターセレクト要求フラグに1がセットされていないと
きは、S451のフラグクリア処理を実行してリターン
し、セットされているときはそのままリターンする(S
447、S449、S451またはS447、S44
9)。
体領域で所定値以上のコントラストが得られることを条
件に、所定値以上のコントラストが得られる焦点検出領
域の中で、最も狭い焦点検出領域のAFセンサデータに
基づいてデフォーカス量が計算される。
ついて、図16を参照してより詳細に説明する。領域セ
レクト処理は、領域Z1からZ4の中から、第2の所定
値以上のコントラストがある中央焦点検出領域Z1〜Z
4のうち、最も狭い焦点検出領域をセレクトしてその焦
点検出領域について焦点調節を行う処理である。第2の
所定値以上のコントラストが得られる中央焦点検出領域
Z1〜Z4が無かったときは、最大焦点検出領域Zを利
用して焦点調節を行う。
まり、最小焦点検出領域に対応する画素(光電変換素
子、受光手段)の数をセットする(S501)。そし
て、セレクト領域のスタート位置を設定する(S50
3)。つまり、焦点検出に使用する焦点検出領域の中心
の画素のビットナンバーと、このビットナンバーを中心
として左右両端のビットナンバーS、Nを設定する。本
実施の形態ではさらに、中心シフト調整が可能なので、
中心シフト調整がなされているときは、中心ビットナン
バーをシフトさせる。
ータによってコントラスト計算を式1に基づいて実行
し、演算結果をRAMにストアする(S505)。
Kレベル(第2の所定値)以上であるかどうかをチェッ
クし(S507)、以上であればコントラストが低コン
トラストレベル未満かどうかをチェックする(S50
9)。コントラストが低コントラストレベル未満でなけ
れば領域セレクトフラグに1をセットしてリターンする
(S509、S513)。コントラストが低コントラス
トレベル未満のときは、選択した領域に対応した積分時
間を設定して精度を上げるために、モニターセレクト要
求フラグに1をセットして、領域セレクトフラグに1を
セットしてリターンする(S509、S511、S51
3)。なお、低コントラストレベルは、セレクト時のO
Kレベルよりも大きい。
クトした焦点検出領域のAFセンサデータに基づいてデ
フォーカス量が演算され、焦点調節レンズ群12が移動
される。また、モニターセレクト要求フラグに1をセッ
トしたときは、再積分の際に、選択されたモニターセン
サM2によって積分時間が制御され、より適切な積分時
間で積分がされる。
トラストがセレクト時のOKレベル未満と判断したとき
は、その領域では正確なデフォーカスが求められないの
で、S515以降の焦点検出領域拡大処理を行う。S5
15では、セレクトが終了したかどうか、つまり、焦点
検出領域Z4についてのコントラストをチェックして来
たかどうかをチェックし、中央焦点検出領域Z1〜Z3
についてのコントラストをチェックして来たのであれ
ば、次の焦点検出領域の使用ビット数をセットして、つ
まり使用する焦点検出領域を1ステップ拡大してS50
3に戻る(S515、S517、S503)。そして、
その焦点検出領域でのコントラストがセレクト時のOK
レベル以上であればS507からS509に抜け、セレ
クト時のOKレベル未満であればS507からS515
に戻る。
コントラストがセレクト時のOKレベルに達しないとき
は、領域セレクトフラグおよびモニターセレクト要求フ
ラグに0をセットしてリターンする(S515、S51
9)。この場合は、全焦点検出領域Zを使用してデフォ
ーカスを算出する。
において実行される積分スタート処理について、図17
を参照してより詳細に説明する。この積分スタート処理
は、モニターセレクト要求フラグに1がセットされてい
ないときは全モニターセンサを有効にしてAFセンサ2
1の積分処理を実行し、モニターセレクト要求フラグに
1がセットされているときには中央のモニターセンサM
2のみを有効にしてAFセンサ21の積分処理を実行す
る。そして、焦点検出領域をセレクトしていないときは
全焦点検出領域のAFセンサデータを使用してデフォー
カス量を演算し、焦点検出領域をセレクトしているとき
は、セレクトした焦点検出領域のAFセンサデータを使
用してデフォーカス量を演算することに特徴を有する。
ニターセレクト実行フラグに0をセットし、全モニター
センサを有効にする(S601、S603)。モニター
セレクト要求フラグに1がセットされていないときは、
そのまま積分をスタートし(S605、S611)、モ
ニターセレクト要求フラグに1がセットされているとき
はモニターセレクト実行フラグに1をセットし、中央部
のモニターセンサM2のみを有効にして積分をスタート
する(S605、S607、S609、S611)。
ンサの出力がAGCレベルを下回った時か、最大積分時
間が経過した時かいずれか早い時に積分を終了してCC
Dデータ(AFセンサデータ)を入力し、デフォーカス
演算処理を実行する(S611、S613、S615、
S617、S619)。
あればそのままリターンする(S621)。有効なデフ
ォーカス量が得られなかったときは、モニターセレクト
実行フラグに1がセットされているかどうかチェックし
て、セットされていたとき、または1がセットされてい
なくても、モニターセレクト要求フラグに1がセットさ
れていないときはそのままリターンする(S621、S
623、S625)。
され、モニターセレクト要求フラグに1がセットされて
いたときには、S607に戻って、中央のモニターセン
サM2を使用しての積分処理、CCDセンサデータ入
力、デフォーカス演算処理を再実行する(S607〜S
619)。
クトされ、セレクトした焦点検出領域に対応するモニタ
センサで積分がなされるので、より適切なAFセンサデ
ータが得られる。
CDラインセンサを使用したが、MOS 型のラインセンサ
を使用することもできる。以上、本実施の形態では、本
発明をオートレベルの一つに適用したが、本発明はこれ
に限定されず、トランシットなど他の測量機器にも適用
でき、さらに望遠鏡、双眼鏡などの望遠光学系にも適用
できる。
視野内における物体像の横幅が狭い場合であっても、有
効なコントラストが得られる最も狭い中央焦点検出領域
が選択され、該中央焦点検出領域について受光光量制御
がなされるので、中央焦点検出領域の出力に基づいて焦
点状態を検出するので、視野中央の横幅の狭い物体像に
対しても、正確な焦点状態の検出が可能になる。
の主要構成を示す図である。
を示す図である。
図である。
トを示す図であって、(A)は通常の積分時、(B)は
中央モニターセンサをセレクトした積分時をそれぞれ示
す図である。
用標尺と測距焦点検出領域との関係を示す図である。
量用標尺と測距焦点検出領域との関係を示す図である。
量用標尺と測距焦点検出領域との関係を示す図である。
量用標尺と測距焦点検出領域との関係を示す図である。
量用標尺と測距焦点検出領域との関係を示す図である。
フローチャートの一部を示す図である。
フローチャートの一部を示す図である。
フローチャートの一部を示す図である。
フローチャートの一部を示す図である。
フローチャートの一部を示す図である。
デフォーカス演算処理に関するフローチャートを示す図
である。
焦点検出領域セレクトチェック処理に関するフローチャ
ートを示す図である。
積分スタート処理に関するフローチャートを示す図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 対物光学系および焦点調節光学系によっ
て形成された物体像を観察する接眼光学系を備えた望遠
光学系、前記対物光学系および焦点調節光学系により形成され
る、前記接眼光学系の視野の中央を中心とした横長の焦
点検出領域内の物体像に相当する物体像光を受光し積分
して電気信号を出力する ラインセンサ; このラインセンサに近接して配置された、前記焦点検出
領域の中央を中心とした中央焦点検出領域および該中央
焦点検出領域を挟む両側の焦点領域に対応するラインセ
ンサの受光光量をモニタする複数のモニタ手段; 前記モニタ手段のモニタ出力によって前記ラインセンサ
の受光時間を制御し、前記ラインセンサの出力に基づい
て焦点状態を検出する焦点検出手段;および、 前記ラインセンサの出力に基づいて、前記中央焦点検出
領域および前記両側の焦点検出領域の物体像のコントラ
ストを検出するコントラスト検出手段を備え、 前記焦点検出手段は、前記全モニタ手段のモニタ出力に
よって制御したラインセンサの出力により最大の焦点検
出領域についてコントラストを検出し、該コントラスト
が所定値以上の場合は、前記視野の中央を中心とした最
も狭い中央焦点検出領域から予め設定された段階的に横
方向に拡がる中央焦点検出領域について、有効なコント
ラストが得られるまでコントラスト検知を実行し、有効
なコントラストが得られた場合は該中央の焦点検出領域
および該中央のモニタ手段を選択し、該選択したモニタ
手段のみによって前記ラインセンサの受光時間を制御し
て前記選択した中央の焦点検出領域からの出力に基づい
て焦点状態を検出し、有効なコントラストが得られなか
った場合は、前記全てのモニタ手段によって前記ライン
センサの受光時間を制御して前記最大焦点検出領域から
の出力に基づいて焦点状態を検出すること、 を特徴とす
る測量機器の自動焦点装置。 - 【請求項2】 前記ラインセンサは、前記接眼光学系に
よる視野の中央を中心として左右に対称に広がる焦点検
出領域に対応する領域の物体像を受光し、前記モニタ手
段は、前記焦点検出領域の中で視野の中央を中心とした
中央焦点検出領域の光量を平均受光するモニタ手段と、
該センサの両側に位置し、前記中央焦点検出領域の両側
の領域の光量を平均受光するモニタ手段を備えているこ
と、を特徴とする請求項1記載の測量機器の自動焦点装
置。 - 【請求項3】 前記焦点検出手段は、前記中央に位置す
るモニタ手段によって前記ラインセンサの受光時間を制
御したときは、前記視野の中央を中心とした中央焦点検
出領域に対応する、前記ラインセンサの中央焦点検出領
域からの出力に基づいて焦点状態を検出すること、を特
徴とする請求項2記載の測量機器の自動焦点装置。 - 【請求項4】 前記ラインセンサは、光束分割手段によ
って二分割された光束をそれぞれ受光する一対のライン
センサを備え、前記焦点検出手段は焦点状態として、各
ラインセンサが受光した物体像の位相差に基づいてデフ
ォーカス量を検出すること、を特徴とする請求項1から
3のいずれか一項記載の測量機器の自動焦点装置。 - 【請求項5】 前記望遠光学系は、前記焦点調節光学系
と接眼光学系との間に配置された、レチクルを有する焦
点板と、該焦点板と前記焦点調節レンズ群と焦点板との
間に配置された光束分割光学系とを備え、 前記ラインセンサは、前記光束分割光学系によって分割
された分割光路中に配置され、前記レチクルを中心とし
た横長の領域の光束を前記焦点板と等価位置において受
光する多数の受光手段を備えたこと、を特徴とする請求
項1から4のいずれか一項記載の測量機器の自動焦点装
置。 - 【請求項6】 自動焦点装置は、前記焦点検出手段が検
出した焦点状態に基づいて前記焦点調節光学系を移動さ
せる焦点調節レンズ群駆動手段を備えたこと、を特徴と
する請求項5記載の測量機器の自動焦点装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5983096 | 1996-03-15 | ||
JP8-59830 | 1996-03-15 | ||
JP5965997A JP3421528B2 (ja) | 1996-03-15 | 1997-03-13 | 測量機器の自動焦点装置 |
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JP (1) | JP3421528B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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1997
- 1997-03-13 JP JP5965997A patent/JP3421528B2/ja not_active Expired - Fee Related
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